CN109254251A - 电池阻抗测量装置、方法及芯片 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种电池阻抗测量装置、方法及芯片，装置包括：激励信号产生单元的一端连接第一电源接入端，激励信号产生单元的另一端连接第二电源接入端；响应通路的一端连接第一电源接入端，响应通路的另一端连接响应解析单元；响应解析单元的另一端连接阻抗测算单元；相位补偿单元的一端连接激励信号产生单元的另一端，相位补偿单元的另一端连接阻抗测算单元；控制模块与测量模块连接，当第一电源接入端和第二电源接入端接入电源时，控制测量模块进行阻抗测量。本发明实施例中，测算电池的电化学阻抗谱时，相位补偿单元可以补偿该延时相位，则被补偿的延迟相位不会对电池的测量造成测量偏差，提升了测量电池电化学阻抗谱的准确度。

Description

电池阻抗测量装置、方法及芯片

技术领域

本发明涉及电池阻抗测量技术领域，特别是涉及电池阻抗测量装置、方法及芯片。

背景技术

采用电化学阻抗谱法(Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS)分析电池的阻抗谱，在新能源汽车的电池管理系统中正在被越来越多的应用。电化学分析方法就是给电化学系统施加一个频率不同的小振幅的交流电势波，测量交流电势与电流信号的比值(即系统的阻抗)随正弦波频率ω的变化，或者是阻抗的相位角Φ随ω的变化，此时电化学系统的频响函数，就是电化学阻抗；在一系列不同频率下测得的一组频响函数值就是电化学系统的电化学阻抗谱，通过电化学阻抗谱，可以很好的掌握汽车电池的性能参数。

现有技术中，通常需要搭建测试通路，并采用测试分析模块对电池进行电化学阻抗谱测算。

然而，现有技术中在对电池进行电化学阻抗谱测算时，由于测试通路和测试分析模块本身会存在相位延迟，则测算电池的电化学阻抗谱时，该相位延迟会被当作电池的相位延迟，从而造成测量偏差，造成测出的电池电化学阻抗谱不准确。

发明内容

本发明实施例提供电池阻抗测量装置、方法及芯片，以解决测量电池电化学阻抗谱不准确的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电池阻抗测量装置，包括：

控制模块、测量模块；

所述测量模块包括：激励信号产生单元、响应通路、响应解析单元、相位补偿单元、阻抗测算单元、第一电源接入端、第二电源接入端；

所述激励信号产生单元的一端连接所述第一电源接入端，所述激励信号产生单元的另一端连接所述第二电源接入端，所述激励信号产生单元用于产生电流激励信号；

所述响应通路的一端连接所述第一电源接入端，所述响应通路的另一端连接所述响应解析单元，所述响应通路用于将对应于所述电流激励信号的电压信号传输给所述响应解析单元；

所述响应解析单元的另一端连接所述阻抗测算单元，所述响应解析单元用于解析所述电压信号，所述阻抗测算单元用于测算接入所述阻抗测算单元的装置的阻抗值；

所述相位补偿单元的一端连接所述激励信号产生单元的另一端，所述相位补偿单元的另一端连接所述阻抗测算单元，所述相位补偿单元用于补偿所述响应通路和所述响应解析单元产生的延时相位；

所述控制模块与所述测量模块连接，所述控制模块用于当第一电源接入端和所述第二电源接入端接入电源时，控制所述测量模块进行阻抗测量。

第一方面，本发明实施例还提供了一种电池阻抗测量方法，所述方法应用于任一上述的电池阻抗测量装置，所述方法包括：

当所述第一电源接入端和所述第二电源接入端接入所述预制直流电源时，控制所述激励信号产生单元产生预设频率的电流激励信号；

调整所述相位补偿单元的补偿相位值，直到所述阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值；

将所述阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值时，所述相位补偿单元的对应的补偿相位值确定为目标补偿相位值，以使当所述第一电源接入端和所述第二电源接入端接入所述待测电源时，所述测量模块根据所述目标补偿相位值对所述待测电源进行阻抗测量。

第二方面，本发明实施例另外还提供了一种芯片，包括任一上述的电池阻抗测量装置。

本发明实施例中，在测量模块中设置了相位补偿单元，当激励信号产生单元产生激励信号后，激励信号经过响应通路和响应解析单元时会产生一定的延时相位，激励信号经过相位补偿单元时也会产生一定的延时相位，该相位补偿单元产生的延时相位可以补偿由响应通路和响应解析单元产生的延时相位，则通过阻抗测算单元测算电池的电化学阻抗谱时，由于该相位补偿单元可以补偿该延时相位，则被补偿的延迟相位不会对电池的测量造成测量偏差，提升了测量电池电化学阻抗谱的准确度。

