基于电化学阻抗谱的锂离子电池内部温度在线估计方法研究

锂离子动力电池内部的电化学反应容易受到温度的影响,造成电池输出功率与容量的变化。为准确预估电池内部温度,为电池管理系统提供基础,文章对具有不同荷电状态(state of charge,SOC)、不同健康状态(state of health,SOH)的锂离子电池在较宽温度范围内进行基于电化学阻抗谱的测量和研究,从而提出基于电化学阻抗谱的电池内部温度在线估计方法。试验结果表明,在频率10～1000Hz范围内,阻抗谱虚部在锂电池正常工作温度范围(5～55℃)内不受SOC与SOH状态的影响。但是随温度变化较为敏感,可以作为温度评估的特征参量。之后,根据不同频率对于锂电池不同电化学反应的表征,选取10与100Hz作为电池内部温度估计的激励频率,并探究电池阻抗谱虚部值与其内部温度的内在联系,有效建立锂离子电池内部温度评估模型。最后,验证试验结果表明,文中所建立的温度评估模型能够将温度评估误差控制在1.58℃内。研究证明阻抗谱虚部对电池温度具有良好的表征能力,可为电池温度控制策略提供参考,改善电池工作过程中的温升问题。     

磷酸铁锂电池充放电循环过程中电化学阻抗实验研究

本文研究了磷酸铁锂电池充放电循环过程中电化学阻抗变化特征，采用不同规格磷酸铁锂电池在不同放电深度（DOD）、荷电状态（SOC）、充放电倍率等条件下进行实验。实验结果发现:在一定充放电循环周期内，电池欧姆阻抗基本维持稳定，说明电池经过长期充放电循环后未出现严重劣化；电荷转移阻抗先减小后增大，表明在充放电循环初期电池被活化，但在循环后期电池性能逐渐衰退，电荷转移难度增加；固态扩散阻抗仅在充放电循环初期出现显著下降，随后保持稳定，表明初期活化过程可明显改善锂离子的固态扩散。进而得出:若电化学阻抗谱中各部分电阻值无明显增大，表明电池未出现严重的性能衰退，内部性质稳定；用电荷转移阻抗变化可对电池衰减性能进行准确评价；造成电池阻抗增大的主要原因在于正极阻抗的增加。     

串联锂电池组内短路模型与检测方法研究

内短路是引发锂电池热失控的主要因素，锂电池内短路检测对于预防热失控的发生具有重要意义。在锂电池二阶RC模型的基础上，采用并联电阻等效替代法，分析了正常状态与内短路状态下锂电池的电压和荷电状态(state of charge, SOC)变化特点。采用Simulink搭建仿真模型，得到内短路状态下电池电压与SOC数据，以六节串联锂电池组为例，通过分析电压与SOC变化速率的一致性实现内短路检测。结果表明，当电池组内有电池发生内短路时，该节电池的外电压低于其他电池，并且SOC变化速率较其它电池快，本文提出的检测方法能有效检测出串联电池组的内短路。     

碱锰电池在不同荷电态下的阻抗特征

研究了不同荷电态下LR6型商品碱锰电池的阻抗特征。随着荷电态(SOC)的降低,电池内阻最初缓慢地增加,在29.6%～44.9%SOC时出现飞跃式增加。结果表明,目前电池检测标准使用的1 000 Hz频率不适合于低SOC的电池;线性极化电阻(Rp)增加,在21.9%SOC附近出现突跃式变化。     

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.     

梯次利用锂离子电池电化学阻抗模型及特性参数分析

基于电化学阻抗谱测试结果,建立了梯次利用锂离子电池电化学阻抗模型,实验验证了模型精度,误差在2%以内。研究了阻抗模型特性参数随电池荷电状态(SOC)和老化状况的变化特性,测试结果表明,电池的直流内阻随着SOC的变化基本保持不变,在两端SOC区间,即(0,0.3)和(0.8,1.0),电化学极化阻抗和浓差极化阻抗均显著增大。电化学极化阻抗和浓差极化阻抗随着电池循环次数的增加明显增大,而欧姆内阻变化较小,表明车用锂离子电池多次循环后的性能变差主要是由于电化学极化阻抗与浓差极化阻抗的增大引起的,为梯次利用锂离子电池在储能系统中的应用奠定了理论基础。     

