專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電芯內(nèi)阻測(cè)量方法及電芯匹配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā) 明屬于電子領(lǐng)域，特別涉及一種電芯內(nèi)阻測(cè)量方法及電芯匹配方法。
背景技術(shù)：
電芯內(nèi)阻是衡量電芯性能的重要技術(shù)指標(biāo)，其不僅可反映電芯的荷電狀態(tài)(電量)及使用中的性能衰減情況，更是影響電芯充放電特性及效率的重要因素。在需要多節(jié)電芯串并組合使用的情況下(如筆記本電腦用電池組及動(dòng)力汽車(chē)用電池組)，電芯的內(nèi)阻將直接決定其分流及分壓狀況，當(dāng)電芯之間的內(nèi)阻偏差較大時(shí)(或在電池組使用過(guò)程中偏差逐漸變大時(shí))，就會(huì)發(fā)生充放電時(shí)各電芯狀態(tài)的不均衡，從而使某些電芯提前劣化，并最終導(dǎo)致整個(gè)電池組失效。為了避免這種不均衡的發(fā)生，在將多顆電芯組合成電池組時(shí)，需對(duì)其進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)量及匹配，使同一電池組內(nèi)電芯的內(nèi)阻盡可能接近。目前廣泛應(yīng)用于電芯內(nèi)阻測(cè)量的方法主要有兩種:直流瞬間放電法及交流注入法。直流瞬間放電法是使待測(cè)電芯在瞬間放出一個(gè)負(fù)載電流，同時(shí)測(cè)定電芯電壓在放電前后的變化，通過(guò)歐姆定律得出電芯的內(nèi)阻值，根據(jù)理論推算外接負(fù)載阻值與電芯內(nèi)阻接近時(shí)，測(cè)得的結(jié)果誤差最小，這就使得該負(fù)載電流很大(一般為電池額定容量的10倍以上)，如此大的電流一方面可能對(duì)電芯造成不可逆的損傷；另一方面因與電芯的日常使用狀況差別較大，測(cè)得結(jié)果可能難以準(zhǔn)確反映電芯在日常使用時(shí)的狀況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種電芯內(nèi)阻測(cè)量方法及電芯匹配方法，在不損傷電池的情況下提高電芯內(nèi)阻測(cè)試以及匹配的精度。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種電芯內(nèi)阻測(cè)量方法，包括:使用交流源向待測(cè)電芯發(fā)送頻率不同的多個(gè)交流刺激信號(hào)；獲取與所述多個(gè)交流刺激信號(hào)--對(duì)應(yīng)的多個(gè)響應(yīng)信號(hào)；根據(jù)與每個(gè)所述頻率對(duì)應(yīng)的交流刺激信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)，計(jì)算所述待測(cè)電芯在每個(gè)所述頻率下的內(nèi)阻。上述的電芯內(nèi)阻測(cè)量方法，其中，所述多個(gè)交流刺激信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率中的最大值超過(guò)第一預(yù)設(shè)門(mén)限，所述多個(gè)交流刺激信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率中的最小值低于第二預(yù)設(shè)門(mén)限。上述的電芯內(nèi)阻測(cè)量方法，其中，還包括:計(jì)算所有頻率中的除最大頻率之外的第一頻率對(duì)應(yīng)的第二阻抗；其中，第一頻率對(duì)應(yīng)的第二阻抗為第一頻率對(duì)應(yīng)的內(nèi)阻與本體阻抗的差值，所述本體阻抗為所有頻率中的最大頻率對(duì)應(yīng)的內(nèi)阻。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種電芯匹配方法，包括:獲取每個(gè)待測(cè)電芯在不同頻率下的內(nèi)阻；依據(jù)待測(cè)電芯在不同頻率下的內(nèi)阻進(jìn)行電芯匹配；其中獲取每個(gè)待測(cè)電芯在不同頻率下的內(nèi)阻的步驟具體包括:
使用交流源向待測(cè)電芯發(fā)送頻率不同的多個(gè)交流刺激信號(hào)；獲取與所述多個(gè)交流刺激信號(hào)一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)響應(yīng)信號(hào)；根據(jù)與每個(gè)所述頻率對(duì)應(yīng)的交流刺激信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)，計(jì)算所述電芯在每個(gè)所述頻率下的內(nèi)阻。