CN110376438A - 动力锂电池内阻检测装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
动力锂电池内阻检测装置及其检测方法,属于锂电池内阻测量领域,本发明为解决现有动力锂电池内阻检测精度低、无多频点快速检测方法的问题。本发明交流激励源根据PC内预设的频率和幅值向待测锂电池提供连续输出的激励电流;数据采集模块采集待测锂电池两端的电压信号,采集的数据经过数字滤波后以一维数组的形式存储在PC中,PC设置两个相互正交的参考信号函数,两个参考信号函数与激励电流信号的频率相同,两个参考信号函数分别形成两个一维数组,两个一维数组与PC中存储的一维数组数据长度和采样间隔相对应,根据正交矢量锁相放大原理和欧姆定律计算获得该频率下待测锂电池的内阻值。本发明用于对锂电池内阻进行连续多频点快速检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种动力锂电池内阻检测装置及其检测方法,属于锂电池内阻测量领域。
背景技术
随着可用资源的匮乏与环境的恶化,电池能源作为新能源在一定程度上缓解了环境危机和能源危机。电池内阻是衡量锂电池性能的关键参数之一,针对锂电池内阻的检测装置却没有与锂电池储能技术和应用方法保持同步,主要表现在检测手段和方法单一,应用范围狭窄,精度不理想,通用性不强等。随着新能源汽车的推广,动力电池的应用越来越广泛,对动力电池性能的监控越来越重要,需要一款可以实时在线监控动力电池内阻的装置。
发明内容
本发明目的是为了解决现有动力锂电池内阻检测精度低、无多频点快速检测方法的问题,提供了一种动力锂电池内阻检测装置及其检测方法。
本发明所述动力电池内阻检测装置,该检测装置包括交流激励源、数据采集模块和PC;
采用PC对交流激励源和数据采集模块进行控制;
交流激励源根据PC内预设的频率和幅值,向待测锂电池提供连续输出的激励电流;
数据采集模块采集待测锂电池两端的电压信号,采集后的数据发送至PC;
采集的数据经过数字滤波后以一维数组的形式存储在PC中,PC设置两个相互正交的参考信号函数,两个参考信号函数与激励电流信号的频率相同,两个参考信号函数分别形成两个一维数组,两个一维数组与PC中存储的一维数组数据长度和采样间隔相对应,根据正交矢量锁相放大原理和欧姆定律计算获得该频率下待测锂电池的内阻值。
本发明所述动力锂电池内阻检测方法,该检测方法的具体过程为:
S1、PC根据预设的频率和幅值控制交流激励源向待测锂电池输出激励电流;
S2、数据采集模块采集待测锂电池两端的电压信号,并将采集到的数据输送至PC;
S3、PC根据正交矢量锁相放大原理和欧姆定律计算获得该频率下待测锂电池的内阻;
S4、在预设的频率范围内,PC控制交流激励源,调节激励电流的频率,然后重复执行S2-S3,获得预设频率范围内不同频率下待测锂电池的内阻值;
S5、获得预设频率范围内待测锂电池的内阻谱图。
优选的,S3所述PC根据正交矢量锁相放大原理和欧姆定律计算获得该频率下待测锂电池的内阻的具体过程为:
S3-1、数据采集模块采集的电压信号经过数字滤波后以一维数组的形式存储在PC中;
S3-2、设置两个参考信号函数,两个参考信号函数与激励电流信号频率相同且相互正交;
S3-3、两个参考信号函数分别形成两个一维数组,两个一维数组与PC中存储的一维数组数据长度和采样间隔相对应;
S3-4、将S3-1获得的一维数组与S3-3获得的两个一维数组进行正交锁相放大运算和低通滤波运算,获得待测锂电池两端的电压值;
S3-5、将S3-4获得的待测锂电池两端的电压值与S1的激励电流进行欧姆定律计算,计算结果进行修正后即为待测锂电池的内阻值。
优选的,S3-2所述设定两个参考信号函数的具体过程为:
