具有超宽频制造技术

本发明专利技术公开了一种具有超宽频

【技术实现步骤摘要】
具有超宽频EIS测量功能的电池功率接口变换器控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及具有超宽频
EIS
测量功能的电池功率接口变换器控制方法
。

技术介绍

[0002]随着科技水平的不断提高和社会对能源需求的不断增长，电化学电池在便携式电子设备
、
电动汽车
、
商业可再生能源系统以及智能电网等各种应用中的地位越来越高
。
因此，电池的寿命和安全性诊断成为电池应用领域中的一个关键性问题
。
电化学阻抗谱（
Electrochemical impedance spectroscopy, EIS
）是用于电池状态评估和诊断的最常用的方法之一
。
该方法测量电池在一定频率范围内的交流复阻抗值，
EIS
利用不同频率的阻抗反映电池中电化学过程的性质，并以此评估电池的温度
、
荷电状态
、
电源状态和健康状态等性能指标
。
因此，研究电池
EIS
的测量是有重要意义的
。
[0003]在实验室中通常使用额外的仪器设备来测量电池的
EIS
，这种外部测量设备体积大且昂贵，需要在离线测试环境中操作，这将导致测量不便且无法实时在线测量
EIS。
因此需要设计出一种简便
、
成本低且能实现在线实时
EIS
测量的解决方案
。/>为此，采用电池功率接口变换器来产生交流扰动，并将该交流扰动叠加在电池上，最后基于电池电流和电压来计算电池的
EIS
，实现嵌入式的电池
EIS
测量，即在电池充电的同时能够在线测量电池的
EIS。
而这种嵌入式的
EIS
测量方法要求电池功率接口变换器精确跟踪由直流充电电流信号和微小交流扰动信号组成的混合信号，这便对电池功率接口变换器的控制技术提出了挑战
。
因此，研究一种合适的控制技术并应用于电池功率接口变换器中至关重要
。
[0004]目前，应用于电池接口变换器中的控制技术有比例积分（
Proportional
‑
integral, PI
）控制
、
比例积分谐振（
Proportional
‑
integral
‑
resonance, PI
‑
R
）控制以及模型预测控制（
Modelingpredicativecontrol, MPC
）等
。
传统的
PI
控制存在带宽限制问题，无法对高频扰动信号进行跟踪控制；
PI
‑
R
控制虽然在一定程度上提高了对扰动信号的跟踪精度和扰动频率的宽度，但是其控制参数设计复杂，仍然无法跟踪高频扰动信号
。
而
MPC
控制则存在控制实现复杂和计算量庞大等缺陷，且对高频扰动信号的跟踪效果也并不理想
。
综上，目前现有的控制技术均无法对超宽频扰动信号进行精确跟踪控制，从而无法实现超宽频
EIS
精确测量
。
[0005]现有技术中，中国专利号为
CN115061057A
，名称为“基于离散移相调制的嵌入式锂电池阻抗测量方法及装置”，该专利技术所提出的控制技术没有对移相占空比信号进行精确的扰动补偿，即给定的扰动移相占空比信号没有精确匹配交流扰动信号对移相占空比的影响，从而导致其对超宽频交流扰动信号的跟踪效果不理想，无法精确获取电池的超宽频
EIS。
[0006]文献“Mode Predictive Control for ElectrochemicalImpedance SpectroscopyMeasurement of Fuel Cells Based on Neural Network Optimization”中提出
了一种基于模型预测控制方法的
EIS
测量装置，但是该装置存在控制实现复杂和计算量庞大等缺陷，且不能精确跟踪超宽频交流扰动信号，无法实现超宽频
EIS
测量
。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提出一种具有超宽频
EIS
测量功能的电池功率接口变换器控制方法，将电池
EIS
测量功能嵌入基于电池功率接口变换器的电池充电控制系统中，实现对电池超宽频
EIS
的在线
、
实时精确测量；当电池充电控制系统工作于恒流充电模式时实现正常的恒流充电功能，工作于
EIS
测量模式时电池充电电流能够精确跟踪超宽频混合参考电流，在超宽频带内实现精确的
EIS
测量
。
[0008]本专利技术所提出的具有超宽频
EIS
测量功能的电池充电功率接口变换器控制方法无需误差比较器等线性环节，不受带宽限制，在开关频率足够高的情况下，可以实现对超宽频带
EIS
的测量
。
[0009]一种具有超宽频
EIS
测量功能的电池功率接口变换器控制方法，将
EIS
测量功能嵌入基于电池功率接口变换器的电池充电控制系统，所述电池充电控制系统包括电池功率接口变换器，采样模块，充电控制模块，
EIS
测量模块以及驱动电路；所述电池功率接口变换器采用
DC
‑
