从某种程度上来说，电动汽车的电池也是其致命弱点。电动汽车的终目标是保证足够长的行驶里程，并且不会因为电池过早老化而缩短行驶里程。准确诊断电池的状况可以显着提高其长期可靠性。因此，早期检测能够从一开始就识别出容量下降、内部短路等情况，以避免故障并延长电池的使用寿命，这一点非常重要。具体的维护实践对于确??保其以效率运行也很重要。充电状态 (SOC) 和健康状态 (SOH) 的准确估计有助于减少电池的压力和磨损，从而提高整体性能。，利用临时算法和数据分析，可以确定电池的剩余使用寿命（RUL），从而实现的资源分配和规划。 简而言之，准确了解电池状态将使操作员能够做出提高性能并限度延长使用寿命的决策。 一种新的诊断方法 仔细诊断电动汽车电池的状态是其高效运行和管理的必要步骤。位于韩国大田的研究型大学韩国科学技术院 (KAIST) 的研究人员开发了一种新技术，只需使用低电流系统即可高精度诊断和监测电池状态。有助于限度地提高电池的长期稳定性和效率。 由韩国韩国科学技术院电气工程学院 Kyeongha Kwon 教授和 Sang-Gug Lee 教授领导的研究小组开发了电化学阻抗谱 (EIS) 技术，该技术有助于提高为电动汽车供电的高容量电池的稳定性和性能。 EIS 是评估电池 SOC 和 SOH 的强大工具。该方法基于对电池阻抗值和变化的测量，从而可以评估电池效率和损耗。电池阻抗只是电池内电流阻力的度量，用于估计电池性能和状况。 此外，新方法可以确定热特性以及化学和物理变化；预测电池寿命；并查明失败的根本原因。 电芯参数 EIS 的工作原理是向电化学电池施加一个小的交流 (AC) 信号，并测量叠加在电池直流电压上的交流电压的响应。通过分析不同频率下产生的阻抗，人们可以深入了解电池的性能，例如电荷转移电阻、双层电容、扩散过程等，所有这些都会影响电池中电化学反应的效率。阻抗曲线图是通过在 X 轴上显示实部、在 Y 轴上显示虚部来构建的。在理想情况下，阻抗谱由一系列特征组成，每个特征都与整个电化学机制内的单个基本过程相关（图 1）。 理想情况下的阻抗响应，其中每个步骤都可以可视化为单独的特征。
图 1：理想情况下的阻抗响应，其中每个步骤都可以可视化为单独的特征 事实上，完整的电池会经历由两个电极和电池建模电解质产生的不同基本过程。在实践中，此类过程极难从单一的测量光谱中分离出来。事实上，在实际测量中，许多这些单独的特征是重叠的，并且明确地将它们解耦是一项艰巨的工作。图 2 对此进行了描述，其中某些功能缺失或被掩盖。 电池中电化学过程的关键步骤可总结如下： 电解质传输：离子通过电解质从一个电极穿梭到另一个电极。 离子扩散：离子在电极和电解质内扩散。 电荷转移：电子在电极-电解质界面处转移。 电极反应：电极上发生氧化和还原反应，涉及电子和离子的转移。 离子迁移：离子迁移穿过电解质以平衡反应过程中的电荷。 实际测量中的阻抗响应，其中某些特征合并或缺失。
图 2：实际测量中的阻抗响应，其中某些特征合并或缺失 电荷转移电阻是指电子穿过电极和电解质之间的界面转移过程中遇到的阻力。在阻抗谱中，它对应于中频区域，从十分之一赫兹到几百赫兹，看起来像一个半圆形。 双电层电容是指电极和电解质之间界面处的电容。双层由电极表面形成的正离子和电子组成，其作用类似于电容器，影响电池电化学反应的电荷转移和效率以及电池性能。该电容越高，电池存储电荷的能力就越大。 ，扩散是由于电极表面和本体电解质之间的浓度梯度而导致离子移动的现象。有效的扩散过程可保持稳定的反应速率并避免浓差极化，而浓差极化会影响电池的性能。该步骤可以在阻抗谱中可视化为低频（低于十分之一赫兹）的一条直线。 在高频区域，阻抗谱形成一条与X轴相交的小曲线。它指示电池的电感和欧姆电阻。 新的EIS系统 传统的 EIS 设备基于高电流激励和片外组件，价格昂贵且复杂，难以部署、操作和维修。灵敏度和精度限制会加剧这种情况，因为将几安培的电流强加到电池中可能会引起显着的电应力，从而增加电池故障或着火的可能性，并使实际使用变得麻烦。 为了避免这些结果，韩国科学技术院研究团队开发并调试了低电流 EIS 系统，用于诊断高容量电动汽车电池的状况和健康状况。该EIS系统可以在数十毫安级的电流扰动下测量电池阻抗，从而限度地减少测量阶段的热效应和安全问题。 显然，新设备应该足够紧凑且具有成本效益，以便集成到车辆电池管理系统（BMS）中，正如韩国研究人员设法做到的那样。事实证明，该系统适用于识别在各种操作条件下（包括不同温度和 SOC 水平）的电池的电化学特征。 Kwon 教授解释说，该系统不仅可以轻松安装到电动汽车 BMS 中，而且还可以进行测量，同时与以前的高电流 EIS 设置相比，显着降低了成本和复杂性。由于其新颖的特性，低电流 EIS 技术还可用于监测储能系统(ESS)。 EIS实施及结果 Lee 等人的一篇文章。提出了一种针对高容量电动汽车电池进行优化的 EIS 系统，2具有高测量精度、电流扰动和短测量时间。该系统嵌入了一个开关电阻高通滤波器，以阻止电池的直流电压并减轻滤波器失配。低噪声放大器以极低的失真放大交流电压响应，模数转换器以高精度对放大信号进行采样。它还具有数字锁定放大器来计算特定频率下的阻抗，使用两个并行数字低通滤波器 (LPF) 来抑制频率杂散（不需要的频率分量）。基本上，LPF 的截止频率仅允许低频分量通过，而频率杂散（通常频率较高）会被衰减，从而降低其幅度和影响。 EIS频率范围的选择取决于具体的电池和工作条件、诊断算法和电池的适配模型。对于被测 70-Ah 电池，在 1 Hz 至 1 kHz 之间的频段选取了 31 个不同的点，因此它既包括中频半圆，也包括与 X 轴的高频截距（见图 2）一般情况）；温度范围扫描在 0°C 至 45°C 之间。正如作者指出的，该频谱充实了电荷转移、内部温度、欧姆电阻、RUL、SOC 和 SOH 方面的细节。 该原型实现了的阻抗测量，在 1 Hz 至 1 kHz 频率范围内，高精度电阻器的标准偏差小于 10.4 μΩ，70 Ah 电池的幅度均方根误差小于 14 μΩ环境温度下的范围和 20% 至 80% SOC 范围。这些发现证明了所提出的 EIS 模型在大型电动汽车电池的准确评估和健康监测方面的有效性。 尽管该架构适合扩展，但其在更复杂的电池配置中的功效需要更深入的研究。实际上，将拟议的 EIS 系统集成到单个 IC 中，再加上电池监控电路，可以作为增强 EV 和 ESS 的诊断和性能的基础。基于单芯片和多小区测量功能的改进对于支持新的服务业务模型至关重要。这可以被视为为电池驱动汽车树立更好声誉的又一步。
