实时测量方法延长电池寿命并提升安全性
一种创新的实时测量方法使电动汽车的电池管理得以优化，从而提升安全性并延长使用寿命。该方法由 Fraunhofer IFAM（先进材料与制造技术研究所） 开发，基于阻抗谱分析，可在电池运行过程中实时分析其内部状态的详细测量数据。这项技术甚至可用于对安全性要求极高的应用场景。
强大且安全的电池是电动交通成功的关键要素，因此能够准确测量电池容量与状态至关重要。在现有方法中，阻抗谱分析是最具信息量的技术。阻抗并不能直接测量，而是通过电流与电压之间的关系计算得出。它能揭示电池的荷电状态（SoC），并推断健康状态（SoH）——即电池内部阴极、阳极和电解液等部件的状况，甚至可反映电池的安全水平。
但要采集所有必要的数据，往往需要耗时的测量与复杂的分析。传统阻抗测量只能在静止状态下进行，通常需要约 20 分钟才能获得可用于表征电池的数据。
由 Fabio La Mantia博士领导的 Fraunhofer IFAM 团队在此基础上进行了改进。 他们首次实现了动态阻抗谱， 可在电池运行期间实时计算与状态相关的测量结果并即时输出。
软包锂电池动态阻抗谱测试的实验装置
借助这种方法，不仅能获得电池容量或剩余运行时间的信息，还可获取电池内部的详细动态图像，从而预测单个电池单元的潜在寿命。
相比之下，现有的电池管理系统（例如电动车 onboard 电控模块）虽然也会在使用中持续监测，但响应速度慢、信息有限且精度较低。
“动态阻抗谱为优化电池管理开辟了新途径，既能延长电池寿命，也使其可用于高安全级应用。” —— 项目负责人 Hermann Pleteit
高分辨率测量与实时分析
该创新方法通过在放电或充电电流上叠加多频测试信号实现测量。不同频率信号可揭示电池内部各组分或过程的状态。系统以每秒高达 100 万次（1 MHz） 的速率测量电流与电压响应信号。
所有高分辨率测得的数据实时输入到数据处理系统， 软件据此计算阻抗值的变化，并推断对应电池单元的状态。
由于高分辨率测量生成的数据量极大，Fraunhofer 研究人员设计了新的算法来实现实时结果：
“我们开发了算法，在不损失关键信息的前提下显著减少数据体量。” —— Pleteit 解释道。
得益于这些算法改进，系统能够实时监控并控制电池状态的所有参数， 从而实现前所未有的响应速度与精度。
电池充电过程过程中测得的动态阻抗谱
快速响应过热单元
利用阻抗数据，电池管理系统（BMS）可以即时检测到单体电池的局部过热现象， 例如在行驶中，当某个单元温度异常上升时，系统可立刻关闭该单元或降低其功率。
因此，无需依赖传统的温度传感器。 后者安装在电芯外部，往往在检测到温升时已经来不及防止损伤。
此外，该技术对电动车充电策略也有优势： 系统可根据阻抗信息判断是采用超快充电还是慢充以延缓老化。 例如，在短暂停靠时，系统可快速充电同时防止危险的温度尖峰； 若车辆长时间接入充电桩，系统则自动采用低速充电模式，以减少电池磨损并延长寿命。
在可再生能源与航空领域的应用
对于风能或光伏等可再生能源供应商来说， 这种实时监控技术能使储能系统保持稳定并持续可控。
研究团队认为，实时监测还可使该技术应用于安全关键领域：
“未来，这类系统可用于环保型电动飞机。 虽然该市场仍处于起步阶段。此外航运业也对该技术表现出兴趣。” —— Pleteit 表示。
技术前景与兼容性
阻抗谱技术不仅适用于当前广泛使用的锂离子电池， 也同样可应用于未来的固态电池、钠离子电池或锂硫电池等多种新体系。