DC
变换器拓扑结构；所述采样模块对所述电池功率接口变换器的输出电流
i
bat
和输出电压
u
bat
进行采样，其中，电池功率接口变换器的输出电流和输出电压即为电池充电电流和电池充电电压；所述充电控制模块包括运行模式判断电路
、
输出电流比较器
、
占空比产生器
、
占空比选择器和
PWM
电路；所述运行模式判断电路根据电池功率接口变换器的输出电流
i
bat
和输出电压
u
bat
判断电池充电控制系统运行在恒流充电模式还是运行在
EIS
测量模式；所述输出电流比较器对电流采样电路采样得到的输出电流
i
bat
与输出参考电流
i
ref
进行比较，输出比较信号
v
c
，并将比较信号
v
c
输入至占空比选择器中；所述占空比产生器根据电压采样电路采样得到的输出电压
u
bat
、
运行模式判断电路的输出信号和离散占空比函数来产生两个离散占空比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
具有超宽频
EIS
测量功能的电池功率接口变换器控制方法，其特征在于，将电池
EIS
测量功能嵌入基于电池功率接口变换器的电池充电控制系统，所述电池充电控制系统包括电池功率接口变换器，采样模块，充电控制模块，
EIS
测量模块以及驱动电路；所述电池功率接口变换器采用
DC
‑
DC
变换器拓扑结构；所述采样模块对所述电池功率接口变换器的输出电流
i
bat
和输出电压
u
bat
进行采样，其中，电池功率接口变换器的输出电流和输出电压即为电池充电电流和电池充电电压；所述充电控制模块包括运行模式判断电路
、
输出电流比较器
、
占空比产生器
、
占空比选择器和
PWM
电路；所述运行模式判断电路根据电池功率接口变换器的输出电流
i
bat
和输出电压
u
bat
判断电池充电控制系统运行在恒流充电模式还是运行在
EIS
测量模式；所述输出电流比较器对输出电流
i
bat
和输出参考电流
i
ref
进行比较，输出比较信号
v
c
，并将比较信号
v
c
输入至占空比选择器中；所述占空比产生器根据输出电压
u
bat
、
运行模式判断电路的输出信号和离散占空比函数来产生两个离散占空比信号
d
H
和离散占空比信号
d
L
，并将离散占空比信号
d
H
和离散占空比信号
d
L
输入至占空比选择器中；在恒流充电模式时，所述离散占空比函数为：
d
H
=K
H
d
dc
，
d
L
=K
L
d
dc
；在
EIS
测量模式时，所述离散占空比函数为：
d
H
=K
H
d
dc
+d
ac
，
d
L
=K
L
d
dc
+d
ac
；其中，，；式中，
K
H
和
K
L
为两个预设的
、
固定不变的离散控制参数；
d
dc
和
d
ac
分别为电池功率接口变换器的输出电流
i
bat
精确跟踪混合参考电流
I
ref_dc
+i
ref_ac
时所对应目标占空比函数中的直流占空比函数和交流扰动占空比函数；
U
in
为所述电池功率接口变换器的输入电压，
u
bat
为所述电池功率接口变换器的输出电压，
i
ref_ac
为正弦交流扰动参考电流，
R
为所述电池功率接口变换器中与直流占空比函数
d
dc
相关的电路参数集合，
Z
为所述电池功率接口变换器中与交流扰动占空比函数
d
ac
相关的电路参数集合，为函数符号；所述占空比选择器根据比较信号
v
c
在两个离散占空比信号
d
H
和离散占空比信号
d
L
中选择其中一个占空比信号作为占空比选择器输出的有效占空比信号
d
a
，并将有效占空比信号
d
a
输入至
PWM
电路中；所述
PWM
电路根据有效占空比信号
d
a
产生所述电池功率接口变换器的功率开关器件的控制脉冲信号
v
p1
，并将控制脉冲信号
v
p1
输入至驱动电路；所述驱动电路根据控制脉冲信号
v
p1
产生所述电池功率接口变换器的功率开关器件的驱动信号
v1。2.
根据权利要求1所述的具有超宽频
EIS
测量功能的电池功率接口变换器控制方法，其特征在于，所述
EIS
测量模块包括
FFT
分析子模块和
EIS
计算子模块，所述采样模块包括电流采样电路和电压采样电路
。3.
根据权利要求2所述的具有超宽频
EIS
测量功能的电池功率接口变换器控制方法，其特征在于，所述
FFT
分析子模块用于对电压采样电路和电流采样电路采样得到的
u
bat
和
i
bat
进行
FFT
分析，得到它们的交流分量在所述正弦交流扰动参考电流
i
ref_ac
的频率下的电压幅值
|u
bat(ac)
|、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙金，邱高峰，孙悦兵，申劲松，胡海涛，赵朝阳，耿安琪，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：