一種基于電化學(xué)阻抗譜的鉛酸電池健康狀態(tài)診斷方法與流程
本發(fā)明涉及電池健康狀態(tài)診斷,具體涉及一種基于電化學(xué)阻抗譜的鉛酸電池健康狀態(tài)診斷方法。
背景技術(shù):
1、不間斷電源系統(tǒng)(ups)是數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)中較為重要的環(huán)節(jié),其直接為后端信息系統(tǒng)設(shè)備提供7*24h平穩(wěn)持續(xù)的電力。數(shù)據(jù)中心ups包括閥控式鉛酸蓄電池(以下簡(jiǎn)稱蓄電池)后備部件等。當(dāng)電力中斷或ups的電力變換部件故障時(shí),蓄電池須立即提供短時(shí)供電,因此,蓄電池的安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。
2、隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng),蓄電池的安全隱患也會(huì)逐漸增多,電池有可能會(huì)出現(xiàn)漏液、爬酸、極板鹽化等情況,嚴(yán)重的更有可能發(fā)生自燃。另外,劣化的電池容量也會(huì)有所下降,在應(yīng)及使用時(shí)就不足以支撐足夠長(zhǎng)時(shí)間的電力供應(yīng),因此,需要定期對(duì)蓄電池進(jìn)行檢查維護(hù),來保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
3、目前蓄電池監(jiān)測(cè)最為準(zhǔn)確有效的方法是用蓄電池充放電測(cè)試儀進(jìn)行全容量放電測(cè)試,該測(cè)試所需成本非常大,且在性能評(píng)估方面仍舊有所欠缺。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足,本發(fā)明目的是提供一種能夠適用于各種工況,對(duì)不同型號(hào)的電池進(jìn)行健康狀態(tài)快速估計(jì)的基于電化學(xué)阻抗譜的鉛酸電池健康狀態(tài)診斷方法。
2、為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:所述的基于電化學(xué)阻抗譜的鉛酸電池健康狀態(tài)診斷方法,包括以下步驟:
3、(1)利用eis測(cè)量設(shè)備獲取待測(cè)電池不同老化狀態(tài)下的電化學(xué)阻抗譜;
4、(2)對(duì)步驟(1)中得到的電化學(xué)阻抗譜進(jìn)行拆解、分析,得到待測(cè)電池的交流阻抗各部分在不同老化狀態(tài)下的變化趨勢(shì);
5、(3)根據(jù)皮爾遜相關(guān)系數(shù)量化待測(cè)電池的阻抗變化與容量衰退之間的相關(guān)性,選擇交流阻抗虛部作為特征量;
6、(4)對(duì)不同頻率點(diǎn)的交流阻抗虛部與電池健康狀態(tài)進(jìn)行線性擬合,根據(jù)擬合優(yōu)度評(píng)價(jià)程度的好壞,選擇最佳擬合頻率作為特征頻率,得到用于表征待測(cè)電池健康狀態(tài)的健康因子;
7、(5)以步驟(4)中得到的健康因子為自變量,待測(cè)電池的健康狀態(tài)為因變量,建立一階線性估計(jì)模型,輸入健康因子,輸出所述待測(cè)電池的當(dāng)前可輸出的最大容量與標(biāo)稱容量之比、即健康狀態(tài)soh,若soh<80%,則判斷為所述待測(cè)電池處于不健康狀態(tài)。
8、進(jìn)一步地,待測(cè)電池的交流阻抗各部分在不同老化狀態(tài)下的變化趨勢(shì),包括交流阻抗幅值、實(shí)部、虛部以及相角的變化趨勢(shì);
9、在步驟(1)中,利用eis測(cè)試設(shè)備獲取待測(cè)電池的電化學(xué)阻抗數(shù)據(jù),包括阻抗幅值以及相位角,通過交流阻抗表達(dá)式計(jì)算得到實(shí)部以及虛部,公式為:
10、zre=zmcosθ;
11、zim=zmsinθ;
12、在上式中,zm為阻抗幅值,θ為相位角。
13、進(jìn)一步地,步驟(3)中,計(jì)算交流阻抗各分量與容量之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)公式為:
14、
15、在上式中,xi和yi為兩個(gè)變量各樣本的真值,和為兩個(gè)變量的均值,所得到的結(jié)果的絕對(duì)值越接近1,說明相關(guān)性越高。
