分析电化学电池的电阻抗测量结果制造技术

本申请公开了分析电化学电池的电阻抗测量结果。一种用于分析电化学电池的电阻抗测量结果的计算机实现的方法和电阻抗分析系统，包括：平移(S22)相应电阻抗测量结果(32)，该平移对应于从电阻抗的实部减去欧姆交流电阻值(R0)；和使用缩放因子进行缩放(S24)，该缩放因子的绝对值基于对应于电阻抗测量结果系列的平移的第一子系列(38)和平移的第二子系列(40)之间的转变点(34)的电阻抗，第一子系列(38)与电化学电池的其中电阻抗受扩散过程支配的电池表现相关联，第二子系列(40)与电化学电池的其中电阻抗受电池的电极处的电荷转移过程支配的电池表现相关联。过程支配的电池表现相关联。过程支配的电池表现相关联。

【技术实现步骤摘要】
分析电化学电池的电阻抗测量结果


[0001]本专利技术涉及一种分析电化学电池的电阻抗测量结果的计算机实现方法。此外，本专利技术涉及一种用于分析电化学电池的电阻抗测量结果的电阻抗分析系统。
[0002]例如，计算机可以是微控制器。例如，计算机或微控制器可以包括处理单元、存储器和输入/输出端口。
[0003]背景
[0004]WO 2005/059579 A1和EP 1702219 B1描述了一种用于通过使用神经网络来估计电池的充电状态的装置和方法。该装置包括用于检测来自电池单元的电流、电压和温度的感测部以及基于从感测部向其传输的电流、电压和温度的数据和当前时间数据执行神经网络算法和学习算法的神经网络。
[0005]US 4678998 A描述了一种电池状况监测器和监测方法。该监测器包括：计算机，其用于根据来自电池的电压和安培数信号的不同频率分量计算蓄电池的内部阻抗；存储器，其用于存储关于频率中每一个蓄电池的内部阻抗、剩余容量和剩余使用寿命之间的预定关系；以及，用于确定蓄电池的剩余容量和剩余使用寿命值在两个或所有频率值处一致的设备。
[0006]JP 2003-249271 A和JP 4038788 B2描述了实时确定电池的劣化状态和残余容量。在一个示例中，作为操作中的电池的操作参数，测量单元可以周期性地测量和采样电池的电压、电流、内部阻抗和温度。电池的内部阻抗是通过向电池添加1kHz和100mA的AC信号来测量的。第一神经网络可以基于来自测量单元的电池的操作参数将劣化状态判定为“正常”、“提醒(caution)”和“劣化”，以及第二神经网络可以基于电池的操作参数和来自第一神经网络的劣化状态判定残余容量。
[0007]US 6307378 B1描述了一种用于测量电化学池(cell)和电池(battery)阻抗的方法和装置。
[0008]WO 03/071617 A2描述了一种用于确定电化学池(诸如电池)的状况参数的方法。在一个示例中，诸如终端电压、电池电压、负载电流、充电电流、环境温度、电池表面温度、终端温度、内部电池温度和阻抗信号的测量结果信号被传递到特征提取处理算法，该算法生成特征向量和特征标志。来自特征向量的数据被传递到用于初始电池容量充电状态估计的神经网络ISOC预测器、以及用于在操作期间连续预测SOC的神经网络CSOC预测器。在另一示例中，包含在特征向量中的信息被神经网络SOH分类器、线性/统计SOH分类器和模糊逻辑SOH分类器用于健康状态分类。
[0009]WO 2016/208745 A1及其翻译DE 112016002873 T5描述了一种识别电池的充电状态或放电深度的方法。该方法包括针对多个频率确定电池的正极和负极之间的复阻抗。
[0010]WO 2017/110437 A1及其翻译DE 11 2016 003 789 T5描述了一种估计锂离子电池的残余容量的估计设备。
[0011]WO 2016/080111 A1及其翻译DE 11 2015 005 201 T5描述了一种用于估计蓄电池的剩余存储电量的估计设备。
[0012]US 2013/0307487 A1和US 8994340 B2描述了一种用于在不使用温度传感器的情况下通过测量池(cells)的阻抗并使用该阻抗确定温度，来确定电池组中池的温度的方法和系统。
[0013]WO 00/16083和EP 1129343 B1描述了一种在n个离散频率处测量池(cell)或电池的复导抗的实部和虚部的设备。该设备通过评估等效电路模型的组件来确定池/电池的性质。
[0014]专利技术概述
[0015]使用电池模型或使用已知值来确定电池性质的传统方法或设备必须特别适用于特定电池。例如，通常，针对同一电池类型的不同电池测量到不同的电阻抗。此外，针对不同的电池类型测量不同的电阻抗。例如，由于磷酸铁锂(LiFePO4)电池单元(battery cell)和锂钴氧化物(LiCoO2)电池单元的不同化学性质，测量磷酸铁锂(LiFePO4)电池单元和锂钴氧化物(LiCoO2)电池单元的不同的电阻抗。此外，根据电解质的添加剂，可以测量不同的电阻抗。
[0016]在现有技术中，根据电阻抗确定蓄电池的剩余容量和剩余使用寿命仅对于特定的蓄电池是可能的，对于该蓄电池，电阻抗与剩余容量和剩余使用寿命之间的关系已经预先被确定并针对不同频率中每一个被存储。
[0017]本专利技术的一个目的是提供一种分析电化学电池的电阻抗测量结果的方法，该方法适用于不同的电池、不同的电池配置和/或不同的电池类型的电化学电池，特别是可充电的电化学电池。
[0018]本专利技术的另一个目的是提供一种方法和装置，该方法和装置可以容易地应用于例如特定电池类型的不同的电化学电池，而不需要将该方法或装置适应于特定的电池。
[0019]本专利技术在独立权利要求中指定。另外的实施例在从属权利要求中指定。
