CN117239884A - 具有超宽频eis测量功能的电池功率接口变换器控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有超宽频EIS测量功能的电池功率接口变换器控制方法，涉及电力电子技术领域，本发明采用基于离散脉冲调制的离散脉冲控制方法，通过产生两个离散占空比信号，并根据输出电流与参考电流之间的关系，在两个占空比信号中选择一个合适的占空比信号来产生功率接口变换器的功率开关器件的控制脉冲信号并作用于功率接口变换器，实现功率接口变换器的输出电流对直流充电或混合参考电流的精确跟踪。电池充电控制系统工作在恒流充电模式时能实现正常的恒流充电功能，工作在EIS测量模式时能够实现功率接口变换器的输出电流精确跟踪超宽频混合参考电流，从而实现电池的超宽频EIS精确测量。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及具有超宽频EIS测量功能的电池功率接口变换器控制方法。
背景技术
随着科技水平的不断提高和社会对能源需求的不断增长，电化学电池在便携式电子设备、电动汽车、商业可再生能源系统以及智能电网等各种应用中的地位越来越高。因此，电池的寿命和安全性诊断成为电池应用领域中的一个关键性问题。电化学阻抗谱（Electrochemical impedance spectroscopy, EIS）是用于电池状态评估和诊断的最常用的方法之一。该方法测量电池在一定频率范围内的交流复阻抗值，EIS利用不同频率的阻抗反映电池中电化学过程的性质，并以此评估电池的温度、荷电状态、电源状态和健康状态等性能指标。因此，研究电池EIS的测量是有重要意义的。
在实验室中通常使用额外的仪器设备来测量电池的EIS，这种外部测量设备体积大且昂贵，需要在离线测试环境中操作，这将导致测量不便且无法实时在线测量EIS。因此需要设计出一种简便、成本低且能实现在线实时EIS测量的解决方案。为此，采用电池功率接口变换器来产生交流扰动，并将该交流扰动叠加在电池上，最后基于电池电流和电压来计算电池的EIS，实现嵌入式的电池EIS测量，即在电池充电的同时能够在线测量电池的EIS。而这种嵌入式的EIS测量方法要求电池功率接口变换器精确跟踪由直流充电电流信号和微小交流扰动信号组成的混合信号，这便对电池功率接口变换器的控制技术提出了挑战。因此，研究一种合适的控制技术并应用于电池功率接口变换器中至关重要。
目前，应用于电池接口变换器中的控制技术有比例积分（Proportional-integral, PI）控制、比例积分谐振（Proportional-integral-resonance, PI-R）控制以及模型预测控制（Modelingpredicativecontrol, MPC）等。传统的PI控制存在带宽限制问题，无法对高频扰动信号进行跟踪控制；PI-R控制虽然在一定程度上提高了对扰动信号的跟踪精度和扰动频率的宽度，但是其控制参数设计复杂，仍然无法跟踪高频扰动信号。而MPC控制则存在控制实现复杂和计算量庞大等缺陷，且对高频扰动信号的跟踪效果也并不理想。综上，目前现有的控制技术均无法对超宽频扰动信号进行精确跟踪控制，从而无法实现超宽频EIS精确测量。
现有技术中，中国专利号为CN115061057A，名称为“基于离散移相调制的嵌入式锂电池阻抗测量方法及装置”，该发明所提出的控制技术没有对移相占空比信号进行精确的扰动补偿，即给定的扰动移相占空比信号没有精确匹配交流扰动信号对移相占空比的影响，从而导致其对超宽频交流扰动信号的跟踪效果不理想，无法精确获取电池的超宽频EIS。
文献“Mode Predictive Control for ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy
Measurement of Fuel Cells Based on Neural Network Optimization”中提出了一种基于模型预测控制方法的EIS测量装置，但是该装置存在控制实现复杂和计算量庞大等缺陷，且不能精确跟踪超宽频交流扰动信号，无法实现超宽频EIS测量。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种具有超宽频EIS测量功能的电池功率接口变换器控制方法，将电池EIS测量功能嵌入基于电池功率接口变换器的电池充电控制系统中，实现对电池超宽频EIS的在线、实时精确测量；当电池充电控制系统工作于恒流充电模式时实现正常的恒流充电功能，工作于EIS测量模式时电池充电电流能够精确跟踪超宽频混合参考电流，在超宽频带内实现精确的EIS测量。
