advanced model-based charging control fo 电子、电工 欧阳权,陈剑 新华正版

图书标准信息

• 作者 欧阳权；陈剑
• 出版社 华中科技大学出版社
• 出版时间 2024-06
• 版次 1
• ISBN 9787577207988
• 定价 158.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 页数 196页

【作者简介】

欧阳权，自动化学院讲师，硕士生导师，博士毕业于浙江大学控制科学与工程专业，本科毕业与华中科技大学自动化专业。主要研究方向为无人机蜂群控制，无人机飞行控制，新能源系统集成与控制，智能控制，非线性控制等。发表相关SCI/EI论文27篇，授权专利1项，公开发明专利6项，其中包括8篇一作/学生一作国际顶级SCI期刊IEEE汇刊（1篇为高引论文）。
主持国家自然基金青年项目1项，江苏省双创博士项目（世界名校类<高校创新>），浙江大学工业控制国家重点实验室开放课题，曾参与包括国家自然基金重点项目，装发等在内多个项目，指导本科生获得全国大学生电子设计竞赛（无人机组）,中国机器人大赛等并获奖。
曾经获得硕士研究生国家奖学金（2014）、博士研究生国家奖学金（2017）、浙江大学三好研究生（2014、2017）、浙江大学优秀毕业生（2018）和浙江省普通高等学校优秀毕业生（2018）等荣誉。 IEEEMembership,中国自动化学会会员，IEEEPES中国区技术委员会动力电池技术分委会理事。担任IEEETransactionsonIndustrialElectronics,IEEETransactionsonIndustrialInformatics,IEEE/ASMETransactionsonMechatronics,IEEETransactionsonVehicularTechnology等国际顶级SCI期刊的审稿人。

【目录】

Contents
1 Introduction .................................................. 1 
1.1 Brief Introduction of Lithium-Ion Batteries . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 
1.1.1 Comparison with Other Commonly Used Batteries . . . . 1 
1.1.2 Applications of Lithium-Ion Batteries . . . . . . . . . . . . . . . . 2 
1.2 Format Comparison of Lithium-Ion Batteries . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 
1.3 Electrochemical Mechanism of Lithium-Ion Batteries . . . . . . . . . 6 
1.3.1 Composition of Lithium-Ion Batteries . . . . . . . . . . . . . . . 6 
1.3.2 Charging-Discharging Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 
1.4 Motivation of Advanced Model-Based Battery Charging 
Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 
1.4.1 Non-model-based Charging Control . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 
1.4.2 Model-Based Charging Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 
2 Lithium-Ion Battery Charging Technologies: Fundamental 
Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 
2.1 Definitions Related to Battery Charging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 
2.1.1 Basic Performance Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 
2.1.2 State Indicators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 
2.2 Charging Objectives and Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 
2.2.1 Charging Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 
2.2.2 Safety-Related Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 
3 Lithium-Ion Battery Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 
3.1 Electrochemical Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 
3.1.1 Pseudo-Two-Dimensional Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 
3.1.2 One-Dimensional Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 
3.1.3 Single Particle Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 
3.2 Equivalent Circuit Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 
3.2.1 Rint Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 
3.2.2 Thevenin Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.3 PNGV Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 
4 Neural Network-Based State of Charge Observer 
for Lithium-Ion Batteries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 
4.1 Battery Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 
4.2 Neural Network-Based Nonlinear Observer Design 
for SOC Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 
4.2.1 Neural Network-Based Nonlinear Observer 
Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 
4.2.2 Convergence Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 
4.3 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 
4.3.1 Experiment for Parameter Extraction . . . . . . . . . . . . . . . . 42 
4.3.2 Experiments for SOC Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 
5 Co-estimation of State of Charge and Model Parameters 
for Lithium–Ion Batteries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 
5.1 Battery Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 
5.2 Co-estimation of Model Parameters and SOC . . . . . . . . . . . . . . . . 55 
5.2.1 On-line Battery Model Parameter Identification . . . . . . . 55 
5.2.2 Robust Observer for SOC Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . 59 
5.2.3 Summary of the Overall SOC Estimation Strategy . . . . . 62 
5.3 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 
5.3.1 Experimental Results for Battery Model Parameter 
On-line Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 
5.3.2 Experimental Results for SOC Estimation . . . . . . . . . . . . 68 
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 
6 User-Involved Battery Charging Control with Economic Cost 
Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 
6.1 Battery Model and Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 
6.1.1 Battery Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 
6.1.2 Safety-Related Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 
6.2 Charging Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 
6.2.1 User-Involved Charging Task . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 
6.2.2 Economic Cost Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 
6.2.3 Energy Loss Reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 
6.2.4 Multi-objective Formulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 
6.3 Optimal Battery Charging Control Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 
6.3.1 Optimal Charging Control Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . 83 
6.3.2 Optimal Charging Current Determined by Barrier 
Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 
6.4 Simulation Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 
6.4.1 Charging Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.4.2 Comparison with Other Commonly Used 
Optimization Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 
6.4.3 Comparison with Charging Control Strategy 
without Economic Cost Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . 86 
6.4.4 Comparison with Charging Control Strategy 
Without Energy Loss Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 
6.4.5 Simulation Results for Different Weight Selections . . . . 88 
6.4.6 Simulation Results for Different User Demands . . . . . . . 89 
6.4.7 Comparison with Traditional CC-CV Charging 
Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 
6.5 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 
7 Charging Analysis for Lithium-Ion Battery Packs . . . . . . . . . . . . . . . . 101 
7.1 Cell Equalization Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 
7.2 Multi-module Battery Pack Charger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 
7.2.1 Model and Control of Battery Pack Charger . . . . . . . . . . 103 
7.2.2 Performance Validation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 
7.3 Battery Pack Charging System Combining Traditional 
Charger and Equalizers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 
7.3.1 Classification of Equalization Systems . . . . . . . . . . . . . . . 107 
7.3.2 Bidirectional Modified C？k Converter-Based 
Equalizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 
7.3.3 Modified Isolated Bidirectional Buck-Boost 
Converter-Based Equalizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 
8 User-Involved Charging Control for Battery Packs: 
Centralized Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 
8.1 Battery Pack Model and Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 
8.1.1 Battery Pack Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 
8.1.2 Charging Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 
8.2 User-Involved Charging Control Design for Battery Packs . . . . . . 123 
8.2.1 Charging Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 
8.2.2 Optimal Battery Pack Charging Control Design . . . . . . . 126 <