CN115693865A - 非隔离双向软开关均衡电路及其用于电池eis检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种非隔离双向软开关均衡电路及其用于电池EIS检测的方法，均衡电路基于双向斩波电路，可实现能量双向转移；添加辅助开关、电容及电感，实现软开关，降低开关损耗；并将此均衡电路应用于电池电化学阻抗谱检测。该均衡电路用于电池电化学阻抗谱检测的方法包括：向均衡控制回路中注入多频率周期性信号；由输出电流激励待测电池，采集电池电压、电流数据；利用快速傅里叶变换处理数据，获得多个频率的阻抗信息，进而得到电池电化学阻抗谱。本发明的方案提供了一种均衡电路，并可实现主动均衡与电池电化学阻抗谱检测的功能集成，采用了均衡电路且无需额外电源；集成在电池管理系统中，还可应用于电池故障诊断等。

Description

非隔离双向软开关均衡电路及其用于电池EIS检测的方法

技术领域

本发明属于电池管理技术领域，尤其涉及一种非隔离双向软开关均衡电路及其用于电池EIS检测的方法。

背景技术

锂离子电池被广泛应用于储能、新能源车辆、电子设备中，当前对锂离子电池的应用日渐丰富，但电池管理仍面临许多问题。电池的电化学阻抗谱EIS(Electrochemicalimpedance spectroscopy)是电池监测的重要手段之一，能够提供关于电池性能的相关信息，反映电池单体的容量；在锂离子电池正常使用中，阻抗变化幅度较小，但在多次充放电循环达到一定次数后，阻抗将产生明显变化，故可用EIS来预测电池寿命；而对锂离子电池组来说，选取阻抗相对一致的锂离子电池进行组合可延长电池组的使用寿命；另外，还可通过电池EIS的变化对电池进行故障诊断。当前诸多检测电池电化学阻抗谱的方法依赖昂贵的仪器设备，需要在实验室环境进行离线测量，其测量结果主要用于电化学领域的精确研究，更加注重测量的准确度，但在测量速度与方便程度上有很大的限制及不足。

主动均衡是利用各类均衡拓扑确保电池间SOC(State ofCharge)状态一致性的技术。而改进均衡拓扑是电池主动均衡技术中一个重要的研究方向，改进均衡拓扑能够有效提高电池均衡的速度和效率，减少电路损耗，降低均衡成本。

上述两种技术均通过向电池提供电能实现各自的功能，因此考虑在新型的均衡电路中结合扰动注入法，在线检测电池EIS。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷和不足的问题，本发明提出一种非隔离双向软开关均衡电路及其用于电池EIS检测的方法，其提供了一种均衡拓扑电路，并应用于一种基于主动均衡的电池EIS在线检测系统，可实现主动均衡与电池电化学阻抗谱检测的功能集成，创新地利用均衡电路完成对电池的激励，拓展了均衡拓扑电路的功能与应用；充分利用电池管理系统原有的软硬件，降低了EIS检测系统的成本；电池无需脱离工作状态，即可便捷地在线检测电池EIS。

该均衡电路基于双向斩波电路，可实现能量双向转移；添加辅助开关、电容及电感，实现软开关，降低开关损耗；并将此均衡电路应用于电池电化学阻抗谱检测。该均衡电路用于电池电化学阻抗谱检测的方法包括：向均衡控制回路中注入多频率周期性信号；由输出电流激励待测电池，采集电池电压、电流数据；利用快速傅里叶变换处理数据，获得多个频率的阻抗信息，进而得到电池电化学阻抗谱。本发明的方案提供了一种均衡电路，可实现主动均衡与电池电化学阻抗谱检测的功能集成，采用了均衡电路且无需额外电源；集成在电池管理系统中，还可应用于电池故障诊断等。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

本发明首先提供一种非隔离双向软开关均衡电路，其基于非隔离双向斩波电路，包括两个含反并联二极管的开关管V1和V2、含反并联二极管的辅助开关管Va1与Va2、谐振电容Cr1与Cr2、电容C1、谐振电感Lr、电感L1、L2与L3，均衡器两端分别连接两个电池单体；

其中，所述开关管V1两端并联谐振电容Cr1，分别经电感L1和L2连接电池B1，经电容C1后，并联相串联的辅助开关管Va1、谐振电感Lr与辅助开关管Va2，以及并联电感L3，以及并联相串联的开关管V2和电池B2；所述开关管V2的两端并联谐振电容Cr2；

