[发明专利]一种复杂电池阻抗谱解析方法

说明书

本发明公开了一种复杂电池阻抗谱解析方法，属于电池机理分析与建模领域。本发明方法使用了阻抗谱的全部极化部分阻抗(包括实部和虚部数据)，既没有在低频区域做假设性的延拓，也没有直接舍弃阻抗谱中解析困难的部分，因此在理论上可以真实地反映实际电极过程的动力学特征；本发明方法通过交叉验证来完成正则化系数的选择：首先单独使用极化阻抗的实部、虚部数据计算弛豫时间分布函数的近似解，然后分别用极化阻抗的虚部、实部验证近似解的拟合精度，拟合均方根误差最小时，对应的正则化系数即为最优值；交叉验证可以保证在选择的正则化系数下，弛豫时间分布函数近似解最为精确。

技术领域

本发明属于电池机理分析与建模领域，更具体地，涉及一种复杂电池阻抗谱解析方法。

背景技术

阻抗谱技术是电极过程研究和电池建模的重要工具之一，它通过测量电化学系统在极宽频段范围内的交流阻抗来分析其内部的复杂反应过程，与充放电测试等时域方法相比可以获取更多的动力学信息和材料界面结构信息。电池阻抗谱解析是指根据测量得到的阻抗谱图，确定对应的等效电路或者数学模型，计算等效电路中的元件参数或者数学模型中的有关参数，并与其他电化学方法相结合，推测电极系统中包含的动力学过程及其机理。

目前，电池阻抗谱的主要解析方法为等效电路法，主要分为以下两步进行：首先根据电极反应的动力学规律构建出合理的等效电路模型，然后通过对实测阻抗谱数据的拟合，估计模型中的电路元件参数。在中国发明专利CN100570348C说明书中公开了一种金属材料表面性能的电化学阻抗谱综合分析方法，这种方法采用mCRR传输线模型拟合测量的电化学阻抗谱，然后确定模型中离散的电阻、电容参数随特征频率的变化规律和不同预处理条件下表征腐蚀阻力的电阻参数，最终根据模型参数的分布特征研究金属材料表面性能的差异。在中国发明专利CN104914312A说明书中也公开了一种计算交流阻抗谱弛豫时间分布的方法，这种方法在测量交流阻抗谱后，应用Tikhonov正则化方法和二次规划方法得到弛豫时间分布函数，然后通过函数图象的峰值和面积来研究不同电化学过程的时间常数及其阻抗的大小。

在这两种阻抗谱的分析方法中，第一种方法利用了电化学阻抗谱测量精度高和物理信息丰富的特点，通过选择客观、通用的模型结构，拟合其中的电路元件参数，并根据参数分布特征推断金属材料表面发生的过程，评价金属材料表面预处理的效果，从而筛选和优化预处理配方和工艺。但与此同时，它无法确定所有电路元件参数与特定电化学过程之间的对应关系，且mCRR模型的阶数仅由拟合误差决定，不能揭示背后的物理意义。第二种方法基于交流阻抗谱数据重构了弛豫时间分布函数，且重构过程无需预先假设电化学过程数量和确定等效电路模型结构，避免了建模过程带来的主观性；同时提高了阻抗谱分析的频域分辨率，在一个频率数量级内可以解析出2～3个电化学过程，即使它们的时间常数相近，仍然可以做出准确区分。

然而，该方法中弛豫时间分布函数的计算仅使用了阻抗谱的虚部数据，而不涉及实部数据，计算结果的误差相对较高；另外，在应用Tikhonov正则化方法时，直接人为指定正则化系数，没有明确提出正则化系数的选择方法，解得的弛豫时间分布函数不一定是最优解。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种复杂电池阻抗谱解析方法，其目的在于提供一种不需要预先建立等效电路模型，即可以准确区分不同电极反应过程的阻抗谱解析方法。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种复杂电池阻抗谱解析方法，包括：

S1.对电池进行阻抗谱测试，得到测试频率和对应的交流复阻抗；

S2.在交流复阻抗数据中减去阻感部分阻抗，得到后续用于弛豫时间分布解析的极化部分阻抗；

S3.采用分段线性插值方法对弛豫时间分布函数进行离散化处理，建立极化部分阻抗和弛豫时间分布函数之间的线性关系；