CN108957323A - 一种电池健康状态的判断方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池健康状态的判断方法及装置，该方法包括：获取新电池的一个或者几个特征频率点和特征频率处的电化学阻抗；其中，所述特征频率点，能够反映所述电池的内部状态；基于新电池的特征频率点对应的特征频率，对旧电池进行激励，确定旧电池的当前电化学阻抗；对比新电池和旧电池在特征频率处的电化学虚部阻抗，判断旧电池的老化程度。本发明的方案，可以克服现有技术中测试难度大(例如：很难体现电池内部的电化学反应的老化情况，往往停留于外部特性)、成本高和使用寿命短等缺陷，实现测试难度小、成本低和使用寿命长的有益效果。

Description

一种电池健康状态的判断方法及装置

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电池健康状态的判断方法及装置，尤其涉及一种对锂离子电池/电池组健康状态的判断方法、以及与该方法对应的装置，更具体涉及一种利用电化学过程特征频率判断锂离子电池/电池组健康状态的方法、以及与该方法对应的装置。

背景技术

随着电动汽车的数量、使用频率不断增加，如何无损的、快速的对车载电池的健康状态进行诊断，无论是对于车主或者车企都有着十分重要的意义。

电池工作时内部的传质过程、电化学反应十分复杂，一个好的电池健康状态诊断的方法，应反映出电池内部随老化过程的变化，但同时，如何无损的、快速的了解电池内部的变化又十分困难。目前尚没有一种简便的方法。

可见，现有技术中，存在测试难度大、成本高和使用寿命短等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种电池健康状态的判断方法及装置，以解决现有技术中对于电池健康状态的测试难度大的问题，达到减小测试难度的效果。

本发明提供一种电池健康状态的判断方法，包括：获取新电池的一个或者几个特征频率点和特征频率处的电化学阻抗；其中，所述特征频率点，能够反映所述电池的内部状态；基于新电池的特征频率点对应的特征频率，对旧电池进行激励，确定旧电池的当前电化学阻抗；对比新电池和旧电池在特征频率处的电化学虚部阻抗，判断旧电池的老化程度。

可选地，获取所述电池的一个或者几个特征频率点，包括：生成所述电池的电化学阻抗谱；去除所述电化学阻抗谱中的扩散部分；去除所述电化学阻抗谱中的感抗部分；对去除所述扩散部分和所述感抗部分之后的剩余电化学阻抗谱，进行相角对频率曲线的微分处理，得到微分曲线，曲线峰值对应的频率即为该电池的特征频率；和/或，做傅立叶变换，利用收集的响应信号，结合已知的特征频率激励信号，做傅立叶变换计算老化后电池的在特征频率处的阻抗，用以和新电池对比，判断电池老化程度。

可选地，去除所述电化学阻抗谱中的扩散部分，包括：⑴将所述电化学阻抗谱中的扩散阻抗，看作常相位角元素CPE，则有阻抗公式：

其中，Q为常相位角元素CPE系数；n为常相位角元素CPE指数，ω为角频率，j为虚数单位；Z_i和Z_r分别为常相位角元素CPE的虚部和实部；⑵设定常相位角元素CPE表示为一条直线，在所述电化学阻抗谱的扩散部分取预设数量个点做线性拟合，利用所述线性拟合得到的直线，计算所述直线的斜率，利用(1)中的相角公式，求出CPE指数n；⑶利用⑴中的阻抗公式求出所述系数Q，并获取所述常相位角元素CPE的全部阻抗，即全电池阻抗的扩散部分，随后从所述全电池阻抗中减去。

可选地，去除所述电化学阻抗谱中的感抗部分，包括：首先，将所述电化学阻抗谱的感抗部分设定为感抗弧的一部分，则有阻抗公式：

其中，Z_r为感抗弧阻抗的实部部分，Z_i为感抗弧阻抗的虚部部分；n为常相位角元素CPE指数，ω为角频率，j为虚数单位；R为感抗弧中的电阻；

其次，在所述电化学阻抗谱中感抗弧所属的部分取预设多个点，以确定一个圆，从而知道圆心及半径；

圆心：

半径：

利用圆心及半径公式，计算出R和n；已知R和n后，带入Z_r或者Z_i，计算出Q；已知感抗所有的相关参数，从而计算出所述感抗弧部分的全部阻抗；然后，从所述全电池阻抗或者减去扩散阻抗后的剩余全电池阻抗中减去所述感抗部分。

可选地，减去扩散和感抗部分后，对剩余的全电池阻抗进行相角对频率曲线的微分处理，包括：

设定一个电阻R与常相位角元素CPE并联的电路，其相角β有公式：

其中，ω为角频率；

以相角β对频率f做微分，则有：

其中，频率f与角频率ω有如下关系ω＝2πf；并且，当ω等于特征频率时，该微分有唯一最大值：

对于每一个能够用电阻R与常相位角元素CPE并联表示的电化学界面过程，均有且只有一个特征频率，并且对应唯一一个峰值；同理，利用上述方法对所述电化学阻抗谱进行分析并找出所述预设数量个特征频率点。