S3-1所述的激励响应信号为:其中:A表示锂电池两端电压的峰值,ω表示激励电流的正弦的频率,t表示时间,表示初始相位,N(t)表示噪声;
生成与S(t)的频率ω相同的一个参考信号函数R1(t):
R1(t)=Bsinωt,其中,B表示幅值;
将参考信号函数R1(t)的相位移动90°,获得与R1(t)正交的另一个参考信号函数R2(t):
R2(t)=-Bcosωt。
优选的,S3-4所述获得待测锂电池两端的电压值的具体过程为:
将S(t)的一维数组与R1(t)、R2(t)的一维数组分别相乘,获得两个一维数组U1(t)和U2(t):
对U1(t)和U2(t)分别进行低通滤波运算,分别得到直流成分Vout1和Vout2:
根据Vout1和Vout2获得S(t)的幅值,即为锂电池两端电压的峰值A。
优选的,该检测方法还包括失真检测;
失真检测的具体方法为:
数据采集模块采集交流激励源输出的连续变化的激励信号;
数据采集模块将采集到的激励信号发送至PC;
PC根据不同的激励信号分别计算失真度;
PC判断失真度是否与预先设定的阈值相同,如果相同,则该激励信号失真,此时S3获取的内阻值舍弃,如果不同,则该激励信号不失真,此时S3获取的内阻值即为最终结果。
本发明的优点:本发明根据正交矢量锁相放大器原理和欧姆定律,结和全频段多频点密集扫频技术、虚拟仪器技术、负反馈技术以及跨导放大器,实现对动力锂电池内阻的监控与测量。本发明采用参考信号函数与采集信号运算的方式,实现了正交矢量锁相放大器的功能,完成了对微弱信号的快速准确提取,从根本上解决了扫频测量过程中硬件电路频响问题,最终实现宽频带范围的检测。
附图说明
图1是本发明所述动力电池内阻检测装置的原理框图;
图2是本发明所述动力锂电池内阻检测方法的流程框图。
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,所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动的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。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,但不作为本发明的限定。
具体实施方式一:下面结合图1说明本实施方式,本实施方式所述动力电池内阻检测装置,
该检测装置包括交流激励源、数据采集模块和PC;
采用PC对交流激励源和数据采集模块进行控制;
交流激励源根据PC内预设的频率和幅值,向待测锂电池提供连续输出的激励电流;
数据采集模块采集待测锂电池两端的电压信号,采集后的数据发送至PC;
采集的数据经过数字滤波后以一维数组的形式存储在PC中,PC设置两个相互正交的参考信号函数,两个参考信号函数与激励电流信号的频率相同,两个参考信号函数分别形成两个一维数组,两个一维数组与PC中存储的一维数组数据长度和采样间隔相对应,根据正交矢量锁相放大原理和欧姆定律计算获得该频率下待测锂电池的内阻值。
本实施方式中,数据采集模块采用NI9215型4通道、16位模拟输入卡。
交流激励源为采用负反馈和跨导放大器的激励源。
交流激励源为经过隔直电容向待测锂电池提供激励电流。
具体实施方式二:下面结合图2说明本实施方式,本实施方式所述动力锂电池内阻检测方法,该检测方法的具体过程为:
S1、PC根据预设的频率和幅值控制交流激励源向待测锂电池输出激励电流;
S2、数据采集模块采集待测锂电池两端的电压信号,并将采集到的数据输送至PC;
S3、PC根据正交矢量锁相放大原理和欧姆定律计算获得该频率下待测锂电池的内阻;
S4、在预设的频率范围内,PC控制交流激励源,调节激励电流的频率,然后重复执行S2-S3,获得预设频率范围内不同频率下待测锂电池的内阻值;
S5、获得预设频率范围内待测锂电池的内阻谱图。
