Impedance Analysis and Parameter Estimation of Lithium-Ion Batteries Using the EIS Technique

电阻抗 锂(药物) 材料科学 离子 聚焦阻抗测量 估计理论 电气工程 电子工程 计算机科学 工程类 化学 算法 医学 有机化学 内分泌学
作者
Hugo Nunes,João Martinho,João Fermeiro,José Pombo,S.J.P.S. Mariano,M.R.A. Calado
出处
期刊:IEEE Transactions on Industry Applications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:60 (3): 5048-5060 被引量:51
标识
DOI:10.1109/tia.2024.3365451
摘要

Estimating the parameters of lithium-ion (Li-ion) batteries under dynamic working conditions is a critical challenge in the health management of electrical energy storage systems. This paper estimates the equivalent circuit model (ECM) parameters and analyzes the influence of different factors on the Li-ion batteries impedance using the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) technique. Firstly, the influence of the temperature, state of charge (SOC) and number of charging/discharging cycles on the impedance spectrum was studied. Nyquist plots were used to perform this analysis. Subsequently, ECMs were used to characterize the Li-ion batteries under study at different operating conditions. Specifically, the ECM parameters were estimated using the gaining-sharing knowledge (GSK) metaheuristic algorithm, allowing the consequent estimation of the impedance spectra obtained by the EIS technique. Experimental results included 15 datasets measured experimentally at three temperature levels for five SOCs and different number of charging/discharging cycles. To investigate the variation of Li-ion battery parameters with cyclic aging 350 datasets from the literature were also used. The results showed that the impedance and model parameters depend considerably on the considered factors. The estimation of the ECM parameters demonstrated high accuracy and reliability (mean RMSE values of 4.32E-02 and 2.33E-02 and mean STD values of 3.38E-16 and 5.82E-13 with measured and literature datasets, respectively), allowing the robust determination of the numerous impedance spectra under study.
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