今天分享的是：2025年锂离子电池动态阻抗测量及应用报告

报告共计：23页

锂离子电池动态阻抗技术：解码新能源安全与效率的核心钥匙

在“双碳”战略加速推进的当下，新能源产业迎来爆发式增长。作为新能源汽车、储能电站等领域的“心脏”，锂离子电池的安全性与性能监测成为行业关注的焦点。西安交通大学团队在第十二届电工技术前沿问题学术论坛上发布的《锂离子电池动态阻抗测量及应用报告》，围绕动态阻抗测量技术展开深入研究，为电池安全管理与性能优化提供了全新解决方案。

一、产业背景：新能源浪潮下的电池安全挑战

随着新型电力系统建设与新能源汽车普及，锂离子电池的市场规模呈指数级增长。数据显示，2024年中国新型储能新增投运43.7GW/109.8GWh，同比增长超100%；全球电动汽车电池装车量达894.4GWh，同比增长27.2%。预计2025年国内新能源商用车销量将突破90万辆，渗透率达30%。

然而，电池安全事故频发成为行业痛点。2024年，全球多地发生储能电站起火、电动汽车充电爆炸等事件，如德国Neermoor储能系统起火耗时10小时扑灭，美国圣地亚哥电站火灾持续16天，韩国Aricell电池工厂火灾造成23人死亡。这些事故暴露了传统监测手段的局限性——早期隐患难以及时察觉，火灾扑救难度大，社会影响深远。

国家层面高度重视电池安全，五部门联合发布《关于加强电化学储能安全管理有关工作的通知》，明确要求提升电池系统本质安全水平。在此背景下，寻找一种能实时、精准监测电池内部状态的技术，成为产业破局的关键。

二、技术突破：动态阻抗测量的革新路径

传统的电化学阻抗谱（EIS）技术虽能反映电池内部特性，但存在明显短板：离线测量无法适配动态工况，分钟级测量耗时难以捕捉瞬时故障，单台设备10万-20万元的成本也限制了大规模应用。而新能源场景下，储能电站调频、汽车行驶等动态工况对阻抗实时监测提出了更高要求。

西安交通大学团队聚焦“动态阻抗测量”（DEIS），开展了三项关键技术创新：

1. 宽频阻抗快速测量信号优化

针对动态工况下噪声干扰与测量效率问题，团队设计了二元序列优化方法（COBS）。通过迭代优化频域谐波信噪比，该方法使阻抗提取无需额外滤波器，测量时间缩短至理论最小值，且对激励设备要求低，可直接注入电池系统。实验数据显示，在不同荷电状态（SOC）和温度下，COBS信号的阻抗测量精度显著优于传统多正弦波（Multisine）技术。

2. 动态阻抗抗干扰算法升级

为解决电压漂移对动态测量的影响，团队开发了滑动均值滤波算法。该算法计算量小，能稳定去除低频干扰，实现全频段高精度测量。在恒流充放电工况测试中，处理后的阻抗数据与拟合值误差小于5%，有效提升了复杂工况下数据的可靠性。

3. 复杂场景下的实时阻抗提取

针对电动汽车行驶工况的复杂性（如中国轻型汽车行驶工况CLTC、重型商用车工况CHTC等），团队提出二阶微分加窗算法。通过自适应调整微分参数，该方法在避免过拟合的同时，能有效提取动态阻抗特征。在NEDC、FTP-75等多种工况测试中，阻抗谱与实际电池状态吻合度超90%，为车载实时监测奠定了基础。

三、应用场景：从安全预警到全生命周期管理

动态阻抗技术的核心价值，在于将电池内部“不可见”的电化学过程转化为“可解析”的阻抗数据，实现多维度应用：

1. 无传感器内温估计

传统电池内温监测依赖内置传感器，存在成本高、安装复杂等问题。团队通过分析阻抗谱与温度的相关性，建立了宽频阻抗内温估计模型。实验表明，该模型无需额外传感器，在-20℃至45℃范围内，温度估计均方根误差（RMSE）低于0.6℃，可精准反映电池内部热状态，为热管理系统优化提供关键数据。

2. 过充状态智能识别

过充是引发电池热失控的主要原因之一。团队基于动态阻抗谱构建了等效电路模型（ECM），通过监测电荷转移电阻（R₂）、双电层电容（C₂）等参数变化，实现过充预警。当电池进入过充状态（SOC>100%）时，R₂参数变化率（sₖ）显著增大，可提前数分钟发出警报，较传统电压监测更灵敏。

3. 析锂故障在线检测

析锂会导致电池内部短路，是容量衰退的重要诱因。传统离线检测需拆解电池，无法满足实时监测需求。动态阻抗技术通过捕捉电荷转移阻抗的异常减小趋势，可在充放电过程中实时识别析锂起始点。实验显示，在1.0C至2.5C充放电倍率下，DEIS技术能有效检测到析锂引起的阻抗突变，为早期故障干预提供依据。

4. 健康状态（SOH）精准评估

电池健康状态估计是全生命周期管理的核心。团队提出阻抗特征优化算法，通过遗传算法筛选关键频率点的阻抗实部（ARe）与虚部（AIm），结合五重交叉验证提升模型鲁棒性。与传统机器学习算法（如DNN、XGBOOST）相比，该方法在不同工况下的SOH估计均方根误差（RMSE）低至1.24%，显著提升了老化预测精度。

四、未来展望：推动下一代电池系统智能化

动态阻抗技术的突破，标志着电池监测从“被动防护”向“主动预警”迈进。其核心优势体现在：

- 实时性：毫秒级阻抗测量，适配动态工况；

- 精准性：覆盖电荷传输、界面反应、离子扩散等多物理过程；

- 经济性：无需额外传感器，可与电池管理系统（BMS）深度融合。

目前，西安交通大学已搭建宽频阻抗测量实验平台，实现充放电测试、动态阻抗测量与安全状态监测的一体化。未来，该技术有望在以下领域深化应用：

- 储能电站：结合智能算法实现热失控预警，提升电站安全性；

- 电动汽车：嵌入车载BMS，提供实时健康诊断与剩余寿命预测；

- 电池回收：通过阻抗谱快速评估退役电池健康状态，优化梯次利用路径。

随着新能源产业向高安全、高智能方向升级，动态阻抗技术或将成为下一代电池系统的“标配”技术，为“双碳”目标的实现提供坚实的技术支撑。正如报告指出，这项技术不仅是一把解码电池安全的“钥匙”，更是推动新能源产业智能化变革的重要引擎。

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