本实施方式中,待测锂电池的内阻谱图是以预设频率范围内不同频率作为横坐标、以各频率对应的内阻值为纵坐标的曲线图。
数据采集模块对待测锂电池的直流进行隔离,获取待测锂电池两端的电压信号。
S3所述PC根据正交矢量锁相放大原理和欧姆定律计算获得该频率下待测锂电池的内阻的具体过程为:
S3-1、数据采集模块采集的电压信号经过数字滤波后以一维数组的形式存储在PC中;
S3-2、设置两个参考信号函数,两个参考信号函数与激励电流信号频率相同且相互正交;
S3-3、两个参考信号函数分别形成两个一维数组,两个一维数组与PC中存储的一维数组数据长度和采样间隔相对应;
S3-4、将S3-1获得的一维数组与S3-3获得的两个一维数组进行正交锁相放大运算和低通滤波运算,获得待测锂电池两端的电压值;
S3-5、将S3-4获得的待测锂电池两端的电压值与S1的激励电流进行欧姆定律计算,计算结果进行修正后即为待测锂电池的内阻值。
S3-2所述设定两个参考信号函数的具体过程为:
S3-1所述的激励响应信号为:其中:A表示锂电池两端电压的峰值,ω表示激励电流的正弦的频率,t表示时间,表示初始相位,N(t)表示噪声;
生成与S(t)的频率ω相同的一个参考信号函数R1(t):
R1(t)=Bsinωt,其中,B表示幅值;
将参考信号函数R1(t)的相位移动90°,获得与R1(t)正交的另一个参考信号函数R2(t):
R2(t)=-Bcosωt。
S3-4所述获得待测锂电池两端的电压值的具体过程为:
将S(t)的一维数组与R1(t)、R2(t)的一维数组分别相乘,获得两个一维数组U1(t)和U2(t):
对U1(t)和U2(t)分别进行低通滤波运算,分别得到直流成分Vout1和Vout2:
根据Vout1和Vout2获得S(t)的幅值,即为锂电池两端电压的峰值A。
具体实施方式三:本实施方式对具体实施方式二作进一步说明,该检测方法还包括失真检测;
失真检测的具体方法为:
数据采集模块采集交流激励源输出的连续变化的激励信号;
数据采集模块将采集到的激励信号发送至PC;
PC根据不同的激励信号分别计算失真度;
PC判断失真度是否与预先设定的阈值相同,如果相同,则该激励信号失真,此时S3获取的内阻值舍弃,如果不同,则该激励信号不失真,此时S3获取的内阻值即为最终结果。
本发明中,检测装置由PC实现对交流激励源和数据采集模块的控制,采用负反馈和跨导放大器的激励源产生不同的频率、连续变化的激励交流,为锂电池提供连续变化的激励电流,采用NI9215型4通道、16位模拟输入卡对待测锂电池两端的电压信号进行采集,采集的电压信号发送至PC中,以一维数组的形式存储在PC中,设定两个与激励电流信号频率相同且相互正交的参考信号函数,两个参考信号函数分别形成与电压信号对应的两个一维数组,通过正交矢量锁相放大原理和欧姆定律计算获得预设频率范围内各个频率下待测锂电池的内阻。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明,但是应该理解的是,这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是,可以对示例性的实施例进行许多修改,并且可以设计出其他的布置,只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是,可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是,结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (9)
1.动力锂电池内阻检测装置,其特征在于,该检测装置包括交流激励源、数据采集模块和PC;
采用PC对交流激励源和数据采集模块进行控制;
交流激励源根据PC内预设的频率和幅值,向待测锂电池提供连续输出的激励电流;
