作为电动汽车的主要能量源,锂离子电池的性能很大程度上决定了电动汽车的发展。在复杂的实际工况中,锂离子电池常表现出较强的非线性特性,能够准确模拟电池在不同电流应力下的外特性,是参数估计、热性能分析以及动力系统仿真的重要环节。因此本文以目前电动汽车领域应用最广泛的三元电池为研究对象,分析在不同电流倍率工况下模型参数的变化特征,并建立能够模拟较大电流激励下电池响应特性的模型。本文从反映较多电池内部信息的电化学阻抗谱测试入手,通过对比阻抗谱特征与电学元件的频响特性,建立描述不同时间尺度下电池反应过程的分数阶等效电路模型。在此基础上,结合电化学反应机理与电极过程动力学相关理论分析了高频、中高频、中低频区域的阻抗参数与电流的相关性。通过实测数据辨识结果总结了参数随电流倍率的变化规律并验证了与电流相关性的结论。考虑到基于频域阻抗谱建立的分数阶模型在线参数辨识难度大,对电化学反应过程时间常数进行分析,得出不同过程极化开始建立及趋于稳定的时间尺度范围,以此为基础建立了适用于时域数据辨识的简化分数阶模型。并采用差分进化(DE)算法对多倍率脉冲数据进行参数辨识,通过敏感参数电荷传递电阻在时频域随电流变化规律的一致性比较,找到频域阻抗谱中电荷传递过程在时域下对应的时间尺度。在建立能够适用于较宽倍率范围的模型过程中,根据模型参数随电流倍率的变化规律,得到了较为敏感的特征参数并耦合进分数阶模型。通过电化学工作站对电池施加100Hz、50Hz、20Hz定频但幅值多变的正弦激励并采集电压响应数据,对耦合电流特性的变参数分数阶模型进行仿真验证。同时对电池施加短时方波脉冲激励,通过DE算法进行参数辨识,在3C的倍率范围内对时域简化分数阶模型进行仿真分析,验证了电荷传递过程所对应的时间尺度。从定频激励、短时方波激励和短时脉冲激励的角度对比了固定参数与变参数仿真结果,验证了考虑电流特性的变参数分数阶模型在较大电流倍率工况下的优越性。此外,基于不同电流倍率下模型参数特性,分析了中低频交直流叠加工况对锂离子电池的等效冲击应力问题。最后针对参数辨识以及模型仿真过程涉及较多的调用函数和参数设置等复杂操作的问题,利用matlab中的GUI功能,实现了参数辨识、外特性仿真和精度对比的可视化操作,大大的节约了模型开发的时间,具有一定的应用价值。