与上述方法相匹配，本发明另一方面提供一种电池健康状态的判断装置，包括：获取单元，用于获取新电池的一个或者几个特征频率点和特征频率处的电化学阻抗；其中，所述特征频率点，能够反映所述电池的内部状态；激励单元，用于基于新电池的特征频率点对应的特征频率，对旧电池进行激励，确定旧电池的当前电化学阻抗；确定单元，用于对比新电池和旧电池在特征频率处的电化学虚部阻抗，判断旧电池的老化程度。

可选地，获取单元，包括：生成模块，用于生成所述电池的电化学阻抗谱；去除模块，用于去除所述电化学阻抗谱中的扩散部分；所述去除模块，还用于去除所述电化学阻抗谱中的感抗部分；数据处理模块，用于对去除所述扩散部分和所述感抗部分之后的剩余电化学阻抗谱，进行相角对频率曲线的微分处理，得到微分曲线，曲线峰值对应的频率即为该电池的特征频率；和/或，做傅立叶变换，利用收集的响应信号，结合已知的特征频率激励信号，做傅立叶变换计算老化后电池的在特征频率处的阻抗，用以和新电池对比，判断电池老化程度。

可选地，所述去除模块去除所述电化学阻抗谱中的扩散部分，包括：第一计算子模块，用于：⑴将所述电化学阻抗谱中的扩散阻抗，看作常相位角元素CPE，则有阻抗公式：

相角公式：

其中，Q为常相位角元素CPE系数；n为常相位角元素CPE指数，ω为角频率，j为虚数单位；Z_i和Z_r分别为常相位角元素CPE的虚部和实部；⑵设定常相位角元素CPE表示为一条直线，在所述电化学阻抗谱的扩散部分取预设数量个点做线性拟合，利用所述线性拟合得到的直线，计算所述直线的斜率，求出所述指数n；⑶利用⑴中的阻抗公式求出所述系数Q，并获取所述常相位角元素CPE的全部阻抗即全电池阻抗的扩散部分，随后从所述全电池阻抗中减去。

可选地，所述去除模块去除所述电化学阻抗谱中的感抗部分，包括：第二计算子模块，用于：首先，将所述电化学阻抗谱的感抗部分设定为感抗弧的一部分，则有阻抗公式：

其中，Z_r为感抗弧阻抗的实部部分，Z_i为感抗弧阻抗的虚部部分；n为常相位角元素CPE指数，ω为角频率，j为虚数单位；R为感抗弧中的电阻；其次，在所述电化学阻抗谱中感抗弧所属的部分取预设个点，以确定一个圆，从而知道圆心及半径；

圆心：

半径：

利用圆心及半径公式，计算出R和n；已知R和n后，带入Z_r或者Z_i，计算出Q；已知感抗所有的相关参数，从而计算出所述感抗弧部分的全部阻抗；然后，从所述全电池电化学阻抗中减去所述感抗部分。

可选地，所述数据处理模块减去扩散和感抗部分后，对剩余的全电池阻抗进行相角对频率曲线的微分处理，包括：模型建立子模块，用于设定一个电阻R与常相位角元素CPE并联的电路，其相角β有公式：

其中，ω为角频率；以相角β对频率f做微分，则有：

其中，频率f与角频率ω有如下关系ω＝2πf；并且，当ω等于特征频率时，该微分有唯一最大值：

峰值确定子模块，用于对于每一个能够用电阻R与常相位角元素CPE并联表示的电化学界面过程，均有且只有一个特征频率，并且对应唯一一个峰值；同理，利用上述方法对所述电化学阻抗谱进行分析并找出所述预设数量个特征频率点。

由此，本发明的方案，利用电池的电化学阻抗谱确定特征频率点后，对电池进行激励并获取响应信息，解决现有技术中对于电池健康状态的测试难度大的问题，从而，克服现有技术中测试难度大、成本高和使用寿命短的缺陷，实现测试难度小、成本低和使用寿命长的有益效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的电池健康状态的判断方法的一实施例的流程示意图；