数据采集模块采集待测锂电池两端的电压信号,采集后的数据发送至PC;
采集的数据经过数字滤波后以一维数组的形式存储在PC中,PC设置两个相互正交的参考信号函数,两个参考信号函数与激励电流信号的频率相同,两个参考信号函数分别形成两个一维数组,两个一维数组与PC中存储的一维数组数据长度和采样间隔相对应,根据正交矢量锁相放大原理和欧姆定律计算获得该频率下待测锂电池的内阻值。
2.根据权利要求1所述的动力锂电池内阻检测装置,其特征在于,交流激励源为采用负反馈和跨导放大器的激励源。
3.根据权利要求1或2所述的动力锂电池内阻检测装置,其特征在于,交流激励源为经过隔直电容向待测锂电池提供激励电流。
4.动力锂电池内阻检测方法,其特征在于,该检测方法的具体过程为:
S1、PC根据预设的频率和幅值控制交流激励源向待测锂电池输出激励电流;
S2、数据采集模块采集待测锂电池两端的电压信号,并将采集到的数据输送至PC;
S3、PC根据正交矢量锁相放大原理和欧姆定律计算获得该频率下待测锂电池的内阻;
S4、在预设的频率范围内,PC控制交流激励源,调节激励电流的频率,然后重复执行S2-S3,获得预设频率范围内不同频率下待测锂电池的内阻值;
S5、获得预设频率范围内待测锂电池的内阻谱图。
5.根据权利要求4所述的动力锂电池内阻检测方法,其特征在于,数据采集模块对待测锂电池的直流进行隔离,获取待测锂电池两端的电压信号。
6.根据权利要求4所述的动力锂电池内阻检测方法,其特征在于,S3所述PC根据正交矢量锁相放大原理和欧姆定律计算获得该频率下待测锂电池的内阻的具体过程为:
S3-1、数据采集模块采集的电压信号经过数字滤波后以一维数组的形式存储在PC中;
S3-2、设置两个参考信号函数,两个参考信号函数与激励电流信号频率相同且相互正交;
S3-3、两个参考信号函数分别形成两个一维数组,两个一维数组与PC中存储的一维数组数据长度和采样间隔相对应;
S3-4、将S3-1获得的一维数组与S3-3获得的两个一维数组进行正交锁相放大运算和低通滤波运算,获得待测锂电池两端的电压值;
S3-5、将S3-4获得的待测锂电池两端的电压值与S1的激励电流进行欧姆定律计算,计算结果进行修正后即为待测锂电池的内阻值。
7.根据权利要求6所述的动力锂电池内阻检测方法,其特征在于,S3-2所述设定两个参考信号函数的具体过程为:
S3-1所述的激励响应信号为:其中:A表示锂电池两端电压的峰值,ω表示激励电流的正弦的频率,t表示时间,表示初始相位,N(t)表示噪声;
生成与S(t)的频率ω相同的一个参考信号函数R1(t):
R1(t)=Bsinωt,其中,B表示幅值;
将参考信号函数R1(t)的相位移动90°,获得与R1(t)正交的另一个参考信号函数R2(t):
R2(t)=-Bcosωt。
8.根据权利要求7所述的动力锂电池内阻检测方法,其特征在于,S3-4所述获得待测锂电池两端的电压值的具体过程为:
将S(t)的一维数组与R1(t)、R2(t)的一维数组分别相乘,获得两个一维数组U1(t)和U2(t):
对U1(t)和U2(t)分别进行低通滤波运算,分别得到直流成分Vout1和Vout2:
根据Vout1和Vout2获得S(t)的幅值,即为锂电池两端电压的峰值A。
9.根据权利要求4所述的动力锂电池内阻检测方法,其特征在于,该检测方法还包括失真检测;
失真检测的具体方法为:
数据采集模块采集交流激励源输出的连续变化的激励信号;
数据采集模块将采集到的激励信号发送至PC;
PC根据不同的激励信号分别计算失真度;
PC判断失真度是否与预先设定的阈值相同,如果相同,则该激励信号失真,此时S3获取的内阻值舍弃,如果不同,则该激励信号不失真,此时S3获取的内阻值即为最终结果。
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