CN115616431A - 利用储能变流器监测电池内阻的方法、装置和计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电化学储能系统技术领域,用于解决或改善电池在工作状态下,无法对其内阻进行监测的技术问题。本发明提出了一种利用储能变流器监测电池内阻的方法、装置和计算机设备,包括:通过储能变流器向电池传输激励电压;接收电池反馈的响应电流;在激励电压的频率和响应电流的频率相同的情况下,确定激励电压信号和响应电流信号的频率;在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号;在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号;根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号监测电池的内阻。该方法实现简单,成本低,可在线无损监测电池的健康状态,提升电池的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电化学储能系统技术领域,具体而言涉及一种利用储能变流器监测电池内阻的方法、一种利用储能变流器监测电池内阻的装置、一种计算机设备和一种可读存储介质。
背景技术
在相关技术中,锂电池通常用电池的健康状态(State of Health,SOH)评判健康的标准。而锂电池的内阻是衡量电池健康状态的一个重要指标。
锂电池的内阻检测方法通常采用单独的恒流电路装置来检测,其在实际锂电池应用时很难用于在线监测,只能在锂电池静置停机时进行测量,无法在锂电池工作状态下对其内阻进行预警式的监测。
发明内容
本发明旨在解决或改善现有技术中锂电池在工作状态下,无法对其内阻进行监测的技术问题。
为此,本发明的第一方面提出了一种利用储能变流器监测电池内阻的方法。
本发明的第二方面提出了一种利用储能变流器监测电池内阻的装置。
本发明的第三方面提出了一种计算机设备。
本发明的第四方面提出了一种可读存储介质。
有鉴于此,根据本发明的第一方面,本发明提出了一种利用储能变流器监测电池内阻的方法,包括:通过储能变流器向电池传输激励电压;接收电池反馈的响应电流;在激励电压的频率和响应电流的频率相同的情况下,确定激励电压信号和响应电流信号的频率;在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号;在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号;根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号监测电池的内阻。
本发明提出的一种利用储能变流器监测电池内阻的方法,通过储能变流器向电池传输激励电压,电池响应于激励电压产生响应电流,分析激励电压的频率和响应电流的频率,在两者相同时,说明该频率是电池的电阻的特征频率,在该状态下,记录激励电压的频率,以其作为激励电压信号的频率,记录响应电流的频率,以其作为响应电流信号的频率,进而在储能变流器工作的过程中,在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号,从而通过储能变流器向电池传输激励电压,并确保整个系统的恒流充电,在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号,从而通过储能变流器向电池传输激励电压,并确保整个系统的恒压充电,并且,在整个储能变流器工作的过程中,持续的根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号计算电池的内阻,从而实现对电池的内阻的监控。
也就是,其可以在电池使用的过程中持续地对电池的内阻进行监测,实现在电池的使用状态下,对电池的内阻的监测,从而更便于掌控电池的健康状态,可以对电池的内阻进行预警,提升电池的安全性。
另外,根据本发明提供的上述技术方案中的利用储能变流器监测电池内阻的方法,还可以具有如下附加技术特征:
在上述技术方案的基础上,进一步地,还包括:在激励电压的频率和响应电流的频率不同的情况下,在恒流阶段,调节响应电流信号的频率,在恒压阶段,调节激励电压信号的频率。
在该技术方案中,电池内阻的监测方法还包括:在激励电压的频率和响应电流的频率不同的情况下,说明当前激励电压的频率不符合电池的特征频率,此时,在恒流阶段,调节在储能变流器的直轴电流指令值中叠加的响应电流信号的频率,在恒压阶段,调节在储能变流器的直轴电流指令值中叠加的激励电压信号的频率,重新接收电池反馈的响应电流,直到激励电压的频率和响应电流的频率相同,再将当前的响应电流信号或激励电压信号持续叠加在储能变流器的直轴电流指令值中,并且,以激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号,持续的计算电池的内阻,实现对电池的内阻的监测。
在上述任一技术方案的基础上,进一步地,在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:;其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I表示储能变流器的电流积分调节增益,表示储能变流器的直流电流指令值,I d 储能变流器的直流电流实际值,I x 表示响应电流信号,是控制器的积分项;在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:;其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I 表示储能变流器的电流积分调节增益,表示储能变流器的直流电压指令值,U d 表示储能变流器的直流电压实际值,U j 表示激励电压信号,是控制器的积分项。
在该技术方案中,储能变流器在运行工作中,在自身的控制逻辑基础上,叠加对电池的激励电压信号或响应电流信号,从而实现在不影响储能变流器正常工作的情况下,实现对电池的内阻的监测。
具体地,在储能变流器处于恒流阶段下,储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:
