本發(fā)明涉及電池測(cè)試領(lǐng)域，具體為一種電池阻抗測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電池內(nèi)阻是體現(xiàn)電池性能的重要參數(shù)之一，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，電池荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)與內(nèi)阻有著密切的關(guān)系，因此采用內(nèi)阻檢測(cè)法測(cè)量電池的性能對(duì)電池進(jìn)行維護(hù)是目前公認(rèn)的電池維護(hù)的有效方案之一，電池的內(nèi)阻一般很小，只有幾毫歐甚，甚至幾微歐，對(duì)如此小的阻值進(jìn)行精確的測(cè)量是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程。

目前應(yīng)用最廣泛的方法是直流法和交流法，直流法是用一個(gè)給定電流瞬間通過(guò)電池，測(cè)量電池上的瞬間壓降，然后計(jì)算出阻抗，該方法無(wú)法進(jìn)行在線測(cè)試，同時(shí)會(huì)對(duì)電池產(chǎn)生一定的影響；交流法是在電池上施加一個(gè)交流信號(hào)，測(cè)出電池兩端的電壓以及相位差，由公式計(jì)算出電池的內(nèi)阻，該方法可進(jìn)行在線測(cè)試，對(duì)電池影響較小。

目前的電池阻抗測(cè)試方法多為交流法，然而該方法測(cè)試相對(duì)較慢，且硬件復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述存在問(wèn)題或不足，本發(fā)明提供了一種電池阻抗測(cè)量系統(tǒng)，可快速測(cè)量出電池的阻抗，且算法穩(wěn)健，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

一種電池阻抗測(cè)量系統(tǒng)，包括主控制器模塊、加法器模塊、標(biāo)準(zhǔn)電阻、電壓采集與信號(hào)處理模塊、隔直電容和各交流信號(hào)源。

所述標(biāo)準(zhǔn)電阻為金屬膜電阻；待測(cè)電池為一次電池或二次電池。

所述電壓采集與信號(hào)處理模塊用于信號(hào)的采集、放大、抬升和濾波；電壓采集與信號(hào)處理模塊檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓值和待測(cè)電池兩端的電壓值，然后傳輸給主控制器模塊對(duì)其進(jìn)行分析和處理，計(jì)算出待測(cè)電池的阻抗。

所述隔直電容主要用于隔離開(kāi)系統(tǒng)中的直流信號(hào)成份；

所述各交流信號(hào)源由n個(gè)交流信號(hào)源組成，各個(gè)交流信號(hào)源產(chǎn)生的恒定交流信號(hào)頻率不同，n≥2，各交流信號(hào)源生成的信號(hào)經(jīng)加法器模塊進(jìn)行加法運(yùn)算后施加到待測(cè)電池上。

所述主控制器模塊用于控制電壓采集與信號(hào)處理模塊，并且對(duì)電壓采集與信號(hào)處理模塊采集回的標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓值和待測(cè)電池兩端的電壓值采用多頻率傅立葉交流阻抗測(cè)量方法來(lái)計(jì)算出待測(cè)電池的阻抗和阻抗譜；以及用于控制各交流信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)或組合信號(hào)。

上述電池阻抗測(cè)量系統(tǒng)的工作流程如下：

主控制器模塊控制各交流信號(hào)源產(chǎn)生頻率(ω₁、ω₁……ω_n)幅度分別為(C₁、C₂……C_n)的恒定交流信號(hào)C₁COSω₁t、C₂COSω₂t……C_nCOSω_nt，經(jīng)過(guò)加法器模塊進(jìn)行加法運(yùn)算后得到復(fù)合信號(hào)(V_f＝C₁COSω₁t+C₂COSω₂t+...C_nCOSω_nt)然后施加到待測(cè)電池上。

電壓采集與信號(hào)處理模塊測(cè)出待測(cè)電池上的電壓值(V_u＝A₁COSω₁t+A₂COSω₂t+...A_nCOSω_nt)以及標(biāo)準(zhǔn)電阻的電壓值(V_i＝B₁COS(ω₁t+θ₁)+B₂COS(ω₂t+θ₂)+...B_nCOS(ω_nt+θ_n))，然后控制器模塊通過(guò)多頻率傅立葉方法進(jìn)行阻抗計(jì)算。

所述多頻率傅立葉方法具體如下：

電壓采集與信號(hào)處理模塊所采集的標(biāo)準(zhǔn)電阻電壓為V_i，待測(cè)電池電壓為V_u，有

V_u＝A₁COSω₁t+A₂COSω₂t+...A_nCOSω_nt，n≥1；

V_i＝B₁COS(ω₁t+θ₁)+B₂COS(ω₂t+θ₂)+...B_nCOS(ω_nt+θ_n)，n≥1；

I_t＝V_i/R；

常數(shù)A₁、A₂...A_n分別為各個(gè)交流信號(hào)源的幅值，ω₁、ω₂...ω_n分別為各個(gè)交流信號(hào)源的角頻率，B₁、B₂...B_n為各個(gè)響應(yīng)信號(hào)的幅值，θ₁、θ₂...θ_n為各個(gè)響應(yīng)信號(hào)的滯后相位角。

通過(guò)傅立葉的復(fù)數(shù)表達(dá)式，將時(shí)域信號(hào)對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行繪圖；對(duì)于余弦信號(hào)，其電壓信號(hào)實(shí)部的表達(dá)式為：

