CN104950180A - 基于eis的单体蓄电池内阻精确测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法，包括以下步骤，采用EIS法；通过PWM技术微调注入的激励信号的频率；采集蓄电池两端的电压和电路中的电流信号；对采集到的信号进行FFT运算，确定信号的频率；依据确定的信号频率，在该频段对采集的信号进行小波变换，进行去噪并得到电压和电流信号的幅值与相位差，得到蓄电池的内阻。本发明采用EIS方法，并对输入的激励信号频率微调，运用FFT和小波变换进行数据分析与处理，得到蓄电池内阻值，降低了对蓄电池的损害，提高了蓄电池的使用寿命，减小直流系统中分布电容对测量结果的影响，提高了测量精度，大大减少了运算量，提高了计算速度，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及电力参数技术领域，具体涉及一种基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法。
背景技术
蓄电池是直流操作电源系统最常用的后备电源。直流操作电源系统是电力系统中继电保护装置、信号装置等重要负载不间断供电电源。如果在事故状态下，蓄电池不能释放出相应容量的电量，将会进一步扩大事故范围。蓄电池内阻是衡量蓄电池性能的一个重要技术参数，一般而言，电池容量越大，内阻越小。因此通过对蓄电池内阻的测量是公认的蓄电池容量评估的有效方案之一。传统的直流放电法，通过对蓄电池瞬间大电流放电，再测量蓄电池两端的电压，通过欧姆定律计算出内阻，但是瞬时大电流放电对蓄电池本身造成伤害，影响电池的使用性能和寿命；简单的电化学阻抗谱（EIS）法忽略了直流系统中母线和馈电电缆分布电容的存在，而且分布电容是随着直流操作电源系统的容量和现场的供电特点而变化的，简单的EIS法测量的过程中分布电容对注入的激励信号进行了分流，使得测量的精度大打折扣，于是，如何精确地测量出蓄电池内阻，实现对蓄电池准确的评估，而且不对蓄电池本身造成损害是当前生产直流操作电源系统的厂家需要迫切解决的问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题是克服现有技术的单体蓄电池内阻测量方法，对蓄电池自身产生损害，精度偏低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤（1），采用EIS法；
步骤（2），通过PWM技术微调注入蓄电池的激励信号的频率；
步骤（3），采集蓄电池两端的电压和测量电路中的电流信号；
步骤（4），对步骤（3）采集到的信号进行FFT运算和小波变换，确定信号的频率，依据确定的信号频率，运用小波变换在该频段对采集的信号进行分解与重构，进行去噪并得到电压和电流信号的幅值与相位差，得到蓄电池的内阻。
前述的基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法，其特征在于：采用EIS法，以恒定幅值的低频信号作为激励信号，注入蓄电池，所述的激励信号是频率20Hz，幅值为200mA的正弦波电流信号。
前述的基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法，其特征在于：所述步骤（2）通过PWM技术微调注入蓄电池的激励信号的频率，使得注入的激励信号的幅值和流出蓄电池的电流信号幅值趋于相等，达到减小直流系统中分布电容对测量结果的影响，提高测量精度。
前述的基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法，其特征在于：所述步骤（4）对采集到的信号进行FFT运算和小波变换，通过FFT运算得到采集到的信号的频谱，根据波形的频谱，确定蓄电池两端电压信号和测量电路中电流信号的频率，在该频段对采集的信号进行小波变换的过程为，
1）根据确定的信号频率，选定需要小波分析的频段，确定小波分解的层数；
2）选用无限可微、双正交性，而且频域不混叠的Meyer小波进行分解运算，得到电压和电流信号在相应的尺度空间上的系数；
3）根据电压和电流信号在相应的尺度空间上的系数重构出蓄电池两端的电压信号和测量电路中的电流信号；
4）根据重构出的信号，得到电压和电流的幅值以及两者之间的相位差，确定蓄电池内阻。
步骤1）中，在频带划分的过程中使确定的信号频率位于最低子频带的中心。
步骤2）中，选用具有无限可微、双正交性而且无频谱混叠现象的Meyer小波进行分解运算，得到高频段和低频段，再对低频段进行分解运算，直到在某一子频带上得到小波系数的模极大值，得到电压和电流信号在相应的尺度空间上的系数。
本发明的有益效果是：本发明的基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法，采用EIS方法，并对输入的激励信号频率微调，运用FFT和小波变换进行数据分析与处理，得到蓄电池内阻值，降低了对蓄电池的损害，提高了蓄电池的使用寿命，减小直流系统中分布电容对测量结果的影响，提高了测量精度，大大减少了运算量，提高了计算速度，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法的流程图。
图2是本发明的精确测量方法原理图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1、图2所示，蓄电池内阻测量电路包括与蓄电池串联的采样电阻R和隔直电容C，蓄电池等效内阻为r。
