一种电化学阻抗谱结合主动均衡的检测系统及方法与流程

本发明涉及电池检测领域，尤其涉及一种电化学阻抗谱结合主动均衡的检测系统及方法。

背景技术：

1、储能电池一般指的是储能蓄电池，储能蓄电池主要是指使用于太阳能发电设备和风力发电设备以及可再生能源储蓄能源用的蓄电池。常见的储能蓄电池为铅酸蓄电池。目前正在逐步开发以磷酸铁锂为正极材料的锂离子储能电池。

2、储能电池作为一种可反复存储并释放能量的装置，在新能源领域得到了广泛应用。然而，随着电池组容量的增大和充放电次数的增加，电池组的不一致性逐渐增加，电池组内阻增加，性能逐渐下降，电池soc、soh预估的准确性难度越来越大。

3、电池电化学阻抗谱（eis）测试是一种重要的电池状态评估方法，通过测量电池在不同频率下的电化学阻抗，可以获得电池的欧姆内阻、电荷传递内阻、扩散内阻等参数信息，从而为电池容量及寿命，循环的稳定性等电池更精准的管理提供依据。

4、然而，现有的储能电池eis检测电路过于复杂，且现有电池管理系统通常都采用被动均衡方式，无法有效解决电池组的不一致性问题。

5、于是，发明人有鉴于此，秉持多年该相关行业丰富的设计开发及实际制作的经验，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提供一种电化学阻抗谱结合主动均衡的检测系统及方法，以期达到更具有实用价值的目的。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中提到的现有的储能电池eis检测电路过于复杂，且现有电池管理系统通常都采用被动均衡方式，无法有效解决电池组的不一致性问题，本发明提供一种电化学阻抗谱结合主动均衡的检测系统及方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种电化学阻抗谱结合主动均衡的检测系统及方法，包括信号激励模块、响应接收电路、电压采集电路和主动均衡电路：

4、信号激励模块：用于产生的不同频率正弦波激励信号被施加到储能电池上，以激发其内部的电化学反应；

5、响应接收电路：用于捕捉和处理储能电池对激励信号的响应电流，为eis分析提供数据；

6、电压采集电路：在采用电压激励进行储能eis检测时的同时监测储能电池的电芯电压；

7、主动均衡电路：根据响应信号，通过调整电池组中各个单体电池的电量、电压参数，对储能电池进行主动均衡。

8、优选的，所述信号激励模块电路包括微控制单元mcu、模数转换器adc和数字模拟转换器dac，所述微控制单元mcu分别与模数转换器adc和数字模拟转换器dac连接。

9、优选的，所述响应接收电路包括运算放大器u1和运算放大器u3；

10、其中，所述运算放大器u1的同向输入端与输出端之间的导线上串联有电阻r5、电阻r6、电阻r3和电阻r2，所述运算放大器u1的同向输入端与输出端之间的导线上还设置有与电阻r6并联的电容c2，所述电阻r5与电阻r6之间接入电源bt1的正极；

11、所述运算放大器u1的同向输入端通过导线连接电阻r7并接地，该接地导线上还设置有与电阻r7并联的电容c3；

12、所述运算放大器u1的反向输入端接地，且该接地的导线上设置有电容c1，所述运算放大器u1的反向输入端与电阻r3和电阻r2之间连接；

13、所述运算放大器u1的输出端与模数转换器adc之间连接的导线上设置有电阻r4；

14、与运算放大器u1连接的所述模数转换器adc通过导线接地，且该导线上设置有电容c4。

15、优选的，所述运算放大器u3的同向输入端与输出端之间的导线上串联有电阻r15、电阻r16、电阻r13和电阻r12，所述运算放大器u1的同向输入端与输出端之间的导线上还设置有与电阻r16并联的电容c8，所述电阻r15与电阻r16之间接入电源bt2的正极；

