一种高压储能系统电化学阻抗谱测量装置及控制策略的制作方法

本技术涉及电池阻抗谱检测，特别是涉及一种高压储能系统电化学阻抗谱测量装置及控制策略。

背景技术：

1、在电池储能系统中电池起到储能和释放电能的重要作用，继上世纪70年代首个锂离子电池研制成功之后，锂离子电池得到了迅速发展，目前已占据电化学储能电池市场的主导地位。储能系统中常用的是磷酸铁锂电池，在储能管理中，为了确保锂离子电池处于最佳的工作状态，使其性能最大化，通常需使用电池管理系统对其进行状态监测和能量管理。

2、电化学阻抗谱是一种研究电化学界面过程的重要方法，由于其测量过程不会对电池造成破坏，因此该方法属于无损测量。其通过对系统施加不同频率的小振幅正弦扰动来进行阻抗测量，具体步骤是用角频率为ω的振幅较小的正弦波电流信号对一个足够稳定的电池系统进行扰动时，该系统会产生角频率同样为ω的电压信号，而此时响应信号与激励信号的比值，就是电化学阻抗，通过变化角频率ω，测得一组不同的数值，将其绘制为波特图，即为电池系统的电化学阻抗谱。

3、通过对测得的阻抗谱的不同频段范围进行分析，可以得到电池内部电化学反应的相关信息，如电池各部分阻抗和电荷传递等。电池的阻抗主要受soc、温度和老化状态影响，通过研究各阻抗参数随影响因素以及电池寿命的变化，可以建立合适的函数关系用于预测电池的荷电状态soc、健康状态soh以及剩余使用寿命等。

4、但是，现有的电化学阻抗谱的在线测量方法基本上都是针对低压200v以下的电池簇进行测量，受限于内部电路拓扑和元器件选型，无法应用于千伏级储能系统；因此，急需研究可以应用于千伏级储能系统的电化学阻抗谱在线测量方法。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种能够应用于千伏级储能系统的高压储能系统电化学阻抗谱测量装置及控制策略。

2、第一方面，本技术提供了一种高压储能系统电化学阻抗谱测量装置，包括：

3、电池串，包括串联连接的多个电芯；

4、电压电流检测单元，与所述电池串电连接，用于测量各个所述电芯的电压和所述电池串的电流；

5、激励电流注入电路，包括串联连接的电流传感器、第一开关、电感元件和半桥功率模组；所述激励电流注入电路的第一端与所述电池串的第一端电连接，所述激励电流注入电路的第二端与所述电池串的第二端电连接；

6、所述半桥功率模组包括串联连接的n个半桥模块，所述半桥模块包括并联连接的桥臂单元和电容单元，所述桥臂单元包括串联连接的第一开关管和第二开关管，所述电容单元至少包括第一电容；其中，n≥2，且n为整数；

7、其中，第一级所述半桥模块的第一节点与所述电池串的第一端电连接，本级所述半桥模块的第二节点与下一级所述半桥模块的第一节点电连接；所述半桥模块中的所述第一开关管和所述第二开关管在所述第一节点电连接，所述第二开关管和所述电容单元在所述第二节点电连接。

8、在其中一个实施例中，所述电池串的第一端为正极端；

9、所述电流传感器、所述第一开关、所述电感元件依次串联连接于所述正极端和所述半桥功率模组之间。

10、在其中一个实施例中，所述第一开关管和所述第二开关管中的至少一者采用绝缘栅双极晶体管。

11、在其中一个实施例中，所述装置还包括储能变流器，以及与所述储能变流器的第一端电连接的交流电网；

12、所述储能变流器的第二端通过第二开关与所述电池串的第一端电连接，所述储能变流器的第三端与所述电池串的第二端电连接。

13、在其中一个实施例中，所述装置还包括电池管理系统，所述电压电流检测单元集成于所述电池管理系统。

14、第二方面，本技术提供了一种高压储能系统电化学阻抗谱测量装置的控制策略，应用于任一项所述的高压储能系统电化学阻抗谱测量装置；所述高压储能系统电化学阻抗谱测量装置包括储能变流器，以及与所述储能变流器的第一端电连接的交流电网；所述储能变流器的第二端通过第二开关与电池串的第一端电连接；

