CN117054910A - 电化学阻抗谱测量方法、激励信号生成方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种电化学阻抗谱测量方法、激励信号生成方法及装置。通过对电化学系统所在测量回路的实际采样信号和参考正弦信号的差值进行PID控制，将输出的控制信号作为激励信号引入上述测量回路，使得测量回路的实际采样信号逐步匹配参考正弦信号，相当于对待测的电化学系统施加了正弦交流激励信号，相应产生的响应信号也为交流信号，根据该交流响应信号可以计算得到电化学系统的电化学阻抗；进而根据不同频率的激励信号对应的响应信号即可得到电化学系统的电化学阻抗谱。基于本发明实施例进行电化学阻抗谱测量，不需要交流信号发生器，可以降低测量成本和测量设备的尺寸，方便快捷的应用于多种场景下电化学系统的阻抗谱测量。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种电化学阻抗谱测量方法、激励信号生成方法及装置。
背景技术
电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS)，是研究电化学系统的一种重要技术，广泛应用于电池、电化学材料等领域。其原理为在电化学系统中施加不同频率的小振幅交流激励信号，测量该激励信号引起的电化学系统的响应信号，根据该响应信号和激励信号计算得到电化学系统在不同频率下对应的电化学阻抗，即得到电化学阻抗谱。根据电化学阻抗谱可以分析电化学系统的内部结构及运行状态，如应用在电池技术领域时，可以通过分析电池的电化学阻抗谱来判断电池故障、预测电池寿命等。因此，电化学阻抗谱测量设备已成为相关领域的实验室必备设备。
然而，测量电化学阻抗谱往往需要交流信号发生器来产生交流激励信号，由于交流信号发生器体积大、成本高，导致电化学阻抗谱测量通常只能在实验室中进行，难以广泛应用于在电池等电化学系统的生产及使用过程。
发明内容
针对以上技术问题，本发明实施例提供一种电化学阻抗谱测量方法、激励信号生成方法及装置。
第一方面，本发明实施例提供一种电化学阻抗谱测量方法，包括：
获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号；所述实际采样信号包括电流信号和电压信号中的任一种；
获取参考正弦信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号；
将所述激励信号输入所述测量回路；
获取所述测量回路的响应信号；
根据所述响应信号计算所述电化学系统的电化学阻抗。
第二方面，本发明实施例提供一种激励信号生成方法，包括：
获取目标回路的实际采样信号；所述实际采样信号包括所述目标回路的电流信号和电压信号中的任一种；
获取参考正弦信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号，并将所述激励信号输入所述目标回路。
第三方面，本发明实施例提供一种电化学阻抗谱测量装置，包括：
第一获取模块，用于获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号；所述实际采样信号包括电流信号和电压信号中的任一种；
算法控制模块，用于获取参考正弦信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号；
信号输出模块，用于将所述激励信号输入所述测量回路；
第二获取模块，用于获取所述测量回路的响应信号；
阻抗分析模块，用于根据所述响应信号计算所述电化学系统的电化学阻抗。
第四方面，本发明实施例提供一种电化学阻抗谱测量设备，包括：
辅助电路单元，与被测的电化学系统连接，与所述电化学系统形成测量回路；
信号测量单元，用于采集所述测量回路的信号；
核心处理单元，与所述辅助电路单元和信号测量单元连接，用于通过所述信号测量单元获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号，所述实际采样信号包括电流信号和电压信号中的任一种；获取参考正弦信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号；将所述激励信号输入所述测量回路；通过所述信号测量单元获取所述测量回路的响应信号，并根据所述响应信号计算所述电化学系统的电化学阻抗。
第五方面，本发明实施例提供一种激励信号生成装置，包括：
第一获取模块，用于获取目标回路的实际采样信号；所述实际采样信号包括所述目标回路的电流信号和电压信号中的任一种；
算法控制模块，用于获取参考正弦信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号；
信号输出模块，用于将所述激励信号输入所述目标回路。
第六方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序产品；
处理器，用于执行所述存储器中存储的计算机程序产品，且所述计算机程序产品被执行时，实现上述第一方面或第二方面所述的方法。
第七方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，该计算机程序指令被执行时，实现上述第一方面或第二方面所述的方法。
综上所述，本发明实施例提供的电化学阻抗谱测量方法、激励信号生成方法及相关装置、设备，通过对电化学系统所在测量回路的实际采样信号和参考正弦信号的差值进行PID控制，将输出的控制信号作为激励信号引入上述测量回路，使得测量回路的实际采样信号逐步匹配参考正弦信号，相当于对待测的电化学系统施加了正弦交流激励信号，相应产生的响应信号也为交流信号，根据该交流响应信号可以计算得到电化学系统的电化学阻抗；进而根据不同频率的激励信号对应的响应信号即可得到电化学系统的电化学阻抗谱。基于本发明实施例进行电化学阻抗谱测量，不需要交流信号发生器，可以降低测量成本和测量设备的尺寸，方便快捷的应用于多种场景下电化学系统的阻抗谱测量。同时，由于上述测量回路与电化学系统的工作回路并联，不会影响其工作回路的运行状况，不需要将电化学系统从其工作回路中断开，因此，本发明实施例可以在电化学系统常规运行工况下实现对其电化学阻抗谱的测量，也即在电化学系统的生产、使用过程中，随时都可以基于本发明实施例测量其电化学阻抗谱。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种应用场景示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电化学阻抗谱测量方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的基于PID控制生成激励信号的原理图；
图4为本发明实施例提供的用于测量电化学阻抗谱的测量回路的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种激励信号生成方法的流程图；
图6为本发明实施例提供的一种电化学阻抗谱测量装置的结构框图；
图7为本发明实施例提供的一种激励信号生成装置的结构框图；
图8为本发明实施例提供的一种电化学阻抗谱测量设备的结构框图；
图9为图8所示设备基于集成电路板实现的一种结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种电子设备的结构框图；
