强大且安全的电池是电动汽车成功的关键要素。因此，测量电池的容量和状态至关重要。阻抗谱法是获取更多信息的测量方法。阻抗本身无法直接测量，而是通过电流和电压之间的关系计算得出。阻抗提供有关电池荷电状态 (SoC) 的信息，并有助于推断其健康状况(SoH，即电池内部状况，包括正极、负极和电解质的位置)或其安全状态。
收集所有必要数据需要耗时的测量和分析方法。此外，迄今为止，阻抗测量只能在静止状态下进行。通常需要长达 20 分钟才能获得表征电池所需的数据。
在 Fabio La Mantia 的领导下，弗劳恩霍夫 IFAM 的研究人员进一步开发了这种方法。现在，动态阻抗谱技术首次能够计算电池在运行过程中的状态测量值，并实时提供数据。
通过这种方式获取的信息远不止简单的充电容量或剩余工作时间数据。它能够提供电池内部状态的详细、准确和深入描述。这也能让我们预测单个电池的潜在寿命。
虽然现有的电池充电状态显示器(例如，集成在电动汽车的车载电子设备中)也会在使用过程中持续进行测量，但它们提供的信息较少，响应速度较慢，而且不太准确。
“首先，动态阻抗谱技术为优化电池管理开辟了新的可能性，从而延长电池的使用寿命。它也为这些电池在安全关键型应用领域的应用铺平了道路。”该项目负责人Hermann Pleteit解释道。
高分辨率测量方法和直接分析
在这种创新方法中，放电或充电电流与多频测试信号叠加。不同的频率使得能够推断电池内部某些组件或过程的状态。电流和电压的响应信号每秒测量高达一百万次。所有来自高分辨率测量方法的数据都会流入同时运行的数据处理系统。软件程序利用这些信息计算阻抗值的演变，然后推断相关电池单元的状态。
为了在高分辨率测量产生海量数据的情况下实时获得结果，弗劳恩霍夫的研究人员设计了另一个巧妙的技巧。“我们开发了算法，可以在分析之前显著减少数据量，同时又不丢失相关信息，”Pleteit 说道。与这些进展相一致，通过阻抗谱法实时控制电池状态的各个方面具有显著的优势。
快速关闭过热的电池
例如，电池管理系统可以利用阻抗数据，在行驶过程中立即记录某个电池单元局部过热的情况。然后，系统会直接关闭该电池单元或降低功率。这消除了对传统温度传感器的需求，因为这些传感器通常放置在电池单元外部，因此会延迟记录热问题。到那时，通常为时已晚，无法防止电池单元受损。
电动汽车充电器也有一些优势。例如，这项技术可以用来决定是选择超快速充电还是较慢但能减少电池磨损的充电方式。在休息站的短暂停留期间，电池管理系统会快速为电池充电，同时确保不会出现危险的温度峰值，并且内部组件不会承受过度压力。如果车辆插入充电器几个小时，管理系统会以较慢的速度为电池充电，以减少磨损并延长电池使用寿命。
可再生能源和航空应用
风能或光伏等可再生能源的供应商需要通过储能来补偿电力生产的波动，而借助弗劳恩霍夫技术，他们可以获得稳定的电池模块系统，并可随时进行控制。
实时监控电池状态甚至有望在未来安全关键场景中实现应用。“例如，这类系统可以用于环保型电动飞机。这个市场目前尚处于起步阶段。航运业也对这项技术表现出了浓厚的兴趣，”Pleteit 说道。
阻抗谱法不仅适用于目前常见的锂离子电池，还可以应用于固态电池、钠离子电池、锂硫电池，或任何其他未来技术。
