基于多參數耦合模型的鋰離子電池充電策略在智能物流系統中的研究進展

馬 浩，萬麗麗

（天津交通職業學院物流工程學院，天津 300110）

鋰離子電池充電是一個極為復雜的多參數耦合過程，受到溫度、電壓、電流等多個外界因素的影響[1]。多參數耦合模型能夠準確地描述電池充電行為，從而在保證穩定供電的同時，避免不當用電行為的出現。為了全面提高電池元件在智能物流系統中的充電效率與應用安全性，利用多參數耦合模型，對鋰離子電池的充電策略展開深入研究。

1 基于多參數耦合模型的鋰離子電池充電特性分析

1.1 多參數耦合模型定義

多參數耦合模型是一種較為復雜的數學模型，可用于描述或預測鋰離子充電行為。在該模型中，多個參數之間相互影響、相互作用，使得各項指標參量的表達形成關聯且彼此制約的耦合關系[2]。在鋰離子電池充電過程中，多參數耦合模型可以用來描述電壓、電流、電容、電阻等多個因素之間的數值關系。由于這些因素之間存在著復雜的耦合關系，所以任何一個參數的改變，都會對鋰離子電池的充電能力造成影響。

規定U表示電壓、I表示電流、C表示電容、R表示電阻、E表示電感強度、ΔT表示單位充電周期，聯立上述物理量，可將多參數耦合模型定義式表示為：

通過建立多參數耦合模型，可以更加深入地分析鋰離子電池的充電流程，該模型準確描述了電池元件的充電機制，這也為優化智能物流系統鋰電池的充電策略提供了理論支持。

1.2 智能物流系統鋰離子電池充電行為

鋰離子電池提供了智能物流系統運行所需的電力信號，鋰元素作為電池的正極材料，在充電過程中，其表面所累積的帶有正電荷的電子數量不斷增多，隨著充電時間的延長，這些電子不斷向著電池負極傳輸，當正、負級帶電量基本持平時，智能物流系統也就進入了穩定運行狀態。圖1為充電過程中的鋰離子電池等效供電電路。

圖1 鋰離子電池充電電路Fig.1 Lithium ion battery charging circuit

由于智能物流系統的運行不需進行連續儲能，所以鋰離子電池充電過程中所產生的多余電力信號，會以點電荷的形式暫時存儲于電解溶液之中。

1.3 充電行為調節

基于多參數耦合模型調節鋰離子電池充電行為，包括電流調節、電壓調節、溫度調節、時間調節、策略優化5 種方式，其具體調節內容如表1所示。

表1 鋰離子電池充電行為調節Table 1 Regulation of charging behavior of lithium-ion batteries

由于鋰離子電池的充電行為較為復雜，所以為避免其儲能能力下降，常應用多種方法對充電行為進行同時調節。

1.4 鋰離子電池的最大儲能量

鋰離子電池的最大儲能量就是指其在單位充電周期內，所能存儲的最大電荷量，該項物理量的取值越大，就表示鋰離子電池的儲能能力越強，即電池元件在充電過程中對于電力信號的轉化效率越高。對于智能物流系統而言，其運行所需的電量資源由鋰離子電池提供，且電池元件的儲能水平直接影響系統的運行能力[3]。因此，基于多參數耦合模型優化鋰離子電池充電策略時，應以提高鋰離子電池的最大儲能量為主要目標。

設β表示電能轉化參數，σ表示存儲系數，q?表示鋰離子電池的充電儲能向量，f表示供能參數，kˉ表示單位充電周期內的儲能均值量，聯立上述物理量，可將鋰離子電池最大儲能量的計算式表示為：

此外，在鋰離子電池的充電過程中，避免已存儲電力信號發生泄漏，也有助于提升電池元件的儲能能力。

2 鋰離子電池充電策略在智能物流系統中的應用

在智能物流系統中，鋰離子電池的充電策略直接影響系統的運行效率與性能，其具體應用主要體現在如下幾個方面。

（1）充電效率的提升

利用多參數耦合模型優化鋰離子電池充電策略，可使電池元件進行分段恒流充電、涓流充電或是恒壓充電，而這些方式都有助于實現對鋰離子電池的高效管理。

（2）電池安全性的增強

對于智能物流系統而言，基于多參數耦合模型的充電策略可以實時監測電池狀態，并根據實際情況，對充電量進行動態調整，不但可以減少因不當充電而導致的安全隱患與電池故障問題，還有助于保障電池的充電穩定性[4]。

（3）充電行為的智能化管理

多參數耦合模型的應用使得智能化控制鋰離子電池的充電行為成為了可能。高效的充電策略有助于實現電池元件的精準化控制，從而提高了物流系統的智能化水平。

（4）儲能資源的優化利用

鋰離子電池的儲能能力極易隨使用時間的延長而逐漸下降，因此在對智能物流系統進行供電的過程中，應注意對儲能資源的高效利用。

3 結論與展望

在智能物流系統中，鋰離子電池作為不可或缺的一部分，其充電策略對整個系統的運行性能與效率產生了至關重要的影響。上述研究介紹了基于多參數耦合模型的鋰離子電池充電策略在智能物流系統中的研究進展，并分別在如下幾方面對其未來發展方向進行了展望。

（1）利用多參數耦合模型優化鋰離子電池的充電策略，能夠實現對電池元件的高效管理與精準控制，不但有助于提升物流系統的運輸效率，還可以有效降低能耗，從而減少環境污染。

（2）未來將會出現更加智能化的控制體系，可以在監測電池狀態與環境參數的同時，對智能物流系統的運行能力進行動態化調整。這將有助于更加精準地管理與控制鋰離子電池充電行為，從而進一步提升物流系統的性能與效率。

（3）隨著人們環保意識的不斷提高，未來會出現更加清潔的能源利用方式，例如采用風能、水能、太陽能等方式為鋰離子電池充電，對于智能物流系統而言，這將有利于降低其對資源的損耗以及對環境的污染。