[发明专利]用于借助阻抗谱学确定电池单元的老化状态的方法

说明书

背景技术

在鉴定电池单元时，需要确定所述电池单元的老化状态并且在必要时做出关于预计剩余使用寿命的预测。这些说明主要在评价需新鉴定的电池单元时起着重要的作用。尤其是在电池的SOH(state of health：健康状态)确定时以及在例如车辆中的电池管理系统运行时，需要在老化状态和/或使用寿命方面对电池单元进行快速评价。

迄今，作为用于此的方法，测量直流电阻或电池单元容量。然而，这些传统方法仅仅提供关于所测试的电池单元的状态的不充分的知识。迄今仅仅可以借助这些传统方法不充分地估计电池单元的老化状态。因此，不可以不可靠地预测电池单元的使用寿命。

发明内容

本发明的任务在于，减弱或克服现有技术的一个或多个缺点。本发明的任务尤其在于，提供一种方法，在所述方法中可以快速且可靠地确定电池单元的老化状态和在必要时确定电池单元的预计使用寿命。

所述任务通过提供一种用于确定电池单元的老化状态的方法解决，所述方法包括以下步骤：

a)提供电池单元；

b)记录电池单元的阻抗谱；

c)根据所测量的阻抗谱来求得分析量；

d)根据分析量与参考值的比较来确定电池单元的老化状态。

根据电池单元的老化状态，在电池单元的阻抗谱中显示出一些特征变化。可通过分析量与相应的参考量的比较来求得这些特征变化，其中，根据相关电池单元的所测量的阻抗谱求得所述分析量。如果分析量与相应的参考值的比较得出与参考值的偏差或者与参考值恰好没有偏差，则可以使相关电池单元对应于一个老化状态。如果例如电池单元的阻抗在低频范围内高于参考值，则电池单元的老化状态比其相应的阻抗值不超过所述参考值的电池单元的老化状态差。在此，电池单元的老化状态的恶化和分析量与参考值之间的偏差程度相关。如果偏差较大，则电池单元的老化状态较差。如果偏差较小，则电池单元的老化状态较好。

根据本发明的方法，提供应确定其老化状态的电池单元。在此，可以使用所有常用的蓄电池技术。可以使用以下类型的电池单元：Pb铅蓄电池、NiCd镍镉蓄电池、NiH2镍氢蓄电池、NiMH镍金属氢化物蓄电池、Li-Ion锂离子蓄电池、LiPo锂聚合物蓄电池、LiFe锂金属蓄电池、Li-Mn锂锰蓄电池、LiFePO₄锂铁磷酸蓄电池、LiTi锂钛蓄电池、RAM可充电碱锰电池、Ni-Fe镍铁蓄电池、Na/NiCl钠氯化镍高温电池、SCiB超级充电离子电池、银锌蓄电池、硅蓄电池、钒氧化还原液流蓄电池和/或锌溴蓄电池。尤其可以使用以下类型的电池单元：铅/酸电池单元、镍镉电池单元、镍金属氢化物电池单元和/或钠/氯化钠电池单元。特别优选地，使用锂离子电池单元类型的电池单元。

在根据本发明的方法中，记录电池单元的阻抗谱。在此，通过电池单元的触点以可变频率的正弦信号来激励电池单元并且通过测量电流和电压根据频率求得电池单元的复阻抗。可以通过不同的方式表示所测量的阻抗谱，例如表示为奈奎斯特(Nyquist)图，其中，在实数阻抗值上记录虚数阻抗值，或者表示为波特(Bode)图，其中，根据频率描绘所测量的阻抗值。在根据本发明的方法中，在≤100Hz、≤10Hz、≤1Hz或从100到0.001Hz的频率范围上，优选在从10到0.001Hz的频率范围上，特别优选在从1到0.01Hz或0.1到0.03Hz的范围上，记录阻抗谱。在一个唯一选择的频率下，阻抗谱也位于一个唯一的阻抗值。

可以在低温下进行阻抗谱的记录。低温总是指低于待测量的电池单元的最佳运行温度的温度。优选地，在≤室温、≤15℃、≤10℃或≤5℃的温度下记录电池单元的阻抗谱。

在根据本发明的方法中，根据所测量的阻抗谱求得分析量。例如可以在奈奎斯特图上和/或在波特图上借助所测量的阻抗谱的图形分析来确定这些分析量。也可以通过所测量的频谱的数据的数学计算来确定这些分析量。

作为分析量可以考虑不同的值，其中，这些值可以由所测量的阻抗谱求得。作为分析量考虑以下这些值：这些值与参考值的偏差允许得出关于电池单元的老化状态的预测。特别地，低频范围内的阻抗增大以及阻抗谱中另一RC网络的形成与电池单元的正在演进的老化状态相关。在此，这两个值的偏差程度与老化状态变化的程度相关。作为分析量尤其可以考虑以下这些值：这些值适于确定低频范围内的阻抗增大或者适于识别阻抗谱中的另一RC网络。

以下分析量适于确定低频范围内的阻抗增大。