附图说明

图1是本发明实施例一的一种电池阻抗测量装置的结构框图；

图2是本发明移动终端实施例二的一种电池阻抗测量方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

【实施例一】

参照图1，示出了本发明实施例中的一种电池阻抗测量装置的结构框图。

本发明实施例中，电池阻抗测量装置可以应用于汽车电池管理系统(BMS，BatteryManagement System)，通过电池阻抗测量装置可以对电池的性能进行精确测量。

本发明实施例中，参照图1，所述电池阻抗测量装置包括：控制模块10、测量模块20。

其中，所述测量模块20包括：激励信号产生单元201、响应通路202、响应解析单元203、相位补偿单元204、阻抗测算单元205、第一电源接入端31、第二电源接入端32。所述激励信号产生单元201的一端连接所述第一电源接入端31，所述激励信号产生单元201的另一端连接所述第二电源接入端32，所述激励信号产生单元201用于产生电流激励信号。所述响应通路202的一端连接所述第一电源接入端31，所述响应通路202的另一端连接所述响应解析单元203，所述响应通路202用于将对应于所述电流激励信号的电压信号传输给所述响应解析单元203；所述响应解析单元203的另一端连接所述阻抗测算单元205，所述响应解析单元203用于解析所述电压信号，所述阻抗测算单元205用于测算接入所述阻抗测算单元205的装置的阻抗值；所述相位补偿单元204的一端连接所述激励信号产生单元201的另一端，所述相位补偿单元204的另一端连接所述阻抗测算单元205，所述相位补偿单元204用于补偿所述响应通路202和所述响应解析单元203产生的延时相位；所述控制模块10与所述测量模块20连接，所述控制模块10用于当第一电源接入端31和所述第二电源接入端32接入电源时，控制所述测量模块20进行阻抗测量。

本发明实施例中，在电池阻抗测量装置工作时，激励信号产生单元201可以产生电流激励信号，电流激励信号经过响应通路202后以电压信号传输到相应解析单元203，响应解析单元203解析该电压信号后，将解析后的信号传输到阻抗测算单元205，同时，电流激励信号也可以传输到相位补偿单元204，使得相位补偿单元204产生一定的相移，从而可以补偿由响应通路202和响应解析单元203产生的相移从而可以减少响应通路202和响应解析单元203产生的相移对阻抗测算单元205的测算结果的影响，提升阻抗测算单元205的测量精度。

具体应用中，所述电源包括：预设直流电源、待测电源，所述控制模块10包括控制单元，控制单元用于：当所述第一电源接入端31和所述第二电源接入端32接入所述预制直流电源时，控制所述激励信号产生单元201产生预设频率的电流激励信号；调整所述相位补偿单元204的补偿相位值，直到所述阻抗测算单元205测算出虚部为零的阻抗值；将所述阻抗测算单元205测算出虚部为零的阻抗值时，所述相位补偿单元204的对应的补偿相位值确定为目标补偿相位值，以使当所述第一电源接入端31和所述第二电源接入端32接入所述待测电源时，所述测量模块20根据所述目标补偿相位值对所述待测电源进行阻抗测量。

本发明实施例中，预设直流电源可以是接近理想的电源，几乎不会产生相移，因此，当第一电源接入端31和第二电源接入端32接入预制直流电源时，只有响应通路202、响应解析单元203和相位补偿单元204会产生相移，且，相位补偿单元204产生的相移可以补偿由响应通路202和响应解析单元203产生的相移。相位补偿单元204的初始补偿值可以设定为

具体应用中，当第一电源接入端31和第二电源接入端32接入预制直流电源时，控制单元可以控制激励信号产生单元201产生预设频率f₀的电流激励信号，则响应通路202和响应解析单元203产生相移相位补偿单元204产生相移阻抗测算单元205可以根据激励电流信号和解析单元的信号计算出f₀对应的阻抗值，调整相位补偿单元204的补偿相位值，则阻抗测算单元205计算出的阻抗值也相应变化，直到阻抗测算单元205测算出虚部为零的阻抗值，可以说明相位补偿单元204可以完全补偿由响应通路202和响应解析单元203产生的相移，因此，可以将此时相位补偿单元204的对应的补偿相位值确定为目标补偿相位值。当第一电源接入端31和第二电源接入端32接入待测电源时，测量模块20中可以将相位补偿单元204的相位值设定为目标补偿相位值，则测量模块20本身没有相移，对待测电源进行阻抗测量时，不会因为测量模块20的相移造成偏差，从而可以得到准确的阻抗测量结果。

作为本发明实施例的一种优选方案，所述控制模块10包括：相位补偿电压寄存器，所述控制单元包括：控制子单元，用于通过调整所述相位补偿电压寄存器的值，调整所述相位补偿单元的补偿相位值。所述控制子单元，还用于：读取所述阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值时，所述相位补偿电压寄存器的值，确定为目标补偿相位值。