其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I表示储能变流器的电流积分调节增益,表示储能变流器的直流电流指令值,I d 储能变流器的直流电流实际值,I x 表示响应电流信号,是控制器的积分项,进而可以实现恒流控制的同时,实现对电池的内阻的监测。
在储能变流器处于恒压阶段下,储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:
其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I 表示储能变流器的电流积分调节增益,表示储能变流器的直流电压指令值,U d 表示储能变流器的直流电压实际值,U j 表示激励电压信号,是控制器的积分项,进而可以实现恒压控制的同时,实现对电池的内阻的监测。
在上述任一技术方案的基础上,进一步地,根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号监测电池的内阻的步骤,具体包括:通过傅里叶变换确定激励电压信号的测量信号的频率和幅值,以及响应电流信号的测量信号的频率和幅值;通过小波变换确定激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号的相位差;根据激励电压信号的测量信号的频率和幅值、响应电流信号的测量信号的频率和幅值以及相位差,对电池的内阻进行监测。
在该技术方案中,根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号监测电池的内阻的步骤,具体包括:在激励电压信号的测量信号的频率和响应电流信号的测量信号的频率相同的情况下,通过傅里叶变换确定激励电压信号的测量信号的频率和幅值,并通过傅里叶变换确定响应电流信号的测量信号的频率和幅值,再通过小波变换确定激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号的相位差,从而根据激励电压信号的测量信号的频率和幅值、响应电流信号的测量信号的频率和幅值以及相位差,确定电池的内阻,其对于电池内阻的确定方法准确且精度高。
根据本发明的第二方面,本发明提出了一种利用储能变流器监测电池内阻的装置,包括:传输模块,用于通过储能变流器向电池传输激励电压;接收模块,用于接收电池反馈的响应电流;确定模块,用于在激励电压的频率和响应电流的频率相同的情况下,确定激励电压信号和响应电流信号的频率;第一叠加模块,用于在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号;第二叠加模块,用于在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号;监测模块,用于根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号监测电池的内阻。
本发明提出的一种利用储能变流器监测电池内阻的装置,通过储能变流器向电池传输激励电压,电池响应于激励电压产生响应电流,分析激励电压的频率和响应电流的频率,在两者相同时,说明该频率是电池的电阻的特征频率,在该状态下,记录激励电压的频率,以其作为激励电压信号的频率,记录响应电流的频率,以其作为响应电流信号的频率,进而在储能变流器工作的过程中,在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号,从而通过储能变流器向电池传输激励电压,并确保整个系统的恒流充电,在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号,从而通过储能变流器向电池传输激励电压,并确保整个系统的恒压充电,并且,在整个储能变流器工作的过程中,持续的根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号计算电池的内阻,从而实现对电池的内阻的监控。
也就是,其可以在电池使用的过程中持续地对电池的内阻进行监测,实现在电池的使用状态下,对电池的内阻的监测,从而更便于掌控电池的健康状态,可以对电池的内阻进行预警,提升电池的安全性。
在上述技术方案的基础上,进一步地,还包括:调整模块,用于在激励电压的频率和响应电流的频率不同的情况下,在恒流阶段,调节响应电流信号的频率,在恒压阶段,调节激励电压信号的频率。
在该技术方案中,电池内阻的监测装置还包括:调整模块,在激励电压的频率和响应电流的频率不同的情况下,说明当前激励电压的频率不符合电池的特征频率,此时,在恒流阶段,调节在储能变流器的直轴电流指令值中叠加的响应电流信号的频率,在恒压阶段,调节在储能变流器的直轴电流指令值中叠加的激励电压信号的频率,重新接收电池反馈的响应电流,直到激励电压的频率和响应电流的频率相同,再将当前的响应电流信号或激励电压信号持续叠加在储能变流器的直轴电流指令值中,并且,以激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号,持续的计算电池的内阻,实现对电池的内阻的监测。
在上述任一技术方案的基础上,进一步地,在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:;其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I表示储能变流器的电流积分调节增益,表示储能变流器的直流电流指令值,I d 储能变流器的直流电流实际值,I x 表示响应电流信号,是控制器的积分项;在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:;其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I 表示储能变流器的电流积分调节增益,表示储能变流器的直流电压指令值,U d 表示储能变流器的直流电压实际值,U j 表示激励电压信号,是控制器的积分项。
在该技术方案中,储能变流器在运行工作中,在自身的控制逻辑基础上,叠加对电池的激励电压信号或响应电流信号,从而实现在不影响储能变流器正常工作的情况下,实现对电池的内阻的监测。
