專利名稱：用于交流注入法檢測電池內(nèi)阻的交流電流源及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源領(lǐng)域，尤其涉及一種用于交流注入法檢測電池內(nèi)阻的交流電流源及其控制方法。
背景技術(shù)：
蓄電池作為電源系統(tǒng)停電時的備用電源，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、交通、通信等行業(yè)。如果電池失效或容量不足，就有可能造成重大事故，所以必須對蓄電池的運行參數(shù)進行全面的在線監(jiān)測。蓄電池狀態(tài)的重要標志之一就是其內(nèi)阻狀態(tài)。無論是蓄電池即將失效、 容量不足或是充放電不當，都能從它的內(nèi)阻變化中體現(xiàn)出來。因此可以通過測量蓄電池內(nèi)阻，對其工作狀態(tài)進行評估。常見的蓄電池內(nèi)阻檢測方法有密度法、開路電壓法、直流放電法、交流注入法。因為密度法和開路電壓法本身的局限性，很少應(yīng)用在電池內(nèi)阻的在線檢測中；而直流放電法通常需要提供幾十安培的放電電流，放電電阻體積大，功耗大，測試儀體積無法做小，并且這種大電流的放電測試也不能頻繁進行，所監(jiān)測的內(nèi)阻數(shù)據(jù)實時性就不強。相比而言，交流注入法不需對蓄電池進行放電，因此帶來了很大的便利性。針對電池這種特殊的負載，根據(jù)其等效模型，通常只需要設(shè)計一個交流電流源來給電池注入幾A (根據(jù)電池容量不同，電流設(shè)定值不同，以免損壞電池)，頻率為100 500Hz左右的交流電流，再配合專用的動態(tài)內(nèi)阻測試儀，檢測交流電流與紋波電壓之間的幅值和相位關(guān)系，通過軟件進行一定的濾波和解算處理，即可計算出內(nèi)阻(毫歐級)。傳統(tǒng)的交流電流源典型拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示，其首先產(chǎn)生一個相當高的母線電壓 (在電池電壓為600VDC時，母線電壓常達到800VDC)，很顯然，在機房及一些重要的應(yīng)用場合，這種方式會帶來非常大的安全隱患，一旦功率器件出現(xiàn)故障或失效(研究表明在高電壓應(yīng)力場合，半導(dǎo)體功率器件的失效率相對于低壓場合顯著上升)，將導(dǎo)致母線或電池短路，同時存在電感飽和的風險，系統(tǒng)的可靠性下降。因此，該方案雖理論上可行，但從未得到實際應(yīng)用。現(xiàn)有技術(shù)常用的內(nèi)阻測試儀為手持式檢測儀。手持式檢測儀雖然能夠?qū)崿F(xiàn)單體電池電流的注入與內(nèi)阻檢測，但同時也存在相應(yīng)的弊端由于在大型機房電池的實際應(yīng)用環(huán)境中，受空間限制，電池往往被裝入了電池柜或電池架，因此要定時對電池進行監(jiān)測，手持式的注入方法顯然操作比較困難，同時容易給操作人員帶來人身危險；另一方面，在大型機房電池的實際應(yīng)用環(huán)境中，由于蓄電池的節(jié)數(shù)通常比較多 (大于40節(jié)以上)，因此采用手持式電池內(nèi)阻儀的檢測方法耗費較多的時間，同時不能在線長時間檢測，因此不利于電池性能的連續(xù)監(jiān)控，無法自動繪制曲線圖；手持式電池內(nèi)阻儀雖然也能注入電流，但由于注入電流很小，在機房應(yīng)用中容易受到強噪聲的影響，因此比較適合單體電池的靜態(tài)測試，在線測試時往往存在精度不高的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于交流注入法檢測電池內(nèi)阻的交流電流源，該電流源能以極低的母線電壓為一組或多組高壓電池組注入電流，大大降低功率半導(dǎo)體器件的電壓應(yīng)力，在顯著提高系統(tǒng)可靠性的同時，明顯提高系統(tǒng)效率。