用于确定导电器件的阻抗的方法、设备和计算机程序技术

本发明专利技术涉及一种用于确定导电器件(11)诸如电池或焊接的金属接合部的阻抗的方法，该方法包括以下步骤：‑向导电器件(11)施加时变电流(301)，其中，电流(301)至少在第一水平(31、311)至第二水平(33、331)之间改变，其中，电流(301)在时间间隔(302)内在第一水平(31、311)至第二水平(33、331)之间变化，其中，所述时间间隔(302)较短以使得导电器件(11)的电压响应(39)表现出被衰减(364)紧随的第一局部电压极值(36、361)，其中，当第一局部电压极值(36、361)已经衰减时，电压响应(39)采用欧姆电阻电压(342)；‑至少部分地获取电压响应(39)，根据所获取的电压响应(39)确定导电器件(11)的阻抗。

Methods, equipment and computer programs for determining the impedance of conductive devices

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定导电器件的阻抗的方法、设备和计算机程序说明书本专利技术涉及根据权利要求1所述的用于确定导电器件的阻抗的方法，根据权利要求14所述的计算机程序，以及根据权利要求15所述的用于执行上述方法的设备。从研究到重复利用，都需要反复分析电池的阻抗，以检查功能、功率容量、安全状态和剩余值。然而，不仅对于电池需要精确确定阻抗，而且对于许多其他技术部件和子部件诸如焊接的连接部，都需要精确确定阻抗。已知用于确定导电器件阻抗的四种方法：直流(DC)电阻法在执行该方法时，将恒定电流施加到被测导电器件的端子，并测量端子处对应的电压响应。在施加恒定电流后，在限定的时间通常十秒处确定期望的DC电阻。端子电压从该端子电压的初始值到限定的时刻处的值的变化除以所施加的电流，以计算出DC电阻。使用该方法分析电池时，仍不清楚如何解读直流电阻值以及该值包含什么信息。此外，直流电阻法取决于许多因素，因此该直流电阻法再现性很差。电流脉冲方法该方法的原理类似于用于确定直流电阻的规程。区别在于，电流脉冲方法不仅使用一个时刻而且使用整个恒定电流相位和对应的端子电压响应来分析导电器件的阻抗。通常拟合等效电路(EEC)模型以获得更详细的阻抗值。尽管可以取得关于阻抗的更详细的信息，但是结果在数学上并不是唯一的，并且DC方法固有的问题对于电流脉冲方法也存在。此外，电流脉冲方法和直流电阻的测量这两种方法都没有考虑快速动态阻抗诸如电感，原因在于现有技术的设备的采样率太低。电阻抗波谱(EIS)该方法在频域中有效。因此，通常为正弦电流的交流信号被感应到导电器件，并且该器件以通常为端子电压的交流端子信号响应。针对每个所施加的频率计算复阻抗，并且可以用奈奎斯特或波特图描绘该结果。整个测量至少进行若干秒钟，并且仅在导电器件类似于线性时不变(LTI)系统运转时才起作用。结果的解读尚未明确限定，并且主要取决于操作员的技能。交流(AC)电阻：原则上，交流电阻方法是在一个单频通常为1kHz进行的EIS。AC电阻值只是断定的复阻抗的实部。信息价值非常低，因为解读仍然未限定，并且存在许多从属性。然而，与EIS相比，AC方法与以上呈现的其他分析方法相比，易于操作且较快速。用于确定导电器件的阻抗的大多数方法根据以上列出的原理操作。例如，EP1634088A2、EP1068540A1和EP1548452A1公开了通过使用电流脉冲序列并分析电池的电压响应以用于测量电池容量的方法。尽管在EP1634088A2中观察到电压响应中的感应过冲(overshoot，过度上冲、过调量、超调量)，但是没有一种方法控制和使用所述感应过冲来从表征电池的感应参数中区分出并分析欧姆。相反，感应过冲被视为如果可能的话必须将其避免的测量异常值或误差。根据本专利技术的问题是提供至少部分地克服上述问题的方法。该目标通过具有权利要求1的特征的方法来实现。在从属权利要求中描述了有利的实施方式。