上述的電芯匹配方法，其中，所述多個(gè)交流刺激信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率中的最大值超過(guò)第一預(yù)設(shè)門(mén)限，所述多個(gè)交流刺激信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率中的最小值低于第二預(yù)設(shè)門(mén)限。上述的電芯匹配方法，其中，獲取每個(gè)電芯在不同頻率下的內(nèi)阻的步驟還包括:計(jì)算所有頻率中的除最大頻率之外的第一頻率對(duì)應(yīng)的第二阻抗；其中，第一頻率對(duì)應(yīng)的第二阻抗為第一頻率對(duì)應(yīng)的內(nèi)阻與本體阻抗的差值，所述本體阻抗為所有頻率中的最大頻率對(duì)應(yīng)的內(nèi)阻；所述依據(jù)待測(cè)電芯在不同頻率下的內(nèi)阻進(jìn)行電芯匹配的步驟中具體根據(jù)所述本體阻抗和第一頻率對(duì)應(yīng)的第二阻抗進(jìn)行電芯匹配。本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)向待測(cè)電芯發(fā)送頻率不同的多個(gè)交流刺激信號(hào)，并獲取與之對(duì)應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)，在得到該刺激信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)后，根據(jù)歐姆定律計(jì)算所述待測(cè)電芯在每個(gè)所述頻率下的內(nèi)阻。由于本發(fā)明實(shí)施例使用的是交流刺激信號(hào)，因此不會(huì)導(dǎo)致很大的負(fù)載電流，不會(huì)對(duì)電池造成損傷。同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例中通過(guò)在不同頻率下分別進(jìn)行測(cè)試，可以得到與不同頻率對(duì)應(yīng)的內(nèi)阻值，因此上述的內(nèi)阻測(cè)試結(jié)果相對(duì)于單純使用高頻率交流刺激信號(hào)得到的測(cè)試結(jié)果相比，其不但考慮到了電芯的本體阻抗，還考慮到了不同頻率下電化學(xué)反應(yīng)時(shí)電荷傳遞的阻抗、電極與電解質(zhì)界面形成的雙電層電容以及化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時(shí)離子向特定電極擴(kuò)散所受到的阻力等因素對(duì)內(nèi)阻的影響，因此測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確。由于電芯內(nèi)部電化學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性(內(nèi)阻等效電路由多個(gè)電化學(xué)器件組成)，電芯在不同頻率下的內(nèi)阻值是不同的，通過(guò)比較各電芯在不同頻率下的內(nèi)阻值，可間接對(duì)組成電芯內(nèi)阻的各電化學(xué)器件阻值進(jìn)行比較(如在高頻段比較的是電芯的阻抗，在低頻段可比較電芯的第二阻抗)，從而對(duì)電芯在實(shí)際使用中起作用的各等效電化學(xué)器件進(jìn)行對(duì)比匹配，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電芯內(nèi)阻的精確配組。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的電芯內(nèi)阻測(cè)量方法的流程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的電芯的等效電路示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中使用的階躍頻率信號(hào)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的電芯匹配方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)使用交流源向待測(cè)電芯發(fā)送頻率不同的多個(gè)交流刺激信號(hào)，并依據(jù)響應(yīng)信號(hào)和刺激信號(hào)得到不同頻率下的內(nèi)阻，進(jìn)而可以利用該不同頻率下的內(nèi)阻進(jìn)行匹配，提高了匹配的精確度。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的電芯內(nèi)阻測(cè)量方法包括:步驟11，使用交流源向待測(cè)電芯發(fā)送頻率不同的多個(gè)交流刺激信號(hào)；步驟12，獲取與所述多個(gè)交流刺激信號(hào)一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)響應(yīng)信號(hào)；
