一种基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及电池性能仿真技术领域，公开了一种基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建方法及系统，包括获取电池的阻抗谱，并建立分数阶等效电路模型；根据所述分数阶等效电路模型，采用拟合方法对获得的电池的阻抗谱进行拟合，得到所述分数阶等效电路模型的参数；通过分数阶微积分将所述分数阶等效电路模型从频域变换到时域，实现电池模型时域仿真。本发明专利技术通过阻抗谱测量和阻抗模型拟合技术获取电池模型的参数，并通过分数阶微积分将模型从频域变换到时域，实现电池模型时域仿真，不仅参数获取过程相比于传统等效电路模型和复杂电化学模型而言，得到了大大的简化，而且效率得到提升，具有实际工程应用前景。具有实际工程应用前景。具有实际工程应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建方法及系统


[0001]本专利技术涉及电池性能仿真
，尤其涉及一种基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建方法及系统。

技术介绍

[0002]电池性能仿真技术对于电池系统研究以及电池性能评估都有着极其重要的作用。
[0003]目前，电池仿真模型主要有电化学模型、等效电路模型两类。其中，电化学模型描述电池的本质动力学、热力学特性，包括：电极电化学反应过程、固相扩散过程、液相扩散过程、欧姆过程等，虽然模拟电池充放电过程的精度较高，但是模型参数众多，均为电池结构、材料相关的物性参数，针对实际电池获取完整的电化学模型参数集非常困难。而等效电路模型用电压源、电阻电容网络模拟电池的充放电特性，结构比电化学模型简单，容易被电气工程师理解和接受，但是其仿真精度不高，并且参数辨识需要进行电池特定工况的充放电实验，复杂度也较高。
[0004]因此，需要对现有技术进行改进。
[0005]以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建方法及系统，以解决现有技术中的不足。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供以下的技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建方法，所述方法包括：
[0009]获取电池的阻抗谱，并建立分数阶等效电路模型；
[0010]根据所述分数阶等效电路模型，采用拟合方法对获得的电池的阻抗谱进行拟合，得到所述分数阶等效电路模型的参数；
[0011]通过分数阶微积分将所述分数阶等效电路模型从频域变换到时域，实现电池模型时域仿真。
[0012]进一步地，所述基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建方法中，所述获取电池的阻抗谱，并建立分数阶等效电路模型的步骤包括：
[0013]在频率范围内向电池施加多个频率的小幅度电流/电压激励，以在电池两端得到电压/电流响应，电压与电流的比值即为对应频率下电池的复阻抗；
[0014]多个频率对应的电池的复阻抗构成电池的阻抗谱，并建立分数阶等效电路模型。
[0015]进一步地，所述基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建方法中，所述根据所述分数阶等效电路模型，采用拟合方法对获得的电池的阻抗谱进行拟合，得到所述分数阶等效电路模型的参数的步骤为：
[0016]根据所述分数阶等效电路模型，采用最小二乘法或遗传算法对获得的电池的阻抗谱进行拟合，得到所述分数阶等效电路模型的参数。
[0017]进一步地，所述基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建方法中，所述通过分数阶微积分将所述分数阶等效电路模型从频域变换到时域，实现电池模型时域仿真的步骤包括：
[0018]采用拉普拉斯反变换，将以下端电压频域表达式，即公式(2)，由频域形式变换为时域形式，离散化后得到以下公式(3)：
[0019][0020][0021]其中，U
oc
为电池开路电压，U
t
为电池端电压，U
z
＝U
t
‑
U
oc
，I
L
为流过电池的电流；R
ohm
为电池的欧姆内阻，Q
dl
为传荷结构等效电容，R
ct
为传荷电阻，Q
w
为准Warburg阻抗，v1为传荷结构CPE指数，v2为准Warburg阻抗指数，D
v1
为阶数为v1的分数阶微分算子，D
v2
为阶数为v2的分数阶微分算子；
[0022]进一步推导出以下公式(4)：
[0023][0024]采取分数阶微积分中的G
‑
L定义，结合Gamma函数，对函数f(k)求α阶导数的形式，为：
[0025][0026]其中，h为步长，L为记忆长度；
[0027]公式(4)中的u
t
(k)、i
L
(k)和u
oc
(k)的分数阶微分形式表示为：
[0028][0029]将公式(6)代入公式(4)，得到分数阶等效电路模型端电压u
t
(k)的时域离散表达式。
[0030]第二方面，本专利技术提供一种基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建系统，所述系统包括：
[0031]模型建立模块，用于获取电池的阻抗谱，并建立分数阶等效电路模型；
