【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池内阻测量，具体涉及一种基于磁耦合的电池内阻测量系统及方法。
技术介绍
1、电池技术和其他储能设备已经成为汽车、军事、航空、医疗、消费电子产品等行业的关键组成部分。电池系统较为昂贵，现场检测技术可用于健康状态和剩余使用寿命评估。欧姆电阻是评估动力电池寿命的重要因素之一，现有动力电池内阻测试采用两种方案；1，直流放电内阻测量法，测试设备让电池在短时间内强制通过一个很大的恒定直流电流，测量精度误差可以控制在0.1％，但大电流通过电池对电池内部的电极有一定损伤。2，交流压降内阻测量法，测试设备拓扑为单相全桥逆变电路，设备让电池通过交流小电流，但是设备体积大、造价高，且测量精度仅在1％～2％。
2、动力电池阻抗谱用来评估电池健康状态和剩余使用寿命，传统上eis(电化学阻抗谱)测量是通过专业且昂贵的设备再电池上离线执行，低成本便捷在线eis测量是本领域一直空缺的。电池内阻通常使用特定测量频率下的伏特-欧姆计或者使用ac(交流)电流信号和观察电压响应在soc(电池荷电状态)范围内主动脉冲测试来确定，但是这些方法获取信息较少，不适合快速电池诊断。全谱电化学阻抗谱通常需要在实验室环境中运行昂贵的高精度设备。
技术实现思路
1、不损害动力电池的内阻测量通常使用在线测量，因其电池电压高、功率大。使用全桥逆变拓扑测量内阻，动力电池处于非稳态，且系统复杂、成本高、精度差，测试过程较为危险。高精度测量、测试过程安全与不损伤电池三者在现有动力电池测试方案中无法同时满足。于是，一种高
2、本专利申请解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磁耦合的电池内阻测量系统，以提升测量效率与精度。
3、磁耦合的电池内阻测量系统，包括激励信号源，数字-模拟转换电路，电压-电流转换电路，磁隔电池耦合电路，采样放大电路，模拟-数字转换电路，采集控制器。激励信号源通过并行接口连接数字-模拟转换电路，数字-模拟转换电路与电压-电流转换电路直接连接，电压-电流转换电路通过磁信号与光信号与磁隔电池耦合电路连接，磁隔电池耦合电路通过高通滤波器与采样放大电路连接，采样放大电路经过模拟-数字转换电路使用串行接口与采集控制器连接。
4、激励信号源使用fpga(现场可编程门阵列)作为逻辑控制器，内建rom(只读存储器)存储抽样正弦信号表，通过有限状态机控制rom输出14bit并行数字信号，编码频率最高可达100mhz，可产生0.1hz-100khz的抽样正弦波。激励信号源通过并行接口与数字-模拟转换电路连接。
5、数字-模拟转换电路产生双端口差分电流信号，经过磁隔电池耦合电路与采样放大电路，将双端口差分电流信号转换为单端电压信号并传输至电压-电流转换电路。
6、电压-电流转换电路通过输出电流与反馈电压激励信号源可改变输出编码的峰峰值来控制采样电阻上电压值，即输出不同大小挡位的电流。
7、磁隔电池耦合电路包括，变压器原边电感与副边电感，高耐压隔直电容和光耦隔离。变压器原边电感与电压-电流转换电路输出相连，光耦隔离电路与电压-电流转换电路负反馈相连，变压器副边电感、高耐压隔直电容、动力电池呈串行顺序连接，最终电池与后级采样放大电路连接，实现原边副边完全隔离。
8、采样放大电路包括顺序连接的第一级隔直滤波器，第二级缓冲跟随器，第三级比例放大器，第四级带通滤波器，第五级比例放大器。经过两级滤波与两级放大后的信号连接到模拟-数字转换电路。
9、模拟-数字转换电路将前级调理后的采样信号通过采样保持电路逐次逼近转换为数字信号传输给采集控制器。
10、采集控制器使用mcu(微控制器单元)作为逻辑控制器，使用串行通信协议获取数据，并做频域分析、计算与拟合，最终得到动力电池内阻并显示在屏幕上。
11、本专利技术另一方面，提供了一种基于磁耦合的电池内阻测量方法，包括如下步骤：
12、s1、在激励信号源中确定测量阻抗谱的频带宽度；
13、s2、由激励信号源与数字-模拟转换电路根据频带宽度选取融合频率，并由电压-电流转换电路与磁隔电池耦合电路产生多频点电流信号；
14、s3、采样放大电路与模拟-数字转换电路对电池电压信号进行预处理；
15、s4、采集控制器通过快速傅里叶变换与傅里叶级数得到幅度与相位；
16、s5、对数据进行拟合处理，得到阻抗数值。
17、优选的，首先确定测量阻抗谱的频带宽度，从0.1-100khz范围内选取，接下来选取融合频率并产生多频点电流信号。
18、选取融合频率并产生多频点电流信号是在确定好带宽的范围内对选取一组含有多频点的电流信号进行产生并注入动力电池内阻，后对电池电压信号进行采集、滤波等预处理。