步驟13，根據(jù)與每個(gè)所述頻率對(duì)應(yīng)的交流刺激信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)，計(jì)算所述待測(cè)電芯在每個(gè)所述頻率下的內(nèi)阻。本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)向待測(cè)電芯發(fā)送頻率不同的多個(gè)交流刺激信號(hào)，并獲取與之對(duì)應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)，在得到該刺激信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)后，根據(jù)歐姆定律計(jì)算所述待測(cè)電芯在每個(gè)所述頻率下的內(nèi)阻。由于本發(fā)明實(shí)施例使用的是交流刺激信號(hào)，因此不會(huì)導(dǎo)致很大的負(fù)載電流，不會(huì)對(duì)電池造成損傷。同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例中通過(guò)在不同頻率下分別進(jìn)行測(cè)試，可以得到與不同頻率對(duì)應(yīng)的內(nèi)阻值，使得在電芯匹配階段可以依據(jù)不同頻率對(duì)應(yīng)的內(nèi)阻值進(jìn)行匹配，也可以提高匹配的精度。而同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例中以階躍的幾個(gè)頻率段代替連續(xù)的頻率域?qū)﹄娦緝?nèi)阻進(jìn)行測(cè)定，將電芯在高頻下時(shí)測(cè)得的內(nèi)阻值近似的看為電芯的本體阻抗(即電極、電解液、隔膜等總體形成的電阻)。并以測(cè)得的本體阻抗為基準(zhǔn)，對(duì)比電芯在幾個(gè)相對(duì)較低的頻段測(cè)得的內(nèi)阻值，并利用第二阻抗對(duì)頻率的響應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器件的分辨。舉例說(shuō)明如下。由于電芯內(nèi)部化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性，在進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)定時(shí)將其簡(jiǎn)單看成理想電源與純電阻的串聯(lián)電路是不準(zhǔn)確的。電芯的實(shí)際等效電路既包含了電阻成分又包含了電容成分，并且兩者之間存在著一定的串并聯(lián)關(guān)系。電化學(xué)理論中經(jīng)典的電芯內(nèi)阻等效電路如圖2所示。其中Rl代表電芯的本體阻抗(即電極、電解液、隔膜等總體形成的電阻)，R2代表電化學(xué)反應(yīng)時(shí)電荷傳遞的阻抗(化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的阻力)，Ql代表電極與電解質(zhì)界面形成的雙電層電容，Q2代表反應(yīng)發(fā)生時(shí)離子向特定電極擴(kuò)散所受到的阻力?？紤]到電容在高頻電流的作用下表現(xiàn)為短路的特性，因此利用本發(fā)明實(shí)施例子的方法，首先所述多個(gè)交流刺激信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率中的最大值超過(guò)第一預(yù)設(shè)門(mén)限(如IKHz)。在上述高頻交流信號(hào)的作用下，圖2所示的電路中由于Ql和Q2的短路，即圖2所示的電路簡(jiǎn)化為僅剩下Rl的電路，此時(shí)即可依據(jù)刺激信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)以及歐姆定律計(jì)算所述待測(cè)電芯在高頻率下的內(nèi)阻。當(dāng)Rl測(cè)定之后，此時(shí)可以降低刺激信號(hào)的頻率繼續(xù)測(cè)試。當(dāng)刺激信號(hào)的頻率降低到一定程度(如低于第二預(yù)設(shè)門(mén)限，如IOOHz或50Hz或IOHz等)之后，Ql和Q2不再表現(xiàn)為短路，此時(shí)，此時(shí)依然可以依據(jù)刺激信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)以及歐姆定律計(jì)算所述待測(cè)電芯在當(dāng)前頻率下的內(nèi)阻。但由于此時(shí)Ql和Q2不再表現(xiàn)為短路，因此，當(dāng)前頻率下測(cè)試得到的內(nèi)阻與高頻率下的內(nèi)阻的差值已經(jīng)可以表現(xiàn)由于R2、Q1和Q2所帶來(lái)的內(nèi)阻變化。則通過(guò)上述方法得到的內(nèi)阻測(cè)試結(jié)果如下:
權(quán)利要求
