【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子，涉及电池eis测量技术，具体地说，涉及一种用于电池eis测量的激励信号优化方法及优化系统。
技术介绍
1、海洋仪器装备的正常运行离不开安全稳定的能源系统，考虑到海洋环境作业的复杂性(低温、高压等)，其对于能源系统的可靠性要求也进一步提升。锂离子电池可以循环利用，电池反应可逆，内阻相比于锂一次电池来说更小，负载能力更高。与铅酸电池和镍镉电池相比，锂离子电池具有重量轻、比能量高、自放电率低、长循环寿命等诸多优点。因此，锂离子电池已经成为潜艇、轮船、水下机器人等海洋仪器装备能源系统中不可或缺的一部分。
2、锂离子电池会随着使用周期的不断增长而逐渐老化，其内部电子能量和数量的减少是微观上造成电池容量衰退的主要因素。锂离子电池的容量衰退是一个耦合了物理和化学反应的复杂非线性过程，主要包括电解质的分解、电极材料机械结构的变化以及锂枝晶的形成等，可以将其总结概括为锂离子损失(英文：loss of lithium inventory，简称：lli)、活性材料损失(英文：loss of active material，简称：lam)以及固体电解质界面膜(英文：solid electrolyte interphase，简称：sei)的加厚等。为了量化锂离子电池的容量衰减情况，研究人员引入健康状态(英文：state of health，简称：soh)这一指标。soh是由实际电池容量与标称容量之比计算得出，表示为：
3、soh＝cpresent/cinitial×100％
4、式中，cpresen
5、当锂离子电池的soh衰减为80％时被视为寿命终止(英文：end of life，简称：eol)，此时需要进行锂离子电池的更换以及废旧锂离子电池的回收。回收报废锂离子电池作为锂离子电池使用过程中的最后一个环节，有利于实现资源的循环和锂离子电池的梯次利用，可以避免锂离子电池中的有害物质污染环境。当锂离子电池性能下降到一定程度时，就有可能导致漏电、短路等各种事故的发生。
6、锂离子电池作为海洋仪器装备能源系统的重要组成部分，如果其健康状态不佳，可能会导致海洋仪器装备故障、数据丢失或任务失败等情况的发生，给海洋调查、科学研究和资源开发等方面带来严重的影响。同时，准确的健康状态评估为海洋仪器研究装备的任务调度和设备维护提供信息基础，避免因不必要的设备检修而导致浪费时间和成本。电化学阻抗谱(英文：electrochemical impedance spectroscopy，简称：eis)诊断法是一种非破坏性诊断方法，可以在获得电池内部电化学信息的同时保证电池的完好性，可用于电池等效电路的建模，进行荷电状态和温度的估计，以及电池健康的诊断。通过向电池施加一定频率范围的小幅值正弦电流(恒电流模式)或电压(恒电压模式)，测量电池的电压或电流响应，来获得电池的复阻抗，并将其表征在复平面上，获得电池的电化学阻抗谱。
7、传统的eis测量是使用单正弦信号从选定的频率范围，通过专业设备(电化学工作站、频响分析仪等)将所选频率按顺序测量。这种方法测量结果精确，但实验过程十分缓慢，为了获得完整的eis曲线，所需要时间达数小时之久。缩短eis的测量时间有助于将eis应用到实际工程中。locorotondo等人采用伪随机二进制序列代替单正弦信号，该二进制序列有类似于频域中白噪声信号的特性，可以从宽频率范围内对电池进行激励，从而加快测试过程。wang等人使用小波变换对激励电流和电压进行处理，将频域测量转换到时域测量，结果表明，除低频段外，中高频阻抗的测量结果与扫频测量方式一致。lohmann等人使用多种信号(矩形脉冲、高斯脉冲和sinc脉冲)对电池进行激励，将测量时间减少到传统eis测试的13％。klotz等人将时域测量方法与频域测量方法相结合，与传统的eis测试相比可以获得更高的频率分辨率，更低的kramers-kronig测试残差以及更少的测量时间。liebhart等人开发了一种电动汽车车载阻抗谱的新框架，仅使用操作车辆产生的电流电压信号，进行被动阻抗谱测量，所获得的阻抗谱数据可用于电池相关性能的诊断。temiz等人采用机器学习的方法，从小型实验数据集中再生完整的电池阻抗，避免了完整的eis测试，在时间、成本和可重复性上节省了大量资金。