图11为本发明实施例提供的参考正弦信号的样本数据与采样时间间隔之间关系的示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本申请进一步详细说明。通过这些说明，本申请的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
为解决现有电化学阻抗谱测量设备基于交流信号发生器生成交流激励信号，导致设备体积大、成本高的问题，本发明实施例提供一种成本低且方便快捷的电化学阻抗谱测量方法、激励信号生成方法及装置。下面结合附图对本发明实施例进行详细阐述。
为便于理解，此处先介绍本发明实施例涉及的技术术语。PID控制算法，即比例(Proportional)积分(Integral)微分(Derivative)控制算法，其原理为将被控对象的实际采样数据与给定的参考数据之间的误差按比例、积分和微分三种算法叠加的方式进行控制，使得实际采样数据逐步趋近参考数据，达到控制目的。
图1为本发明实施例提供的一种应用场景示意图。参照图1，根据电化学阻抗谱的测量原理，即根据施加于待测的电化学系统的交流激励信号和由该激励信号引起的响应信号，来确定该电化学系统的电化学阻抗，因此需要在待测的电化学系统10外连接测量辅助电路20，形成测量回路100，以在用于测量电化学阻抗谱的测量装置30将激励信号引入该测量回路100后，该测量回路100中可以产生相应的响应信号。
图2为本发明实施例提供的一种电化学阻抗谱测量方法的流程图。该方法可以应用于如图1所示的测量装置30。参见图2，该方法包括以下步骤：
步骤101，获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号。
可选的，所述实际采样信号包括所述测量回路的电流信号和电压信号中的任一种。
步骤102，获取参考正弦信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号。
在一个可能的实施方式中，上述获取参考正弦信号可以为从相关存储设备中读取预存的参考正弦信号Iref(t)的采样信号Iref(n)，即时间非连续性信号，包括参考正弦信号Iref(t)在至少一个周期内多个采样点的采样值{Iref(0)，Iref(1)，Iref(2)，……}。
在一个可能的实施方式中，还可以利用相关处理芯片通过函数计算的方式实时获取上述参考正弦信号的样本数据。
步骤103，将所述激励信号输入所述测量回路。
图3为本发明实施例提供的生成激励信号的原理图。参见图3，以电流激励方式为例，本发明实施例中，将测量回路的电流信号的采样信号I(n)与参考正弦信号Iref(n)的差值ΔI(n)进行PID控制，该PID控制算法输出的控制信号作为激励信号，引入测量回路，使得其电流信号逐步匹配参考正弦信号，相当于对待测的电化学系统施加了正弦电流信号。
其中，ΔI(n)＝I(n)-Iref(n)，对ΔI(n)进行PID控制得到激励信号的过程可以表示为如下公式：
上式中，α(n)为拉普拉斯变换下的激励信号α(s)的时间非连续性表示，kp×ΔI(n)为比例控制部分，kp为比例参数；为积分控制部分，ki为积分参数；kd×(ΔI(n)-ΔI(n-1))为微分控制部分，kd为微分参数。
步骤104，获取所述测量回路的响应信号。
步骤105，根据所述响应信号计算所述电化学系统的电化学阻抗。
基于图3所示原理图，在将电流激励信号引入测量回路后，对应的响应信号即为测量回路的电压信号，故步骤104具体可以为获取测量回路的电压响应信号，即电化学系统两端的电压，进而在步骤105中根据该电压响应信号即可计算得到电化学系统的电化学阻抗。在此基础上，通过调整激励信号的频率，获取不同频率的激励信号对应的响应信号，即可计算得到电化学系统在不同频率下的电化学阻抗，从而得到电化学阻抗谱。
可选的，步骤105中，可以基于欧姆定律计算电化学阻抗Z，其中，/>表示电化学系统两端的交流电压，/>表示测量回路的交流电流。
需要说明的是，图3所示原理图以电流激励方式为例，即采集测量回路的电流信号，生成电流激励信号并引入测量回路，相应的响应信号为测量回路的电压信号；在本发明其他可能的实施方式中，也可以采用电压激励方式，即采集测量回路的电压信号，根据PID控制算法生成电压激励信号并引入测量回路，相应的响应信号即为测量回路的电流信号。
可选的，在应用于电池的电化学阻抗谱测量时，若电池容量较大，可以采用电流激励的方式，若电池容量较小，可以采样电压激励的方式。
由以上阐述可知，本发明实施例通过对电化学系统所在测量回路的实际采样信号和参考正弦信号的差值PID控制，将输出的控制信号作为激励信号引入上述测量回路，使得测量回路的实际采样信号逐步匹配参考正弦信号，相当于对待测的电化学系统施加了正弦交流激励信号，相应的响应信号也为交流信号，根据该交流响应信号可以计算得到电化学系统的电化学阻抗。进而根据不同频率的激励信号对应的响应信号即可得到电化学系统的电化学阻抗谱。基于本发明实施例进行电化学阻抗谱测量，不需要交流信号发生器，从而可以降低测量成本和测量设备的尺寸，可以方便快捷的应用于任何电化学系统的阻抗谱测量。
图4为本发明实施例提供的用于测量电化学阻抗谱的测量回路的示意图。参照图4，在一个可能的实施方式中，与电化学系统形成测量回路的测量辅助电路20可以包括：直流变压电路21和负载电阻22。
直流变压电路21的两个输入端分别连接电化学系统的正电极和负电极，直流变压电路21的两个输出端分别连接负载电阻22的两端。直流变压电路21和负载电阻22相当于图1所示的测量辅助电路20，与电化学系统10形成测量回路。
直流变压电路21用于将电化学系统输出的高功率直流电压转化为低功率直流电压，或者将电化学系统输出的低功率直流电压转换为高功率直流电压，再施加于负载电阻22上。如图4所示，负载电阻22还表示为R，直流变压电路21中设置有开关器件S、电容C、电感L和二极管D，直流变压电路21的输入电压Vin，也就是电化学系统的输出电压，通过控制该开关器件S的开通和关断，可以控制对电容组件C的充放电状态：当开关器件S开通时，电容C处于充电状态，当开关器件S关断时，电容C处于放电状态；从而改变电容组件C两端的电压，即该直流变压电路21的输出电压Vout，实现由高电压Vin转换为低电压Vout。
基于以上测量回路，上述步骤101中获取的实际采样信号具体可以为直流变压电路21的输入电流Iin的采样信号；步骤103中将所述激励信号输入所述测量回路，具体可以为：将所述激励信号输入开关器件S的控制信号端，以通过该激励信号控制开关器件S交替开通和断开，使得电容C在充电状态和放电状态之间交替，从而使测量回路产生交流响应信号。通过测量该交流响应信号，即可根据其计算电化学系统的电化学阻抗。
结合图3所示的PID控制原理，测量回路作为PID控制系统的执行结构，其输入为PID控制信号，即激励信号α(s)，使测量回路被激励产生交流信号；其中对产生的交流电流信号Iin进行采样，即得到实际电流采样信号I(n)，反馈至PID控制过程；该测量回路的平均状态传递函数C(s)可以表示为：
其中，I(s)为电流信号Iin在拉普拉斯变化下的表示，s为拉普拉斯变换参数，R为负载电阻，C和L分别为直流变压电路中的电容和电感，Vin为直流变压电路的输入电压。
图4中的直流变压电路中以P沟道增强型金属氧化物场效应管作为开关器件S，在其他实施方式中，还可以采样其他形式的电路元件或开关电路作为开关器件S，此处不再赘述。
