目前,鋰離子動(dòng)力電池以其能量密度高,功率密度高,自放電率低等優(yōu)勢(shì),在電動(dòng)交通領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。由于電池應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中實(shí)物調(diào)試成本高、耗時(shí),應(yīng)用中電池內(nèi)部狀態(tài)不易直接測(cè)量,因此,電池建模成為動(dòng)力系統(tǒng)仿真,電池狀態(tài)參數(shù)估計(jì)和熱性能分析的重要手段。鑒于模型物理意義和復(fù)雜程度的綜合考慮,等效電路模型成為工程應(yīng)用的主流方法;其中,分?jǐn)?shù)階等效模型由于能夠模擬類電容和類電感特性而逐漸成為研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)電池建�，F(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,建立了分?jǐn)?shù)階等效電路模型,并在時(shí)域和頻域與整數(shù)階模型進(jìn)行了對(duì)比分析。交流阻抗測(cè)試可以獲得豐富的電極動(dòng)力學(xué)信息,是電池研發(fā)和性能檢測(cè)的重要手段,得到的阻抗譜復(fù)數(shù)平面圖可以詳細(xì)地描述全頻段內(nèi)電池的電化學(xué)行為。依據(jù)阻抗譜表現(xiàn)出的容抗弧,選取了常相位元件(CPE)與電阻的并聯(lián)環(huán)節(jié),模擬電池雙電層電容的彌散效應(yīng)和電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程;針對(duì)阻抗譜中出現(xiàn)的低頻區(qū)斜線,選取了分?jǐn)?shù)階元件瓦爾堡(Warburg)阻抗表征鋰離子的傳質(zhì)過(guò)程。文章詳述了分?jǐn)?shù)階模型的演化過(guò)程,基于電池內(nèi)部物理化學(xué)機(jī)理構(gòu)建了分?jǐn)?shù)階等效電路模型,以準(zhǔn)確描述電池動(dòng)態(tài)行為;推導(dǎo)了電池分?jǐn)?shù)階模型的頻域表達(dá)式.并根據(jù)分?jǐn)?shù)階微分理論推導(dǎo)了模型時(shí)域數(shù)值解�；陔姵胤�?jǐn)?shù)階模型,從理論上揭示了時(shí)域下1s內(nèi)阻的結(jié)構(gòu)化組成關(guān)系。即時(shí)域1s內(nèi)阻不僅包含歐姆內(nèi)阻,而且包括部分電荷轉(zhuǎn)移阻抗、部分鈍化膜阻抗和部分?jǐn)U散阻抗;推導(dǎo)了時(shí)域阻抗和頻域阻抗的近似等效關(guān)系,即時(shí)域1s內(nèi)阻近似等于0.159Hz的頻域阻抗,而不是接近1Hz或0.5Hz的頻域阻抗。然后,提出了分?jǐn)?shù)階模型參數(shù)的頻域辨識(shí)方法,運(yùn)用粒子群和差分進(jìn)化融合算法,以阻抗的相位和模值誤差最小為目標(biāo)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。分析了不同荷電狀態(tài),不同溫度下的參數(shù)變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)分?jǐn)?shù)階模型能夠更準(zhǔn)確地模擬電池頻域特性,與整數(shù)階模型相比,分?jǐn)?shù)階模型能以更少的元件得到更高的精度。針對(duì)現(xiàn)有的阻抗測(cè)試存在測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)、需要特殊設(shè)備等問(wèn)題,提出了易于在工程實(shí)現(xiàn)的電化學(xué)阻抗譜測(cè)試方法。最后,在時(shí)域,用不同頻率的電流電壓數(shù)據(jù),對(duì)由交流阻抗數(shù)據(jù)辨識(shí)得到的頻域模型進(jìn)行了驗(yàn)證,模型輸出電壓誤差較小,對(duì)不同頻率、不同幅值的工況具有較好的適用性。根據(jù)電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間常數(shù),在長(zhǎng)時(shí)間尺度下簡(jiǎn)化分?jǐn)?shù)階模型結(jié)構(gòu)得到RQ模型,建立了適用于時(shí)域的分?jǐn)?shù)階等效電路模型,使用混合多粒子群優(yōu)化基于恒流脈沖數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí),得到了單體電池和電池組的模型參數(shù),相較于一階RC模型,分?jǐn)?shù)階RQ模型的精度較高;辨識(shí)得到的模型參數(shù)在DST和FUDS動(dòng)態(tài)工況下進(jìn)行了驗(yàn)證,分?jǐn)?shù)階RQ模型均表現(xiàn)出更高的精度,即分?jǐn)?shù)階模型能夠更加準(zhǔn)確地描述電池動(dòng)態(tài)特性。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM912
【部分圖文】：

