[发明专利]一种基于状态滤波的电池交流阻抗谱测量方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种电池的交流阻抗谱的测量方法，特别涉及到一种基于状态滤波的电池交流阻抗谱测量方法。

【背景技术】

二次电池又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。以下所称电池均为二次电池。电池SOC全称为State o f Charge，即荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示，其取值范围为0～1，当SOC＝0时表示电池完全放电，当SOC＝1时表示电池完全充满。一般用电池SOH(State o f Health)表示电池的健康状态，当电池使用一段时间后，电池充满电时的容量低于电池额定容量的80％后，电池就应该被更换。在电池的应用中，通过获得电池的交流阻抗谱，可以直接用于电池SOC估计，或者用于分析电池SOH，也可以用于分析电池内部电化学特征等。交流阻抗谱是常用的一种电化学测试技术，它的原理是：对电池体系施加小幅度扰动，测量得到的电化学响应，在每个频率点测量得到的原始数据中，都包含了施加扰动信号后测得的响应的相位移及阻抗的幅值，从这些数据可以计算出电化学响应的实部和虚部。交流阻抗谱中涉及的参数有阻抗幅值(|Z|)、阻抗实部(Z_Re)、阻抗虚部(Z_Im)、相位移(θ)、频率(ω)等变量。因而交流阻抗谱可以通过多种方式表示出来，根据实际的需要，可以选择不同的图谱形式进行数据解析。

目前已有不同方法用于获得电池的交流阻抗谱。例如，通过给电池施加特定的电流扰动信号，并测量得到相应的电压信号以获得电池的交流阻抗谱。这类方法的局限性在于由于扰动信号必须是特定的，无法应用于电流不确定的在线电池系统(使用过程中的电池系统称为在线电池系统)。目前也有方法通过状态滤波对在线电池系统的交流阻抗谱的参数进行估计，但其采用的模型如韦伯阻抗模型的局限性在于其估计出来的参数只能描述电池交流阻抗谱的部分特征，即得到的交流阻抗谱的参数是不完整的，不能获得任意频率下电池交流阻抗谱的参数，用该交流阻抗谱估计电池SOC、分析电池SOH等也是不够准确的。

【发明内容】

为克服现有在测量电池交流阻抗谱中出现的技术难题，本发明提供了一种基于状态滤波的电池交流阻抗谱测量方法。

本发明解决技术问题的方案是提供一种基于状态滤波的电池交流阻抗谱测量方法，包括以下步骤：

步骤S1：提供待检测的电池，检测所述电池在测试或使用过程中的激励信号及响应信号；

步骤S2：提供一种已知的电池模型，使用单位脉冲响应函数作为电池交流阻抗谱模型的参数，将所述参数与所述电池模型组合建立所述电池的交流阻抗谱模型，以获得状态滤波所需的状态方程和输出方程；

步骤S3：根据检测获得的激励信号、响应信号及通过交流阻抗谱模型获得的状态滤波所需的状态方程和输出方程，通过状态滤波获得电池的交流阻抗谱的估计。

优选地，步骤S2包括以下步骤：

步骤S21：基于电池SOC与电池开路电压关系的线性模型，将单位脉冲响应函数和所述线性模型组合，建立电池的交流阻抗谱模型，以通过交流阻抗谱模型获得状态滤波所需的状态方程和输出方程。

优选地，步骤S3包括以下步骤：

步骤S31：基于步骤2中得到的交流阻抗谱模型，对电池状态和单位脉冲响应函数的初始状态做出初始估计，并将该初始估计作为电池状态和单位脉冲响应函数的先验估计；

步骤S32：根据所述先验估计，以及检测获得的激励信号和响应信号，通过状态滤波获得电池状态和单位脉冲响应函数的后验估计，并通过对单位脉冲响应函数的后验估计进行离散傅里叶变换，得到电池交流阻抗谱的估计。

优选地，步骤S3进一步包括以下步骤：

步骤S33：根据电池状态和单位脉冲响应函数的后验估计，计算得到下一时刻的电池状态和单位脉冲响应函数的先验估计，以通过状态滤波获得下一时刻的电池状态和单位脉冲响应函数的后验估计；

步骤S34：重复步骤S32、S33，以获得随时间变化的电池交流阻抗谱的估计。

优选地，所述激励信号为电池电流，所述响应信号为电池端电压。

优选地，所述状态滤波为卡尔曼滤波。