电化学阻抗谱测量与应用研究综述

电化学阻抗谱(EIS)是一种广泛应用的锂离子电池无损表征方法,其表征的阻抗是确定电池工作边界、评估性能和跟踪功能状态的关键之一,它已被广泛应用于锂离子电池的研究,可用于电池筛选、运维以及性能评估等各环节.综述了基于电化学阻抗谱的荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)估计的应用概况,并概述了电化学阻抗谱测量的频域和时域方法.总结了电化学阻抗谱在电池状态估计中的应用前景和挑战,展望了电化学阻抗谱应用的发展方向.     

圆柱形LiFePO4锂离子电池高温循环失效分析

研究商用15 Ah圆柱形LiFePO₄锂离子电池高温(55℃)循环老化的衰减机理,主要分析循环后电池负极片出现的波浪形异常区域。通过SEM、X射线能量色散谱(EDS)、XRD和傅里叶红外变换光谱(FT-IR),分析相关区域的形貌、结构及组分。对石墨/Li半电池进行充放电和电化学阻抗谱(EIS)测试,研究该区域的电化学性能。异常区域被富含F、P、S和O元素的副产物覆盖,该沉积层增大了石墨嵌脱锂的阻抗,降低了负极的比容量。高温循环加速负极表面的副反应,覆盖在负极表面的副产物导致该区域出现,是电池高温循环容量衰减的原因之一。     

射频同轴电缆故障定位测试系统

本文叙述了采用频域反射计(FDR)技术确定射频同轴电缆故障定位测试技术，由计算机通过GPIB总线控制30kHz～3GHz网络分析仪，测试同轴电缆的反射损耗(或驻波比)，计算机由获得的频域测试数据进行反傅里叶变换(反FFT)成距离域，从而确定被测电缆的故障点。     

Nd掺杂的Ni-Al LDHs的制备及其电化学性能研究

采用传统共沉淀法制备了层间阴离子为碳酸根的Ni-Al-Nd三元层状双氢氧化物,利用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对合成产物的结构和形貌进行表征。采用循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和交流阻抗谱(EIS)对材料的电化学性能进行测试,结果表明,掺杂了钕元素的镍铝层状双氢氧化物相比纯的镍铝层状双氢氧化物,电容性能得到明显提升,在1 A/g电流密度下的比电容从1 605 F/g提升至2 114 F/g。     

EIS测定Ce0.8Gd0.2O1.9电导率的等效电路分析

测量了采用柠檬酸-硝酸盐燃烧合成制备的固体氧化物燃料电池电解质Ce0.8Gd0.2O1.9(CGO)的电化学阻抗谱(EIS),结果表明,阻抗谱与测试温度有关。提出了阻抗谱的等效电路,并对不同测试温度下CGO的阻抗谱进行了分析。CGO的电导率ln(бT)与1/T近似呈线性关系。800℃时CGO电解质的氧离子电导率为0.044S·m-1。     

三谱线插值FFT算法在介损测量中的理论与仿真研究

运用基于传统FFT的谐波分析法进行介损测量时难以满足同步采样和整周期截断,造成的频谱泄漏将影响介损测量精度。引入了一种加窗插值傅里叶变换算法进行介损测量。通过分析加窗信号傅里叶变换的频域表达式,利用谐波频点附近的3根离散频谱的幅值确定谐波谱线的准确位置,进而得到谐波的频率、幅值和相位。仿真结果表明,应用三谱线插值修正算法具有很高的计算准确度,进而验证了该算法的有效性与实用性。     

基于电流激励的储能电池电化学阻抗谱快速检测方法

电化学阻抗谱（EIS）被广泛用于储能电池性能参量的检测与健康状态评估中。目前EIS检测需要依赖电化学工作站，通过分析扫频激励信号及其响应信号的幅值相位关系获得，检测时间成本较高，且测试回路的阻抗特性限制了其现场的应用。该文提出了一种以多频叠加电流信号作为激励，通过测量电池响应电压信号重构EIS的快速检测方法，设计了一种适用于储能电池的快速EIS检测系统。采用该系统和电化学工作站分别对锂离子电池的EIS进行检测并对比，结果表明该文研究的测试系统不但测试误差小且具有良好的重复性，大幅提高了检测效率。获得0.02 Hz～1 kHz频率内电池EIS的检测时间仅为120 s，相较于电化学工作站测量时间缩短90%。相比于电压激励方法，该文提出的测试系统具有较大的输入阻抗，有利于实现电池EIS的原位检测，加之硬件结构简单、检测效率高等优点，具有较好的现场应用前景。     

