← 返回
通过开关瞬态信号从可重构锂离子电池系统中同步提取阻抗谱
Synchronous Impedance Spectroscopy Extraction from Reconfigurable Lithium-ion Battery System via Switching Transient Signal
| 作者 | Jichang Peng · Wen Xie · Jinhao Meng · Haitao Liu |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年8月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 大规模储能系统 可重构电池系统 电化学阻抗谱测量 S变换 电池状态评估 |
语言:
中文摘要
大规模储能系统中的电池不一致性是限制其运行效率的关键瓶颈。可重构电池系统(RBS)能够调节模块内电池的互连方式,以实现电池均衡并优化模块性能。然而,RBS的控制策略依赖于电池的精确状态,而传统的电流、电压和温度测量系统无法为此提供足够支持。本文提出了一种在线电化学阻抗谱(EIS)测量方法,该方法利用RBS运行过程中的开关瞬态特性。引入了一种聚焦能量的S变换,以增强瞬态期间高频阻抗的获取能力,从而拓宽EIS的带宽。所提出的算法能够从RBS重构过程中固有的开关瞬态中精确提取电池级EIS信号,实现对电化学状态的实时评估,为先进的RBS控制策略提供直接支持。该方法在较宽的温度范围(-20°C至35°C)和多种荷电状态下得到了验证。
English Abstract
Cell inconsistency in large-scale energy storage system constitutes a critical bottleneck limiting operational efficiency. Reconfigurable battery systems (RBSs) can regulate cell interconnections within modules to achieve cell balance and optimize module performance. However, the control strategies of the RBS depend on precise states of the cells, where conventional current, voltage, and temperature measurement systems inadequately support. This letter proposes an online electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurement method that leverages switching transients during operation of the RBS. An energy-focused S-Transform is introduced to enhance high-frequency impedance acquisition capabilities during transient periods, and thus expanding the bandwidth for EIS. The proposed algorithm achieves precise extraction of cell-level EIS signals from switching transients inherent in RBS reconfiguration, enabling real-time electrochemical state assessment that directly supports advanced RBS control strategies. The validation of the proposed method is proved across a wide temperature range (−20 °C to 35 °C) and multiple states of charge.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统业务视角来看,这项基于可重构电池系统切换瞬态信号的同步阻抗谱提取技术具有显著的工程应用价值。当前我司大规模储能系统面临的核心痛点之一是电芯不一致性导致的系统效率损失和寿命衰减,而该技术为解决这一问题提供了新的技术路径。
该论文提出的在线电化学阻抗谱(EIS)测量方法最大的创新在于将RBS运行过程中不可避免的开关瞬态转化为诊断信号源,无需额外注入激励即可实现电芯级健康状态的实时监测。这与我司PowerTitan、PowerStack等储能产品追求的智能化运维方向高度契合。通过能量聚焦S变换增强高频阻抗采集能力,该技术在-20°C至35°C宽温度范围和全SOC区间的有效性,恰好满足我司储能系统在不同气候区域部署的实际需求。
从技术成熟度评估,该方法已完成实验室验证,但距离工程化应用仍需解决几个关键问题:一是RBS拓扑结构的复杂性可能影响信号提取精度,需要针对我司现有模块化架构进行适配性开发;二是算法的实时性要求与现有BMS计算资源的匹配问题;三是长期可靠性验证数据的缺失。
战略机遇方面,若能将此技术集成到我司新一代储能系统中,可实现从被动均衡到主动预测性维护的跨越,显著提升系统全生命周期经济性。建议技术中心与研发团队跟进评估,探索在液冷储能系统等高端产品线的试点应用可能性,同时关注相关专利布局以保持技术竞争力。