基于动力系统的电池阻抗谱在线检测系统及电动汽车技术方案

本发明专利技术公开了一种基于动力系统的电池阻抗谱在线检测系统及电动汽车，系统包括激励信号生成单元，用于计算交流激励电流和交流激励电流其中一个交流激励电流为I

【技术实现步骤摘要】
基于动力系统的电池阻抗谱在线检测系统及电动汽车


[0001]本专利技术属于电动汽车车载动力电池阻抗谱检测
，更具体地，涉及一种基于动力系统的电池阻抗谱在线检测系统及电动汽车。

技术介绍

[0002]电动汽车车载动力电池通常由多个电池单体通过复杂的串并联关系构成高压电池组。电池随电动汽车长时间在复杂工况下运行，需要时刻对电池的状态进行监控，以确保电池运行在安全状态，防止热失控电池起火事故的发生，此外还需要估计电池的剩余电量(SOC，State of Charge)、健康状况(SOH，State of Health)等电池数据，而测量电池阻抗是检测上述参数的重要手段。
[0003]电池阻抗谱的测量通常由电化学工作站等专业实验仪器完成，包括交流激励信号产生、电压电流测量、阻抗计算的环节。这类设备通常仅适用于实验室电池的离线阻抗测量。在工程实际应用中，电池通常以焊接的方式成组连接以确保连接的可靠性，因此离线单独测量其阻抗十分困难，必须在线测量电池交流阻抗。目前有两种方案，第一种为利用在电池两端并联一个交流电流源，产生电池阻抗辨识激励信号，第二种则是为电池安装主动均衡系统，利用电池主动均衡装置控制交流阻抗辨识信号的产生。第一种方案中，由于电池阻抗通常仅为几毫欧至数十毫欧，电动汽车电池组电压又有上百伏，所以为产生可测量的电压信号，其耐压与容量等级都必须很高，这一方面增加了成本，另一方面难以满足对电动汽车严格的电磁兼容标准。第二种方案提到的电池主动均衡系统则是在每个电池单体或模组添加的一套电池能量交换系统，具有非常复杂的结构与较高的成本，并未广泛采用。CN115047366A公开了一种利用充电电源在线监测电池在线阻抗的方法，但其只能在电动汽车连接充电器时的阻抗检测需求，无法实现电动汽车在运行过程中的电池阻抗在线检测，应用存在较大局限性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种动力系统电池阻抗在线检测方法及电动汽车，其目的在于实现动力系统的电机驱动工况下，随着电机负载工况不同，可以通过复用动力系统硬件，实现电池阻抗辨识激励信号的注入，且在注入辨识信号的同时保证电机输出转矩稳定。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于动力系统的电池阻抗谱在线检测系统，其包括：
[0006]激励信号生成单元，用于根据所选定的辨识电流频率f和辨识电流幅值I
m
，计算激励信号，所述激励信号包括交流激励电流和交流激励电流所述激励信号的其中一个交流激励电流为I
m
sinωt且驱动电机在注入所述激励信号前后的转矩相等，其中，角频率ω＝2πf；
[0007]直轴电流调节器，包括第一比例积分控制器和第一比例谐振控制器，其中，所述第
一比例积分控制器用于获取直轴电流指令所述第一比例谐振控制器用于获取交流激励电流所述直轴电流调节器通过反馈调节使得电机的直轴电流i
d
跟随
[0008]交轴电流调节器，包括第二比例积分控制器和第二比例谐振控制器，其中，所述第二比例积分控制器用于获取交轴电流指令所述第二比例谐振控制器用于获取交流激励电流所述交轴电流调节器通过反馈调节使得电机的交轴电流i
q
跟随
[0009]采样单元，用于在注入所述激励信号期间获取待检测动力电池两端的电压U
bat
与电流I
bat
；
[0010]阻抗计算单元，用于根据所述电压U
bat
与电流I
bat
计算电池在当前辨识电流频率和辨识电流幅值下的电池阻抗。
[0011]在其中一个实施例中，所述激励信号满足：
[0012]T
e1
＝T
e2
[0013]T
e1
为注入所述激励信号前驱动电机的转矩，计算公式为
[0014][0015]T
e1
为注入所述激励信号后驱动电机的转矩，计算公式为
[0016][0017]其中，ψ
f
为电机永磁磁链，L
d
、L
q
分别为电机的直轴与交轴电感。
[0018]在其中一个实施例中，当时，选择交流激励电流时，选择交流激励电流
[0019]当时，选择交流激励电流时，选择交流激励电流
[0020]在其中一个实施例中，所述第一比例积分控制器以直轴电流指令为输入，以为反馈调节信号进行反馈调节；
