[发明专利]基于阶梯波的锂离子电池EIS低频段在线测量方法

说明书

本发明属于电池阻抗快速测量技术领域，涉及一种基于阶梯波的锂离子电池EIS低频段在线测量方法，包括基于锂离子电池电化学反应特性和实际需要确定合适的阶梯波阶梯数以及电流幅值；对锂离子电池施加合适频率范围的阶梯波电流，对采样得到的阶梯波电流和响应电压进行正弦拟合，得到所需低频段的阻抗值，进而组成锂离子电池的低频段电化学阻抗谱，即低频段EIS。该低频段EIS在线测量方法能够准确反应锂离子电池的低频段阻抗信息；具有锂离子电池低频段EIS测试结果精度高，工程易于实现等效果，为电池健康状态快速评估和安全预警提供有效技术支撑。

技术领域

本发明属于电池阻抗快速测量技术领域，涉及一种基于阶梯波的锂离子电池EIS(电化学阻抗谱，Electrochemical Impedance Spectroscopy)低频段在线测量方法，尤其涉及一种基于阶梯波的锂离子电池EIS低频段在线高精度测量方法。

背景技术

锂离子电池的性能检测、状态评估和安全预警一直是锂离子电池使用过程中需要重点解决的问题，但在实际使用过程中，由于锂离子电池运行工况复杂、测试数据有限，难以准确地判断锂离子电池的状态、评估锂离子电池的性能。在实验室研究中，发现通过分析电化学阻抗谱的低频段数据，可以得到较多重要的电池性能与状态信息。尤其是在实现锂离子电池健康状态快速评估，容量跳水预警和热失控预警时，电化学阻抗谱的低频段数据显得更为重要。

然而，传统的EIS测量方法由于需要专门的设备输出正弦波激励，因此在实际应用中很难实现；目前工程上已有的方波测量EIS方法，是通过对方波进行分解的方式得到相应的正弦波。由于分解后得到的谐波幅值和基波幅值存在差异，在EIS低频段的误差相对较大，因此进一步提高测量精度变得十分必要。阶梯波与正弦波激励更为接近，各频率的幅值一致，从机理上优于方波；而且用充电机设备可以输出所需工况，采样频率要求不高，易于工程实现。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于阶梯波的锂离子电池EIS低频段在线高精度测量方法，能够改善现有技术在工程中无法实现锂离子电池EIS低频段的在线高精度测量和正弦电流测试EIS等问题。

为达到以上目的，本发明专利采用如下技术方案：

一种基于阶梯波的锂离子电池EIS低频段在线测量方法，包括如下步骤：

S1、根据公式(1)将电化学阻抗谱测试所需的正弦波电流等效为阶梯波电流，确定一个周期正弦波电流对应阶梯波电流的阶梯数 N，

y_n＝Asin((n-1)H+H/2) (1)

其中，y_n表示第n个阶梯的电流幅值，A表示电化学阻抗谱测试的电流幅值，n＝1,2,3,…,N，表示阶梯波电流中的第几个阶梯，N表示阶梯数，H由公式(2)计算，

H＝2π/N (2)；

S2、根据所需等效的电化学阻抗谱测试的正弦波电流幅值，确定阶梯波电流中每一个阶梯的电流幅值，即y₁,y₂,…,y_n；

S3、对锂离子电池施加阶梯波电流，根据实际需要确定施加阶梯波电流的频率范围，计算每一个频率下施加阶梯波电流的总时间T，进而确定不同频率下阶梯波电流中每一个阶梯的电流持续时间t，将每个频率下的阶梯波电流组合后得到变频阶梯波电流谱；

S4、对锂离子电池施加变频阶梯波电流谱，根据采样定理选取合适的采样频率，对阶梯波电流和阶梯波响应电压进行采样，随着采样设备的采样频率的提高，所述阶梯波电流的频率范围可以向上拓展；

S5、将采样得到的不同频率下的阶梯波电流和阶梯波响应电压分别进行正弦拟合，得到不同频率下拟合的正弦电流和正弦响应电压；