CN202498045U - 一种利用电池阻抗谱进行分选的设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种利用电池阻抗谱进行分选的设备，提出了一种简化测量电池阻抗谱过程，并提出一种根据电池阻抗谱对电池进行分选的方法；被测电池通过专用四线夹具连接到电路中，控制和数据处理DP首先控制高速采样单元AD启动高速采样，然后控制恒流源HL电流对被测电池BT进行充电，被测电池BT的电压和电流信号经过电压电流信号处理模块VI调理后，由高速采样单元AD进行数字化处理，再由控制和数据处理DP获得，测试完毕后，控制和数据处理DP关闭恒流源HL输出，再停止高速采样单元AD，然后将获得的电池电压和电流数据上传到存储和分选处理SFP，存储和分选处理SFP根据用户设定的分选条件将相同电池归为一类，从而完成电池的分选。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种利用电池阻抗谱进行分选的设备，同时提出一种利用电池阻抗谱进行电池分类的方法，属于电池检测领域。
背景技术
随着电池应用领域的不断扩大，电池已成为当代社会不可缺少的一种能源形式，近年来随着电动汽车的发展，对电池的需求量激增，同时对电池的性能要求越来越高，并且，由于一台电动汽车所需要的电池数量很多，电池的一致性成为决定电动汽车电池包整体性能的关键因素，如何对电池的一致性加以控制和选择，已成为电池行业面临的重要课题。
传统的电池分类方式如容量分选，内阻分选，曲线分选，其分选的机理都是基于电池的某种静态特性，而在实践中，我们发现，经过电池的这些静态特性分选出来的电池，工作在相同的条件下一段时间之后，电池本身的性能产生很大变化，电池容量、内阻、充放电曲线就不再趋同了，结果导致电池包整体性能严重下降。同时，传统的电池分类方式，需要对电池进行全面的充放电操作，消耗时间很长，同时消耗大量电能。本实用新型旨在提出一种更全面的分选方式，使得电池的动态一致性更趋于相同，这样就可以使电池包内的电池在工作状态中一直保持一致性，有效提高电池包的使用寿命和整体性能。
近年来，电化学阻抗谱技术在电化学能源领域获得广泛应用，包括研究电极过程动力学，腐蚀特征，电沉积现象，通过阻抗谱分析等效电路参数等等。通过这些研究成果，我们发现，电池作为一种化学体系，电池的阻抗谱在可以在很大程度上反映电池内部的多种特性参数，包括电池材料构成、电池健康状态、失效机理、安全性等。然而，目前电化学阻抗谱的研究还大多局限于实验室之内，测量电化学阻抗谱的过程非常繁琐，无法被一般操作者所接受。
本实用新型根据电池阻抗谱的理论，提出一种可以在生产中应用的快速测量电池阻抗谱的设备，并通过测量获得的电池阻抗谱对电池进行归类分选的方法。
发明内容
本实用新型提出一种利用电池阻抗谱进行分选的设备，该设备可以快速测量电池的阻抗谱，并提出根据测量的电池阻抗谱数据结果对电池进行分选的方法，由于不需要对电池进行长时间的充放电操作，所以不会对电池产生损害，而且不需要消耗给电池充放电的大量电能。
为实现上述的目的，本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型提出一种设备，包含恒流源HL，电压电流信号处理模块VI，高速采样单元AD，控制和数据处理DP，存储和分选处理SFP，被测电池BT共6部分组成，见附图1。
下面参照附图1，说明本实用新型的工作过程：
被测电池通过专用四线夹具连接到电路中，控制和数据处理DP首先控制高速采样单元AD启动高速采样，然后控制恒流源HL电流对被测电池BT进行充电，被测电池BT的电压和电流信号经过电压电流信号处理模块VI调理后，由高速采样单元AD进行数字化处理，再由控制和数据处理DP获得，测试完毕后，控制和数据处理DP关闭恒流源HL输出，再停止高速采样单元AD，然后将获得的电池电压和电流数据上传到存储和分选处理SFP，存储和分选处理SFP根据用户设定的分选条件将相同电池归为一类，从而完成电池的分选。
根据以上工作过程，以下说明本实用新型测量电池阻抗谱的基本原理：