需要说明的是，图4所示的测量辅助电路、直流变压电路只是本发明的一种具体实施方式，可以将电化学系统输出的高电压转换为低电压；在实际应用场景中，还可以采样其他形式的直流变压电路或其他形式的测量辅助电路进行电压转换，实现将电化学系统输出的低电压转换为高电压，使转换后的电压范围更容易被测量装置或测量设备测量。根据本发明实施例的原理，通过不同的测量辅助电流或不同的质量变压电路可以实现与本发明实施例相同或相似的技术效果，故都在本发明的保护范围内。
本发明上述实施例中，利用直流变压电路和负载电阻与待测的电化学系统形成测量回路，通过采集直流变压电路的输入电流信号利用PID控制算法产生激励信号，并将该激励信号引入直流变压电路的开关器件，控制该开关器件的开关状态变化，从而使测量回路产生交流响应信号。上述直流变压电路和负载电阻形成的测量辅助电路可以直接连接于电化学系统的两个电极端口，相当于与电化学系统的工作回路并联，不会影响其工作回路的运行状况，不需要将电化学系统从其工作回路中断开，因此，本发明实施例可以在电化学系统常规运行工况下实现对其电化学阻抗谱的测量，也即在电化学系统的生产、使用过程中，随时都可以基于本发明实施例测量其电化学阻抗谱。另外，由于测量辅助电路中的直流变压电路可以将电化学系统输出的高电压转换为更便于测量的低电压，或者将电化学系统输出的低电压转换为更便于测量的高电压，因此本发明实施例可以广泛应用于低功率和高功率电化学系统的电化学阻抗谱测量。
在一些应用场景中，应用本发明上述实施例，可以实现对输出电压较高的电池包、电池模组及输出电压较低的单体电池等任意电池系统的电化学阻抗谱测量；同时，在电化学阻抗谱测量过程中，待测的电池系统可以运行在常规工况下，不需要将其从工作回路中断开，随时随地测量其电化学阻抗谱，及时掌握电池系统的内部状态，了解电池的健康状态、寿命等信息，及时发现电池故障。
由于电池组件在充电或放电等常规工况下，其荷电状态(State of Charge，SOC)，即其剩余电量与电池满电容量的比值，是不断变化的，荷电状态变化量△SOC即相邻两个时刻电池组件的荷电状态差值。为保证测量效果及测量结果的准确度，测量过程中电池组件的△SOC越小越好。在实际应用场景中，可以通过控制测量周期、路端电流大小等方式尽量减小电池组件的荷电状态变化量。可选的，可以在电池组件的荷电状态变化量△SOC≤5％的工况下进行电化学阻抗谱测量。
本实施例将测量条件设置在△SOC≤5％内，可以减小测量过程中电池组件因快速充放电导致的电化学阻抗变化，保证测量准确度。
在一个可能的实施方式中，上述步骤103中将所述激励信号输入所述测量回路，具体可以包括：对所述激励信号进行脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)，将得到的脉宽调制信号输入所述测量回路。可选的，将得到的脉宽调制信号输入图4所示的开关器件S的控制信号端。
本发明实施例中，通过脉宽调制，将激励信号调整为由简单的高电平和低电平组成的脉宽调制信号，且可以根据需要进一步调整脉宽调制信号的占空比，更利于控制开关器件S。
可选的，通过对激励信号进行脉宽调制，可以根据实际控制需求将脉宽调制信号的占空比限定在(0，1)内的任意范围，从而控制开关器件的开通时长和关断时长的比值，也即控制直流变压电路中电容的充电时长和放电时长的比值，最终达到控制测量回路的电流和电压的目的。
在一个可能的实施方式中，上述步骤101中获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号，具体可以包括：按照预设采样间隔t1对所述测量回路进行采样，得到所述实际采样信号。
上述预设采样间隔t1，即对测量回路进行采样的采样间隔时间，其最小值由相关硬件设备的性能有关，硬件设备性能越好，则t1的值可以越小。在测量开始前设定好预设采样间隔t1，可以直接采用硬件设备允许的最小值，则在整个测量过程中，均按照该预设采样间隔t1进行采样。
相应的，上述步骤102中获取参考正弦信号，包括：
步骤1021，对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据。
如前文所述，参考正弦信号可以以至少一个周期内多个采样点的采样值{Iref(0)，Iref(1)，Iref(2)，……}的形式预先存储在相关存储单元中。
每得到一个实际采样信号，就获取一个样本数据作为参考值，进而将二者的差值通过PID控制算法进行调制，即相邻两次读取参考正弦信号的样本数据的时间间隔也为t1，若参考正弦信号一个周期内的样本数据的个数为N，则相当于此时采用的参考正弦信号的周期为t2＝N*t1。参照图11，参考正弦信号一个周期内有12个采样点(1号和13号采样点为重复的采样点)，对应12个样本数据，故在以t1为间隔获取实际采样信号及对应的样本数据时，对应的参考正弦信号的周期t2＝12*t1。
在一个可能的实施方式中，在第i个采样时刻采样得到第i个实际采样信号I(i)后，即可从相关存储单元中读取参考正弦信号的一个采样数据，如Iref(0)，进而根据PID控制算法对二者差值ΔI(i)＝I(i)-Iref(0)进行调制；在下一个，即第i+1个，采样时刻采样得到第i+1个实际采样信号I(i+1)后，则从相关存储单元中读取参考正弦信号的下一个采样数据，即Iref(1)，进而根据PID控制算法对二者差值ΔI(i+1)＝I(i+1)-Iref(1)进行调制……以此类推。此时，由于实际采样信号、参考正弦信号的样本数据及二者差值是一一对应的，故PID控制得到的激励信号的周期与预设采样间隔t1、参考正弦信号一个周期内的样本数据的个数N相关，也与此时的参考正弦信号的周期是一致的，即为N*t1；相应的，激励信号的频率为1/(N*t1)。
在其他可能的实施方式中，可以通过对连续多个实际采样信号循环读取参考正弦信号的同一个样本数据，来调节激励信号的周期，也即调节激励信号的频率，得到所需频率的激励信号。
上述步骤1021对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据，具体可以包括：
根据预设频率f确定循环次数m；
对于第i个到第i+m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j个样本数据；
对于第i+m个到第i+2m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j+1个样本数据；
其中，i、j和m均为正整数，且1≤j≤N，N为所述参考正弦信号一个周期内的样本数据个数；f和m的关系为1/f＝m*N*t1。
实际应用场景所需的激励信号的频率，即所述预设频率f，是已知的，可以根据上述关系式1/f＝m*N*t1确定m。假设m＝3，则在第i个采样时刻得到实际采样信号I(i)后，读取第j个样本数据Iref(0)，作为与I(i)对应的样本数据；在第i+1个采样时刻得到实际采样信号I(i+1)后，仍读取第j个样本数据Iref(0)，作为与I(i+1)对应的样本数据；在第i+2(即i+m-1＝i+3-1＝i+2)个采样时刻得到实际采样信号I(i+2)后，仍读取第j个样本数据Iref(0)，作为与I(i+2)对应的样本数据；在第i+3(即i+m)个采样时刻得到实际采样信号I(i+3)后，读取第j+1个样本数据，即Iref(1)，作为与I(i+3)对应的样本数据；在第i+4个采样时刻得到实际采样信号I(i+4)后，仍读取第j+1个样本数据，即Iref(1)，作为与I(i+4)对应的样本数据；在第i+5(即i+2m-1＝i+2*3-1＝i+5)个采样时刻得到实际采样信号I(i+5)后，仍读取第j+1个样本数据，即Iref(1)，作为与I(i+5)对应的样本数据……以此类推，即每连续m个实际采样信号对应一个样本数据。
