一种基于原位交流阻抗技术评价电池健康状态的方法与流程

本发明涉及电池检测，具体涉及一种基于原位交流阻抗技术评价电池健康状态的方法，适用于锂离子电池及钠离子电池的健康状态评估与安全风险预警。

背景技术：

1、随着锂离子电池、钠离子电池在新能源领域的广泛应用，精准的健康状态（soh）评估与早期的安全预警（尤其是析锂现象）至关重要。然而，现有技术存在以下显著缺陷：

2、（1）环境工况脱节：现有soh预测多基于实验室理想恒温条件或单一应力环境。实际服役中，电池受温度、接触压力、机械振动（多场耦合）的综合影响，导致传统预测模型的精度在实际工况下大幅衰减。

3、（2）微观风险捕捉滞后：传统电池管理系统（bms）主要依赖电压、电流、温度等宏观外部参数。针对极具破坏性的“早期微量析锂”现象，宏观参数变化极小，现有方法难以做到早期预警，往往在出现严重容量跳水或热失控时才被发现。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种新的电池健康状态评价方法，以解决现有技术在复杂工况下soh预测失真，以及微观析锂、析钠现象预警滞后的问题。

2、本发明一种基于原位交流阻抗技术评价电池健康状态的方法的核心技术方案包括以下步骤，所述电池为锂离子电池或钠离子电池：

3、通过原位交流阻抗技术在线采集电池的阻抗谱数据，经改进型randles等效电路模型提取电池当前实时的电化学特征参数，包括欧姆内阻r0、电荷转移电阻rct、扩散阻抗系数w、双电层电容cdl、析锂/析钠反应电阻rpl、析锂/析钠电容cpl，连同其当前的充放电倍率一并输入预训练的lstm深度学习模型，通过模型得到电池当前的基准soh预测值，然后基于物理公式将基准soh预测值与实时环境工况参数进行融合修正，消除环境波动对阻抗表现造成的干扰，并根据所述电化学特征参数判断电池的析锂/析钠风险，最后输出用于电池健康状态定量评价的soh修正值和析锂/析钠风险预警结果。

4、原位交流阻抗技术（in-situ electrochemical impedance spectroscopy）作为一种无损检测手段，可在电池运行过程中实时获取多频段阻抗信息，为解析电池内部电化学过程，识别早期的析锂/析钠风险提供可能。

5、改进型randles等效电路模型，是在传统电路模型（欧姆内阻r0与rct/cdl并联支路串联，再串联扩散阻抗w）的基础上，新增一条由析锂/析钠反应电阻（rpl）与析锂/析钠电容（cpl）并联构成的微观机理支路，该支路与rct/cdl并联支路串联。改进型randles等效电路模型通过引入析锂/析钠反应电阻（rpl）与析锂/析钠电容（cpl），突破传统等效电路拟合模型表征维度缺失的缺陷，可实现对析锂/析钠等微观失效机制的解析。

6、本发明通过原位交流阻抗技术获取电池的阻抗谱数据，通过改进型randles等效电路模型提取可用于微观风险捕捉的电化学特征参数，通过模型建立它们与电池健康状态之间的映射关系，再通过结合环境工况参数进行修正，解决现有方法微观风险捕捉滞后以及复杂工况下soh预测失真的问题。

7、对soh值的修正方式推荐如下：

8、；

9、式中，为温度修正系数，为实际温度与25℃的差值；为压力修正系数，为实际绝对压力与0.1mpa的差值；为振动修正系数，为当前振动频率；上述修正系数通过单因素实验确定。作为优选：取0.005/℃；取0.01/mpa；取0.002/hz。

10、推荐根据电荷转移电阻rct 对电池的析锂/析钠风险进行分级预警，并引入析锂/析钠反应电阻rpl作为分级预警的联合校验判据。作为优选：根据rct/rct0 进行分级预警；rct0为新电池初始电荷转移电阻。 引入rpl作为联合校验判据，可过滤单纯由环境低温引起的rct增大导致的误报现象，提升预警可靠性。