根据权利要求1所述的用于确定导电器件诸如电池或焊接的金属接合部的阻抗的方法包括以下步骤：-特别地将导电器件的端子与特别地可控的电流源电连接，-施加通过导电器件的电端子时变电流，其中，电流至少在第一水平至第二水平之间改变，其中，电流在一时间间隔内在第一水平至第二水平之间变化，-其中，所述时间间隔较短以使得在端子处对导电器件的所施加的电流变化的电压响应表现出第一局部电压极值诸如峰值，特别地在所施加的电流到达第二水平的时间点处表现出第一局部电压极值，特别地由于感应过冲引起该第一局部电压极值，在该第一局部电压极值之后跟随有衰减，其中，当第一局部电压极值已经衰减时，电压响应采用欧姆电阻电压即主要由欧姆电阻引起的电压，特别地其中，欧姆电阻电压在第一局部电压极值之后在0.5毫秒内被采用，更特别地在100微秒内，甚至更特别地在10微秒内，甚至更特别地在5微秒内，特别地在所施加的电流仍处于第二水平的同时被采用，-至少部分地获取电压响应，特别地至少部分地记录电压响应，该电压响应特别地包括并分辨第一局部电压极值和欧姆电阻电压，-根据所获取的电压响应和所施加的电流来确定导电器件的阻抗，特别地根据欧姆电阻电压和所施加的电流来确定导电器件的阻抗。与现有技术相反，根据本专利技术的方法允许不仅分析导电器件的慢速动态(slowdynamic，慢动态)阻抗，而且还分析快速动态(fast-dynamic，快动态)阻抗，特别地在时域中进行上述分析。特别地，电物理过程有助于这些具有显著的欧姆特性和感应特性的快速动态阻抗。导电器件特别地包括欧姆电阻，并且特别地表现出电压响应特性，该电压响应特性表现出感应过冲及其在感应过冲峰值之后的衰减。一旦过冲已经衰减，就可以确定欧姆电阻电压，并因此可以根据导电器件确定欧姆电阻。当电压响应的较慢速动态发生在较长的时间而其他电压响应部件诸如慢的RC或RL部件遮掩了欧姆电阻电压时，这特别有用。RC部件特别地是包括以并联电路连接的欧姆电阻(R)和电容性部件(C)的电路。类似地，RL部件特别地是包括以并联电路连接的欧姆电阻(R)和感应部件(L)的电路。注意到，欧姆电阻电压是主要由导电器件的欧姆电阻引起的电压。但是，由于器件的其他电子部件诸如电感、RC部件或RL部件可能仍然表现出或可能开始表现出对所施加电流的电压响应，因此欧姆电阻电压可能包括来自这样的其他电子部件的一些贡献。欧姆电阻电压特别地由欧姆电阻引起的至少50％构成。该方法特别地需要确定第一局部电压极值和随后的衰减，以便识别导电器件的阻抗的欧姆电阻电压。随后的衰减特别地在微秒的数量级，特别地一微秒。特别地，可以将衰减建模为指数式衰减，其中，衰减时间小于一微秒。当电压的感应过冲下降到其初始幅度的25％以下，更特别地10％以下时，第一局部极值特别地被认为是衰减的。导电器件的端子是例如电池的电极或焊接的金属接合部的两个测量点。电流源被配置成向导电器件提供必要的电流。因此，电流源能够提供时变电流，该时变电流从第一水平如此快速且如此准确地变化至第二水平，以致可以通过导电器件引起所需的电压响应。目前为止，感应过冲即第一局部电压极值仍未被使用的一个原因是生成在微秒或者甚至几分之一微秒的高动态范围内被完全控制的电流或电流脉冲的高复杂性。电流源可以被包括在器件中，或者通过同时监测和记录所施加的电流的器件被控制。可以与所获取的电压响应一起同步记录所施加的电流。然而，完全不需要测量所施加的电流，因为该所施加的电流是通过被配置成提供从第一水平到第二水平的特别快速和准确的电流变化的器件提供的。因此，所施加电流是通过设计而已知的。第一水平和第二电流水平在它们的安培数方面不同。第一电流水平和第二电流水平特别地是被施加到导电器件的电流斜波的端点，即，所施加的电流特别地仅在时间间隔内进行变化并且在该时间间隔之前和之后保持恒定。斜波可以是线性的。第一水平和第二水平之间的时间间隔特别地短于现有技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定导电器件(11)诸如电池或焊接的金属接合部的阻抗的方法，所述方法包括以下步骤：/n-向所述导电器件(11)施加时变电流(301)，其中，所述电流(301)至少在第一水平(31、311)至第二水平(33、331)之间改变，/n其中，所述电流(301)在时间间隔(302)内在所述第一水平(31、311)至所述第二水平(33、331)之间变化，/n其中，所述时间间隔(302)较短以使得所述导电器件(11)的电压响应(39)表现出被衰减(364)紧随的第一局部电压极值(36、361)，其中，当所述第一局部电压极值(36、361)已经衰减时，所述电压响应(39)采用欧姆电阻电压(342)，/n-至少部分地获取所述电压响应(39)，/n-根据所获取的电压响应(39)和所施加的电流(301)来确定所述导电器件(11)的阻抗，特别地根据所述欧姆电阻电压(342)和所施加的电流来确定所述导电器件的阻抗。