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電池健康狀態(tài)快速檢測方法、裝置、檢測儀及存儲介質

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2025年06月09日 14:33

本發(fā)明涉及一種電池健康狀態(tài)快速檢測方法、裝置、檢測儀及存儲介質，屬于電池狀態(tài)檢測儀器領域。

背景技術：

大量動力鋰電池用于電動汽車、電動自行車，當電池健康狀態(tài)衰減至70％以下，則要對動力電池進行回收，改為用于儲能電站等其它場合。在汽車、自行車修理車間與電池回收處理車間等應用現(xiàn)場，怎樣快速判斷電池健康狀態(tài)就是關鍵。

在汽車4s店、動力電池儲能電站、電池回收處理車間等實際應用現(xiàn)場，基本都是采用簡單的儀器，對電池狀態(tài)做判斷。通常，用萬用表測量電池開路電壓ocv；用內(nèi)阻表測量電池直流電阻；對電池短路放電觀察電池做功能力，這些方法精度都很差。

而在電化學實驗室、電池形式認證實驗室，則采用昂貴的精密儀器測量電池。使用頻率響應分析儀，測量電池的電化學阻抗譜；使用電化學工作站，采用循環(huán)伏安法，測量電池的正極與負極材料特征。這些實驗室儀器都很昂貴，完成一個電池的測量至少需要幾小時，不適合工業(yè)應用現(xiàn)場使用。

電池制造與銷售商，則采用分容柜，給電池緩慢充電與放電，得出電池的實際容量，作為評判電池健康狀態(tài)的依據(jù)，完成一個電池測量往往要耗費幾小時。

電池內(nèi)部鋰離子擴散過程衰減變化是影響電池健康狀態(tài)的主要因素，而電池在低頻段(0.001hz～10hz)的阻抗能表征電池擴散過程。電池激勵電流越小，則要測量越低頻的阻抗，例如電化學阻抗譜儀以10ma激勵電流測量電池阻抗，則要測量低至0.005hz的阻抗，導致測量時間很長。如果電池激勵電流很大，例如以10a電流給電池充電，則能有效激發(fā)電池內(nèi)的擴散過程，此時測量5hz的阻抗，也能很好反映擴散過程的特征。所以快速測量阻抗，則要給電池施加大的激勵電流。而阻抗是交流電流與交流電壓之比，必須在大的直流激勵電流上疊加小幅度特定頻率交流紋波，才能實現(xiàn)這種測量。有別于精密的電化學阻抗譜儀同時測量微弱的交流電壓與交流電流信號，希望僅通過數(shù)字信號處理器實現(xiàn)電流紋波測量，這涉及微弱信號處理問題。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種電池健康狀態(tài)快速檢測方法、裝置、檢測儀及存儲介質，其可以在應用現(xiàn)場快速準確地測量鋰離子動力電池健康狀態(tài)，能有效解決應用現(xiàn)場缺乏可靠快速檢測電池健康狀態(tài)儀器的難題，通過給電池進行高倍率大電流充電，在直流充電脈沖上疊加特定頻率的正弦波紋波電流，通過測量若干頻率點的電池warburg阻抗，直接檢測電池健康狀態(tài)，大幅提高電池健康狀態(tài)檢測效率，克服電池充電狀態(tài)、電池充電電流、電池溫度對檢測結果的影響，為電池健康狀態(tài)評估提供公平、統(tǒng)一的尺度。

本發(fā)明的第一個目的在于提供一種電池健康狀態(tài)快速檢測方法。

本發(fā)明的第二個目的在于提供一種電池健康狀態(tài)快速檢測裝置。

本發(fā)明的第三個目的在于提供一種電池健康狀態(tài)快速檢測儀。

本發(fā)明的第四個目的在于提供一種存儲介質。

本發(fā)明的第一個目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種電池健康狀態(tài)快速檢測方法，所述方法包括：

