傅里叶变换运算在电化学阻抗谱测量方法中的应用

作为一种重要的电化学测试方法，电化学阻抗谱(EIS)在电化学研究领域具有广泛应用。经典离散频域EIS技术要求体系具备稳态条件，采用傅里叶变换(Fourier transform,FT)对非稳态体系进行时域EIS测量取得了较好的结果，该方法通过傅里叶变换对扰动信号的时域电极响应变换至频域。其优点包括在极短的时间内进行全频域阻抗测量并保持体系平衡性。在电池循环、腐蚀或其他电化学过程同时进行的原位测量技术中获得重要应用。介绍了傅里叶变换运算在电化学阻抗谱测量方法中的应用。     

基于伪随机二进制信号的电池阻抗测量

利用伪随机二进制信号为电池系统的激励信号,测得相应的输出端电压.在考虑温度和老化等因素对电池阻抗频域特性影响,注入不同幅度的电流信号,实现电池阻抗实时快速测量.在搭建的实验测试平台上进行验证,结果表明,相比传统电化学阻抗谱测量技术,采用伪随机二进制序列信号进行阻抗测量方法快速简单.它能够有效实时地对非线性电池系统进行辨识,较为准确地测量在不同环境下电池阻抗动态变化.     

基于伪随机二进制信号的电池阻抗测量

利用伪随机二进制信号为电池系统的激励信号,测得相应的输出端电压.在考虑温度和老化等因素对电池阻抗频域特性影响,注入不同幅度的电流信号,实现电池阻抗实时快速测量.在搭建的实验测试平台上进行验证,结果表明,相比传统电化学阻抗谱测量技术,采用伪随机二进制序列信号进行阻抗测量方法快速简单.它能够有效实时地对非线性电池系统进行辨识,较为准确地测量在不同环境下电池阻抗动态变化.     

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。     

基于信号分解的电池交流阻抗测量方法

IEC-61960:2003规定电池交流阻抗测量方法是通过测量电池两端对1kHz±0.1kHz交流电流的响应电压来计算电池阻抗.相对传统采用正弦电流信号注入电池测量电池阻抗的方法,本文提出了一种注入开关脉冲激励电流的新方法测量电池阻抗.根据傅里叶变换原理,通过低通滤波分解出脉冲激励电流信号和脉冲响应电压信号的1kHz基...     

基于离散区间二进制序列激励信号的燃料电池EIS测量及故障诊断方法

为在不影响燃料电池发电系统正常运行的前提下快速分析电堆内部复杂反应过程,获取精确的输出特性等效电路模型,提出一种基于离散区间二进制序列(discreteinterval binarysequence,DIBS)脉冲信号的燃料电池电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)在线测量及故障诊断方法。该方法在不增加信号时域幅值的基础上尽可能多地将能量集中到指定的频率点上。该文设计并搭建EIS测量平台,实验确定激励信号频率范围为0.2～80Hz,并对电堆10～60W不同负载功率下的阻抗谱进行测试,验证所提出的DIBS脉冲激励用于燃料电池EIS测量的有效性。提出R(RQ)(RQ)(RQ)三阶等效电路模型,并采用Nelder-Mead参数辨识方法,得到总体误差较小的EIS拟合曲线。在此基础上针对膜干和水淹故障,利用PSO-SVM分类方法对电堆故障进行诊断。研究结果表明:提出故障诊断方法准确率高达97.14%,能准确判断出所使用的燃料电池所处故障类型。     

基于FPGA的快速电池分选系统设计

在动力电池生产过程中,电池内阻和电压是最主要的测试参数。由于动力电池的开路电压较高,现有的内阻测试仪只能在电池未成组之前进行测试,测试结果和成组后实际内阻差异较大。设计了一种基于FPGA(现场可编程门阵列)的快速电池分选系统,以硬件逻辑为基础,内建有硬件乘法器,控制、运算和分选等功能均由硬件完成。硬件电路直接由FPGA控制和协同工作,以减少处理器的介入和响应及通讯时间。该系统既能测试整个电池组的内阻,又能测量其它参数如电压、阻抗等,从而可有效提高动力电池的分选效率。     