具体应用中，控制模块10中，可以设置有相位补偿电压寄存器，相位补偿电压寄存器中存储着相位补偿单元204的补偿相位值，通过读取相位补偿电压寄存器，可以获知存储着相位补偿单元204的补偿相位值；通过修改相位补偿电压寄存器的相位补偿值，可以调整相位补偿单元204的补偿相位值。

综上所述，本发明实施例中，在测量模块中设置了相位补偿单元，当激励信号产生单元产生激励信号后，激励信号经过响应通路和响应解析单元时会产生一定的延时相位，激励信号经过相位补偿单元时也会产生一定的延时相位，该相位补偿单元产生的延时相位可以补偿由响应通路和响应解析单元产生的延时相位，则通过阻抗测算单元测算电池的电化学阻抗谱时，由于该相位补偿单元可以补偿该延时相位，则被补偿的延迟相位不会对电池的测量造成测量偏差，提升了测量电池电化学阻抗谱的准确度。

需要说明的是，对于前述的装置实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的模块组合，但是本领域技术人员应该知悉，依据本发明，某些模块可以采用其他部件进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作或模块并不一定是本发明所必需的。

【实施例二】

参照图2，示出了本发明实施例中的一种电池阻抗测量方法的步骤流程图。该方法可以应用于上述任一的电池阻抗测量装置中，该方法包括：

步骤101：当所述第一电源接入端和所述第二电源接入端接入所述预制直流电源时，控制所述激励信号产生单元产生预设频率的电流激励信号。

本发明实施例中，预设直流电源可以是接近理想的电源，几乎不会产生相移，控制激励信号产生单元可以产生预设频率f₀的电流激励信号。

步骤102：调整所述相位补偿单元的补偿相位值，直到所述阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值。

本发明实施例中，相位补偿单元的初始补偿值可以设定为通过调整相位补偿单元的补偿相位值可以在阻抗测算单元测算出对应的阻抗值，当阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值时，可以说明相位补偿单元可以完全补偿由响应通路和响应解析单元产生的相移。

步骤103：将所述阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值时，所述相位补偿单元的对应的补偿相位值确定为目标补偿相位值，以使当所述第一电源接入端和所述第二电源接入端接入所述待测电源时，所述测量模块根据所述目标补偿相位值对所述待测电源进行阻抗测量。

本发明实施例中，将此时相位补偿单元204的对应的补偿相位值确定为目标补偿相位值。将阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值时，相位补偿单元的对应的补偿相位值确定为目标补偿相位值，当第一电源接入端和第二电源接入端接入待测电源时，测量模块中可以将相位补偿单元的相位值设定为目标补偿相位值，则测量模块本身没有相移，对待测电源进行阻抗测量时，不会因为测量模块的相移造成偏差，从而可以得到准确的阻抗测量结果。

优选地，所述当所述第一电源接入端和所述第二电源接入端接入所述待测电源时，所述测量模块根据所述目标补偿相位值对所述待测电源进行阻抗测量，包括：

当所述第一电源接入端和所述第二电源接入端接入所述待测电源时，设定所述相位补偿单元的相位值为所述目标补偿相位值，以补偿所述响应通路和所述响应解析单元产生的相位延迟；控制所述激励信号产生单元产生预设电流激励信号；根据所述预设电流激励信号，在所述阻抗测算单元确定所述待测电源的电化学阻抗谱。

本发明实施例中，当对待测电源进行测试时，将相位补偿单元的相位值设定为目标补偿相位值，则相位补偿单元可以补偿由响应通路和响应解析单元产生的相位延迟，控制激励信号产生单元产生预设电流激励信号，预设电流激励信号可以是不同频率的几个电流激励信号，则根据预设电流激励信号，可以在阻抗测算单元确定待测电源的电化学阻抗谱。

优选地，所述调整所述相位补偿单元的补偿相位值，包括：通过调整相位补偿电压寄存器的值，调整所述相位补偿单元的补偿相位值。

优选地，所述读取所述阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值时，所述相位补偿电压寄存器的值，确定为目标补偿相位值，包括：读取所述阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值时，所述相位补偿电压寄存器的值，确定为目标补偿相位值。

本发明实施例中，通过间接法测算出响应通路和响应解析单元的相移，不需要去分析响应通路和响应解析单元的具体电路，提升了整个阻抗测试系统的通用性，且通过相位补偿单元提高了整个阻抗测试的准确性及精度。

综上所述，本发明实施例中，在测量模块中设置了相位补偿单元，该相位补偿单元可以补偿响应通路和响应解析单元产生的延时相位，则测算电池的电化学阻抗谱时，由于该相位补偿单元可以补偿该延时相位，则被补偿的延迟相位不会对电池的测量造成测量偏差，提升了测量电池电化学阻抗谱的准确度。

