[发明专利]用于测量高电压电池的特性的设备

说明书

描述了用于对电池或其它能量存储设备的特性进行便携式或手持式测量的系统、方法和组成部分。具体而言，本发明涉及用于测量高电压电池(例如，0.1至1kV)和/或如在电动或混合动力汽车或车辆中使用的汽车电池的特性的系统、方法和组成部分。具体而言，本发明涉及用于例如对高电压电池(例如，0.1至1kV)和/或如在电动或混合动力汽车中使用的汽车电池执行电池诊断测试的系统、方法和组成部分。一种这样的特征或诊断参数是此类电池的阻抗，而一种这样的方法是阻抗谱测试。

本发明涉及用于测量电池或其它能量存储设备的特性的系统、方法和组成部分。具体而言，本发明涉及用于测量高电压电池(例如，0.1至1kV和/或如在电动或混合动力汽车中使用的汽车电池)的特性的系统、方法和组成部分。具体而言，本发明涉及用于例如对高电压电池(例如，0.1至1kV和/或如在电动或混合动力汽车中使用的汽车电池)执行电池诊断测试的系统、方法和组成部分。一种这样的特征或诊断参数是此类电池的阻抗，而一种这样的方法是阻抗谱测试。优选地，本发明涉及用于测量电池或其它能量存储设备的特性的便携式或手持式设备。

背景

通过电池阻抗谱测试来测量电池阻抗是一种建立电池在不同频率处的阻抗的已知的方式。为了测量电池在特定频率处的阻抗，该特定频率处的电流需要通过电力电子装置或一些其它形式的发生器来被注入到电池中。电池阻抗测量设备监视被注入的电流和所得到的电压响应两者，并且针对被注入的频率确定阻抗的实部和虚部。所得到的阻抗特性(连同其它测量)是针对电池的充电状态(SoC)和健康状态(SoH)等的指标。由于电池具有显著的电容，因此将AC电流注入到此类电池中要求相当大量的能量。

低电压手持式电池测试仪

大多数手持式电池测试仪被设计成用于12V铅酸电池，该12V铅酸电池用于汽车应用、应急电源(UPS)、住宅太阳能存储设备等。用于这些电池的手持式设备的构造是可行的，因为低电压和有限的电流允许能够在相对紧凑的设备中产生所必需的电流以及测量这些电流和电压响应的设备构造。为了在正弦波的正半周期间递送必需的能量且在正弦波的负半周期间储存该能量，设备可配备有相当大的电池(针对[1]，7Ah/4.8V(参考文献在文本的结尾))以覆盖被注入的电流的能量要求。低电压还允许用小电容器对电池电压进行平衡，以及用小电阻器或电感器对电流进行限制[1][2][3]。其它手持式设备仅能够测量直至40V的电压和电阻[4]，而一些电池分析仪直达600Vdc并可测量直至6V的交流纹波(ac-ripple)电流[5]。虽然后一种设备能够在向电池系统注入特定电流时测量被测试的电池的电压响应和阻抗，但是它们不能够为大电池(诸如汽车电池)提供所必需的电流注入。

高电压电池测试仪的缺点

在更高的电压处，这些阻抗测量设备依赖于外部双向电源(主要是电力电子装置)来将所必需的电流注入到被测试的电池中。这些电源具有一些缺点：

·电源的比能量(specific power)是低的，例如，常规的商业应用具有仅220W/kg的比能量[6]，这导致沉重且庞大的测试装备。为了在600V电池中注入10A电流，这将要求27kg的转换器。

·电源要求双向并网(grid-connection)，从而将应用限制于静止的测试台。

·由于电源的大尺寸和重量，电池必须被运送到测试设施，而不是当汽车已发生故障且这可能是由于电池的性能损失造成的时在本地车库处或道路上测试电池。

如果便携式系统要承担双向电源的角色，则将必须装配能够为阻抗谱测试递送所必需的能量和电能的能量存储系统。

阻抗谱测量的要求最严格的应用是低频电流的注入，因为存储系统首先需要储存由电池递送的能量，接着是从该存储系统到电池的相同量的能量的递送。在较高的频率处，需要较小的存储，因为在一个半周期内所包括的能量减小。