基于諧波檢測的電池壽命檢測系統(tǒng)及諧波電流控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電池性能檢測，特別是涉及一種基于諧波檢測的電池壽命檢測系統(tǒng)及 控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在主動(dòng)配電網(wǎng)中，需要儲(chǔ)能裝置來維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。連接到微網(wǎng)的分布式儲(chǔ)能系 統(tǒng)可以平抑短期或瞬時(shí)的波動(dòng)，連接到主網(wǎng)絡(luò)的集中式儲(chǔ)能系統(tǒng)可以平抑長時(shí)間的波動(dòng)。 因此當(dāng)分布式電源大量進(jìn)入配電網(wǎng)時(shí)，儲(chǔ)能發(fā)揮著很重要的作用。在多種多樣的儲(chǔ)能方式 中，從發(fā)展水平和實(shí)用角度來看，電池儲(chǔ)能是最可行的路線。
[0003] 級聯(lián)多電平變換器可實(shí)現(xiàn)將單體電池低電壓電池模塊串聯(lián)使用，由于其模塊化、 易擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)目前廣泛用于高壓大容量變換系統(tǒng)。此類拓?fù)渲?，直流?cè)電源采用電池，可用 于儲(chǔ)能系統(tǒng)。在變流器進(jìn)行電能變換時(shí)，流經(jīng)電池的電流中除含有開關(guān)頻率次的高頻分量 之外，還有很大含量的二次諧波。多認(rèn)為二次諧波對電池有不利影響，因此使用LC諧振電 路濾除二次諧波，然而LC體積龐大，且在實(shí)際使用過程中，LC的寄生電阻也會(huì)帶來其他問 題。
[0004] 目前并沒有確定的結(jié)論或明顯的證據(jù)證明其對電池壽命的影響，因此是否有必要 濾除二次諧波，需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。然而目前并沒有可用的諧波發(fā)生系統(tǒng)對電池進(jìn)行諧波 測試。
[0005] 因此，需要提供一種基于諧波檢測的電池壽命檢測系統(tǒng)及控制方法，以滿足對電 池壽命影響檢測的需要，同時(shí)，根據(jù)諧波電流引起的電壓波動(dòng)測量電池在某一頻率下的交 流阻抗，由此判斷電池的健康狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于諧波檢測的電池壽命檢測系統(tǒng)及控制 方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中沒有可用的諧波發(fā)生系統(tǒng)對電池進(jìn)行諧波測試的問題，同時(shí)應(yīng)用 此方案對電池的健康狀況進(jìn)行檢測。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0008] -種基于諧波檢測的電池壽命檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
[0009] 電能轉(zhuǎn)換電路，該電路包括待測電池接口、單橋臂模塊或H橋臂模塊、電感器L和 電壓源輸入端；所述單橋臂模塊上的每個(gè)橋臂上均設(shè)有晶體管開關(guān)；所述H橋臂模塊上的 每個(gè)橋臂上均設(shè)有晶體管開關(guān)；所述電感器與待測電池接口串聯(lián)，所述待測電池接口和電 感器L與單臂橋模塊或H橋臂模塊橋接，所述電壓源輸入端與單橋臂模塊或H橋臂模塊并 聯(lián)；
[0010] 控制單元，用于對所述電能轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行調(diào)制；
[0011] 電池管理模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控待測電池的電量狀態(tài)；和
[0012] 電池故障處理模塊，基于電池管理模塊獲取的待測電池的當(dāng)前狀態(tài)，對待測電池 出現(xiàn)的異常故障進(jìn)行處理。
[0013] 優(yōu)選的，該電路進(jìn)一步包括
[0014] 與待測電池接口并聯(lián)的第二電容C2;
[0015] 與電壓源輸入端并聯(lián)的第一電容C1和穩(wěn)壓電阻。
[0016] 3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池壽命檢測系統(tǒng)，其特征在于，該電路進(jìn)一步包括設(shè) 置在每個(gè)晶體管開關(guān)上的脈沖接收模塊。
[0017] 優(yōu)選的，所述控制單元包括該控制單元包括
[0018] 波形調(diào)制模塊，用于對電能轉(zhuǎn)換電路中當(dāng)前電流的波形進(jìn)行調(diào)制，獲得調(diào)制信 號；
[0019] PffM驅(qū)動(dòng)信號生成模塊，基于調(diào)制信號，產(chǎn)生PffM驅(qū)動(dòng)信號；
[0020] 驅(qū)動(dòng)信號隔離模塊，將PffM驅(qū)動(dòng)信號分別隔離，以脈沖的形式，發(fā)送至電能轉(zhuǎn)換電 路中的每個(gè)晶體管開關(guān)。
[0021 ] 優(yōu)選的，所述控制單元進(jìn)一步包括
[0022] 過壓過流保護(hù)模塊，根據(jù)電能轉(zhuǎn)換電路中待測電池的電壓和電能轉(zhuǎn)換電路中電流 的波形，產(chǎn)生保護(hù)調(diào)制信號，并輸入至PWM驅(qū)動(dòng)信號生成模塊；
