PRBS（偽隨機二進制序列）在大容量鋰電池快速評價中的應用

PRBS 是 Pseudo-Random Binary Sequence 的縮寫，中文全稱為“偽隨機二進制序列"。它既具有隨機序列的統計特性，又因其由確定性算法生成而可以被預先確定和重復。這種獨特的“偽隨機"特性使其在通信、網絡和設備測試等領域有廣泛應用。

為什么叫“偽隨機"？

隨機性：在 PRBS 碼流的一個周期內，二進制數“0"和“1"的出現是隨機的，其頻譜特征與白噪聲非常接近。

確定性：與真正的隨機碼不同，PRBS 是由一個固定的生成函數和初始碼（種子）確定的。一旦這兩個因素確定，整個序列的順序就是固定的，并且會周期性重復。

如何生成？

PRBS 碼型發生器通常由移位寄存器和異或門 (XOR) 組成。通過特定的多項式反饋邏輯，可以生成不同階數的 PRBS 序列。

常用的階數有 7、15、23、31 等，我們稱之為 PRBS7、PRBS15 等。對于一個 n 階的 PRBS，其序列周期長度為 2? - 1。階數越高，碼型越豐富，越能模擬真實的數據環境。

PRBS在鋰電池測試中的應用

PRBS（偽隨機二進制序列）在鋰電池測試中主要用于快速電化學阻抗譜（EIS）測量，通過注入特定PRBS信號并分析電池響應，可在30秒內完成傳統需4-5分鐘的EIS測試，同時保持幅度誤差<1%、相位誤差<1°的高精度，顯著提升電池狀態監測效率。

1. 電化學阻抗譜（EIS）快速測量

傳統方法局限：標準EIS測試需逐頻注入正弦擾動，耗時長達4-5分鐘，難以滿足實時監測需求。

PRBS解決方案：通過注入PRBS信號（如PRBS23、PRBS31），利用其廣譜特性覆蓋目標頻率范圍，結合快速傅里葉變換（FFT）分析，30秒內即可獲取完整阻抗譜。

2. 電池健康狀態（SOH）評估

阻抗-健康關聯：電池內阻與SOH高度相關，PRBS測量的阻抗數據可直接用于SOH估算。

典型應用：韓國三星采用DNN-TL（遷移學習）模型，通過PRBS阻抗數據將SOH估算誤差控制在1.29%以內，即使在10℃低溫下仍保持阻抗測量線性度>95%。

多場景適應：PRBS測試適用于NCM、LCO、LFP等不同正極材料電池，支持-30℃極寒環境應用。

3. 安全監測與故障預警

枝晶檢測：通過PRBS頻譜分析，可提前15分鐘預警鋰金屬枝晶穿透隔膜事件，防止熱失控。

動態漂移監測：快充場景下，PRBS可監測高達8%/C的阻抗漂移率，及時調整充電策略。

低溫性能驗證：在-20℃環境下，PRBS測試可驗證電池管理系統是否滿足UL2581標準要求的連續測量差<0.5%。

實際測試展示 一

測試對象：商業314Ah LFP，SOC 0%

測試設備：PTC-05100EW

測試條件：室溫，PRBS12，50ms步長，15A振幅

PRBS頻域數據

PRBS數據處理后Bode圖

PRBS數據處理后Nyquist圖與EIS測試結果對比

實際測試展示 二

測試對象：314Ah LFP，SOC 0%

測試設備：IPS-05100EW

測試條件：室溫，PRBS8，100ms步長，5A振幅

PRBS時域數據

該數據為客戶實測數據，后續處理結果不便展示