獲取測量的電池溫度和電池充電電流，并基于設定的電池充電電壓和測量的電池充電電流計算電池的warburg阻抗；其中，所述電池充電電流為正弦紋波電流；

將電池的溫度、電池的充電電流和電池的warburg阻抗代入電池擴散過程衰減因子表達式，計算得到電池擴散過程衰減因子，以表征電池健康狀態(tài)；其中，所述電池擴散過程衰減因子表達式由電池warburg阻抗的表達式推導得出。

進一步的，所述電池擴散過程衰減因子表達式的推導過程如下：

選定適合大容量單體電池的擴散過程邊界條件，提出計算電池warburg阻抗的表達式，作為電池warburg阻抗的第一表達式；

根據(jù)電池warburg阻抗的實部與虛部相等的物理特性，建立電池warburg阻抗的第二表達式；

化簡電池warburg阻抗的第二表達式中的常數(shù)項以及其他已知量，提取表征電池擴散過程衰減因子，得到電池warburg阻抗的第三表達式；

根據(jù)電池warburg阻抗的幅值特性，在電池warburg阻抗的第三表達式的基礎上，推導得出電池擴散過程衰減因子表達式。

進一步的，所述電池warburg阻抗的第一表達式，如下：

其中，ae為電極有效面積，d為與材料有關的擴散系數(shù)，c為鋰離子摩爾濃度，r為氣體常數(shù)，t為絕對溫度，l為電池內(nèi)離子擴散路徑長度，n為載荷子數(shù)量，f為法拉第常數(shù)；

所述電池warburg阻抗的第二表達式，如下：

所述化簡電池warburg阻抗的第二表達式中的常數(shù)項以及其他已知量，提取表征電池擴散過程衰減因子，得到電池warburg阻抗的第三表達式，具體包括：

使用電池warburg阻抗的第二表達式中的cae作為表征電池擴散過程衰減因子，并定義kd2＝cae，得到電池warburg阻抗的第三表達式，如下：

其中，kd為電池擴散過程衰減因子。

進一步的，所述根據(jù)電池warburg阻抗的幅值特性，在電池warburg阻抗的第三表達式的基礎上，推導得出電池擴散過程衰減因子表達式，具體包括：

通過電池warburg阻抗的實部與虛部相等的物理特性，得到電池warburg阻抗的幅值特性，如下：

將代入電池warburg阻抗的第三表達式，得到：

定義n＝kii，并化簡常數(shù)項，得到電池擴散過程衰減因子表達式，如下：

其中，c為物理常數(shù)，t為電池的絕對溫度，zw為電池的warburg阻抗，i為電池的充電電流。

本發(fā)明的第二個目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種電池健康狀態(tài)快速檢測裝置，所述裝置包括：

獲取單元，用于獲取測量的電池溫度和電池充電電流，并基于設定的電池充電電壓和測量的電池充電電流計算電池的warburg阻抗；其中，所述電池充電電流為正弦紋波電流；

檢測單元，用于將電池的溫度、電池的充電電流和電池的warburg阻抗代入電池擴散過程衰減因子表達式，計算得到電池擴散過程衰減因子，以表征電池健康狀態(tài)；其中，所述電池擴散過程衰減因子表達式由電池warburg阻抗的表達式推導得出。

本發(fā)明的第三個目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種電池健康狀態(tài)快速檢測儀，包括單片機、非線性比例積分控制器、buck電路、雙通道數(shù)字鎖定放大器、測量設備以及計算機，所述單片機、非線性比例積分控制器、buck電路、雙通道數(shù)字鎖定放大器、測量設備和計算機依次連接，所述buck電路還與單片機連接；