本發(fā)明進一步所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于交流注入法檢測電池內(nèi)阻的交流電流源的控制方法，該方法可保證交流電流源輸出電流的穩(wěn)定性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于交流注入法檢測電池內(nèi)阻的交流電流源，包括依次連接的隔離降壓電路、整流電路、逆變電路、以及LC諧振電路，其中，所述LC諧振電路的輸出端還通過一控制電路反向連接至所述逆變電路，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，且所述LC諧振電路中采用隔直電容。優(yōu)選地，所述逆變電路和LC諧振電路之間還設(shè)置有一軟啟動電路，該軟啟動電路與所述控制電路相連。優(yōu)選地，所述控制電路包括有從所述LC諧振電路的輸出端到所述逆變電路的輸入端依次連接的采樣電路、控制芯片、驅(qū)動電路，且所述控制芯片與所述軟啟動電路相連。優(yōu)選地，所述逆變電路為全橋逆變電路或者半橋逆變電路，所述整流電路為全波整流電路。優(yōu)選地，所述控制芯片還設(shè)置有后臺上位機通信接口和/或內(nèi)阻檢測儀通信接□。優(yōu)選地，所述控制芯片為TMS320F28016型DSP。相應(yīng)地，本發(fā)明還公開了一種用于上述交流電流源的控制方法，包括以下步驟固定頻率發(fā)生步驟，以固定的占空比及中心頻率發(fā)出SPWM波；頻率調(diào)節(jié)步驟，逐漸增大所述SPWM波的頻率，并根據(jù)其反饋電流的變化趨勢調(diào)節(jié)所述頻率，直到所述電流達到最大值；頻點選定步驟，固定所述電流達到最大值時的頻率，并以該頻率作為本次逆變部分的最佳工作頻率。優(yōu)選地，在所述頻率調(diào)節(jié)步驟中，根據(jù)其電流的變化趨勢調(diào)節(jié)所述頻率具體包括檢測電流的變化趨勢，如果電流增加，則繼續(xù)增大頻率，反之則降低頻率。優(yōu)選地，所述中心頻率值為400Hz。優(yōu)選地，在所述固定頻率發(fā)生步驟之前還包括有開機自檢步驟，進行開機復(fù)位自檢；采樣通道校準步驟，對所述采樣電路的通道進行校準。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的實施例通過在交流電流源的功率回路串聯(lián)高壓隔直電容，利用電容的交流耦合效應(yīng)實現(xiàn)了電流的傳遞，同時由于電池電壓全部降落在該電容上，從而巧妙的減低了母線電壓，也就意味著降低了功率管的電壓應(yīng)力(降低到幾十V以內(nèi))，因此大大提供了注入源的可靠性和穩(wěn)定性；并通過加入一個諧振電感，極大地降低了基波LC回路的阻抗， 而對高頻分量諧波電流進行了抑制，由于電池本身的阻抗很小，因此只需要很小的母線能量就能產(chǎn)生較大的電流，從而提高了系統(tǒng)效率；并通過在每次開機自檢時，對LC網(wǎng)絡(luò)的固有諧振頻率進行判斷，確保系統(tǒng)一直處于最佳工作頻率點，從而保證了系統(tǒng)輸出電流的穩(wěn)定性。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的交流電流源的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的用于交流注入法檢測電池內(nèi)阻的交流電流源一個實施例的系統(tǒng)控制框圖。圖3是本發(fā)明的用于交流注入法檢測電池內(nèi)阻的交流電流源一個實施例的主功率轉(zhuǎn)換電路圖。圖4是本發(fā)明的用于交流注入法檢測電池內(nèi)阻的交流電流源的控制方法一個實施例的流程圖。
