CN111123133A - 一种非接触式动力电池阻抗测量和充电的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非接触式动力电池阻抗测量和充电的装置，充电继电器与第一整流滤波器串联后分别与测阻抗继电器并联，并联后的测阻抗继电器的第一端连接接收线圈，另一第二端连接到多个电池模组选择开关；利用非接触式动力电池充电装置中的交流电测量电池阻抗以及对动力电池进行加热，实现利用无线充电设备测量电池阻抗，能够根据实时测量的电池阻抗实时更新电池充电的电流和电压，实现最优电流和电压充电；能够根据实时测量的电池阻抗实时更新动力电池参数的实时更新，实现动力电池状态参数的估计更加准确。能够根据实时测量的电池阻抗实时更新电池交流电加热的频率、电流和功率参数，实现变频加热温升速率更高，控制精确度高且简单。

Description

一种非接触式动力电池阻抗测量和充电的装置
技术领域
动力电池低温加热、阻抗测量和充电领域，尤其涉及一种非接触式动力电池阻抗测量和充电和加热的装置。
背景技术
目前，阻抗测量没有车载环境下的实现装置，现有技术的在线车辆都需要额外增加特定的外接激励设备，如专利申请CN109254251，外接激励信号产生单元产生一定频率的正弦激励，但不具备车载条件。流程繁琐而且设备不灵活性、适应性差，不能很好的适应目前车辆动力电池参数及时更新的需求；
另一种计算阻抗通过建模，存在建模不精确阻抗计算误差大等诸多缺点。
还有一种现有非车载阻抗测量装置大多基于电化学工作站，采用交流阻抗法能精确得到电池阻抗信息，但是设备体积庞大，不适用与车载阻抗的测量。
现有技术CN110554327,虽然在车载充电时，到那时利用的电池充放电阶跃信号，并非使用了外接交流正弦激励，测量精度不足。
现有电池预热技术大多以PTC加热为主，但是PTC加热存在加热效率低，均匀性不好、安全隐患高、控制精确性差、升温速率慢等缺点；
传统的液体加热会大幅度降低动力电池的能量密度，同时也存在加热效率低、升温速率慢等问题。
近年来的最新的电池内部加热电阻的技术虽然提升了加热速率，但是也存在着管控成本过高，控制过于复杂等问题，目前现有方法还无法短时间内有效解决电池预热问题。
现有的非接触式动力电池充电装置如CN109774504A，都是将接收线圈收到的电磁能转换为交流电，再将交流电转换为直流电来给动力电池充电。
发明内容
现有技术中无人想到利用非接触式动力电池充电装置中的交流电，而本发明正是跳出了现有技术的常规使用偏见；利用非接触式动力电池充电装置中的交流电测量电池阻抗以及对动力电池进行加热，使得无增加外部设备的情况下，解决了上述现有技术存在的技术问题，实现了如下效果：
1、利用无线充电设备测量电池阻抗，无需外接单独的激励源，在车辆充电时完成电池阻抗实时测量，不增加新的设备，无新增成本。
2、本发明能够根据适时测量的电池阻抗更新电池充电的电流和电压，实现最优电流和电压充电，充电效率更高，充电过程对电池损伤更小。
3、本发明能够根据适时测量的电池阻抗更新动力电池参数，实现动力电池状态参数的估计更加准确。
4、本发明能够根据适时测量的电池阻抗更新电池交流电加热的电流频率和电流功率，实现变频加热温升速率更高，控制精确度高且简单。
附图说明
图1为本发明的动力电池阻抗测量和充电装置示意图；
图2为本发明的动力电池阻抗测量、充电和低温加热装置示意图；
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。
动力电池包括多个电池模组；
本发明的一种非接触式动力电池阻抗测量和充电的装置，
如图1所示，包括安装于车辆的车载端和安装于车位的车位端；
所述车位端包括发射装置15、第二拓扑补偿电路14、逆变器13、第二整流滤波器12、第二无线收发装置11、主控制器10；
第二整流滤波器12将外部电源输入的直流电或者交流电转变为直流电；
逆变器13在第二拓扑补偿电路14和第二整流滤波电路12之间；用于将整流滤波后的直流电转变为高频交流电；
