一种电化学阻抗测试等效电路及拟合方法技术

本申请公开一种电化学阻抗测试等效电路及拟合方法，涉及电池技术领域，能够精准拟合电池内部的电化学阻抗谱，进而准确反映电池的工作状态。一种电化学阻抗测试等效电路，包括：电解质膜电阻；至少两阶等效电路，与所述电解质膜电阻串联，所述至少两阶等效电路的每一阶等效电路之间串联，所述每一阶等效电路包括线性元件和非线性元件。性元件和非线性元件。性元件和非线性元件。

【技术实现步骤摘要】
一种电化学阻抗测试等效电路及拟合方法


[0001]本申请涉及电池
，尤其涉及一种电化学阻抗测试等效电路及拟合方法。

技术介绍

[0002]PEMFC(质子交换膜燃料电池)是一种可以在一定催化条件下发生化学反应，将化学能转换为电能的供电装置，具有低温、高效、零排放等特点，例如氢燃料电池。然而PEMFC内部的电化学、传输机理的不明确限制了其发展，其内阻是影响PEMFC性能、效率与使用寿命的重要因素之一。EIS(交流阻抗技术)是一种暂态电化学测量技术，属于交流信号测量范畴，具有测量速度快，干扰小的特点。EIS的原理是给电化学系统施加一个频率不同的小振幅的交流信号，测量交流信号电压与电流的比值(此比值为电池的电化学阻抗)随正弦波频率ω的变化，或者是阻抗的相位角Φ随ω的变化，进而对电池的工作状态进行分析和研究。
[0003]目前，电池的电化学阻抗的测试方式可以采用根据拟合结果反推阻抗谱的等效电路图，通过电路基础元件及物理意义，分析电池的工作状态。
[0004]然而，现有的电化学阻抗测试的等效电路难以精确拟合出电池内部的电化学阻抗谱，进而难以准确反映电池的工作状态。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种电化学阻抗测试等效电路及拟合方法，能够精准拟合电池内部的电化学阻抗谱，进而准确反映电池的工作状态。
[0006]本申请实施例的第一方面，提供一种电化学阻抗测试等效电路，包括：
[0007]电解质膜电阻；
[0008]至少两阶等效电路，与所述电解质膜电阻串联，所述至少两阶等效电路的每一阶等效电路之间串联，所述每一阶等效电路包括线性元件和非线性元件。
[0009]在一些实施方式中，所述电化学阻抗测试等效电路，包括：
[0010]三阶等效电路，与所述电解质膜电阻串联，所述三阶等效电路的所述每一阶等效电路之间串联。
[0011]在一些实施方式中，在燃料电池的电化学阻抗谱的拟合过程中，所述每一阶等效电路对应所述燃料电池的不同交流测试电流的频段。
[0012]在一些实施方式中，所述三阶等效电路包括依次串联的第一阶等效电路、第二阶等效电路和第三阶等效电路，所述第一阶等效电路与所述电解质膜电阻串联；
[0013]所述第一阶等效电路对应的所述交流测试电流的频段大于所述第二阶等效电路对应的所述交流测试电流的频段，所述第二阶等效电路对应的所述交流测试电流的频段大于所述第三阶等效电路对应的所述交流测试电流的频段。
[0014]在一些实施方式中，所述线性元件包括电阻，和/或，所述非线性元件包括常相位角元件。
[0015]在一些实施方式中，所述每一阶等效电路的所述线性元件和所述非线性元件并
联。
[0016]本申请实施例的第二方面，提供一种电化学阻抗测试等效电路拟合方法，利用如第一方面所述的电化学阻抗测试等效电路，所述拟合方法包括：
[0017]对燃料电池进行通电测试，得到所述燃料电池的阻抗测试数据；
[0018]利用Zview软件，基于所述阻抗测试数据，拟合得到所述电化学阻抗测试等效电路中的元件阻抗初始值；
[0019]利用所述Zview软件，基于所述元件阻抗初始值，拟合得到所述燃料电池的电化学阻抗谱。
[0020]在一些实施方式中，所述阻抗测试数据包括所述电化学阻抗测试等效电路的阻抗表达式的虚部和实部，以及在对所述燃料电池进行通电测试的过程中施加在所述燃料电池上的交流测试电流的频率；
[0021]所述利用Zview软件，基于所述阻抗测试数据，拟合得到所述电化学阻抗测试等效电路中的元件阻抗初始值，包括：
[0022]将不同所述交流测试电流的频段对应的所述实部和虚部输入所述Zview软件，经过所述Zview软件的拟合，分别得到每一阶等效电路的所述元件阻抗初始值，其中，所述每一阶等效电路对应不同的所述交流测试电流的频段。
[0023]在一些实施方式中，所述利用所述Zview软件，基于所述元件阻抗初始值，拟合得到所述燃料电池的电化学阻抗谱，包括：
[0024]基于所述元件阻抗初始值，构建电化学阻抗测试等效电路模型；
