一种基于在线电化学阻抗谱检测的电池内部温度预测系统

1.本发明涉及一种在线电池内部温度检测系统，特别是涉及一种基于在线电化学阻抗谱检测的电池内部温度检测系统。


背景技术：

2.锂离子电池具有比能量高、寿命长、自放电低等优点，广泛应用于便携式电子产品、混合动力汽车和纯电动汽车等领域。设计锂离子电池系统的首要和最大的挑战是确保其在正常和滥用工况下的固有安全性。因此，对内部热行为如内部温度的了解是至关重要的。主要的关注点与高充放电倍率下的显著温度变化有关，在高倍率脉冲充放电时，产生的温度可能来不及到达电池外部，因此内外部温度可能会产生较大差异。同时过充/过放或内外部短路时产生的多余热量可能会对电池造成不可逆的损伤，最终导致爆炸或燃烧，这些热量到达电池外部时可能已经触发了电池热失控，因此外部温度测量的灵敏度无法满足热失控提早预测的需求。为了开发一种令人满意的热管理策略，提高锂离子电池的性能和寿命，必须对电池内部温度进行检测。
3.传统的电池内部温度检测手段依靠的是电池的植入式内部温度传感器，植入式电池内部温度传感器会对电池的制备工艺，电池的电化学特性等产生一定的影响，可能会导致电池的制造成本上升、循环寿命下降等。而阻抗作为电池的重要内部参量，本身由电荷转移、电化学反应等电极过程决定，这些电极过程会极大程度受温度的影响。因此使用阻抗对电池进行内部温度预测是一种对电池无损获取内部温度的有效方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决传统电池内部检测技术需要更改电池制备工艺，并且植入式传感器可能会影响电池性能，植入式传感器在电解液浸泡时可能会产生老化等各种弊端，在不修改电池结构的情况下对电池内部温度进行可靠预测，提升获取电池内部温度的效率，降低内部温度的获取成本。
5.该发明通过设计并制造一套多通道在线电化学阻抗谱采集硬件电路，通过将高频信号发生和频谱分析芯片与电池相连接，将高频电流信号输入电池，采集电池电压，实现实时采集电池电化学阻抗谱，将阻抗谱数据发送至上位机。上位机通过将收集到的电池电化学阻抗谱数据中的各数据点对温度进行拟合，选择线性度最佳的三个频率点，在电池工作时通过选择出的三个频率点对应的阻抗数据进行电池的内部温度预测
6.本发明的技术方案为：
7.一种基于在线电化学阻抗谱检测的电池内部温度预测系统，其特征在于，包括：多通道在线电化学阻抗采集模块1、测试线路2、待测电池3、can适配器4、上位机5；其中，多通道在线电化学阻抗采集模块1通过测试线路2与待测电池3连接，多通道在线电化学阻抗采集模块1用于对待测电池3进行在线电化学阻抗采集，并且每路测试线路2包括两根正极线和两根负极线，分别与电池的正极和负极相连接；多通道在线电化学阻抗采集模块1通过
can适配器4与上位机5连接，所述can适配器4用于在多通道在线电化学阻抗采集模块1和上位机5之间建立can通讯，并且所述上位机5中配置有用于控制多通道在线电化学阻抗采集模块1进行电压、电流和阻抗数据采集、还能通过电化学阻抗谱数据进行电池内部温度预测的软件。
8.进一步的，所述测试线路2与待测电路3均为多个且数量相匹配，每一路测试线路2将一个待测电池3连接至多通道在线电化学阻抗采集模块1。
9.进一步的，所述测试线路2与待测电池3的连接方式为：采用鳄鱼夹将两根正极线或两根负极线与电池正极或负极相连。
10.进一步的，所述多通道在线电化学阻抗采集模块1集成了多路高频信号发生和频谱分析芯片、高频信号输出接口、电池电压检测接口、通讯接口和单片机的硬件电路。
11.进一步的，所述多通道在线电化学阻抗采集模块1中，在线电化学阻抗采集、处理和数据存储电路使用spi通讯，单片机使用can通讯。
12.进一步的，所述测试线路2为双绞线路，并且使用铜网包裹，铜网双端接地进行电磁屏蔽处理。
13.进一步的，所述上位机5与多通道在线电化学阻抗采集模块1进行有线通讯。
14.进一步的，还通过温度传感器采集待测电池3的外部温度，并发送到上位机5保存，并且与阻抗数据进行对应数据拟合。
15.进一步的，在所述上位机5中配置的预测软件通过拟合线性度最好的三个频率点，并且建立频率点对温度的线性关系，从而进行温度预测。
16.本发明的有益效果是：1)实现了在线电化学阻抗谱的在线采集，不仅减小了电化学阻抗采集设备的体积，并且支持多通道采集。2)通过在线采集的电化学阻抗谱数据实时进行电池内部温度的估计，无需进行电池内部温度传感器的植入。
附图说明
17.图1为本发明的基于在线电化学阻抗谱检测的电池内部温度检测系统结构示意图
18.图2是通过电化学阻抗谱数据进行电池内部温度预测的上位机软件原理图
具体实施方式
19.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
20.本实施例提供一种基于在线电化学阻抗谱检测的电池内部温度检测系统，使用于对电池进行内部温度预测，将多通道在线电化学阻抗采集系统1的高频信号输出引脚，与多通道在线电化学阻抗采集系统与电池相连的测试线路2连接，测试线路的另一端与待测电池3连接，多通道在线电化学阻抗采集系统1将采集到的阻抗数据通过can适配器4上传至用于控制电化学阻抗谱采集设备，采集电压和阻抗数据，并且通过电化学阻抗谱数据进行电池内部温度预测的上位机软件5，由上位机软件给出电池内部温度预测结果：
21.包括如下步骤：
22.1)通过硬件电路设计和制作将多路高频信号发生和频谱分析芯片、隔离变压器和主控单片机置于一张pcb板上，构成在线电化学阻抗谱检测系统；
23.2)将4芯双绞线与在线电化学阻抗谱检测系统的信号输出端口相连，作为在线电化学阻抗采集系统与电池相连的测试线路；每一路高频信号发生和频谱分析端口配置一路4芯双绞线束；同时将单片机adc接口与热敏电阻相连，并且将热敏电阻置于电池极耳上。
24.3)将在线电化学阻抗采集系统与电池相连的测试线路另一端与电池相连，测试线路两侧屏蔽网接地，完成电磁屏蔽处理；
25.4)将多通道在线电化学阻抗采集系统的can通讯接口与can适配器相连，can适配器的另一接口与于控制电化学阻抗谱采集设备，采集电压和阻抗数据，并且通过电化学阻抗谱数据进行电池内部温度预测的上位机软件相连
26.5)上位机软件通过采集到的电化学阻抗谱数据，结合外部温度进行数据拟合，选取线性度最好的三个频率点，随后通过对电池实际工况下进行对应频率点阻抗采集，使用该频率点阻抗数据进行温度预测。