所述單片機，用于輸出額定載波頻率的epwm信號，以及使用微邊緣定位器在矩形充電脈沖上疊加正弦紋波電流；

所述非線性比例積分控制器，用于將單片機輸出的epwm信號整定為矩形充電脈沖，并輸入buck電路；

所述雙通道數(shù)字鎖定放大器，用于根據(jù)buck電路輸入的待測信號，求出測量的正弦紋波電流幅值，并通過測量設備輸出正弦紋波電流信號；

所述計算機，用于執(zhí)行上述的電池健康狀態(tài)快速檢測方法。

進一步的，所述buck電路包括mosfet驅動電路和電池電流檢測電路；

所述mosfet驅動電路包括mosfet管，所述電池電流檢測電路包括二極管、電感、電容、采樣電阻和電壓放大電路，所述mosfet管的柵極與單片機的epwm信號輸出端口連接，mosfet管的漏極與電源連接，mosfet管的源極與二極管的負極、電感的一端連接，所述二極管的正極接地，所述電感的另一端與電容的一端、電池正極連接，所述電容的另一端接地，所述采樣電阻的一端與電池負極連接，采樣電阻的另一端接地，采樣電阻的兩端接入電壓放大電路；

所述電壓放大電路包括兩個運算放大器和四個電阻，兩個運算放大器的正向輸入端接地，其中兩個電阻的一端與運算放大器的反向輸入端連接，另外兩個電阻的一端與兩個運算放大器的反向輸入端一一對應連接，另外兩個電阻的另一端與兩個運算放大器的輸出端一一對應連接。

進一步的，所述非線性比例積分控制器采用了電池充電電流控制算法，所述電池充電電流控制算法為比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的非線性組合，其時域函數(shù)如下：

其中，e(t)為t時刻單片機測量電流值和參考值的偏差，kp[e(t)]為比例環(huán)節(jié)p，kp為比例環(huán)節(jié)p的增益系數(shù)；為積分環(huán)節(jié)i，ki為積分環(huán)節(jié)i的增益系數(shù)。

進一步的，所述雙通道數(shù)字鎖定放大器包括乘法器、希爾伯特濾波器、低通濾波器、積分環(huán)節(jié)、除法器和加法器；

所述雙通道數(shù)字鎖定放大器中，根據(jù)buck電路輸入的待測信號，求出測量的正弦紋波電流幅值，并通過測量設備輸出，具體包括：

將待測信號i'(f0)和參考信號輸入同一個乘法器并積分得中間量u0，計算公式為：

其中，k為乘法器增益，a2為參考信號幅值，為參考信號與待測信號的未知相位差；

乘法器輸出中間信號u0給低通濾波器，低通濾波器濾除高頻交流分量得另一中間量

將參考信號輸入希爾伯特濾波器做希爾伯特變換，再與待測信號i'(f0)相乘、積分，經(jīng)過低通濾波器濾除高頻交流分量，得到另一中間量

v0信道和v00信道輸入除法器，得到測量信號與參考信號的相位差

兩個v0信道輸入乘法器，兩個v00信道輸入乘法器，兩個乘法器的結果輸入加法器，得到所求信號

測量信號v(t)大小，求出測量的正弦紋波電流幅值a1。

本發(fā)明的第四個目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種存儲介質，存儲有程序，所述程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)上述的電池健康狀態(tài)快速檢測方法。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明假設電池內(nèi)部鋰離子擴散過程是有限長度且邊界受圍墻包圍，從而推導出warburg阻抗與電池鋰離子濃度、電池電極有效反應面積、電池充電電流、電池溫度間的顯示表達式，基于這一表達式獲得電池擴散過程衰減因子與電池阻抗、電池電流、電池溫度的關系式，基于所測量的電池擴散過程衰減因子大小估計電池健康狀態(tài)。

2、本發(fā)明基于鋰電池內(nèi)部鋰離子擴散過程的電化學反應原理，提煉出電池擴散過程健康狀態(tài)因子與電池阻抗的關系，在給電池進行高倍率充電同時，測量特定頻率點的電池阻抗。通過所測量的阻抗直接檢測電池健康狀態(tài)，并克服電池電流與電池溫度對電池健康狀態(tài)估計精度的影響，采用具有高分辨率脈沖寬度調制(hrpwm)模塊的單片機在給電池充電過程同時疊加小幅度的特定頻率電流紋波，通過數(shù)字鎖定放大器檢測正弦紋波電流的幅值與相位，實現(xiàn)電池阻抗的精確測量，能有效解決在鋰離子動力電池應用現(xiàn)場，缺乏可靠快速檢測電池健康狀態(tài)儀器的難題，大幅提高電池健康狀態(tài)檢測效率。

