一种复合电源动力系统中电池的交流阻抗测量方法技术方案

本发明专利技术涉及一种复合电源动力系统中电池的交流阻抗测量方法，包括以下步骤：确定交流扰动信号幅值，DC/DC电压变换器工作，产生交流扰动信号，采集燃料电池和锂电池的输出信号，计算燃料电池和锂电池的输出功率；计算负载的需求功率，当负载的需求功率稳定时，分别计算锂电池和燃料电池的阻抗，否则，只计算燃料电池的阻抗。与现有技术相比，本发明专利技术在现有控制方法中增加检测负载需求功率是否稳定的步骤，在负载需求功率稳定时，利用车辆自身的交流阻抗测量装置同时测量得到燃料电池和锂电池的阻抗，降低了复合电源动力系统内部状态识别的难度，极大地减少了成本，能够一体化识别复合电源系统的内部状态。电源系统的内部状态。电源系统的内部状态。

【技术实现步骤摘要】
一种复合电源动力系统中电池的交流阻抗测量方法


[0001]本专利技术涉及电池检测
，尤其是涉及一种复合电源动力系统中电池的交流阻抗测量方法

技术介绍

[0002]随着能源与环境问题越来越严峻，传统化石能源的过度消耗引起人们对能源枯竭的担忧，新能源的开发与利用受到了人们的广泛关注，尤其是在新能源汽车领域，燃料电池与锂电池都成为发展的新趋势。但是燃料电池的动态响应慢，独立使用将无法满足车用工况下的功率频繁变化，而锂电池功率密度高、响应速率快，因此将燃料电池与锂电池结合的复合电源动力系统是更好的解决方案。燃料电池和锂电池的内部状态均无法通过测量直接获取，这将给车用复合电源系统的控制、安全监控和故障诊断带来较大困难。
[0003]现有技术中，一般通过测量电池的电化学交流阻抗来识别电池内部状态并基于此进行故障诊断分析。但是，复合电源动力系统中包括燃料电池和锂电池，由于车辆运行过程中，负载需求功率会发生变化，燃料电池和锂电池会随之调整输出电流，需要为两个电池分别安装交流阻抗测量装置才能测量两个电池的交流阻抗。考虑到成本和体积问题，车辆一般只安装一个交流阻抗测量装置，使用该装置测量对燃料电池的交流阻抗进行测量，使用其他装置或复杂的控制方法识别锂电池的内部状态，难以一体化识别复合电源系统的内部状态。

