【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池阻抗监测，尤其涉及一种储能和动力电池阻抗的在线监测系统及方法。
技术介绍
1、随着能源结构的转型和新能源技术的不断发展，储能技术在电力系统中的应用日益广泛。储能电站作为能源储存和释放的重要设施，对于提高电力系统的效率和稳定性具有重要作用。然而，储能电池作为储能电站的核心组成部分，其安全性和可靠性对于整个系统的运行至关重要。其中，储能电池阻抗的大小是评价电池性能的重要指标，它直接影响到电池的充放电效率、发热情况以及电池的寿命。因此，对储能电池阻抗的实时监测显得尤为重要。
2、现有的检测方法对电池组一次性同时进行检测时，往往是利用本身的结构特点。一旦储能电池的结构特点达不到要求时，该方法将不再适用。例如cn115494414a公开了一种储能电池阻抗的在线实时监测系统及方法，通过利用桥式电路，实现了多个电池阻抗同时检测。而现有的储能电站很多都采取储能电池pack内电池单体并联，储能电池pack串联成簇的形式，而这也就导致由多个储能电池pack串联形成的电池簇，在pack层次上不存在并联通路。因此，利用本身结构特点形成桥式电路的方法就不再适用。而cn1036050000a公开了一种并联储能电池阻抗在线检测方式。采用恒流发生器激励电池的方式实现阻抗的检测，但此方法的激励装置由于无法改变电压基准，一个激励装置只能对单个电池单体进行测量。上述结构也决定了无法对电池组一次性同时进行检测，而且该方法也忽略了频率对电池阻抗的影响，因此获取的信息不够全面，监测结果不够精准。
3、因此，基于高效、精准、经济的目
技术实现思路
1、为了解决传统电池阻抗测量方法在线测量过程中受限于电池舱电气拓扑级联结构，无法一次性对储能电池pack仅有串联结构的电池簇进行测量，且单体测量效率慢、成本高等问题，本专利技术对传统的电池阻抗测量设计思路进行创新设计，提出一种储能和动力电池阻抗在线监测系统及方法，此方法具有简单、安全、易操作、成本低、能够在线测量、数据精准等优点。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
3、一种储能和动力电池阻抗在线监测系统，包括电池簇、连接电路、激励装置、mcu(microcontroller unit)、电压采样电路和上位机。
4、所述连接电路包括并联在电池簇两端的电容电路、串联在电容电路两端的电阻电路以及串联在连接电路两端的断路器breaker1和breaker2。连接电路的外接端口dc1、dc2分别与电池簇两端正负直流母线相并联。其中，电容电路由数目等于储能电池pack数量的电容紧密串联而成，利用电容电路“通交阻直”的特性，起到给予激励装置交流交流信号通路，同时阻碍直流信号的流通的作用；电阻电路则用于抑制断路器闭合时产生的冲击电流；断路器在测量状态下处于闭合状态，从而连接激励装置的交流信号通路，确保激励信号的传输；而在非测量状态下，断路器则处于断开状态，以避免对电池舱扩容。
5、所述激励装置包括信号发生模块以及由电压跟随器电路和opa549功放电路串联构成的电压电流转换电路(恒流源电路)。应用时将激励装置连接在电池簇以及连接电路的正中间，其中与电池簇正中间通过外接端口port s相连，与连接电路通过断路器breaker3相连；断路器breaker3用于在激励装置工作时，断路器breaker3闭合确保激励信号的传输；而在非测量状态下，断路器breaker3断开。监测过程中mcu自动修改的程序参数以更改激励装置的激励频率，同时记录激励电流信号的波形，存储在mcu的阻抗计算模块中，为后续阻抗计算提供数据来源。
6、所述电压采样电路的数量等于电池簇中电池pack的数量。其由差分放大电路构成，差分放大电路的外接端口与电池pack的正极和负极相连，差分放大电路的输出端口与mcu的a/d端口相连接，mcu利用电压连续采样算法通过电压采样电路实时采样电池的电压响应信号并记录电压采样波形存储在阻抗计算模块中，为后续阻抗计算提供数据来源。
