[发明专利]一种二次电池的阻抗测量系统和阻抗测量方法

说明书

技术领域

本发明属于电池测量技术范围，特别涉及一种二次电池的阻抗测量系统和阻抗测量方法。

背景技术

二次电池，即可充放电的化学电源，如锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池等，由于各种电池的电压平台与能量密度的不同，在电动汽车、动力电源、不间断应急电源、储能、手机、笔记本电脑等方面的应用越来越广泛。二次电池的阻抗，是电池的一个重要参数，可以用于电池的充放电性能分析、电池组的一致性分析、剩余容量估计、电池运行寿命估计、电池组的一致性分析和安全性能分析等。所以，准确快速测量出二次电池的阻抗具有重要意义。

电池的阻抗，可以分为欧姆内阻和极化阻抗。目前对二次电池的阻抗测量方法，主要分为直流测量法和交流法。直流法，例如专利CN101477149A(蓄电池内阻在线直流检测方法和系统)主要是利用二次电池在某一恒定电流值I₁充电或放电时测量端电压U₁，然后在另一恒定电流值I₂下测量电池端电压U₂，特别的，I₂可以为0，即电路由闭合状态变为断路状态，利用公式(1)计算电池的内阻，

R=(U₂-U₁)/(I₂-I₁)    (1)

交流法，是通过对电池在开路状态下，电池两端加入一个交流电流信号，测量出电池的交流电压响应信号。根据交流信号源的不同，主要由方波交流信号和正弦交流信号。方波交流信号下的测量，又称为脉冲测量法，其内阻计算公式同公式（1）；正弦交流信号下的测量，又称为交流注入法或交流阻抗法，在某一特定的固定的频率下f的恒定交流信号I=I₀sin(2πft)对应的交流电压响应信号V=V₀sin(2πft+θ)，其中θ是相位差，利用公式（2）计算电池的阻抗，

Z=V/I    （2）。

通常固定的频率f是电池阻抗频谱区间的高频位置，测量得到电池的高频阻抗部分，通常认为是电池的欧姆内阻。

直流法快速测量，可以在电池充电放电运行下测量，但缺陷在于，1）只能测量出电池的总阻抗，无法测量出电荷传递阻抗和浓差极化阻抗；2）假设了电池在两种不同的电流下充电和放电时的极化阻抗是相等的，因此测量结果准确性不高，只能用于粗略估计。脉冲法克服了直流法的缺陷2），在较小的方波变化周期内，电池的欧姆内阻能瞬间响应，而电池的极化阻抗来不及变化，因此，可以测量出电池的欧姆内阻，但无法测量出极化阻抗部分。而交流阻抗法能够测量出电池的高频阻抗部分，但是，只是在某一频率或者该频率附近下恒定频率的测量，无法测量电池的全部阻抗，而且现有方法都是在电池开路状态下测量，与电池在充电或放电的工作条件下测量结果存在一定的偏差。

发明内容

本发明的目的是提供一种二次电池的阻抗测量系统和阻抗测量方法，其特征在于，所述二次电池的阻抗测量系统包括电池模块、电池充电放电模块、电池交流扫频模块和信号收集处理模块构成；

所述电池充电放电模块，包括电子负载、201稳定电源及203三位开关组成，使电池能够达到充电或放电的正常工作状态；其中电子负载为一滑线电阻，电子负载的滑臂与信号收集处理模块连接；电子负载的一端与201稳定电源的正极和203三位开关的203a点连接；电子负载的另一端与电池模块的正极连接；201稳定电源的正极与信号收集处理模块连接，201稳定电源的负极与203三位开关的203b点连接，203三位开关的203d点为空位；203三位开关的203c点与电池模块的负极连接；

所述的交流扫频模块由301交流扫频仪或302开关连接组成；用于对电池在达到充电或放电的正常工作状态之后，对电池模块在不同的稳定频率下进行交流阻抗测量；其中，302开关与电池模块的负极连接，301交流扫频仪与电池模块的正极和信号收集处理模块连接；

所述的信号收集处理模块为top终端硬件、或是个人PC、或是软件程序模块；并以通讯线与电池模块的正极连接；用于收集并处理直流稳定电流值、直流稳定电压值、交流电流激励信号和交流电压响应信号；并用于绘制测量得到的阻抗图谱和所述的阻抗图谱趋势线；并用于分析得到所述二次电池的欧姆内阻、电化学极化阻抗和浓差极化阻抗。

所述电池模块包含铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池；电池既可以是单节二次电池，又可以是若干数量单节电池串联和并联构成的二次电池组。

一种用二次电池的阻抗测量系统的阻抗测量方法，其特征在于，包括以下步骤：