本发明所提出的具有超宽频EIS测量功能的电池充电功率接口变换器控制方法无需误差比较器等线性环节，不受带宽限制，在开关频率足够高的情况下，可以实现对超宽频带EIS的测量。
一种具有超宽频EIS测量功能的电池功率接口变换器控制方法，将EIS测量功能嵌入基于电池功率接口变换器的电池充电控制系统，所述电池充电控制系统包括电池功率接口变换器，采样模块，充电控制模块，EIS测量模块以及驱动电路；
所述电池功率接口变换器采用DC-DC变换器拓扑结构；
所述采样模块对所述电池功率接口变换器的输出电流i bat和输出电压u bat进行采样，其中，电池功率接口变换器的输出电流和输出电压即为电池充电电流和电池充电电压；
所述充电控制模块包括运行模式判断电路、输出电流比较器、占空比产生器、占空比选择器和PWM电路；
所述运行模式判断电路根据电池功率接口变换器的输出电流i bat和输出电压u bat判断电池充电控制系统运行在恒流充电模式还是运行在EIS测量模式；
所述输出电流比较器对电流采样电路采样得到的输出电流i bat与输出参考电流i ref进行比较，输出比较信号v c，并将比较信号v c输入至占空比选择器中；
所述占空比产生器根据电压采样电路采样得到的输出电压u bat、运行模式判断电路的输出信号和离散占空比函数来产生两个离散占空比信号d H和离散占空比信号d L，并将离散占空比信号d H和离散占空比信号d L输入至占空比选择器中；
在恒流充电模式时，所述离散占空比函数为：
d H=K H d dc，d L=K L d dc；
在EIS测量模式时，所述离散占空比函数为：
d H=K H d dc+d ac，d L=K L d dc+d ac；
其中，，/>；
式中，K H和K L为两个预设的、固定不变的离散控制参数；d dc和d ac分别为电池功率接口变换器的输出电流i bat精确跟踪混合参考电流I ref_dc+i ref_ac时所对应目标占空比函数中的直流占空比函数和交流扰动占空比函数；U in为所述电池功率接口变换器的输入电压，u bat为电池功率接口变换器的输出电压，i ref_ac为正弦交流扰动参考电流，R为所述电池功率接口变换器中与直流占空比函数d dc相关的电路参数集合，Z为所述电池功率接口变换器中与交流扰动占空比函数d ac相关的电路参数集合，为函数符号/>。
所述占空比选择器根据比较信号v c在两个离散占空比信号d H和离散占空比信号d L中选择其中一个占空比信号作为占空比选择器输出的有效占空比信号d a，并将有效占空比信号d a输入至PWM电路中。
所述PWM电路根据有效占空比信号d a产生所述电池功率接口变换器的功率开关器件的控制脉冲信号v p1，并将控制脉冲信号v p1输入至驱动电路。
所述驱动电路根据控制脉冲信号v p1产生所述电池功率接口变换器的功率开关器件的驱动信号v 1。
优选的，所述EIS测量模块包括FFT分析子模块和EIS计算子模块，所述采样模块包括电流采样电路和电压采样电路。
优选的，所述FFT分析子模块用于对电压采样电路和电流采样电路采样得到的u bat和i bat进行FFT分析，得到它们的交流分量在所述正弦交流扰动参考电流i ref_ac的频率下的电压幅值|u bat(ac)|、电流幅值|i bat(ac)|、电压相位φ u、电流相位φ i；
所述EIS计算子模块根据FFT分析子模块中输出的幅值、相位信息和函数|Z bat|=|u bat(ac)|/|i bat(ac)|、φ Z=φ u–φ i计算出电池在所述正弦交流扰动参考电流i ref_ac的频率下的阻抗值；
式中|Z bat|为电池阻抗的阻抗模，φ Z为电池阻抗的阻抗角。
优选的，所述电流采样电路对电池功率接口变换器的输出电流i bat进行采样并输出给运行模式判断电路、FFT分析子模块和输出电流比较器。
所述电压采样电路对电池功率接口变换器的输出电压u bat进行采样并输出给运行模式判断电路、占空比产生器和FFT分析子模块。
