一种电池交流阻抗的测量电路及测量方法技术

本发明专利技术提出了一种电池交流阻抗的测量电路及测量方法，属于电池测量技术领域。该测量电路包括电池电流信号调理模块，以获取加载在电池上的激励电流并进行放大滤波，与电池连接的电池响应电压信号调理模块，以测量电池对激励电流的响应电压并进行放大滤波，以及与电池电流信号调理模块和电池响应电压信号调理模块均连接的信号处理与控制模块，以正交计算激励电流的正交值，并将激励电流、正交值和响应电压进行互相关得到互相关结果，且基于该互相关结果计算阻抗模和阻抗角，得到电池的交流阻抗。本发明专利技术能够以简单的方式，快速准确地测量电池的交流阻抗，且尤其适用于测量动力电池单体的交流阻抗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池测量
，涉及一种阻抗测量技术，尤其涉及一种交流阻抗的测量技术。
技术介绍
新能源电动汽车被认为是解决能源、环境问题的有效途径，受到了各国的大力支持和推进。在新能源车上，动力电池需要提供强大的驱动力，并且还要向动力转向系统、信号系统、点火系统等提供电能。为了更好地了解电池使用状态，需要获取和分析电池的各种状态(寿命、内部温度、荷电状态等)。早期的电池状态估计主要是针对电池的荷电状态，通过对电压、电流、温度的检测，借助各种算法实现。交流阻抗测量作为一种频域分析手段，相比时域分析方法，可以提供更多的信息。目前，动力电池的交流阻抗测量大多基于电化学工作站，采用交流阻抗法(EIS)能够非常精确地得到电池的阻抗信息，但是算法复杂，设备体积庞大，不适用于车载阻抗测量。为了实现车载阻抗测量，必须引入更加简单的阻抗计算方法，在保证精度和快速性的同时，优化阻抗计算算法，获取能够反映电池状态的阻抗信息，实现车载动力电池单体的阻抗测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电池单体交流阻抗的测量电路及测量方法，以实现基于简单的方式快速测量单体电池的交流阻抗，且同时保证测量结果的精确性。为了达到上述目的，本专利技术的解决方案是：一种电池交流阻抗的测量电路，包括电池电流信号调理模块，以获取加载在电池上的激励电流并对所述激励电流进行放大滤波，与所述电池连接的电池响应电压信号调理模块，以测量所述电池对所述激励电流的响应电压并所述响应电压进行放大滤波，以及与所述电池电流信号调理模块和所述电池响应电压信号调理模块均连接的信号处理与控制模块，以正交计算所述激励电流的正交值，并将所述激励电流、所述正交值和所述响应电压进行互相关得到互相关结果，且基于所述互相关结果计算阻抗模和阻抗角，得到所述电池的交流阻抗。优选地，所述测量电路还包括串联在所述电池上的采样电阻，所述电池电流信号调理模块的输入端连接在所述采样电阻的两端；所述电池响应电压信号调理模块的输入端连接在所述电池的两端。上述电池交流阻抗的测量电路还包括连接在所述电池电流信号调理模块和所述电池响应电压信号调理模块以及所述信号处理与控制模块之间的电压电流采样模块，以从所述电池电流信号调理模块测量所述激励电流，从所述电池响应电压信号调理模块测量所述响应电压，并向所述信号处理与控制模块传送所述激励电流和所述响应电压。优选地，所述电压电流采样模块为高精度同步采样AD芯片，对所述激励电流和所述响应电压进行同步采样。上述电池交流阻抗的测量电路还包括连接在所述电压电流采样模块和所述信号处理与控制模块之间的通信模块，以向所述信号处理与控制模块传送所述激励电流和所述响应电压。所述信号处理与控制模块包括与所述通信模块连接的正交子模块，以对所述激励电流进行正交计算得到所述正交值。优选地，所述信号处理与控制模块还包括与所述通信模块和所述正交模块均连接的阻抗计算子模块，以根据所述激励电流、所述正交值和所述响应电压得到所述电池的交流阻抗。