CN113490856A

CN113490856A - 高精度阻抗测量装置

Info

Publication number: CN113490856A
Application number: CN202080018017.3A
Authority: CN
Inventors: 孙炯彬; 李永宰; 崔景麟; 洪永珍
Original assignee: Mintec Technology Co ltd
Current assignee: Mintec Technology Co ltd
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2021-10-08
Also published as: KR102254776B1; US11899073B2; EP3916409A1; US20220137144A1; WO2021075744A1; KR20210043965A; EP3916409A4

Abstract

本发明的阻抗测量装置包括：电化学能源装置；放大部，与上述电化学能源装置的各个连接端子相连接，放大进入配线的信号；以及主电路板，通过接收来自上述放大部的信号来测量阻抗。因此，本发明的优点在于，可通过将前置放大器配置成靠近电化学能源装置的端子，来以仅放大信号而不放大进入配线的噪声的方式具有高抗电磁干扰性。

Description

高精度阻抗测量装置

技术领域

本发明涉及一种高精度阻抗测量装置，更具体地，可在将前置放大器配置成靠近电化学能源装置的端子的情况下，以仅放大信号而不放大进入配线的噪声的方式具有高抗电磁干扰性。

背景技术

储能系统(ESS：Energy Storage System)是一种以在不给顾客带来不便的情况下减少最大负荷的方式提高需求方的能源效率的具有潜力的工具。家用储能装置实际由多家制造商开发和销售。尽管装置的高成本限制了耗材，但储能系统因其体积小、易于控制的特点而开始用于家庭能源管理。

随着这些下一代电力技术的普及，对用于其中的大容量、高电压电化学能源装置进行状态测量的需求越来越大。

由于大容量电化学能源装置的特性在于高工作电压(～几百V)和非常低的内部阻抗(几mΩ～几十mΩ)，因此阻抗测量装置必须精确测量出交流(AC)电压的非常小的变化(几十uV)。

这种精确测量需要达到抑制电磁干扰(EMI：Electro Magnetic Interference)和高共模抑制比(common mode rejection ratio)。

为了抑制电磁干扰，应尽量缩短连接电化学能源装置和阻抗测量装置的配线，并注意屏蔽电磁干扰，然而，为了保证系统的安全运行，测量机房与电化学能源装置之间存在最小的隔开距离，因此很难完全屏蔽电磁干扰。

并且，需要通过昂贵的部件来在高电压工作条件下获得高共模抑制比，由于测量配线将暴露在高电压下，因此也发生安全问题。

发明内容

技术问题

本发明的一目的在于，提供如下的高精度阻抗测量装置，即，可通过将前置放大器配置成靠近电化学能源装置的端子，来以仅放大信号而不放大进入配线的噪声的方式具有高抗电磁干扰性。

并且，本发明的再一目在于，提供如下的高精度阻抗测量装置，即，可通过使用绝缘放大器来获得高共模抑制比。

并且，本发明的另一目的在于，提供如下的高精度阻抗测量装置，即，通过使测量配线以低电压状态工作来提高安全性。

并且，本发明的还有一目的在于，提供如下的高精度阻抗测量装置，即，由于由绝缘放大器代替高压电容器来负责绝缘，因而可实现小型化和降低成本。

本发明的目的并不限定于以上所提及的目的，可以通过以下说明理解未提及的本发明的其他目的和优点，并通过本发明的实施例更清楚地理解。并且不难发现，本发明的目的和优点可以通过发明要求保护范围中呈现的方案及其组合来实现。

技术方案

用于实现本发明的多个目的的阻抗测量装置包括：电化学能源装置；放大部，与上述电化学能源装置的各个连接端子相连接，在进入配线的信号中去除直流信号并使交流信号通过，放大并提供上述交流信号；以及主电路板，通过接收来自上述放大部的交流信号来测量上述交流信号的阻抗。