基于小波变换与傅里叶变换相结合的电能质量监测方法

介绍了至今为止国家标准中规定的各项电能质量指标的计算方法,提出了一种将小波变换与短时傅里叶变换相结合的方法对电能质量的暂态和稳态问题监测的方法,其中小波变换选用Mallat算法,短时傅里叶变换窗函数选用Hanning窗。利用小波变换Mallat算法对暂态电能质量问题进行实时监测,并且区分稳态扰动与暂态扰动,再对各频段进行短时傅里叶变换去分析,从而能够很好的对时域和频域进行分析。MATLAB的仿真结果验证了该方法的准确性和有效性     

基于阻抗谱加窗傅里叶变换的电缆多段缺陷识别方法

电缆各类潜伏性缺陷的识别和定位对电力运维具有重要意义,然而现有电缆检测方法无法在故障产生前对电缆老化、局部破损等缺陷检测进行定位。提出了一种基于电缆宽频阻抗谱的无损局部缺陷检测方法,可以有效地定位电缆早期缺陷,避免演变产生电缆故障事故。建立电缆分布参数的数值模型,研究了电缆阻抗谱特征规律,对比分析不同老化程度的潜伏性缺陷的出现对电缆阻抗谱的影响,分析了不同潜在缺陷的频域阻抗谱特征;对含有缺陷的电缆阻抗谱进行离散傅里叶变换,并以切比雪夫窗函数对积分变换的结果进行处理,实现了对多段潜伏性缺陷的准确定位。实验和仿真结果表明：该方法可以实现电缆上多段潜伏性缺陷定位,通过窗函数算法可以显著抑制噪声,提升定位精度。为电缆故障定位技术改进提供了新的技术手段。     

冲击接地电阻测量装置的研制

给出了一种采用冲击电流发生器产生冲击电流模拟雷电流(冲击电流)测量接地电阻的装置。该测量原理是以冲击电流发生器产生的电流作为测量电流,由数据采集器采集得到测量回路中接地体内流过的电压、电流波形信号,经A/D转换后,数字信号通过快速傅里叶变换(FFT)变换到频域,并在频域内通过频谱法计算得到冲击阻抗值,最后分离冲击阻抗中的电阻和感性分量。给出了实验室、现场杆塔试验结果及EMTP仿真验证结果。     

一种基于LabVIEW的电化学阻抗谱测量方法

利用电化学阻抗谱频率域的测量技术,在LabVIEW平台上设计了1个虚拟电化学阻抗谱测量仪.测量仪能够以扫频的方式产生所需的正弦波激励,并且动态的画出被测系统的伯德图以及电化学阻抗谱.可以得到每个频点下的幅值、相位,以及阻抗谱的实部和虚部的值,并用等效电路进行了实验验证.     

利用合成宽带信号获取PEMFC阻抗谱方法

燃料电池的"健康状况"可以通过研究其阻抗来确定,通常使用的是阻抗谱(IS)法,它使用的是正弦信号扫描方式。阻抗谱是依据电池的电化学状态,基于频域内测量电池的复阻抗。阻抗谱法的主要优势是其结果与理论值的准确性。提出了一个创新的方法去测量阻抗谱。介绍了使用一种交替的正弦信号(频域合成宽带信号)可大幅减少测量时间的方法。在测试过程中,在频域建立了一种理论上的合成宽带信号,信号被转换成时域信号,将被用作对燃料电池的激励,捕获电池输出电压响应,这个响应的频率与激励信号的范围是一样的,从而实现阻抗的测量。该系统已建立并且对质子交换膜燃料电池阻抗测试达到了很好的效果。     

