一种采用SOGI的电池内阻在线测量方法技术

本发明专利技术公开了一种采用SOGI的电池内阻在线测量方法，包括：待测电池外接频率为ω的交流恒流源和电阻R

【技术实现步骤摘要】
一种采用SOGI的电池内阻在线测量方法
本专利技术涉及一种电池内阻检测方法，特别是一种采用SOGI的电池内阻在线测量方法，属于电池管理、内阻检测及健康度估计领域。
技术介绍
电池在数据机房、通讯基站等UPS后备电源领域有广泛应用。对电池进行等效串联内阻在线检测至关重要，内阻值不仅可以用于电池健康度状态估计，作为电池维护的重要依据，还可以作为电池实时荷电状态估计的辅助信息。电池内阻测试方法主要有直流放电法与交流信号注入法。直流放电法通过检测放电瞬间电压变化量计算内阻值，交流信号法注入法通过对电池注入交流电流信号并检测交流电流在电池端产生的交流电压信号来实现内阻检测，具有检测迅速准确的特点。江莉等人所著《阀控式密封铅酸电池在线监测系统的研究》[D]介绍了交流信号注入法测量电池内阻的原理，如图1所示，交流电流注入电池，在电池端产生一个交流电压，将该交流电压与电流相乘，再经过低通滤波即可实现电池内阻测量。交流电流信号为：在电池端产生电压为：式中RZ为电池复阻抗，电池内阻应该为：同时在电流采样电阻Rr上产生一个交流电压：将uB与uR两个电压相乘得：将2倍频分量经低通滤波器滤除，得到：式中采样电阻Rr、恒流源幅值I均为已知固定值，只要测得输出电压Uo，就可以得到电池内阻R。而且检测速度极快，只要输出电压Uo稳定就可以立即得到电池内阻值。如图1所示的交流信号注入法电池内阻测量系统存在以下不足之处：1.电压电流经过带通滤波器滤波，无法将低频信号彻底滤除。而电池在充电机浮充状态下，充电机会在电池端电压上产生1Hz左右的低频干扰，带通滤波器很难将该低频信号滤除；在后级的低通滤波器部分，同样无法将该低频信号。2.当测试不同电池时，需要不同的检测频率，如蓄电池测试时，注入的交流电流频率为70Hz左右，锂电池测试时，注入的交流信号频率为1kHz左右，如果硬件电路部分采用固定的滤波器参数，则无法实现多频率下的电池内阻测量。3.需要精确的电流幅值信息，对恒流源控制精度有较严格要求。以上3个不足之处中，1与2是由带通滤波器影响，3是由于没有电流幅值测量造成，为了克服以上三个不足之处，本专利技术将二阶广义积分器(Second-ordergeneralizedintegrator，SOGI)滤波技术应用于交流注入法电池内阻检测方法。SOGI常被用在单相锁相环中，RemusTeodorescu,MarcoLiserre,PedroRodríguez.所著的《光伏与风力发电系统并网变换器》[M](机械工业出版社,2012)中详细介绍了SOGI的原理，基于SOGI的正交信号发生器如图2所示。输入信号v，输出v’和qv’且两个输出信号正交。输入输出变量的传递函数关系如式(6)所示，由D(s)与Q(s)的幅频特性可知，当输入信号频率等于设定频率ω时，输出信号幅值等于输入信号幅值，当输入信号频率与设定频率不一致时，输出信号迅速衰减，SOGI具有输入信号频率筛选能力。图3(a)和图3(b)为D(s)与Q(s)的bode图，设置SOGI的频率70Hz，比例系数k＝0.1。图3(a)为D(s)bode图，70Hz为谐振频率，在该频率处幅值无衰减，相位为0；当输入信号频率偏离70Hz时幅值被迅速衰减，如在1Hz处幅值衰减达到-57dB，在1kHz处幅值衰减达到-43dB。说明SOGI正交信号发生器具有较强的频率信号筛选能力，筛选出频率为ω的有用信号，其他频率的信号被有效抑制。图3(b)为Q(s)bode图，70Hz为谐振频率，在该频率处幅值无衰减，相位滞后90°。说明SOGI正交信号发生器能够产生一个幅值与输入信号相等的正交信号。本专利技术将利用SOGI正交信号发生器的输入信号频率筛选能力以及正交信号发生能力，以克服传统交流信号注入法电池内阻测量方法的不足。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题是提供过一种能够有效降低电压谐波对电池检测精度的影响、可测量多个频率点电阻值且对恒流源控制精度要求较低的采用SOGI的电池内阻在线测量方法。