8、将eis测量从频域转换到时域，虽然可以缩短测量的时间，但同时也引入了频率泄露和非线性响应等问题，从而导致测量精度的下降，不利于后续eis数据的解释与分析和soh的估计。因此，选择合适的时域激励信号是测量eis一个亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术存在的上述问题，提供了一种eis激励信号优化方法及优化系统，能够降低非线性响应，在进行电池eis测量时，能够准确、快速测量电池eis。
2、为了达到上述目的，本专利技术第一方面提供了一种eis激励信号优化方法，其步骤为：
3、初始相位生成步骤：给定i个不同频率、幅值的单正弦信号，在[-π,π]范围内选择随机相位，使用相位选择法根据i个单正弦信号的幅值和随机相位生成混频信号的初始相位；
4、二值信号近似步骤：将初始相位与给定幅值、给定频率一起转化为时域混频信号，对时域混频信号进行二值信号近似得到近似相位；
5、波峰因数调整步骤：根据遗传算法对近似相位进行优化，使混频信号的波峰因数最低，波峰因数最低时的混频信号为激励信号。
6、在一些实施例中，所述二值信号近似步骤进一步包括：
7、时域转化步骤：将初始相位、给定幅值、给定频率一起转化为时域混频信号；非线性变换步骤：将时域混频信号进行非线性变换变为近似方波信号，再通过快速傅里叶变换将近似方波信号转换到频域得到频域相位，将频域相位、给定幅值、给定频率经逆快速傅里叶变换转换到时域得到时域信号；
8、时域削波步骤：采用削波算法对时域信号进行二值化得到近似相位。
9、在一些实施例中，在所述非线性变换步骤中，采用改进sigmoid函数进行非线性变换，将时域混频信号的幅值限制在[-0.5,0.5]的范围内，所述改进sigmoid函数表示为：
10、
11、式中，k为调整非线性变换程度的常数。
12、在一些实施例中，在所述初始相位生成步骤中，所述单正弦信号的频率为0.01hz至10khz，幅值为5至15mv，不同单正弦信号的频率是彼此的固定倍数。
13、在一些实施例中，所述初始相位表示为：
14、
15、其中，
16、式中，为混频信号的初始相位，为随机相位，n为组成混频信号的正弦信号数量，pi为第i个正弦信号的相对功率谱密度，ai为第i个正弦信号的幅值，m为幅值个数。
17、为了达到上述目的，本专利技术第二方面提供了一种eis激励信号优化系统，用于实现本专利技术第一方面所述eis激励信号优化方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种EIS激励信号优化方法，其特征在于，其步骤为：
2.如权利要求1所述的EIS激励信号优化方法，其特征在于，所述二值信号近似步骤进一步包括：
3.如权利要求2所述的EIS激励信号优化方法，其特征在于，在所述非线性变换步骤中，采用改进Sigmoid函数进行非线性变换，将时域混频信号的幅值限制在[-0.5,0.5]的范围内，所述改进Sigmoid函数表示为：
4.如权利要求1所述的EIS激励信号优化方法，其特征在于，在所述初始相位生成步骤中，所述单正弦信号的频率为0.01Hz至10kHz，幅值为5至15mV，不同单正弦信号的频率是彼此的固定倍数。
5.如权利要求1所述的EIS激励信号优化方法，其特征在于，所述初始相位表示为：
6.一种EIS激励信号优化系统，用于实现如权利要求1至5任意一项所述EIS激励信号优化方法，其特征在于，包括：
7.如权利要求6所述的EIS激励信号优化系统，其特征在于，所述二值信号近似模块进一步包括：
【技术特征摘要】
1.一种eis激励信号优化方法，其特征在于，其步骤为：
2.如权利要求1所述的eis激励信号优化方法，其特征在于，所述二值信号近似步骤进一步包括：
3.如权利要求2所述的eis激励信号优化方法，其特征在于，在所述非线性变换步骤中，采用改进sigmoid函数进行非线性变换，将时域混频信号的幅值限制在[-0.5,0.5]的范围内，所述改进sigmoid函数表示为：
4.如权利要求1所述的eis激励信号优化方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：张立强，张紫涵，吴昊，王明昊，黎明，李华军，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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