[0025]将所述电化学阻抗测试等效电路模型导入所述Zview软件，以对所述燃料电池的内部阻抗进行整体拟合，得到所述电化学阻抗谱。
[0026]在一些实施方式中，所述电化学阻抗测试等效电路拟合方法，还包括：
[0027]基于所述电化学阻抗谱，评估所述燃料电池的工作状态。
[0028]本申请实施例提供的电化学阻抗测试等效电路及拟合方法，通过设置至少两级等效电路，至少两阶等效电路的每一阶等效电路之间串联，每一阶等效电路包括线性元件和非线性元件。通过在每一阶等效电路中设置线性元件和非线性元件，能够表示因电极表面多孔性分布不均匀所导致阻抗圆弧变形的现象。通过设置至少两级等效电路，可以将阳极和阴极阻抗在电化学阻抗谱中分离为不同的弧形，以能够测试阳极阻抗，进而提高电化学阻抗测试精度。利用本申请实施例提供一种电化学阻抗测试等效电路，能够精准拟合电池内部的电化学阻抗谱，进而准确反映电池的工作状态。
附图说明
[0029]图1为本申请实施例提供的一种电化学阻抗测试等效电路的示意性结构框图；
[0030]图2为本申请实施例提供的另一种电化学阻抗测试等效电路的示意性结构框图；
[0031]图3为本申请实施例提供的再一种电化学阻抗测试等效电路的示意性结构框图；
[0032]图4为本申请实施例提供的一种电化学阻抗测试等效电路拟合方法的示意性流程图；
[0033]图5为本申请实施例提供的一种燃料电池的电化学阻抗谱分析示意图；
[0034]图6为本申请实施例提供的三种电化学阻抗谱示意图。
具体实施方式
[0035]为了更好的理解本说明书实施例提供的技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本说明书实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本说明书实施例以及实施例中的具体特征是对本说明书实施例技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本说明书实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0036]在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“两个以上”包括两个或大于两个的情况。
[0037]PEMFC是一种可以在一定催化条件下发生化学反应，将化学能转换为电能的供电装置，具有低温、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学阻抗测试等效电路，其特征在于，包括：电解质膜电阻；至少两阶等效电路，与所述电解质膜电阻串联，所述至少两阶等效电路的每一阶等效电路之间串联，所述每一阶等效电路包括线性元件和非线性元件。2.根据权利要求1所述的电化学阻抗测试等效电路，其特征在于，包括：三阶等效电路，与所述电解质膜电阻串联，所述三阶等效电路的所述每一阶等效电路之间串联。3.根据权利要求2所述的电化学阻抗测试等效电路，其特征在于，在燃料电池的电化学阻抗谱的拟合过程中，所述每一阶等效电路对应所述燃料电池的不同交流测试电流的频段。4.根据权利要求3所述的电化学阻抗测试等效电路，其特征在于，所述三阶等效电路包括依次串联的第一阶等效电路、第二阶等效电路和第三阶等效电路，所述第一阶等效电路与所述电解质膜电阻串联；所述第一阶等效电路对应的所述交流测试电流的频段大于所述第二阶等效电路对应的所述交流测试电流的频段，所述第二阶等效电路对应的所述交流测试电流的频段大于所述第三阶等效电路对应的所述交流测试电流的频段。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的电化学阻抗测试等效电路，其特征在于，所述线性元件包括电阻，和/或，所述非线性元件包括常相位角元件。6.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的电化学阻抗测试等效电路，其特征在于，所述每一阶等效电路的所述线性元件和所述非线性元件并联。7.一种电化学阻抗测试等效电路拟合方法，其特征在于，利用如权利要求1
‑
6中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋文彬，覃博文，欧兵兵，王慧，张迪，
申请(专利权)人：东风汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：