一种蓄电池充电过程原位电化学阻抗谱在线检测方法技术

本发明专利技术为一种蓄电池充电过程原位电化学阻抗谱在线检测方法。传统检测方法无法在线监测、耗时长且不能测量蓄电池充电全过程的原位电化学阻抗谱。本发明专利技术通过向蓄电池持续施加叠加多种频率的正弦信号，并在充电过程中完整记录被测物响应信号，时域处理后以频域分析方法进行各频点信号分离，获取蓄电池充电过程中各频率的阻抗。本发明专利技术中采用了更高效、快速的检测方法，能够不影响蓄电池正常充电，可以进行蓄电池充电过程的在线检测，得到蓄电池充电过程的原位电化学阻抗谱，推广了电化学阻抗谱在蓄电池状态监测、故障诊断方面的应用。故障诊断方面的应用。故障诊断方面的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种蓄电池充电过程原位电化学阻抗谱在线检测方法


[0001]本专利技术属于蓄电池阻抗检测
，具体涉及一种蓄电池充电过程原位电化学阻抗谱在线检测方法。

技术介绍

[0002]蓄电池在其充放电过程中会发生大量电化学反应，包括扩散过程、传质过程、电荷转移过程、极化过程等，这些过程影响了蓄电池的可用容量、循环寿命、充放电功率等性能。由于以上过程并不能直接测量，那么改以电学测量手段进行电化学测量的方式成为了行业内行之有效的测试方法。
[0003]电化学阻抗谱测试通过对被测物依次施加一定振幅、不同频率的正弦波交流信号，以获得频域范围内相应电信号响应，最终得到被测物在不同频率点处的阻抗信息，绘制奈奎斯特曲线。此测试方法用于蓄电池时，能有效表征处蓄电池内部各电化学过程随着弛豫时间常数不同而各异的阻抗信息，能对蓄电池进行状态监测。原位电化学阻抗谱指在被测物运行过程中测得的电化学阻抗谱，能有效监测被测物运行中的阻抗信息，存在电池状态监测的潜在应用场景。
[0004]目前针对蓄电池电化学阻抗谱的检测方法仍需将蓄电池脱离运行环境并静置后才可进行，仍较为繁琐，难以在线测量。且需要各个待测频率点依次测量，耗时长，难以检测充电过程中的蓄电池电化学阻抗谱变化，使电化学阻抗谱在蓄电池状态监测上的应用能力受到较大限制。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决上述技术问题而进行的，目的在于提供一种同时叠加多种频率信号，短时间内得到原位电化学阻抗谱测量结果且可在蓄电池充电全过程进行的蓄电池原位电化学阻抗谱在线检测方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]本专利技术提供的一种蓄电池充电过程原位电化学阻抗谱在线检测方法，通过向被测物蓄电池持续施加叠加多种频率的正弦信号，并在充电过程中完整记录被测物蓄电池响应信号，时域处理后以频域分析方法进行各频点信号分离，获取被测物蓄电池充电过程中各频率的阻抗，实现充电全过程的在线原位阻抗谱检测，具体步骤如下：
[0008](1)，确定被测物蓄电池所需测量的频率f1、f2、
…
、f
k
，将各频率分量的正弦信号按公式(1)加总，得到电流激励信号I
t
(t)：
[0009][0010]其中，t为时间，f
k
为第k个频率，为第k个频率分量的交流信号，A为设定的正弦信号振幅，I
DC
为蓄电池正常充电时的直流电流值，i
t
(t)为各频率叠加后的交流激励信号，I
t
(t)为电流激励信号；
[0011](2)，利用电源设备将电流激励信号I
t
(t)加载在被测物蓄电池上，所述电源设备可以设置幅值、频率和时间，利用电流、电压采集装置按照预定采样间隔，对整个充电过程采集被测物蓄电池所得到的实时电流激励和电压响应信号，记录充电总时长T；
[0012](3)，将步骤(2)采集得到的实时电流激励和电压响应信号按对应的电池荷电状态(SOC)进行切片，得到各个SOC值下的实时电流激励和电压响应信号数据片段，若片段长度大于1.5倍步骤(1)中最低检测频率所对应的周期长，则将各片段从片段头部向后截取，使新的片段长度为1.2倍步骤(1)中最低检测频率所对应的周期长，将新的片段长度作为对应SOC值下的实时电流激励和电压响应数据片段；
[0013](4)，对步骤(3)处理得到的实时电流激励和电压响应信号片段进行分析处理，得到该实时电流、电压响应信号的时域特征，即为电流平均值a1和电压平均值a2，
[0014][0015][0016]其中：N为采样个数，A(i)为第i个电流采样值，B(i)为第i个电压采样值，对采集到的电流激励和电压响应信号序列按公式(2)进行处理；
[0017][0018]其中：I
r
(i)、V
r
(i)分别为电流激励、电压响应信号序列的第i个值，A(i)为第i个电流采样值，B(i)为第i个电压采样值；
[0019](5)，对步骤(4)处理后的电流激励、电压响应信号序列的第i个值I
r
(i)、V
r
(i)进行频域分析，得到包含电流激励、电压响应的频域信号系数a
I
(f)、a
V
(f)，
[0020]a
I
(f)＝F[I
r
(i)][0021]a