[0023] 電池電壓滯環(huán)控制模塊，基于電能轉(zhuǎn)換電路中待測電池的當(dāng)前電壓，產(chǎn)生滯環(huán)控 制信號，并輸入至PWM驅(qū)動(dòng)信號生成模塊。
[0024] 優(yōu)選的，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括
[0025] 電流傳感器，用于采集電能轉(zhuǎn)換電路中流過電感器的電流；
[0026] 第一 AD調(diào)理電路，對所述電感器的電流進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；
[0027] 波形反饋模塊，將AD轉(zhuǎn)換后的電感器的電流反饋給波形調(diào)制模塊和過壓過流保 戶模塊；
[0028] 電壓傳感器，用于采集待測電池的當(dāng)前電壓；
[0029] 第二AD調(diào)理電路，對待測電池的當(dāng)前電壓進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。
[0030] 優(yōu)選的，電容交流阻抗C2/jw遠(yuǎn)大于電池阻抗，即C2?jwZ bat，其中，Zbat為電池阻 抗；第二電容CjP電感器L構(gòu)成截止頻率
t第二電容C2滿足
[0031] 優(yōu)選的，電感器L上的交流電壓幅值小于等于電池電壓，即輸出電流的幅值和頻 率應(yīng)滿足I jwLI I <Vbat，其中，I為輸出電流的幅值，Vbat為電池端電壓，輸出電流和頻率的乘 積 wl 滿足 wI〈|Vbat/L|。
[0032] 一種用于上述電池壽命檢測系統(tǒng)的諧波電流控制方法，該方法的步驟包括
[0033] S1、基于輸入電壓、電能轉(zhuǎn)換電路的電感值以及給定的電流頻率，調(diào)整實(shí)際值與給 定值的允許偏差，對PI參數(shù)：
進(jìn)行整定，其中，5%Ζ Θ為誤差 相對反饋電流的倍數(shù)，Kp-JK1S PI控制器的等效傳遞函數(shù)，w為輸出電流角頻率，L'為等效 電感；
[0034] S2、將系統(tǒng)給定的初始參考值與由AD采樣電路采集得到的反饋值作差，獲得向量 形式的誤差值；
[0035] S3、基于步驟Sl所述PI參數(shù)對所述誤差值進(jìn)行整定，輸出占空比控制量和檢測控 制量；
[0036] S4、將所述占空比控制量和檢測控制量經(jīng)PffM和驅(qū)動(dòng)信號隔離模塊反饋至控制系 統(tǒng)，控制系統(tǒng)對電池壽命的檢測；
[0037] S5、重復(fù)步驟S2至S4,保持系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0038] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0039] 現(xiàn)有的諧波發(fā)生器通常輸出正弦電壓和正弦電流，而電池電壓恒為正值，這種諧 波發(fā)生器不能加于電池兩端，無法用于電池測試。本發(fā)明所述技術(shù)方案能夠根據(jù)電池電壓 調(diào)整輸出合適的正弦電流和直流電壓，并施加于電池兩端，采用PI控制算法，根據(jù)該電路 特有的結(jié)構(gòu)，將PI參數(shù)整定過程詳細(xì)列出，建立控制模型，控制效果良好。
【附圖說明】
[0040] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明；
[0041] 圖1示出本發(fā)明所述一種基于諧波檢測的電池壽命檢測系統(tǒng)的示意圖；
[0042] 圖2示出本發(fā)明所述系統(tǒng)工作原理的示意圖；
[0043] 圖3示出本發(fā)明所述PI控制框圖；
[0044] 圖4示出PI控制系統(tǒng)中各參數(shù)的向量示意圖；
[0045] 圖5示出諧波電流引起的電壓波動(dòng)的阻抗測量的示意圖；
[0046] 圖6示出本發(fā)明所述電能變換拓?fù)潆娐返氖疽鈭D；
[0047] 圖7示出BUCK電路工作模式的示意圖；
[0048] 圖8示出BOOST電路工作模式的示意圖；
[0049] 圖9示出本發(fā)明實(shí)施例中采用單橋臂模式時(shí)電壓V1的輸出波形示意圖；
[0050] 圖10示出本發(fā)明實(shí)施例中采用全橋模式的電能變換拓?fù)潆娐返氖疽鈭D；
[0051] 圖11示出本發(fā)明實(shí)施例中采用全橋模式時(shí)電壓V1的輸出波形示意圖；
[0052] 圖12示出本發(fā)明實(shí)施例中直接直流方式的仿真結(jié)果示意圖；
[0053] 圖13示出本發(fā)明實(shí)施例中直接直流控制方式下諧波電流的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意 圖；
[0054] 圖14示出本發(fā)明實(shí)施例中直接直流控制方式下的電池電壓仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說 明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具 體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0056] 如圖1所示，本發(fā)明公開了一種基于諧波檢測的電池壽命檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 電能轉(zhuǎn)換電路、控制單元、單體電池