冲击电压激励下变压器套管介电响应快速测量方法北大核心CSCD

油纸绝缘套管作为变电站内极为重要的电力设备之一,其绝缘状态对于电力系统的安全稳定运行至关重要。频域介电谱法可实现套管绝缘状态的无损检测,但传统扫频测试耗费时间长,为频域介电谱的现场应用带来不便。文中提出一种冲击电压激励下变压器套管介电响应快速测量方法,利用冲击电压信号中包含的丰富频率分量作为激励信号,获取套管末屏响应电流并进行数据处理与计算,从而得到频域介电响应信息。文中基于扩展德拜模型,搭建冲击电压激励下介电响应仿真平台,并利用任意波形发生器、高压功率放大器等设备搭建实验测试平台,验证了冲击电压激励下介电响应快速测量方法的可行性与准确性,对于缩短变压器停电检修时间窗口,提高现场套管绝缘状态诊断效率具有重要意义。     

局部放电测试回路分析—用象域法推导伩号在检测阻抗上的电压响应

绝缘介质在高电压下局部放电的测试回路一般都含有电容、电感等储能元件。分析这种问题用经典方法处理是十分繁杂的。为了合理选择与设计测试回路,必须求出这种回路在信号激励作用下检测阻抗上的电压、电流响应。由等值电路可将指示器上出现的     

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。     

软碳负极材料锂电池在储能电站应用研究

为了分析软碳负极材料锂电池用作储能电池的优势,首先利用电化学工作站对单体电池基本动态性能进行实验测试,然后利用集装箱储能系统对储能电站工作特性进行实验测试。实验结果表明,单体电池在3C放电时,放电电压可以保持2.5 V以上,3C放电容量为37 611 mA·h,放电比率可以达到77.17%。电池充放电内阻相对较小,电池具有较高的充放电效率。储能电站电池模组在充放电过程中簇电压曲面平滑升降,电池的充入容量均值为50.45 A·h,标准差为0.75,放出的容量均值为49.60 A·h,标准差为0.82,各单体间温差较小,充放电温度变化一致性良好。因此,软碳负极材料锂电池单体具有优异的充放电性能,同时该电池串并联使用时一致性良好,满足作为储能电池的设计要求。     

基于电化学阻抗谱的锂离子电池过放电诱发内短路的检测方法

锂离子电池内短路(ISC)是电池发生热失控的主要原因，电池内短路尤其是过放电导致的内短路初期产热不明显，电压变化小，很难通过常规的观察电、热特征的方法对其进行检测。随着电池内短路的演化，电池内部结构逐渐发生改变，这些电池内部的变化可以在对电池具有良好表征性的电化学阻抗谱中得到体现。该文分别对不同荷电状态(SOC)、不同温度和不同内短路程度的电池进行电化学阻抗谱的测量和研究，筛选检测电池内短路所需的特征参数。结果表明，电池电化学阻抗谱的欧姆电阻R_o基本不受电池温度(25～45℃)、SOC的影响，但是对电池内短路程度较为敏感。为便于检测，该文选择电化学阻抗谱中参数特性和大小都基本和欧姆电阻一致的1 000 Hz频率阻抗的实部作为特征参数，通过监测电池循环过程中特征参数变化趋势来判断电池是否发生内短路。经实验验证，监测1 000 Hz频率阻抗实部值变化的方法可有效检测出电池过放电诱发的内短路，该方法不影响电池的正常循环使用，限制条件少且准确性高。     