3、本發(fā)明利用單片機有高分辨率脈沖寬度調制(hrpwm)的特點，把最邊緣的pwm時鐘周期(16.67納秒(10-9s))再細分為110小格，每小格為150皮秒(10-12s)，采用單片機內(nèi)的微邊緣定位器控制pwm脈沖邊緣以150皮秒為單位，按特定頻率正弦變化，從而在大的直流充電脈沖上疊加小幅度的交流紋波電流(正弦紋波電流)；采用數(shù)字鎖定放大器測量正弦紋波電流的幅值與相位，并把控制微邊緣定位器的正弦紋波視為施加在電池上的交流電壓信號，從而計算出特定充電倍率電流下的電池電化學阻抗。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例1的電池健康狀態(tài)快速檢測儀的結構框圖。

圖2為本發(fā)明實施例1的buck電路的結構示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例1的在矩形充電脈沖上疊加正弦紋波電流的示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例1的微邊緣定位器的工作原理圖。

圖5為本發(fā)明實施例1的微邊緣定位器在一個系統(tǒng)周期內(nèi)按正弦規(guī)律變化的示意圖。

圖6為本發(fā)明實施例1的電池充電電流非線性比例積分控制方框圖。

圖7為本發(fā)明實施例1的雙通道數(shù)字鎖定放大器的工作原理圖。

圖8為本發(fā)明實施例1的電池健康狀態(tài)快速檢測方法的流程圖。

圖9為本發(fā)明實施例1的電池擴散過程衰減因子表達式推導過程的流程圖。

圖10為本發(fā)明實施例2的電池健康狀態(tài)快速檢測裝置的結構框圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1：

如圖1所示，本實施例提供了一種電池健康狀態(tài)快速檢測儀，該檢測儀包括單片機101、非線性比例積分控制器102、buck電路103、雙通道數(shù)字鎖定放大器104、測量設備105以及計算機106，單片機101、非線性比例積分控制器102、buck電路103、雙通道數(shù)字鎖定放大器104、測量設備105和計算機106依次連接，buck電路103還與單片機101連接。

如圖1和圖2所示，buck電路103為基于buck變換原理的模擬電路，其包括mosfet驅動電路和電池電流檢測電路，buck電路103與單片機101配合，能夠調節(jié)電池充電電流并監(jiān)測電池內(nèi)部電流。

進一步地，mosfet驅動電路包括mosfet管，電池電流檢測電路包括二極管d、電感l(wèi)、電容c、采樣電阻r和電壓放大電路，其中二極管d為續(xù)流二極管，電感l(wèi)采用四個并聯(lián)的電感，電容c為濾波電容，mosfet管的柵極與單片機101的epwm信號輸出端口連接，mosfet管的漏極與電源(12v的電壓vin)連接，mosfet管的源極與二極管d的負極(陰極)、電感l(wèi)的第一端連接，二極管d的正極(陽極)接地，電感l(wèi)的第二端與電容c的第一端、電池gb正極連接，電容c的第二端接地，采樣電阻r的第一端與電池gb負極連接，采樣電阻r的第二端接地，采樣電阻r的兩端接入電壓放大電路。

