一种基于电化学阻抗谱的铅酸电池健康状态诊断方法技术

本发明专利技术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。各种工况以及不同型号的蓄电池检测。各种工况以及不同型号的蓄电池检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电化学阻抗谱的铅酸电池健康状态诊断方法


[0001]本专利技术涉及电池健康状态诊断
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的不足，本专利技术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。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：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：
[0007](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；
[0008](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；
[0009](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；
[0010](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；
[0011](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。
[0012]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；
[0013]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：
[0014]Z
Re
＝Z
m
cosθ；
[0015]Z
Im
＝Z
m
sinθ；
[0016]在上式中，Z
m
为阻抗幅值，θ为相位角。
[0017]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：
[0018][0019]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。
[0020]进一步地，在步骤(4)中，筛选出拟合程度最高的频率范围作为最佳拟合频率，即特征频率，该筛选的公式为：
[0021][0022]在上式中，y为各样本真值，为该样本在拟合曲线上对应值，分子为残差平方和，为各样本均值，分母为总平方和。
[0023]进一步地，在步骤(5)中，一阶线性估计模型为：
[0024]SOH＝a
×
I
m
+b；
[0025]在上式中，SOH为所述待测电池的健康状态，I
m
为所筛选出的健康因子，即特征频率下的阻抗虚部，a为线性模型的权重，b为线性模型的偏置。
[0026]与现有技术相比，本方案具备的显著优点有：
[0027]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。
附图说明
[0028]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0029]图1为本专利技术在实施例中诊断方法的步骤流程图；
[0030]图2为本专利技术在实施例中不同老化状态下铅酸电池的电化学阻抗谱示意图；
[0031]图3为本专利技术在实施例中不同老化状态下交流阻抗各分量变化趋势示意图；
[0032]图4为本专利技术在实施例中交流阻抗虚部在不同频率下的拟合优度示意图；
[0033]图5为本专利技术在实施例中不同SOC状态下交流阻抗虚部示意图；
[0034]图6为本专利技术在实施例中健康状态估计模型拟合曲线示意图。
具体实施方式
[0035]以下结合附图对本专利技术的优选实例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实例
仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0036]如图1所示，本专利技术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：
[0037](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，该老化状态包括时间长短、健康状态等，获取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所述实部以及虚部，公式为：
[0038]Z
Re
＝Z
m
cosθ；
[0039]Z
Im
＝Z
m
sinθ；
[0040]在上式中，Z
m
为阻抗幅值，θ为相位角，得到如图2所示的，本实施例中不同老化状态下铅酸电池电化学阻抗谱示意图；
[0041](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，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，如图3所示；
[0042](3)在步骤(2)的基础上，通过分析发现待测电池阻抗变化与容量衰退之间近似呈线性关系，因此，利用皮尔逊相关系数量化二者之间的相关性，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：
[0043][0044]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。
[0045]如下表所示：
[0046]SOC幅值实部虚部相位1000.35340.37410.8287本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电化学阻抗谱的铅酸电池健康状态诊断方法，其特征在于，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)中得到的所述电化学阻抗谱进行拆解、分析，得到所述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所述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，根据拟合优度评价拟合程度的好坏，选择最佳拟合频率作为特征频率，得到用于表征所述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，所述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。2.根据权利要求1所述的基于电化学阻抗谱的铅酸电池健康状态诊断方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的所述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测试设备获取所述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所述实部以及虚部，公式为：Z
Re
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜卓，康春建，刘强，张章，姜文，金晨，张彩萍，
申请(专利权)人：国家计算机网络与信息安全管理中心，
类型：发明
国别省市：