具體實施例方式下面參考圖2和圖3詳細描述本發(fā)明的用于交流注入法檢測電池內(nèi)阻的交流電流源的一個實施例；如圖所示，本實施例主要包括有依次連接的隔離降壓電路1、整流電路2、逆變電路3、LC諧振電路4，其中，LC諧振電路4的輸出端與待充電電池連接，并且，還通過一控制電路5反向連接至逆變電路3，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，且所述LC諧振電路4中采用隔直電容C5-C8、ClO0另外，在逆變電路3和LC諧振電路4之間還設(shè)置有一軟啟動電路6，該軟啟動電路 6與控制電路5相連。具體實現(xiàn)時，控制電路5包括有從LC諧振電路4的輸出端到逆變電路3的輸入端依次連接的采樣電路51、控制芯片52、驅(qū)動電路53，且控制芯片53與軟啟動電路6相連。作為本實施例的一個實現(xiàn)方式，逆變電路3可采用全橋逆變電路或者半橋逆變電路；整流電路2采用的是全波整流電路。具體實現(xiàn)時，所述控制芯片還設(shè)置有后臺上位機通信接口和/或內(nèi)阻檢測儀通信接口，從而實現(xiàn)通過后臺上位機設(shè)置工作間隔周期，以防止頻繁工作損壞電池；以及與電池內(nèi)阻檢測儀之間通訊。作為本實施例的一種實現(xiàn)方式，所述控制芯片52可采用TMS320F28016型DSP。如圖3所示，本實施例前級通過工頻隔離、降壓、整流、濾波后產(chǎn)生低壓直流母線 (小于60Vdc)，利用正弦脈寬調(diào)制原理，在橋臂中點產(chǎn)生SPWM正弦波，經(jīng)LC串聯(lián)濾波后得到可控正弦電流。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例的優(yōu)點在于通過在交流電流源的功率回路串聯(lián)高壓隔直電容，利用電容的交流耦合效應(yīng)實現(xiàn)了電流的傳遞，同時電池電壓全部降落在該電容上，從而巧妙的減低了母線電壓，也就意味著降低了功率管的電壓應(yīng)力(降低到幾十V以內(nèi))，因此大大提供了注入源的可靠性和穩(wěn)定性。而另一方面
Α、由于系統(tǒng)體積的限制，無法使用大容量的高壓隔直電容，在頻率僅為幾百赫茲時，其交流阻抗很大，導(dǎo)致在母線電壓很低的情況下，即使占空比開到最大，其電流依然較小，無法滿足為多組電池注入諧波的要求。B、由于橋臂中點電壓為SPWM波，除基波外其含有豐富的諧波分量，由于諧波分量的頻率相對較高，因此更加容易通過隔直電容產(chǎn)生其它頻率的高次諧波電流分量，從而降低了電池內(nèi)阻檢測儀的檢測精度。為解決上述難題，本實施例利用LC諧振原理，通過加入一個諧振電感，從而極大地降低了基波LC回路的阻抗，而對高頻分量諧波電流進行了抑制。由于電池本身的阻抗很小，因此只需要很小的母線能量就能產(chǎn)生較大的電流，進一步降低了母線電壓，從而提高了系統(tǒng)效率。本設(shè)備僅為IU高度，采用固定連接方式，能夠為一組或多組電池同時注入電流， 節(jié)省了成本和空間。下面參考圖4詳細描述本發(fā)明的用于交流注入法檢測電池內(nèi)阻的交流電流源的控制方法的一個實施例；如圖所示，本實施例對所述交流電流源實施一次控制流程主要包括有在固定頻率發(fā)生步驟Sl中，以固定的占空比及中心頻率發(fā)出SPWMZ波；在頻率調(diào)節(jié)步驟S2中，逐漸增大所述SPWM波的頻率，并根據(jù)其反饋電流的變化趨勢調(diào)節(jié)所述頻率，直到所述電流達到最大值；在頻點選定步驟S3中，固定所述電流達到最大值時的頻率，并以該頻率作為本次逆變部分的最佳工作頻率。具體實現(xiàn)時，在所述頻率調(diào)節(jié)步驟S2中，根據(jù)其電流的變化趨勢調(diào)節(jié)所述頻率可具體包括檢測電流的變化趨勢，如果電流增加，則繼續(xù)增大頻率，反之則降低頻率。具體實現(xiàn)時，所述中心頻率值為400Hz。另外，作為本實施例的一個實現(xiàn)方式，在所述固定頻率發(fā)生步驟Sl之前還可包括有在開機自檢步驟SOl中，對系統(tǒng)進行開機復(fù)位自檢；在采樣通道校準步驟(圖中略)中，對所述采樣電路的通道進行校準。由于LC諧振網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)參數(shù)的離散型，LC固有的諧振頻率常常與控制基波頻率之間出現(xiàn)較大的偏差，從而影響了系統(tǒng)輸出電流的穩(wěn)定性。