11、作为优选：所述lstm深度学习模型基于高仿真工况训练得到，其通过构建高仿真原位交流阻抗测试系统获取同批次电池样本全生命周期多场耦合数据形成基础数据集，所述多场耦合包括温度、压力、振动的耦合。

12、作为优选：所述数据集通过多只（3只以上）电池样本构成平行样本组，通过多电池平行测试取均值的方式构建单一样本-数据，以削弱单体电池差异性干扰，提升数据可靠性。所述平行样本组优选包括8-10只电池样本。

13、作为优选方案：所述原位交流阻抗测试系统包括环境模拟舱、集成化测试夹具、宽频段阻抗分析仪、充放电循环装置和数据采集与控制系统；

14、所述集成化测试夹具用固定电池样品，其位于所述环境模拟仓中，所述宽频段阻抗分析仪、充放电循环装置均通过其所述电池样品相连，所述数据采集与控制系统与所述环境模拟舱、集成化测试夹具、宽频段阻抗分析仪、充放电循环装置均相连，用于测试过程和环境工况的控制与实施参数的收集。

15、所述环境模拟舱温度控制范围为-40℃至60℃，压力调节范围为0.1mpa至0.3mpa，轴向振动频率调节范围为10hz至100hz。

16、所述集成化测试夹具采用四线法（kelvin连接）设计，将激励电流路径与电压测量路径分离，测试触点采用镀金弹簧探针。

17、作为优选，采用分段扫频策略采集所述阻抗谱数据， 具体：根据低、中、高频段，采用激励幅值逐渐减小。

18、在获得基准soh预测值后，再结合实时环境参数，经多场耦合修正模块得到最终soh修正值，并基于rct和rpl触发i级/ii级析锂风险预警。

19、相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

20、（1）实现极早期安全预警：发明依托原位交流阻抗技术在线采集电池阻抗谱数据，结合改进型randles等效电路模型解析电池微观电化学机理，能够在电池宏观容量尚未明显衰减时，敏锐捕捉电池的析锂/析钠风险，将热失控预警时间大幅提前；

21、（2）极高鲁棒性与精度：本发明基于改进randles等效电路模型提取的电化学特征参数建模其与电池健康状态之间的关系，然后通过结合环境工况参数进行修正，首次将“温度-压力-振动”多场耦合物理修正模块与lstm深度学习模型相结合，大幅消除了复杂动态工况对老化评估的干扰，提升了soh预测的准确率和鲁棒性。

1.一种基于原位交流阻抗技术评价电池健康状态的方法，所述电池为锂离子电池或钠离子电池，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对soh值的修正方式如下：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，取0.005/℃；取0.01/mpa；取0.002/hz。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据电荷转移电阻rct 对电池的析锂/析钠风险进行分级预警；引入析锂/析钠反应电阻rpl作为分级预警的联合校验判据；根据rct/rct0 进行分级预警；rct0为新电池初始电荷转移电阻。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述lstm深度学习模型基于高仿真工况训练得到，其通过构建高仿真原位交流阻抗测试系统获取同批次电池样本全生命周期多场耦合数据形成基础数据集，所述多场耦合包括温度、压力、振动的耦合；所述数据集通过多个电池样本构成平行样本组，通过多电池平行测试取均值的方式构建单一样本数据。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原位交流阻抗测试系统包括环境模拟舱、集成化测试夹具、宽频段阻抗分析仪、充放电循环装置和数据采集与控制系统；

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述环境模拟舱温度控制范围为-40℃至60℃，压力调节范围为0.1mpa至0.3mpa，轴向振动频率调节范围为10hz至100hz。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述集成化测试夹具采用四线法设计，将激励电流路径与电压测量路径分离，测试触点采用镀金弹簧探针。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用分段扫频策略采集所述阻抗谱数据，具体：根据低、中、高频段，采用激励幅值逐渐减小。