[0021]所述第一比例谐振控制器以交流激励电流为输入，以为反馈调节信号进行反馈调节；
[0022]所述第二比例积分控制器以交轴电流指令为输入，以为反馈调节信号进行反馈调节；
[0023]所述第二比例谐振控制器以交流激励电流为输入，以为反馈调节信号进行反馈调节。
[0024]在其中一个实施例中，还包括空间矢量调制单元，所述第一比例积分控制器和第一比例谐振控制器的输出结果相加后得到直轴电压u
d
，所述第二比例积分控制器和第二比
例谐振控制器的输出结果相加后得到交轴电压u
q
，所述直轴电压u
d
和所述交轴电压u
q
经过所述空间矢量调制单元生成控制驱动逆变器的脉冲宽度调制信号。
[0025]在其中一个实施例中，所述第一比例谐振控制器和所述第二比例谐振控制器的谐振角频率均等于角频率ω。
[0026]在其中一个实施例中，所述阻抗计算单元用于执行：
[0027]分别对电压U
bat
与电流I
bat
进行傅里叶分解，得到在角频率ω下的电压幅值U
ω
、电流幅值I
ω
、电压相位和电流相位
[0028]计算在角频率ω下的阻抗模|Z
ω
|＝U
ω
/I
ω
，阻抗角为
[0029]在其中一个实施例中，每种激励信号的注入时长为3
‑
5个注入周期，所述采样单元在每种激励信号的最后一个周期内进行采样待检测动力电池两端的电压U
bat
与电流I
bat
。
[0030]在其中一个实施例中，所述辨识电流幅值I
m
满足：所注入的激励信号时电池单体电压波动为数十毫伏。
[0031]按照本专利技术的另一方面，提供了一种电动汽车，包括驱动电机、驱动逆变器、动力电池和控制器，其特征在于，所述控制器包括上述基于动力系统的电池阻抗谱在线检测系统。
[0032]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0033](1)本专利技术分析动力系统本身的结构关系，改进直轴电流调节器和交轴电流调节器，在需要进行阻抗辨识时，直接向直轴电流调节器和交轴电流调节器施加计算出的激励信号，无需增加额外的硬件装置来产生激励信号，因而也不会有系统电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动力系统的电池阻抗谱在线检测系统，其特征在于，包括：激励信号生成单元，用于根据所选定的辨识电流频率f和辨识电流幅值I
m
，计算激励信号，所述激励信号包括交流激励电流和交流激励电流所述激励信号的其中一个交流激励电流为I
m sinωt且驱动电机在注入所述激励信号前后的转矩相等，其中，角频率ω＝2πf；直轴电流调节器，包括第一比例积分控制器和第一比例谐振控制器，其中，所述第一比例积分控制器用于获取直轴电流指令所述第一比例谐振控制器用于获取交流激励电流所述直轴电流调节器通过反馈调节使得电机的直轴电流i
d
跟随交轴电流调节器，包括第二比例积分控制器和第二比例谐振控制器，其中，所述第二比例积分控制器用于获取交轴电流指令所述第二比例谐振控制器用于获取交流激励电流所述交轴电流调节器通过反馈调节使得电机的交轴电流i
q
跟随采样单元，用于在注入所述激励信号期间获取待检测动力电池两端的电压U
bat
与电流I
bat
；阻抗计算单元，用于根据所述电压U
bat
与电流I
bat
计算电池在当前辨识电流频率和辨识电流幅值下的电池阻抗。2.如权利要求1所述的基于动力系统的电池阻抗谱在线检测系统，其特征在于，所述激励信号满足：T
e1
＝T
e2
T
e1
为注入所述激励信号前驱动电机的转矩，计算公式为T
e1
为注入所述激励信号后驱动电机的转矩，计算公式为其中，ψ
f
为电机永磁磁链，L
d
、L
q
分别为电机的直轴与交轴电感。3.如权利要求2所述的基于动力系统的电池阻抗谱在线检测系统，其特征在于，当时，选择交流激励电流时，选择交流激励电流当时，选择交流激励电流时，选择交流激励电流4.如权利要求1所述的基于动力系统的电池阻抗谱在线检测系统，其特征在于，所述第一比例积分控制器以直轴电流指令为输入，以为反馈调节信号进行反馈调节；所述第一比例谐振控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：周敏，李柏杨，蒋栋，曲鸿妍，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：