7、所述mcu包括时间同步模块以及阻抗计算模块。其中，时间同步模块通过ntp(network time protocol)网络时间协议，为mcu提供精确的时间校正，确保mcu在准确的时钟信号下运行，为电流激励信号和电压响应信号提供一致的时间记录。校正后时间同步模块内部的晶振时钟自动计时，在记录采样数据的同时记录其采样时间，为后续相位差的获取提供便利。阻抗计算模块对存储的数据进行处理和计算，以获得电池阻抗和相位差等信息，存储在上位机，为后续上位机电化学阻抗谱的绘制提供数据来源。
8、采用上述在线监测系统对储能和动力电池阻抗进行监测的方法，包括以下步骤：
9、步骤1：将在线监测系统的连接电路的外接端口dc1、dc2分别连接在直流母线正极和负极，与激励装置串联的外接端口port s连接在电池簇正中间，利用电流的分流原理对激励装置两侧电池进行同时激励。
10、步骤2：在线监测系统运行时，闭合与连接电路串联的断路器breaker1和breaker2。
11、步骤3：待系统稳定后闭合与激励装置串联的断路器breaker3。
12、步骤4：通过ntp网络时间协议，为mcu提供精确的时间校正。
13、步骤5：监测过程中mcu自动修改程序参数以设定激励装置的激励幅值和频率，产生恒定交流激励电流信号；并将激励装置的电流信号存储在mcu的阻抗计算模块中。
14、步骤6：mcu利用电压连续采样算法通过电压采样电路实时采样电池的电压响应信号并记录电压采样波形存储在mcu的阻抗计算模块中。
15、步骤7：mcu中的阻抗计算模块将激励装置的电流激励信号、电池的电压响应信号计算处理，确定电池的阻抗re(z)和im(z)。具体包括以下步骤：
16、步骤7.1：将电压采样波形和电流采样波形通过“时间戳”信息对齐。
17、步骤7.2：遍历相邻的电压采样过零点和电流采样过零点，计算两者的采样时间差δt。
18、步骤7.3：由公式θ＝360°·δt/t来确定电压电流信号的相位差θ，其中t为两个相邻电压采样过零点之间相邻的时间。通过公式t＝1/f，可以核对当前激励装置激励信号的频率f。
19、步骤7.4：遍历全部采样点，获取多个周期内的采样时间差δt，计算电压电流信号的相位平均差
20、步骤7.5：遍历一个周期内采样点数据进行计算，计算电压有效值u、电流有效值i。
21、步骤7.6：由阻抗公式z＝2u/i及来确定电池的阻抗re(z)和im(z)。
22、步骤7.7：遍历全部采样点，获取多个周期内的电压有效值、电流有效值，重复步骤7.6计算得到阻抗re(z)和im(z)；再分别取阻抗的平均值和以减小误差。
23、步骤8：利用mcu本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种储能和动力电池阻抗在线监测系统，其特征在于，该系统包括电池簇、连接电路、激励装置、MCU、电压采样电路和上位机；
2.一种采用如权利要求1所述的储能和动力电池阻抗在线监测系统进行监测的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤7具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤7中的“时间戳”信息是指通过NTP网络时间协议，使MCU时间校正后，MCU内部的晶振时钟自动计时，在记录采样数据的同时记录其采样时间，使每一段的电流采样波形以及电压采样波形都有时间记录；后续通过存储“时间戳”信息将后续两者采样时间对齐以计算获取两者的相位差。
【技术特征摘要】
1.一种储能和动力电池阻抗在线监测系统，其特征在于，该系统包括电池簇、连接电路、激励装置、mcu、电压采样电路和上位机；
2.一种采用如权利要求1所述的储能和动力电池阻抗在线监测系统进行监测的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤7具体包括以下步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：牟宪民，于思琦，杨一扬，陈希有，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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