相应的，上述步骤102中根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号，可以包括：
根据PID控制算法对每个采样时刻得到的所述实际采样信号和与所述实际采样信号对应的所述样本数据之间的差值进行调制，得到频率为所述预设频率f的激励信号。
由于每连续m个实际采样信号对应一个样本数据，故得到的激励信号的周期则为m*N*t1，即激励信号的频率为1/(m*N*t1)＝f。可见，通过以上方法可以达到调节激励信号频率的目的，得到频率为预设频率f的激励信号。
可选的，本发明实施例中，由于预设采样间隔t1的最小值受硬件性能的限制，故得到的激励信号频率的最大值是有限的，即m＝1时的频率1/(N*t1)。实际应用场景中，可以控制激励信号的频率最高为3kHz，最小频率无限制，m越大，得到的激励信号频率越小。
基于以上实施例，在PID控制过程中控制输出的激励信号的频率，可以实现对测量回路中电流和电压频率的控制，从而可以得到不同频率下的电化学阻抗，即得到电化学阻抗谱。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种激励信号生成方法，该方法可以应用于电化学阻抗谱测量等需要交流激励信号的场景。图5为该激励信号生成方法的流程图，参照图5，该方法包括以下步骤：
步骤201，获取目标回路的实际采样信号。
步骤202，获取参考正弦信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号；
步骤203，将所述激励信号输入所述目标回路。
其中，上述目标回路可以为任意需要交流激励信号的回路，包括但不限于前文所述的电化学阻抗谱测量方法中电化学系统的测量回路。所述实际采样信号包括所述目标回路的电流信号和电压信号中的任一种。
在一个可能的实施方式中，步骤201中获取目标回路的实际采样信号，可以包括：按照预设采样间隔t1对所述目标回路进行采样，得到所述实际采样信号。
相应的，步骤202中获取参考正弦信号，具体可以包括：
步骤2021，对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据。
在一个可能的实施方式中，上述步骤2021具体可以包括：
根据预设频率f确定循环次数m；
对于第i个到第i+m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j个样本数据；
对于第i+m个到第i+2m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j+1个样本数据；
其中，i、j和m均为正整数，且1≤j≤N，N为所述参考正弦信号一个周期内的样本数据个数；f和m的关系为1/f＝m*N*t1。相应的，步骤202根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号，具体可以包括：
根据PID控制算法对每个采样时刻得到的所述实际采样信号和与所述实际采样信号对应的所述样本数据之间的差值进行调制，得到频率为所述预设频率f的激励信号。
上述步骤201～203与前文实施例中步骤101～103基于同一原理，可以互相参照，相同之处不再赘述。
本发明实施例提供的激励信号生成方法，可以应用于包括电化学阻抗测量在内的多种需要交流激励信号的场景，基于需要交流激励信号的目标回路的电流或电压等实际信号，根据PID控制算法得到交流激励信号，最终将该交流激励信号引入目标回路，不需要独立的交流信号发生器等设备，通过嵌入PID控制算法的芯片或处理器即可得到交流激励信号，从而可以降低使用成本和相关设备的尺寸。同时，本发明实施例还可以通过PID控制改变该交流激励信号的频率，满足不同的应用需求。
基于同一构思，本发明实施例还提供一种电化学阻抗谱测量装置，可以应用于图1所示的测量装置30。参见图6所示的本发明实施例的电化学阻抗谱测量装置300的结构框图，该装置300包括：
第一获取模块301，用于获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号；所述实际采样信号包括电流信号和电压信号中的任一种；
算法控制模块302，用于获取参考正弦信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号；
信号输出模块303，用于将所述激励信号输入所述测量回路；
第二获取模块304，用于获取所述测量回路的响应信号；
阻抗分析模块305，用于根据所述响应信号计算所述电化学系统的电化学阻抗。
一种可能的实现方式中，测量回路包括所述电化学系统、直流变压电路和负载电阻；相应的，信号输出模块303用于将所述激励信号输入所述测量回路，具体可以包括：信号输出模块303用于，将所述激励信号输入所述直流变压电路的开关器件，以控制所述开关器件的开关状态。
一种可能的实现方式中，信号输出模块303用于将所述激励信号输入所述测量回路，具体可以包括：信号输出模块303用于，对所述激励信号进行脉宽调制，将得到的脉宽调制信号输入所述测量回路。
一种可能的实现方式中，第一获取模块301用于获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号，可以包括：第一获取模块301用于，按照预设采样间隔t1对所述测量回路进行采样，得到所述实际采样信号；
算法控制模块302用于获取参考正弦信号，可以包括：算法控制模块302用于，对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据。
一种可能的实现方式中，算法控制模块302用于对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据，可以包括：算法控制模块302用于，根据预设频率f确定循环次数m；对于第i个到第i+m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j个样本数据；对于第i+m个到第i+2m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j+1个样本数据；其中，i、j和m均为正整数，且1≤j≤N，N为所述参考正弦信号一个周期内的样本数据个数；f和m的关系为1/f＝m*N*t1。
相应的，算法控制模块302用于根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号，具体可以包括：算法控制模块302用于，根据PID控制算法对每个采样时刻得到的所述实际采样信号和与所述实际采样信号对应的所述样本数据之间的差值进行调制，得到频率为所述预设频率f的激励信号。
本发明实施例通过对电化学系统所在测量回路的实际采样信号和参考正弦信号的差值PID控制，将输出的控制信号作为激励信号引入上述测量回路，使得测量回路的实际采样信号逐步匹配参考正弦信号，相当于对待测的电化学系统施加了正弦交流激励信号，相应的响应信号也为交流信号，根据该交流响应信号可以计算得到电化学系统的电化学阻抗。进而根据不同频率的激励信号对应的响应信号即可得到电化学系统的电化学阻抗谱。基于本发明实施例进行电化学阻抗谱测量，不需要交流信号发生器，从而可以降低测量成本和测量设备的尺寸，可以方便快捷的应用于多种场景下电化学系统的阻抗谱测量。同时，由于上述测量回路与电化学系统的工作回路并联，不会影响其工作回路的运行状况，不需要将电化学系统从其工作回路中断开，因此，本发明实施例可以在电化学系统常规运行工况下实现对其电化学阻抗谱的测量，也即在电化学系统的生产、使用过程中，随时都可以基于本发明实施例测量其电化学阻抗谱。另外，由于可以通过不同的测量辅助电路或不同的直流变压电路实现将电化学系统输出的高电压转换为更便于测量的低电压，或者，将电化学系统输出的低电压转换为更便于测量的高电压，因此本发明实施例可以广泛应用于低功率和高功率电化学系统的电化学阻抗谱测量。