進一步地，電壓放大電路包括第一運算放大器u1、第二運算放大器u2、第一電阻r1、第二電阻r2、第三電阻r3和第四電阻r4，第一運算放大器u1和第二運算放大器u2的正向輸入端(同相輸入端)接地，第一電阻r1的第一端與采樣電阻r的第一端連接，第一電阻r1的第二端與第一運算放大器u1的反向輸入端(反相輸入端)連接，第二電阻r2的第一端與第一運算放大器u1的反向輸入端連接，第二電阻r2的第二端與第一運算放大器u1的輸出端連接，第三電阻r3的第一端與第一運算放大器u1的輸出端連接，第三電阻r3的第二端與第二運算放大器u2的反向輸入端連接，第四電阻r4的第一端與第二運算放大器u2的反向輸入端連接，第四電阻r4的第二端與第二運算放大器u2的輸出端連接。

本實施例中，電感l(wèi)、第一電阻r1、第二電阻r2、第三電阻r3和第四電阻r4的第一端為左端，電感l(wèi)、第一電阻r1、第二電阻r2、第三電阻r3和第四電阻r4的第二端為右端，電容c和采樣電阻r的第一端為上端，電容c和采樣電阻r的第二端為下端。

本實施例的調節(jié)電池充電電流并監(jiān)測電池內(nèi)部電流過程，包括以下步驟：

1)程序通過設置時基計數(shù)器的工作模式和控制epwm模塊內(nèi)部的時基周期寄存器在單片機101內(nèi)部產(chǎn)生額定的載波頻率，該epwm模塊輸出的脈寬調制信號是單片機101內(nèi)部pwm(脈沖寬度調制)信道和hrpwm(高分辨率脈沖寬度調制)信道輸出信號的疊加，pwm信道提供大信號輸出，用于產(chǎn)生矩形充電脈沖，hrpwm信道提供更為精細的信號輸出，用于在矩形充電脈沖(即直流脈沖)上疊加正弦紋波電流，使用hrpwm信道功能時的buck電路輸出電流的波形圖如圖3所示，從圖中可以看出，當mosfet管導通時，電路中的電流為ipwm+ihrpwm；當mosfet管關閉時，電路中的電流為0；因此，ipwm和ihrpwm保有高度一致性，單片機101可以輸出疊加在直流脈沖上的正弦紋波信號。

本實施例實現(xiàn)在直流脈沖上疊加正弦紋波電流的關鍵技術——微邊緣定位器(mep)，微邊緣定位器是hrpwm中的一項技術，是單片機101內(nèi)部的一個模塊；如圖4所示，一般的pwm周期為單片機101系統(tǒng)時鐘周期的整數(shù)倍，mep技術繼續(xù)將一個系統(tǒng)時鐘周期劃分為若干更小的微邊緣定位器的工作周期；圖4所示各周期的關系可由下式表示：tpwm＝mtsysc、tsysc＝ntmep。其中tpwm為pwm工作周期，tsysc為單片機101系統(tǒng)工作周期，tmep為微邊緣定位器工作周期，m和n均為正整數(shù)。實際應用中，可根據(jù)需求設定單片機101的工作頻率，并確定m和n的取值。

進一步地，如圖5所示，epwm模塊中的cmpahr寄存器控制疊加電流的頻率與幅值，設計程序使cmpahr寄存器輸出的值在一個系統(tǒng)工作周期內(nèi)按某一正弦規(guī)律變化，即可在直流脈沖上疊加正弦紋波電流。

2)epwm信號由單片機101發(fā)出，通過非線性比例積分控制器102整定為矩形充電脈沖，由mosfet驅動電路流入mosfet管的柵極，mosfet放大后的信號流入電池電流檢測電路。

3)當epwm信號為高電平時，mosfet管導通，二極管d的陽極電壓為零，陰極電壓為正，反向截止；電感l(wèi)中的電流逐漸增加，在電感l(wèi)兩端產(chǎn)生左端正右端負的自感電勢阻礙電流繼續(xù)上升，電感l(wèi)將電能轉化為磁能存儲起來；當epwm信號為低電平時，mosfet管關閉，電感l(wèi)中的電流并不突變，其自感電勢阻礙電流下降，從而使二極管d正向偏置導通，于是電感l(wèi)中的電流經(jīng)二極管d構成回路，電流值逐漸下降，電感l(wèi)中儲存的磁能轉化為電能釋放給電池；電容c接地和電感l(wèi)減小輸出電壓vout的波動。