19、电池电压信号进行采集、滤波等预处理是当电流信号流经电池时产生的交流响应通过电路采集并做去噪、归一化等预处理，将处理后的数据传入快速傅里叶变换与傅里叶级数得到幅度与相位。
20、通过快速傅里叶变换与傅里叶级数得到幅度与相位计算出激励与电池响应的增益与相位差，最后对数据进行拟合处理，得到阻抗数值。
21、本专利技术的有益效果是：通过磁隔电池电路的内阻检测系统根据实际应用需求，将超高精度可控大小的电流安全输出到电池内阻，再将动力电池上的交流电压采集处理。这种方式采集动力电池内阻检测无需对动力电池进行在线充放电，电路结构简单，测量过程安全、精度高、速度快，可以实现动力电池内阻的安全检测，对电池无损害。
22、使用多频点的动力电池阻抗复合同步检测方法，单次测量可获得交流注入法5倍以上信息量，随融合频率数量的增加，采集效率可实现线性提升，极大加速了测量速度；且低频与高频融合时，高频周期数量远大于低频，测量结果精确度可进一步提高。
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1.一种基于磁耦合的电池内阻测量系统，其特征在于，包括激励信号源、数字-模拟转换电路、电压-电流转换电路、磁隔电池耦合电路、采样放大电路、模拟-数字转换电路和采集控制器；
2.根据权利要求1所述的基于磁耦合的电池内阻测量系统，其特征在于，所述激励信号源使用FPGA作为逻辑控制器，内建ROM存储抽样正弦信号表，通过有限状态机控制ROM输出14bit并行数字信号，产生0.1Hz-100kHz的抽样正弦波。
3.根据权利要求2所述的基于磁耦合的电池内阻测量系统，其特征在于，所述数字-模拟转换电路产生双端口差分电流信号，经过磁隔电池耦合电路与采样放大电路，将双端口差分电流信号转换为单端电压信号并传输至电压-电流转换电路。
4.根据权利要求3所述的基于磁耦合的电池内阻测量系统，其特征在于，所述电压-电流转换电路通过输出电流与反馈电压激励信号源，改变输出编码的峰峰值，控制采样电阻上电压值，输出不同大小挡位的电流。
5.根据权利要求4所述的基于磁耦合的电池内阻测量系统，其特征在于，所述磁隔电池耦合电路包括，变压器原边电感与副边电感、高耐压隔直电容
6.根据权利要求5所述的基于磁耦合的电池内阻测量系统，其特征在于，所述采样放大电路包括顺序连接的第一级隔直滤波器、第二级缓冲跟随器、第三级比例放大器、第四级带通滤波器和第五级比例放大器。
7.根据权利要求6所述的基于磁耦合的电池内阻测量系统，其特征在于，所述模拟-数字转换电路将前级调理后的采样信号，通过采样保持电路逐次逼近转换为数字信号传输给采集控制器。
8.根据权利要求7所述的基于磁耦合的电池内阻测量系统，其特征在于，所述采集控制器使用MCU作为逻辑控制器，使用串行通信协议获取数据，并做频域分析、计算与拟合，得到动力电池内阻并显示在屏幕上。
9.一种基于磁耦合的电池内阻测量方法，用于权利要求1至8任一所述的电池内阻测量系统，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的基于磁耦合的电池内阻测量方法，其特征在于，S1所述确定测量阻抗谱的频带宽度包括如下两种情况：
...【技术特征摘要】
1.一种基于磁耦合的电池内阻测量系统，其特征在于，包括激励信号源、数字-模拟转换电路、电压-电流转换电路、磁隔电池耦合电路、采样放大电路、模拟-数字转换电路和采集控制器；
2.根据权利要求1所述的基于磁耦合的电池内阻测量系统，其特征在于，所述激励信号源使用fpga作为逻辑控制器，内建rom存储抽样正弦信号表，通过有限状态机控制rom输出14bit并行数字信号，产生0.1hz-100khz的抽样正弦波。
3.根据权利要求2所述的基于磁耦合的电池内阻测量系统，其特征在于，所述数字-模拟转换电路产生双端口差分电流信号，经过磁隔电池耦合电路与采样放大电路，将双端口差分电流信号转换为单端电压信号并传输至电压-电流转换电路。
4.根据权利要求3所述的基于磁耦合的电池内阻测量系统，其特征在于，所述电压-电流转换电路通过输出电流与反馈电压激励信号源，改变输出编码的峰峰值，控制采样电阻上电压值，输出不同大小挡位的电流。
5.根据权利要求4所述的基于磁耦合的电池内阻测量系统，其特征在于，所述磁隔电池耦合电路包括，变压器原边电感与副边电感、高耐压隔直电容和光耦隔离；变压器原边电感与...
【专利技术属性】
技术研发人员：高明裕，陈柏丞，黄继业，杨宇翔，曾毓，李平，何志伟，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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