发明的效果

根据如上所述的本发明，具有如下的优点，即，可通过将前置放大器配置成靠近电化学能源装置的端子，来以仅放大信号而不放大进入配线的噪声的方式具有高抗电磁干扰性。

并且，根据本发明，具有如下的优点，即，可通过使用绝缘放大器来获得高共模抑制比。

并且，根据本发明，具有如下的优点，即，可通过使测量配线以低电压状态工作来提高安全性。

并且，根据本发明，具有如下的优点，即，由于由绝缘放大器代替高压电容器来负责绝缘，因而可实现小型化和降低成本。

附图说明

图1为用于说明现有的高电压交流阻抗分析仪的框图。

图2为用于说明现有的高电压多通道交流阻抗分析仪的框图。

图3为用于说明本发明一实施例的阻抗测量装置的框图。

图4为用于说明本发明一实施例的放大部的内部结构的电路图。

具体实施方式

本发明涉及一种阻抗测量装置，其特征在于，上述阻抗测量装置包括：电化学能源装置；放大部，与上述电化学能源装置的各个连接端子相连接，在进入配线的信号中去除直流信号并使交流信号通过，放大并提供上述交流信号；以及主电路板，通过接收来自上述放大部的交流信号来测量上述交流信号的阻抗。

本发明的阻抗测量装置的特征在于，上述放大部包括：直流电(DC)阻断部，从上述电化学能源装置供应的电源信号中去除直流信号并使交流信号通过；第一放大部，用于放大上述交流信号；以及第二放大部，向上述主电路板提供将经上述第一放大部放大的信号。

本发明的阻抗测量装置的特征在于，上述第一放大部仅放大上述交流信号，而不放大进入配线的共模噪声。

本发明的阻抗测量装置的特征在于，上述主电路板包括：电源装置，用于供电；电压测量通道，当接收到来自上述放大部的交流信号时，测量上述放大部所接收的交流信号的电压；电流测量通道，当接收到来自上述放大部的交流信号时，测量上述放大部所接收的交流信号的电流；以及阻抗运算部，利用上述交流信号的电压及上述交流信号的电流运算阻抗。

本发明的阻抗测量装置的特征在于，在存在多个上述放大部的情况下，上述主电路板能够利用分别从多个上述放大部接收的信号，进行多通道测量。

最佳实施方式

以下，将参照附图详细说明上述目的、特征和优点，因此，本发明所属技术领域的普通技术人员将能够轻松实现本发明的技术思想。在说明本发明的过程中，若判断成与本发明相关的公知技术的详细说明可能不必要地模糊本发明的主旨，则省略其详细说明。以下，将参照附图详细说明本发明的优选实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的结构要素。

本说明书中使用的术语“电化学能源装置”可包括电池、燃料电池等。

图1为用于说明现有的高电压交流阻抗分析仪的框图。

参照图1，高电压交流阻抗分析仪包括信号输入部5、直流电阻断部10、第一放大部20、第二放大部30和模数变换器40。

信号输入部5向直流电阻断部10提供电化学能源装置1施加的电源。在这种情况下，电化学能源装置1施加的电源包括直流信号和交流信号。

直流电阻断部10从电化学能源装置1施加的电源中去除直流信号，并且仅向第一放大部20提供交流信号。即，直流电阻断部10从信号输入部5施加的电源中去除直流信号，仅向第一放大部20提供交流信号。

通常，直流会相对于根据电阻所施加的电压来在电流上发生变化，但交流会相对于根据阻抗所施加的电压、频率来在振幅和相位上发生变化，因此本发明的直流电阻断部10可以通过去除直流信号并使交流信号通过，来分析阻抗。

在这种直流电阻断部10中，当共模噪声从配线进入时，形成两个电容器11、12，以去除共模噪声，并且在由两个电容器11、12去除共模噪声后，通过第一放大部20向第二放大部30提供，因此第二放大部30仅放大通过第一放大部20进入的信号，共模噪声除外。