经过所述互相关计算，同相相关运算结果X为：反相相关运算结果Y为：阻抗模为：阻抗角为：其中，iorth为所述正交值；isyn为激励电流直接作为同相参考信号；M为采样点数，u(k)为电压信号，k为采样点的序号。或者，所述阻抗模为响应电压的幅值和激励电流的幅值之比。本专利技术还提出了一种电池交流阻抗的测量方法，包括以下步骤：(1)对所述电池施加激励电流，进行交变电流激励；(2)测量所述电池对所述交变电流激励的响应电压；(3)对所述激励电流进行正交计算，得到正交值；(4)对所述激励电流、所述正交值和所述响应电压进行互相关运算，得到互相关结果；(5)根据所述互相关结果，计算组抗模和阻抗角，得到所述电池的交流阻抗。优选地，在所述步骤(3)之前，对所述激励电流和所述响应电压均进行放大和滤波调理。所述激励电流为包含单一频率成分的正弦电流。所述步骤(3)采用正交移相电路进行所述正交计算。或者，所述步骤(3)采用正交化软件进行所述正交计算。经过所述互相关计算，同相相关运算结果X为：反相相关运算结果Y为：阻抗模为：阻抗角为：其中，iorth为所述正交值；isyn为激励电流直接作为同相参考信号；M为采样点数，u(k)为电压信号，k为采样点的序号。或者，所述阻抗模为响应电压的幅值和激励电流的幅值之比。所述电池为动力电池的单体。由于采用上述方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术电池交流阻抗的测量电路及测量方法尤其适用于动力电池单体，利用已知的交流激励电流信号直接作为参考信号进行阻抗计算，在阻抗计算过程中不需要额外的参考信号生成模块，简化了阻抗计算算法，因此更具有实用性和在线测量的可行性，实现低信噪比下交流阻抗的准确快速测量；通过测量不同频率下电池的阻抗，得到电池的交流阻抗谱，结合电池的阻抗模型能够为纯电动车、混合动力汽车、电动自行车等动力电池的寿命估计、温度估计、荷电状态估计等提供有价值的阻抗信息。同时，本专利技术采用激励电流直接作为相关运算的参考信号，能够很好的保证参考信号与待测信号同频，并且采用一次相关运算就能够得到电池的阻抗模和阻抗角，因此也提高了阻抗计算的精确度。此外，本专利技术采用激励电流的正交值作为反相参考信号进行阻抗计算，从相比于现有的采用数字锁相放大器进行阻抗计算，需求软件合成参考信号的角度，也进一步简化了计算，保证了精确度和在线测量的可行性。相比现在常用的使用电化学设备阻抗测量的复杂性，本专利技术成本较低，实施简单更具有可行性，尤其适用于动力电池阻抗的在线测量。附图说明图1为本专利技术实施例中动力单体电池交流阻抗的测量电路的原理示意图；图2为本专利技术实施例中动力单体电池交流阻抗的测量电路的示意图；图3为本专利技术实施例中电池交流阻抗的测量方法的流程图；图4为本专利技术实施例中正交计算的作用示意图；图5为本专利技术实施例中阻抗计算的输入信号示意图；图6为本专利技术实施例中阻抗计算的原理方框图。具体实施方式以下结合附图所示实施例对本专利技术作进一步的说明。本专利技术提出了一种电池单体交流阻抗的测量电路，图1所示为本实施例中该测量电路的示意图，图2为其更为细致的示意图。该测量电路包括与电池B1串联连接的采样电阻、输入端连接在采样电阻两端的电池电流信号调理模块MOD1(以测量对电池B1施加的激励电流并对该测量到的激励电流进行调理，该调理包括对该激励电流进行放大和滤波；本实施例中，该激励电流为包含单一频率成分的正弦电流)、输入端连接在电池B1的两端的电池响应电压信号调理模块MOD2(以测量电池对所述激励电流的响应电压并对该响应电压进行调理，该调理包括对该测量到的响应电压进行放大和滤波)、与电池电流信号调理模块MOD1和电池响应电压信号调理模MOD2块均连接的电压电流采样模块MOD3(以采样调理后的激励电流与响应电压)、与电压电流采样模块MOD3连接的通信模块(以向后传送激励电流和响应电压)以及信号处理与控制模块(以正交计算激励电流的正交值，并将激励电流、正交值和响应电压进行互相关得到互相关结果，且基于该互相关结果计算阻抗模和阻抗角，得到电池的交流阻抗)。