KiBaM‑分数阶等效电路综合特征电池模型及参数辨识方法与流程

技术特征：

1.一种KiBaM-分数阶等效电路综合特征电池模型，其特征是：包括表现电池非线性容量特性的KiBaM电化学模型和表现电池I-V特性的分数阶等效电路模型两部分，其中：

所述KiBaM电化学模型包括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；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；

所述分数阶等效电路模型，包括SOC控制的受控电压源和两个相并联的分数阶浓差极化等效支路，SOC控制的受控电压源的正极端与两个相并联支路的一端相连，负极端与电池模型的负极端相连，所述两个相并联的支路的另一端与电池模型的正极端相连。

2.如权利要求1所述的一种KiBaM-分数阶等效电路综合特征电池模型，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KiBaM-分数阶等效电路综合特征电池模型，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KiBaM-分数阶等效电路综合特征电池模型，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KiBaM-分数阶等效电路综合特征电池模型，其特征是：所述KiBaM电池模型部分，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\left(t\right)}{dt}=-i\left(t\right)+k\[h_2\left(t\right)-h_1\left(t\right)\]\\ \frac{{\mathrm{dy}}_2\left(t\right)}{dt}=-k\[h_2\left(t\right)-h_1\left(t\right)\]\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表示从临时容量部分流到可获得容量的速率系数。

6.如权利要求1所述的一种KiBaM-分数阶等效电路综合特征电池模型，其特征是：通过建立的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KiBaM-分数阶等效电路综合特征电池模型，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可进一步表示为：

$C_{unavail}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}{C}_{unavail}\left(t_0\right)e^{-k^{\′}\left(t-t_0\right)}+\left(1-c\right)\frac{I}{c}\frac{1-e^{-k^{\′}\left(t-t_0\right)}}{k^{\′}},t_0\≤t\≤t_d\\ C_{unavail}\left(t_0\right)e^{-k^{\′}\left(t-t_d\right)},t_d\≤t\≤t_r\end{array}\right.$

取初始条件t₀＝0，则对电池进行放电时，电池的容量关系式可表示为：

C_avail(t)＝C_init-∫i_bat(t)dt-C_unavail(t)。

8.如权利要求1所述的一种KiBaM-分数阶等效电路综合特征电池模型，其特征是：所述相并联的分数阶浓差极化等效支路包括一条放电支路和一条充电支路，所述放电支路包括依次串联的二极管D_d、分数阶电容FOE_1d与电阻R_1d组成的分数阶RC回路、分数阶电容FOE_2d与电阻R_2d组成的分数阶RC回路及电阻R_od；充电支路包括依次串联的反接二极管D_d、分数阶电容FOE_1c与电阻R_1c组成的分数阶RC回路、分数阶电容FOE_2c与电阻R_2c组成的分数阶RC回路及电阻R_oc。

9.如权利要求1所述的一种KiBaM-分数阶等效电路综合特征电池模型，其特征是：所述的电池KiBaM模型和分数阶等效电路通过充放电电流及SOC控制的受控电压源建立联系；所述的受控电压源OCV随KiBaM模型的SOC变化而变化。

10.应用于权利要求1-9中任一项所述的模型的辨识方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)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；

(2)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；

(3)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，确定分配比例；

(4)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和放电时间数据；根据判断电池放电结束的条件，计算得到可辨识出参数，以得到被测电池KiBaM模型部分的所有参数；

(5)对锂电池进行脉冲放电测试，获取不同SOC处电池开始放电时的电池端电压的瞬间下降值、放电结束后电池端电压的瞬间跃升值、放电电流以及电池端电压的零输入响应数据，确定分数阶浓差极化等效支路的的元件参数值；

(6)考虑电池欧姆内阻引起的电池端电压在电池放电时的瞬间跌落，确认分数阶浓差极化等效支路的元件参数值与SOC间的关系，以确定被测电池分数阶等效电路模型部分的所有参数，进而得到被测电池的KiBaM与分数阶等效电路综合特征电池模型。