该均衡电路用于实现两端电池间能量的双向转移，应用为主动均衡器ICE(Individual Cell Equalizer)时，进行电池间SOC的均衡，并通过辅助开关实现软开关，使主开关V1、V2与辅助开关Va1、Va2以给定开关时序通断，确保均衡过程中主开关实现零电压开关，辅助开关实现零电流开关，降低均衡过程中的开关损耗。

通过SOC估计的相关方法获得单体电池的SOC信息，当均衡电路中一端所连电池的SOC高于另一端电池的SOC，将SOC差值作为均衡判据，当差值高于设定的阈值时开启均衡；SOC较高的一端作为输入端，SOC较低的一端作为负载端，通过均衡控制电路输出的PWM信号控制开关管通断，使输入端电池放电，均衡电流向处于输出端的电池进行充电；待SOC差值收敛至均衡阈值内时，结束电池间的SOC均衡。

该型均衡电路可应用于电池电化学阻抗谱的检测，作为功率电路向电池提供激励。

均衡电路中能量转移的方向不同时，其两端连接的电池可能处于输入端，也可能处于负载端。其中处于输入端的放电电池供电，向处于负载端的待测电池提供激励，故应用于电池电化学阻抗谱检测时，均衡电路无需额外的电源。

均衡电流的控制可采用模糊控制、PID控制、自适应控制等均衡相关的控制方法，此处主要介绍均衡拓扑结构，对相关均衡控制方法及均衡策略不再赘述。

检测EIS的相关方案多采用直流变换器，而主动均衡功能由均衡电路实现，其均可向电池提供激励，故考虑改造主动均衡电路，以实现电池EIS的检测。则均衡电路不仅可以均衡电池SOC，还可以为待测电池提供激励能量，实现功能集成，硬件电路共享，拓展均衡电路的应用范围。

基于以上电路设计，本发明提供一种应用非隔离双向软开关均衡电路进行电池EIS检测的方法，根据如上所述的非隔离双向软开关均衡电路，基于信号调理电路、电池串组合、电池管理系统采样模块、PWM(Pulse Width Modulation)驱动电路、数字控制器以及电池管理系统；

所述非隔离双向软开关均衡电路连接电池串组合；所述电池串的电压、电流信号端与信号调理电路连接；所述信号调理电路的输出端与电池管理系统采样模块的ADC(Analog to DigitalConverter)引脚连接；所述数字控制器的PWM输出端连接PWM驱动电路的输入端；所述PWM驱动电路的输出端连接至非隔离双向软开关均衡电路中开关管的栅极。

作为替换，该EIS检测方法中的均衡电路除了所述的非隔离双向软开关均衡电路外，还可以是其他类型的均衡电路。包括：相邻单体间可双向或单向转移能量的均衡电路；任意两单体间可双向或单向转移能量的均衡电路；单体与电池组间可双向或单向转移能量的均衡电路。

该应用方法可检测的电池数量由均衡电路中连接的电池数量决定，包含X个单体，其中X≥2；均衡电路中的多个电池可同时处于被激励的状态，获得被激励电池的电压、电流数据即可检测EIS，故该检测方法可同时检测多个电池的EIS。

信号调理电路对电池的电压、电流进行交直流信号分离，去除直流和高频噪声干扰的影响，并放大交流信号。

采集电池电压、电流信号的功能由电池管理系统中的采样模块实现，无需额外的硬件电路。考虑到采样精度和扰动信号的频率范围，电池管理系统采样模块宜选用采样频率较高的模拟前端芯片。其中检测功能实现还包括电池管理系统必要的其他各类软硬件。

PWM驱动电路将数字控制器输出的PWM控制脉冲放大到足以驱动开关管，提供足够的驱动能力，并避免功率器件过压和过流。

数字控制器用于系统控制、信号处理、计算阻抗谱，可采用电池管理系统中的数字控制器或微电脑。

在实际操作中，该方法包括以下步骤：

步骤S1：建立主动均衡电路，将当前处于均衡器输入端的单体作为供电直流源，将处于负载端的单体作为待测电池；

步骤S2：控制均衡器中的开关管向负载端输出电流，待均衡电流达到稳态后，向电流控制回路的电流参考值中注入多频率周期性信号，然后由此叠加电流对负载端连接的待测电池进行激励；