第二拓扑补偿电路14在逆变器13和发射装置15之间；用于减小发射装置的漏感，提高能量的传输效率，补偿结构可以采取S/S、LS、PS、PP、LCC等多种形式。
发射装置15，为一个利兹线缠绕的线圈，将高频交流电转变为高频交变磁场；
主控制器获取电池电压、电流、温度、SOC、适时测得的阻抗等信息，根据适时测量的电池阻抗信息适时更新电池最优充电电流和最优充电电压，从而控制逆变器13来控制发射装置14，实现动力电池的以最优充电电流和最优充电电压进行充电；
所述车载端包括测阻抗继电器20、充电继电器21、第一整流滤波器22、N个电池组23、接收装置16、第一拓扑补偿电路17、第一无线收发装置19和从控制器18；
接收装置16，为一个利兹线缠绕的线圈，将感应到的发射装置15发出的高频交变磁场转变为高频交流电；
第一拓扑补偿电路17在充电继电器21、测阻抗继电器20与和接收装置16之间，用于减小接收装置16的漏感，提高能量的传输效率，补偿结构可以采取S/S、LS、PS、PP、LCC等多种形式。
测阻抗继电器20连接在接收装置16和多个电池模组端控制开关之间，测阻抗继电器20通断及特定的电池模组选择开关的通断，决定是否为特定电池模组测量阻抗。
充电继电器21通断及特定的电池模组选择开关的通断，决定是否为所述的特定的电池模组充电。
充电继电器21与第一整流滤波器22串联后与测阻抗继电器20并联，并联后的第一端连接接收线圈16，并联后的第二端连接到多个电池模组选择开关Q1、Q2、Q3、Q4……Qn；
优选地，所述第一端与所述接收线圈16之间设置第一拓扑补偿电路；
第一整流滤波22连接在充电继电器21和多个电池模组端控制开关之间，将接收装置16感应产生的高频交流电转变为直流电；
多个电池模组选择开关Q1、Q2、Q3、Q4……Qn，电池模组选择开关与电池模组一一对应，每个所述的电池模组选择开关分别连接一个电池模组，控制各电池模组是否与测阻抗继电器20或充电继电器22断开/闭合，即是否进行阻抗测量或充电。
从控制器控制测阻抗继电器20和充电继电器21的通断，控制多个电池模组选择开关Q1、Q2、Q3、Q4……Qn的通断，进而控制执行充电和/或阻抗测量。
第一无线收发装置19与从控制器18连接，第二收发装置11与主控制器相10连接，第一无线收发装置19与第二收发装置11之间进行无线通讯数据传输，交换电池电压、电流、温度、实时测得的阻抗信息，或者更新的SOC、SOH。
如图2所示，优选地，本发明还可以设置加热继电器24，加热继电器24连接在接收装置16和多个电池模组端控制开关之间，测阻抗继电器与加热继电器并联，从控制器控制加热继电器24通断及特定的电池模组选择开关的通断，决定是否为特定电池模组加热。
接收装置16感应高频交变磁场从而产生高频交流电，通过加热继电器24，将最优加热电流频率和最优加热电流功率施加到需要加热的电池模组两端，对电池模组进行高频激励充电或者放电，实现需要加热的电池模组迅速升温。
优选地，通过逆变器13控制发射装置发出的高频交变磁场状态，来控制加热电流频率和加热电流功率。
优选地，主控制器与从控制器通信交换测得的特定的电池模组的阻抗值，根据特定的电池模组的阻抗值更新该特定电池模组的最优加热电流频率和最优加热电流功率，控制发射装置发出的高频交变磁场状态，实现以所述最优加热电流频率和所述最优加热电流功率加热。
下文对阻抗测量、充电部分和低温加热的工作原理进行描述：
a、充电
从控制器闭合充电继电器，并打开需要充电的电池模组选择开关，发射装置产生高频交变磁场，接收装置感应高频交变磁场从而产生高频交流电，通过充电继电器和整流滤波器，高频交流电转化为直流电，加载到需要充电的电池模组两端，实现为电池充电功能。
b、阻抗测量
控制器闭合测阻抗继电器，并打开需要测量阻抗的电池模组选择开关，发射装置以相应频率产生交变磁场，接收装置感应到交变磁场产生一定频率和功率的激励电流，通过阻抗测量继电器，施加到需要测量阻抗的电池模组两端，利用测量的电池模组的状态信息信息，计算电池模组的阻抗。
计算动力电池阻抗信息的方法不限于下述方法。
测量电池组的电压、电流、相位差等信息，将电流、电压进行傅立叶变换，计算电池模组的阻抗，交流阻抗计算的公式为：
