一种基于单脉冲响应的电池阻抗谱测试方法及介质技术

本发明专利技术提供一种基于单脉响应的电池阻抗谱测试方法，包括:标记静置时间超过设定时间的电池，并在该电池需要测量阻抗谱时进行短脉冲恒流放电；记录所述短脉冲恒流放电过程的电压和电流；利用所述电压和电流计算非线性模拟等效电路的参数数据；基于所述参数数据，获得所述非线性模拟等效电路的阻抗；基于所述阻抗，绘制阻抗谱。本发明专利技术采用了非线性元件作为电池等效电路元件，可以更好地拟合实际电池在时域和频域的表现；本发明专利技术仅是采用短恒流脉冲进行测量，因此采用电池储能系统中原有变换器，甚至电池均衡电路均可实现，无需额外增添设备。设备。设备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单脉冲响应的电池阻抗谱测试方法及介质


[0001]本专利技术涉及电池状态管理领域，具体涉及一种基于单脉冲响应的电池阻抗谱测试方法及介质。

技术介绍

[0002]在电池领域现有状态估算技术中，主要是采用基于电池等效电路模型的状态估计方法。现有电池等效电路模型大多基于传统电路元件，如电阻，电容，电感。然而，采用这些器件组合获得的等效电路模型无法与利用电化学阻抗测试仪测试获得的电化学阻抗谱相互对应，其最主要原因在于，电池内实际电化学过程存在高度非线性，因此其对应等效的电学元件同样需要具有非线性，然而传统电路元件均为线性元件，无法实现这一目的。
[0003]此外，现有技术对于在线阻抗谱测量仍存在较大难度，通常需要进行外加电路实现阻抗测量。在实际系统中，外加阻抗测试电路会额外增加系统成本。对已封装完成的电池组而言，外加阻抗测试电路还会导致模块体积的增大，导致固定设备等尺寸均需要重新设计，不具有可操作性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于单脉冲响应的电池阻抗谱测试方法及介质。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种基于单脉响应的电池阻抗谱测试方法，包括:
[0006]标记静置时间超过设定时间的电池，并在该电池需要测量阻抗谱时进行短脉冲恒流放电；
[0007]记录所述短脉冲恒流放电过程的电压和电流；
[0008]利用所述电压和电流计算非线性模拟等效电路的参数数据；
[0009]基于所述参数数据，获得所述非线性模拟等效电路的阻抗；
[0010]基于所述阻抗，绘制阻抗谱。
[0011]优选地，所述标记静置时间超过设定时间的电池，并在该电池需要测量阻抗谱时进行短脉冲恒流放电，包括：
[0012]设定时间为t1；
[0013]当电池静置超过所述设定时间t1时进行标记；
[0014]当标记的电池需要进行测量阻抗谱时进行短脉冲恒流放电；
[0015]所述短脉冲恒电流放电的脉冲时间需超过锂电池内电荷传递和扩散的时间常数；
[0016]所述短脉冲恒电流放电的恒流电流能够作为SOC被动均衡电流。
[0017]优选地，所述恒流电流选为I＝0.25C，C为电池放电倍率。
[0018]优选地，所述记录短脉冲恒流放电过程的电压和电流，包括：
[0019]采集短脉冲恒流放电过程前和过程中的电压和电流；
[0020]采集过程结束后设定时长的恢复时间内的电压和电流。
[0021]优选地，所述采集短脉冲恒流放电过程前和过程中的电压电流，包括：
[0022]采集短脉冲恒流放电过程前N个时间点采样的电压并取其均值为V1；
[0023]记录短脉冲恒流放电过程时的电压变化情况；
[0024]记录短脉冲恒流放电过程结束后设定时间内的电压变化情况。
[0025]优选地，所述非线性模拟等效电路包括串联的第零电阻R
dc
、第一并联回路和第二并联回路；所述第一并联回路包含第一电阻R1和第一常相位元件Q1；所述第二并联回路包含第二电阻R2和第二常相位元件Q2；
[0026]其中，所述第一并联回路的时间常数为τ1，τ1＝R1×
Q1，其中R1表示第一电阻R1的阻值和Q1表示第一常相位元件Q1的阻抗值；所述第二并联回路的时间常数为τ2，τ2＝R2×
Q2，其中R2表示第二电阻R2的阻值和Q2表示第二常相位元件Q2的阻抗值；常相位元件Q1对应的分数阶指数为α1，常相位元件Q2对应的分数阶指数为α2。
[0027]优选地，所述利用电压和电流计算非线性模拟等效电路的参数数据，包括：
[0028]基于恒流短脉冲过程开始时的电池电压为V2，获得非线性模拟等效电路的电池直流内阻R
dc
，R
dc
＝(V2–
V1)/I；
[0029]将所述非线性模拟等效电路的电压恢复过程列为表达式：
[0030][0031]其中，为Mittag
‑
Leffler函数,v
p1
,v
p2
表示电池经过短脉冲恒流放电过程之后常相位元件上存储的电压；
[0032]根据电压恢复过程表达式以及采样得到的电压恢复过程实际电压，对参数[v
p1
、α1、τ1、v