优选的，所述运行模式判断电路根据电池功率接口变换器的输出电流i bat和输出电压u bat判断电池充电控制系统是否运行在恒流充电模式或EIS测量模式的具体方法为：
根据电池功率接口变换器的输出电流i bat和输出电压u bat，判断它们是否处于直流稳态；
若是，则所述电池充电控制系统运行在恒流充电模式；
若不是，则判断输出电流i bat的纹波峰峰值大小是否稳定在所设定的值，其中所设定的值大于所注入的正弦交流扰动参考电流i ref_ac的峰峰值，若是，则电池充电控制系统运行在EIS测量模式；若不是，则电池充电控制系统继续运行在恒流充电模式。
优选的，所述恒流充电模式和EIS测量模式的运行方式为：
在恒流充电模式时，所述电池功率接口变换器的输出参考电流i ref等于电池功率接口变换器的直流充电参考电流I ref_dc，所述占空比产生器中的交流扰动占空比函数d ac停止输出，所述EIS测量模块停止运行；
在EIS测量模式时，所述电池功率接口变换器的输出参考电流i ref等于电池功率接口变换器的混合参考电流I ref_dc+i ref_ac，所述占空比产生器中的交流扰动占空比函数d ac正常输出，所述EIS测量模块启动运行。
优选的，所述占空比选择器根据比较信号v c在两个离散占空比信号d H和离散占空比信号d L中选择其中一个占空比信号作为占空比选择器输出的有效占空比信号d a，具体方法为：
当i bat<i ref时，选取所述离散占空比信号d H作为当前开关周期的有效占空比信号d a，使电池功率接口变换器的输出电流上升；当i bat≥i ref时，选取所述离散占空比信号d L作为当前开关周期的有效占空比信号d a，使电池功率接口变换器的输出电流下降。
优选的，所述驱动信号v 1使所述电池充电控制系统工作在恒流充电模式时，电池功率接口变换器的输出电流i bat能够精确跟踪直流充电参考电流I ref_dc，所述电池充电控制系统工作在EIS测量模式时，电池功率接口变换器的输出电流i bat能够精确跟踪混合参考电流I ref_dc+i ref_ac，所述混合参考电流由直流充电参考电流I ref_dc中叠加正弦交流扰动参考电流i ref_ac组成。
本发明的有益效果：
（1）本发明将电池EIS测量功能嵌入电池充电控制系统中，实现对电池超宽频EIS的在线、实时精确测量。
（2）本发明通过构建参考电流的目标占空比函数，产生离散的控制脉冲占空比，实现对各类、超宽频混合参考电流的精确跟踪，进而在对电池进行充电控制的同时，实现对超宽频EIS的实时精确测量。
（3）本发明具有实现简单、成本低、控制技术简单易行、EIS在线测量、超宽频EIS、系统稳定性和抗干扰能力强等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明实施例的结构示意图；
图3为本发明实施例中的电池充电控制系统采用传统的PI控制方法并工作在EIS测量模式下时，buck-boost变换器的输出电流i bat及其混合参考电流I ref_dc+i ref_ac的仿真波形图；
图4为本发明实施例中的电池充电控制系统采用本发明控制方法并工作在EIS测量模式下时，buck-boost变换器的输出电流i bat及其混合参考电流I ref_dc+i ref_ac的仿真波形图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。
如图1－图2所示，一种采用具有超宽频EIS测量功能的电池功率接口变换器控制方法的电池充电装置，将EIS测量功能嵌入基于电池功率接口变换器的电池充电控制系统中，所述电池充电控制系统包括电池功率接口变换器，采样模块，充电控制模块，EIS测量模块以及驱动电路
所述电池功率接口变换器在本实施例中采用buck-boost变换器拓扑结构来对本发明作进一步详细说明；
所述采样模块对所述buck-boost变换器的输出电流i bat和输出电压u bat采样，其中，buck-boost变换器的输出电流和输出电压即为电池充电电流和电池充电电压；
所述充电控制模块包括运行模式判断电路、输出电流比较器、占空比产生器、占空比选择器和PWM电路；
所述运行模式判断电路根据所述buck-boost变换器的输出电流i bat和输出电压u bat判断电池充电控制系统运行在恒流充电模式还是运行在EIS测量模式；