步骤S3：注入叠加信号后，在信号调理电路中对电池两端电压、电池电流进行交直流分离，去除直流和高频噪声干扰的影响，放大交流信号；同时由电池管理系统的采样模块以频率f_S同步采集调理后的电池电压与电流信号，所述采样频率f_S至少为最高扰动频率f_n的5到10倍；

步骤S4：在电池管理系统的数字控制器或微电脑中对获得的电压、电流信息进行快速傅里叶变换，由算法计算出每个扰动频率下的电池阻抗信息，进一步即获得一定频率范围内的电池EIS。

进一步地，步骤S1具体包括以下步骤：

建立所述非隔离双向软开关均衡电路，作为主动均衡器ICE，两串联电池间连接一个该主动均衡器ICE，实现两个电池间能量的互相转移、互相激励；

通过控制不同开关管的通断，使均衡器ICE连接的两个电池中，SOC高的电池放电、SOC低的电池充电；将输入端放电的电池作为供电直流源，将负载端充电的电池作为待测电池；数字控制器中的均衡控制回路通过追踪参考电流大小，使均衡电流稳定在参考电流值。

进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：

电池电化学阻抗谱检测要求电池须处于一稳定的直流极化条件下，然后进行扰动、激励，故本技术方案采用恒流检测模式；

在启动检测后，对负载端待测电池进行激励，待电流达到稳态后，向控制回路的参考电流中注入正弦信号，则控制电路输出的占空比在直流部分D_dc的基础上叠加扰动对应的占空比D_ac,得到控制开关管的占空比为：

D＝D_dc+D_ac (1)

得到控制开关管的占空比后，经数字控制器的PWM模块输出占空比为D的PWM控制脉冲，再通过开关管驱动电路将PWM控制脉冲放大到足以驱动开关管；由均衡电路输出的电流对负载端的待测电池进行激励，其中对电池的激励电流由直流电流I_dc叠加交流扰动电流I_msin(ωt)得到，表示为：

I_dc+I_msin(ωt)(2)

扰动信号的频率选择每十倍频程含相同数量的频率成分，以降低检测中的的噪声干扰。

另外，由于EIS检测与电池管理系统共用采样模块来采集电压、电流信息，故扰动频率范围考虑电池管理系统中模拟前端芯片采样频率的限制，同时考虑采样定理与工程实践的要求，需要综合确定扰动频率的上限与下限。

进一步地，步骤S3具体包括以下步骤：

均衡电路中注入多频率周期性信号后，直接采样得到的电池电压、电流是大直流成分与小交流成分的叠加，并含有高频噪声干扰信号，采样误差会很大。

在信号调理电路中对电压、电流进行交直流信号分离；采用反相叠加有效值的方法获得交流电压、交流电流，去除直流和高频噪声干扰信号的影响，并以相同倍数放大电压、电流信号；

在混合信号的基础上减去直流信号，获得所需的交流小信号；混合信号经差分电路放大有用信号，并经由低通滤波器去除高频干扰；一路混合信号做信号跟随，另一路通过有效值芯片提取混合信号有效值并由反相器取反，最后叠加两路信号即得到交流小信号；

由电池管理系统中的采样模块以频率f_S同步采集获得电池的时域电压、电流信息；

根据奈奎斯特采样定理，采样频率f_s高于待测频段最高频率的两倍以上即可。

但是工程实践中考虑到采样精度及频率混叠问题，采样频率f_s选择待测频段最高频率的5到10倍以上，可选取最低频率周期的2倍以上时长进行采样。

进一步地，步骤S4具体包括以下步骤：

周期性函数通过傅里叶级数表示为直流量与正弦函数构成的无穷级数之和：

其中A_n是频率为nf₀的正弦矢量的幅值；

为其相角；A₀为直流偏置；

系统获得电压、电流信息后，在电池管理系统的数字控制器中，对采样得到的电压、电流信息进行FFT快速傅里叶分解，得到扰动频率对应的信号，即获得含有实部和虚部的复数电压、电流信息；