[0032]参数获得模块，用于根据所述分数阶等效电路模型，采用拟合方法对获得的电池的阻抗谱进行拟合，得到所述分数阶等效电路模型的参数；
[0033]时频域变换模块，用于通过分数阶微积分将所述分数阶等效电路模型从频域变换到时域，实现电池模型时域仿真。
[0034]进一步地，所述基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建系统中，所述模型建立模块具体用于：
[0035]在频率范围内向电池施加多个频率的小幅度电流/电压激励，以在电池两端得到电压/电流响应，电压与电流的比值即为对应频率下电池的复阻抗；
[0036]多个频率对应的电池的复阻抗构成电池的阻抗谱，并建立分数阶等效电路模型。
[0037]进一步地，所述基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建系统中，所述参数获得模块具体用于：
[0038]根据所述分数阶等效电路模型，采用最小二乘法或遗传算法对获得的电池的阻抗谱进行拟合，得到所述分数阶等效电路模型的参数。
[0039]进一步地，所述基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建系统中，所述时频域变换模块具体用于：
[0040]采用拉普拉斯反变换，将以下端电压频域表达式，即公式(2)，由频域形式变换为时域形式，离散化后得到以下公式(3)：
[0041][0042][0043]其中，U
oc
为电池开路电压，U
t
为电池端电压，U
z
＝U
t
‑
U
oc
，I
L
为流过电池的电流；R
ohm
为电池的欧姆内阻，Q
dl
为传荷结构等效电容，R
ct
为传荷电阻，Q
w
为准Warburg阻抗，v1为传荷结构CPE指数，v2为准Warburg阻抗指数，D
v1
为阶数为v1的分数阶微分算子，D
v2
为阶数为v2的分数阶微分算子；
[0044]进一步推导出以下公式(4)：
[0045][0046]采取分数阶微积分中的G
‑
L定义，结合Gamma函数，对函数f(k)求α阶导数的形式，为：
[0047][0048]其中，h为步长，L为记忆长度；
[0049]公式(4)中的u
t
(k)、i
L
(k)和u
oc...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建方法，其特征在于，所述方法包括：获取电池的阻抗谱，并建立分数阶等效电路模型；根据所述分数阶等效电路模型，采用拟合方法对获得的电池的阻抗谱进行拟合，得到所述分数阶等效电路模型的参数；通过分数阶微积分将所述分数阶等效电路模型从频域变换到时域，实现电池模型时域仿真。2.根据权利要求1所述的基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建方法，其特征在于，所述获取电池的阻抗谱，并建立分数阶等效电路模型的步骤包括：在频率范围内向电池施加多个频率的小幅度电流/电压激励，以在电池两端得到电压/电流响应，电压与电流的比值即为对应频率下电池的复阻抗；多个频率对应的电池的复阻抗构成电池的阻抗谱，并建立分数阶等效电路模型。3.根据权利要求1所述的基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建方法，其特征在于，所述根据所述分数阶等效电路模型，采用拟合方法对获得的电池的阻抗谱进行拟合，得到所述分数阶等效电路模型的参数的步骤为：根据所述分数阶等效电路模型，采用最小二乘法或遗传算法对获得的电池的阻抗谱进行拟合，得到所述分数阶等效电路模型的参数。4.根据权利要求1所述的基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建方法，其特征在于，所述通过分数阶微积分将所述分数阶等效电路模型从频域变换到时域，实现电池模型时域仿真的步骤包括：采用拉普拉斯反变换，将以下端电压频域表达式，即公式(2)，由频域形式变换为时域形式，离散化后得到以下公式(3)：形式，离散化后得到以下公式(3)：其中，U
oc
为电池开路电压，U
t
为电池端电压，U
z
＝U
t
‑
U
oc
，I
L
为流过电池的电流；R
ohm
为电池的欧姆内阻，Q
dl
为传荷结构等效电容，R
ct
为传荷电阻，Q
w
为准Warburg阻抗，v1为传荷结构CPE指数，v2为准Warburg阻抗指数，D
v1
为阶数为v1的分数阶微分算子，D
v2
为阶数为v2的分数阶微分算子；进一步推导出以下公式(4)：采取分数阶微积分中的G
‑
L定义，结合Gamma函数，对函数f(k)求α阶导数的形式，为：其中，h为步长，L为记忆长度；公式(4)中的u
t
(k)、i
L
(k)和u
oc
(k)的分数阶微分形式表示为：
将公式(6)代入公式(4)，得到分数阶等效电路模型端电压u
t
(k)的时域离散表达式。5.一种基于阻抗谱的电池性能仿真模型构建系统，其特征在于，所述系统包括：模型建立模块，用于获取电池的阻抗谱，并建立分数阶等效电路模型；参数获得模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李崇仁，简志超，李绍良，李肖莎，温志豪，欧阳玲，韦雅琳，温皓涌，孙德兴，吴汝豪，李元佳，刘健达，唐锦尧，谢龙裕，巫环科，谭泳成，芦大伟，杜仕海，杨磊，黄小荣，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司东莞供电局，
类型：发明
国别省市：