[實用新型]一種基于磷酸鐵鋰動力電池阻抗譜的復參數電路模型

有效

• 申請號: 201720179971.6
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN206497454U
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 李冬磊;李凌伊;袁亞登;趙偉偉
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本實用新型屬于復位電路領域，具體涉及一種基于磷酸鐵鋰動力電池阻抗譜的復參數電路模型。

背景技術

車載動力電池是電動汽車的關鍵技術，由于電池在電動汽車上使用所處的復雜動態環境，需要通過電池管理系統進一步提高對電池狀態監控和估計的可靠性。電池模型作為電池管理系統開發的重要環節，是實現電池管理系統基本功能的基礎。針對電池建模中需要同時滿足模型高精確度和低復雜度的要求，至今還沒有找到解決該問題的有效算法。

電化學阻抗譜(Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS)特性反映了電池在頻域上的動態變化。基于對系統施加某一振幅、不同頻率的正弦波交流激勵信號，得到頻域范圍內所對應的電信號響應，從而可得到表征系統傳遞函數的EIS。

電池的等效電路模型是分析電化學阻抗譜有效手段，目前使用的模型是基于對電化學阻抗譜的擬合，通過EIS分別在高頻、中頻和低頻的等效元件組合，得到電池系統的Randles等效電路模型；

Randles模型在阻抗譜擬合方面卻有很大限制，例如在高頻段，模型中表征感抗行為的電感L，只能在橫軸下方產生一垂直于橫坐標軸的直線，而實測的高頻段并不是垂直于橫軸的直線，而是更趨向于有一定斜率的直線，中頻段，在Randles模型中表征電雙層界面電荷轉移過程的(RC)復合元件，其阻抗在奈奎斯特圖上的軌跡只是一個完整的半圓，而在電化學測試中，中頻容抗弧總是表現為一個壓扁的半圓，其中頻段就不是完整的半圓；低頻段，在Randles模型中通過韋伯元件W表征鋰離子在固體電極活性材料中的擴散過程，在阻抗復平面圖上體現為45°角斜率的直線，但是在實際測量中，EIS曲線低頻段直線與橫軸的角度并不是固定在45度，會出現不等于45度的情況。

由此可見，傳統的Randles模型在高頻段、中頻段、低頻段與阻抗普的擬合都存在很大的偏差，這個問題亟待解決。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服上述不足，提供一種基于磷酸鐵鋰動力電池阻抗譜的復參數電路模型，能夠解決Randles模型在高頻段、中頻段、低頻段與阻抗普的擬合的偏差。

為了達到上述目的，本實用新型包括歐姆電阻R_ohm2，歐姆電阻R_ohm2連接復參數電感元件L^*，復參數電感元件L^*連接復參數電容C^*的一端和電荷轉移電阻R_ct2的一端，復參數電容C^*的另一端和電荷轉移電阻R_ct2的另一端均連接常相位角元件CPE。

所述復參數電感元件L^*用于表征電池的高頻感抗特性。

所述電荷轉移電阻R_ct2通過與復參數電容C^*的并聯環節擬合中頻壓扁的半圓弧。

所述常相位角元件CPE用于表征鋰離子在固體電極活性材料中的擴散過程。

所述復參數電感元件L^*的表達式為L^*＝L+j·L,，阻抗表達式為Z_L^*＝jω(L+jL’)＝jωL-ωL’。

所述復參數電容C^*的阻抗表達式為

所述常相位角元件CPE的阻抗表達式為

與現有技術相比，本實用新型的模型通過引進了復參數電感元件L*，復參數電容C^*和常相位角元件CPE三個元件，并通過建立它們的阻抗表達式來建立模型在低頻段、中頻段、高頻段與阻抗譜的擬合圖，得到了精度更高、誤差更小的復參數電路模型與實測阻抗譜擬合圖，由擬合圖可以得到復參數電容C^*和電荷轉移電阻R_ct2并聯而成的復合元件在阻抗復平面上體現為一段壓扁的半圓弧，并且半圓弧的壓扁程度可隨著相角變化而調整，與理想等效電容與電阻并聯而成的復合元件所體現的完整的半圓相比，更切合實際所測得的阻抗譜中頻特性，也就顯著提高了模型在中頻段的擬合精度。

附圖說明

圖1為本實用新型的電路模型圖；

圖2為復參數電感L^*的阻抗復平面圖；

圖3為低頻實測阻抗虛部與頻率雙對數坐標圖及線性擬合圖；

圖4為低頻實測阻抗虛部與頻率的關系曲線及其冪擬合圖；

圖5為復參數電路模型與Randles模型的擬合阻抗譜對比圖。