在直流电阻断部10中没有形成两个电容器11、12的情况下，如果共模噪声从配线进入，则共模噪声通过第一放大部20向第二放大部30提供，并且被第二放大部30放大。因此，应该在直流电阻断部10中形成两个电容器11、12，以去除从配线进入的共模噪声。

第一放大部20根据从直流电阻断部10接收的多个信号之间的差来放大信号，并将放大的信号向第二放大部30提供。在这种情况下，第一放大部20可以通过差分放大器来实现。

当使用上述第一放大部20时，存在的问题在于，当出现高频共模信号或共模电压骤变时，获得的共模抑制比低。

由于现有的第一放大部20形成在高电压交流阻抗分析仪内部的输入端，所以当共模噪声从配线进入时，共模噪声和从直流电阻断部10接收的多个信号被一同放大并向第二放大部30提供。

即，当现有的第一放大部20根据从直流电阻断部10接收的多个信号之间的差来放大信号时，在共模噪声从配线进入的情况下，共模噪声和从直流电阻断部10接收的多个信号被一同放大，因此为了解决这种问题，在直流电阻断部10中应该形成多个电容器11、12。

在这种情况下，多个电容器11、12必须使用几uF以上的高容量、kV级的高压电容器，其存在的问题在于，需要2个才能去除共模噪声。

并且，多个上述电容器11、12用于放大高压直流信号和叠加的交流信号，由于使用多个电容器11、12而导致的成本和空间成为实现多通道化的主要障碍。

如上所述，当在上述直流电阻断部10中形成多个电容器11、12时，由配线进入的共模噪声分别被多个电容器11、12去除，使得第一放大部20可以根据从直流电阻断部10接收的多个信号之间的差来放大信号，共模噪声除外。

然而，当以防止共模噪声进入至第一放大部20的方式在直流电阻断部10中形成多个电容器11、12时，存在如下缺点，即，由于形成多个电容器11、12而需要大量成本。

第二放大部30放大从第一放大部20接收的信号并向模数变换器40提供。模数变换器40将从第二放大部30接收的模拟信号变换成数字信号并提供。

图2为用于说明现有的高电压多通道交流阻抗分析仪的框图。

参照图1和图2，高电压下多通道交流阻抗分析仪包括直流电阻断部10、第一放大部20、第二放大部30和模数变换器40。

直流电阻断部10在多个电化学能源装置1～M中的每一个所施加的电源中去除直流信号并且仅将交流信号向第一放大部20提供。即，在多个电化学能源装置1～M的每一个所施加的电源包括直流信号和交流信号，与多个电化学能源装置1～M相连接的直流电阻断部10从电源中去除直流信号，从而仅将交流信号向第一放大部20提供。

第一放大部20根据从各个直流电阻断部10接收的多个信号之间的差来放大信号，并将放大的信号向第二放大部30提供。在这种情况下，第一放大部20可以通过前置放大器来实现。

然而，由于现有的第一放大部20形成在高电压交流阻抗分析仪内部的输入端，所以共模噪声从配线进入，从直流电阻断部10接收的多个信号被放大后，放大的信号和共模噪声向第二放大部30提供。

即，当现有的第一放大部20根据从各个直流电阻断部10接收的多个信号之间的差来放大信号时，在共模噪声从配线进入的情况下，共模噪声和通过第一放大部20向第二放大部30提供并放大，因此为了解决这种问题，应该在各个直流电阻断部10中形成多个电容器11～N。

在图1中，因为与一个电化学能源装置1相连接，所以在各个直流电阻断部10中形成两个电容器11、12即可，但是如图2所示，当与多个电化学能源装置1～M相连接时，由于多个电化学能源装置1～M的数量达到多少，直流电阻断部10的数量就增加多少，因此电化学能源装置的数量×2的数量达到多少，所形成的电容器11～N的数量就应该达到多少。

