CN212275916U - 一种电池内阻分量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电池内阻分量测量装置，包括：充放电控制器，连接串联电池组，用于对串联电池组进行直流充放电；交流内阻测试仪，用于对串联电池组中的单电池输出小振幅的交流电，并通过检测电池电压响应获取电池内阻；两个模拟开关组，分别连接交流内阻测试仪和串联电池组，用于控制交流内阻测试仪与某一单电池的链接；数据采集装置或电池管理单元，其分别连接所述充放电控制器和模拟开关组，用于控制所述模拟开关组的动作，以及采集记录充放电过程中各个单电池的端电压及电路电流；以及上位机，其与所述数据采集装置/电池管理单元、充放电控制器和交流内阻测试仪通信连接，用于控制各装置的运行，以及接受并处理各装置采集的数据。

Description

一种电池内阻分量测量装置

技术领域

本实用新型属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种电池内阻分量测量装置。

背景技术

锂离子电池内阻是影响电池功率输出性能的关键参数。目前对于电池直流内阻的研究主要极中在欧姆内阻分量的检测辨识方面，研究其随电池循环老化过程的变化趋势，将其作为表征电池SOH的特征参量。电池各内阻分量对应了不同的电化学过程，如附图1所示，其中R_o表示欧姆内阻，R_ct为界面电荷转移引起的电化学极化内阻，R_d为离子扩散引起的阻抗(电池电化学阻抗谱如附图2所示)。这些过程又具有不同的时间常数和反应速率，研究各分量的参数辨识方法以及随工况参数的变化趋势对于分析电池性能衰退机制具有重要意义。

直流脉冲法是一种常用的测试电池系统内阻的电化学测试方法。直流脉冲法测试电池内阻的原理是对处于稳态的电池系统施加较大的电流，持续较短时间，分析此过程中电池的电压的变化。脉冲电流会使电池的端电压发生瞬间的变化，由此过程可以计算出电池的欧姆内阻，然后保持电流不变，电池内部开始出现极化，电压也逐渐发生变化，其等效电路如3(a)所示。如附图3(b)所示，t₁至t₂时间段，电池脉冲放电，t₂时脉冲电流撤去，电池电压发生瞬间变化，变化大小为ΔU₁，这一阶段主要是电池的欧姆内阻起作用。然后电池电压变化为ΔU₂，并逐渐变大，这体现了电池的极化内阻的作用。通过分析不同阶段电池脉冲放电电压的改变，就能得到电池各种内阻的信息。

虽然直流脉冲法可以用于测试锂离子电池各内阻分量，但在实际的测量时，电池内部界面上，尤其是在离子/电子导电结合处，SEI和固液界面的电荷转移速度非常快，时间常数只有几十ms。而脉冲电池测试中，仪器采样频率通常不超过10HZ，即采样间隔不小于100ms。采样时间间隔内，电化学极化过程对应的极化电压已经衰减至可以忽略不计，使得在测试中很难将电荷转移内阻与欧姆内阻分离开，因此在直流脉冲法测试中由突变的电压计算出的电阻一般是由欧姆内阻和电荷转移内阻两部分组成。如附图4所示，其电阻测试不够精确，需要和交流电池内阻测试仪或者电化学阻抗谱联合使用才能更准确地测试出电池各部分内阻。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题在于提供一种电池内阻分量测量装置，使得电池内阻测试更加精确和便捷。

本实用新型的电池内阻分量测量装置，包括一体式集成的：

充放电控制器，连接串联电池组，用于对串联电池组进行直流充放电；

交流内阻测试仪，用于对串联电池组中的单电池输出小振幅的交流电，并通过检测电池电压响应获取电池内阻；

两个模拟开关组，用于控制交流内阻测试仪与某一单电池的链接；

数据采集装置或电池管理单元，其分别连接所述充放电控制器和模拟开关组，用于控制所述模拟开关组的动作，以及采集记录充放电过程中各个单电池的端电压及电路电流；

以及上位机，其与所述数据采集装置/电池管理单元、充放电控制器和交流内阻测试仪通信连接，用于控制各装置的运行，以及接受并处理各装置采集的数据。

进一步的，所述模拟开关组分别配置有对应于串联电池组中单个电池数量的多个开关单元。

进一步的，所述数据采集装置的测试采样频率为1HZ-20HZ。

进一步的，所述电池管理单元还用于对串联电池组中各个单电池进行均衡充电，以减小电池间充电截止时的SOC差异。

进一步的，所述交流内阻测试仪输出1KHZ小振幅的交流电。

本实用新型的有益技术效果如下：

本实用新型的电池内阻分量测量装置，在测量电池内阻时具有较好的准确性，可以较好的辨识电池内阻各分量，从而为分析电池健康状态提供基础。

附图说明

图1为电阻增大对应电池内部衰退机制的影响因素示意图。

图2为电池电化学阻抗谱测试结果。

图3为直流脉冲测试法的等效电路及电压/电流变化示意图。

图4为脉冲电流测试结果与EIS结果对比示意图。

图5为本实用新型的测量装置的系统组成示意图。

图6为本实用新型的测量装置实施例的电路连接示意图。

图7为本实用新型的测量装置与EIS方法测得的电池欧姆内阻比较示意图。

图8为本实用新型的测量装置与EIS方法测得的电池电化学极化内阻比较示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