基于同一构思，本发明实施例还提供一种激励信号生成装置，参见图7所示的该激励信号生成装置400的结构框图，该装置400包括：
第一获取模块401，用于获取目标回路的实际采样信号；所述实际采样信号包括所述目标回路的电流信号和电压信号中的任一种；
算法控制模块402，用于获取参考正弦信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号；
信号输出模块403，用于将所述激励信号输入所述目标回路。
一种可能的实现方式中，第一获取模块401用于获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号，可以包括：第一获取模块401用于，按照预设采样间隔t1对所述测量回路进行采样，得到所述实际采样信号；
相应的，算法控制模块402用于获取参考正弦信号，可以包括：
算法控制模块402用于，对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据。
一种可能的实现方式中，算法控制模块402用于对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据，可以包括：算法控制模块402用于，根据预设频率f确定循环次数m；对于第i个到第i+m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j个样本数据；对于第i+m个到第i+2m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j+1个样本数据；其中，i、j和m均为正整数，且1≤j≤N，N为所述参考正弦信号一个周期内的样本数据个数；f和m的关系为1/f＝m*N*t1。
相应的，算法控制模块402用于根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号，具体可以包括：算法控制模块402用于，根据PID控制算法对每个采样时刻得到的所述实际采样信号和与所述实际采样信号对应的所述样本数据之间的差值进行调制，得到频率为所述预设频率f的激励信号。
需要说明的是，对于上述电化学阻抗测量装置、激励信号生成装置的实施例而言，由于其基本相似与前文所述的电化学阻抗测量方法、激励信号生成方法的实施例，所以只对装置实施例作了简单描述，相关之处可以参见方法实施例部分的说明。
基于同一构思，本发明实施例还提供一种电化学阻抗谱测量设备。图8为该电化学阻抗谱测量设备500的结构框图。参见图8，该设备500可以包括：辅助电路单元510、信号测量单元520和核心处理单元530。
辅助电路单元510中设置有输入端口，用于与被测的电化学系统连接，从而与所述电化学系统形成测量回路。
信号测量单元520，与辅助电路单元510或电化学系统连接，用于采集所述测量回路的信号。
核心处理单元530，分别与辅助电路单元510和信号测量单元520连接，用于通过所述信号测量单元520获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号，所述实际采样信号包括电流信号和电压信号中的任一种；获取参考正弦信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号；将所述激励信号输入辅助电路单元510形成的所述测量回路；再通过所述信号测量单元520获取所述测量回路的响应信号，并根据所述响应信号计算所述电化学系统的电化学阻抗。
一个可能的实施方式中，上述核心处理单元530可以通过芯片实现，将其处理步骤，即前文所述的电化学阻抗谱测量方法实施例的步骤，以计算机可执行指令的形式写入芯片中，当该芯片执行该指令时，即可实现上述核心处理单元530的功能。
本发明实施例提供的电化学阻抗谱测量设备，核心处理单元根据PID控制算法生成激励信号并引入测量回路，相当于对该测量回路施加交流扰动，产生交流响应信号，进而可以根据该交流响应信号计算得到电化学系统的电化学阻抗谱，不需要使用交流信号发生器，因此可以降低设备成本和设备尺寸。同时，该测量设备中设置有辅助电路单元，用于与被测的电化学系统连接形成测量回路，相关人员在使用该设备时不需要额外准备测量回路所需的电路组件，只需将该设备与被测电化学系统连接即可开始测量，实现即插即用，方便快捷。而且，该设备形成的测量回路与电化学系统本身的工作回路并联，可以在电化学系统的常规工况下完成对其电化学阻抗谱的测量，从而随时随地获得电化学系统的内部状态，及时发现可能存在的故障，保障其应用场景中的相关设备或系统的正常运行。
一个可能的实施方式中，辅助电路单元510可以采样图4所示的测量辅助电路20，即可以包括直流变压电路和负载电阻；其中，直流变压电路的输入端作为辅助电路单元510的输入端口，与电化学系统连接，可以将电化学系统输出的高直流电压转换为低直流电压。
需要说明的是，本发明实施例提供的测量设备500中内置了辅助电路单元510，相当于将图1所示的测量辅助电路20与测量装置30合二为一，集成在一个设备中，从而在测量时不需要再准备其他电路组件来构成测量回路。当然，在其他可能的实施方式中，也可以不采用辅助电路单元510，而是通过外接的测量辅助电路与被测的电化学系统构成测量回路，通过本发明实施例提供的测量设备500实现对电化学系统的电化学阻抗谱测量，其原理及效果与本发明实施例相同或相似，也在本发明的保护范围内。
可见，本发明实施例提供的电化学阻抗谱测量设备不仅可以测量低功率电化学系统的阻抗谱，还可以测量高功率电化学系统的阻抗谱，拓展了该设备的应用场景。
一个可能的实施方式中，上述辅助电路单元510中的直流变压电路包括开关器件，通过控制该开关器件的开关状态，可以控制该直流变压电路的输出电压。相应的，上述核心处理单元530用于将所述激励信号输入所述测量回路，具体可以包括：核心处理单元530用于将所述激励信号输入所述直流变压电路的开关器件，以控制所述开关器件的开关状态，进而改变测量回路的电压和电流。
其中，直流变压电路的结构可参照图4所示，上述辅助电路单元510相当于充放电控制电路，通过控制其开关器件的开关状态，来控制其中储能元件，即电容C的充放电过程，实现变压功能，同时使回路产生交流响应信号。
一个可能的实施方式中，上述核心处理单元530用于将所述激励信号输入所述测量回路，具体可以包括：核心处理单元530用于对所述激励信号进行脉宽调制，将得到的脉宽调制信号输入所述测量回路。
可选的，在核心处理单元530以芯片方式实现时，可以通过该芯片的通用输入/输出口(General Purpose Input/Output，GPIO)输出上述脉宽调制信号。
一个可能的实施方式中，核心处理单元530用于通过所述信号测量单元获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号，可以包括：核心处理单元530用于，按照预设采样间隔t1获取所述实际采样信号；
相应的，核心处理单元530用于获取参考正弦信号，包括：