所述输出电流比较器对电流采样电路采样得到的输出电流i bat和输出参考电流i ref进行比较，输出比较信号v c，并将比较信号v c输入至占空比选择器中；
所述占空比产生器根据电压采样电路采样得到的输出电压u bat、运行模式判断电路的输出信号和离散占空比函数来产生两个离散占空比信号d H和离散占空比信号d L，并将离散占空比信号d H和离散占空比信号d L输入至占空比选择器中；
在恒流充电模式时，所述离散占空比函数为：
d H=K H d dc，d L=K L d dc；
在EIS测量模式时，所述离散占空比函数为：
d H=K H d dc+d ac，d L=K L d dc+d ac；
其中，，/>；
;
;
式中，K H和K L为两个预设的、固定不变的离散控制参数；d dc和d ac分别为buck-boost变换器的输出电流i bat精确跟踪混合参考电流I ref_dc+i ref_ac时所对应目标占空比函数中的直流占空比函数和交流扰动占空比函数；U in为所述buck-boost变换器的输入电压，L 1为所述buck-boost变换器的输入侧电感值，L 2为所述buck-boost变换器的输出侧电感值，C为所述buck-boost变换器的输出侧滤波电容值，R c为所述buck-boost变换器的输出侧滤波电容等效串联电阻值，I ac为所述正弦交流扰动参考电流i ref_ac的幅值，为所述正弦交流扰动参考电流i ref_ac的频率；m是随着频率/>而变化的余弦系数；n是随着频率/>而变化的正弦系数；此时，与buck-boost变换器中的直流占空比函数d dc相关的电路参数集R为空；与buck-boost变换器中的交流占空比函数d ac相关联的电路参数集Z包括buck-boost变换器的输入电感L 1、buck-boost变换器的输出电感L 2、buck-boost变换器的输出电容C以及buck-boost变换器的输出侧上的等效电容等效串联电阻R c。
所述占空比选择器根据比较信号v c在两个离散占空比信号d H和离散占空比信号d L中选择其中一个占空比信号作为占空比选择器输出的有效占空比信号d a，并将有效占空比信号d a输入至PWM电路中；
所述PWM电路根据有效占空比信号d a产生所述buck-boost变换器的功率开关器件的控制脉冲信号v p1，并将控制脉冲信号v p1输入至驱动电路；
所述驱动电路根据控制脉冲信号v p1产生所述buck-boost变换器的功率开关器件的驱动信号v 1。
所述电池充电控制系统包含两种工作模式：恒流充电模式和EIS测量模式；
当所述电池充电控制系统工作在恒流充电模式时，根据直流充电参考电流I ref_dc构建直流占空比函数d dc。根据直流占空比函数d dc预先设计两个离散占空比信号d H和离散占空比信号d L，其中，d H=K H d dc，d L=K L d dc。
在每个开关周期T s开始时刻，利用所述电流采样电路对所述buck-boost变换器的输出电流i bat进行采样，利用所述输出电流比较器将所述buck-boost变换器的输出电流i bat与直流充电参考电流I ref_dc进行比较；根据比较结果，在两个离散占空比信号d H和离散占空比信号d L中选择合适的占空比信号作为当前开关周期的有效占空比信号d a；并根据有效占空比信号d a产生所述buck-boost变换器的功率开关器件的控制脉冲信号v p1。其中，当i bat<I ref_dc时，有效占空比信号d a=d H，控制器通过输出较大的占空比信号使所述buck-boost变换器的输出电流升高；当充电电流i bat>I ref_dc时，有效占空比信号d a=d L，控制器通过输出较小的占空比信号使所述buck-boost变换器的输出电流降低。
当所述电池充电控制系统工作在EIS测量模式时，控制器向直流充电参考电流I ref_dc中注入正弦交流扰动参考电流i ref_ac。同时，向两个离散占空比信号d H和离散占空比信号d L中注入与正弦交流扰动参考电流i ref_ac匹配的交流扰动占空比信号d ac。由此，所述buck-boost变换器的输出参考电流变为I ref_dc+i ref_ac，两个离散占空比信号d H和离散占空比信号d L分别变为d H=K H d dc+d ac和d L=K L d dc+d ac。