具体地,在储能变流器处于恒流阶段下,储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:
其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I表示储能变流器的电流积分调节增益,表示储能变流器的直流电流指令值,I d 储能变流器的直流电流实际值,I x 表示响应电流信号,是控制器的积分项,进而可以实现恒流控制的同时,实现对电池的内阻的监测。
在储能变流器处于恒压阶段下,储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:
其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I 表示储能变流器的电流积分调节增益,表示储能变流器的直流电压指令值,U d 表示储能变流器的直流电压实际值,U j 表示激励电压信号,是控制器的积分项,进而可以实现恒压控制的同时,实现对电池的内阻的监测。
在上述任一技术方案的基础上,进一步地,监测模块包括:第一确定子模块,用于通过傅里叶变换确定激励电压信号的测量信号的频率和幅值,以及响应电流信号的测量信号的频率和幅值;第二确定子模块,用于通过小波变换确定激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号的相位差;监控子模块,用于根据激励电压信号的测量信号的频率和幅值、响应电流信号的测量信号的频率和幅值以及相位差,对电池的内阻进行监测。
在该技术方案中,监测模块包括:第一确定子模块、第二确定子模块和监控子模块,根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号监测电池的内阻的步骤,具体包括:在激励电压信号的测量信号的频率和响应电流信号的测量信号的频率相同的情况下,通过傅里叶变换确定激励电压信号的测量信号的频率和幅值,并通过傅里叶变换确定响应电流信号的测量信号的频率和幅值,再通过小波变换确定激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号的相位差,从而根据激励电压信号的测量信号的频率和幅值、响应电流信号的测量信号的频率和幅值以及相位差,确定电池的内阻,其对于电池内阻的确定方法准确且精度高。
根据本发明的第三方面,本发明提出了一种计算机设备,包括处理器,存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序或指令,程序或指令被处理器执行时实现如第一方面提出的利用储能变流器监测电池内阻的方法。
本发明提出的计算机设备,包括处理器和存储器,存储器上存储有程序或指令,该程序或指令被处理器执行时实现如第一方面提出的利用储能变流器监测电池内阻的方法的各个过程,且能达到相同的技术效果,为避免重复,这里不再赘述。
根据本发明的第四方面,本发明提出了一种可读存储介质,可读存储介质上存储程序或指令,程序或指令被处理器执行时实现如第一方面提出的利用储能变流器监测电池内阻的方法。
本发明提出的可读存储介质,可读存储介质上存储有程序或指令,该程序或指令被处理器执行时实现如第一方面提出的利用储能变流器监测电池内阻的方法的各个过程,且能达到相同的技术效果,为避免重复,这里不再赘述。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1示出本发明一个实施例提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法的流程图之一;
图2示出本发明一个实施例提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法的流程图之二;
图3示出本发明一个实施例提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法的流程图之三;
图4示出本发明一个实施例提供的利用储能变流器监测电池内阻的装置的结构框图之一;
图5示出本发明一个实施例提供的利用储能变流器监测电池内阻的装置的结构框图之二;
图6示出本发明一个实施例提供的计算机设备的结构框图;
图7示出本发明一个实施例提供的锂电池、储能变流器和电网的连接示意图;
图8示出本发明一个实施例提供的对储能变流器的控制原理示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图8来描述根据本发明一些实施例提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法、利用储能变流器监测电池内阻的装置、计算机设备和可读存储介质。
图1示出本发明一个实施例提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法的流程图之一。
如图1所示,本发明一个实施例提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法的具体流程如下:
步骤102:通过储能变流器向电池传输激励电压;
步骤104:接收电池反馈的响应电流;
步骤106:在激励电压的频率和响应电流的频率相同的情况下,确定激励电压信号和响应电流信号的频率;
步骤108:在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号;
步骤110:在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号;
步骤112:根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号监测电池的内阻。