循环对锂离子电池外部短路安全性的影响

锂离子电池安全性作为其应用于新能源汽车的关键技术指标,成为众多标准法规关注的重点,同时吸引了大量的科研工作者的参与研究。对一款软包三元锂离子电池在不同循环次数后的外部短路安全性进行了研究,发现随着循环次数的增加,电池外部短路测试的最大电流逐步下降;在800次循环内,外部短路测试中电池表面温升逐步降低,均低于125℃,未发生起火、爆炸等热失控现象,但是950次循环后,电池外部短路测试发生了热失控,温度达到360℃以上。通过直流放电电阻测试和交流阻抗谱测试,发现随着循环的进行电池阻抗逐步增大。     

碱性Zn-MnO_2电池的电化学阻抗谱

在0.035H_2-6.5KH_2范围内测定了小型碱性Zn—MnO_2电池在不同荷电状态下的电化学阻抗谱。随着电池输出容量的增加,欧姆电阻和电荷传递电阻增大。建立了电池的等效电路,并根据阻抗数据求得等效电路各电化学参数值。     

基于时频分析的锂离子电池阻抗计算方法

将小波理论应用到电池阻抗的计算中,利用50 s的放电电流,计算出电池在0.031 6~794.328 2 Hz频率的阻抗,同时研究放电电流对结果的影响。在较小的放电电流下,计算得到的电池阻抗低频部分有很好的精度,而高频会受到信噪比的影响;增大放电电流会提升信噪比,可提高中高频阻抗部分的精度,但是由于电池内部的非线性,会导致低频部分阻抗有偏差。以中高频阻抗为研究对象,发现电池处于相同荷电态(SOC)和温度下,中高频段阻抗基本不受输出电流大小的影响。通过对电池进行700次的循环实验,发现电池中高频部分的阻抗与电池健康状态(SOH)有一定的对应关系。     

C/LiFePO_4动力电池电化学交流阻抗谱的研究

电化学交流阻抗谱可以在不同的充放电条件下提供电池内部欧姆阻抗、电化学极化和离子扩散阻抗变化信息,是判断电池使用性能的有力工具。通过对60 Ah LiFePO4动力电池进行多种荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)下的电化学交流阻抗(EIS)测试,分析欧姆阻抗Rs、电荷传递阻抗Rct和扩散阻抗Zw等EIS参数随电池SOC和SOH状态的变化规律。结果表明,在不同SOC状态下,Rs几乎不变,Rct和Zw在SOC为0~25%和75%~100%两端区间内明显增大,中间区域基本趋于稳定;在100%~95%SOH状态下,Rs、Rct和Zw基本保持稳定,当SOH降低至90%时,电池性能不断衰减,Rct和Zw也明显增大。由此可知,EIS参数可部分反映电池内部极化状态,能够预测储能电池的衰减情况。     

金属氢化物镍蓄电池SOC估计的EIS研究

研究了6.5 Ah圆柱形金属氢化物镍(MH-Ni)蓄电池不同荷电状态(SOC)下的电化学交流阻抗谱(EIS),结果表明EIS等效电路的欧姆内阻R6以及电荷转移内阻Rt随着电池SOC增加变化较小,难以用于电池SOC估计;而电池常相位角元件(CPE)参量及特征频率f*与电池SOC之间存在良好的单调依赖关系,可作为MH-Ni电池SOC有效估计的参数.     