魂全文總體結(jié)構(gòu)圖

北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文上交替發(fā)生。即使測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，也不會(huì)出現(xiàn)極化累積法”。??電化學(xué)系統(tǒng)的電流和電勢(shì)之間是動(dòng)力學(xué)規(guī)律決定的非線的正弦波電勢(shì)信號(hào)時(shí)，電勢(shì)和電流之間可近似看作呈線和電極測(cè)試過(guò)程中電池處于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，測(cè)量結(jié)果的數(shù)學(xué)，要求電極系統(tǒng)只對(duì)輸入的擾動(dòng)信號(hào)響應(yīng)，在測(cè)試過(guò)程制，比如保持恒定的溫度。如果測(cè)試滿足了上述的三個(gè)極系統(tǒng)的電化學(xué)阻抗譜。如下圖２－１為一種常見(jiàn)阻抗譜右為激勵(lì)頻率減小方向，橫軸表示阻抗實(shí)部，縱軸為阻由中高頻圓弧，低頻區(qū)斜線組成，曲線與實(shí)軸的交點(diǎn)認(rèn)

販應(yīng)式：ＬｉＦｅＰ０４?＋?Ｃ６?ｏ?Ｌｉ＇＿ｘＦｅＰ０４?＋?ＬｉｘＣ６??鋰離子在電池電極不斷嵌入和脫出的過(guò)程，主要經(jīng)歷了三個(gè)動(dòng)力學(xué)步驟：鈍化??膜遷移，電荷轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散過(guò)程，如圖２－２為電化學(xué)反應(yīng)的基本構(gòu)成。??雙電＾電容ｃａ?內(nèi)阻ｈ??ａ?？?０?＾??Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?法拉第阻抗?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ??圖２－２基本的電化學(xué)反應(yīng)??Ｆｉｇ．?２－２?Ｂａｓｉｃ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｒｅａｃｔｉｏｎ??可將圖２－２中對(duì)應(yīng)的三個(gè)反應(yīng)抽象為三種電學(xué)元件：電阻Ｒ〇，雙電層電容Ｃｄ，??法拉第阻抗Ｚｆ；?Ｒｎ代表電解液和電極的內(nèi)阻，Ｃｄ源自電解液中的非活性離子，正??負(fù)電荷在電解液／電極界面積累形成雙電層電容，無(wú)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，僅改變電荷分??布，Ｚｆ代表電解液中的活性離子，有氧化還原反應(yīng)發(fā)生，有電荷轉(zhuǎn)移。其中，法拉??第過(guò)程可以進(jìn)一步分成兩個(gè)過(guò)程：電荷轉(zhuǎn)移（ｃｈａｒｇｅ?ｔｒａｎｓｆｅｒ）和物質(zhì)轉(zhuǎn)移（ｍａｓｓ??ｔｒａｎｓｆｅｒ）即擴(kuò)散過(guò)程。鈍化膜的形成一般在液態(tài)鋰離子電池的首次充放電過(guò)程中，??電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應(yīng)，形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化??層。這種鈍化層具有固體電解質(zhì)的特征，是電子絕緣體卻是Ｌｉ＋的優(yōu)良導(dǎo)體，Ｌｉ＋可??以經(jīng)過(guò)該鈍化層自由地嵌入和脫出
【參考文獻(xiàn)】

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