【導讀】suishuoqichediandonghuayichengdashi
，danzhengzhidongji，bushaoxiangmaidiandongqichedepengyouzongdanxinzaidiandongqichedexuhangbugou，shenzhizaiyanhandetianqilizaicheneikaikongtiaoyebianchengyijianshechideshiqing。shishishang，diwenyizhiyilaidoushidianchidedadi，diandongqichedonglidianchiyeyiyanghaipadiwen，zheshiyoudiandongqichedonglidianchicailiaotexingjuedingde。juedabufendiandongqichedonglidianchicailiaoyouzhengjideduoyuansulicailiaohefujideshimocailiaogoucheng，lilizizaidianjieyezhongyoudianshichahedianjieyenongduchaqudongchuanguogemoxingchengdianliu。danshililizizaidiwenxiahuoxingjiangdi，keyichuanguogemodelilizibianshaole，biaoxianweidiwenxiadonglidianchideneizuzengjia，keyongdianliangjianshao。

鋰離子電池工作原理

采用現代化測試手段研究鋰離子電池性能是降低電池成本
、提高續航裏程的重要實現形式。

電化學阻抗譜（EIS）廣泛應用於鋰離子電池正負極材料分析、鋰離子脫嵌動力學參數研究、固體電解質、界麵反應和SOC預測等方麵的研究，是分析鋰離子電池性能的有力工具。

下圖所示的電路是電化學阻抗譜測量係統，用於表征鋰離子和其他類型的電池。EIS 是shi一yi種zhong用yong於yu檢jian測ce電dian化hua學xue係xi統tong內nei部bu發fa生sheng的de過guo程cheng的de安an全quan擾rao動dong技ji術shu，該gai係xi統tong測ce量liang電dian池chi在zai一yi定ding頻pin率lv範fan圍wei內nei的de阻zu抗kang。這zhe些xie數shu據ju可ke以yi確que定ding電dian池chi的de運yun行xing狀zhuang態tai(SOH)和充電狀態(SOC)。該係統采用超低功耗模擬前端(AFE)，旨在激勵和測量電池的電流、電壓或阻抗響應。

簡化電路功能框圖

完整 EIS 電池係統

由於老化會導致電池性能下降和電池化學成分發生不可逆變化，阻抗隨容量的下降而呈線性增加，使用 EIS 監視電池阻抗的增加可以確定 SOH 以及電池是否需要更換，從而減少係統停機時間和維護成本。ADI公司的阻抗和電化學前端AD5941是EIS測量係統的核心。

AD5941 是一款高精度
、低功耗模擬前端 (AFE)，專為需要高精度、基於電化學的測量技術（如電流
、伏安或阻抗測量）的便攜式應用而設計。AD5941由一個低帶寬環路
、一個高帶寬環路


、一個高精度模數轉換器(ADC)和一個可編程開關矩陣組成，其中：

●     低帶寬環路由低功耗、雙輸出數模轉換器(DAC)和低功率跨阻抗放大器(TIA)組成，前者可產生V_ZERO和V_BIAS，後者可將輸入電流轉換為電壓。低帶寬環路用於低帶寬信號，其中激勵信號的頻率低於200 Hz，例如電池阻抗測量

●     高帶寬環路用於EIS測量。高帶寬環路包括一個高速DAC
，用於在進行阻抗測量時產生交流激勵信號。高帶寬環路有一個高速TIA，用於將高達200 kHz的高帶寬電流信號轉換為可由ADC測量的電壓。

●     開關矩陣是一係列可編程開關
，允許將外部引腳連接到高速DAC激勵放大器和高速TIA反相輸入端。開關矩陣提供了一個接口，用於將外部校準電阻連接到測量係統。開關矩陣還提供電極連接的靈活性。

由於電池的阻抗通常在毫歐姆範圍內，還需要一個類似值的校準電阻R_CAL。R_CAL較小，外部增益級使用AD8694來放大接收信號。AD8694具有超低噪聲性能以及低偏置和漏電流參數
，這對EIS應用至關重要。此外，在R_CAL和實際電池上共用一個放大器有助於補償電纜、交流耦合電容和放大器產生的誤差。

其工作原理為AD5941使用波形發生器、高速DAC(HSDAC)和激勵放大器來產生正弦波激勵信號。頻率可編程

，範圍為0.015 mHz至200 kHz。信號通過CE0引腳和外部達林頓對晶體管配置應用於電池。該電路需要電流放大器，因為激勵緩衝器所能產生的電流上限為3 mA。典型電池需要高達50 mA。

該過程中有兩個電壓測量階段。首先
，測量R_CAL上的壓降。其次
，測量電池電壓。每個組件上的壓降在微伏的範圍內很小(μV)。因此，測得的電壓通過一個外部增益級發送。增益放大器AD8694的輸出通過引腳AIN2和引腳AIN3直接發送到至AD5941芯片上的ADC。通過利用離散傅裏葉變換(DFT)硬件加速度計，對ADC數據執行DFT，其中實數和虛數計算並存儲在數據FIFO中
，用於R_CAL電壓測量和電池電壓測量。ADG636對電池和R_CAL進行多路複用，輸出至AD8694增益級。

EIS測量圖

EIS采用比例式測量法。為了測量未知阻抗(Z_UNKNOWN)，在已知電阻R_CAL上施加交流電流信號
，並測量響應電壓V_RCAL。然後在未知阻抗Z_UNKNOWN上施加相同的信號，並測量響應電壓V_ZUNKNOWN。對響應電壓執行離散傅裏葉變換
，確定每次測量的實值和虛值。可使用下式計算未知阻抗：

dianhuaxueneizutupuceshifangfashitongguozhuruyidingdedianliubadianchidedianyabianhua，laifenxizaibutongpinlvdedianliuqingkuangxia
，tongguotadedianyadianliutexinglaifanyingchuzhenggedianchilimianneizubianhua
，yejiujibenshangnengfanyingchudianchidianhuaxuetexingdebianhua。taduiyuzhenggedianchideshoumingyuce，baokuoduiyudianchinengfouanquangongzuoshiyigehenguanjiandecanshu。zhezhongdianhuaxueneizudeceshiyeshiyigexiangduibijiaofuzadejishu，ADI基於高精度、阻抗和電化學前端芯片AD5941提供了一種相對比較簡單
、成本比較低的一種方式
，可以估算出電池電化學內阻。

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