面向电池寿命和安全管理的电化学阻抗技术进展

研究背景

• 国家政策要求加强高安全性和长寿命动力电池系统技术攻关。
• 现有BMS在寿命和安全评估管理上存在不足，需从黑箱向白箱管理方法迭代。
• 电池神经系统构建需深度传感信号传输存储计算，实现高频高精度信号传输。

基于多谐波信号的宽频EIS快速计算方法

• 现有EIS方法（正弦信号）耗时长（0.01Hz~1kHz，495s），提出基于多谐波信号激励的快速计算方法。
• 基于阶跃信号激励的EIS计算方法，测试时间缩短19%（400s vs 495s）。
• 基于PRBS信号激励的EIS计算方法，测试时间进一步缩短73.5%（131s vs 495s）。

集中激励-分布测量式串联电池EIS测量系统

• 现有EIS测量系统难兼容车载功率部件（充电机、DC-DC变换器）。
• 发明基于OBC激励-AFE测量的EIS测量系统，2A激励下阻抗RMSE: |Z|＜4%@0.1~500Hz，φ＜6.9%@0.2~200Hz。
• 开发了基于量产AFE（LTC6804）的EIS测量系统，2A激励下10Hz阻抗测量，模和相角相对误差≤3%。
• 合作开发了多形态EIS测量系统（单通道、独立多通道、模组）及控制分析软件，支持1mA-30A恒电流模式下10kHz-0.01Hz范围内EIS测试，模误差≤1%，相位误差≤1°。

面向寿命和安全无损评估的EIS应用方法

• 基于EIS特征的SOH估计方法：
  • 基于EIS关键特征的SOH估计方法，不同循环工况下均方误差≤1.25%，最大误差≤2.7%。
  • 基于DRT关键特征的不同SOC下SOH估计方法，不同循环工况在所有SOC下平均绝对误差≤1.87%，均方误差≤2.08%。
• 基于EIS估计SOH的迁移学习算法：
  • 基于实验室基础模型，引入少量新样本迁移训练，退役NCM电池MAPE：2.33%，RMSPE：2.75%；退役LFP电池MAPE：4.12%，RMSPE：5.04%。
• 基于特征阻抗角的平均温度估计方法：
  • 实现LFP电池在脉冲工况和NEDC工况下温度估计误差≤0.6°C。
• 基于转移阻抗的恒电流充电析锂诊断方法：
  • 揭示析锂发生时电池传荷相应的（1Hz-100Hz）阻抗有减小的规律。
  • 基于阻抗演变异常识别的恒电流快充中析锂诊断方法，最大误差≤4.5%。

总结与展望

• 总结：
  • EIS计算：多谐波信号激励可实现宽频阻抗同步测量，速度提升至少73.5%。
  • EIS测量：集中激励-分布测量方案兼容电动车辆现有能源动力电子电气架构，易于工程应用。
  • EIS应用：基于EIS可实现动力电池寿命和安全相关评估诊断，促进电动车辆智能能源系统管控。
• 展望：
  • 面向电动车辆复杂工况下的EIS的非线性和非稳态技术（测量、建模及应用）。
  • 在新型电化学体系（钠离子电池、固态电池、燃料电池、电解池等）上的应用扩展。
  • 在固定式储能场景上的应用扩展。