本发明提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法,通过储能变流器向电池传输激励电压,电池响应于激励电压产生响应电流,分析激励电压的频率和响应电流的频率,在两者相同时,说明该频率是电池的电阻的特征频率,在该状态下,记录激励电压的频率,以其作为激励电压信号的频率,记录响应电流的频率,以其作为响应电流信号的频率,进而在储能变流器工作的过程中,在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号,从而通过储能变流器向电池传输激励电压,并确保整个系统的恒流充电,在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号,从而通过储能变流器向电池传输激励电压,并确保整个系统的恒压充电,并且,在整个储能变流器工作的过程中,持续的根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号计算电池的内阻,从而实现对电池的内阻的监控。
也就是,其可以在电池使用的过程中持续地对电池的内阻进行监测,实现在电池的使用状态下,对电池的内阻的监测,从而更便于掌控电池的健康状态,可以对电池的内阻进行预警,提升电池的安全性,并且,能够实现在线的实时检测,对电池无损伤。其中电池可以是锂电池。通过激励电压和响应电流计算电池的内阻可以采用交流阻抗谱法等。
具体地,如图7所示,通常电池702和储能变流器704形成储能系统,电池702通过储能变流器704连接电网706,以进行充电和放电,进而在电池702的使用过程中,通过储能变流器704向电池702持续性或周期性地传输激励电压,电池702响应该激励电压,产生响应电流,持续性或周期性地接收响应电流,根据激励电压测量信号和响应电流测量信号计算电池702的内阻。
其中,在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号,从而确保整个系统的恒流充电,在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号,从而持续性地对电池702的内阻进行监测,且该方法实现简单,成本低,可在线无损监测电池的健康状态,提升电池的安全性。
其中,对电池内阻的监测可以是持续性的或周期性的。
进一步地,在电池的内阻大于或等于预设阻值后,发出警报,以提升用户电池已存在安全隐患,可提前感知电池的潜在安全风险,其中,预设阻值可以是经验值,根据电池的型号进行设定。
图2示出本发明一个实施例提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法的流程图之二。
如图2所示,本发明一个实施例提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法的具体流程如下:
步骤202:通过储能变流器向电池传输激励电压;
步骤204:接收电池反馈的响应电流;
步骤206:在激励电压的频率和响应电流的频率相同的情况下,确定激励电压信号和响应电流信号的频率;
步骤208:在激励电压的频率和响应电流的频率不同的情况下,在恒流阶段,调节响应电流信号的频率,在恒压阶段,调节激励电压信号的频率;
步骤210:在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号;
步骤212:在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号;
步骤214:根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号监测电池的内阻。
本发明提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法,通过储能变流器向电池传输激励电压,电池响应于激励电压产生响应电流,分析激励电压的频率和响应电流的频率,在两者相同时,说明该频率是电池的电阻的特征频率,在该状态下,记录激励电压的频率,以其作为激励电压信号的频率,记录响应电流的频率,以其作为响应电流信号的频率,进而在储能变流器工作的过程中,在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号,从而通过储能变流器向电池传输激励电压,并确保整个系统的恒流充电,在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号,从而通过储能变流器向电池传输激励电压,并确保整个系统的恒压充电,并且,在整个储能变流器工作的过程中,持续的根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号计算电池的内阻,从而实现对电池的内阻的监控。
也就是,其可以在电池使用的过程中持续地对电池的内阻进行监测,实现在电池的使用状态下,对电池的内阻的监测,从而更便于掌控电池的健康状态,可以对电池的内阻进行预警,提升电池的安全性并且,能够实现在线的实时检测,对电池无损伤。
监测方法还包括:在激励电压的频率和响应电流的频率不同的情况下,说明当前激励电压的频率不符合电池的特征频率,此时,在恒流阶段,调节在储能变流器的直轴电流指令值中叠加的响应电流信号的频率,在恒压阶段,调节在储能变流器的直轴电流指令值中叠加的激励电压信号的频率,重新接收电池反馈的响应电流,直到激励电压的频率和响应电流的频率相同,再将当前的响应电流信号或激励电压信号持续叠加在储能变流器的直轴电流指令值中,并且,以激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号,持续的计算电池的内阻,实现对电池的内阻的监测。
图3示出本发明一个实施例提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法的流程图之三。
如图3所示,本发明一个实施例提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法的具体流程如下:
步骤302:系统初始化,通过储能变流器向电池传输激励电压;
步骤304:调整激励电压;
步骤306:测量响应电流;
步骤308:判断激励电压的频率和响应电流的频率是否相等;在判断结果为是的情况下,执行步骤310,在判断结果为否的情况下,执行步骤304;
步骤310:确定激励电压信号和响应电流信号的频率;
步骤312:在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号;