在每个开关周期T s开始时刻，利用所述电流采样电路对所述buck-boost变换器的输出电流i bat进行采样，利用所述输出电流比较器，将所述buck-boost变换器的输出电流i bat与混合参考电流I ref_dc+i ref_ac进行比较；根据比较结果，在两个离散占空比信号d H和离散占空比信号d L中选择合适的占空比信号作为当前开关周期的有效占空比信号d a；并根据有效占空比信号d a产生所述buck-boost变换器的功率开关器件的控制脉冲信号v p1。其中，当i bat<I ref_dc+i ref_ac时，有效占空比信号d a=d H，控制器通过输出较大的占空比信号使所述buck-boost变换器的输出电流升高；当i bat>I ref_dc+i ref_ac时，有效占空比信号d a=d L，控制器通过输出较小的占空比信号使所述buck-boost变换器的输出电流降低。所述K H和K L为两个预设的、固定不变的离散控制参数。为了使所产生的有效占空比信号d a满足0<d a<1，K H和K L需要满足：－d ac/d dc＜K L＜1＜K H＜(1－d ac)/d dc。在EIS测量模式，所述buck-boost变换器的输出电流能够实时、准确、快速拟合超宽频参考电流信号，本发明能够通过采样电池充电电流i bat和电池充电电压u bat，经过FFT分析子模块和EIS计算子模块获得电池的超宽频EIS测量结果。
对本发明实施例进行时域仿真分析，其中电池功率接口变换器采用buck-boost变换器拓扑结构，所述buck-boost变换器的主电路参数为：输入电压U in=12V，输入侧电感L 1=100μH，输出侧电感L 2=22μH，开关频率f s=500kHz，输出侧滤波电容C=470μF，输出侧滤波电容等效串联电阻R c=0.5Ω，锂电池标称电压V bat=3.6V，锂电池直流充电参考电流I ref=0.975A，正弦交流扰动参考电流的幅值I ac=0.05A。仿真结果如下：
图3为本发明实施例中电池充电控制系统采用传统的PI控制方法并工作在EIS测量模式下时，buck-boost变换器的输出电流i bat及其输出参考电流i ref=I ref_dc+i ref_ac（即混合参考电流）的仿真波形图。其中各图所对应的正弦交流扰动参考电流的幅值I ac均为0.05A，频率分别为：(a)为1Hz，(b)为500Hz，(c)为1kHz，(d)为5kHz，(e)为10kHz，(f )为20kHz；
图4为本发明实施例中电池充电控制系统采用本发明控制方法并工作在EIS测量模式下时，buck-boost变换器的输出电流i bat及其输出参考电流i ref=I ref_dc+i ref_ac（即混合参考电流）的仿真波形图。其中各图所对应的正弦交流扰动电流参考信号的幅值I ac均为0.05A，频率分别为：(a)为1Hz，(b)为500Hz，(c)为1kHz，(d)为5kHz，(e)为10kHz，(f )为20kHz；
从图3中的图(a)－图(f )和图4中的图(a)－图(f )中可以看出，在本发明实施例中，当电池充电控制系统采用传统的PI控制方法时，buck-boost变换器的输出电流i bat可以对1Hz、500Hz和1kHz的混合参考电流I ref_dc+i ref_ac实现精确跟踪，但是却无法精确跟踪超宽频率5kHz、10kHz和20kHz的混合参考电流I ref_dc+i ref_ac，当电池充电控制系统采用本发明控制方法时，buck-boost变换器的输出电流i bat对1Hz、500Hz、1kHz、5kHz、10kHz和20kHz的混合参考电流I ref_dc+i ref_ac均可以实现高精度的跟踪效果。这表明对于电池充电控制系统而言，在超宽频段时，采用本发明控制方法时所达到的效果要比采用传统的PI控制方法时所达到的效果更好。
