一种用于多电池串的阻抗谱在线检测系统及方法技术方案

一种用于多电池串的阻抗谱在线检测系统及方法，包括电池串单元和微控制器单元；若干电池串单元中输出的N个电池电压信号和实时电流信号经模数转换后进入一个或多个微控制器单元；微控制器单元为具有微控制器的双向DC/DC或独立微控制器连接双向DC/DC；电池串单元为N个等效电池，N≥1，串联后形成电池串单元，电池串中每个等效电池两端分别与实时电压采样的V+端和V

【技术实现步骤摘要】
一种用于多电池串的阻抗谱在线检测系统及方法


[0001]本专利技术属于电池串的阻抗谱在线检测
，特别涉及一种用于多电池串的阻抗谱在线检测系统及方法。

技术介绍

[0002]随着传统能源、交通等行业对环境造成的压力逐年增加，社会对新能源的需求愈发强烈。政府也出台了大量政策鼓励和扶持新能源产业的高速发展。
[0003]在新能源产业中，电化学电池作为能源存储设备被大量采用来提供电力供应。例如新能源发电系统中需要采用电池作为储能设备支撑电网；新能源电动汽车中，采用锂离子电池作为汽车动力电源；在新能源配套的储能产品中更是大量使用各类电化学电池作为基本电源使用。
[0004]电池由于单体电压较低或电流较小，在新能源场景中应用时，往往需要串并联使用，形成串联的电池系统。同时，由于单体电池的不一致性，串联系统中个别电池使用过程中会加速老化、衰减，由于不当使用，或制造问题造成个别电池内在问题，如锂晶枝生长造成内短路等，如不能及时加以识别，将很容易造成系统效率下降，严重情况下甚至会造成系统故障，乃至热失控，电池系统烧毁等重大损失。而此类问题从电池的外特性上往往难以识别，只能通过电池内在的电化学特征予以识别。因此如何检测串联电池系统中每个电池内在的电化学特性，成为避免此类问题的先决条件。
[0005]而目前能进行电池电化学特性无损检测都是采用阻抗谱技术，通过扫描电池的阻抗谱分析电池内部的电化学特性。但传统方法进行电池阻抗谱检测往往需要采用专用设备，进行离线检测。此类专用设备主要通过向单体电源注入不同频率的微量扰动，检测其对微量扰动的响应进行采样实现检测，因此对采样系统的精度往往要求非常高。由于频率范围往往较宽，因此生成宽频率范围微量信号设备成本巨大且能够检测的通道数量有限，需要花费大量的时间。同时由于无法在线检测，不能实时的发现电源单体存在的问题，存在巨大的漏检风险。由于需要离线检测，会造成串联电源系统无法正常工作，会造成收益损失，特别是在新能源汽车等领域内是不被允许的，或需要做重复的资源投入以确保系统的不中断供电，系统成本将成倍增加。现有的阻抗谱检测装置中都需要额外增加激励源，造成检测设备投资成本很高，不利于电池产品在新能源产业中的健康发展。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种用于多电池串的阻抗谱在线检测系统及方法，以解决上述问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种用于多电池串的阻抗谱在线检测系统，包括电池串单元和微控制器单元；若干电池串单元中输出的N个电池电压信号和实时电流信号经模数转换后进入一个或多个微控制器单元；微控制器单元为具有微控制器的双向DC/DC或独立微控制器连接双向DC/DC；
电池串单元为N个等效电池，N≥1，串联后形成电池串单元，电池串中每个等效电池两端分别与实时电压采样的V+端和V
‑
端连接。
[0009]进一步的，M个电池串单元，M≥2组成多电池串系统，M个电池串单元的负极连接在一起组成共地系统，此时，双向DCDC可选用非隔离型；当电池串单元个数M>2时，采用多个双向DCDC分别连接不同的两串电池串。
[0010]进一步的，当电池串单元个数M>2时，在同一双向DCDC的端口处设置多路选择器，使同一双向DCDC在不同时刻选通不同的两串电池串；M个电池串单元的负极连接在一起组成共地系统时，去掉共地侧的多路选择器。
[0011]进一步的，当微控制器独立于双向DC/DC时，微控制器与双向DC/DC之间通过通讯连接，通讯是指能够在微控制器与双向DC/DC间进行数据交互，具体包括有线通讯方式和无线通讯方式，有线的通讯方式包括CAN、RS485、IIC、SPI或有线网络；无线通讯方式包括wifi、蓝牙、Zeegbee或GPRS。
[0012]进一步的，多路选择器用于实现单路电池串的联通，具体为继电器、双刀双掷开关、MOSFET、IGBT、三极管、可控开关管或干簧管。
[0013]进一步的，等效电池为电池单体或其串并联组合，或电池串并联组合并封装后的系统；双向DC/DC为能够实现直流到直流双向变换的电力电子装置，根据多电池串是否共地选择隔离型或非隔离型。
[0014]进一步的，一种用于多电池串的阻抗谱在线检测系统的检测方法，包括以下步骤：