15、所述控制策略包括：

16、在第一开关处于闭合状态、所述第二开关处于断开状态，且半桥功率模组充电完成的情况下，控制激励电流注入电路输出预设频率的电流至所述电池串；

17、所述电压电流检测单元测量各个电芯在所述预设频率的电流驱动下的电压，以及测量所述电池串的电流，以确定各个所述电芯在所述预设频率的电流驱动下的电化学阻抗；

18、控制所述激励电流注入电路输出多种预设频率下的电流至所述电池串，以测量各个所述电芯在各种频率的电流驱动下的所述电化学阻抗，基于不同频率下的所述电化学阻抗确定各个所述电芯的电化学阻抗谱。

19、在其中一个实施例中，在所述控制激励电流注入电路输出预设频率的电流至所述电池串之前，还包括：

20、基于各个半桥模块的占空比中的直流分量，调节各个所述半桥模块的电容单元的电容电压；

21、基于各个所述半桥模块的占空比中的交流分量，调节待向所述电池串输出的电流的频率和幅值。

22、在其中一个实施例中，所述基于各个半桥模块的占空比中的直流分量，调节各个所述半桥模块的电容单元的电容电压，包括：

23、获取各个所述半桥模块当前的实际电容电压值，计算所述半桥功率模组中所述半桥模块的所述实际电容电压值的平均值；

24、获取所述半桥模块的目标电容电压值，并计算所述目标电容电压值与所述平均值的第一差值，将所述第一差值转换为第二开关管的第一占空比；

25、计算所述平均值分别与各个所述半桥模块的所述实际电容电压值的第二差值，将所述第二差值转换为对应的所述第二开关管的第二占空比；

26、计算各个所述第二开关管对应的所述第一占空比与所述第二占空比之和，得到各个所述第二开关管的目标占空比；

27、基于所述第二开关管的所述目标占空比向对应的各个所述半桥模块传送驱动信号，以调节各个所述半桥模块的电容单元的电容电压。

28、在其中一个实施例中，所述基于所述第二开关管的所述目标占空比向各个所述半桥模块传送驱动信号，包括：

29、基于所述第二开关管的所述目标占空比，叠加所述预设频率的交流正弦波，得到所述半桥模块的调制波；

30、基于比较各个所述半桥模块的所述调制波和三角载波的大小，向各个所述半桥模块的所述第二开关管传送所述驱动信号中的第一驱动信号；其中，所述交流正弦波的幅值关联于所述预设频率的电流的交流分量的幅值。

31、在其中一个实施例中，还包括：

32、基于向各个所述半桥模块的所述第二开关管传送的所述第一驱动信号，计算向各个所述半桥模块的所述第一开关管传送的第二驱动信号；其中，各个所述半桥模块的所述第一开关管的第二驱动信号与对应的所述第二开关管的所述第一驱动信号互补；本级所述半桥模块的所述三角载波与下一级所述半桥模块的所述三角载波之间相差一个预设相位；

33、向各个所述半桥模块的所述第二开关管传送所述驱动信号中的第一驱动信号的情况下，同时向所述第一开关管传送所述驱动信号中的所述第二驱动信号。

34、上述本技术提供了一种高压储能系统电化学阻抗谱测量装置及控制策略，通过设置高压储能系统电化学阻抗谱测量装置中包括电池串、与电池串电连接的电压电流检测单元、以及激励电流注入电路，激励电流注入电路的第一端与电池串的第一端电连接，第二端与电池串的第二端电连接；如此设置，可以实现激励电流注入电路对电池串输入激励电流，通过电压电流检测单元测量电池串中各个电芯的电压和电池串的电流；此外，还设置激励电流注入电路包括串联连接的电流传感器、第一开关、电感元件和半桥功率模组，半桥功率模组包括串联连接的n个半桥模块，半桥模块包括并联连接的桥臂单元和电容单元，桥臂单元包括串联连接的第一开关管和第二开关管，电容单元至少包括第一电容；其中，多个半桥功率模块串联运行，适用于千伏级电池系统阻抗频谱测量；采用这种多个半桥功率模块串联的电路拓扑，可以大大提高等效的开关频率，从而能够产生较高频率电流信号，进而绘制出电化学阻抗谱曲线中的高频部分。