1.一種電芯內(nèi)阻測(cè)量方法，其特征在于，包括: 使用交流源向待測(cè)電芯發(fā)送頻率不同的多個(gè)交流刺激信號(hào)； 獲取與所述多個(gè)交流刺激信號(hào)一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)響應(yīng)信號(hào)； 根據(jù)與每個(gè)所述頻率對(duì)應(yīng)的交流刺激信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)，計(jì)算所述待測(cè)電芯在每個(gè)所述頻率下的內(nèi)阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電芯內(nèi)阻測(cè)量方法，其特征在于，所述多個(gè)交流刺激信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率中的最大值超過(guò)第一預(yù)設(shè)門(mén)限，所述多個(gè)交流刺激信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率中的最小值低于第二預(yù)設(shè)門(mén)限。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電芯內(nèi)阻測(cè)量方法，其特征在于，還包括: 計(jì)算所有頻率中的除最大頻率之外的第一頻率對(duì)應(yīng)的第二阻抗； 其中，第一頻率對(duì)應(yīng)的第二阻抗為第一頻率對(duì)應(yīng)的內(nèi)阻與本體阻抗的差值，所述本體阻抗為所有頻率中的最大頻率對(duì)應(yīng)的內(nèi)阻。
4.一種電芯匹配方法，其特征在于，包括: 獲取每個(gè)待測(cè)電芯在不同頻率下的內(nèi)阻； 依據(jù)待測(cè)電芯在不同頻率下的內(nèi)阻進(jìn)行電芯匹配； 其中獲取每個(gè)待測(cè)電芯在不同頻率下的內(nèi)阻的步驟具體包括: 使用交流源向待測(cè)電芯發(fā)送頻率不同的多個(gè)交流刺激信號(hào)； 獲取與所述多個(gè)交流刺激信號(hào)一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)響應(yīng)信號(hào)； 根據(jù)與每個(gè)所述頻率對(duì)應(yīng)的交流刺激信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)，計(jì)算所述電芯在每個(gè)所述頻率下的內(nèi)阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電芯匹配方法，其特征在于，所述多個(gè)交流刺激信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率中的最大值超過(guò)第一預(yù)設(shè)門(mén)限，所述多個(gè)交流刺激信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率中的最小值低于第二預(yù)設(shè)門(mén)限。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電芯匹配方法，其特征在于，獲取每個(gè)電芯在不同頻率下的內(nèi)阻的步驟還包括: 計(jì)算所有頻率中的除最大頻率之外的第一頻率對(duì)應(yīng)的第二阻抗； 其中，第一頻率對(duì)應(yīng)的第二阻抗為第一頻率對(duì)應(yīng)的內(nèi)阻與本體阻抗的差值，所述本體阻抗為所有頻率中的最大頻率對(duì)應(yīng)的內(nèi)阻； 所述依據(jù)待測(cè)電芯在不同頻率下的內(nèi)阻進(jìn)行電芯匹配的步驟中具體根據(jù)所述本體阻抗和第一頻率對(duì)應(yīng)的第二阻抗進(jìn)行電芯匹配。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電芯內(nèi)阻測(cè)量方法及電芯匹配方法，以在不損傷電池的情況下提高電芯內(nèi)阻測(cè)試以及匹配的精度。該電芯內(nèi)阻測(cè)量方法，包括使用交流源向待測(cè)電芯發(fā)送頻率不同的多個(gè)交流刺激信號(hào)；獲取與所述多個(gè)交流刺激信號(hào)一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)響應(yīng)信號(hào)；根據(jù)與每個(gè)所述頻率對(duì)應(yīng)的交流刺激信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)，計(jì)算所述待測(cè)電芯在每個(gè)所述頻率下的內(nèi)阻。本發(fā)明提高了內(nèi)阻測(cè)試的準(zhǔn)確性，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)電芯內(nèi)阻的精確配組。
文檔編號(hào)G01R27/14GK103149444SQ20111040206
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者李濤, 林威志, 趙雙城 申請(qǐng)人:聯(lián)想(北京)有限公司