16、所述运算放大器u3的同向输入端通过导线连接电阻r17并接地，该接地导线上还设置有与电阻r17并联的电容c9；

17、所述运算放大器u3的反向输入端接地，且该接地的导线上设置有电容c7，所述运算放大器u3的反向输入端与电阻r13和电阻r12之间连接；

18、所述运算放大器u3的输出端与模数转换器adc之间连接的导线上设置有电阻r14；

19、与运算放大器u3连接的所述模数转换器adc通过导线接地，且该导线上设置有电容c10。

20、优选的，所述电压采集电路包括运算放大器u2和运算放大器u4；

21、其中，所述运算放大器u2的同向输入端通过导线接入电阻r6和电阻r3之间，且该导线上设置有电阻r1，所述运算放大器u2的同向输入端通过导线连接电阻r8并接地，该接地导线上还设置有与电阻r8并联的电容c5；

22、所述运算放大器u2的反向输入端与电源bt1负极连接的导线上设置有电阻r11，所述运算放大器u2的反向输入端与运算放大器u2的输出端之间连接有电阻r9；

23、所述运算放大器u2的输出端与模数转换器adc连接。

24、优选的，所述运算放大器u4的同向输入端通过导线接入电阻r15和电阻r16之间，且该导线上设置有电阻r22，所述运算放大器u2的同向输入端通过导线连接电阻r18并接地，该接地导线上还设置有与电阻r18并联的电容c11；

25、所述运算放大器u4的反向输入端与电源bt2负极连接的导线上设置有电阻r21，所述运算放大器u4的反向输入端与运算放大器u4的输出端之间连接有电阻r19；

26、所述运算放大器u2的输出端与模数转换器adc连接。

27、优选的，所述主动均衡电路包括开关管q1、开关管q2和开关管q3；

28、其中，所述开关管q1和开关管q3的栅极均与微控制单元mcu连接，所述开关管q1的源极与电源bt1的正极连接，所述开关管q1的漏极通过导线与电源bt1的负极连接，且该导线上串联设置有电容c6、电阻r10和开关spst1，所述开关管q1的漏极还通过导线与开关管q2的源极连接；

29、所述数字模拟转换器dac通过导线接入电容c6与电阻r10之间。

30、优选的，所述开关管q2的漏极通过导线与开关管q3的源极连接；

31、所述开关管q3的源极通过导线与电源bt2的正极连接，且该导线上串联设置有电容c12、电阻r20和开关spst2，所述开关管q3的漏极通过导线与电源bt2的负极连接；

32、所述数字模拟转换器dac通过导线接入电容c12与电阻r20之间。

33、优选的，一种电化学阻抗谱结合主动均衡的检测方法，包括如下步骤：

34、系统初始化：启动储能系统，初始化eis检测电路和主动均衡电路，检查所有电池单体的状态和连接，确保系统准备就绪；

35、eis检测启动：向电池组施加小幅度的正弦波电压信号；

36、数据采集：监测并记录每个电池单体在不同频率下的电压和电流响应；

37、eis数据分析：通过改变输入正弦波电压的频率范围，从低频到高频的宽广频段，以捕捉电池内部各种物理化学过程的不同时间常数对应的阻抗信息；计算在每个频率点上的电压与电流的比值，这个比值即为该频率下的复阻抗，包含了实部和虚部；进一步转化为幅值和相位角，将各个频率点对应的阻抗模量和相位角绘制成bode图和nyquist图，得到电池的电化学阻抗谱；通过比较不同电池单体的阻抗特性，识别电池之间的性能差异和不均衡状态；

38、健康状态评估：根据eis分析结果，评估每个电池单体的健康状态，包括容量、内阻和老化程度；

39、eis检测结束：完成eis测试后，停止施加激励信号，并等待电池状态稳定。

40、优选的，所述健康状态评估时评估电芯之间压差是否超过设定值，如果不超过设定值，系统可以返回到正常运行状态；

41、如果超过设定值，确定需要均衡，解除对主动均衡电路的禁用，允许其开始进行电池均衡操作。

42、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

43、本发明记载了一种电化学阻抗谱结合主动均衡的检测系统及方法，电路中eis检测与主动均衡共用元器件，简化了eis检测电路以及均衡电路的复杂性，降低运营成本；能够实现对储能电池的快速、准确、稳定的eis检测，可以及时发现潜在的安全隐患，降低事故风险，提高储能系统soc、soh的计算精度；预警电池过热、电池热失控，预测故障电芯，减少电池组内单体电池之间的差异，延长电池的使用寿命，具有良好的使用场景。