图2为本发明的方法中去除阻抗谱中的扩散部分的试验效果示意图；

图3为本发明的方法中去除阻抗谱中的感抗部分的试验效果示意图；

图4为本发明的方法中去除扩散与感抗后的阻抗谱的试验效果示意图；

图5为本发明的方法中对去除扩散与感抗后的频率-相角图作微分，找出特征频率的试验效果示意图；

图6为本发明的方法中利用特征频率对老化前后的电池进行激励，对比膜阻抗R_f虚部阻抗的试验效果示意图；

图7为本发明的方法中利用特征频率对老化前后的电池进行激励，对比界面转移R_ct虚部阻抗的试验效果示意图；

图8为本发明的电池健康状态的判断装置的一实施例的结构示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

102-获取单元；1022-生成模块；1024-去除模块；1026-数据处理模块；104-激励单元；106-确定单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种电池健康状态的判断方法。参见图1-图7所示本发明的方法的一实施例的结构示意图。该电池健康状态的判断方法可以包括：

在步骤S110处，获取新电池的一个或者几个特征频率点和特征频率处的电化学阻抗；其中，所述特征频率点，能够反映所述电池的内部状态。

例如：找出反应电池内部情况的多个特征频率点。

例如：利用电化学阻抗谱找出反应电池内部电化学界面过程的特征频率。

其中，电化学阻抗谱能够原位的、高分辨率并且无损的、快速的区分电池内部具有不同响应特性的电化学过程，可以作为锂离子电池研究的一种重要工具。

例如：通过对新电池的阻抗谱分析，找出电池各电化学过程的特征频率。

在一个可选例子中，步骤S110中获取新电池的一个或者几个特征频率点和特征频率处的电化学阻抗，可以包括：

步骤S210，生成所述电池的电化学阻抗谱。

步骤S220，去除所述电化学阻抗谱中的扩散部分。

例如：去除阻抗谱中的扩散部分。

例如：阻抗谱，可以从电化学工作站测得。

在一个可选具体例子中，步骤S220中去除所述电化学阻抗谱中的扩散部分，可以包括：

⑴将所述电化学阻抗谱中的扩散阻抗，看作常相位角元素CPE，则有阻抗公式：

相角公式：

其中，Q为常相位角元素CPE系数。n为常相位角元素CPE指数，ω为角频率，j为虚数单位。Z_i和Z_r分别为常相位角元素CPE的虚部和实部。

⑵设定常相位角元素CPE表示为一条直线，在所述电化学阻抗谱的扩散部分取预设数量个点做线性拟合，利用所述线性拟合得到的直线，计算所述直线的斜率，求出所述指数n。

⑶利用⑴中的阻抗公式求出所述系数Q，并获取所述常相位角元素CPE的全部阻抗即全电池阻抗的扩散部分，随后从所述全电池阻抗中减去。

例如：把扩散阻抗看作常相位角元素CPE，则有阻抗公式：

相角公式：

其中，

Q为常相位角元素CPE系数。n为常相位角元素CPE指数，ω为角频率，j为虚数单位。Z_i和Z_r分别为常相位角元素CPE的虚部和实部。

由于在此情况下的CPE可以表示为一条直线，所以可在阻抗谱的扩散部分取三个点做线性拟合，利用拟合出的直线，计算其斜率，求出n。随后利用阻抗公式求出Q。CPE的阻抗已知后，便可从全电池电化学阻抗中减去。

步骤S230，去除所述电化学阻抗谱中的感抗部分。

例如：去除阻抗谱中的感抗部分。例如：减去扩散部分和减去感抗部分，并无先后顺序。

在一个可选具体例子中，步骤S230中去除所述电化学阻抗谱中的感抗部分，可以包括：

首先，将所述电化学阻抗谱的感抗部分设定为感抗弧的一部分，则有阻抗公式：

其中，Z_r为感抗弧阻抗的实部部分，Z_i为感抗弧阻抗的虚部部分。n为常相位角元素CPE指数，ω为角频率，j为虚数单位；R为感抗弧中的电阻。

其次，在所述电化学阻抗谱中感抗弧所属的部分取预设个点，以确定一个圆，即能够计算出所述感抗弧的相关参数，从而计算出所述感抗弧的全部阻抗。

然后，从所述全电池阻抗或者减去扩散阻抗后的剩余全电池阻抗中减去所述感抗部分。

例如：大型锂离子电池的阻抗谱均存在由于电池内部金属部件造成的感抗部分，并且感抗部分并非垂直于横轴的直线，这导致感抗对阻抗谱的其他部分造成影响，所以第一步应从阻抗谱中把感抗去除。

具体的方法为：把阻抗谱的感抗部分作为感抗弧的一部分，则有阻抗公式：

其中，

Z_r为感抗弧阻抗的实部部分；Z_i为感抗弧阻抗的虚部部分；n为CPE指数，ω为角频率，j为虚数单位；R为感抗弧中的电阻。

然后在阻抗谱感抗的部分取多个点(例如：三个点)以确定一个圆，即可计算出感抗弧的相关参数，从而计算出感抗弧的全部阻抗。感抗弧的全部阻抗已知后，便可从全电池阻抗中减去。