核心处理单元530用于，对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据。
一个可能的实施方式中，核心处理单元530用于对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据，可以包括：核心处理单元530用于，根据预设频率f确定循环次数m；对于第i个到第i+m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j个样本数据；对于第i+m个到第i+2m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j+1个样本数据；其中，i、j和m均为正整数，且1≤j≤N，N为所述参考正弦信号一个周期内的样本数据个数；f和m的关系为1/f＝m*N*t1。
相应的，上述核心处理单元530用于根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号，具体可以包括：核心处理单元530用于，根据PID控制算法对每个采样时刻得到的所述实际采样信号和与所述实际采样信号对应的所述样本数据之间的差值进行调制，得到频率为所述预设频率f的激励信号。
可见，核心处理单元530可以得到不同频率的激励信号，通过将不同频率的激励信号引入电化学系统的测量回路，可以使该测量回路产生不同频率的响应信号，进而可以得到不同频率下的电化学阻抗，组成电化学阻抗谱。
可选的，核心处理单元530可以通过芯片实现，该芯片中可以集成模数转换单元、核心计算单元、高频时钟单元等，其中模数转换单元将信号测量单元520采集到的测量回路的模拟电信号转换为数字信号，进而供核心计算单元执行PID控制算法并生成激励信号，最后该激励信号通过高频时钟单元进行脉宽调制，并将得到的脉宽调制信号输出到辅助电路单元510中，控制其中直流变压电路的开关器件周期性开通和关断。
一个可能的实施方式中，上述核心处理单元530中可以设置存储模块，用于存储以下数据中的至少一项：所述参考正弦信号的样本数据、电化学阻抗测量结果。可选的，上述存储模块可以为随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)。
在其他可能的实施方式中，还可以在上述电化学阻抗谱测量设备中设置存储单元；该存储单元作为与核心处理单元530并列存在的单元，同样可以存储上述参考正弦信号的样本数据、电化学阻抗测量结果等数据中的至少一项；同时，可以根据使用场景配置不同存储容量的存储单元，以存储更多的样本数据和测量数据，有利于综合分析电化学系统的健康度等多种指标或参数。可选的，该存储单元可以为集成于上述设备中的Mini SD Card(英文全称：Secure Digital Memory Card，即迷你安全数码存储卡)。
一个可能的实施方式中，上述电化学阻抗谱测量设备还包括通信单元。该通信单元与核心处理单元530中的通信串口连接，用于将核心处理单元530得到的电化学阻抗测量结果及测量回路的激励信号、响应信号等数据，通过有线通信或无线通信的方式传输至外部设备，如电脑、手机等设备，从而可以通过该外部设备存储、显示上述数据，方便直观地向相关人员展示测量结果。同时，还可以通过该通信单元向核心处理单元530输入PID控制参数，即前文所述的比例参数、积分参数、微分参数，以及所需的激励信号频率等参数，实现对电化学阻抗谱测量过程的精准控制，提高测量精度。
图9为本发明实施例提供的一种基于集成电路板实现的电化学阻抗谱测量设备500的结构图。参照图9，在一个可能的实施方式中，上述辅助电路单元510、信号测量单元520和核心处理单元530可以集成于一电路板560上，同时，该电路板560上还可以集成通信单元540。该电路板560设置有多个外接端口，包括但不限于：
电化学系统连接端口551，与辅助电路单元510的输入端口连接；
测量端口552，与信号测量单元的输入端口连接；
电源端口553，与外部电源连接，为该电路板560上的其他单元供电。
由以上实施例可知，本发明实施例提供的电化学阻抗谱测量设备成本低、体积小，使用方便，可以随时随地应用于多种场景下的多种电化学系统的电化学阻抗谱测量，还可以通过智能设备远程连接该测量设备，及时查看测量结果，掌握电化学系统的健康状态等信息。
图10为本发明实施例提供的一种电子设备的结构框图。如图10所示，该电子设备600可以包括处理器601和存储器602；存储器602可以耦合到处理器601中。值得注意的是，该图10是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现相同或相似的功能。
一种可能的实施方式中，上述电化学阻抗谱测量装置300的功能可以被集成到处理器601中。其中，该处理器601可以被配置为执行如前文电化学阻抗谱测量方法实施例中的全部或部分步骤的操作。在另一种可能的实施方式中，电化学阻抗谱测量装置300可以与处理器601分开配置，例如可以将电化学阻抗谱测量装置300配置为与处理器601连接的芯片，通过处理器601的控制来实现电化学阻抗谱的测量。
一种可能的实施方式中，上述激励信号生成装置400的功能可以被集成到处理器601中。其中，该处理器601可以被配置为执行如前文激励信号生成方法实施例中的全部或部分步骤的操作。在另一种可能的实施方式中，激励信号生成装置400可以与处理器601分开配置，例如可以将激励信号生成装置400配置为与处理器601连接的芯片，通过处理器601的控制来生成激励信号。
此外，在一些可选的实现方式中，该电子设备600还可以包括：通信模块、输入单元、音频处理器、显示器、电源等。值得注意的是，电子设备600也并不是必须要包括图10中所示的所有部件；此外，电子设备600还可以包括图10中没有示出的部件，可以参考现有技术。
本发明实施例还提供能够实现上述实施例中的电化学阻抗谱测量方法、激励信号生成方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的电化学阻抗谱测量方法或激励信号生成方法的全部步骤。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置和系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
虽然本说明书一个或多个实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、装置(系统)或计算机程序产品。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书一个或多个实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于本申请工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
以上结合了优选的实施方式对本申请进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本申请进行多种替换和改进，这些均落入本申请的保护范围内。
Claims (27)
1.一种电化学阻抗谱测量方法，其特征在于，包括：
获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号；所述实际采样信号包括电流信号和电压信号中的任一种；
获取参考正弦信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号；