本发明实施例基于buck-boost变换器作为电池功率接口变换器，采用基于离散脉冲调制的离散脉冲控制方法，通过产生两个离散占空比信号，并根据输出电流与输出参考电流之间的关系，在两个占空比信号中选择一个合适的占空比信号来产生buck-boost变换器的功率开关器件的控制脉冲信号并作用于buck-boost变换器，实现buck-boost变换器的输出电流对直流充电或混合参考电流的精确跟踪。电池充电控制系统工作在恒流充电模式时能实现正常的恒流充电功能，工作在EIS测量模式时能够实现buck-boost变换器的输出电流精确跟踪超宽频混合参考电流，从而实现电池的超宽频EIS精确测量。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.具有超宽频EIS测量功能的电池功率接口变换器控制方法，其特征在于，将电池EIS测量功能嵌入基于电池功率接口变换器的电池充电控制系统，所述电池充电控制系统包括电池功率接口变换器，采样模块，充电控制模块，EIS测量模块以及驱动电路；
所述电池功率接口变换器采用DC-DC变换器拓扑结构；
所述采样模块对所述电池功率接口变换器的输出电流i bat和输出电压u bat进行采样，其中，电池功率接口变换器的输出电流和输出电压即为电池充电电流和电池充电电压；
所述充电控制模块包括运行模式判断电路、输出电流比较器、占空比产生器、占空比选择器和PWM电路；
所述运行模式判断电路根据电池功率接口变换器的输出电流i bat和输出电压u bat判断电池充电控制系统运行在恒流充电模式还是运行在EIS测量模式；
所述输出电流比较器对输出电流i bat和输出参考电流i ref进行比较，输出比较信号v c，并将比较信号v c输入至占空比选择器中；
所述占空比产生器根据输出电压u bat、运行模式判断电路的输出信号和离散占空比函数来产生两个离散占空比信号d H和离散占空比信号d L，并将离散占空比信号d H和离散占空比信号d L输入至占空比选择器中；
在恒流充电模式时，所述离散占空比函数为：
d H=K H d dc，d L=K L d dc；
在EIS测量模式时，所述离散占空比函数为：
d H=K H d dc+d ac，d L=K L d dc+d ac；
其中，，/>；
式中，K H和K L为两个预设的、固定不变的离散控制参数；d dc和d ac分别为电池功率接口变换器的输出电流i bat精确跟踪混合参考电流I ref_dc+i ref_ac时所对应目标占空比函数中的直流占空比函数和交流扰动占空比函数；U in为所述电池功率接口变换器的输入电压，u bat为所述电池功率接口变换器的输出电压，i ref_ac为正弦交流扰动参考电流，R为所述电池功率接口变换器中与直流占空比函数d dc相关的电路参数集合，Z为所述电池功率接口变换器中与交流扰动占空比函数d ac相关的电路参数集合，为函数符号/>；
所述占空比选择器根据比较信号v c在两个离散占空比信号d H和离散占空比信号d L中选择其中一个占空比信号作为占空比选择器输出的有效占空比信号d a，并将有效占空比信号d a输入至PWM电路中；
所述PWM电路根据有效占空比信号d a产生所述电池功率接口变换器的功率开关器件的控制脉冲信号v p1，并将控制脉冲信号v p1输入至驱动电路；
所述驱动电路根据控制脉冲信号v p1产生所述电池功率接口变换器的功率开关器件的驱动信号v 1。
2.根据权利要求1所述的具有超宽频EIS测量功能的电池功率接口变换器控制方法，其特征在于，所述EIS测量模块包括FFT分析子模块和EIS计算子模块，所述采样模块包括电流采样电路和电压采样电路。
3.根据权利要求2所述的具有超宽频EIS测量功能的电池功率接口变换器控制方法，其特征在于，所述FFT分析子模块用于对电压采样电路和电流采样电路采样得到的u bat和i bat进行FFT分析，得到它们的交流分量在所述正弦交流扰动参考电流i ref_ac的频率下的电压幅值|u bat(ac)|、电流幅值|i bat(ac)|、电压相位φ u和电流相位φ i；
所述EIS计算子模块根据FFT分析子模块中输出的幅值、相位信息和函数|Z bat|=|u bat(ac)|/|i bat(ac)|、φ Z=φ u–φ i计算出电池在正弦交流扰动参考电流i ref_ac的频率下的阻抗值；
式中|Z bat|为电池阻抗的阻抗模，φ Z为电池阻抗的阻抗角。
4.根据权利要求2所述的具有超宽频EIS测量功能的电池功率接口变换器控制方法，其特征在于，所述电流采样电路对所述电池功率接口变换器的输出电流i bat进行采样并输出给运行模式判断电路、FFT分析子模块和输出电流比较器；
