计及非线性容量特性的分数阶KiBaM电池模型及参数辨识方法与流程

技术特征：

1.一种计及非线性容量特性的分数阶KiBaM电池模型，其特征是：包括用于描述电池的非线性容量特性的临时容量与可获得容量部分，所述的临时容量部分表示放电时可直接获得的电量，表示电池的荷电状态SOC；所述的可获得容量部分表示不能直接获取的电量，两部分相连通，当电池放电时，负载电流i从临时容量部分流出，同时获得容量部分的电量通过速率系数，利用临时容量与可获得容量部分的高度比、结合电池容量特性分数阶阶次的大小，表达电池的非线性容量效应和电池恢复效应。

2.如权利要求1所述的一种计及非线性容量特性的分数阶KiBaM电池模型，其特征是：所述的临时容量部分与可获得容量部分之和为电池的总容量。

3.如权利要求1所述的一种计及非线性容量特性的分数阶KiBaM电池模型，其特征是：当电池完全放电结束后，临时容量部分的高度为零。

4.如权利要求1所述的一种计及非线性容量特性的分数阶KiBaM电池模型，其特征是：所述的临时容量记为y₁，表示放电时可直接获得的电量，其高度记为h₁，表示电池的荷电状态SOC；所述的可获得容量记为y₂，表示不能直接获取的电量，其高度记为h₂；并且，y1与y₂之和是电池的总容量；c代表两部分之间电池容量的分配比例，且存在以下关系：

$\left\{\begin{array}{c}{h}_1\left(t\right)=\frac{y_1\left(t\right)}{c}\\ h_2\left(t\right)=\frac{y_2\left(t\right)}{1-c}\end{array}\right..$

5.如权利要求1所述的一种计及非线性容量特性的分数阶KiBaM电池模型，其特征是：临时容量y₁和可获得容量y₂与代表电池荷电状态SOC的h₁和h₂之间关系表示为：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{{\mathrm{dy}}_1}^{\mathrm{\α}}}{{\mathrm{dt}}^{\mathrm{\α}}}=-i\left(t\right)+k\[h_2\left(t\right)-h_1\left(t\right)\]=-i\left(t\right)+k\[\frac{y_2\left(t\right)}{1-c}-\frac{y_1\left(t\right)}{c}\]\\ \frac{{{\mathrm{dy}}_2}^{\mathrm{\α}}}{{\mathrm{dt}}^{\mathrm{\α}}}=-k\[h_2\left(t\right)-h_1\left(t\right)\]=-k\[\frac{y_2\left(t\right)}{1-c}-\frac{y_1\left(t\right)}{c}\]\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中，临时容量记为y₁，表示放电时可直接获得的电量，其高度记为h₁，表示电池的荷电状态SOC；所述的可获得容量记为y₂，表示不能直接获取的电量，其高度记为h₂；并且，y₁与y₂之和是电池的总容量；c代表两个部分之间电池容量的分配比例；k表示从临时容量流到可获得容量的速率系数；α表示电池容量特性分数阶阶次的大小，且有：0＜α＜1。

6.如权利要求1所述的一种计及非线性容量特性的分数阶KiBaM电池模型，其特征是：通过建立的分数阶KiBaM电池模型，获取当前的电池总剩余容量y(t)、可用容量C_avail(t)、不可用容量C_unavail(t)和电池荷电状态SOC，以捕获电池运行时间和动力电池非线性容量内特征。

7.如权利要求1所述的一种计及非线性容量特性的分数阶KiBaM电池模型，其特征是：动力电池的荷电状态SOC表示为：

$SOC\left(t\right)=\frac{C_{avail}\left(t\right)}{C_{init}}={\mathrm{SOC}}_0-\frac{1}{C_{init}}\[\∫i_{bat}\left(t\right)dt+C_{unavail}\left(t\right)\]$

其中，电池的不可用容量C_unavail表示为：

$C_{unavail}\left(t\right)=(1-c){\mathrm{\δ}}_h\left(t\right)=(1-c)(2C-\frac{I}{c})t^{\mathrm{\α}-1}{E}_{\mathrm{\α},\mathrm{\α}}(-k^{\′}{t}^{\mathrm{\α}})---\left(10\right)$

动力电池的容量关系式表示为：

C_avail(t)＝C_init-∫i_bat(t)dt-C_unavail(t)，c代表电池容量的分配比例；k表示从临时容量流到可获得容量的速率系数；α表示电池容量特性分数阶阶次的大小，且有：0＜α＜1，系数

8.一种应用如权利要求1-7中任一项所述的分数阶KiBaM电池模型的参数辨识方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤一：对动力电池进行恒流充放电实验，使动力电池恢复到充满电的状态，作为电池的初始状态；

步骤二：对动力电池进行小电流恒流放电实验，得到动力电池的初始容量C_init；

步骤三：对动力电池充满电，进行大电流恒流放电实验，由于放电电流很大，很短时间就放电到放电截止电压，得到大电流下动力电池的容量C₁，计算电池容量的分配比例；

步骤四：对动力电池进行两组不同倍率的恒流放电测试，获取此放电倍率下电池的不可用容量C_unavail、放电时间t_d数据，依据电池放电结束判定条件，计算得到可辨识出参数k'和阶次的大小α；

步骤五：通过以上测试和实验，得到被测动力电池的分数阶KiBaM电化学模型的参数。

9.如权利要求8所述的参数辨识方法，其特征是：还包括步骤六对动力电池进行其他倍率的恒流放电测试，获取此放电倍率下电池的不可用容量、放电时间数据；并与模型计算得到的不可用容量、放电时间做比较，验证模型的精确度。

10.如权利要求8所述的参数辨识方法，其特征是：电池放电结束判定条件为：

$\left\{\begin{array}{c}y\left(t\right)=(C-I)\frac{t^{\mathrm{\α}-1}}{\mathrm{\Γ}\left(\mathrm{\α}\right)}\\ {\mathrm{\δ}}_h\left(t\right)=(2C-\frac{I}{c})t^{\mathrm{\α}-1}{E}_{\mathrm{\α},\mathrm{\α}}(-k^{\′}{t}^{\mathrm{\α}})\end{array}\right.---\left(8\right).$