将所述激励信号输入所述测量回路；
获取所述测量回路的响应信号；
根据所述响应信号计算所述电化学系统的电化学阻抗。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量回路包括所述电化学系统、直流变压电路和负载电阻。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述激励信号输入所述测量回路，包括：
将所述激励信号输入所述直流变压电路的开关器件，以控制所述开关器件的开关状态。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述激励信号输入所述测量回路，包括：
对所述激励信号进行脉宽调制，将得到的脉宽调制信号输入所述测量回路。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号，包括：按照预设采样间隔t1对所述测量回路进行采样，得到所述实际采样信号；
所述获取参考正弦信号，包括：
对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据，包括：
根据预设频率f确定循环次数m；
对于第i个到第i+m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j个样本数据；
对于第i+m个到第i+2m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j+1个样本数据；
其中，i、j和m均为正整数，且1≤j≤N，N为所述参考正弦信号一个周期内的样本数据个数；f和m的关系为1/f＝m*N*t1；
所述根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号，包括：
根据PID控制算法对每个采样时刻得到的所述实际采样信号和与所述实际采样信号对应的所述样本数据之间的差值进行调制，得到频率为所述预设频率f的激励信号。
7.一种激励信号生成方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标回路的实际采样信号；所述实际采样信号包括所述目标回路的电流信号和电压信号中的任一种；
获取参考正弦信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号，并将所述激励信号输入所述目标回路。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取目标回路的实际采样信号，包括：按照预设采样间隔t1对所述目标回路进行采样，得到所述实际采样信号；
所述获取参考正弦信号，包括：
对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据，包括：
根据预设频率f确定循环次数m；
对于第i个到第i+m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j个样本数据；
对于第i+m个到第i+2m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j+1个样本数据；
其中，i、j和m均为正整数，且1≤j≤N，N为所述参考正弦信号一个周期内的样本数据个数；f和m的关系为1/f＝m*N*t1；
所述根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号，包括：
根据PID控制算法对每个采样时刻得到的所述实际采样信号和与所述实际采样信号对应的所述样本数据之间的差值进行调制，得到频率为所述预设频率f的激励信号。
10.一种电化学阻抗谱测量装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号；所述实际采样信号包括电流信号和电压信号中的任一种；
算法控制模块，用于获取参考正弦信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号；
信号输出模块，用于将所述激励信号输入所述测量回路；
第二获取模块，用于获取所述测量回路的响应信号；
阻抗分析模块，用于根据所述响应信号计算所述电化学系统的电化学阻抗。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述测量回路包括所述电化学系统、直流变压电路和负载电阻；
所述信号输出模块用于将所述激励信号输入所述测量回路，包括：
所述信号输出模块用于，将所述激励信号输入所述直流变压电路的开关器件，以控制所述开关器件的开关状态。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述信号输出模块用于将所述激励信号输入所述测量回路，包括：
所述信号输出模块用于，对所述激励信号进行脉宽调制，将得到的脉宽调制信号输入所述测量回路。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块用于获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号，包括：所述第一获取模块用于，按照预设采样间隔t1对所述测量回路进行采样，得到所述实际采样信号；
所述算法控制模块用于获取参考正弦信号，包括：
所述算法控制模块用于，对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述所述算法控制模块用于对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据，包括：
所述算法控制模块用于，根据预设频率f确定循环次数m；对于第i个到第i+m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j个样本数据；对于第i+m个到第i+2m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j+1个样本数据；其中，i、j和m均为正整数，且1≤j≤N，N为所述参考正弦信号一个周期内的样本数据个数；f和m的关系为1/f＝m*N*t1；
所述算法控制模块用于根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号，包括：
所述算法控制模块用于，根据PID控制算法对每个采样时刻得到的所述实际采样信号和与所述实际采样信号对应的所述样本数据之间的差值进行调制，得到频率为所述预设频率f的激励信号。
15.一种电化学阻抗谱测量设备，其特征在于，包括：
辅助电路单元，与被测的电化学系统连接，与所述电化学系统形成测量回路；
信号测量单元，用于采集所述测量回路的信号；
核心处理单元，与所述辅助电路单元和信号测量单元连接，用于通过所述信号测量单元获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号，所述实际采样信号包括电流信号和电压信号中的任一种；获取参考正弦信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号；将所述激励信号输入所述测量回路；通过所述信号测量单元获取所述测量回路的响应信号，并根据所述响应信号计算所述电化学系统的电化学阻抗。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述辅助电路单元包括：直流变压电路和负载电阻。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述直流变压电路包括开关器件；