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170802 EP 17184597.7;20171220 EP 17209129.01.一种用于确定导电器件(11)诸如电池或焊接的金属接合部的阻抗的方法，所述方法包括以下步骤：
-向所述导电器件(11)施加时变电流(301)，其中，所述电流(301)至少在第一水平(31、311)至第二水平(33、331)之间改变，
其中，所述电流(301)在时间间隔(302)内在所述第一水平(31、311)至所述第二水平(33、331)之间变化，
其中，所述时间间隔(302)较短以使得所述导电器件(11)的电压响应(39)表现出被衰减(364)紧随的第一局部电压极值(36、361)，其中，当所述第一局部电压极值(36、361)已经衰减时，所述电压响应(39)采用欧姆电阻电压(342)，
-至少部分地获取所述电压响应(39)，
-根据所获取的电压响应(39)和所施加的电流(301)来确定所述导电器件(11)的阻抗，特别地根据所述欧姆电阻电压(342)和所施加的电流来确定所述导电器件的阻抗。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第一局部电压极值(36、361)之后跟随有第二相反局部电压极值(37、371)或电压坪，其中，所述欧姆电阻电压(342)是在所述第二相反局部电压极值(37、371)处的电压，特别地其中，所述第二相反局部电压极值(37、371)与所述第一局部极值(36、361)被间隔开小于0.5毫秒，特别地小于100微秒，更特别地小于10微秒，特别地小于5微秒。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述时间间隔(302)小于0.5毫秒，特别地小于0.1毫秒，更特别地小于50微秒，甚至更特别地小于10微秒，特别地5微秒。


4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述导电器件(11)是电池、电池包、电池组或电池系统。


5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述导电器件的电压响应(39)能够被建模为等效电路(2)，所述等效电路包括：至少一个感应元件(21)，诸如电感；至少一个欧姆电阻元件(22)；RC元件(23、24)；以及特别地RL元件(25、26)；其中，所述元件特别地被串联连接。


6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，确定所述导电器件(11)的所述阻抗的欧姆电阻RΩ，其中，特别地根据RΩ＝|(Usum，min-Usum，0)/(I2-I0)|来确定所述欧姆电阻，其中，I0是所述第一水平(312、311)，I2是所述第二水平(33、331)，Usum,min是所述电压响应(39)的所述欧姆电阻电压(342)，并且Usum,0是所述电压响应(39)在电流处于所述第一水平(31、311)时的电压(351)。


7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述电压响应(39)包括感应电压响应Usum,1(362)，其中，根据在所施加的电流(301)开始从所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·休伯，马克思·霍尔谢，马丁·布兰德，阔比尼安·施密特，
申请(专利权)人：李普拉斯有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE