电池阻抗在电池管理系统中扮演的角色

发布者:admin    发布时间:2021-08-17    点击率:548

为了缓解能源和环境面临的危机,在全世界范围内电动汽车得到了快速发展。锂离子电池也因高比能量和长寿命等优势而被广泛地用作车载储能载体。让电池在合适的条件下工作对充分发挥电动汽车性能意义重大。

作为电化学系统的重要特征参数,阻抗一直以来被认为是最强大电化学分析工具之一。电池的阻抗反映了带电粒子在电池内部移动所受到的阻力。利用阻抗可以更加全面地掌握电池的状态,进而为电池管理提供支持。

【工作简介】

同济大学魏学哲和戴海峰课题组在国际交通电动化杂志eTransportation上发表了关于电池阻抗的综述性文章(A Review of Modeling, Acquisition, and Application of Lithium-ion Battery Impedance for Onboard Battery Management)。文章面向车用电池管理,系统性综述了锂离子电池阻抗的建模、获取和应用三方面的研究进展和存在的问题。

【内容详情】

阻抗的相关研究可以追溯到19世纪。在过去的几个世纪中有大量的研究被报道,同时也有一些综述性的文章被发表(Huet 1998,Rodrigues et al. 2000,Macdonald 2006,Osaka et al. 2015,Nara et al. 2020)。这些综述文章大多是对电化学阻抗分析方法本身的进展进行了论述。随着电动汽车的发展,先进电池管理系统的需求越来越强,我们需要重新审视这一有力工具在车载应用上的可能性。现有的研究缺乏对阻抗方法在电池管理系统中的适用性以及可能存在的问题分析和讨论。

为此,本文面向车载应用场景,系统性地综述了阻抗的建模、获取和应用三个方面的研究进展(图1),并对各方面面临的挑战进行分析和总结,以期为学者和工程师提供参考。

2 阻抗的原理

2.1 定义

阻抗是线性两端口网络的重要特征。作为一个强非线性和时变性的系统,电池的阻抗需要在满足因果性、稳定性和线性条件下进行获取(Macdonald 2006),否则得到的阻抗难以解析或失去物理意义。因此,通常情况下是在电池充分静置后,对正负极施加无偏置的弱扰动(如施加的扰动电压或响应电压在10mV左右)来获取阻抗,如图2。施加的可以是电流扰动,也可是电压扰动。但考虑电池阻抗非常小,为了避免过流通常使用电流扰动。扰动的波形没有限制。以正弦扰动为例,电池的响应电压为u=Usin(ωt+φu),电流为i=Isin(ωt+φi)。则电池阻抗计算式如下