所述核心处理单元用于将所述激励信号输入所述测量回路，包括：所述核心处理单元用于将所述激励信号输入所述直流变压电路的开关器件，以控制所述开关器件的开关状态。
18.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述核心处理单元用于将所述激励信号输入所述测量回路，包括：
所述核心处理单元用于对所述激励信号进行脉宽调制，将得到的脉宽调制信号输入所述测量回路。
19.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述核心处理单元用于通过所述信号测量单元获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号，包括：所述核心处理单元用于，按照预设采样间隔t1获取所述实际采样信号；
所述核心处理单元用于获取参考正弦信号，包括：
所述核心处理单元用于，对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据。
20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述核心处理单元用于对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据，包括：
所述核心处理单元用于，根据预设频率f确定循环次数m；对于第i个到第i+m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j个样本数据；对于第i+m个到第i+2m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j+1个样本数据；其中，i、j和m均为正整数，且1≤j≤N，N为所述参考正弦信号一个周期内的样本数据个数；f和m的关系为1/f＝m*N*t1；
所述核心处理单元用于根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号，包括：
所述核心处理单元用于，根据PID控制算法对每个采样时刻得到的所述实际采样信号和与所述实际采样信号对应的所述样本数据之间的差值进行调制，得到频率为所述预设频率f的激励信号。
21.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述核心处理单元包括：
存储模块，用于存储以下数据中的至少一项：所述参考正弦信号的样本数据、电化学阻抗测量结果。
22.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：
通信单元，与所述核心处理单元连接，用于将所述核心处理单元得到的电化学阻抗测量结果传输至外部设备。
23.一种激励信号生成装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取目标回路的实际采样信号；所述实际采样信号包括所述目标回路的电流信号和电压信号中的任一种；
算法控制模块，用于获取参考正弦信号，根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号；
信号输出模块，用于将所述激励信号输入所述目标回路。
24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块用于获取电化学系统所在的测量回路的实际采样信号，包括：所述第一获取模块用于，按照预设采样间隔t1对所述测量回路进行采样，得到所述实际采样信号；
所述算法控制模块用于获取参考正弦信号，包括：
所述算法控制模块用于，对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据。
25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述算法控制模块用于对每个采样时刻得到的所述实际采样信号，获取所述参考正弦信号的一个样本数据，包括：
所述算法控制模块用于，根据预设频率f确定循环次数m；对于第i个到第i+m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j个样本数据；对于第i+m个到第i+2m-1个采样时刻得到的连续m个所述实际采样信号，均获取所述参考正弦信号的第j+1个样本数据；其中，i、j和m均为正整数，且1≤j≤N，N为所述参考正弦信号一个周期内的样本数据个数；f和m的关系为1/f＝m*N*t1；
所述算法控制模块用于根据PID控制算法对所述实际采样信号和所述参考正弦信号的差值进行调制，得到激励信号，包括：
所述算法控制模块用于，根据PID控制算法对每个采样时刻得到的所述实际采样信号和与所述实际采样信号对应的所述样本数据之间的差值进行调制，得到频率为所述预设频率f的激励信号。
26.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
存储器，用于存储计算机程序产品；
处理器，用于执行所述存储器中存储的计算机程序产品，且所述计算机程序产品被执行时，实现上述权利要求1-9中任意一项所述的方法。
27.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，该计算机程序指令被执行时，实现上述权利要求1-9中任意一项所述的方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311020770.8A CN117054910A (zh) | 2023-08-14 | 2023-08-14 | 电化学阻抗谱测量方法、激励信号生成方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311020770.8A CN117054910A (zh) | 2023-08-14 | 2023-08-14 | 电化学阻抗谱测量方法、激励信号生成方法及装置 |
Publications (1)
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| CN117054910A true CN117054910A (zh) | 2023-11-14 |
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Family Applications (1)
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| CN202311020770.8A Pending CN117054910A (zh) | 2023-08-14 | 2023-08-14 | 电化学阻抗谱测量方法、激励信号生成方法及装置 |
Country Status (1)
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2023
- 2023-08-14 CN CN202311020770.8A patent/CN117054910A/zh active Pending
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