例如：在所述电化学阻抗谱中感抗弧所属的部分取预设多个点，以确定一个圆，从而知道圆心及半径；

圆心：

半径：

利用圆心及半径公式，计算出R和n；已知R和n后，带入Z_r或者Z_i，计算出Q；已知感抗所有的相关参数，从而计算出所述感抗弧部分的全部阻抗。

步骤S240，对去除所述扩散部分和所述感抗部分之后的剩余电化学阻抗谱，进行相角对频率曲线的微分处理，得到微分曲线，曲线峰值对应的频率即为该电池的特征频率；和/或，做傅立叶变换，利用收集的相应信号，结合已知的特征频率激励信号，做傅立叶变换计算老化后电池的在特征频率处的阻抗，用以和新电池对比，判断电池老化程度。

例如：对余下阻抗谱的频率-相角曲线做微分。

在一个可选具体例子中，步骤S240中减去扩散和感抗部分后，对剩余的全电池阻抗进行相角对频率曲线的微分处理，可以包括：

设定一个电阻R与常相位角元素CPE并联的电路，其相角β有公式：

其中，ω为角频率。

以相角β对角频率ω做微分，则有：

并且，当ω等于特征频率时，该微分有唯一最大值：

对于每一个能够用电阻R与常相位角元素CPE并联表示的电化学界面过程，均有且只有一个特征频率，并且对应唯一一个峰值。

同理，利用上述方法对所述电化学阻抗谱进行分析并找出所述预设数量个特征频率点。

例如：为了增大阻抗谱的辨识度，对频率-相角曲线做微分处理。处理后曲线中每个峰所对应的频率，即为此电化学界面过程的特征频率点。原理如下：

对于一个电阻R与CPE并联的电路来说，其相角β有公式：

其中ω为角频率。

以相角β对角频率ω做微分，则有：

并且，当ω等于特征频率时，该微分有唯一最大值。

对于每一个可以用R与CPE并联表示的电化学界面过程，均有且只有一个特征频率，并且对应唯一一个峰值。

可见，利用上述方法对新电池的电化学阻抗谱进行分析并找出其1个或者多个特征频率。也就是说，通过上述方法，可以快速的找到表征电池内部电化学界面过程的特征频率。

在步骤S120处，基于新电池的特征频率点对应的特征频率，对旧电池进行激励，确定旧电池的当前电化学阻抗。

利用上述步骤中找出的多个特制频率点对应的这些特征频率，对旧电池进行激励，算出电化学阻抗。

例如：所谓的激励就是给电池一个信号，或者是电流或者是电压，这个信号会有一定特点，比如说一个特定频率。

例如：可以利用该频率(例如：上述步骤获取的频率)，对老化后的电池进行激励，收集老化后电池的响应。

例如：利用该频率对单体电池/电池组进行该频率的激励，收集响应信号。

例如：由于每个电化学界面过程具有唯一一个特征频率，可以利用该频率(例如：上述步骤获取的频率)对电池单体或者电池系统进行激励，以反应电池内部的电化学反应的变化，更真实的反应电池单体与系统的健康状况。

在步骤S130处，对比新电池和旧电池在特征频率处的电化学虚部阻抗，判断旧电池的老化程度。

例如：根据计算出的阻抗判断电池的老化情况。

例如：根据响应与激励信号做傅立叶变换，从而计算出老化后电池的虚部阻抗。例如：获取了阻抗后，就获取了虚部阻抗。

例如：利用傅立叶变换计算出阻抗并与单体电池/电池组老化前后的阻抗相对比，判断老化情况。

例如：可以对比在某特征频率下，新/老电池虚部阻抗的变化以判断电池的健康状态。

例如：特征频率点，通过电化学阻抗谱寻找，具体方法为对去除感抗与扩散阻抗后的相角-频率曲线进行微分处理。处理后的频率-相角微分曲线中的顶点，即为对应电化学过程的特征频率点，具有代表性。

例如：利用新电池的特征频率，对不同老化程度的电池进行激励，收集响应信号。

例如：利用傅立叶变换计算出该频率下的阻抗。

例如：特征频率点处的阻抗虚部绝对值越大说明对应电化学过程的老化程度越严重。

可见，通过对电化学阻抗谱数据的处理，提炼出反应电池内部健康状态独有的特征频率点，利用该频率对电池进行激励，以判断电池的健康状态。

也就是说，通过锂离子电池内部各电化学过程的特征频率点的变化情况，全面了解锂离子电池内部的老化情况。

其中，电化学过程，包括但不限于代表膜阻抗、界面阻抗的电化学过程。

在一个可选实施方式中，上述方法适用于电池单体和电池系统。

例如：特征频率作为一个单独的频率点，对电池单体及电池组进行激励时方便并且快速。

例如：上述方法可用于单体电池及电池组的老化情况判断。

例如：上述方法适用于具有软包、钢壳包装的层叠、卷绕式电池。以下实施例采用层叠式的8Ah软包电池为例。

在一个可选具体例子中，采用上述方法找出新电池的特征频率(可参见图5所示的例子)。两个特征频率分别为104Hz和9.8Hz，并且分别对应膜阻抗R_f与界面转移阻抗R_ct两个电化学界面反应过程。