可控测量频带的牵引供电系统频域阻抗测量方法

牵引供电系统中,常发生因机车谐波电流注入与牵引供电系统谐振点频率相匹配,出现严重的谐波谐振问题。阻抗特性能精确反映出系统谐振点,因此急需发展频域阻抗测量技术。该文基于谐波激励方式,提出一种可控测量频带的牵引供电系统频域阻抗测量方法。利用鸟鸣脉宽调制信号(chirp pulse width modulation,chirp-PWM)驱动大功率谐波激励电路,只需一次扰动实验便能在牵引供电系统中产生所设定频带内的宽频谐波激励,根据响应电压、电流信息可计算获取设定频带内的阻抗信息。此方法充分减小传统基于扫频法测量阻抗的测量时间,且谐波激励电路结构简单,控制信号易于得到,测量频带可控。可为开发牵引供电系统频域阻抗测量装置提供重要参考。     

电化学储能系统接入电网现场检测方案

通过解读国家标准GB/T 36547-2018《电化学储能系统接入电网技术规定》和GB/T 36548-2018《电化学储能系统接入电网测试规范》中具体检测项目,研究分析了储能电站现场测试技术及流程,并形成现场检测方案。研究结果表明,检测方案仅需对测试系统进行一次设定及实施即可连续完成11项内容的测试,降低了现场工作复杂程度,提高了工作效率,并且累计可节省现场工作时间40%以上。研究成果提高了电化学储能系统接入电网现场检测的效率和可操作性,为工程技术人员进行储能电站现场检测和运维提供技术支撑。     

直流电压测量装置暂态阶跃响应性能现场测试技术

为提高特高压直流输电工程的安全性,针对目前换流站内运行的电压测量装置缺乏有效的暂态特性检测手段的问题,研究了一种适用于直流电压测量装置的暂态阶跃响应现场测试技术。分析了直流电压测量时阶跃过冲电压及响应延时的产生机理,提出了一种基于低电压分段测试的暂态阶跃响应现场测试方法。采用交直流电压叠加测试实现暂态阶跃过冲电压测试,通过二次系统暂态阶跃测试、广义多项式曲线拟合及三次样条插值实现阶跃响应延时测试。在现场搭建测试系统对直流电压测量装置进行检测,结果表明,该测试技术可满足现场暂态阶跃响应检测的需求。     

铝箔涂碳层厚度对锂离子电池性能的影响

通过SEM、电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安(CV)等测试,研究铅箔涂碳层厚度对锂离子电池性能的影响.与光铝箔比,双面涂碳铝箔的EIS阻抗值小,且随着涂碳层厚度的增加,先变小再增大;当涂碳层总厚度为2.0μm时,电池的阻值最小;在低温下,涂碳层总厚度为2.0μm时电池的放电平台最高,极化最轻,释放的电量最多.全电池测试...     

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。     

储能用锂离子电池动态阻抗模型及其特征参数研究

为了能更加准确地判断锂离子电池的动态一致性,本文利用电化学阻抗谱作为电池外特性和内特性的联系纽带,旨在通过交流阻抗谱的测试手段来开展锂离子电池动态阻抗模型的研究。通过电化学阻抗谱测试实验,基于最小二乘法并根据实验数据对电池动态阻抗模型参数进行识别,得到锂离子电池的动态阻抗模型。试验表明,该方法所提取的锂离子电池动态阻抗模型能很好的满足储能试验的要求,具有很高的精度,可作为锂离子电池组一致性判断的依据。     

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。     

大型动力电池的电化学测量方法-EIS(电化学交流阻抗测试)应用-技术讲座

电化学交流阻抗测试(EIS)、是把电池内部的化学反应置换为电气特性的等效电路,进行详细解析的唯一方法。在很早以前,此方法就应用于基础电化学、金属腐蚀、蓄电池、燃料电池等的测试。其具有通过扫频的方式可以分离时间常数的特点,如果应用于电池测试,可以在不破坏复杂的电池内部状态的情况下,对电池进行解析,这是在充放电测试中无法达到的。