4)限定第一電阻r1和第三電阻r3的阻值，改變第二電阻r2和第四電阻r4的大小，可以改變電壓的放大倍數(shù)，電壓放大電路將電池電壓測量值反饋到單片機101，單片機101將反饋信號處理后，輸出合適占空比的epwm信號，從而使得電池的輸入電流是可控的。

非線性比例積分控制器102可以將單片機101輸出的epwm信號整定為矩形充電脈沖，并輸入buck電路103，由于電池充電電流測量值并非線性變化，所以傳統(tǒng)的pid(proportionintegrationdifferentiation，比例積分微分)控制不能滿足本實施例的電池健康狀態(tài)快速檢測儀的控制需求，本實施例根據(jù)被控電流的變化規(guī)律建立了數(shù)學模型，并提出如圖6所示的非線性比例積分控制對該epwm信號進行整流，用以降低調節(jié)時間并減小超調量。

進一步地，非線性比例積分控制器采用了電池充電電流控制算法，電池充電電流控制算法為比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的非線性組合，其時域函數(shù)如下：

其中，e(t)為t時刻單片機測量電流值和參考值的偏差，因此本實施例控制的目的是調整u(t)的值，使e(t)的值穩(wěn)定在0附近。

kp[e(t)]為比例環(huán)節(jié)p，kp為比例環(huán)節(jié)p的增益系數(shù)，其本身也是個相對e(t)的函數(shù)，由于比例環(huán)節(jié)響應速度最快，效果最明顯，kp參數(shù)是影響系統(tǒng)響應，產(chǎn)生超調的最主要原因之一；當系統(tǒng)偏差較大時，則實時增加kp；當系統(tǒng)偏差變小時，則實時適當減小kp，變化公式為：kp＝a1em(t)+b1，根據(jù)電池的非線性特性，m可取2。

為積分環(huán)節(jié)i，ki為積分環(huán)節(jié)i的增益系數(shù)，其本身也是相對e(t)的函數(shù)。ki參數(shù)主要是提升系統(tǒng)穩(wěn)定特性，若ki過大，也會使系統(tǒng)超調；積分環(huán)節(jié)的作用是用來消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，所以當系統(tǒng)偏差較大時，則實時減小ki，當系統(tǒng)偏差變小時，則實時增大ki，變化公式為：ki＝a2en(t)+b2，n可取0.5。

本實施例引入了兩個非線性環(huán)節(jié)，每個非線性環(huán)節(jié)有兩個可調節(jié)參數(shù)，非線性環(huán)節(jié)整體共有a1、b1、a2、b2這四個參數(shù)以供調節(jié)，本實施例根據(jù)每次不同的試驗數(shù)據(jù)對以上四個參數(shù)進行調節(jié)，每一次調試都要對四個參數(shù)全部重新調整。

參考圖3的輸入信號和圖2的buck電路圖，圖2中反饋給單片機101的測量電流可表示為：

其中，i(f0)為待測信號，dct為緩慢變化的高倍率直流信號，而表示小幅度的交流信號，u(n)為噪聲。

使用數(shù)字趨勢濾波器，濾除緩慢變化的直流項dct，得到交流變化項：

雙通道數(shù)字鎖定放大器104，用于根據(jù)buck電路103輸入的待測信號，求出測量的正弦紋波電流幅值，并通過測量設備輸出正弦紋波電流信號，其中測量設備105可以為示波器等設備；具體地，雙通道數(shù)字鎖定放大器104包括乘法器、希爾伯特濾波器、低通濾波器、積分環(huán)節(jié)、除法器和加法器。

