专利名称：一种电芯内阻测量方法及电芯匹配方法
技术领域：
本发 明属于电子领域，特别涉及一种电芯内阻测量方法及电芯匹配方法。
背景技术：
电芯内阻是衡量电芯性能的重要技术指标，其不仅可反映电芯的荷电状态(电量)及使用中的性能衰减情况，更是影响电芯充放电特性及效率的重要因素。在需要多节电芯串并组合使用的情况下(如笔记本电脑用电池组及动力汽车用电池组)，电芯的内阻将直接决定其分流及分压状况，当电芯之间的内阻偏差较大时(或在电池组使用过程中偏差逐渐变大时)，就会发生充放电时各电芯状态的不均衡，从而使某些电芯提前劣化，并最终导致整个电池组失效。为了避免这种不均衡的发生，在将多颗电芯组合成电池组时，需对其进行内阻测量及匹配，使同一电池组内电芯的内阻尽可能接近。目前广泛应用于电芯内阻测量的方法主要有两种:直流瞬间放电法及交流注入法。直流瞬间放电法是使待测电芯在瞬间放出一个负载电流，同时测定电芯电压在放电前后的变化，通过欧姆定律得出电芯的内阻值，根据理论推算外接负载阻值与电芯内阻接近时，测得的结果误差最小，这就使得该负载电流很大(一般为电池额定容量的10倍以上)，如此大的电流一方面可能对电芯造成不可逆的损伤；另一方面因与电芯的日常使用状况差别较大，测得结果可能难以准确反映电芯在日常使用时的状况。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种电芯内阻测量方法及电芯匹配方法，在不损伤电池的情况下提高电芯内阻测试以及匹配的精度。为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种电芯内阻测量方法，包括:使用交流源向待测电芯发送频率不同的多个交流刺激信号；获取与所述多个交流刺激信号--对应的多个响应信号；根据与每个所述频率对应的交流刺激信号和响应信号，计算所述待测电芯在每个所述频率下的内阻。上述的电芯内阻测量方法，其中，所述多个交流刺激信号对应的频率中的最大值超过第一预设门限，所述多个交流刺激信号对应的频率中的最小值低于第二预设门限。上述的电芯内阻测量方法，其中，还包括:计算所有频率中的除最大频率之外的第一频率对应的第二阻抗；其中，第一频率对应的第二阻抗为第一频率对应的内阻与本体阻抗的差值，所述本体阻抗为所有频率中的最大频率对应的内阻。为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种电芯匹配方法，包括:获取每个待测电芯在不同频率下的内阻；依据待测电芯在不同频率下的内阻进行电芯匹配；其中获取每个待测电芯在不同频率下的内阻的步骤具体包括:
使用交流源向待测电芯发送频率不同的多个交流刺激信号；获取与所述多个交流刺激信号一一对应的多个响应信号；根据与每个所述频率对应的交流刺激信号和响应信号，计算所述电芯在每个所述频率下的内阻。上述的电芯匹配方法，其中，所述多个交流刺激信号对应的频率中的最大值超过第一预设门限，所述多个交流刺激信号对应的频率中的最小值低于第二预设门限。上述的电芯匹配方法，其中，获取每个电芯在不同频率下的内阻的步骤还包括:计算所有频率中的除最大频率之外的第一频率对应的第二阻抗；其中，第一频率对应的第二阻抗为第一频率对应的内阻与本体阻抗的差值，所述本体阻抗为所有频率中的最大频率对应的内阻；所述依据待测电芯在不同频率下的内阻进行电芯匹配的步骤中具体根据所述本体阻抗和第一频率对应的第二阻抗进行电芯匹配。本发明实施例中，通过向待测电芯发送频率不同的多个交流刺激信号，并获取与之对应的响应信号，在得到该刺激信号和响应信号后，根据欧姆定律计算所述待测电芯在每个所述频率下的内阻。由于本发明实施例使用的是交流刺激信号，因此不会导致很大的负载电流，不会对电池造成损伤。同时，本发明实施例中通过在不同频率下分别进行测试，可以得到与不同频率对应的内阻值，因此上述的内阻测试结果相对于单纯使用高频率交流刺激信号得到的测试结果相比，其不但考虑到了电芯的本体阻抗，还考虑到了不同频率下电化学反应时电荷传递的阻抗、电极与电解质界面形成的双电层电容以及化学反应发生时离子向特定电极扩散所受到的阻力等因素对内阻的影响，因此测试结果更加准确。由于电芯内部电化学系统的复杂性(内阻等效电路由多个电化学器件组成)，电芯在不同频率下的内阻值是不同的，通过比较各电芯在不同频率下的内阻值，可间接对组成电芯内阻的各电化学器件阻值进行比较(如在高频段比较的是电芯的阻抗，在低频段可比较电芯的第二阻抗)，从而对电芯在实际使用中起作用的各等效电化学器件进行对比匹配，实现了对电芯内阻的精确配组。
图1为本发明实施例的电芯内阻测量方法的流程示意图；图2为本发明实施例的电芯的等效电路示意图；图3为本发明实施例中使用的阶跃频率信号示意图；图4为本发明实施例的电芯匹配方法的流程示意图。
具体实施例方式本发明实施例中，通过使用交流源向待测电芯发送频率不同的多个交流刺激信号，并依据响应信号和刺激信号得到不同频率下的内阻，进而可以利用该不同频率下的内阻进行匹配，提高了匹配的精确度。如图1所示，本发明实施例的电芯内阻测量方法包括:步骤11，使用交流源向待测电芯发送频率不同的多个交流刺激信号；步骤12，获取与所述多个交流刺激信号一一对应的多个响应信号；
