一种基于伪随机信号的电池阻抗在线测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于伪随机信号的电池阻抗在线测量装置及方法，通过常用的电子仪器设备搭建简单的电池阻抗测试平台，成本低，采用伪随机二进制激励信号PRBS代替正弦信号，能够实现电池阻抗的在线快速测量，较为准确完整地测量出电池的频域阻抗特性。地测量出电池的频域阻抗特性。地测量出电池的频域阻抗特性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于伪随机信号的电池阻抗在线测量装置及方法


[0001]本专利技术属于新能源电动汽车
，涉及一种汽车动力电池的阻抗在线测量装置，具体涉及一种基于伪随机信号的电池阻抗在线测量装置，还涉及一种基于上述装置的在线测量方法，对电动汽车电池可能出现的故障进行早期预警。

技术介绍

[0002]随着环境问题和能源危机的日益严重，近年来新能源电动汽车因其环境友好的特点逐步成为了目前主要的交通工具之一。电池是电动汽车的主要能量来源，电池参数反映了其目前可用的性能和健康状态等，以此确保电动汽车安全稳定的运行。
[0003]电池的性能与很多因素有关，如温度、容量、电压、荷电状态(SOC)、健康状态(SOH)。电池的阻抗特性是描述电池性能随着对应的SOC、SOH和温度变化的主要方式。然而电池是一个具有典型非线性特性的电化学系统，并且只有电池电流和端电压能够直接测量得到，电池阻抗等参数很难直接测量。因此准确的阻抗测量方法成为了电动汽车电池监测系统研究和发展的关键。很多文献中已经分析清楚电池阻抗的变化与电池的荷电状态、健康状态或电池老化等因素有关。电池内部阻抗的变化通常反映了其循环寿命等重要性能，对内部阻抗的测量目前被认为是研究电池质量的重要方法之一。
[0004]近年来，常用的电池阻抗测量方法分为在线测量和离线测量，主要有密度法、开路电压法、直流放电法、热量损失法、交流注入法和电化学阻抗谱等。电化学阻抗谱(EIS)是电池阻抗测量中最常用的方法之一，但由于其速度慢，过程复杂，并不是在线测量实用的方法。交流注入测试法，则多用于在线测量领域，具有安全性、可靠性和高精度的特点，常作为车辆运行过程中对动力电池性能监测的一种手段。交流注入法的原理是采用一个交流信号激励源注入几十毫安的电流到电池内部，测出电池极柱上的响应电压，其优点是电池种类不受限制，测量时间短，一般在100ms左右，用小电流检测对电池损害小，可以在线检测电池，无需放电负载，电流较小，测量精度高，速度快，是目前通用的方法之一。但是此方法对注入的交流信号的选择尤为关键，通常采用正弦交流信号，其主要缺点是一次只能测试一个频率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于伪随机信号的电池阻抗在线测量装置及方法，采用常用的仪器设备搭建电池阻抗在线测试平台，采用伪随机信号作为激励信号，可实现快速在线测量电池阻抗。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于伪随机信号的电池阻抗在线测量装置，包括：信号发生器、Holland电流泵和示波器；
[0007]信号发生器的输入端接收伪随机二进制信号，信号发生器的输出端连接Holland电流泵，Holland电流泵的输出端连接被测电池系统，Holland电流泵的输出端和被测电池系统的输出端分别连接示波器；
[0008]信号发生器，用于产生伪随机电压测试信号；
[0009]Holland电流泵，用于将电压测试信号转换成电流激励信号，并将电流激励信号输入被测电池系统；
[0010]示波器，用于采集电流激励信号和被测电池系统输出的端电压，根据电流激励信号和电池输出电压，计算得到电池阻抗。
[0011]进一步的，所述伪随机信号采用GALOIS软件产生。
[0012]进一步的，Holland电流泵调整输入电压和输出电流之间的线性关系，使得输出电流与输入的电压频率相等，相位相等，幅值成线性关系。
[0013]进一步的，所述电池系统采用“四线法”连接，由被测电池引出四个端线，其中两根端线作为电池系统的输入端，与Holland电流泵相连注入激励信号；另两根端线作为电池系统的输出端，连接负载，测得电池的输出端电压。
[0014]相应的，本专利技术还提供了一种基于伪随机信号的电池阻抗在线测量方法，包括以下过程：
[0015]产生伪随机二进制信号；