在一个可选具体例子中，利用这两个频率对老化后的电池进行激励发现，对应频率处的虚部阻抗增大(可参见图6和图7所示的例子)。膜阻抗R_f处的虚部阻抗增大说明其造成了电池容量的减少和内阻的增加；界面转移阻抗R_ct处的虚部阻抗增大说明电池内部电化学界面反应愈发困难，造成了电池内阻的增加。两处阻抗的虚部反映出老化后电池的健康状态。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，可以详细地反映出电池内部各个电化学过程的随老化的变化，全面反映电池的健康状态，可靠性高。

根据本发明的实施例，还提供了对应于电池健康状态的判断方法的一种电池健康状态的判断装置。参见图8所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该电池健康状态的判断装置可以包括：获取单元102、激励单元104和确定单元106。

在一个可选例子中，获取单元102，可以用于获取新电池的一个或者几个特征频率点和特征频率处的电化学阻抗。其中，所述特征频率点，能够反映所述电池的内部状态。该获取单元102的具体功能及处理参见步骤S110。

例如：找出反应电池内部情况的多个特征频率点。

例如：利用电化学阻抗谱找出反应电池内部电化学界面过程的特征频率。

其中，电化学阻抗谱能够原位的、高分辨率并且无损的、快速的区分电池内部具有不同响应特性的电化学过程，可以作为锂离子电池研究的一种重要工具。

例如：通过对新电池的阻抗谱分析，找出电池各电化学过程的特征频率。

可选地，获取单元102，可以包括：生成模块1022、去除模块1024和数据处理模块1026。

在一个可选具体例子中，生成模块1022，可以用于生成所述电池的电化学阻抗谱。

在一个可选具体例子中，去除模块1024，可以用于去除所述电化学阻抗谱中的扩散部分。

例如：去除阻抗谱中的扩散部分。

更可选地，所述去除模块1024去除所述电化学阻抗谱中的扩散部分，可以包括：

第一计算子模块，可以用于：

⑴将所述所述电化学阻抗谱中的扩散阻抗，看作常相位角元素CPE，则有阻抗公式：

相角公式：

其中，Q为常相位角元素CPE系数。n为常相位角元素CPE指数。Z_i和Z_r分别为常相位角元素CPE的虚部和实部。

⑵设定常相位角元素CPE表示为一条直线，在所述电化学阻抗谱的扩散部分取预设数量个点做线性拟合，利用所述线性拟合得到的直线，计算所述直线的斜率，求出所述指数n。

⑶利用⑴中的阻抗公式求出所述系数Q，并获取所述常相位角元素CPE的全部阻抗即全电池阻抗的扩散部分，随后从所述全电池阻抗中减去。

例如：把扩散阻抗看作常相位角元素CPE，则有阻抗公式：

相角公式：

其中，

Q为CPE系数；n为CPE指数；Z_i和Z_r分别为CPE的虚部和实部。

由于在此情况下的CPE可以表示为一条直线，所以可在阻抗谱的扩散部分取三个点做线性拟合，利用拟合出的直线，计算其斜率，求出n。随后利用阻抗公式求出Q。CPE的全部阻抗已知后，便可从全电池阻抗中减去。

在一个可选具体例子中，所述去除模块1024，还可以用于去除所述电化学阻抗谱中的感抗部分。

例如：去除阻抗谱中的感抗部分。

更可选地，所述去除模块1024去除所述电化学阻抗谱中的感抗部分，可以包括：

第二计算子模块，可以用于：

首先，将所述电化学阻抗谱的感抗部分设定为感抗弧的一部分，则有阻抗公式：

其中，Z_r为感抗弧阻抗的实部部分，Z_i为感抗弧阻抗的虚部部分。n为常相位角元素CPE指数，ω为角频率，j为虚数单位。R为感抗弧中的电阻。

其次，在所述电化学阻抗谱中感抗弧所属的部分取预设个点，以确定一个圆，即能够计算出所述感抗弧的相关参数，从而计算出所述感抗弧的全部阻抗。

例如：在所述电化学阻抗谱中感抗弧所属的部分取预设多个点，以确定一个圆，从而知道圆心及半径；

圆心：

半径：

利用圆心及半径公式，计算出R和n；已知R和n后，带入Z_r或者Z_i，计算出Q；已知感抗所有的相关参数，从而计算出所述感抗弧部分的全部阻抗。

然后，从所述全电池阻抗或者减去扩散阻抗后的剩余全电池阻抗中减去所述感抗部分。

例如：大型锂离子电池的阻抗谱均存在由于电池内部金属部件造成的感抗部分，并且感抗部分并非垂直于横轴的直线，这导致感抗对阻抗谱的其他部分造成影响，所以第一步应从阻抗谱中把感抗去除。