基于加Hamming窗FFT和db24小波包变换的电力系统谐波分析

目前传统谐波分析方法主要是傅里叶变换,但是它存在频谱泄露、识别定位慢等问题。结合小波包变换良好的时频局部化特性和加窗傅里叶变换良好的频域分析特性,提出一种基于加窗FFT和db24小波包变换相结合的频谱分析方法。首先利用加Hamming窗傅里叶变换对信号进行分析,得到稳态部分准确的频谱,再利用db24小波包分析对信号的奇异点进行识别和提取,定位暂态信号发生的起始和终止时间,最后对暂态谐波发生时段进行加窗傅里叶变换,求出暂态信号的幅值。MATLAB仿真结果表明,该方法可以准确分析电力系统中的稳态和暂态谐波。     

GIS中典型缺陷信号的时频分析*

由于GIS在工艺、安装及运输等过程中会出现不同程度的损伤缺陷,因此需通过局部放电监测对GIS内部缺陷进行缺陷类型的判断。首先通过快速傅里叶变换(FFT)对其产生的信号进行频域分析,发现缺陷主要分布在300～500MHz、0.7～1.2GHz和1.6～2.2GHz的3个频段内,但无法直观判断缺陷类型;然后通过短时傅里叶变换(STFT)进行时域和频域上的分析,根据不同频段内缺陷产生局放时的能量分布比例不同,从而判断出缺陷的类型。     

磷酸铁锂锂离子电池EIS参数随SOC变化的规律

为准确估计磷酸铁锂(LiFePO4)锂离子电池的荷电状态(SOC),测量了商用18650型电池在不同SOC下的电化学阻抗谱(EIS),对中频区的EIS谱进行研究.分析了电荷转移内阻RCT、双电层电容Cdl、过渡频率f、串联电阻Rs和串联电容Cs随SOC变化的规律.在一定的频率下,Cs随SOC的变化单调递减,可作为估计LiFePO4锂离子电池SOC的参数.     

异步电动机转子故障在线检测方法

利用连续细化的傅里叶变换方法．对电动机稳态运行时定子电流进行分析，提出了用软件利用傅里叶变换的结果形成参考信号,准确抵消基波f1分量的方法，彻底解决了傅里叶变换时f1分量的泄漏淹没(1—2s)f1分量这一问题。运用该方法己经成功研制了嵌入式在线检测仪。     

电力系统强迫振荡源定位的耗散能量谱方法EI北大核心CSCD

快速、准确定位振荡源是抑制电力系统强迫功率振荡的关键。为提高电力系统强迫振荡源定位精度和效率,该文提出一种基于耗散能量谱的电力系统强迫振荡源频域定位方法。该方法首先将电力系统广域测量信息进行短时傅里叶变换(short-time Fourier transform,STFT);然后,根据信号的时—频域特性,推导出时域耗散能量与时频域耗散能量间的关系,在此基础上,构建出频域耗散能量谱,论证了时域耗散能量与频域耗散能量谱的等价性;进而根据频域耗散能量谱辨识系统强迫振荡频率、定位强迫振荡源;最后,将所提方法应用到WECC179节点测试系统和ISO New England中进行仿真、验证,结果验证了所提方法的准确性和有效性。     

交流阻抗谱法研究燃料电池的极化阻力

电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)是用于研究燃料电池电性能的一种重要手段,因其包含了大量的电池极化阻力等方面的信息。通过对电化学阻抗谱的分析可以得到电池的欧姆极化电阻、电化学极化电阻和浓差极化电阻等数据。分析了固体氧化物燃料电池常见的各种形状的交流阻抗谱,给出了各自的等效电路,并通过对等效电路的拟合求得了电池的极化电阻。与文献中普遍采用的直接读图法相比,拟合法得到的电池极化电阻数据更准确、更合理。     

空间矢量调制技术频域调制模型的建立与验证

在对空间矢量调制(SVM)技术相电压调制波进行显化的基础上,利用双重傅里叶变换,建立了常规SVM的频域调制模型。该模型给出了SVM的频谱分布,有助于研究其谐波特性和传输带宽,对系统控制参数的优化和滤波器的设计有重要的理论指导意义。对该频域调制模型进行了实验验证。     

基于频域分析的接地网接地点雷电压波形数值计算方法

文章将接地网的频域阻抗计算方法应用到接地网的接入点冲击电压计算中,采用双指数雷电流模型仿真雷电冲击接地网的情况,最后通过傅里叶变换和反变换得到了接地网接地点雷电冲击电压的时域波形。