[实用新型]一种基于磷酸铁锂动力电池阻抗谱的复参数电路模型

说明书

技术领域

本实用新型属于复位电路领域，具体涉及一种基于磷酸铁锂动力电池阻抗谱的复参数电路模型。

背景技术

车载动力电池是电动汽车的关键技术，由于电池在电动汽车上使用所处的复杂动态环境，需要通过电池管理系统进一步提高对电池状态监控和估计的可靠性。电池模型作为电池管理系统开发的重要环节，是实现电池管理系统基本功能的基础。针对电池建模中需要同时满足模型高精确度和低复杂度的要求，至今还没有找到解决该问题的有效算法。

电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS)特性反映了电池在频域上的动态变化。基于对系统施加某一振幅、不同频率的正弦波交流激励信号，得到频域范围内所对应的电信号响应，从而可得到表征系统传递函数的EIS。

电池的等效电路模型是分析电化学阻抗谱有效手段，目前使用的模型是基于对电化学阻抗谱的拟合，通过EIS分别在高频、中频和低频的等效元件组合，得到电池系统的Randles等效电路模型；

Randles模型在阻抗谱拟合方面却有很大限制，例如在高频段，模型中表征感抗行为的电感L，只能在横轴下方产生一垂直于横坐标轴的直线，而实测的高频段并不是垂直于横轴的直线，而是更趋向于有一定斜率的直线，中频段，在Randles模型中表征电双层界面电荷转移过程的(RC)复合元件，其阻抗在奈奎斯特图上的轨迹只是一个完整的半圆，而在电化学测试中，中频容抗弧总是表现为一个压扁的半圆，其中频段就不是完整的半圆；低频段，在Randles模型中通过韦伯元件W表征锂离子在固体电极活性材料中的扩散过程，在阻抗复平面图上体现为45°角斜率的直线，但是在实际测量中，EIS曲线低频段直线与横轴的角度并不是固定在45度，会出现不等于45度的情况。

由此可见，传统的Randles模型在高频段、中频段、低频段与阻抗普的拟合都存在很大的偏差，这个问题亟待解决。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种基于磷酸铁锂动力电池阻抗谱的复参数电路模型，能够解决Randles模型在高频段、中频段、低频段与阻抗普的拟合的偏差。

为了达到上述目的，本实用新型包括欧姆电阻R_ohm2，欧姆电阻R_ohm2连接复参数电感元件L^*，复参数电感元件L^*连接复参数电容C^*的一端和电荷转移电阻R_ct2的一端，复参数电容C^*的另一端和电荷转移电阻R_ct2的另一端均连接常相位角元件CPE。

所述复参数电感元件L^*用于表征电池的高频感抗特性。

所述电荷转移电阻R_ct2通过与复参数电容C^*的并联环节拟合中频压扁的半圆弧。

所述常相位角元件CPE用于表征锂离子在固体电极活性材料中的扩散过程。

所述复参数电感元件L^*的表达式为L^*＝L+j·L,，阻抗表达式为Z_L^*＝jω(L+jL’)＝jωL-ωL’。

所述复参数电容C^*的阻抗表达式为

所述常相位角元件CPE的阻抗表达式为

与现有技术相比，本实用新型的模型通过引进了复参数电感元件L*，复参数电容C^*和常相位角元件CPE三个元件，并通过建立它们的阻抗表达式来建立模型在低频段、中频段、高频段与阻抗谱的拟合图，得到了精度更高、误差更小的复参数电路模型与实测阻抗谱拟合图，由拟合图可以得到复参数电容C^*和电荷转移电阻R_ct2并联而成的复合元件在阻抗复平面上体现为一段压扁的半圆弧，并且半圆弧的压扁程度可随着相角变化而调整，与理想等效电容与电阻并联而成的复合元件所体现的完整的半圆相比，更切合实际所测得的阻抗谱中频特性，也就显著提高了模型在中频段的拟合精度。

附图说明

图1为本实用新型的电路模型图；

图2为复参数电感L^*的阻抗复平面图；

图3为低频实测阻抗虚部与频率双对数坐标图及线性拟合图；

图4为低频实测阻抗虚部与频率的关系曲线及其幂拟合图；

图5为复参数电路模型与Randles模型的拟合阻抗谱对比图。