存水量对PEMFC零度以下储存性能衰减的影响

通过模拟电池停车后以不同贮水量在-10℃保存,经历8次冰冻-解冻循环后,考察了其对电池性能,电化学特性的影响。当电池贮水量较小时,电池的性能衰减不明显,随着贮水量的增大电池的性能损失随之增大;通过对冰冻循环过程中电化学阻抗谱的测定发现在8次循环中电池的欧姆电阻都没有明显改变,但体现电荷转移电阻和电池内扩散电阻的高频圆弧半径随循环次数明显增加;从循环伏安测试结果可以看出催化剂的电化学活性表面积没有明显减小,因此推断电池性能衰减主要来自于催化层扩散阻力增大。     

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。     

大容量锂离子电池SOC估算原理及应用

大容量锂离子电池拥有优越的性能,通过SOC的精确估算才能使其工作在最优状态,充分发挥性能,提高经济效益.为了提高大容量锂离子电池SOC估算的准确性,总结了SOC估算中的一些方法,包括放电实验法、安时积分法、开路电压法、卡尔曼滤波法、神经网络法和电化学阻抗谱法;介绍了各种SOC估算方法的原理;讨论了各种SOC估算方法应用中存在的优缺点.     

基于阻抗谱技术的蓄电池荷电状态的估测

针对蓄电池荷电状态(SOC)的判定问题,采用交流注入法测量蓄电池的内部阻抗,以安时计量法记录的SOC值作为参考,通过分析蓄电池在不同SOC时的内部阻抗谱发现:当蓄电池的内部阻抗从容性变到感性时,对应的激励信号频率与其SOC之间存在单调函数关系.以一只12V/10Ah的阀控铅酸蓄电池为实验对象,在不同条件下对其进行循环充、放电实验,结果表明:依据这一函数关系,可以实现对蓄电池SOC的快速估测;对比现有基于阻抗谱技术的蓄电池SOC估测方法,其主要特点是:①可以避免常规阻抗谱测量所要求的扫频分析.②不需要精确测量蓄电池的内部阻抗.     

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.     

基于温度和SOC的退役电池电化学阻抗特性

以退役的电动汽车用磷酸铁锂(LiFePO4)正极锂离子电池为研究对象,分别在0℃、25℃、40℃和50℃下测得不同充放电荷电状态(SOC)的阻抗谱数据,基于锂离子电池内部电化学过程反应机理,建立退役磷酸铁锂电池的电化学阻抗模型LR[(RW)Q],并用ZSimDemo软件进行参数辨识.此模型在不同温度和SOC下都有较高的...     

MH-Ni蓄电池在不同放电深度下的阻抗行为

通过电化学阻抗谱分别研究了正极、负极在不同放电深度下的阻抗。结果表明,随着放电深度增大,正极的欧姆内阻增加,发生电极反应的活性表面积减小,电化学反应电阻和质子扩散阻抗增大。负极电化学反应电阻先减小后增大,放电平台段电化学反应电阻变化很小,MH-Ni蓄电池放电初期的电化学极化主要来源于负极。     

通过阻抗预测电池SOC的可行性研究

测试了Panasonic的LC-XA12100和Vision的6FM100HX电池在充电过程和放电过程中不同荷电状态(SOC)的阻抗变化,同时测试了在电池使用过程中经常会遇到的两个变量(环境温度和放电倍率)对电池阻抗的影响。结果表明,在SOC大于60%时,通过测量阻抗预测电池的SOC是不可行的;在SOC小于60%时,通过测量阻抗预测电池的SOC是可行的,但需要从多个维度考虑各参数对测量值的影响,建立完善的数据库。     

基于特征频率阻抗的锂离子电池健康状态评估

随着锂电池的广泛使用,快速准确的估计锂电池健康状态对于电池安全管理十分重要。为准确估计锂电池健康状态,为电池管理系统提供策略,该文在电池正常工作温度范围内对不同荷电状态、不同健康状态的锂电池进行电化学阻抗谱测试,并对锂电池电化学阻抗谱的弛豫时间分布进行分析,筛选出可有效表征锂电池健康状态的特征频率,建立包含温度影响的锂电池健康状态估计模型,提出基于电化学阻抗谱的锂电池健康状态估计方法。实验结果表明,处于低频区的极化过程S1与S2不受锂电池荷电状态的影响。在不同温度下,极化过程S1与S2受电池健康状态的影响较为显著,可以有效表征电池健康状态。该文建立的电池健康状态估计模型可以将健康状态估计误差控制在2.5%以内。弛豫时间分布方法可以实现锂电池特征频率的筛选,且电化学阻抗谱可用于电池健康状态估计,提升电池安全水平。