如上所述，当电化学能源装置的数量×2的数量达到多少就使得所形成的电容器11～N的数量达到多少时，通过配线进入的共模噪声在各个直流电阻断部10中被去除，因此第一放大部20根据从直流电阻断部10接收的多个信号的差来放大信号后，仅将放大的信号向第二放大部30提供。

然而，当为了防止共模噪声进入到第一放大部20而实现电化学能源装置的数量×2的数量达到多少就使得所形成的电容器11至N的数量达到多少时，其缺点在于，由于电化学能源装置的数量×2的数量达到多少就使得所形成的电容器11至N的数量达到多少，因此需要大量成本。

第二放大部30放大从第一放大部20接收的信号并向模数变换器40提供。如果在各个直流电阻断部10中没有形成多个电容器11～N，则共模噪声将进入到第二放大部30，因此问题在于，第二放大部30不仅放大从第一放大部20接收的信号，而且一同放大共模噪声。

图3为用于说明本发明一实施例的阻抗测量装置的框图。图4为用于说明本发明一实施例的放大部的内部结构的电路图。

图3揭示本发明一实施例的高电压交流阻抗分析仪，图4揭示本发明另一实施例的高电压多通道交流阻抗分析仪。

参照图3和图4，阻抗测量装置包括电化学能源装置300、放大部310和主电路板320。图3和图4的一实施例分别示出电化学能量装置300和放大单元310，但是根据实施例，可将电化学能源装置300和放大部310通过一个结构要素示出。

电化学能源装置300是向阻抗测量装置供电的装置。这种电化学能源装置300可以包括电池、燃料电池等。

放大部310可以通过从电化学能源装置300以及主电路板320或外部电源接收电力来工作。上述放大部310可以存在一个或多个，当存在多个放大部310时，可通过与主电路板320相连接来实现多通道同时测量。

在一实施例中，当放大部310从电化学能源装置300接收电源时，与电化学能源装置300的各个连接端子相连接，在放大进入配线的信号后，将放大的信号向主电路板320提供。

这种放大部310包括直流电阻断部、第一放大部311和第二放大部312。

直流电阻断部在电化学能源装置300施加的电源中去除直流信号并且仅将交流信号向第一放大部311提供。即，直流电阻断部在电化学能源装置300施加的电源中去除直流信号，从而仅将交流信号向第一放大部311提供。

第一放大部311放大从直流电阻断部接收的交流信号，并将放大的交流信号向第二放大部30提供。这种第一放大部311可以通过前置放大器来实现。

在此情况下，由于第一放大部311配置成靠近电化学能源装置300的端子，因此可以仅放大从直流电阻断部接收的交流信号而不放大进入配线的共模噪声。

即，不同于现有的图1和图2，本发明在从阻抗测量装置的内部移除放大部(即，第一放大部和第二放大部)后配置成靠近电化学能源装置300的端子，以仅放大信号而不放大进入配线的共模噪声。

如上所述，可通过将第一放大部311配置成靠近电化学能源装置300的端子，来以仅放大在电化学能源装置300施加的电源的信号而不放大进入配线的共模噪声的方式具有高抗电磁干扰性。

并且，本发明将第一放大部311配置成靠近电化学能源装置300的端子，以仅放大电化学能源装置300施加的电源的信号而不放大进入配线的共模噪声，所以不存在噪声问题，不需要去除共模噪声，因此不需要如现有的图1和图2的用于去除共模噪声而形成多个电容器11～N。

第二放大部312向主电路板320提供从第一放大部311接收的信号。这种第二放大部312可以通过绝缘放大器实现。

根据阻抗测量标准，这种第二放大部312可以被实现为具有不同的绝缘能力。例如，第二放大部312可以被实现为具有每分钟5000V的绝缘能力。作为另一例，基于UL1577标准，第二放大部312可以被实现为具有每分钟5000V的绝缘能力。