所述电压采样电路对所述电池功率接口变换器的输出电压u bat进行采样并输出给运行模式判断电路、占空比产生器和FFT分析子模块。
5.根据权利要求1所述的具有超宽频EIS测量功能的电池功率接口变换器控制方法，其特征在于，所述运行模式判断电路根据输出电流i bat和输出电压u bat判断电池充电控制系统是否运行在恒流充电模式或EIS测量模式的具体方法为：
根据所述电池功率接口变换器的输出电流i bat和输出电压u bat，判断它们是否处于直流稳态；
若是，则所述电池充电控制系统运行在恒流充电模式；
若不是，则判断输出电流i bat的纹波峰峰值大小是否稳定在所设定的值，其中所设定的值大于所注入的正弦交流扰动参考电流i ref_ac的峰峰值，若是，则电池充电控制系统运行在EIS测量模式；若不是，则电池充电控制系统继续运行在恒流充电模式。
6.根据权利要求5所述的具有超宽频EIS测量功能的电池功率接口变换器控制方法，其特征在于，所述恒流充电模式和EIS测量模式的运行方式为：
在恒流充电模式时，所述电池功率接口变换器的输出参考电流i ref等于电池功率接口变换器的直流充电参考电流I ref_dc，所述占空比产生器中的交流扰动占空比函数d ac停止输出，所述EIS测量模块停止运行；
在EIS测量模式时，所述电池功率接口变换器的输出参考电流i ref等于电池功率接口变换器的混合参考电流I ref_dc+i ref_ac，所述占空比产生器中的交流扰动占空比函数d ac正常输出，所述EIS测量模块启动运行。
7.根据权利要求1所述的具有超宽频EIS测量功能的电池功率接口变换器控制方法，其特征在于，所述占空比选择器根据比较信号v c在两个离散占空比信号d H和离散占空比信号d L中选择其中一个占空比信号作为占空比选择器输出的有效占空比信号d a，具体方法为：
当i bat<i ref时，选取所述离散占空比信号d H作为当前开关周期的有效占空比信号d a，使电池功率接口变换器的输出电流上升；当i bat≥i ref时，选取所述离散占空比信号d L作为当前开关周期的有效占空比信号d a，使电池功率接口变换器的输出电流下降。
8.根据权利要求1所述的具有超宽频EIS测量功能的电池功率接口变换器控制方法，其特征在于，所述驱动信号v 1使所述电池充电控制系统工作在恒流充电模式时，电池功率接口变换器的输出电流i bat能够精确跟踪直流充电参考电流I ref_dc，所述电池充电控制系统工作在EIS测量模式时，电池功率接口变换器的输出电流i bat能够精确跟踪混合参考电流I ref_dc+i ref_ac，所述混合参考电流由直流充电参考电流I ref_dc中叠加正弦交流扰动参考电流i ref_ac组成。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140125284A1 (en) * | 2012-10-30 | 2014-05-08 | Board Of Trustees Of The University Of Alabama | Distributed battery power electronics architecture and control |
| CN106371029A (zh) * | 2016-08-26 | 2017-02-01 | 中国电力科学研究院 | 一种锂电池交流阻抗频谱的在线同步测试方法和装置 |
| US20180059191A1 (en) * | 2016-08-28 | 2018-03-01 | The Board Of Trustees Of The University Of Alabama | Methods, apparatuses, and systems for measuring impedance spectrum, power spectrum, or spectral density using frequency component analysis of power converter voltage and current ripples |
| CN113300587A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-08-24 | 西南交通大学 | 一种功率因数校正变换器的脉冲序列控制方法及其装置 |