p2
、α2、τ2]进行最小二乘拟合，得到6个参数的参考值数据。
[0033]优选地，所述基于参数数据，获得所述非线性模拟等效电路的阻抗，包括：
[0034]获得短脉冲恒流放电过程最终时刻对应电压变化：
[0035][0036][0037]其中I为短脉冲放电电流，t2为短脉冲放电时间，[v
p1
、α1、τ1、v
p2
、α2、τ2]这6个量均为已知量，解出R1，R2；
[0038]根据时间常数定义式：τ1＝R1×
Q1，τ2＝R2×
Q2，解出Q1、Q2。
[0039]优选地，所述基于阻抗，绘制阻抗谱，包括：
[0040]列出常相位元件Q1和Q2的阻抗表达式Z
Q1
，Z
Q2
为
[0041][0042][0043]其中ω表示角频率，结合非线性模拟等效电路连接关系以及时间常数定义式，得
到最终该电池的阻抗网络的最终表达式Z
bat
(ω)为：
[0044][0045]基于上述表达式绘制出电池阻抗谱。
[0046]根据本专利技术的第二个方面，提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行：任一项所述的一种基于单脉响应的电池阻抗谱测试方法。
[0047]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0048]本专利技术实施例中的一种基于单脉冲响应的电池阻抗谱测试方法，采用了非线性元件作为电池等效电路元件，可以更好地拟合实际电池在时域和频域的表现；
[0049]本专利技术实施例中的一种基于单脉冲响应的电池阻抗谱测试方法，仅是采用短恒流脉冲进行测量，因此采用电池储能系统中原有变换器，甚至电池均衡电路均可实现，无需额外增添设备。
附图说明
[0050]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0051]图1是本专利技术的一个较佳实施例的一种基于单脉冲响应的电池阻抗谱测试方法流程示意图；
[0052]图2是本专利技术的一个较佳实施例的对应电池电压采集标记图；
[0053]图3是本专利技术的一个较佳实施例的等效电路阻抗网络结构示意图。
具体实施方式
[0054]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单脉响应的电池阻抗谱测试方法，其特征在于，包括:标记静置时间超过设定时间的电池，并在该电池需要测量阻抗谱时进行短脉冲恒流放电；记录所述短脉冲恒流放电过程的电压和电流；利用所述电压和电流计算非线性模拟等效电路的参数数据；基于所述参数数据，获得所述非线性模拟等效电路的阻抗；基于所述阻抗，绘制阻抗谱。2.根据权利要求1所述的一种基于单脉响应的电池阻抗谱测试方法，其特征在于，所述标记静置时间超过设定时间的电池，并在该电池需要测量阻抗谱时进行短脉冲恒流放电，包括：设定时间为t1；当电池静置超过所述设定时间t1时进行标记；当标记的电池需要进行测量阻抗谱时进行短脉冲恒流放电；所述短脉冲恒电流放电的脉冲时间需超过锂电池内电荷传递和扩散的时间常数；所述短脉冲恒电流放电的恒流电流能够作为SOC被动均衡电流。3.根据权利要求2所述的一种基于单脉响应的电池阻抗谱测试方法，其特征在于，所述恒流电流选为I＝0.25C，C为电池放电倍率。4.根据权利要求2所述的一种基于单脉响应的电池阻抗谱测试方法，其特征在于，所述记录短脉冲恒流放电过程的电压和电流，包括：采集短脉冲恒流放电过程前和过程中的电压和电流；采集过程结束后设定时长的恢复时间内的电压和电流。5.根据权利要求4所述的一种基于单脉响应的电池阻抗谱测试方法，其特征在于，所述采集短脉冲恒流放电过程前和过程中的电压电流，包括：采集短脉冲恒流放电过程前N个时间点采样的电压并取其均值为V1；记录短脉冲恒流放电过程时的电压变化情况；记录短脉冲恒流放电过程结束后设定时间内的电压变化情况。6.根据权利要求5所述的一种基于单脉响应的电池阻抗谱测试方法，其特征在于，所述非线性模拟等效电路包括串联的第零电阻R
dc
、第一并联回路和第二并联回路；所述第一并联回路包含第一电阻R1和第一常相位元件Q1；所述第二并联回路包含第二电阻R2和第二常相位元件Q2；其中，所述第一并联回路的时间常数为τ1，τ1＝R1×
Q1，其中R1表示第一电阻R1的阻值和Q1表示第一常相位元件Q1的阻抗值；所述第二并联回路的时间常数为τ2，τ2＝R2×
Q2，其中R2表示第二电阻R2的阻值和Q2表示第二常相位元件Q2的阻抗值；常相位元件Q1对应的分数阶指数为α1，常相位元件Q2对应的分数阶指数为α2。7.根据权利要求6所述的一种基于单脉响...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭程，李睿，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：