过去，第一放大器20用于去除共模噪声，但是这种方法的问题在于，当出现高频共模噪声或共模电压骤变时，共模抑制比低。

然而，本发明将第一放大部311配置成靠近电化学能源装置300端子，以仅放大在电化学能源装置300施加的电源的信号而不放大进入配线的共模噪声。

主电路板320利用从放大部310接收的信号来测量阻抗。这种主电路板320包括电源装置、电压测量通道、电流测量通道和阻抗运算部。

电源装置向主电路板320供电。

当电压测量通道从放大部310接收交流信号时，对于上述放大部接收的交流信号进行电压测量并向阻抗运算部提供。

当电流测量通道从放大部310接收交流信号时，对于上述放大部接收的交流信号进行电流测量并向阻抗运算部提供。

阻抗运算部通过从电压测量通道接收的交流信号的电压和从电流测量通道接收的交流信号的电流，来运算电化学能源装置的阻抗。

在此情况下，由于阻抗运算部通过从电压测量通道接收的交流信号的电压和从电流测量通道接收的交流信号的电流来运算阻抗，因此如果交流电流中含有噪声，则阻抗值可能存在误差，从而无法准确判断电化学能源装置的状态。

然而，本发明将放大部和主电路板分离后，可通过将前置放大器配置成靠近电化学能源装置的端子，来以仅放大信号而不放大进入配线的共模噪声的方式具有高抗电磁干扰性。

如上所述，当主电路板320通过电源装置施加电源后通过电流施加通道从放大部310接收信号时，可以通过电压测量通道测量信号的电压，并且可以通过电流测量通道测量信号的电流。之后，主电路板320可以通过从电压测量通道接收的交流信号的电压和从电流测量通道接收的交流信号的电流来运算阻抗。

如上所述，尽管通过限定的实施例和附图来对本发明进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施例，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，就可通过上述记载进行多种修改及变形。因此，本发明的思想应当仅通过所记载的发明要求保护范围来掌握，所有与其等同或等价的变形都属于本发明思想的范畴。

产业上的可利用性

根据本发明，可通过将前置放大器配置成靠近电化学能源装置的端子，来以仅放大信号而不放大进入配线的噪声的方式具有高抗电磁干扰性。

附图标记的说明

1、300：电化学能源装置

5：信号输入部

10：直流电阻断部

11、12、13～N：多个电容器

20：第一放大部

30：第二放大部

40：模数变换器

310：放大部

311：第一放大部

312：第二放大部

320：主电路板。

Claims

1.一种阻抗测量装置，其特征在于，包括：

电化学能源装置；

放大部，与上述电化学能源装置的各个连接端子相连接，在进入配线的信号中去除直流信号并使交流信号通过，放大并提供上述交流信号；以及

主电路板，通过接收来自上述放大部的交流信号来测量上述交流信号的阻抗。

2.根据权利要求1所述的阻抗测量装置，其特征在于，上述放大部包括：

直流电阻断部，从上述电化学能源装置供应的电源信号中去除直流信号并使交流信号通过；

第一放大部，用于放大上述交流信号；以及

第二放大部，向上述主电路板提供经上述第一放大部放大的信号。

3.根据权利要求1所述的阻抗测量装置，其特征在于，上述第一放大部仅放大上述交流信号，而不放大进入配线的共模噪声。

4.根据权利要求1所述的阻抗测量装置，其特征在于，上述主电路板包括：

电源装置，用于供电；

电压测量通道，当接收到来自上述放大部的交流信号时，测量上述放大部所接收的交流信号的电压；

电流测量通道，当接收到来自上述放大部的交流信号时，测量上述放大部所接收的交流信号的电流；以及

阻抗运算部，利用上述交流信号的电压及上述交流信号的电压运算阻抗。

5.根据权利要求1所述的阻抗测量装置，其特征在于，在存在多个上述放大部的情况下，上述主电路板能够利用分别从多个上述放大部接收的信号，进行多通道测量。