[发明专利]电池单元阻抗测量方法和装置

说明书

背景技术

在(混合)电动车中，大量串联连接的电池用于产生高电压以驱动发动机。为了使电池单元寿命(以及汽车的行驶里程)最大化，充电状态(SoC)应该维持在电池单元之间的等效电平。当对串联连接成串的电池单元充电时，它们都接收相同电平的电流。因此，原则上单元在充电后应该具有相同SoC。但是，在电池单元之间存在失配，例如对于泄漏电流的敏感性、单元容量之间的差异、以及将电流转换为化学储能的效率。因此，电池单元的SoC在充电和放电后不会相同并且会在时间上漂移。如果不采取措施，这种差异会随着每个充电/放电周期放大，导致可用电池容量和寿命的减少。

这种SoC上的差异可能导致电池单元在使用过程中过放电或者在充电过程中过充电。对于有些化学电池来说，例如锂离子电池，过充电或过放电可能损坏电池单元。例如，满充电的锂离子电池通常具有与电解质击穿阈值电压(在该电压下可能损坏单元)接近的电压。如果电池单元过充电到电压超过电解质击穿阈值电压的点，单元可能损坏。为了防止这种损坏，串联耦合电池单元的电池组通常包括单元平衡电路，用于使串联耦合的电池之间的SoC相同。通过在充电或放电过程中平衡休眠(at rest)单元的SoC，可以防止单元过充电或过放电。

在实现单元平衡时，知道电池单元的阻抗是很重要的。单元的阻抗(以及它随时间改变的方式)有助于精确估计电池组的SoC、功能状态(SoF)以及健康状态(SoH)。阻抗也可以用于实现优化的充电和放电策略以使得电池寿命、循环寿命最大化，并能利用可用的电池组能量存储容量。

测量阻抗的一个方法是使用验电法(electroscopy)。验电法是一种在不同频率下确定电池的阻抗的技术。源驱动经过电池组的电流。该源可以是电压源或电流源。通过电池单元驱动的电压和/或电流典型地具有较低幅度，因此电池在测量点处可以被看做线性系统。可以通过与电池串联的电阻器将电流转换为电压。带通滤波器可以在信号到达幅度和相位计之前去除不期望的信号(例如噪声或失真)。可以用相同的振幅和相位计测量电池和转换电阻器两端的电压。所有的测量计和带通滤波器都是相同的，以确保这些电路中具有相等的增益和时间延迟。

然后，根据以下指示可以根据测得电压的幅度和相位来确定电池阻抗的实部和虚部。

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但是，该方法仅仅返回总的等效串联电容，而不能返回作为频率函数的完整阻抗。在电池单元中，重要的化学反应具有从毫秒到数秒的时间常数。为了捕获这些反应的所有相关信息，需要以与感兴趣的最短时间常数(奈奎斯特准则)关联的频率至少高两倍的频率进行采样。

部分由于受到间接测量限制的低采样率以及带通滤波器的响应时间，由于测得的数据不包含在高频率处发现阻抗曲线所需要的所有信息，该方法不能产生完整的阻抗曲线。

发明内容

一个或多个实施例可以解决一个或多个上述问题。

在一个实施例中，提供了一种用于确定电池单元的阻抗的电路装置。第一电路配置为产生表示正弦波形和余弦波形的采样值。N个采样值用于表示相应的正弦和余弦波形的每个周期。第二电路耦合到第一电路的输出，并配置为响应于余弦波形的采样值将电流输入到电池单元。该电流的幅度与余弦波形的采样值成比例。第三电路耦合到单元并配置为对电流输入到单元产生的单元电压电平进行采样。第四电路耦合到第三电路的输出并配置为将由第三电路采样的每个电压电平分离成实部和虚部分量。

在另一实施例中，提供了一种用于确定电池单元的阻抗的方法。该方法产生的正弦和余弦波形在每个周期具有N个采样点。对于余弦波形的每个采样点，将幅度与该采样点的值相对应的电流注入到电池单元中。测量单元两端的电压电平并将其从模拟值转换成数字值。将电压的数字值分离成实部和虚部分量。对N个数字值的实部分量求和以确定电池单元阻抗的实部分量。对N个数字值的虚部分量求和以确定电池单元阻抗的虚部分量。