步骤13，根据与每个所述频率对应的交流刺激信号和响应信号，计算所述待测电芯在每个所述频率下的内阻。本发明实施例中，通过向待测电芯发送频率不同的多个交流刺激信号，并获取与之对应的响应信号，在得到该刺激信号和响应信号后，根据欧姆定律计算所述待测电芯在每个所述频率下的内阻。由于本发明实施例使用的是交流刺激信号，因此不会导致很大的负载电流，不会对电池造成损伤。同时，本发明实施例中通过在不同频率下分别进行测试，可以得到与不同频率对应的内阻值，使得在电芯匹配阶段可以依据不同频率对应的内阻值进行匹配，也可以提高匹配的精度。而同时，本发明实施例中以阶跃的几个频率段代替连续的频率域对电芯内阻进行测定，将电芯在高频下时测得的内阻值近似的看为电芯的本体阻抗(即电极、电解液、隔膜等总体形成的电阻)。并以测得的本体阻抗为基准，对比电芯在几个相对较低的频段测得的内阻值，并利用第二阻抗对频率的响应关系，实现对电容器件的分辨。举例说明如下。由于电芯内部化学、电化学反应的复杂性，在进行内阻测定时将其简单看成理想电源与纯电阻的串联电路是不准确的。电芯的实际等效电路既包含了电阻成分又包含了电容成分，并且两者之间存在着一定的串并联关系。电化学理论中经典的电芯内阻等效电路如图2所示。其中Rl代表电芯的本体阻抗(即电极、电解液、隔膜等总体形成的电阻)，R2代表电化学反应时电荷传递的阻抗(化学反应产生的阻力)，Ql代表电极与电解质界面形成的双电层电容，Q2代表反应发生时离子向特定电极扩散所受到的阻力。考虑到电容在高频电流的作用下表现为短路的特性，因此利用本发明实施例子的方法，首先所述多个交流刺激信号对应的频率中的最大值超过第一预设门限(如IKHz)。在上述高频交流信号的作用下，图2所示的电路中由于Ql和Q2的短路，即图2所示的电路简化为仅剩下Rl的电路，此时即可依据刺激信号和响应信号以及欧姆定律计算所述待测电芯在高频率下的内阻。当Rl测定之后，此时可以降低刺激信号的频率继续测试。当刺激信号的频率降低到一定程度(如低于第二预设门限，如IOOHz或50Hz或IOHz等)之后，Ql和Q2不再表现为短路，此时，此时依然可以依据刺激信号和响应信号以及欧姆定律计算所述待测电芯在当前频率下的内阻。但由于此时Ql和Q2不再表现为短路，因此，当前频率下测试得到的内阻与高频率下的内阻的差值已经可以表现由于R2、Q1和Q2所带来的内阻变化。则通过上述方法得到的内阻测试结果如下:
权利要求
1.一种电芯内阻测量方法，其特征在于，包括: 使用交流源向待测电芯发送频率不同的多个交流刺激信号； 获取与所述多个交流刺激信号一一对应的多个响应信号； 根据与每个所述频率对应的交流刺激信号和响应信号，计算所述待测电芯在每个所述频率下的内阻。
2.根据权利要求1所述的电芯内阻测量方法，其特征在于，所述多个交流刺激信号对应的频率中的最大值超过第一预设门限，所述多个交流刺激信号对应的频率中的最小值低于第二预设门限。
3.根据权利要求1所述的电芯内阻测量方法，其特征在于，还包括: 计算所有频率中的除最大频率之外的第一频率对应的第二阻抗； 其中，第一频率对应的第二阻抗为第一频率对应的内阻与本体阻抗的差值，所述本体阻抗为所有频率中的最大频率对应的内阻。
4.一种电芯匹配方法，其特征在于，包括: 获取每个待测电芯在不同频率下的内阻； 依据待测电芯在不同频率下的内阻进行电芯匹配； 其中获取每个待测电芯在不同频率下的内阻的步骤具体包括: 使用交流源向待测电芯发送频率不同的多个交流刺激信号； 获取与所述多个交流刺激信号一一对应的多个响应信号； 根据与每个所述频率对应的交流刺激信号和响应信号，计算所述电芯在每个所述频率下的内阻。
5.根据权利要求4所述的电芯匹配方法，其特征在于，所述多个交流刺激信号对应的频率中的最大值超过第一预设门限，所述多个交流刺激信号对应的频率中的最小值低于第二预设门限。
6.根据权利要求4所述的电芯匹配方法，其特征在于，获取每个电芯在不同频率下的内阻的步骤还包括: 计算所有频率中的除最大频率之外的第一频率对应的第二阻抗； 其中，第一频率对应的第二阻抗为第一频率对应的内阻与本体阻抗的差值，所述本体阻抗为所有频率中的最大频率对应的内阻； 所述依据待测电芯在不同频率下的内阻进行电芯匹配的步骤中具体根据所述本体阻抗和第一频率对应的第二阻抗进行电芯匹配。
全文摘要
本发明提供了一种电芯内阻测量方法及电芯匹配方法，以在不损伤电池的情况下提高电芯内阻测试以及匹配的精度。该电芯内阻测量方法，包括使用交流源向待测电芯发送频率不同的多个交流刺激信号；获取与所述多个交流刺激信号一一对应的多个响应信号；根据与每个所述频率对应的交流刺激信号和响应信号，计算所述待测电芯在每个所述频率下的内阻。本发明提高了内阻测试的准确性，并实现了对电芯内阻的精确配组。
文档编号G01R27/14GK103149444SQ20111040206
公开日2013年6月12日 申请日期2011年12月6日 优先权日2011年12月6日
发明者李涛, 林威志, 赵双城 申请人:联想(北京)有限公司