技术特征：
1.一种基于在线电化学阻抗谱检测的电池内部温度预测系统，其特征在于，包括：多通道在线电化学阻抗采集模块(1)、测试线路(2)、待测电池(3)、can适配器(4)、上位机(5)；其中，多通道在线电化学阻抗采集模块(1)通过测试线路(2)与待测电池(3)连接，多通道在线电化学阻抗采集模块(1)用于对待测电池(3)进行在线电化学阻抗采集，并且每路测试线路(2)包括两根正极线和两根负极线，分别与电池的正极和负极相连接；多通道在线电化学阻抗采集模块(1)通过can适配器(4)与上位机(5)连接，所述can适配器(4)用于在多通道在线电化学阻抗采集模块(1)和上位机(5)之间建立can通讯，并且所述上位机(5)中配置有用于控制多通道在线电化学阻抗采集模块(1)进行电压、电流和阻抗数据采集、还能通过电化学阻抗谱数据进行电池内部温度预测的软件。2.根据权利要求1所述的一种基于在线电化学阻抗谱检测的电池内部温度预测系统，其特征在于，所述测试线路(2)与待测电路(3)均为多个且数量相匹配，每一路测试线路(2)将一个待测电池(3)连接至多通道在线电化学阻抗采集模块(1)。3.根据权利要求1所述的一种基于在线电化学阻抗谱检测的电池内部温度预测系统，其特征在于，所述测试线路(2)与待测电池(3)的连接方式为：采用鳄鱼夹将两根正极线或两根负极线与电池正极或负极相连。4.根据权利要求1所述的一种基于在线电化学阻抗谱检测的电池内部温度预测系统，其特征在于，所述多通道在线电化学阻抗采集模块(1)集成了多路高频信号发生和频谱分析芯片、高频信号输出接口、电池电压检测接口、通讯接口和单片机的硬件电路。5.根据权利要求4所述的一种基于在线电化学阻抗谱检测的电池内部温度预测系统，其特征在于，所述多通道在线电化学阻抗采集模块(1)中，在线电化学阻抗采集、处理和数据存储电路使用spi通讯，单片机使用can通讯。6.根据权利要求1所述的一种基于在线电化学阻抗谱检测的电池内部温度预测系统，其特征在于，所述测试线路(2)为双绞线路，并且使用铜网包裹，铜网双端接地进行电磁屏蔽处理。7.根据权利要求1所述的一种基于在线电化学阻抗谱检测的电池内部温度预测系统，其特征在于，所述上位机(5)与多通道在线电化学阻抗采集模块(1)进行有线通讯。8.根据权利要求1所述的一种基于在线电化学阻抗谱检测的电池内部温度预测系统，其特征在于，还通过温度传感器采集待测电池(3)的外部温度，并发送到上位机(5)保存，并且与阻抗数据进行对应数据拟合。9.根据权利要求1所述的一种基于在线电化学阻抗谱检测的电池内部温度预测系统，其特征在于，在所述上位机(5)中配置的预测软件通过拟合线性度最好的三个频率点，并且建立频率点对温度的线性关系，从而进行温度预测。

技术总结
本发明公开了一种基于在线电化学阻抗谱检测的电池内部温度检测系统。本发明通过设计并制造一套多通道在线电化学阻抗谱采集硬件电路，通过将高频信号发生和频谱分析芯片与电池相连接，将高频电流信号输入电池，采集电池电压，实现实时采集电池电化学阻抗谱，将阻抗谱数据发送至上位机。上位机通过将收集到的电池电化学阻抗谱数据中的各数据点对温度进行拟合，选择线性度最佳的三个频率点，在电池工作时通过选择出的三个频率点对应的阻抗数据进行电池的内部温度预测。本发明由于没有在电池内部植入传感器，没有改变电池的制备工艺，不影响电池的性能，使得内部温度获取的难度大大降低，为内部温度估计的各种应用提供了高效率数据获取方式。率数据获取方式。率数据获取方式。


技术研发人员：徐自强 梁洪豪 方梓烜 吴孟强
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：2022.12.09
技术公布日：2023/3/10