步骤314:在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号;
步骤316:对激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号进行傅里叶变换,得到激励电压信号的测量信号的频率和幅值以及响应电流信号的测量信号的频率和幅值;
步骤318:对激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号进行小波变换,得到激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号的相位差;
步骤320:计算电池的交流内阻。
本发明提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法,系统进行初始化,之后通过储能变流器向电池传输激励电压,在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号,从而通过储能变流器向电池传输激励电压,并确保整个系统的恒流充电,在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号,从而通过储能变流器向电池传输激励电压,并确保整个系统的恒压充电,并且,调整激励电压信号,并测量电池反馈的响应电流信号,之后判断激励电压的频率和响应电流的频率是否相同,若两者不同,则重新调整激励电压信号或者响应电流信号的频率,重新检测响应电流的频率,直到激励电压的频率和响应电流的频率相同,则持续将当前激励电压信号叠加在储能变流器的直轴电流指令值,或持续将当前激励电压信号叠加在储能变流器的直轴电流指令值,对激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号进行傅里叶变换,确定激励电压信号的测量信号的频率和幅值以及响应电流信号的测量信号的频率和幅值,再对激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号进行小波变换,得到激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号的相位差,最后计算出电池的交流内阻。
作为本发明的一个可能的实施例,在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:;其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I表示储能变流器的电流积分调节增益,表示储能变流器的直流电流指令值,I d 储能变流器的直流电流实际值,I x 表示响应电流信号,是控制器的积分项;在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:;其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I 表示储能变流器的电流积分调节增益,表示储能变流器的直流电压指令值,U d 表示储能变流器的直流电压实际值,U j 表示激励电压信号,是控制器的积分项。
在该实施例中,储能变流器在运行工作中,在自身的控制逻辑基础上,叠加对电池的激励电压信号或响应电流信号,从而实现在不影响储能变流器正常工作的情况下,实现对电池的内阻的监测。
具体地,在储能变流器处于恒流阶段下,储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:
其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I 表示储能变流器的电流积分调节增益,表示储能变流器的直流电流指令值,I d 储能变流器的直流电流实际值,I x 表示响应电流信号,是PI控制器(proportional integralcontroller,比例调节和积分调节控制器)的积分项,进而可以实现恒流控制的同时,实现对电池的内阻的监测。
在储能变流器处于恒压阶段下,储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:
其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I 表示储能变流器的电流积分调节增益,表示储能变流器的直流电压指令值,U d 表示储能变流器的直流电压实际值,U j 表示激励电压信号,是PI控制器的积分项,进而可以实现恒压控制的同时,实现对电池的内阻的监测。
具体地,如图7所示,在通过对储能变流器的输出进行控制,在不同的阶段下在储能变流器的正常控制的基础上,叠加激励电压信号或响应电流信号,从而确保储能变流器正常工作的基础上,实现对电池的内阻的监测。
进一步地,如图8所示,首先由电压、电流传感器测量出交流电容电压u c 和电流i L ,并通过测得直流电容的U d 和I d ,由PLL模块(Phase Locked Loop,锁相环)转换成角度θ,由abc-dq变换将电压u c 和电流i L 转换u Cdq 和i Ldq ,其中,u Cdq 包括两个部分,即u Cd 和u Cq ,i Ldq 包括i Ld 和i Lq 两个部分。
然后对于储能变流器的控制采用PI控制器(proportional integralcontroller,比例调节和积分调节控制器)进行控制,在恒流阶段,将叠加、I d 和响应电流信号I x ,在恒压阶段,将叠加、U d 和激励电压信号U j ,通过PI控制器输出和,再将和i Ld 输入PI控制器,将结果结合u Cd 以及ω、L和i Lq 的乘积,将和i Lq 输入PI控制器,并将结果结合u Cq 以及ω、L和i Ld 的乘积结合,将两者的最终结果进行比较,之后通过abc-dq变换将直流分量转换成三相交流量,之后利用脉冲宽度调制信号发生器(Pulse widthmodulation,PWM)生成脉冲信号,通过驱动器去驱动主回路中的半导体,表示交轴电流指令值,i Lq 表示交轴电流实际值。
具体地,对于储能变流器三相模型的控制方程可以是:
其中,u d 表示三相电压的直轴分量,u q 表示三相电压的交轴分量,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I 表示储能变流器的电流积分调节增益,表示直轴电流指令值,i Ld 表示直轴电流实际值,表示交轴电流指令值,i Lq 分别表示交轴电流实际值,ω表示角速度,L表示电感值,u Cd 表示滤波电容的直轴电压,u Cq 表示滤波电容的交轴电压,是PI控制器的积分项。
其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I 表示储能变流器的电流积分调节增益,和I d 分别表示直流电流指令值和直流电流实际值,I x 表示响应电流信号,是PI控制器的积分项;
在恒压阶段,储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:
其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I 表示储能变流器的电流积分调节增益,和U d 分别表示直流电压指令值和直流电压实际值,U j 表示激励电压信号,是PI控制器的积分项。
作为本发明的一个可能的实施例,根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号监测电池的内阻的步骤,具体包括:通过傅里叶变换确定激励电压信号的测量信号的频率和幅值,以及响应电流信号的测量信号的频率和幅值;通过小波变换确定激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号的相位差;根据激励电压信号的测量信号的频率和幅值、响应电流信号的测量信号的频率和幅值以及相位差,对电池的内阻进行监测。
在该实施例中,根据激励电压信号和电池反馈的响应电流信号监测电池的内阻的步骤,具体包括:在激励电压信号的频率和响应电流信号的频率相同的情况下,通过傅里叶变换确定激励电压信号的测量信号的频率和幅值,并通过傅里叶变换确定响应电流信号的测量信号的频率和幅值,再通过小波变换确定激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号的时间差,时间差可以确定相位差,从而将激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号调整到同时序状态,使得激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号上的各组参数一一对应,从而根据激励电压信号的测量信号的频率和幅值、响应电流信号的测量信号的频率和幅值以及相位差,确定电池的内阻,其对于电池内阻的确定方法准确切精度高。其中,电池的内阻等于激励电压除以响应电流。
具体地,傅里叶变换采用快速傅里叶变换法,其算法为:
其中,X(k)为快速傅里叶变换后的曲线,x(t)为快速傅里叶变换前的曲线,也就是有限长的信号序列,W N -kn 为幂函数。进而分别以激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号作为x(t),从而进行变化,得到激励电压信号的测量信号的频率和幅值,以及响应电流信号的测量信号的频率和幅值。
小波变换定义为曲线f(t)与母小波ψ(t)经平移和尺度伸缩后的内积:
具体地,将激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号作为f(t),分别进行小波变换,例如激励电压信号的测量信号为u(t),响应电流信号的测量信号为i(t)。
在变换后的激励电压信号的测量信号有:
其中,U(a,b)表示激励电压信号的测量信号。
在变换后的响应电流信号的测量信号有:
电池的内阻Z=U(a,b)÷I(a,b),进而代入激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号的参数进行计算,可以确定电池的交流内阻,该方法原理清晰,检测结果精度高,实现简洁,成本低,只需要在储能变流器中叠加算法即可,不需要额外的硬件成本。
并且,对于内阻的计算为周期性的,可以在电池的内阻大于或等于预设阻值的情况下,发出警报,提醒用户当前电池存在安全隐患。
如图4所示,本发明提供了一种利用储能变流器监测电池内阻的装置400,包括:传输模块402,用于通过储能变流器向电池传输激励电压;接收模块404,用于接收电池反馈的响应电流;确定模块406,用于在激励电压的频率和响应电流的频率相同的情况下,确定激励电压信号和响应电流信号的频率;第一叠加模块408,用于在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号;第二叠加模块410,用于在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号;监测模块412,用于根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号监测电池的内阻。
本发明提供的利用储能变流器监测电池内阻的装置400,通过储能变流器向电池传输激励电压,电池响应于激励电压产生响应电流,分析激励电压的频率和响应电流的频率,在两者相同时,说明该频率是电池的电阻的特征频率,在该状态下,记录激励电压的频率,以其作为激励电压信号的频率,记录响应电流的频率,以其作为响应电流信号的频率,进而在储能变流器工作的过程中,在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号,从而通过储能变流器向电池传输激励电压,并确保整个系统的恒流充电,在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号,从而通过储能变流器向电池传输激励电压,并确保整个系统的恒压充电,并且,在整个储能变流器工作的过程中,持续的根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号计算电池的内阻,从而实现对电池的内阻的监控。
也就是,其可以在电池使用的过程中持续地对电池的内阻进行监测,实现在电池的使用状态下,对电池的内阻的监测,从而更便于掌控电池的健康状态,可以对电池的内阻进行预警,提升电池的安全性,并且,能够实现在线的实时检测,对电池无损伤。其中电池可以是锂电池。通过激励电压和响应电流计算电池的内阻可以采用交流阻抗谱法等。