因而，本實施例采用了擾動的原理，自動判斷LC固有諧振頻率，并通過調(diào)頻方式降低LC諧振網(wǎng)絡(luò)阻抗，從而確保了系統(tǒng)一直工作在最佳狀態(tài)。以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于交流注入法檢測電池內(nèi)阻的交流電流源，其特征在于該電流源包括有依次連接的隔離降壓電路、整流電路、逆變電路、以及LC諧振電路，其中，所述LC諧振電路的輸出端還通過一控制電路反向連接至所述逆變電路，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，且所述LC諧振電路中采用隔直電容。
2.如權(quán)利要求1所述的用于交流注入法測檢測電池內(nèi)阻的交流電流源，其特征在于 所述逆變電路和LC諧振電路之間還設(shè)置有一軟啟動電路，該軟啟動電路與所述控制電路相連。
3.如權(quán)利要求2所述的用于交流注入法測檢測電池內(nèi)阻的交流電流源，其特征在于 所述控制電路包括有從所述LC諧振電路的輸出端到所述逆變電路的輸入端依次連接的采樣電路、控制芯片、驅(qū)動電路，且所述控制芯片與所述軟啟動電路相連。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的用于交流注入法檢測電池內(nèi)阻的交流電流源，其特征在于所述逆變電路為全橋逆變電路或者半橋逆變電路，所述整流電路為全波整流電路。
5.如權(quán)利要求4所述的用于交流注入法檢測電池內(nèi)阻的交流電流源，其特征在于所述控制芯片還設(shè)置有后臺上位機通信接口和/或內(nèi)阻檢測儀通信接口。
6.如權(quán)利要求5所述的用于交流注入法檢測電池內(nèi)阻的交流電流源，其特征在于所述控制芯片為TMS320M8016型DSP。
7.—種如權(quán)利要求2-6中任一項所述的交流電流源的控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟固定頻率發(fā)生步驟，以固定的占空比及中心頻率發(fā)出SPWM波；頻率調(diào)節(jié)步驟，逐漸增大所述SPWM波的頻率，并根據(jù)其反饋電流的變化趨勢調(diào)節(jié)所述頻率，直到所述電流達到最大值；頻點選定步驟，固定所述電流達到最大值時的頻率，并以該頻率作為本次逆變部分的最佳工作頻率。
8.如權(quán)利要求7所述的交流電流源的控制方法，其特征在于，在所述頻率調(diào)節(jié)步驟中， 根據(jù)其電流的變化趨勢調(diào)節(jié)所述頻率具體包括檢測電流的變化趨勢，如果電流增加，則繼續(xù)增大頻率，反之則降低頻率。
9.如權(quán)利要求8所述的交流電流源的控制方法，其特征在于所述中心頻率值為 400Hz。
10.如權(quán)利要求9所述的交流電流源的控制方法，其特征在于，在所述固定頻率發(fā)生步驟之前還包括有開機自檢步驟，進行開機復(fù)位自檢；采樣通道校準步驟，對所述采樣電路的通道進行校準。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于交流注入法檢測電池內(nèi)阻的交流電流源，包括有依次連接的隔離降壓電路、整流電路、逆變電路、以及LC諧振電路，其中，所述LC諧振電路的輸出端還通過一控制電路反向連接至所述逆變電路，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，且所述LC諧振電路中采用隔直電容。本發(fā)明還公開了相應(yīng)的交流電流源的控制方法。本發(fā)明能以極低的母線電壓為一組或多組高壓電池組注入電流，大大降低功率半導(dǎo)體器件的電壓應(yīng)力，在顯著提高系統(tǒng)可靠性的同時，明顯提高系統(tǒng)效率。
文檔編號G01R27/02GK102495374SQ20111039636
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者歐海輝, 陳恒留 申請人:深圳市晶福源電子技術(shù)有限公司