上述电池阻抗测量方法能够实现图1的装置实施例中各模块实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。

本发明实施例还提供了一种电池阻抗测量芯片，包括上述任一所述的电池阻抗测量装置。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域技术人员易于想到的是：上述各个实施例的任意组合应用都是可行的，故上述各个实施例之间的任意组合都是本发明的实施方案，但是由于篇幅限制，本说明书在此就不一一详述了。

在此提供的电池阻抗测量装置不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造具有本发明方案的系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的贴装方法的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池阻抗测量装置，其特征在于，所述装置包括：控制模块、测量模块；

所述测量模块包括：激励信号产生单元、响应通路、响应解析单元、相位补偿单元、阻抗测算单元、第一电源接入端、第二电源接入端；

所述激励信号产生单元的一端连接所述第一电源接入端，所述激励信号产生单元的另一端连接所述第二电源接入端，所述激励信号产生单元用于产生电流激励信号；

所述响应通路的一端连接所述第一电源接入端，所述响应通路的另一端连接所述响应解析单元，所述响应通路用于将对应于所述电流激励信号的电压信号传输给所述响应解析单元；

所述响应解析单元的另一端连接所述阻抗测算单元，所述响应解析单元用于解析所述电压信号，所述阻抗测算单元用于测算接入所述阻抗测算单元的装置的阻抗值；

所述相位补偿单元的一端连接所述激励信号产生单元的另一端，所述相位补偿单元的另一端连接所述阻抗测算单元，所述相位补偿单元用于补偿所述响应通路和所述响应解析单元产生的延时相位；

所述控制模块与所述测量模块连接，所述控制模块用于当第一电源接入端和所述第二电源接入端接入电源时，控制所述测量模块进行阻抗测量。

2.根据权利要求1所述的电池阻抗测量装置，所述电源包括：预设直流电源、待测电源，所述控制模块包括控制单元，用于：

当所述第一电源接入端和所述第二电源接入端接入所述预制直流电源时，控制所述激励信号产生单元产生预设频率的电流激励信号；

调整所述相位补偿单元的补偿相位值，直到所述阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值；

将所述阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值时，所述相位补偿单元的对应的补偿相位值确定为目标补偿相位值，以使当所述第一电源接入端和所述第二电源接入端接入所述待测电源时，所述测量模块根据所述目标补偿相位值对所述待测电源进行阻抗测量。

3.根据权利要求2所述的电池阻抗测量装置，其特征在于，所述控制模块包括：相位补偿电压寄存器，所述控制单元包括：

控制子单元，用于通过调整所述相位补偿电压寄存器的值，调整所述相位补偿单元的补偿相位值。

4.根据权利要求3所述的电池阻抗测量装置，其特征在于，所述控制子单元，还用于：

读取所述阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值时，所述相位补偿电压寄存器的值，确定为目标补偿相位值。

5.根据权利要求1至4任一所述的电池阻抗测量装置，其特征在于，所述装置应用于汽车电池管理系统。

6.一种电池阻抗测量方法，其特征在于，应用于权利要求1至5任一所述的电池阻抗测量装置，所述方法包括：

当所述第一电源接入端和所述第二电源接入端接入所述预制直流电源时，控制所述激励信号产生单元产生预设频率的电流激励信号；

调整所述相位补偿单元的补偿相位值，直到所述阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值；

将所述阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值时，所述相位补偿单元的对应的补偿相位值确定为目标补偿相位值，以使当所述第一电源接入端和所述第二电源接入端接入所述待测电源时，所述测量模块根据所述目标补偿相位值对所述待测电源进行阻抗测量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述当所述第一电源接入端和所述第二电源接入端接入所述待测电源时，所述测量模块根据所述目标补偿相位值对所述待测电源进行阻抗测量，包括：

当所述第一电源接入端和所述第二电源接入端接入所述待测电源时，设定所述相位补偿单元的相位值为所述目标补偿相位值，以补偿所述响应通路和所述响应解析单元产生的相位延迟；

控制所述激励信号产生单元产生预设电流激励信号；

根据所述预设电流激励信号，在所述阻抗测算单元确定所述待测电源的电化学阻抗谱。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述调整所述相位补偿单元的补偿相位值，包括：

通过调整相位补偿电压寄存器的值，调整所述相位补偿单元的补偿相位值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述读取所述阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值时，所述相位补偿电压寄存器的值，确定为目标补偿相位值，包括：

读取所述阻抗测算单元测算出虚部为零的阻抗值时，所述相位补偿电压寄存器的值，确定为目标补偿相位值。

10.一种电池阻抗测量芯片，其特征在于，包括权利要求1至5任一所述的电池阻抗测量装置。