基于EIS的镍氢电池快速检测方法研究

摘要

MH-Ni电池具有高能量密度、适合大电流放电可与镉镍电池可替换并且消除了镉污染等优点而得到了广泛的应用和快速的发展。面对电池需求量的扩大和对电池性能要求的提高。传统的电池检测方法既费时又消耗大量电能，在检测的同时消耗了电池的寿命，还无法保证电池性能的一致性，已经不能满足更高的要求。所以，提出一种快速无损并节省能源的电池检测方法是必要的。 电化学阻抗谱(EIS)方法，已经在电化学领域有广泛的应用，并且通过这种方法可以了解电极反应过程中各电化学参数的变化，而且它对电极系统本身没有损坏。本文要将EIS方法用于电池检测中，从而解决传统检测方法的不足。 本文中，以AA型MH-Ni电池为对象，通过测量它的EIS确定电池的等效电路模型，同时确定了模型中的电化学参数。然后应用混合算法对模型中的参数进行拟合，其中遗传算法选取参数的最优初始值，保证非线性最小二乘拟合算法可以收敛。从而可以实现电化学参数的在线拟合，这也是检测方法的关键。 最后，通过电池循环充放电EIS研究实验和不同放电深度(DOD)的EIS研究实验，分析实验中各电化学参数变化的规律以及对电池被测参数的影响程度来确定快速检测方法中的检测依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 MH-Ni电池应用及发展

1.2电池检测系统的现状

1.3电池快速检测方法的发展

1.4课题来源及本文主要研究工作

1.4.1课题来源

1.4.2课题研究的目的及意义

1.4.3本论文研究工作

1.5本章小节

第2章电化学阻抗谱与等效电路

2.1交流阻抗技术

2.2等效电路与等效元件

2.2.1基本等效元件

2.2.2 R与C串联的复合元件

2.2.3 R与C并联复合元件

2.3 MH-Ni电池工作原理与其等效电分析

2.3.1 MH-Ni电池工作原理

2.3.2 MH-Ni电池的等效电路

2.4本章小节

第3章遗传算法分析

3.1遗传算法概要

3.2编码方式选择

3.3遗传算子的选择

3.3.1选择算子

3.3.2交叉算子

3.3.3变异算子

3.4遗传算法运行参数的确定

3.5本章小节

第4章电化学阻抗谱数据拟合混合算法设计

4.1遗传算法设计

4.1.1数学模型的建立

4.1.2确定决策变量及相应的约束条件

4.1.3目标函数

4.2非线性最小二乘法处理

4.3遗传算法与非线性最小二乘法的结合

4.4基本遗传算法的改进

4.4.1基本运行逻辑的改进

4.4.2交叉和变异操作的改进

4.4.3初始群体的生成方式的改进

4.4.4约束方式的改进及活动窗口的设置

4.5拟合实验及结果分析

4.5.1演化代数的频率分布

4.5.2算法C所给出的同归处理结果

4.6本章小节

第5章AA型MH-Ni电池检测方法研究

5.1 AA型MH-Ni电池容量循环衰减的EIS研究

5.1.1实验电池

5.1.2充放电循环方法

5.1.3交流阻抗的测定方法

5.1.4实验结果分析

5.2 AA型MH-Ni电池不同放电深度EIS研究

5.2.1实验方法

5.2.2实验结果分析

5.3本章小节

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