为解决上述技术问题，本专利技术的一种采用SOGI的电池内阻在线测量方法，包括以下步骤：S1：待测电池外接频率为ω的交流恒流源和采样电阻Rr形成闭环电路；S2：交流电流信号注入电池，在电池端产生的交流电压信号预处理后经A/D采样器得到交流电压信号uB，在采样电阻Rr上产生的交流电压信号预处理后经A/D采样器得到交流电压信号uR；S3：交流电压信号uB经过设定频率为ω的SOGI正交信号发生器处理得到与uB同幅值、等相位的uBE；S4：交流电压信号uR经过设定频率为ω的SOGI正交信号发生器处理得到与uR同幅值、等相位的uRE以及与uRE正交的信号quRE；S5：uBE和uRE相乘得到U，U经过设定频率为2ω的SOGI正交信号发生器，提取出交流信号U2w，U减去交流信号U2w得到直流量Uo；S6：定义UR满足：S7：根据Uo和UR，计算得到待测电池内阻值R。本专利技术还包括：1.S2中在电池端产生的交流电压信号预处理具体为：交流电压信号依次经过高通滤波器、仪表放大器和低通滤波器；S2中在采样电阻Rr上产生的交流电压信号预处理具体为依次通过放大器和低通滤波器。2.S3中uBE满足：其中，RZ为电池复阻抗，为交流恒流源在待测电池产生电压信号的相位；3.S4中uRE满足：其中，为交流恒流源的电流信号的相位；S4中quRE满足：4.S5中Uo满足：其中，R为待测电池内阻，5.S7中计算得到待测电池内阻值R具体为：得到：本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术针对传统交流信号注入法存在的抗低频干扰能力弱、无法实现多个频率点测试以及对恒流源控制精度要求较高的不足之处，提出基于SOGI的电池内阻检测方法，利用SOGI正交信号发生器的信号频率筛选能力以及正交信号发生能力，能够有效降低电压谐波对电池检测精度的影响，可测量多个频率点电阻值且对恒流源控制精度要求较低。该方法能够快速精确检测电池等效串联内阻值，为电池的在线寿命估计、荷电状态估计以及维护提供精确电池内阻信息。本专利技术具有抗干扰能力强、可多个频率点测量以及对恒流源精度要求低的特点，主要体现在以下方面：1.抗干扰能力强主要体现在：输入信号采用SOGI正交信号发生器，具有频率筛选功能，输入信号频率等于设定频率的有用信号被筛选出，其他频率的信号被有效抑制，能够抑制各种频率干扰信号，提高了内阻测试系统的抗干扰能力。2.多个频率点测试主要体现在：本专利技术提出的电池内阻测试方法中，滤波环节均采用SOGI正交信号发生器，SOGI采用软件编程，设定频率可根据测量频率变化，不影响任意频率点的电阻测量，可测量多个频率点电池内阻。3.低恒流源控制精度主要体现在：本专利技术采用S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用SOGI的电池内阻在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：待测电池外接频率为ω的交流恒流源和采样电阻R

【技术特征摘要】
1.一种采用SOGI的电池内阻在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：待测电池外接频率为ω的交流恒流源和采样电阻Rr形成闭环电路；
S2：交流电流信号注入电池，在电池端产生的交流电压信号预处理后经A/D采样器得到交流电压信号uB，在采样电阻Rr上产生的交流电压信号预处理后经A/D采样器得到交流电压信号uR；
S3：交流电压信号uB经过设定频率为ω的SOGI正交信号发生器处理得到与uB同幅值、等相位的uBE；
S4：交流电压信号uR经过设定频率为ω的SOGI正交信号发生器处理得到与uR同幅值、等相位的uRE以及与uRE正交的信号quRE；
S5：uBE和uRE相乘得到U，U经过设定频率为2ω的SOGI正交信号发生器，提取出交流信号U2w，U减去交流信号U2w得到直流量Uo；
S6：定义UR满足：
S7：根据Uo和UR，计算得到待测电池内阻值R。


2.根据权利要求1所述的一种采用SOGI的电池内阻在线测量方法，其特征在于：S2所述在电池端产生的交流电压信号预处理具体为：交...

【专利技术属性】
技术研发人员：凡绍桂，游江，巩冰，孟繁荣，张敬南，张强，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23