[发明专利]一种锂电池分数阶离散化阻抗模型

说明书

技术领域：

本发明涉及一种锂电池分数阶离散化阻抗模型，用于将锂电池内部强非线性电化学反应描述为一种简单的数学模型。

背景技术：

电动汽车的动力系统由电池来提供，其以路面零排放及低能耗的特点越来越受到社会各界的认可以及重视，从经济性以及安全性方面来考虑，电动汽车可采用锂电池作为电动汽车的动力来源。

电池是强非线性电化学系统，目前还没有一种普适的模型可以应用于所有领域。电池模型主要可分为两大类，即电化学模型和等效电路模型。电化学模型利用电池本体的电化学特性，从电化学动力学的角度对电池进行建模，电化学模型需要全面考虑电池工作时内部的电化学反应，需要复杂的电化学理论等知识，其模型普遍较为复杂。等效电路模型利用电压源、电阻、电容等电气元件的组合来表征电池的特性，包括Rint模型、RC模型、一阶RC模型、二阶RC模型等。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是，为了建立一种用于描述锂电池内部强非线性电化学反应的数学模型，提出基于锂电池电化学阻抗谱特性的锂电池分数阶阻抗模型，引入分数阶建模思想，建立分数阶离散化阻抗模型。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种锂电池分数阶离散化阻抗模型，包括以下步骤：

1)建立锂电池等效电路模型，该模型包括电阻、第一个电阻和第一常相元件CPE并联组合以及第二个电阻和第二常相元件CPE并联组合，且三者顺序串联；

2)根据所建立的锂电池等效电路模型，引入G-L分数阶微积分定义，建立锂电池分数阶阻抗模型；

3)基于G-L分数阶微积分定义对所建立的锂电池分数阶阻抗模型进行离散化，得到锂电池分数阶离散化阻抗模型。

本发明进一步的改进在于，所述步骤1)中，根据锂电池电化学阻抗谱的趋势图建立锂电池等效电路模型。

本发明进一步的改进在于，所述步骤1)中，电阻用来表征锂电池欧姆极化现象，第一个电阻和第一常相元件CPE并联组合用来表征锂电池的浓差极化现象，第二个电阻和第二常相元件CPE并联组合用来表征锂电池的活化极化现象。

本发明进一步的改进在于，所述步骤1)中，锂电池等效电路模型用下式表示：

-I＝C₁·Δ^αV₁+V₁/R₁＝C₂·Δ^βV₂+V₂/R₂

V_ser＝-R_ser·I

V_o＝V_OCV+V_ser+V₁+V₂

式中，

R₁——第一个电阻和第一常相元件CPE的并联组合中的电阻；

C₁——第一个电阻和第一常相元件CPE的并联组合中的CPE等效电容；

R₂——第二个电阻和第二常相元件CPE的并联组合中的电阻；

C₂——第二个电阻和第二常相元件CPE的并联组合中的CPE等效电容；

R_ser——表征欧姆内阻的电阻；

α——第一个电阻和第一常相元件CPE的并联组合中常相元件CPE的阶数；

β——第二个电阻和第二常相元件CPE的并联组合中常相元件CPE的阶数；

V₁——第一个电阻和第一常相元件CPE的并联组合分压；

V₂——第二个电阻和第二常相元件CPE的并联组合分压；

V_ser——表征欧姆内阻的分压；

V_o——锂电池工作电压；

V_ocv——锂电池开路电压。

本发明进一步的改进在于，所述步骤2)中，G-L分数阶微积分定义为