具体地,如图7所示,通常电池702和储能变流器704形成储能系统,电池702通过储能变流器704连接电网706,以进行充电和放电,进而在电池702的使用过程中,通过储能变流器704向电池702持续性或周期性地传输激励电压,电池702响应该激励电压,产生响应电流,持续性或周期性地接收响应电流,根据激励电压测量信号和响应电流测量信号计算电池702的内阻。
其中,在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号,从而确保整个系统的恒流充电,在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号,从而持续性地对电池702的内阻进行监测,且该方法实现简单,成本低,可在线无损监测电池的健康状态,提升电池的安全性。
其中,对电池内阻的监测可以是持续性的或周期性的。
进一步地,在电池的内阻大于或等于预设阻值后,发出警报,以提升用户电池已存在安全隐患,可提前感知电池的潜在安全风险,其中,预设阻值可以是经验值,根据电池的型号进行设定。
如图5所示,作为本发明的一个可能的实施例,本发明提供了一种利用储能变流器监测电池内阻的装置500,包括:传输模块502,用于通过储能变流器向电池传输激励电压;接收模块504,用于接收电池反馈的响应电流;确定模块506,用于在激励电压的频率和响应电流的频率相同的情况下,确定激励电压信号和响应电流信号的频率;调整模块508,用于在激励电压的频率和响应电流的频率不同的情况下,在恒流阶段,调节响应电流信号的频率,在恒压阶段,调节激励电压信号的频率;第一叠加模块510,用于在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号;第二叠加模块512,用于在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号;监测模块514,用于根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号监测电池的内阻。
在该实施例中,通过储能变流器向电池传输激励电压,电池响应于激励电压产生响应电流,分析激励电压的频率和响应电流的频率,在两者相同时,说明该频率是电池的电阻的特征频率,在该状态下,记录激励电压的频率,以其作为激励电压信号的频率,记录响应电流的频率,以其作为响应电流信号的频率,进而在储能变流器工作的过程中,在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有响应电流信号,从而通过储能变流器向电池传输激励电压,并确保整个系统的恒流充电,在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值中叠加有激励电压信号,从而通过储能变流器向电池传输激励电压,并确保整个系统的恒压充电,并且,在整个储能变流器工作的过程中,持续的根据激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号计算电池的内阻,从而实现对电池的内阻的监控。
也就是,其可以在电池使用的过程中持续地对电池的内阻进行监测,实现在电池的使用状态下,对电池的内阻的监测,从而更便于掌控电池的健康状态,可以对电池的内阻进行预警,提升电池的安全性并且,能够实现在线的实时检测,对电池无损伤。
监测装置还包括:在激励电压的频率和响应电流的频率不同的情况下,说明当前激励电压的频率不符合电池的特征频率,此时,在恒流阶段,调节在储能变流器的直轴电流指令值中叠加的响应电流信号的频率,在恒压阶段,调节在储能变流器的直轴电流指令值中叠加的激励电压信号的频率,重新接收电池反馈的响应电流,直到激励电压的频率和响应电流的频率相同,再将当前的响应电流信号或激励电压信号持续叠加在储能变流器的直轴电流指令值中,并且,以激励电压信号的测量信号和电池反馈的响应电流信号的测量信号,持续的计算电池的内阻,实现对电池的内阻的监测。
作为本发明的一个可能的实施例,在恒流阶段,在储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:;其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I表示储能变流器的电流积分调节增益,表示储能变流器的直流电流指令值,I d 储能变流器的直流电流实际值,I x 表示响应电流信号,是控制器的积分项;在恒压阶段,在储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:;其中,表示直轴电流指令值,K p 表示储能变流器的电流内环比调节增益,K I 表示储能变流器的电流积分调节增益,表示储能变流器的直流电压指令值,U d 表示储能变流器的直流电压实际值,U j 表示激励电压信号,是控制器的积分项。
作为本发明的一个可能的实施例,监测模块包括:第一确定子模块,用于通过傅里叶变换确定激励电压信号的测量信号的频率和幅值,以及响应电流信号的测量信号的频率和幅值;第二确定子模块,用于通过小波变换确定激励电压信号的测量信号和响应电流信号的测量信号的相位差;监控子模块,用于根据激励电压信号的测量信号的频率和幅值、响应电流信号的测量信号的频率和幅值以及相位差,对电池的内阻进行监测。
如图6所示,本发明提供了一种计算机设备600,包括处理器602,存储器604及存储在存储器604上并可在处理器602上运行的程序或指令,程序或指令被处理器602执行时实现如第一方面提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法。
本发明提供的计算机设备600,包括处理器602和存储器604,存储器604上存储有程序或指令,该程序或指令被处理器602执行时实现如第一方面提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法的各个过程,且能达到相同的技术效果,为避免重复,这里不再赘述。