[0015]步骤1，双向DC/DC选通两不同电池串；
[0016]步骤2，选定频率fn的电流或电压周期激励信号，该频率fn由在被测等效电池的阻抗谱频率范围内选取；
[0017]步骤3，双向DCDC根据电源系统的历史数据或经验参数，设定工作功率，该功率由该耦合电流变化引起的被测等效电池的电压响应变化在5mV以上；双向DC/DC按照选定的工作功率在两电池串间按照fn的频率双向传输该功率，在两电池串上形成fn频率的周期激励信号；之后双向DCDC通过通讯系统告知两选定电池串以频率fs同步采集等效电池实时电流和实时电压信号，其采集频率fs至少为周期激励信号频率fn的10倍或以上；
[0018]步骤4，任意周期函数均表示为直流量与正弦函数或余弦函数构成的无穷级数的和：
[0019][0020]对双向DC/DC产生的周期激励信号所引起的电压和电流信号进行快速傅里叶分解FFT得到电压和电流在对应fn频点及其倍频次的正弦信号量U(2πf
n
)、I(2πf
n
)；对于线性系统，求得该频点下的阻抗通过重复以上发波和检测、计算过程，完成所有fn频率点及其谐波频率点阻抗计算，得到需要的阻抗谱。
[0021]进一步的，计算中采用Goertzel算法：
[0022][0023]其中g(k)为第k次电流或电压采样结果，x(k)，x(k
‑
1)，x(k
‑
2)分别为当前，前一次，更前一次的计算结果。
[0024]与现有技术相比，本专利技术有以下技术效果：
[0025]本专利技术将对电池串的周期激励信号耦合到双向DC/DC中，通过实时电压电流采样检测被测等效电池对该激励的响应。进而计算等效电池的阻抗谱，其具有以下优点：
[0026]周期激励信号耦合到双向DC/DC中，实现串间能量双线流动，宏观上每串能量不发生变化，串联的电池串系统任然能够正常工作，因此本专利技术的系统能够对被测等效电池进行实时在线检测；
[0027]进一步的，双向DC/DC能够在多串间进行能量转移，能够实现电池串间容量均衡的功能。
[0028]不同于采用专用设备，需要离线操作且测试通道有限，本专利技术在线检测且没有通道数量限制，提高了检测效率，节省了检测耗时；
[0029]对本身就有采样系统的电池串来说，例如锂离子电池串联而成的电源,本身有BMS系统，如果能够实现实时电压电流采样，则可以直接利用自身的BMS。因此本专利技术能够利用已有装置大幅降低系统成本。
[0030]扰动输入是利用双向DC/DC在电池串间实现，无需额外的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于多电池串的阻抗谱在线检测系统，其特征在于，包括电池串单元和微控制器单元；若干电池串单元中输出的N个电池电压信号和实时电流信号经模数转换后进入一个或多个微控制器单元；微控制器单元为具有微控制器的双向DC/DC或独立微控制器连接双向DC/DC；电池串单元为N个等效电池，N≥1，串联后与实时电流采样串行连接，每个等效电池两端分别与实时电压采样的V+端和V
‑
端连接组成。2.根据权利要求1所述的一种用于多电池串的阻抗谱在线检测系统，其特征在于，M个电池串单元，M≥2组成多电池串系统，M个电池串单元的负极连接在一起组成共地系统，此时，双向DCDC可选用非隔离型；当电池串单元个数M>2时，采用多个双向DCDC分别连接不同的两串电池串。3.根据权利要求2所述的一种用于多电池串的阻抗谱在线检测系统，其特征在于，当电池串单元个数M>2时，在同一双向DCDC的端口处设置多路选择器，使同一双向DCDC在不同时刻选通不同的两串电池串；M个电池串单元的负极连接在一起组成共地系统时，去掉共地侧的多路选择器。4.根据权利要求1所述的一种用于多电池串的阻抗谱在线检测系统，其特征在于，当微控制器独立于双向DC/DC时，微控制器与双向DC/DC之间通过通讯连接，通讯是指能够在微控制器与双向DC/DC间进行数据交互，具体包括有线通讯方式和无线通讯方式，有线的通讯方式包括IO信号线连接、CAN、RS485、IIC、SPI或有线网络；无线通讯方式包括wifi、蓝牙、Zeegbee或GPRS。5.根据权利要求1所述的一种用于多电池串的阻抗谱在线检测系统，其特征在于，多路选择器用于实现单路电池串的联通，具体为继电器、双刀双掷开关、MOSFET、IGBT、三极管、可控开关管或干簧管。6.根据权利要求1所述的一种用于多电池串的阻抗谱在线检测系统，其特征在于，等...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪同，
申请(专利权)人：西安新艾电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：