[发明专利]分数阶KiBaM-等效电路综合特征电池模型及其参数辨识方法

摘要

本发明涉及一种分数阶KiBaM电化学与分数阶等效电路综合特征电池模型及其参数辨识方法，本发明模型建模采用分数阶微积分原理，使模型获得了更多的自由度、更大的柔性和新意，分数阶的引入也增加了许多新的现象和规律，具有常规整数阶电池模型无法实现的优越，本发明将KiBaM电化学模型和等效电路模型，均推广到分数阶，并基于最小二乘法辨识不同SOC处的模型参数和阶次，从而获得了一个根据SOC变阶的分数阶电池模型实现了电池KiBaM电化学模型与二阶RC等效电路模型的优势互补，能够同时描述电池的非线性容量效应及运行时间和输出I‑V外特性，实现对动力电池内部特征和外部特性的综合模拟，具有较高的应用价值。

主权项

1.一种分数阶KiBaM电化学与分数阶等效电路综合特征电池模型，其特征是：该电池模型包括电池非线性容量模型和电池I‑V特性电路；所述电池非线性容量模型为分数阶KiBaM电化学模型，采用临时容量和可获得容量用于描述电池模型的非线性容量特性；所述临时容量和所述可获得容量之和是电池模型总容量，所述临时容量的电池荷电状态SOC为所述临时容量与其占电池容量的分配比例之商，所述可获得容量的电池荷电状态SOC为所述可获得容量与1和其占电池容量的分配比例所得的差值之商，即其中，y₂为可获得容量；h₂为可获得容量的高度，表示电池的荷电状态SOC；c为临时容量和可获得容量之间电池容量的分配比例，所述电池非线性容量模型精确捕获电池运行时间和动力电池非线性容量内特征；所述电池I‑V特性电路包括充电支路和放电支路，所述充电支路和放电支路均包括两组串联的分数阶RC环和一个欧姆内阻，SOC控制电压源的正极端与所述充电支路和放电支路相并联的支路的一端相连，SOC控制电压源的负极端与电池模型的负极端相连；所述电池非线性容量模型和所述电池I‑V特性电路通过电流及SOC控制电压源建立联系；在所述分数阶KiBaM电化学模型中，所述临时容量表示放电时可直接获得的电量，所述临时容量的高度表示所述临时容量的电池的荷电状态SOC；所述可获得容量表示不能直接获取的电量，所述可获得容量的高度表示所述可获得容量的电池的荷电状态SOC；所述临时容量和所述可获得容量满足：其中，y₁为临时容量，h₁为临时容量的高度，y₂为可获得容量，h₂为可获得容量的高度，k为从临时容量流到可获得容量的速率系数，c为临时容量和可获得容量之间电池容量的分配比例，u为KaBiM模型的分数阶阶次，i为负载电流；当首次对电池以电流I恒电流放电，且放电时间区间t₀≤t≤t₁，若取初始条件t₀＝0，则公式(1)可整理变形为：式中，系数