实施例

本实用新型的实施例提供了一种电池内阻分量测量装置，如图5所示，其包括一体式集成的：

连接由n个锂电池串联组成的串联电池组的充放电控制器(PCS)，可对串联电池组进行充放电；

交流内阻测试仪(IRT)，输出小振幅的交流电，通过检测电池电压响应计算电池内阻；

两个模拟开关组(SA)，控制交流内阻测试仪与某一单电池的链接；

数据采集装置(DAQ)，分别连接充放电控制器和模拟开关组，用于记录充放电过程中各个单电池的端电压及电路电流；

以及与数据采集装置(DAQ)、充放电控制器(PCS)和交流内阻测试仪(IRT)通信连接的上位机，其用于控制各装置的运行，以及接受各装置采集的数据。

其中，模拟开关组(SA)分别配置有对应于串联电池组中单个电池数量的多个开关单元。

下面结合附图6中的具体实施例进一步说明该电池内阻分量测量装置的工作流程：

1.开关组A、B断开，先对电池CCCV充电方法充电至满电状态，之后CCCV放电至截止电压，其中CV充电/放电阶段截止电流不大于1/20额定容量，或者直接以1/20C放电至截止电压，记录此时的容量值为新的C，对电池进行短时间充电或放电，并使得放电完毕后电池SOC处于10％-90％区间内，之后静置不少于10分钟，放电电流不小于1C。

2.上位机记录数据采集装置采集的电池最后一次静置初始时刻的电流变化ΔI，瞬时电压跃变ΔU₁，以及缓慢电压变化ΔU₂，本实施例采样频率为10HZ，计算得到电池的直流内阻

R₁＝ΔU₁/ΔI

R₂＝ΔU₂/ΔI

其中R₁包含欧姆内阻和界面电荷转移内阻，R₂表征该条件下电池浓差极化内阻。

3.断开充放电控制器，电路电流为0，在所有电池都已经静置15min以上后，激活电池内阻测试仪IRT，闭合开关A1、B1，断开A2 A3 B2 B3，此时IRT与电池1连接，为降低电路中电感的干扰，连接30s后每隔10s记录一次电池内阻值，至电阻值连续三次未变化时，记录此时电阻R₀(1)，同样，测试电池2时，闭合A2、B2，断开A1、A3、B1、B3，测试电池3时，闭合A3、B3，断开A1、A2、B1、B2。所有开关的开闭由上位机自动控制。

4.计算电池电化学极化内阻：R_ct＝R₁-R₀；电池在1C倍率下的浓差极化内阻R_d＝R₂。

如图7和图8所示为采用本实用新型的电池内阻分量测量装置与采用EIS方法测得的电池欧姆内阻/电池电化学极化内阻的比较示意图。可以看出，采用本实用新型的电池内阻分量测量方法及装置测得的结果具有较好的准确性。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电池内阻分量测量装置，其特征在于，包括一体式集成的：

充放电控制器，连接串联电池组，用于对串联电池组进行直流充放电；

两个模拟开关组，分别连接交流内阻测试仪和串联电池组，用于控制交流内阻测试仪与某一单电池的链接；

交流内阻测试仪，用于对串联电池组中的单电池输出小振幅的交流电，并通过检测电池电压响应获取电池内阻；

数据采集装置或电池管理单元，其分别连接所述充放电控制器和模拟开关组，用于控制所述模拟开关组的动作，以及采集记录充放电过程中各个单电池的端电压及电路电流；

以及上位机，其与所述数据采集装置/电池管理单元、充放电控制器和交流内阻测试仪通信连接，用于控制各装置的运行，以及接受并处理各装置采集的数据。

2.如权利要求1所述的电池内阻分量测量装置，其特征在于，所述模拟开关组分别配置有对应于串联电池组中单个电池数量的多个开关单元。

3.如权利要求1所述的电池内阻分量测量装置，其特征在于，所述数据采集装置的测试采样频率为1HZ-20HZ。

4.如权利要求1所述的电池内阻分量测量装置，其特征在于，所述电池管理单元还用于对串联电池组中各个单电池进行均衡充电。

5.如权利要求1所述的电池内阻分量测量装置，其特征在于，所述交流内阻测试仪输出1KHZ小振幅的交流电。

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