如圖7所示，本實施例的雙通道數(shù)字鎖定放大器104的工作原理如下：

1)將待測信號i'(f0)和參考信號輸入同一個乘法器并積分得中間量u0，計算公式為：

其中，k為乘法器增益，a2為參考信號幅值，為參考信號與待測信號的未知相位差。

2)乘法器輸出中間信號u0給低通濾波器，低通濾波器濾除高頻交流分量得另一中間量

3)將參考信號輸入希爾伯特濾波器做希爾伯特變換，再與待測信號i'(f0)相乘、積分，經(jīng)過低通濾波器濾除高頻交流分量，得到另一中間量

4)v0信道和v00信道輸入除法器，得到測量信號與參考信號的相位差

5)兩個v0信道輸入乘法器，兩個v00信道輸入乘法器，兩個乘法器的結果輸入加法器，得到所求信號

6)測量信號v(t)大小，求出測量的正弦紋波電流幅值a1。

計算機106，用于獲取測量的電池溫度和電池充電電流，并基于設定的電池充電電壓和測量的電池充電電流計算電池的warburg阻抗(瓦伯格阻抗，即電化學阻抗)；將電池的溫度、電池的充電電流和電池的warburg阻抗代入電池擴散過程衰減因子表達式，計算得到電池擴散過程衰減因子，以表征電池健康狀態(tài)；其中，電池的溫度可以通過熱電偶測量，電池的充電電流為通過上述測量設備105輸出得到的正弦紋波電流，電池的warburg阻抗為表征電池擴散過程的阻抗，計算公式為：

如圖8所示，本實施例還提供了一種電池健康狀態(tài)快速檢測方法，該方法基于上述的電池健康狀態(tài)快速檢測儀實現(xiàn)，包括以下步驟：

s801、單片機輸出額定載波頻率的epwm信號。

s802、非線性比例積分控制器將單片機輸出的epwm信號整定為矩形充電脈沖，并輸入buck電路。

s803、使用微邊緣定位器在矩形充電脈沖上疊加正弦紋波電流。

s804、使用雙通道數(shù)字鎖定放大器接收buck電路輸入的待測信號，求出測量的正弦紋波電流幅值，并通過測量設備輸出正弦紋波電流信號給計算機。

s805、計算機獲取測量的電池溫度和正弦紋波電流，并基于設定的電池充電電壓和測量的正弦紋波電流計算電池的warburg阻抗。

s806、將電池的溫度、電池的充電電流和電池的warburg阻抗代入電池擴散過程衰減因子表達式，計算得到電池擴散過程衰減因子，以表征電池健康狀態(tài)。

如圖9所示，本實施例的電池擴散過程衰減因子表達式的推導過程如下：

s901、選定適合大容量單體電池的擴散過程邊界條件，提出計算電池warburg阻抗的表達式，作為電池warburg阻抗的第一表達式。

具體地，本實施例基于“有限擴散長度與不可穿透圍墻”理論，為了定量計算鋰電池中內(nèi)部物質的擴散邊界，提出電池warburg阻抗的表達式：

其中，ae為電極有效面積，d為與材料有關的擴散系數(shù)，c為鋰離子摩爾濃度，r為氣體常數(shù)，t為絕對溫度，l為電池內(nèi)離子擴散路徑長度，n為載荷子數(shù)量，f為法拉第常數(shù)。