由此，可以实现对电池交流阻抗的在线测量。本实施例中，电压电流采样模块采用高精度同步采样AD芯片，对激励电流和响应电压进行同步采样。由此，可以去除电流电压采样不同步对阻抗测量的影本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池交流阻抗的测量电路，其特征在于：包括电池电流信号调理模块，以获取加载在电池上的激励电流并对所述激励电流进行放大滤波，与所述电池连接的电池响应电压信号调理模块，以测量所述电池对所述激励电流的响应电压并所述响应电压进行放大滤波，以及与所述电池电流信号调理模块和所述电池响应电压信号调理模块均连接的信号处理与控制模块，以正交计算所述激励电流的正交值，并将所述激励电流、所述正交值和所述响应电压进行互相关得到互相关结果，且基于所述互相关结果计算阻抗模和阻抗角，得到所述电池的交流阻抗；优选地，所述测量电路还包括串联在所述电池上的采样电阻，所述电池电流信号调理模块的输入端连接在所述采样电阻的两端；所述电池响应电压信号调理模块的输入端连接在所述电池的两端。

【技术特征摘要】
1.一种电池交流阻抗的测量电路，其特征在于：包括电池电流信号调理模块，以获取加载在电池上的激励电流并对所述激励电流进行放大滤波，与所述电池连接的电池响应电压信号调理模块，以测量所述电池对所述激励电流的响应电压并所述响应电压进行放大滤波，以及与所述电池电流信号调理模块和所述电池响应电压信号调理模块均连接的信号处理与控制模块，以正交计算所述激励电流的正交值，并将所述激励电流、所述正交值和所述响应电压进行互相关得到互相关结果，且基于所述互相关结果计算阻抗模和阻抗角，得到所述电池的交流阻抗；优选地，所述测量电路还包括串联在所述电池上的采样电阻，所述电池电流信号调理模块的输入端连接在所述采样电阻的两端；所述电池响应电压信号调理模块的输入端连接在所述电池的两端。2.根据权利要求1所述的电池交流阻抗的测量电路，其特征在于：还包括连接在所述电池电流信号调理模块和所述电池响应电压信号调理模块以及所述信号处理与控制模块之间的电压电流采样模块，以从所述电池电流信号调理模块测量所述激励电流，从所述电池响应电压信号调理模块测量所述响应电压，并向所述信号处理与控制模块传送所述激励电流和所述响应电压；优选地，所述电压电流采样模块为高精度同步采样AD芯片，对所述激励电流和所述响应电压进行同步采样。3.根据权利要求2所述的电池交流阻抗的测量电路，其特征在于：还包括连接在所述电压电流采样模块和所述信号处理与控制模块之间的通信模块，以向所述信号处理与控制模块传送所述激励电流和所述响应电压。4.根据权利要求2所述的电池交流阻抗的测量电路，其特征在于：所述信号处理与控制模块包括与所述通信模块连接的正交子模块，以对所述激励电流进行正交计算得到所述正交值；优选地，所述信号处理与控制模块还包括与所述通信模块和所述正交模块均连接的阻抗计算子模块，以根据所述激励电流、所述正交值和所述响应电压得到所述电池的交流阻抗。5.根据权利要求1所述的电池交流阻抗的测...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏学哲，戴海峰，蒋晶，王学远，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31