摘要
起初，锂离子电池因其轻质、良好的循环寿命、能量密度高等优点而广泛用于电动汽车中，随着锂离子电池的不断发展近年来逐渐应用到轨道交通领域。在轨道交通锂离子电池储能系统中，电池组通常与DC-DC变换器连接来控制能量流动。由于DC-DC变换器在工作时会产生高频噪声和电流纹波，就使得锂离子电池在充放电过程中受到高频激励。因此，研究锂离子电池在高频时的电压响应特性并建立准确的电池模型对于电池管理系统和DC-DC变换器的设计至关重要。本文针对锂离子电池的高频特性建立了高频等效电路模型，并在时域和频域上对不同高频模型进行了对比分析，同时对纹波电流频率、幅值和电流倍率与模型参数的相关性进行了分析。 电化学阻抗谱测试能够获得电池的内部信息和全频域的阻抗信息，通过对比阻抗谱各部分特征和电学元件的频响特性，再结合锂离子电池不同电化学反应过程就可以在频域上建立电池的等效电路模型。本文首先以一种典型电化学阻抗谱为例，建立了一种分数阶高频等效电路模型，并推导了分数阶模型的时域离散化表达式，将分数阶模型由频域推广到时域中。 为了获得高频时域数据，本文搭建了纹波参数可变的大功率高频充放电实验平台。实验平台为基于dSPACE的半实物实时仿真平台，以DC-DC变换器为控制对象，以GoOnline为控制逻辑，实现了输出纹波电流的频率和幅值可调、电流倍率可变的功能。此外，使用工控机作为数据采集平台，其较高的采样频率能够更加精确的观察高频时的电流特征和电池电压响应。 最后，忽略电化学阻抗谱的低频部分建立了五种分数阶高频等效电路模型，利用改进差分进化算法对阻抗谱进行参数辨识，在不同高频范围内比较了五种模型的拟合精度，结果表明高频范围越大能够准确拟合的模型越少。再结合五种模型在1kHz时的时域拟合结果，对不同模型在不同频率范围的适用性进行了分析。此外，通过对不同电流条件下的时域数据进行辨识，分析了纹波电流的频率和幅值以及电流倍率对模型参数的影响。结果表明模型参数与纹波电流频率和幅值无关，而（RQC）元件的参数与电流倍率相关。从不同纹波电流频率的拟合结果来看，时频域的拟合精度具有一致性。
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