s902、根據(jù)電池warburg阻抗的實部與虛部相等的物理特性，建立電池warburg阻抗的第二表達式。

具體地，由電池warburg阻抗的實部與虛部相等的物理特性，重新定義電池warburg阻抗的表達式，作為電池warburg阻抗的第二表達式：

s903、化簡電池warburg阻抗的第二表達式中的常數(shù)項以及其他已知量，提取表征電池擴散過程衰減因子，得到電池warburg阻抗的第三表達式。

由于電池的阻抗測量是在同一大電流激勵下完成，“a2(ω)(1-j)”只和電池的溫度變化有關。

使用電池warburg阻抗的第二表達式中的cae作為表征電池擴散過程衰減因子，并定義kd2＝cae，得到電池warburg阻抗的第三表達式，如下：

其中，kd為電池擴散過程衰減因子。

s904、根據(jù)電池warburg阻抗的幅值特性，在電池warburg阻抗的第三表達式的基礎上，推導得出電池擴散過程衰減因子表達式。

該步驟s904具體包括：

s9041、通過電池warburg阻抗的實部與虛部相等的物理特性，得到電池warburg阻抗的幅值特性，如下：

s9042、將代入電池warburg阻抗的第三表達式，得到：

s9043、定義n＝kii，并化簡常數(shù)項，得到電池擴散過程衰減因子表達式，如下：

其中，c為物理常數(shù)，t為電池的絕對溫度，zw為電池的warburg阻抗，i為電池的充電電流。

觀察電池擴散過程衰減因子表達式，可以看出，kd是一個僅受電池warburg阻抗、電池的溫度、電池的充電電流影響的物理量。

應當注意，盡管在附圖中以特定順序描述了上述實施例方法的操作，但是這并非要求或者暗示必須按照該特定順序來執(zhí)行這些操作，或是必須執(zhí)行全部所示的操作才能實現(xiàn)期望的結果。相反，描繪的步驟可以改變執(zhí)行順序。附加地或備選地，可以省略某些步驟，將多個步驟合并為一個步驟執(zhí)行，和/或將一個步驟分解為多個步驟執(zhí)行。

實施例2：

如圖10所示，本實施例提供了一種電池健康狀態(tài)快速檢測裝置，該裝置包括獲取單元1001和檢測單元1002，各個單元的具體功能如下：

獲取單元1001，用于獲取測量的電池溫度和電池充電電流，并基于設定的電池充電電壓和測量的電池充電電流計算電池的warburg阻抗；其中，所述電池充電電流為正弦紋波電流。

檢測單元1002，用于將電池的溫度、電池的充電電流和電池的warburg阻抗代入電池擴散過程衰減因子表達式，計算得到電池擴散過程衰減因子，以表征電池健康狀態(tài)；其中，所述電池擴散過程衰減因子表達式由電池warburg阻抗的表達式推導得出。

上述單元的具體實現(xiàn)參見上述實施例1，不再一一贅述；再次需要說明的是，上述實施例提供的裝置僅以上述各功能單元的劃分進行舉例說明，在實際應用中，可以根據(jù)需要而將上述功能分配由不同的功能單元完成，即將內(nèi)部結構劃分成不同的功能單元，以完成以上描述的全部或者部分功能。

實施例3：

本實施例提供了一種存儲介質，該存儲介質為計算機可讀存儲介質，其存儲有計算機程序，計算機程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)上述實施例1的電池健康狀態(tài)快速檢測方法，如下：

需要說明的是，本實施例的計算機可讀存儲介質可以是計算機可讀信號介質或者計算機可讀存儲介質或者是上述兩者的任意組合。計算機可讀存儲介質例如可以是但不限于電、磁、光、電磁、紅外線、或半導體的系統(tǒng)、裝置或器件，或者任意以上的組合。計算機可讀存儲介質的更具體的例子可以包括但不限于：具有一個或多個導線的電連接、便攜式計算機磁盤、硬盤、隨機訪問存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、可擦式可編程只讀存儲器(eprom或閃存)、光纖、便攜式緊湊磁盤只讀存儲器(cd-rom)、光存儲器件、磁存儲器件、或者上述的任意合適的組合。

綜上所述，本發(fā)明利用buck電路、非線性比例積分控制技術、hrpwm技術和雙通道數(shù)字鎖定放大器計算出了鋰電池在特定頻率充電電流下的內(nèi)部阻抗，并基于“有限擴散長度與不可穿透圍墻”理論，推算出該阻抗可以代表電池內(nèi)部離子擴散過程的衰減程度，從而明確被測電池的健康狀態(tài)。

以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實施例，但本發(fā)明專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護范圍。

網(wǎng)址: 電池健康狀態(tài)快速檢測方法、裝置、檢測儀及存儲介質 http://m.u1s5d6.cn/newsview1388069.html