选取给定幅值以上的电流峰值点信号，并选择该电流峰值点频率对应的电压峰值点信号；对此电压、电流信号进行处理运算，即获得该频率下的复阻抗信息：

其中θ(f)为该频率下电压、电流的相位差；V_p(f)为该频率电压峰值点幅值；I_p(f)为该频率电流峰值点幅值。R为复阻抗实部，X为复阻抗虚部；

经算法一次性获得多个扰动频率下的复阻抗信息，绘制出一定频率范围内的电池电化学阻抗谱。

与现有技术相比，本发明及其优选方案的有益效果包括：

1、本发明采用一种非隔离双向软开关均衡电路，通过辅助开关实现软开关，降低了长时间均衡中的开关损耗，并将此拓扑应用于电池EIS检测，作为提供激励的功率电路。

2、本发明可实现电池主动均衡与电池电化学阻抗谱检测的功能集成，共享均衡电路对电池进行充电、激励，拓展了均衡电路的功能与应用范围；

3、本发明采用电池管理系统的采样模块、数字控制器及电池管理系统必要的其他组成等，充分利用电池管理系统原有的软硬件，降低了电池EIS检测的成本。

4、本发明通过向电池的充电电流中注入多频率周期性信号，如正弦信号，能在一定的采集周期内获得多个频率下的复阻抗信息，得到一定频率范围内的电化学阻抗谱；且电池无需脱离工作状态，即可便捷地在线检测电池EIS；进一步还可应用于电池故障诊断。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1为本发明实施例系统架构及均衡电路示意图；

图2为本发明实施例中向非隔离双向软开关均衡电路注入扰动的原理示意图；

图3为本发明实施例仿真数据在FFT算法下获得的一定频率范围内的电化学阻抗谱。其中实线部分为仿真中电池Randles阻抗模型的理论阻抗谱，虚线与圆圈部分为仿真中由实施例方法获得的阻抗谱。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本说明书使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实施例提供的方案以非隔离双向软开关均衡电路作为均衡器ICE，将其应用于电池EIS在线检测系统。

如图1所示，为基于均衡电路的电池EIS在线检测硬件架构，包括电池主动均衡电路、信号调理电路、电池串组合、电池管理系统采样模块、PWM驱动电路、数字控制器、电池管理系统必要的其他各类软硬件。电池主动均衡电路连接电池串组合，相邻两个电池间连接一个主动均衡器ICE；电池串的电压、电流信号端与信号调理电路连接；信号调理电路的输出端与电池管理系统采样模块的ADC引脚连接；电池管理系统数字控制器的PWM输出端连接至PWM驱动电路的输入端；PWM驱动电路的输出端连接至主动均衡电路中每个开关管的栅极。

如图1上侧框图所示，为本实施例中的均衡拓扑电路示意图，该非隔离双向软开关均衡电路，包括两个含反并联二极管的开关管V1和V2、辅助开关管Va1与Va2、谐振电容Cr1与Cr2、电容C1、谐振电感Lr、电感L1、L2与L3，均衡器两端分别连接两个电池单体。

该均衡电路能够实现两端电池间能量的双向转移，作为均衡器，可进行电池间SOC的均衡。

当开启EIS检测时，均衡电路作为提供激励的功率电路。当B1作为输入端电池，提供激励能量；将待测电池B2置于负载端。在均衡器ICE中，使开关管V2保持关断，仅控制开关管V1高频通断，使电池B1向电池B2充电，辅助开关Val、Va2以特定开关时序通断，确保均衡过程中实现软开关，降低均衡过程中的开关损耗。

开启EIS检测后对均衡器输出的电流进行闭环控制，将电流大小控制在设定的电流参考值上。当均衡电流达到稳态后，电池形成稳定的直流极化条件，达到电化学阻抗检测要求的恒流状态。

如图2所示，在电流达到稳态后，通过数字控制器将多个频率的正弦叠加信号添加至电流闭环控制回路的电流参考值中。则控制器输出的占空比会在直流对应占空比D_dc的基础上叠加扰动对应的占空比D_ac,得到控制开关管V1的占空比为：

D＝D_dc+D_ac (1)

然后由数字控制器的PWM模块输出占空比为D的PWM控制信号，并经由驱动电路产生足够的驱动电压，可靠地驱动开关管V1。其中对电池的激励电流由直流电流I_dc叠加交流扰动电流I_msin(ωt)得到，表示为：

I_dc+I_msin(ωt) (2)

此时电池的电流、电压信号中即包含了交流阻抗信息。

同理，当要检测电池B1的EIS时，控制开关管V2高频通断，使电池B2向电池B1充电，其他流程与上述实施例相同。

注入扰动信号后，采用反相叠加有效值的方法分离交直流信号，获得交流电压、电流，去除直流和高频噪声干扰信号的影响，并放大交流信号。然后由电池管理系统中的采样模块以频率f_S同步采集电池的电压与电流信号，获得时域电压、电流信息。