本发明提供了一种可读存储介质,可读存储介质上存储程序或指令,程序或指令被处理器执行时实现如第一方面提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法。
本发明提供的可读存储介质,可读存储介质上存储有程序或指令,该程序或指令被处理器执行时实现如第一方面提供的利用储能变流器监测电池内阻的方法的各个过程,且能达到相同的技术效果,为避免重复,这里不再赘述。
在本发明中,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性;术语“多个”则指两个或两个以上,除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解,例如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;“相连”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的组件或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作,因此,不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用储能变流器监测电池内阻的方法,其特征在于,包括:
通过储能变流器向电池传输激励电压;
接收所述电池反馈的响应电流;
在所述激励电压的频率和所述响应电流的频率相同的情况下,确定激励电压信号和响应电流信号的频率;
在恒流阶段,在所述储能变流器的直轴电流指令值中叠加有所述响应电流信号;
在恒压阶段,在所述储能变流器的直轴电流指令值中叠加有所述激励电压信号;
根据所述激励电压信号的测量信号和所述电池反馈的所述响应电流信号的测量信号监测所述电池的内阻。
2.根据权利要求1所述的利用储能变流器监测电池内阻的方法,其特征在于,还包括:
在所述激励电压的频率和所述响应电流的频率不同的情况下,在恒流阶段,调节所述响应电流信号的频率,在恒压阶段,调节所述激励电压信号的频率。
3.根据权利要求1所述的利用储能变流器监测电池内阻的方法,其特征在于,在恒流阶段,在所述储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:
其中,表示所述直轴电流指令值,K p 表示所述储能变流器的电流内环比调节增益,K I 表示所述储能变流器的电流积分调节增益,表示所述储能变流器的直流电流指令值,I d 所述储能变流器的直流电流实际值,I x 表示所述响应电流信号,是控制器的积分项;
在恒压阶段,在所述储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:
4.根据权利要求1至3中任一项所述的利用储能变流器监测电池内阻的方法,其特征在于,所述根据所述激励电压信号的测量信号和所述电池反馈的所述响应电流信号的测量信号监测所述电池的内阻的步骤,具体包括:
通过傅里叶变换确定所述激励电压信号的测量信号的频率和幅值,以及所述响应电流信号的测量信号的频率和幅值;
通过小波变换确定所述激励电压信号的测量信号和所述响应电流信号的测量信号的相位差;
根据所述激励电压信号的测量信号的频率和幅值、所述响应电流信号的测量信号的频率和幅值以及所述相位差,对所述电池的内阻进行监测。
5.一种利用储能变流器监测电池内阻的装置,其特征在于,包括:
传输模块,用于通过储能变流器向电池传输激励电压;
接收模块,用于接收所述电池反馈的响应电流;
确定模块,用于在所述激励电压信号的频率和所述响应电流信号的频率相同的情况下,确定激励电压信号和响应电流信号的频率;
第一叠加模块,用于在恒流阶段,在所述储能变流器的直轴电流指令值中叠加有所述响应电流信号;
第二叠加模块,用于在恒压阶段,在所述储能变流器的直轴电流指令值中叠加有所述激励电压信号;
监测模块,用于根据所述激励电压信号的测量信号和所述电池反馈的所述响应电流信号的测量信号监测所述电池的内阻。
6.根据权利要求5所述的利用储能变流器监测电池内阻的装置,其特征在于,还包括:
调整模块,用于在所述激励电压的频率和所述响应电流的频率不同的情况下,在恒流阶段,调节所述响应电流信号的频率,在恒压阶段,调节所述激励电压信。
7.根据权利要求5所述的利用储能变流器监测电池内阻的装置,其特征在于,在恒流阶段,在所述储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:
其中,表示所述直轴电流指令值,K p 表示所述储能变流器的电流内环比调节增益,K I 表示所述储能变流器的电流积分调节增益,表示所述储能变流器的直流电流指令值,I d 所述储能变流器的直流电流实际值,I x 表示所述响应电流信号,是控制器的积分项;
在恒压阶段,在所述储能变流器的直轴电流指令值满足以下公式:
8.根据权利要求5至7中任一项所述的利用储能变流器监测电池内阻的装置,其特征在于,所述监测模块包括:
第一确定子模块,用于通过傅里叶变换确定所述激励电压信号的测量信号的频率和幅值,以及所述响应电流信号的测量信号的频率和幅值;
第二确定子模块,用于通过小波变换确定所述激励电压测量信号和所述响应电流测量信号的相位差;
监控子模块,用于根据所述激励电压信号的测量信号的频率和幅值、所述响应电流信号的测量信号的频率和幅值以及所述相位差,对所述电池的内阻进行监测。
9.一种计算机设备,其特征在于,包括处理器,存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令,所述程序或指令被所述处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的利用储能变流器监测电池内阻的方法。
10.一种可读存储介质,其特征在于,所述可读存储介质上存储程序或指令,所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的利用储能变流器监测电池内阻的方法。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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