基于主动外部激励的电池主动调控装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术为一种基于主动外部激励的电池主动调控装置。由脉冲激励源、待测样品和电化学阻抗谱仪组成，高速脉冲激励源向待测样品（电池）施加外部脉冲激励，调控电池内部运行状态；电化学阻抗谱仪对待测样品进行低频扫频阻抗分析，以得到待测样品的频率响应，表征电池外部调控效果。本实用新型专利技术提出了一种采用外部激励源对电池内部的反应过程进行主动调控的装置，根据首创性的电器电容效应进行调控，在无需外加其他电池均衡设备与电力电子电路的情况下保持电池系统的安全性与可靠性，对于设计、运行和维护电池系统具有重大的实用价值。运行和维护电池系统具有重大的实用价值。运行和维护电池系统具有重大的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
基于主动外部激励的电池主动调控装置


[0001]本技术属于电气工程领域，具体为一种基于主动外部激励的电池主动调控装置。

技术介绍

[0002]在现有的电池设计、运行和维护过程中，通常把电池视作完全被动的电力设备，现有范式决定了电池一旦投入使用就难以评估电池状态。因此，被动的电池设计、运行和维护范式使得电池的安全性和维护成本通常高于电池的设计成本。本技术所提出的一种基于主动外部激励的电池主动调控装置，首次利用电池中普遍存在的电气电容效应，通过电气电容效应在线识别电池状态，用主动外部激励的方式调控电池的内部行为，对电池的安全，高效和智能化应用提供了全新的实践操作装置。