理论上根据奈奎斯特采样定理，采样频率f_S高于待测频段最高频率的两倍以上即可，但在工程实践中考虑到采样精度及频率混叠问题，采样频率f_S通常在待测频段最高频率的5到10倍以上。

而本发明的采样功能由电池管理系统的采样模块实现，考虑到电池管理系统常用的模拟前端芯片采样频率通常不是很高，故本实施例中扰动信号的最高频率取300Hz；信息采集周期选取最低扰动频率周期的2倍以上进行采样。

周期性函数均可通过傅里叶级数表示为直流成分与正弦函数构成的无穷级数之和：

其中A_n是频率为nf₀的正弦矢量的幅值；

为其相角；A₀为直流偏置。

故在电池管理系统的数字控制器中，对采样得到的电池电压和电流信号进行FFT快速傅里叶变换，获得不同扰动频率下含有实部和虚部的电压、电流信号。

通过算法选取一定幅值以上的电流峰值点信号，并选取该电流峰值点频率对应的电压峰值点信号。对该频率下的电压、电流峰值点复信号进行处理运算，即获得该频率下的复阻抗信息：

其中θ(f)为该频率下电压、电流的相位差；V_p(f)为该频率电压峰值点幅值；I_p(f)为该频率电流峰值点幅值。R为复阻抗实部，X为复阻抗虚部。

算法通过求解各扰动频率对应的阻抗信息，即可绘制待测电池在扰动频率范围内的电化学阻抗谱信息。

如图3所示，为实施例仿真实验在FFT算法下获得的阻抗谱。在Simulink软件中搭建非隔离双向软开关均衡电路及一阶电池阻抗Randles模型，在电流闭环控制器的电流参考值中注入多频率周期性正弦叠加信号，最高频率为300Hz、最低频率为0.1Hz。采样获得的电池电压、电流信息组成数据集，经由FFT算法程序处理得到如图所示的扰动频率范围内的电池EIS信息。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的非隔离双向软开关均衡电路及其用于电池EIS检测的方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种非隔离双向软开关均衡电路，其特征在于，基于非隔离双向斩波电路，包括两个含反并联二极管的开关管V1和V2、含反并联二极管的辅助开关管Va1与Va2、谐振电容Cr1与Cr2、电容C1、谐振电感Lr、电感L1、L2与L3，均衡器两端分别连接两个电池单体；

其中，所述开关管V1两端并联谐振电容Cr1，分别经电感L1和L2连接电池B1，经电容C1后，并联相串联的辅助开关管Va1、谐振电感Lr与辅助开关管Va2，以及并联电感L3，以及并联相串联的开关管V2和电池B2；所述开关管V2的两端并联谐振电容Cr2；

该均衡电路用于实现两端电池间能量的双向转移，应用为主动均衡器时，进行电池间SOC的均衡，并通过辅助开关实现软开关，使主开关V1、V2与辅助开关Va1、Va2以给定开关时序通断，确保均衡过程中主开关实现零电压开关，辅助开关实现零电流开关，降低均衡过程中的开关损耗。

2.根据权利要求1所述的非隔离双向软开关均衡电路，其特征在于：通过SOC估计的相关方法获得单体电池的SOC信息，当均衡电路中一端所连电池的SOC高于另一端电池的SOC，将SOC差值作为均衡判据，当差值高于设定的阈值时开启均衡；SOC较高的一端作为输入端，SOC较低的一端作为负载端，通过均衡控制电路输出的PWM信号控制开关管通断，使输入端电池放电，均衡电流向处于输出端的电池进行充电；待SOC差值收敛至均衡阈值内时，结束电池间的SOC均衡。

3.一种应用非隔离双向软开关均衡电路进行电池EIS检测的方法，其特征在于：根据如权利要求1所述的非隔离双向软开关均衡电路，基于信号调理电路、电池串组合、电池管理系统采样模块、PWM驱动电路、数字控制器以及电池管理系统；

所述非隔离双向软开关均衡电路连接电池串组合；所述电池串的电压、电流信号端与信号调理电路连接；所述信号调理电路的输出端与电池管理系统采样模块的ADC引脚连接；所述数字控制器的PWM输出端连接PWM驱动电路的输入端；所述PWM驱动电路的输出端连接至非隔离双向软开关均衡电路中开关管的栅极。

4.根据权利要求3所述的应用非隔离双向软开关均衡电路进行电池EIS检测的方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤S1：建立主动均衡电路，将当前处于均衡器输入端的单体作为供电直流源，将处于负载端的单体作为待测电池；