基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法，包括以下步骤，
步骤（1），采用EIS法，以恒定幅值200mA、频率为20Hz的正弦波电流 作为激励注入蓄电池，隔直电容C使测量回路中无直流信号，这样在保护电池的同时，提高了测量的精度；
步骤（2），由于直流系统中母线和馈电电缆分布电容的存在，使得注入蓄电池的激励信号被分流，从而流过蓄电池的激励信号必然变小，在本发明中通过PWM技术降低注入蓄电池的激励信号的频率，减小分布电容对激励信号的分流，使得注入的激励信号的幅值和流经蓄电池的电流信号幅值趋于相等，提高测量精度；
步骤（3），R为采样电阻，r为蓄电池等效内阻，采集R两端的电压，采集电池两端的电压；
步骤（4），对采集的信号进行小波变换，必须确定合理的分解层数并正确划分信号的频带，在本发明中，为了减小分布电容对测量结果的影响，通过PWM对激励信号的频率进行了调节，对于未知频率的信号，无法确定小波变换的分解层数和对采集到的信号，本方法对采集到的信号进行FFT运算，得到信号频谱，根据波形的频谱，确定经过PWM微调后的蓄电池两端电压信号和电路中电流信号的频率，再在该频段对采集的信号进行小波变换，具体过程为，
（1）根据FFT运算确定的信号频率，选定需要小波分析的频段，确定小波分解的层数，在频带划分的过程中使确定的信号频率位于最低子频带的中心；
（2）选用具有无限可微、双正交性而且无频谱混叠现象的Meyer小波进行分解运算，得到高频段（细节信号）和低频段（近似信号），再对低频段进行分解运算，直到在某一子频带上得到小波系数的模极大值，得到电压和电流信号在相应的尺度空间上的系数；
（3）根据电压和电流信号在相应的尺度空间上的系数，对这一子频带进行重构，得到蓄电池两端的电压信号和电路中的电流信号；
（4）根据重构出的信号，得到电压和电流的幅值以及两者之间的相位差，确定蓄电池内阻。
经实验验证，智能一体化电源系统采用上述采样方法，达到预期目标，降低了对蓄电池的损害，提高了蓄电池的使用寿命，减小直流系统中分布电容对测量结果的影响，提高了测量精度，大大减少了运算量，提高了计算速度，具有良好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定 。
Claims (8)
1. 基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤（1），采用EIS法；
步骤（2），通过PWM微调注入蓄电池的激励信号的频率；
步骤（3），采集蓄电池两端的电压和测量电路中的电流信号；
步骤（4），对步骤（3）采集到的信号进行FFT运算，确定信号的频率；
步骤（5），依据确定的信号频率，运用小波变换在该频段对采集的信号进行小波变换的分解与重构，进行去噪并得到电压和电流信号的幅值与相位差，得到蓄电池的内阻。
2.根据权利要求1所述的基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法，其特征在于：采用EIS法，以恒定幅值的低频信号作为激励信号，注入蓄电池。
3.根据权利要求1或2所述的基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法，其特征在于：所述的激励信号是频率20Hz、幅值为200mA的正弦波电流信号。
4.根据权利要求1所述的基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法，其特征在于：所述步骤（2）通过PWM微调注入蓄电池的激励信号的频率，使得注入的激励信号的幅值和流出蓄电池的电流信号幅值趋于相等。
5.根据权利要求1所述的基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法，其特征在于：所述步骤（4）对采集到的信号进行FFT运算，通过FFT运算得到采集到的信号的频谱，根据波形的频谱，确定蓄电池两端电压信号和测量电路中电流信号的频率。
6.根据权利要求1或5所述的基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法，其特征在于：所述步骤（5）小波变换的过程为，
1）根据步骤（4）确定的信号频率，选定需要小波分析的频段，确定小波分解的层数；
2）选用无限可微、双正交性，而且频域不混叠的Meyer小波进行分解运算，得到电压和电流信号在相应的尺度空间上的系数；
3）根据电压和电流信号在相应的尺度空间上的系数，重构出蓄电池两端的电压信号和测量电路中的电流信号；
4）根据重构出的信号，得到电压和电流的幅值以及两者之间的相位差，确定蓄电池内阻。
7.根据权利要求6所述的基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法，其特征在于：步骤1）中，在频带划分的过程中使确定的信号频率位于最低子频带的中心。
8.根据权利要求6所述的基于EIS的单体蓄电池内阻精确测量方法，其特征在于：步骤2）中，选用具有无限可微、双正交性而且无频谱混叠现象的Meyer小波进行分解运算，得到高频段和低频段，再对低频段进行分解运算，直到在某一子频带上得到小波系数的模极大值，得到电压和电流信号在相应的尺度空间上的系数。
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