电池实际上可将其等效成一个有源网络，见附图2的a电池等效电路，Ra、Rb分别表示电池材料本身的电阻，Cab表示研究电极之间的电容，Cd与Cd’表示电极的双电层电容，Zf与Zf’表示电极的交流阻抗，Rt表示电极之间的溶液电阻；实际测量中，电极本身的内阻很小，且电极之间的距离较大，故电容Cab一般远远小于双电层电容Cd，于是等效电路a可简化成b，这也是比较常见的等效电路，见附图2的b电池等效电路的简化电路。当在电池上施加某一频率的电流激励，I(t)=I sin(ωt)，则在电池的端电压会产生相应的反应U(t)=U sin(ω+φ)，改变电流激励I(t)的频率ω，通过测量对应的电池端电压U(t)，即可计算出电池在不同频率下的阻抗Z(t)。
根据这一原理，本实用新型提出一种便于生产操作的简易电池阻抗谱测量方法，测量方法如下：
（1）在电池上施加一正弦波或近似正弦波的电流激励I(t)，同步测量电流I(t)和电池电压响应U(t)；
（2）将I(t)和U(t)高速采样数字处理后，由控制和数据处理DP存储；
（3）改变激励电流的频率ω，重复步骤（1）~(2)；
（4）控制和数据处理DP将获得的全部频率下的I(t)和U(t)数据上传到存储与分选处理SFP。
分选的实现方法：
本实用新型在计算电池阻抗谱的运算中，为了适合工程需要，避免采用复杂计算处理，未采用电池阻抗谱分析中的FFT（快速傅里叶变换）或小波分析等复杂运算，以实现在工程应用中能够根据电池阻抗谱来分选电池；存储与分选处理SFP根据收到的电池的全部频率下的I(t)和U(t)数据，按照分选电池的需要，根据指定一只标准电池的测试数据，在其他电池测试数据中进行结果比对，将符合的电池归为标准电池一类，从而实现了电池的分选。分选程序流程图见附图3。
本实用新型的有益效果：
通过本实用新型的设备对电池分选具备以下明显优势，（1）分选速度快，根据电池阻抗谱分选不需要对电池进行全面充放电操作，阻抗谱测量在几十秒内可以完成，相比几个小时的充放电操作，速度很快，效率更高；（2）分选过程节省能量，由于在阻抗谱测量过程中激励电流小于0.1A，同时时间很短，消耗能量很低，比较充放电方式消耗的能量，节省能量在90%以上；（3）分选结果更优，由于电池阻抗谱可以反映电池内部特性，所以根据这种方法，将电池内部特性相同的电池分选在一起，电池的一致性无疑更好。
附图说明：
附图1是本实用新型的构成框图；
附图2是电池等效电路；
附图3是分选程序流程图。
具体实施方式：
为了使本实用新型的技术方案更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进一步详细说明，此处所描述的具体实例，仅仅用以解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
实例1：
参考附图1，
（1）准备18650型锂离子电池100只，作为被测电池；
（2）将一只被测电池通过专用四线夹具连接到电路中；
（3）控制和数据处理DP首先控制高速采样单元AD启动高速采样；
（4）控制恒流源HL电流对被测电池BT进行充电；
（5）被测电池BT的电压和电流信号经过电压电流信号处理模块VI调理后，由高速采样单元AD进行数字化处理，再由控制和数据处理DP获得；
（6） 控制和数据处理DP关闭恒流源HL输出，再停止高速采样单元AD；
（7）被测电池的电压和电流数据上传到存储和分选处理SFP；
（8）取下一只电池，重复步骤（2）～（７）；直到100只电池全部测试完毕；
（９）存储和分选处理SFP根据用户设定的分选条件将相同电池归为一类，完成电池的分选。
Claims (1)
1.一种利用电池阻抗谱进行分选的设备，包含：恒流源HL，电压电流信号处理模块VI，高速采样单元AD，控制和数据处理DP，存储和分选处理SFP，被测电池BT；其特征在于：被测电池通过专用四线夹具连接到电路中，控制和数据处理DP首先控制高速采样单元AD启动高速采样，然后控制恒流源HL电流对被测电池BT进行充电，被测电池BT的电压和电流信号经过电压电流信号处理模块VI调理后，由高速采样单元AD进行数字化处理，再由控制和数据处理DP获得，测试完毕后，控制和数据处理DP关闭恒流源HL输出，再停止高速采样单元AD，然后将获得的电池电压和电流数据上传到存储和分选处理SFP，存储和分选处理SFP根据用户设定的分选条件将相同电池归为一类，从而完成电池的分选。
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