具体的方法为：把阻抗谱的感抗部分作为感抗弧的一部分，则有阻抗公式：

其中，

Z_r为感抗弧阻抗的实部部分；Z_i为感抗弧阻抗的虚部部分；n为CPE指数；R为感抗弧中的电阻。

然后在阻抗谱感抗的部分取三个点以确定一个圆，即可计算出感抗弧的相关参数，从而计算出感抗弧的全部阻抗。感抗弧的全部阻抗已知后，便可从全电池阻抗中减去。

在一个可选具体例子中，数据处理模块1026，可以用于对去除所述扩散部分和所述感抗部分之后的剩余电化学阻抗谱，减去扩散和感抗部分后，对剩余的全电池阻抗进行相角对频率曲线的微分处理，得到微分曲线，曲线峰值对应的频率即为该电池的特征频率；和/或，做傅立叶变化，利用收集的相应信号，结合已知的激励信号，做傅立叶变换计算老化后电池的在特征频率处的阻抗，用以和新电池对比，判断电池老化程度。

例如：对余下阻抗谱的频率-相角曲线做微分。

更可选地，所述数据处理模块1026减去扩散和感抗部分后，对剩余的全电池阻抗进行相角对频率曲线的微分处理，可以包括：

模型建立子模块，可以用于设定一个电阻R与常相位角元素CPE并联的电路，其相角β有公式：

其中，ω为角频率。

以相角β对角频率ω做微分，则有：

并且，当ω等于特征频率时，该微分有唯一最大值：

峰值确定子模块，可以用于对于每一个能够用电阻R与常相位角元素CPE并联表示的电化学界面过程，均有且只有一个特征频率，并且对应唯一一个峰值。

同理，利用上述方法对所述电化学阻抗谱进行分析并找出所述预设数量个特征频率点。

例如：为了增大阻抗谱的辨识度，对频率-相角曲线做微分处理。处理后曲线中每个峰所对应的频率，即为此电化学界面过程的特征频率点。原理如下：

对于一个电阻R与CPE并联的电路来说，其相角β有公式：

其中ω为角频率。

以相角β对角频率ω做微分，则有：

并且，当ω等于特征频率时，该微分有唯一最大值。

对于每一个可以用R与CPE并联表示的电化学界面过程，均有且只有一个特征频率，并且对应唯一一个峰值。

可见，利用上述方法对新电池的电化学阻抗谱进行分析并找出其1个或者多个特征频率。也就是说，通过上述方法，可以快速的找到表征电池内部电化学界面过程的特征频率。

在一个可选例子中，激励单元104，可以用于基于新电池的特征频率点对应的特征频率，对旧电池进行激励，确定旧电池的当前电化学阻抗。该激励单元104的具体功能及处理参见步骤S120。

利用上述步骤中找出的多个特制频率点对应的这些特征频率，对电池进行激励，算出电化学阻抗。

例如：可以利用该频率(例如：上述步骤获取的频率)，对老化后的电池进行激励，收集老化后电池的响应。

例如：利用该频率对单体电池/电池组进行该频率的激励，收集响应信号。

例如：由于每个电化学界面过程具有唯一一个特征频率，可以利用该频率(例如：上述步骤获取的频率)对电池单体或者电池系统进行激励，以反应电池内部的电化学反应的变化，更真实的反应电池单体与系统的健康状况。

在一个可选例子中，确定单元106，可以用于对比新电池和旧电池在特征频率处的电化学虚部阻抗，判断旧电池的老化程度。该确定单元106的具体功能及处理参见步骤S130。

例如：根据计算出的阻抗判断电池的老化情况。

例如：根据响应与激励信号做傅立叶变换，从而计算出老化后电池的虚部阻抗。

例如：利用傅立叶变换计算出阻抗并与单体电池/电池组老化前后的阻抗相对比，判断老化情况。

例如：可以对比在某特征频率下，新/老电池虚部阻抗的变化以判断电池的健康状态。

例如：特征频率点，通过电化学阻抗谱寻找，具体方法为对去除感抗与扩散阻抗后的相角-频率曲线进行微分处理。处理后的频率-相角微分曲线中的顶点，即为对应电化学过程的特征频率点，具有代表性。

