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EIS 等效电路拟合器
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EIS 等效电路拟合器

把一条阻抗谱拟合成等效电路,全部在你的浏览器里完成。数据不上传,页面上没有任何网络请求。

站内已有 HPPC 脉冲内阻分析器 和 dQ/dV 增量容量分析器,这是电池表征三大手段里的第三个。

输入格式

三列的 CSV/TSV:频率(Hz)、Z 实部(Ω)、Z 虚部(Ω)。有没有表头都行,分隔符会自动识别(逗号、制表符、分号)。列的对应关系可以在下面手动改。

虚部的符号会自动判断。不同仪器导出的第三列有的是 Im(Z),有的已经取过负号(因为 Nyquist 图画的是 −Im(Z))。判断依据是哪种读法能让谱线落在容性半平面里,页面上会写明这次按哪种读的;如果弧线上下翻了,手动切换即可。

三个会改变结果但通常看不见的选择

权重。不加权的最小二乘最小化的是绝对误差,于是 |Z| 最大的低频尾巴主导了整个拟合,而 R_ct 所在的中频弧几乎没被约束。用内置的合成电池跑 60 组噪声实现,同一条谱线两种权重拟出的 R0 是:模值权重 −0.04% ± 0.19%,单位权重 −10.03% ± 30.37%,其中 6 组还把 R1 推到了边界上。所以权重是页面上的一个显式控件,并且会跟结果一起打印出来——不写权重的拟合结果是不可复现的。

可识别性。如果某条支路的特征频率落在实测频率范围之外,那它是被外推出来的,不是被测出来的,而残差不会告诉你这件事。每条支路都会报出自己的 f_c,落在范围外时明确标注。

压扁的弧。真实电极的弧心在实轴下方。硬套理想 RC 会让 R 偏低、C 偏高,而残差往往看起来还行。ZARC(R 并联 CPE)就是为此存在的,它的指数 n 本身就是一个诊断量:n 明显小于 1,说明理想电容模型从一开始就不该用。

为什么 Nyquist 图是方的

这张图两个轴用同一个比例尺。这不是排版偏好:一旦允许两轴各自拉伸,压扁的弧和标准半圆看起来完全一样——而「这段弧压扁了没有」正是读这张图的主要目的。所以图的长宽比由数据决定,不由版面决定。

典型的失败情况

  • 参数标注为「撞到边界,未识别」。常见于模型比数据支持的复杂。ZARC 在 R 增大而 R·Q 不变时会退化成纯 CPE,此时 R 和 Q 沿一条山谷一起跑向无穷而残差不动。工具会把它标出来而不是打印一个天文数字。换更简单的模型,或者把频率测宽。
  • 拟合落进局部极小。初值取自 Nyquist 图上能直接读出的量(高频实轴截距、弧顶频率),大多数情况够用;如果谱线里有两段强烈重叠的弧,双 ZARC 模型可能需要多试几次。
  • 低频尾巴不是 Warburg。带阻塞边界的电池在极低频会翘起来,半无限 Warburg 拟合不了那一段。截掉那几个点,或者接受该处残差偏大。

这些失败都不会抛异常;开发这个拟合器时一共撞到八个这样不报错的问题,最贵的一个是 LM 步长少了一个负号、函数安静地返回了初始猜测,完整经过写在八个不报错的失败里。

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