[实用新型]基于AIC准则的变阶数RC等效电路模型

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于AIC准则的变阶数RC等效电路模型。

背景技术

能源危机、环境污染以及能源安全等诸多因素再一次将电动汽车推上历史舞台，已成为全世界关注的焦点。我国也将电动汽车产业列为重点发展的新型战略产业，希望通过发展电动汽车来促进我国汽车产业的结构调整和技术进步，最终实现汽车产业的“弯道超车”。

车载动力电池作为电动汽车的关键部件，其性能对整车的动力性、经济性和安全性至关重要，是制约电动汽车规模发展的关键因素。而搭建精确的电池模型对动力电池的合理设计和安全运行具有重要意义，主要体现在：利用模型可以开展电极反应特性的研究，为电极材料、电解液的开发提供帮助；电池模型是电池设计参考的重要手段之一；没有足够精确的动力电池模型，不可能开展电动汽车动力系统的动态特性仿真研究；精确的动力电池模型是设计动力电池监控和管理系统的基础，特别是SOC、SOH估计；是分析大规模电动汽车动力电池接入电网充放电对电网带来的影响的前提。

然而，电池内部的化学反应是一个对环境敏感并且极其复杂的非线性过程，且具有耦合性、磁滞效应和时变特性。其性能参数易受SOC、电流倍率、温度、寿命及自放电等众多因素的影响，如电池端电压与放电电流成非线性变化、电池可用容量随放电电流增大而减少、电池内阻随电池温度降低而变大等。电池模型发展到现阶段可以按照建模机理的不同划分为以下五种类型：电化学模型、分析模型、随机模型、神经网络模型和等效电路模型。但是到目前为止还没有一个在所有工作范围内既能精确地描述电池的动静态特性又结构简单易于工程实现的解析数学模型。换言之，传统的电池模型已不能够在模型复杂度和模型精度上取得折中。具体而言，现有模型的不足主要有：电压源与SOC之间的关系不够明确；某些模型未能反映电池的磁滞效应；有些模型过于简单，不能很好地描述电池的动态特性如电压回弹特性；有些模型过于复杂，精确度虽高，但工程上却难以实现。

等效电路模型因其简单直观的形式以及适宜于电气设计与仿真等优点已成为被广泛运用的一种新模型。在等效电路模型中，二阶RC模型相比其他等效电路模型物理意义清晰、模型参数辨识试验容易执行、参数辨识方法系统、模型精度较高，可以更加准确、直观地模拟电池的动态特性。但是，二阶RC模型在电池充放电初期和末期，由于模型阶数较低，存在较大的拟合误差，不能精确地模拟电池的动静态特性。增加RC的串联阶数虽然可以提高电池模型的准确性，能更好的模拟动力电池的充放电特性，但是如果动力电池模型的阶数过高，将不利于获取模型中的参数，并且也会大大增加模型的计算量，甚至会导致系统震荡，所以另一方面也应该限制RC的阶数。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种基于AIC准则的变阶数RC等效电路模型，该模型选取RC模型为基础模型，基于AIC准则在不同SOC处充分权衡模型的复杂度和精确性，确定每个SOC处的最优RC阶数，并通过控制切换开关实现变阶数的RC模型，以尽量简洁的模型结构在所有工作范围内精确模拟动力电池的动静态特性，达到了模型复杂度和准确性的综合最优，易于工程实现且精度高。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于AIC准则的变阶数RC等效电路模型，包括运行时间电路和I-V特性电路，其中，I-V特性电路包括两路支路，每个支路包括三组一个电容与一个电阻并联组成的RC回路，且每个支路的两组RC回路并联有切换开关。所述运行时间电路包括电池的自放电电阻R_d、电容C_Q和电流控制电流源电路，电阻R_d与电容C_Q并联在电流控制电流源的受控源两端，独立电源的一端接地。

所述I-V特性电路包括欧姆内阻R₀、电化学极化内阻R₁、电化学极化电容C₁、浓差极化内阻R₂、浓差极化电容C₂、变阶数内阻R₃、变阶数电容C₃、切换开关Q₁、S₁、Q₂、S₂和电流控制电流源、电压控制电压源电路，其中：