[0020]根据本专利技术的一个方面，提供了一种分析电化学电池的电阻抗测量结果的计算机实现的方法，该方法包括：
[0021]提供电化学电池的电阻抗测量结果系列，每个电阻抗测量结果是在相应测量频率处被测量到的，该系列是根据相应测量频率进行排序的，
[0022]在所提供的电阻抗测量结果系列内识别至少三个子系列，该三个子系列中的第一子系列与电化学电池的其中电阻抗由扩散过程支配的电池表现相关联，该三个子系列中的第二子系列与电化学电池的其中电阻抗由电池的电极处的电荷转移过程支配的电池表现相关联，该三个子系列中的第三子系列在对应于电阻抗的虚部在复平面中的过零点的位置处与第二子系列分离，以及
[0023]至少变换电阻抗测量结果系列中的第一子系列和第二子系列，以提供电阻抗测量结果的变换系列，电阻抗测量结果的变换系列具有预定数量的元素，电阻抗测量结果的变换系列包括对应于电阻抗测量结果的第一子系列的变换的第一子系列和对应于电阻抗测量结果的第二子系列的变换的第二子系列，该变换包括：
[0024]相应电阻抗测量结果的平移(translating)，该平移对应于从电阻抗的实部减去欧姆交流(AC)电阻值，其中欧姆交流电阻值是根据电阻抗的虚部在复平面中的过零点处的电阻抗的实部来确定的，该复平面中的过零点对应于三个子系列中第三子系列与第二子系列分离的位置；和
[0025]相应平移的电阻抗测量结果的缩放，该缩放对应于通过相应缩放因子缩放电阻抗的实部和虚部，相应缩放因子的绝对值分别基于对应于电阻抗测量结果系列中的平移的第一子系列和电阻抗测量结果系列的平移的第二子系列之间的转变点(transition)的电阻抗的实部和虚部的绝对值来确定。
[0026]通过变换的步骤，基于提供的电阻抗测量结果系列来构建电阻抗测量结果的变换系列。
[0027]在本文中，除非另有说明，否则术语“复平面”应被理解为电阻抗的复平面。例如，术语“电阻抗的虚部在复平面中的过零点”指的是在电阻抗的复平面中的电阻抗的虚部与零值相交处的位置。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分析电化学电池的电阻抗测量结果的计算机实现的方法，所述方法包括：提供(S12)电化学电池(52)的电阻抗测量结果(32)的系列，每个电阻抗测量结果是在相应测量频率(f
s
)处被测量的，所述系列根据所述相应测量频率排序，在所提供的电阻抗测量结果的系列内识别(S18)至少三个子系列(38；40；42)，所述三个子系列中的第一子系列(38)与所述电化学电池的其中电阻抗由扩散过程支配的电池表现相关联，所述三个子系列中的第二子系列(40)与所述电化学电池的其中电阻抗受所述电池的电极处的电荷转移过程支配的电池表现相关联，所述三个子系列中的第三子系列(42)在对应于电阻抗的虚部在复平面中的过零点(36)的位置处与所述第二子系列分离，以及变换(S20)所述电阻抗测量结果的系列中的至少所述第一子系列(38)和所述第二子系列(40)，以提供电阻抗测量结果(32)的变换系列，所述电阻抗测量结果的变换系列具有预定数量的元素，所述电阻抗测量结果的变换系列包括对应于所述电阻抗测量结果的第一子系列(38)的变换的第一子系列(38)和对应于所述电阻抗测量结果的第二子系列(40)的变换的第二子系列(40)，所述变换包括：平移(S22)相应电阻抗测量结果(32)，所述平移对应于从电阻抗的实部减去欧姆交流电阻值(R0)，其中，所述欧姆交流电阻值(R0)是根据电阻抗的虚部在所述复平面中的所述过零点(36)处的电阻抗的实部来确定的，在所述复平面中的过零点(36)对应于所述三个子系列中的所述第三子系列(42)与所述第二子系列(40)分离的位置；和缩放(S24)相应平移的电阻抗测量结果(32)，所述缩放对应于通过相应缩放因子缩放电阻抗的所述实部和所述虚部，所述缩放因子的绝对值分别基于对应于所述电阻抗测量结果的系列的平移的第一子系列(38)和所述电阻抗测量结果的系列的平移的第二子系列(40)之间的转变点(34)的电阻抗的实部和虚部的绝对值来确定。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述电阻抗测量结果(32)的变换系列中，变换的第一子系列(38)和变换的第二子系列(40)中的每一个子系列都具有相应预定数量的元素。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法还包括：将所述电阻抗测量结果(32)的系列的元素数量调整(S16)到预定的元素数量，其中，所述电阻抗测量结果的变换系列中的变换的第一子系列(38)和变换的第二子系列(40)中的每一个子系列的元素数量都被调整到相应预定的元素数量。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，识别(S18)的步骤包括确定所述电阻抗测量结果(32)的系列的虚部的局部相对最大值，所述局部相对最大值相对于所述电阻抗测量结果的系列的电阻抗的虚部在所述复平面中的过零点(36)分离所述电阻抗测量结果的系列的另外的元素，其中，可选地，所述局部相对最大值是在平滑和/或插值所述电阻抗测量结果(32)的系列时的局部相对最大值。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，识别(S18)的步骤包括确定在所述电阻抗测量结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦伦汀，
申请(专利权)人：诺乌姆工程有限公司，
类型：发明
国别省市：