基于諧波檢測的電池壽命檢測系統及諧波電流控制方法
【技術領域】
[0001] 本發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及 控制方法。
【背景技術】
[0002] 在主動配電網中，需要儲能裝置來維持系統的穩定。連接到微網的分布式儲能系 統可以平抑短期或瞬時的波動，連接到主網絡的集中式儲能系統可以平抑長時間的波動。 因此當分布式電源大量進入配電網時，儲能發揮著很重要的作用。在多種多樣的儲能方式 中，從發展水平和實用角度來看，電池儲能是最可行的路線。
[0003] 級聯多電平變換器可實現將單體電池低電壓電池模塊串聯使用，由于其模塊化、 易擴展的優點目前廣泛用于高壓大容量變換系統。此類拓撲中，直流側電源采用電池，可用 于儲能系統。在變流器進行電能變換時，流經電池的電流中除含有開關頻率次的高頻分量 之外，還有很大含量的二次諧波。多認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，且在實際使用過程中，LC的寄生電阻也會帶來其他問 題。
[0004] 目前并沒有確定的結論或明顯的證據證明其對電池壽命的影響，因此是否有必要 濾除二次諧波，需要進行實驗驗證。然而目前并沒有可用的諧波發生系統對電池進行諧波 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及控制方法，以滿足對電 池壽命影響檢測的需要，同時，根據諧波電流引起的電壓波動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。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題是提供一種基于諧波檢測的電池壽命檢測系統及控制 方法，以解決現有技術中沒有可用的諧波發生系統對電池進行諧波測試的問題，同時應用 此方案對電池的健康狀況進行檢測。
[0007] 為解決上述技術問題，本發明采用下述技術方案：
[0008] -種基于諧波檢測的電池壽命檢測系統，該系統包括
[0009] 電能轉換電路，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橋臂上均設有晶體管開關；所述H橋臂模塊上的 每個橋臂上均設有晶體管開關；所述電感器與待測電池接口串聯，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；
[0010] 控制單元，用于對所述電能轉換電路進行調制；
[0011] 電池管理模塊，用于實時監控待測電池的電量狀態；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前狀態，對待測電池 出現的異常故障進行處理。
[0013] 優選的，該電路進一步包括
[0014] 與待測電池接口并聯的第二電容C2;
[0015] 與電壓源輸入端并聯的第一電容C1和穩壓電阻。
[0016] 3、根據權利要求1所述的電池壽命檢測系統，其特征在于，該電路進一步包括設 置在每個晶體管開關上的脈沖接收模塊。
[0017] 優選的，所述控制單元包括該控制單元包括
[0018] 波形調制模塊，用于對電能轉換電路中當前電流的波形進行調制，獲得調制信 號；
[0019] PffM驅動信號生成模塊，基于調制信號，產生PffM驅動信號；
[0020] 驅動信號隔離模塊，將PffM驅動信號分別隔離，以脈沖的形式，發送至電能轉換電 路中的每個晶體管開關。
[0021 ] 優選的，所述控制單元進一步包括
[0022] 過壓過流保護模塊，根據電能轉換電路中待測電池的電壓和電能轉換電路中電流 的波形，產生保護調制信號，并輸入至PWM驅動信號生成模塊；
[0023] 電池電壓滯環控制模塊，基于電能轉換電路中待測電池的當前電壓，產生滯環控 制信號，并輸入至PWM驅動信號生成模塊。
[0024] 優選的，該系統進一步包括
[0025] 電流傳感器，用于采集電能轉換電路中流過電感器的電流；
[0026] 第一 AD調理電路，對所述電感器的電流進行AD轉換；
[0027] 波形反饋模塊，將AD轉換后的電感器的電流反饋給波形調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前電壓；
[0029] 第二AD調理電路，對待測電池的當前電壓進行AD轉換。
[0030] 優選的，電容交流阻抗C2/jw遠大于電池阻抗，即C2?jwZ bat，其中，Zbat為電池阻 抗；第二電容CjP電感器L構成截止頻率
t第二電容C2滿足
[0031] 優選的，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、電能轉換電路的電感值以及給定的電流頻率，調整實際值與給 定值的允許偏差，對PI參數：
進行整定，其中，5%Ζ Θ為誤差 相對反饋電流的倍數，Kp-JK1S PI控制器的等效傳遞函數，w為輸出電流角頻率，L'為等效 電感；
[0034] S2、將系統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參數對所述誤差值進行整定，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PffM和驅動信號隔離模塊反饋至控制系 統，控制系統對電池壽命的檢測；
[0037] S5、重復步驟S2至S4,保持系統穩定性。
[0038] 本發明的有益效果如下：
[0039] 現有的諧波發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 波發生器不能加于電池兩端，無法用于電池測試。本發明所述技術方案能夠根據電池電壓 調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，根據該電路 特有的結構，將PI參數整定過程詳細列出，建立控制模型，控制效果良好。
【附圖說明】
[0040] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明；
[0041] 圖1示出本發明所述一種基于諧波檢測的電池壽命檢測系統的示意圖；
[0042] 圖2示出本發明所述系統工作原理的示意圖；
[0043] 圖3示出本發明所述PI控制框圖；
[0044] 圖4示出PI控制系統中各參數的向量示意圖；
[0045] 圖5示出諧波電流引起的電壓波動的阻抗測量的示意圖；
[0046] 圖6示出本發明所述電能變換拓撲電路的示意圖；
[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示出本發明實施例中采用單橋臂模式時電壓V1的輸出波形示意圖；
[0050] 圖10示出本發明實施例中采用全橋模式的電能變換拓撲電路的示意圖；
[0051] 圖11示出本發明實施例中采用全橋模式時電壓V1的輸出波形示意圖；
[0052] 圖12示出本發明實施例中直接直流方式的仿真結果示意圖；
[0053] 圖13示出本發明實施例中直接直流控制方式下諧波電流的仿真實驗結果示意 圖；
[0054] 圖14示出本發明實施例中直接直流控制方式下的電池電壓仿真實驗結果示意 圖。
【具體實施方式】
[0055] 為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例和附圖對本發明做進一步的說 明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具 體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護范圍。
[0056] 如圖1所示，本發明公開了一種基于諧波檢測的電池壽命檢測系統，該系統包括 電能轉換電路、控制單元、單體電池