技术实现思路

[0004]经过专利技术人的分析和研究，发现当车辆稳定运行时，负载的需求功率不变，此时，通过DC/DC电压变换器向燃料电池施加交流扰动信号，燃料电池的输出信号为直流信号和正弦交变信号的叠加，功率改变，为保持输入至负载的功率不变，锂电池也会调整其功率，并与燃料电池功率具有相同的波动形式，锂电池输出功率与燃料电池输出功率间存在线性关系。因为小幅波动下锂电池可认为是线性系统，所以当调整过程结束后，锂电池的输出信号也调整为直流信号和正弦交变信号的叠加，可以根据该正弦交变信号计算得到锂电池的阻抗。本专利技术的目的就是为了提供一种复合电源动力系统中电池的交流阻抗测量方法，在现有控制方法中增加检测负载需求功率是否稳定的步骤，在负载需求功率稳定时，可以利用车辆自身的交流阻抗测量装置同时测量得到燃料电池和锂电池的阻抗，降低了复合电源动力系统内部状态识别的难度，减少了成本，能够一体化识别复合电源系统的内部状态。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种复合电源动力系统中电池的交流阻抗测量方法，基于交流阻抗测量装置测量燃料电池和锂电池的阻抗，包括以下步骤：
[0007]S1：确定交流扰动信号的幅值，控制系统控制DC/DC电压变换器工作，产生交流扰动信号，燃料电池的输出信号改变，锂电池的输出信号也随之发生相应的改变，所述输出信号包括电流信号和电压信号；
[0008]S2：实时采集燃料电池的电流信号和电压信号，实时采集锂电池的电流信号和电压信号，分别计算燃料电池和锂电池的实时输出功率；
[0009]S3：根据燃料电池和锂电池的实时输出功率计算负载的实时需求功率P
负载需求
，并计算P
负载需求
的实时变化率，若P
负载需求
的实时变化率小于预设置的稳定阈值，则执行步骤S4，否则，计算燃料电池的阻抗，等待预设置的时间长度T1后，执行步骤S5；
[0010]S4：分别计算燃料电池和锂电池的阻抗，等待预设置的时间长度T2后，执行步骤S5；
[0011]S5：控制系统获取阻抗测量控制信号，若控制信号为结束信号，则结束阻抗测量，否则，执行步骤S1。
[0012]进一步的，所述步骤S1中，交流扰动信号的幅值大小是根据燃料电池的扰动信号幅值和锂电池的扰动信号幅值确定的，包括以下步骤：
[0013]S11：根据阻抗测量精度需求和燃料电池的直流输出信号确定燃料电池扰动信号的幅值范围[λ1，λ2]；
[0014]S12：根据阻抗测量精度需求和锂电池的直流输出信号确定锂电池扰动信号的幅值范围[λ3，λ4]；
[0015]S13：若[λ1，λ2]和[λ3，λ4]之间没有交集，则DC/DC电压变换器工作，调整燃料电池和锂电池的直流输出信号，重复步骤S11，否则，自[λ1，λ2]和[λ3，λ4]的交集中选取一个值作为交流扰动信号的幅值。
[0016]更进一步的，所述步骤S11中，燃料电池扰动信号的幅值范围[λ1，λ2]具体为[a*2％，a*10％]，其中，a代表燃料电池的直流输出信号。
[0017]更进一步的，所述步骤S12中，锂电池扰动信号的幅值范围[λ3，λ4]具体为[b*2％，b*10％]，其中，b代表锂电池的直流输出信号。
[0018]进一步的，所述步骤S2中，实时采集燃料电池的电流信号和电压信号具体为：采集燃料电池的电流信号I
燃
和整体电压信号V
燃
，采集待测量的单片燃料电池的电压信号V
燃p
，0<p<n+1，n为燃料电池中单片电池的数量；实时采集锂电池的电流信号和电压信号具体为：采集锂电池的电流信号I
锂
和整体电压信号V
锂
，采集待测量的单片锂电池的电压信号V
锂q
，0<q<m+1，m为锂电池中单片电池的数量。
[0019]进一步的，所述步骤S3中，负载的实时需求功率P
负载需求
的计算公式为：
[0020]P
负载需求
＝P
DCDC-out
+P
锂电池
[0021]P
DCDC-out
＝η*P
DCDC-in
[0022]P
DCDC-in
＝P
燃料电池
[0023]其中，P
负载需求
为负载的实时需求功率，P
DCDC-out
为DC/DC电压变换器的输出功率，P
锂电池
为锂电池池的输出功率，η为DC/DC电压变换器的转换效率，P
DCDC-in
为DC/DC电压变换器的输入功率，P
燃料电池
为燃料电池的输出功率。
[0024]进一步的，所述步骤S3中，预设置的稳定阈值为1％。
[0025]更进一步的，所述步骤S3和步骤S4中，燃料电池阻抗、待测量的单片燃料电池阻抗、锂电池阻抗和待测量的单片锂电池阻抗的计算公式具体为：
[0026][0027]V(t)＝V
D
+V
A
sin(ωt+θ1)
[0028]I(t)＝I
D
+I
A
sin(ωt+θ2)
[0029]其中，Z(ω)代表阻抗，V(t)代表采集的电压信号，V
D
代表采集的电压信号中的直流电压信号，V
A
代表采集的电压信号中的交流电压信号，I(t)代表采集的电流信号，I
D
代表采集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合电源动力系统中电池的交流阻抗测量方法，其特征在于，基于交流阻抗测量装置测量燃料电池和锂电池的阻抗，包括以下步骤：S1：确定交流扰动信号的幅值，控制系统控制DC/DC电压变换器工作，产生交流扰动信号，燃料电池的输出信号改变，锂电池的输出信号也随之发生相应的改变，所述输出信号包括电流信号和电压信号；S2：实时采集燃料电池的电流信号和电压信号，实时采集锂电池的电流信号和电压信号，分别计算燃料电池和锂电池的实时输出功率；S3：根据燃料电池和锂电池的实时输出功率计算负载的实时需求功率P
负载需求
，并计算P
负载需求
的实时变化率，若P
负载需求
的实时变化率小于预设置的稳定阈值，则执行步骤S4，否则，计算燃料电池的阻抗，等待预设置的时间长度T1后，执行步骤S5；S4：分别计算燃料电池和锂电池的阻抗，等待预设置的时间长度T2后，执行步骤S5；S5：控制系统获取阻抗测量控制信号，若控制信号为结束信号，则结束阻抗测量，否则，执行步骤S1。2.根据权利要求1所述的一种复合电源动力系统中电池的交流阻抗测量方法，其特征在于，所述步骤S1中，交流扰动信号的幅值大小是根据燃料电池的扰动信号幅值和锂电池的扰动信号幅值确定的，包括以下步骤：S11：根据阻抗测量精度需求和燃料电池的直流输出信号确定燃料电池扰动信号的幅值范围[λ1，λ2]；S12：根据阻抗测量精度需求和锂电池的直流输出信号确定锂电池扰动信号的幅值范围[λ3，λ4]；S13：若[λ1，λ2]和[λ3，λ4]之间没有交集，则DC/DC电压变换器工作，调整燃料电池和锂电池的直流输出信号，重复步骤S11，否则，自[λ1，λ2]和[λ3，λ4]的交集中选取一个值作为交流扰动信号的幅值。3.根据权利要求2所述的一种复合电源动力系统中电池的交流阻抗测量方法，其特征在于，步骤S11中，燃料电池扰动信号的幅值范围[λ1，λ2]为[a*2％，a*10％]，其中，a代表燃料电池的直流输出信号。4.根据权利要求2所述的一种复合电源动力系统中电池的交流阻抗测量方法，其特征在于，步骤S12中，锂电池扰动信号的幅值范围[λ3，λ4]为[b*2％，b*10％]，其中，b代表锂电池的直流输出信号。5.根据权利要求1所述的一种复合电源动力系统中电池的交流阻抗测量方法，其特征在于，所述步骤S2中，实时采集燃料电池的电流信号和电压信号具体为：采集燃料电池的电流信号I
燃
和整体电压信号V
燃
，采集待测量的单片燃料电池的电压信号V
燃p
，0<p<n+1，n为燃料电池中单片电池的数量；实时采集锂电池的电流信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：马天才，杨彦博，宋凯航，林维康，姚乃元，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：