技术实现思路

[0003]本技术是一类利用电气电容效应，通过外部激励的方法进行电池内部电化学过程调控的装置。
[0004]本技术的理论基础为首创性的电气电容效应。电容器由两个导体和夹在它们之间的介电材料组成，是一个用于电荷存储的容器。在电池中，正负极板为导电介质，所述硫化层为介电材料。因此，硫化电池可以被看作一个电容器，在本技术中称之为电容效应。电容效应在各类电池生命周期中普遍存在，本技术采用电气电容效应反应电池界面变化情况和电化学过程，进而为所提出外部调控装置提供了机理支持。
[0005]本技术提出的一种基于主动外部激励的电池主动调控装置，由脉冲激励源、待测样品、电化学阻抗谱仪和频率响应分析仪组成，其中：脉冲激励源的输出端连接待测样品的输入端，待测样品的输出端连接电化学阻抗谱仪的输入端，电化学阻抗谱仪的输出端连接频率响应分析仪的输入端，脉冲激励源向待测样品施加外部脉冲激励，调控待测样品内部运行状态；电化学阻抗谱仪对待测样品进行低频扫频阻抗分析，以得到待测样品的频率响应，通过频率响应分析仪表征待测样品外部调控效果。
[0006]本技术中，所述待测样品为电池。
[0007]本技术中，所述脉冲激励源采用高速脉冲激励源。
[0008]本技术中，电化学阻抗谱仪用于测量待测样品在低频下的频率响应，绘制奈奎斯特曲线，通过曲线上的阻抗最低点作为电池谐振点，通过电池谐振点的移动范围作为电池内部电化学调控过程的表征。
[0009]本技术在无需外加其他电池均衡设备与电力电子电路的情况下实现电池的电化学调控。
[0010]本技术的有益效果在于：本技术利用了电池中的共性电气电容效应，并采用外部激励进行电池内部电化学过程的调控，使得电池的调控过程发生了从被动到主动的改变，在无需外加其他电池均衡设备与电力电子电路的情况下保持电池系统的安全性与
可靠性，对于设计、运行和维护电池系统提供了一种可靠、有效的装置。
附图说明
[0011]图1为技术中采用的基于主动外部激励的电池主动调控装置的结构示意图；
[0012]图2为本技术所利用的电气电容效应的示意图；
[0013]图3为基于外部激励调控前后的电池频率响应示意图；
[0014]图4为一种基于主动外部激励的电池主动调控装置的运行流程图；
[0015]图中标号：1为脉冲激励源，2为待测样品，3为电化学阻抗谱仪，4为频率响应分析仪。
具体实施方式
[0016]下面通过实施例结合附图进一步说明本技术。
[0017]实施例1：如图1所示，所述一种基于主动外部激励的电池主动调控装置由高速脉冲激励源1、待测样品（电池）2、电化学阻抗谱仪3和频率响应分析仪4这四个主要部分构成。高速脉冲激励源1的型号为NF BP4610，电化学阻抗谱仪3的型号为BIOLOGIC VMP3，频率响应分析仪4采用RSA306。初始化高速脉冲激励源1的幅值和频率参数后，向电池施加激励。施加激励的时间一般为2小时。施加脉冲后，基于图2所示的电气电容效应，外部激励的电池调控效果由频率响应分析仪4得出。图3是频率响应分析的一个例子。图4是基于主动外部激励的电池主动调控装置的运行流程图。
[0018]本技术的具体步骤如下：
[0019]（1）根据本技术中提出的首创性的电气电容效应，待测样品2（电池）的正、负极板为导电介质，所述硫化层为介电材料，因此将待测样品1（电池）视为一个电容器；
[0020]（2）所述基于主动外部激励的电池主动调控装置采用高速脉冲激励源1进行电池激励。根据需求可初始化或改变脉冲激励的幅值和频率参数以获得不同的频率响应。激励的波形是占空比5%以下的窄方波信号，幅值范围是0.1C A到1C A，其中C是电池的额定容量。激励的频率范围是1kHz到100kHz；
[0021]（3）所述基于主动外部激励的电池主动调控装置通过测试电池的频率响应评估电池内部的电化学过程。具体为，选用电化学阻抗谱技术进行频率响应的测量。以幅值为5mV，频率为10mHz到1MHz的正弦波作为扰动源，测量电池的复阻抗。每次测量在10mHz到1MHz的对数频率范围平均取6个点，每个扰动步骤测试2次。最终的频率响应结果即所测复阻抗的平均值；
[0022]（4）如步骤（3）所述的频率响应评估通过绘制阻抗的奈奎斯特曲线实现。以复阻抗的实数分量作为横轴，复阻抗的虚数分量作为纵轴进行绘图，得到奈奎斯特曲线。在奈奎斯特曲线上观察阻抗的最低点，即为电池的谐振点。电池的谐振点在外部激励施加后发生移动，根据谐振点移动的频率范围进行电池内部电化学过程的评估；
[0023]（5）根据步骤（4）中评估结果对外部高速脉冲激励源的参数设置进行适当的调整，可重复进行步骤（2）至步骤（5），直至调控结果或重复次数达到要求。
[0024]以一个实测数据点来说明本实施例：采用电池容量为6Ah；外部激励电流2A，激励波形为方波，占空比为5%，激励频率为20kHz，激励时间为1h；选用电化学阻抗谱技术进行频
率响应的测量；以幅值为10mV，频率为10mHz到1MHz的正弦波作为扰动源，测量电池的复阻抗。每次测量在10mHz到1MHz的对数频率范围平均取12个点，每个扰动步骤测试2次。最终的频率响应结果即所测复阻抗的平均值。
[0025]激励前，如图3的三角形划线，频率响应最低点的频率是9.7kHz，对应电池内部的电化学过程变慢。激励后，如图3的菱形划线，频率响应最低点的频率是11.2kHz，对应电池内部的电化学过程变快。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于主动外部激励的电池主动调控装置，由脉冲激励源、待测样品、电化学阻抗谱仪和频率响应分析仪组成，其特征在于：脉冲激励源的输出端连接待测样品的输入端，待测样品的输出端连接电化学阻抗谱仪的输入端，电化学阻抗谱仪的输出端连接频率响应分析仪的输入端，脉冲激励源向待测样...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶晟宇，刘旭涛，孙耀杰，钱敏华，吉凡，陶宇霖，左俊雄，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：新型
国别省市：