步骤S2：控制均衡器中的开关管向负载端输出电流，待均衡电流达到稳态后，向电流控制回路的电流参考值中注入多频率周期性信号，然后由此叠加电流对负载端连接的待测电池进行激励；

步骤S3：注入叠加信号后，在信号调理电路中对电池两端电压、电池电流进行交直流分离，去除直流和高频噪声干扰的影响，放大交流信号；同时由电池管理系统的采样模块以频率f_S同步采集调理后的电池电压与电流信号，所述采样频率f_S至少为最高扰动频率f_n的5到10倍；

步骤S4：在电池管理系统的数字控制器或微电脑中对获得的电压、电流信息进行快速傅里叶变换，由算法计算出每个扰动频率下的电池阻抗信息，进一步即获得一定频率范围内的电池EIS。

5.根据权利要求4所述的应用非隔离双向软开关均衡电路进行电池EIS检测的方法，其特征在于：

步骤S1具体包括以下步骤：

建立所述非隔离双向软开关均衡电路，作为主动均衡器ICE，两串联电池间连接一个该主动均衡器ICE，实现两个电池间能量的互相转移、互相激励；

通过控制不同开关管的通断，使均衡器ICE连接的两个电池中，SOC高的电池放电、SOC低的电池充电；将输入端放电的电池作为供电直流源，将负载端充电的电池作为待测电池；数字控制器中的均衡控制回路通过追踪参考电流大小，使均衡电流稳定在参考电流值。

6.根据权利要求4所述的应用非隔离双向软开关均衡电路进行电池EIS检测的方法，其特征在于：

步骤S2具体包括以下步骤：

采用恒流检测模式；

在启动检测后，对负载端待测电池进行激励，待电流达到稳态后，向控制回路的参考电流中注入多频率正弦叠加信号，则控制电路输出的占空比在直流部分D_dc的基础上叠加扰动对应的占空比D_ac,得到控制开关管的占空比为：

D＝D_dc+D_ac (1)

得到控制开关管的占空比后，经数字控制器的PWM模块输出占空比为D的PWM控制脉冲，再通过开关管驱动电路将PWM控制脉冲放大到足以驱动开关管；由均衡电路输出的电流对负载端的待测电池进行激励，其中对电池的激励电流由直流电流I_dc叠加交流扰动电流I_msin(ωt)得到，表示为：

I_dc+I_msin(ωt)(2)扰动信号的频率选择每十倍频程含相同数量的频率成分，以降低检测中的的噪声干扰。

7.根据权利要求4所述的应用非隔离双向软开关均衡电路进行电池EIS检测的方法，其特征在于：

步骤S3具体包括以下步骤：

在信号调理电路中对电压、电流进行交直流信号分离；采用反相叠加有效值的方法获得交流电压、交流电流，去除直流和高频噪声干扰信号的影响，并以相同倍数放大电压、电流信号；

在混合信号的基础上减去直流信号，获得所需的交流小信号；混合信号经差分电路放大有用信号，并经由低通滤波器去除高频干扰；一路混合信号做信号跟随，另一路通过有效值芯片提取混合信号有效值并由反相器取反，最后叠加两路信号即得到交流小信号；

由电池管理系统中的采样模块以频率f_S同步采集获得电池的时域电压、电流信息。

8.根据权利要求4所述的应用非隔离双向软开关均衡电路进行电池EIS检测的方法，其特征在于：

步骤S4具体包括以下步骤：

周期性函数通过傅里叶级数表示为直流量与正弦函数构成的无穷级数之和：

其中A_n是频率为nf₀的正弦矢量的幅值；

为其相角；A₀为直流偏置；

系统获得电压、电流信息后，在电池管理系统的数字控制器中，对采样得到的电压、电流信息进行FFT快速傅里叶分解，得到扰动频率对应的信号，即获得含有实部和虚部的复数电压、电流信息；

选取给定幅值以上的电流峰值点信号，并选择该电流峰值点频率对应的电压峰值点信号；对此电压、电流信号进行处理运算，即获得该频率下的复阻抗信息：

其中θ(f)为该频率下电压、电流的相位差；V_p(f)为该频率电压峰值点幅值；I_p(f)为该频率电流峰值点幅值；R为复阻抗实部，X为复阻抗虚部；

经算法一次性获得多个扰动频率下的复阻抗信息，绘制出一定频率范围内的电池电化学阻抗谱。

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