16、進(jìn)一步地,在步驟(4)中,篩選出擬合程度最高的頻率范圍作為最佳擬合頻率,即特征頻率,該篩選的公式為:
17、
18、在上式中,y為各樣本真值,為該樣本在擬合曲線上對(duì)應(yīng)值,分子為殘差平方和,為各樣本均值,分母為總平方和。
19、進(jìn)一步地,在步驟(5)中,一階線性估計(jì)模型為:
20、soh=a×im+b;
21、在上式中,soh為所述待測(cè)電池的健康狀態(tài),im為所篩選出的健康因子,即特征頻率下的阻抗虛部,a為線性模型的權(quán)重,b為線性模型的偏置。
22、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本方案具備的顯著優(yōu)點(diǎn)有:
23、本方案通過獲取不同老化狀態(tài)下待測(cè)電池的電化學(xué)阻抗譜,比較不同老化狀態(tài)下待測(cè)電池交流阻抗分量的差異性,以交流阻抗虛部作為表征電池健康狀態(tài)的健康因子,由此建立診斷待測(cè)電池健康狀態(tài)的一階線性估計(jì)模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池健康狀態(tài)的快速估計(jì)。該方法快速便捷,無需考慮電池soc狀態(tài)的影響,能夠適用于各種工況以及不同型號(hào)的蓄電池檢測(cè)。
技術(shù)特征:
1.一種基于電化學(xué)阻抗譜的鉛酸電池健康狀態(tài)診斷方法,其特征在于,包括以下步驟:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電化學(xué)阻抗譜的鉛酸電池健康狀態(tài)診斷方法,其特征在于,在步驟(2)中,所述的所述待測(cè)電池的交流阻抗各部分在不同老化狀態(tài)下的變化趨勢(shì),包括交流阻抗幅值、實(shí)部、虛部以及相角的變化趨勢(shì);
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電化學(xué)阻抗譜的鉛酸電池健康狀態(tài)診斷方法,其特征在于,在步驟(3)中,所述的計(jì)算交流阻抗各分量與容量之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)公式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于電化學(xué)阻抗譜的鉛酸電池健康狀態(tài)診斷方法,其特征在于,在步驟(4)中,篩選出擬合程度最高的頻率范圍作為最佳擬合頻率,即特征頻率,該篩選的公式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于電化學(xué)阻抗譜的鉛酸電池健康狀態(tài)診斷方法,其特征在于,在步驟(5)中,所述的一階線性估計(jì)模型為:
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電池健康狀態(tài)診斷技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種基于電化學(xué)阻抗譜的鉛酸電池健康狀態(tài)診斷方法,本方案通過獲取不同老化狀態(tài)下待測(cè)電池的電化學(xué)阻抗譜,比較不同老化狀態(tài)下待測(cè)電池交流阻抗分量的差異性,以交流阻抗虛部作為表征電池健康狀態(tài)的健康因子,由此建立診斷待測(cè)電池健康狀態(tài)的一階線性估計(jì)模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池健康狀態(tài)的快速估計(jì)。該方法快速便捷,無需考慮電池SOC狀態(tài)的影響,能夠適用于各種工況以及不同型號(hào)的蓄電池檢測(cè)。
技術(shù)研發(fā)人員:姜卓,康春建,劉強(qiáng),張章,姜文,金晨,張彩萍
受保護(hù)的技術(shù)使用者:國家計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息安全管理中心
技術(shù)研發(fā)日:
技術(shù)公布日:2024/1/13
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網(wǎng)址: 一種基于電化學(xué)阻抗譜的鉛酸電池健康狀態(tài)診斷方法與流程 http://m.u1s5d6.cn/newsview1549430.html
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