基于谐波检测的电池寿命检测系统及谐波电流控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电池性能检测，特别是涉及一种基于谐波检测的电池寿命检测系统及 控制方法。
【背景技术】
[0002] 在主动配电网中，需要储能装置来维持系统的稳定。连接到微网的分布式储能系 统可以平抑短期或瞬时的波动，连接到主网络的集中式储能系统可以平抑长时间的波动。 因此当分布式电源大量进入配电网时，储能发挥着很重要的作用。在多种多样的储能方式 中，从发展水平和实用角度来看，电池储能是最可行的路线。
[0003] 级联多电平变换器可实现将单体电池低电压电池模块串联使用，由于其模块化、 易扩展的优点目前广泛用于高压大容量变换系统。此类拓扑中，直流侧电源采用电池，可用 于储能系统。在变流器进行电能变换时，流经电池的电流中除含有开关频率次的高频分量 之外，还有很大含量的二次谐波。多认为二次谐波对电池有不利影响，因此使用LC谐振电 路滤除二次谐波，然而LC体积庞大，且在实际使用过程中，LC的寄生电阻也会带来其他问 题。
[0004] 目前并没有确定的结论或明显的证据证明其对电池寿命的影响，因此是否有必要 滤除二次谐波，需要进行实验验证。然而目前并没有可用的谐波发生系统对电池进行谐波 测试。
[0005] 因此，需要提供一种基于谐波检测的电池寿命检测系统及控制方法，以满足对电 池寿命影响检测的需要，同时，根据谐波电流引起的电压波动测量电池在某一频率下的交 流阻抗，由此判断电池的健康状况。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于谐波检测的电池寿命检测系统及控制 方法，以解决现有技术中没有可用的谐波发生系统对电池进行谐波测试的问题，同时应用 此方案对电池的健康状况进行检测。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
[0008] -种基于谐波检测的电池寿命检测系统，该系统包括
[0009] 电能转换电路，该电路包括待测电池接口、单桥臂模块或H桥臂模块、电感器L和 电压源输入端；所述单桥臂模块上的每个桥臂上均设有晶体管开关；所述H桥臂模块上的 每个桥臂上均设有晶体管开关；所述电感器与待测电池接口串联，所述待测电池接口和电 感器L与单臂桥模块或H桥臂模块桥接，所述电压源输入端与单桥臂模块或H桥臂模块并 联；
[0010] 控制单元，用于对所述电能转换电路进行调制；
[0011] 电池管理模块，用于实时监控待测电池的电量状态；和
[0012] 电池故障处理模块，基于电池管理模块获取的待测电池的当前状态，对待测电池 出现的异常故障进行处理。
[0013] 优选的，该电路进一步包括
[0014] 与待测电池接口并联的第二电容C2;
[0015] 与电压源输入端并联的第一电容C1和稳压电阻。
[0016] 3、根据权利要求1所述的电池寿命检测系统，其特征在于，该电路进一步包括设 置在每个晶体管开关上的脉冲接收模块。
[0017] 优选的，所述控制单元包括该控制单元包括
[0018] 波形调制模块，用于对电能转换电路中当前电流的波形进行调制，获得调制信 号；
[0019] PffM驱动信号生成模块，基于调制信号，产生PffM驱动信号；
[0020] 驱动信号隔离模块，将PffM驱动信号分别隔离，以脉冲的形式，发送至电能转换电 路中的每个晶体管开关。
[0021 ] 优选的，所述控制单元进一步包括
[0022] 过压过流保护模块，根据电能转换电路中待测电池的电压和电能转换电路中电流 的波形，产生保护调制信号，并输入至PWM驱动信号生成模块；
[0023] 电池电压滞环控制模块，基于电能转换电路中待测电池的当前电压，产生滞环控 制信号，并输入至PWM驱动信号生成模块。
[0024] 优选的，该系统进一步包括
[0025] 电流传感器，用于采集电能转换电路中流过电感器的电流；
[0026] 第一 AD调理电路，对所述电感器的电流进行AD转换；
[0027] 波形反馈模块，将AD转换后的电感器的电流反馈给波形调制模块和过压过流保 户模块；
[0028] 电压传感器，用于采集待测电池的当前电压；
[0029] 第二AD调理电路，对待测电池的当前电压进行AD转换。
[0030] 优选的，电容交流阻抗C2/jw远大于电池阻抗，即C2?jwZ bat，其中，Zbat为电池阻 抗；第二电容CjP电感器L构成截止频率
t第二电容C2满足
[0031] 优选的，电感器L上的交流电压幅值小于等于电池电压，即输出电流的幅值和频 率应满足I jwLI I <Vbat，其中，I为输出电流的幅值，Vbat为电池端电压，输出电流和频率的乘 积 wl 满足 wI〈|Vbat/L|。
[0032] 一种用于上述电池寿命检测系统的谐波电流控制方法，该方法的步骤包括
[0033] S1、基于输入电压、电能转换电路的电感值以及给定的电流频率，调整实际值与给 定值的允许偏差，对PI参数：
进行整定，其中，5%Ζ Θ为误差 相对反馈电流的倍数，Kp-JK1S PI控制器的等效传递函数，w为输出电流角频率，L'为等效 电感；
[0034] S2、将系统给定的初始参考值与由AD采样电路采集得到的反馈值作差，获得向量 形式的误差值；
[0035] S3、基于步骤Sl所述PI参数对所述误差值进行整定，输出占空比控制量和检测控 制量；
[0036] S4、将所述占空比控制量和检测控制量经PffM和驱动信号隔离模块反馈至控制系 统，控制系统对电池寿命的检测；
[0037] S5、重复步骤S2至S4,保持系统稳定性。
[0038] 本发明的有益效果如下：
[0039] 现有的谐波发生器通常输出正弦电压和正弦电流，而电池电压恒为正值，这种谐 波发生器不能加于电池两端，无法用于电池测试。本发明所述技术方案能够根据电池电压 调整输出合适的正弦电流和直流电压，并施加于电池两端，采用PI控制算法，根据该电路 特有的结构，将PI参数整定过程详细列出，建立控制模型，控制效果良好。
【附图说明】
[0040] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明；
[0041] 图1示出本发明所述一种基于谐波检测的电池寿命检测系统的示意图；
[0042] 图2示出本发明所述系统工作原理的示意图；
[0043] 图3示出本发明所述PI控制框图；
[0044] 图4示出PI控制系统中各参数的向量示意图；
[0045] 图5示出谐波电流引起的电压波动的阻抗测量的示意图；
[0046] 图6示出本发明所述电能变换拓扑电路的示意图；
[0047] 图7示出BUCK电路工作模式的示意图；
[0048] 图8示出BOOST电路工作模式的示意图；
[0049] 图9示出本发明实施例中采用单桥臂模式时电压V1的输出波形示意图；
[0050] 图10示出本发明实施例中采用全桥模式的电能变换拓扑电路的示意图；
[0051] 图11示出本发明实施例中采用全桥模式时电压V1的输出波形示意图；
[0052] 图12示出本发明实施例中直接直流方式的仿真结果示意图；
[0053] 图13示出本发明实施例中直接直流控制方式下谐波电流的仿真实验结果示意 图；
[0054] 图14示出本发明实施例中直接直流控制方式下的电池电压仿真实验结果示意 图。
【具体实施方式】
[0055] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说 明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具 体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0056] 如图1所示，本发明公开了一种基于谐波检测的电池寿命检测系统，该系统包括 电能转换电路、控制单元、单体电池