| CN114236408A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-25 | 西南交通大学 | 一种锂电池可控宽频带阻抗测量方法及装置 |
| CN114895207A (zh) * | 2022-05-28 | 2022-08-12 | 上海交通大学 | 锂离子电池交流阻抗在线测量方法及测量系统 |
| CN115061057A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-09-16 | 西南交通大学 | 基于离散移相调制的嵌入式锂电池阻抗测量方法及装置 |
| CN115693865A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-02-03 | 福州大学 | 非隔离双向软开关均衡电路及其用于电池eis检测的方法 |
| CN116667681A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-08-29 | 东莞光亚智能科技有限公司 | 一种基于锂电池充放电的两级式变换器控制方法及系统 |
-
2023
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140125284A1 (en) * | 2012-10-30 | 2014-05-08 | Board Of Trustees Of The University Of Alabama | Distributed battery power electronics architecture and control |
| CN106371029A (zh) * | 2016-08-26 | 2017-02-01 | 中国电力科学研究院 | 一种锂电池交流阻抗频谱的在线同步测试方法和装置 |
| US20180059191A1 (en) * | 2016-08-28 | 2018-03-01 | The Board Of Trustees Of The University Of Alabama | Methods, apparatuses, and systems for measuring impedance spectrum, power spectrum, or spectral density using frequency component analysis of power converter voltage and current ripples |
| CN113300587A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-08-24 | 西南交通大学 | 一种功率因数校正变换器的脉冲序列控制方法及其装置 |
| CN114236408A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-25 | 西南交通大学 | 一种锂电池可控宽频带阻抗测量方法及装置 |
| CN114895207A (zh) * | 2022-05-28 | 2022-08-12 | 上海交通大学 | 锂离子电池交流阻抗在线测量方法及测量系统 |
| CN115061057A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-09-16 | 西南交通大学 | 基于离散移相调制的嵌入式锂电池阻抗测量方法及装置 |
| CN115693865A (zh) * | 2022-11-15 | 2023-02-03 | 福州大学 | 非隔离双向软开关均衡电路及其用于电池eis检测的方法 |
| CN116667681A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-08-29 | 东莞光亚智能科技有限公司 | 一种基于锂电池充放电的两级式变换器控制方法及系统 |
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