例如：利用新电池的特征频率，对不同老化程度的电池进行激励，收集响应信号。

例如：利用傅立叶变换计算出该频率下的阻抗。

例如：特征频率点处的阻抗虚部绝对值越大说明对应电化学过程的老化程度越严重。

可见，通过对电化学阻抗谱数据的处理，提炼出反应电池内部健康状态独有的特征频率点，利用该频率对电池进行激励，以判断电池的健康状态。

也就是说，通过锂离子电池内部各电化学过程的特征频率点的变化情况，全面了解锂离子电池内部的老化情况。

其中，电化学过程，包括但不限于代表膜阻抗、界面阻抗的电化学过程。

在一个可选实施方式中，上述方法适用于电池单体和电池系统。

例如：特征频率作为一个单独的频率点，对电池单体及电池组进行激励时方便并且快速。

例如：上述方法可用于单体电池及电池组的老化情况判断。

例如：上述方法适用于具有软包、钢壳包装的层叠、卷绕式电池。以下实施例采用层叠式的8Ah软包电池为例。

在一个可选具体例子中，采用上述方法找出新电池的特征频率(可参见图5所示的例子)。两个特征频率分别为104Hz和9.8Hz，并且分别对应膜阻抗R_f与界面转移阻抗R_ct两个电化学界面反应过程。

在一个可选具体例子中，特征频率指的都是新电池的特征频率，不涉及老化后的电池。确定特征频率后，利用该频率对电池组(或者是车)，进行激励，该激励可以是电流信号，也可以是电压信号。之后利用电池管理系统(BMS)收集相应信号，如果是电流激励，响应信号为电压；如果是电压激励，相应信号为电流。已知激励和相应信号后，利用公式计算出老化后阻抗。对比新旧电池的阻抗判断老化情况。这个装置可能是集成在充电桩中，也可能是单独一个设备。例如：具体处理过程可以包括：

⑴采用特征频率对电池进行激励。

⑵利用BMS收集响应信号。

⑶利用傅立叶变换计算阻抗：

⑷对比新旧电池的虚部阻抗，判断老化程度，反馈给车主。

在一个可选具体例子中，利用这两个频率对老化后的电池进行激励发现，对应频率处的虚部阻抗增大(可参见图6和图7所示的例子)。膜阻抗R_f处的虚部阻抗增大说明其造成了电池容量的减少和内阻的增加；界面转移阻抗R_ct处的虚部阻抗增大说明电池内部电化学界面反应愈发困难，造成了电池内阻的增加。两处阻抗的虚部反映出老化后电池的健康状态。

由于本实施例的装置所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图7所示的方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，可以详细地反映出电池内部各个电化学过程的随老化的变化，全面反映电池的健康状态，可靠性高。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种电池健康状态的判断方法，其特征在于，包括：

获取新电池的一个或者几个特征频率点和特征频率处的电化学阻抗；其中，所述特征频率点，能够反映所述电池的内部状态；

基于新电池的特征频率点对应的特征频率，对旧电池进行激励，确定旧电池的当前电化学阻抗；

对比新电池和旧电池在特征频率处的电化学虚部阻抗，判断旧电池的老化程度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述电池的一个或者几个特征频率点，包括：

生成所述电池的电化学阻抗谱；

去除所述电化学阻抗谱中的扩散部分；

去除所述电化学阻抗谱中的感抗部分；

对去除所述扩散部分和所述感抗部分之后的剩余电化学阻抗谱，进行相角对频率曲线的微分处理，得到微分曲线，曲线峰值对应的频率即为该电池的特征频率；和/或，做傅立叶变换，利用收集的响应信号，结合已知的特征频率激励信号，做傅立叶变换计算老化后电池的在特征频率处的阻抗，用以和新电池对比，判断电池老化程度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，去除所述电化学阻抗谱中的扩散部分，包括：

⑴将所述电化学阻抗谱中的扩散阻抗，看作常相位角元素CPE，则有阻抗公式：

相角公式：

其中，Q为常相位角元素CPE系数；n为常相位角元素CPE指数，ω为角频率，j为虚数单位；Z_i和Z_r分别为常相位角元素CPE的虚部和实部；

⑵设定常相位角元素CPE表示为一条直线，在所述电化学阻抗谱的扩散部分取预设数量个点做线性拟合，利用所述线性拟合得到的直线，计算所述直线的斜率，利用(1)中的相角公式，求出CPE指数n；

⑶利用⑴中的阻抗公式求出所述系数Q，并获取所述常相位角元素CPE的全部阻抗，即全电池阻抗的扩散部分，随后从所述全电池阻抗中减去。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，去除所述电化学阻抗谱中的感抗部分，包括：