[0016]根据伪随机二进制信号序列产生电压测试信号；
[0017]将电压测试信号转换成电流激励信号，并将电流激励信号输入被测电池系统；
[0018]采集电流激励信号和被测电池系统输出的端电压，根据电流激励信号和电池输出电压，计算得到电池阻抗。
[0019]进一步的，所述伪随机信号为11位PRBS，其时钟频率为5kHz，采样频率为250kHz。
[0020]进一步的，所述根据电流激励信号和电池输出电压，计算得到电池阻抗，包括：
[0021]对电流激励信号和电池端电压进行滑动平均滤波；
[0022]将滤波后的电压和电流进行傅里叶变换，分别得到电压和电流的频谱；
[0023]根据电压和电流的频谱，计算获得电池阻抗。
[0024]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：通过搭建简单的电池测试平台，采用基于伪随机信号的电池阻抗测量方法，能够实现快速在线测量，在改变激励信号幅值、环境温度、电池老化程度和电池类型的情况下都能准确的对电池阻抗进行测试，具有通用性，有望适用于实车运行过程中对电池的状态监测，对可能出现的电池故障进行早期预警。
附图说明
[0025]图1是本专利技术电池阻抗测量方法的流程图；
[0026]图2为4位PRBS序列发生器；
[0027]图3为4位PRBS序列；
[0028]图4为PRBS的自相关函数；
[0029]图5为PRBS的功率谱；
[0030]图6为电池阻抗的奈奎斯特图；
[0031]图7为电池的二阶等效电路模型；
[0032]图8为室温下电池阻抗测量结果；
[0033]图9为不同激励信号幅值下电池阻抗测量结果；
[0034]图10为不同环境温度下电池阻抗测量结果；
[0035]图11为不同老化程度下电池阻抗测量结果；
[0036]图12为常温下锂电池阻抗测量结果。
具体实施方式
[0037]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0038]本专利技术的专利技术构思：电化学阻抗谱是目前能够准确反映电池阻抗特性的常用方法之一，但由于需要精确的实验测量设备且价格昂贵，通常在实验室离线测量完成，无法实现在线测量。本专利技术设计的基于伪随机信号的电池阻抗在线测量方法能够有效解决这一问题，采用常用的仪器设备搭建简单的电池阻抗在线测试平台，成本低，采用伪随机二进制序列(pseudo random binary sequences,PRBS)激励信号代替正弦信号，有着速度快和易于实现的特点，能够快速地测得电池阻抗的完整特性。
[0039]基于伪随机信号速度快、对系统影响较小的特点，实现电动汽车动力电池的在线测量，实时估算电池的状态参数，对电池可能出现的故障进行早期预警，并且该方法能够适用于不同环境不同温度下。
[0040]实施例1
[0041]本专利技术的一种基于伪随机信号的电池阻抗在线测量方法，具体参见如图1所示，包括以下步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于伪随机信号的电池阻抗在线测量装置，其特征是，包括：信号发生器、Holland电流泵和示波器；信号发生器的输入端接收伪随机二进制信号，信号发生器的输出端连接Holland电流泵，Holland电流泵的输出端连接被测电池系统，Holland电流泵的输出端和被测电池系统的输出端分别连接示波器；信号发生器，用于产生伪随机电压测试信号；Holland电流泵，用于将电压测试信号转换成电流激励信号，并将电流激励信号输入被测电池系统；示波器，用于采集电流激励信号和被测电池系统输出的端电压，以便根据电流激励信号和电池输出电压，计算得到电池阻抗。2.根据权利要求1所述的一种基于伪随机信号的电池阻抗在线测量装置，其特征是，所述伪随机信号采用GALOIS软件产生。3.根据权利要求1所述的一种基于伪随机信号的电池阻抗在线测量装置，其特征是，Holland电流泵调整输入电压和输出电流之间的线性关系，使得输出电流与输入的电压频率相等，相位相等，幅值成线性关系。4.根据权利要求1所述的一种基于伪随机信号的电池阻抗在线测量装置，其特征是，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：言理，陈康伟，吕运容，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：