電壓信號(hào)虛部的表達(dá)式為：

電流信號(hào)實(shí)部的表達(dá)式為：

電流信號(hào)虛部的表達(dá)式為：

通過(guò)積分將時(shí)域量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻域量；在對(duì)應(yīng)整數(shù)倍的時(shí)間周期內(nèi)進(jìn)行積分，消除測(cè)量誤差。

阻抗根據(jù)輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的復(fù)數(shù)比進(jìn)行計(jì)算，可得

Z_r(ω)和Z_j(ω)分別為阻抗對(duì)應(yīng)的實(shí)部和虛部，計(jì)算出各個(gè)頻率下電池的阻抗，最終得出待測(cè)電池的阻抗譜。

本發(fā)明通過(guò)多頻率傅立葉方法進(jìn)行阻抗計(jì)算?？朔藗鹘y(tǒng)的交流阻抗測(cè)量方法只能一次測(cè)量一個(gè)頻率下的值進(jìn)行計(jì)算，而測(cè)量一個(gè)完整的阻抗譜需要花費(fèi)幾分鐘或幾十分鐘甚至幾個(gè)小時(shí)這一問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了在幾秒鐘內(nèi)將一個(gè)完整頻率范圍內(nèi)的阻抗譜測(cè)出，具有速度快，效率高的有益效果，且算法穩(wěn)健，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

綜上所述，本發(fā)明可快速測(cè)量出電池的阻抗，且效率高、算法穩(wěn)健、硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖；

附圖標(biāo)記：1-主控制器模塊，2-加法器模塊，3-標(biāo)準(zhǔn)電阻，4-待測(cè)電池，5-電壓采集與信號(hào)處理模塊，6-隔直電容，7-各交流信號(hào)源。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1所示，一種電池阻抗測(cè)試系統(tǒng)，包括主控制器模塊1、加法器模塊2、標(biāo)準(zhǔn)電阻3、待測(cè)電池4、電壓采集與信號(hào)處理模塊5、隔直電容6、各交流信號(hào)源7。

在本實(shí)施例中，主控制器模塊1采用STM32最小系統(tǒng)及外圍；加法器模塊2采用運(yùn)算放大器搭建的多信號(hào)加法器；標(biāo)準(zhǔn)電阻3選用功率為3W，精度為1‰的金屬膜電阻；待測(cè)電池4采用2V 500Ah的鉛蓄電池；隔直電容采用3300uF 25V的電解電容；各交流信號(hào)源7采用多路并行的信號(hào)發(fā)生器模塊。

整個(gè)系統(tǒng)的主要工作流程如下：

主控制器模塊控制各交流信號(hào)源產(chǎn)生頻率(ω₁、ω₁……ω_n)幅度分別為(C₁、C₂……C_n)的恒定交流信號(hào)C₁COSω₁t、C₂COSω₂t……C_nCOSω_nt，經(jīng)過(guò)加法器模塊進(jìn)行加法運(yùn)算后得到復(fù)合信號(hào)(V_f＝C₁COSω₁t+C₂COSω₂t+...C_nCOSω_nt)然后施加到待測(cè)電池上。

電壓采樣與信號(hào)處理模塊測(cè)出待測(cè)電池上的電池電壓為(V_u＝A₁COSω₁t+A₂COSω₂t+...A_nCOSω_nt)以及標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓信號(hào)(V_i＝B₁COS(ω₁t+θ₁)+B₂COS(ω₂t+θ₂)+...B_nCOS(ω_nt+θ_n))，然后控制器模塊通過(guò)多頻率傅立葉交流阻抗測(cè)量方法進(jìn)行阻抗計(jì)算。

電壓采集與信號(hào)處理模塊所采集的標(biāo)準(zhǔn)電阻的電壓為V_i，所采集的待測(cè)電池的電壓為V_u，

V_u＝A₁COSω₁t+A₂COSω₂t+...A_nCOSω_nt，n≥1；

V_i＝B₁COS(ω₁t+θ₁)+B₂COS(ω₂t+θ₂)+...B_nCOS(ω_nt+θ_n)，n≥1；

I_t＝V_i/R；

常數(shù)A₁、A₂...A_n分別為各個(gè)交流信號(hào)源的幅值，ω₁、ω₂...ω_n分別為各個(gè)交流信號(hào)源的角頻率，B₁、B₂...B_n為各個(gè)響應(yīng)信號(hào)的幅值，θ₁、θ₂...θ_n為各個(gè)響應(yīng)信號(hào)的滯后相位角。

通過(guò)傅立葉的復(fù)數(shù)表達(dá)式，就可以將時(shí)域信號(hào)對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行繪圖。

對(duì)于余弦信號(hào)，其電壓信號(hào)的實(shí)部的表達(dá)式為：

電壓信號(hào)虛部的表達(dá)式為:

電流信號(hào)實(shí)部的表達(dá)式為：

電流信號(hào)虛部的表達(dá)式為：

通過(guò)積分將時(shí)域量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻域量，在對(duì)應(yīng)整數(shù)倍的時(shí)間周期內(nèi)進(jìn)行積分，以消除測(cè)量誤差。

阻抗根據(jù)輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的復(fù)數(shù)比進(jìn)行計(jì)算，可得

Z_r(ω)和Z_j(ω)分別為阻抗對(duì)應(yīng)的實(shí)部和虛部。

綜上所述，可以看出，本發(fā)明能夠快速計(jì)算測(cè)出阻抗的實(shí)部Z_r(ω)和虛部Z_j(ω)，計(jì)算出各個(gè)頻率下電池的阻抗，最終得出電池的阻抗譜。