I＝Iin
Figure BDA0002353717870000041
Figure BDA0002353717870000042
其中，Iin为输入的不同频率的交变激励电流，Vr为不同频率下被测电池模组电压的实部，Vj为不同频率下被测电池模组电压的虚部，Ir为不同频率下被测电池模组电流的实部，Ij为不同频率下被测电池模组电流的虚部，Zr为不同频率下被测电池模组阻抗的实部，Zj为不同频率下被测电池模组阻抗的虚部。
c、加热
从控制器闭合加热继电器，并打开需要加热的电池模组选择开关，发射装置产生高频交变磁场，接收装置感应高频交变磁场从而产生高频交流电，通过加热继电器，施加到需要加热的电池模组两端，当一定频率的交流电加载到电池的两端，对电池模组进行高频激励充电或者放电，需要加热的电池模组迅速升温。

Claims (9)

1.一种非接触式动力电池阻抗测量和充电的装置，
包括安装于车辆的车载端和安装于车位的车位端；
所述车位端包括发射装置、外部电源和主控制器；所述发射装置产生高频交变磁场；
所述车载端包括测阻抗继电器、第一整流滤波器、多个电池模组、接收装置和从控制器；
接收装置，将感应到的发射装置发出的高频交变磁场转变为高频交流电；
多个电池模组选择开关，所述电池模组选择开关与电池模组一一对应；
其特征在于，车载端还包括测阻抗继电器；
充电继电器与第一整流滤波器串联后与测阻抗继电器并联，并联后的第一端连接接收装置，并联后的第二端连接到每一个所述电池模组选择开关；
闭合测阻抗继电器，并闭合与需要测量阻抗的电池模组对应的电池模组端控制开关，所述接收装置感应所述高频交变磁场产生激励电流，所述激励电流通过阻抗测量继电器，施加到需要测量阻抗的电池模组两端，利用需要测量阻抗的电池模组的状态信息，计算所述需要测量阻抗的电池模组的阻抗值。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：主控制器与从控制器通信交换测得的电池模组的阻抗值，根据所述阻抗值更新电池模组的最优充电电流和最优充电电压。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：车载端还包括加热继电器；测阻抗继电器与加热继电器并联，加热继电器通断及特定的电池模组选择开关的通断，决定是否为特定电池模组加热。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：主控制器与从控制器通信交换测得的电池模组的阻抗值，根据所述阻抗值更新电池模组最优加热电流频率和加热电流功率，控制发射装置发出的高频交变磁场状态，实现以最优加热电流频率和加热电流幅值加热。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：接收装置感应高频交变磁场从而产生高频交流电，通过加热继电器，将最优加热电流频率和加热电流功率施加到需要加热的电池模组两端，对电池模组进行高频激励充电或者放电，实现需要加热的电池模组迅速升温。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：根据测量的电池阻抗值更新动力电池SOC或SOH。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述高频交流电通过充电继电器和整流滤波器，转化为直流电，加载到需要充电的电池模组两端，实现为电池模组非接触充电。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：第一拓扑补偿电路在充电继电器、测阻抗继电器与接收装置之间，用于减小接收装置的漏感，提高能量的传输效率。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：逆变器在发送装置和第二整流滤波电路之间；用于将整流滤波后的直流电转变为高频交流电。
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