V
(f)＝F[V
r
(i)][0022]其中：F[i]指离散时频变换算法，f为频率，I
r
(i)、V
r
(i)分别为电流激励、电压响应信号序列的第i个值；
[0023](6)，对步骤(5)中得到的频域特征按公式(3)进行处理，得到步骤(3)各个SOC值下的原位阻抗信息；
[0024][0025]其中：Z(f)为频率等于频率f时的原位阻抗信息；
[0026](7)，从步骤(6)得到的原位阻抗信息Z(f)中选取步骤(1)中设定的频率f1、f2、
…
、f
k
，所对应的原位阻抗信息Z(f1)、Z(f2)、
…
、Z(f
k
)，舍去其余部分，绘制奈奎斯特图；
[0027](8)，重复步骤(4)至步骤(7)，计算充电过程中每个SOC值所对应片段的阻抗信息，
得到被测物蓄电池整个充电过程在步骤(1)对应频率下的原位阻抗谱图。
[0028]本专利技术中，步骤(1)中可测量的频率点数量大于1个，频率点的设定范围为0.1Hz至10kHz。
[0029]本专利技术中，步骤(1)中正弦信号振幅A小于蓄电池工作时的直流电流值I
DC
。
[0030]本专利技术中，步骤(2)中的电流与电压信号同步采集，电流采集装置为串入线圈感应式实时电流采集装置。
[0031]本专利技术中，步骤(2)中的采样频率大于步骤(1)中设定的最高测量频率的2倍。
[0032]本专利技术中，步骤(3)中的各切片时间长度应大于步骤(1)中设定的最低测量频率对应的周期。
[0033]本专利技术中，在步骤(3)中片段长度大于1s时，步骤(4)中的时域处理方法替换为：
[0034]对步骤(3)处理得到的实时电流、电压信号片段进行经验模态分解(EMD)，得到电流激励、电压响应信号的EMD残差r
in
(i)、r
vn
(i)，
[0035][0036][0037]其中，n为EMD阶数，c
in
(i)与c
vn
(i)为电流、电压EMD分解后第n阶的本征模函数，A(i)为第i个电流采样值，B(i)为第i个电压采样值，对采集到的电流、电压信号序列按公式(4)进行处理；
[0038][0039]其中：I
r
(i)、V
r
(i)分别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蓄电池充电过程原位电化学阻抗谱在线检测方法，其特征在于：通过向被测物蓄电池持续施加叠加多种频率的正弦信号，并在充电过程中完整记录被测物蓄电池响应信号，时域处理后以频域分析方法进行各频点信号分离，获取被测物蓄电池充电过程中各频率的阻抗，实现充电全过程的在线原位阻抗谱检测，具体步骤如下：(1)，确定被测物蓄电池所需测量的频率f1、f2、
…
、f
k
，将各频率分量的正弦信号按公式(1)加总，得到电流激励信号I
t
(t)：其中，t为时间，f
k
为第k个频率，为第k个频率分量的交流信号，A为设定的正弦信号振幅，I
DC
为蓄电池正常充电时的直流电流值，i
t
(t)为各频率叠加后的交流激励信号，I
t
(t)为电流激励信号；(2)，利用电源设备将电流激励信号I
t
(t)加载在被测物蓄电池上，所述电源设备可以设置幅值、频率和时间，利用电流、电压采集装置按照预定采样间隔，对整个充电过程采集被测物蓄电池所得到的实时电流激励和电压响应信号，记录充电总时长T；(3)，将步骤(2)采集得到的实时电流激励和电压响应信号按对应的电池荷电状态(SOC)进行切片，得到各个SOC值下的实时电流激励和电压响应信号数据片段，若片段长度大于1.5倍步骤(1)中最低检测频率所对应的周期长，则将各片段从片段头部向后截取，使新的片段长度为1.2倍步骤(1)中最低检测频率所对应的周期长，将新的片段长度作为对应SOC值下的实时电流激励和电压响应数据片段；(4)，对步骤(3)处理得到的实时电流激励和电压响应信号片段进行分析处理，得到该实时电流、电压响应信号的时域特征，即为电流平均值a1和电压平均值a2，实时电流、电压响应信号的时域特征，即为电流平均值a1和电压平均值a2，其中：N为采样个数，A(i)为第i个电流采样值，B(i)为第i个电压采样值，对采集到的电流激励和电压响应信号序列按公式(2)进行处理；其中：I
r
(i)、V
r
(i)分别为电流激励、电压响应信号序列的第i个值，A(i)为第i个电流采样值，B(i)为第i个电压采样值；(5)，对步骤(4)处理后的电流激励、电压响应信号序列的第i个值I
r
(i)、V
r
(i)进行频域分析，得到包含电流激励、电压响应的频域信号系数a
I
(f)、a
V
(f)，a
I
(f)＝F[I
r
(i)]a
V
(f)＝F[V
r
(i)]
其中：F[i]指离散时频变换算法，f为频率，I
r
(i)、V
r
(i)分别为电流激励、电压响应...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙耀杰，刘旭涛，左俊雄，王瑜，樊宏涛，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：