[发明专利]一种基于电化学阻抗谱的铅酸电池健康状态诊断方法

说明书

本发明涉及电池健康状态诊断技术领域，具体涉及一种基于电化学阻抗谱的铅酸电池健康状态诊断方法，本方案通过获取不同老化状态下待测电池的电化学阻抗谱，比较不同老化状态下待测电池交流阻抗分量的差异性，以交流阻抗虚部作为表征电池健康状态的健康因子，由此建立诊断待测电池健康状态的一阶线性估计模型，实现了对蓄电池健康状态的快速估计。该方法快速便捷，无需考虑电池SOC状态的影响，能够适用于各种工况以及不同型号的蓄电池检测。

技术领域

本发明涉及电池健康状态诊断技术领域，具体涉及一种基于电化学阻抗谱的铅酸电池健康状态诊断方法。

背景技术

不间断电源系统(UPS)是数据中心供配电系统中较为重要的环节，其直接为后端信息系统设备提供7*24h平稳持续的电力。数据中心UPS包括阀控式铅酸蓄电池(以下简称蓄电池)后备部件等。当电力中断或UPS的电力变换部件故障时，蓄电池须立即提供短时供电，因此，蓄电池的安全可靠运行至关重要。

随着使用时间的增长，蓄电池的安全隐患也会逐渐增多，电池有可能会出现漏液、爬酸、极板盐化等情况，严重的更有可能发生自燃。另外，劣化的电池容量也会有所下降，在应及使用时就不足以支撑足够长时间的电力供应，因此，需要定期对蓄电池进行检查维护，来保障系统的安全运行。

目前蓄电池监测最为准确有效的方法是用蓄电池充放电测试仪进行全容量放电测试，该测试所需成本非常大，且在性能评估方面仍旧有所欠缺。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种能够适用于各种工况，对不同型号的电池进行健康状态快速估计的基于电化学阻抗谱的铅酸电池健康状态诊断方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：所述的基于电化学阻抗谱的铅酸电池健康状态诊断方法，包括以下步骤：

(1)利用EIS测量设备获取待测电池不同老化状态下的电化学阻抗谱；

(2)对步骤(1)中得到的电化学阻抗谱进行拆解、分析，得到待测电池的交流阻抗各部分在不同老化状态下的变化趋势；

(3)根据皮尔逊相关系数量化待测电池的阻抗变化与容量衰退之间的相关性，选择交流阻抗虚部作为特征量；

(4)对不同频率点的交流阻抗虚部与电池健康状态进行线性拟合，根据拟合优度评价程度的好坏，选择最佳拟合频率作为特征频率，得到用于表征待测电池健康状态的健康因子；

(5)以步骤(4)中得到的健康因子为自变量，待测电池的健康状态为因变量，建立一阶线性估计模型，输入健康因子，输出所述待测电池的当前可输出的最大容量与标称容量之比、即健康状态SOH，若SOH＜80％，则判断为所述待测电池处于不健康状态。

进一步地，待测电池的交流阻抗各部分在不同老化状态下的变化趋势，包括交流阻抗幅值、实部、虚部以及相角的变化趋势；

在步骤(1)中，利用EIS测试设备获取待测电池的电化学阻抗数据，包括阻抗幅值以及相位角，通过交流阻抗表达式计算得到实部以及虚部，公式为：

Z_Re＝Z_mcosθ；

Z_Im＝Z_msinθ；

在上式中，Z_m为阻抗幅值，θ为相位角。

进一步地，步骤(3)中，计算交流阻抗各分量与容量之间的皮尔逊相关系数公式为：

在上式中，X_i和Y_i为两个变量各样本的真值，和为两个变量的均值，所得到的结果的绝对值越接近1，说明相关性越高。