首先，将所述电化学阻抗谱的感抗部分设定为感抗弧的一部分，则有阻抗公式：

其中，Z_r为感抗弧阻抗的实部部分，Z_i为感抗弧阻抗的虚部部分；n为常相位角元素CPE指数，ω为角频率，j为虚数单位；R为感抗弧中的电阻；

其次，在所述电化学阻抗谱中感抗弧所属的部分取预设多个点，以确定一个圆，从而知道圆心及半径；

利用圆心及半径公式，计算出R和n；已知R和n后，带入Z_r或者Z_i，计算出Q；已知感抗所有的相关参数，从而计算出所述感抗弧部分的全部阻抗；

然后，从所述全电池阻抗或者减去扩散阻抗后的剩余全电池阻抗中减去所述感抗部分。

5.根据权利要求2-4之一所述的方法，其特征在于，减去扩散和感抗部分后，对剩余的全电池阻抗进行相角对频率曲线的微分处理，包括：

设定一个电阻R与常相位角元素CPE并联的电路，其相角β有公式：

其中，ω为角频率；

以相角β对频率f做微分，则有：

其中，

频率f与角频率ω有如下关系ω＝2πf；

并且，当ω等于特征频率时，该微分有唯一最大值：

对于每一个能够用电阻R与常相位角元素CPE并联表示的电化学界面过程，均有且只有一个特征频率，并且对应唯一一个峰值；

同理，利用上述方法对所述电化学阻抗谱进行分析并找出所述预设数量个特征频率点。

6.一种电池健康状态的判断装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取新电池的一个或者几个特征频率点和特征频率处的电化学阻抗；其中，所述特征频率点，能够反映所述电池的内部状态；

激励单元，用于基于新电池的特征频率点对应的特征频率，对旧电池进行激励，确定旧电池的当前电化学阻抗；

确定单元，用于对比新电池和旧电池在特征频率处的电化学虚部阻抗，判断旧电池的老化程度。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，获取单元，包括：

生成模块，用于生成所述电池的电化学阻抗谱；

去除模块，用于去除所述电化学阻抗谱中的扩散部分；

所述去除模块，还用于去除所述电化学阻抗谱中的感抗部分；

数据处理模块，用于对去除所述扩散部分和所述感抗部分之后的剩余电化学阻抗谱，进行相角对频率曲线的微分处理，得到微分曲线，曲线峰值对应的频率即为该电池的特征频率；和/或，做傅立叶变换，利用收集的相应信号，结合已知的特征频率激励信号，做傅里叶变换计算老化后电池在特征频率处的阻抗，用以和新电池对比，判断电池老化程度。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，利用所述去除模块去除所述电化学阻抗谱中的扩散部分，包括：

第一计算子模块，用于：

⑴将所述电化学阻抗谱中的扩散阻抗，看作常相位角元素CPE，则有阻抗公式：

相角公式：

其中，Q为常相位角元素CPE系数；n为常相位角元素CPE指数，ω为角频率，j为虚数单位；Z_i和Z_r分别为常相位角元素CPE的虚部和实部；

⑵设定常相位角元素CPE表示为一条直线，在所述电化学阻抗谱的扩散部分取预设数量个点做线性拟合，利用所述线性拟合得到的直线，计算所述直线的斜率，求出所述指数n；

⑶利用⑴中的阻抗公式求出所述系数Q，并获取所述常相位角元素CPE的全部阻抗，即全电池阻抗的扩散部分，随后从所述全电池阻抗中减去。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，利用所述去除模块去除所述电化学阻抗谱中的感抗部分，包括：

第二计算子模块，用于：

首先，将所述电化学阻抗谱的感抗部分设定为感抗弧的一部分，则有阻抗公式：

其中，Z_r为感抗弧阻抗的实部部分，Z_i为感抗弧阻抗的虚部部分；n为常相位角元素CPE指数，ω为角频率，j为虚数单位；R为感抗弧中的电阻；

其次，在所述电化学阻抗谱中感抗弧所属的部分取预设个点，以确定一个圆，从而知道圆心及半径；

利用圆心及半径公式，计算出R和n；已知R和n后，带入Z_r或者Z_i，计算出Q；已知感抗所有的相关参数，从而计算出所述感抗弧部分的全部阻抗；

然后，从所述全电池电化学阻抗中减去所述感抗部分。

10.根据权利要求7-9之一所述的装置，其特征在于，利用所述数据处理模块减去扩散和感抗部分后，对剩余的全电池阻抗进行相角对频率曲线的微分处理，包括：

模型建立子模块，用于设定一个电阻R与常相位角元素CPE并联的电路，其相角β有公式：

其中，ω为角频率；

以相角β对频率f做微分，则有：

其中，

频率f与角频率ω有如下关系ω＝2πf；

并且，当ω等于特征频率时，该微分有唯一最大值：

峰值确定子模块，用于对于每一个能够用电阻R与常相位角元素CPE并联表示的电化学界面过程，均有且只有一个特征频率，并且对应唯一一个峰值；

同理，利用上述方法对所述电化学阻抗谱进行分析并找出所述预设数量个特征频率点。