[发明专利]一种串并联电池系统阻抗谱在线检测系统及检测方法

权利要求书

1.一种串并联电池系统阻抗谱在线检测系统，其特征在于，包括电池串单元、扰动单元和微控制器；电池串单元和扰动单元串联连接后形成电池支路，M个电池支路并行连接组成串并联电池系统，M≥2；串并联电池系统的扰动单元连接到微控制器的IO端，串并联电池系统的电池串单元连接到微控制器的ADC模数转换端；

微控制器用于给扰动单元发送驱动信号、开关信号和缓冲开关信号；

电池串单元用于给微控制器输入电压信号和电流信号；

扰动单元用于实现电池支路的导通状态变换功能。

2.根据权利要求1所述的一种串并联电池系统阻抗谱在线检测系统，其特征在于，电池串单元包括N个等效电池，N≥1；N个等效电池串联后形成电池串单元。

3.根据权利要求3所述的一种串并联电池系统阻抗谱在线检测系统，其特征在于，等效电池为电池单体或其串并联组合，或电池串并联组合并封装后的系统；电池串中每个等效电池两端分别与实时电压采样的V+端和V-端连接，实时电压采样能够采集等效电池两端的实时电压并输出电压信号；电池串单元包含实时电流采样，实时电流采样与被测等效电池为串联关系，采集流过串联等效电池的实时电流。

4.根据权利要求1所述的一种串并联电池系统阻抗谱在线检测系统，其特征在于，扰动单元为第一扰动单元或第二扰动单元，第一扰动单元包括主开关K1、缓冲开关K2、扰动开关K3和电阻R；缓冲开关K2与电阻R串联连接后并联于主开关K1两端，扰动开关K3与电阻R并联连接；第二扰动单元包括主开关K1、扰动开关K3、电阻R和电容C，电阻R与电容C串行连接后与主开关K1并行连接，扰动开关K3与主开关K1并行连接；主开关K1、缓冲开关K2、扰动开关K3均能实现电流的双向流通，且均为可控开关器件，分别由开关信号，缓冲开关信号，驱动信号控制其开通和关断操作。

5.根据权利要求4所述的一种串并联电池系统阻抗谱在线检测系统，其特征在于，采用多路选择器代替每个扰动单元中的K2；多路选择器用以实现单路电池串的联通，由各种可控开关装置或器件搭建，包括继电器、双刀双掷开关、MOSFET、IGBT、三极管、可控开关管或干簧管。

6.根据权利要求1所述的一种串并联电池系统阻抗谱在线检测系统，其特征在于，电池支路中输出的电池电压信号和实时电流信号经模数转换ADC后进入一个或多个微控制器，用于后续的阻抗谱计算。

7.一种串并联电池系统阻抗谱在线检测系统的检测方法，其特征在于，基于权利要求1至6任意一项所述的一种串并联电池系统阻抗谱在线检测系统，包括以下步骤：

步骤1，串并联电池系统正常运行时，微控制器发送控制信号使所需测量电池支路的扰动单元中的主开关K1闭合导通，如果有缓冲开关K2，则缓冲开关K2闭合导通，扰动开关K3闭合导通；

步骤2，在各开关稳定闭合导通后，微控制器发送控制信号使主开关K1断开，此时工作电流经缓冲开关K2和扰动开关K3流通；

步骤3，微控制器按照选定频率fn交替发送扰动开关K3导通和关断信号，工作电流和电压由于受到K3周期导通和关断的影响产生fn频率的电流或电压周期激励信号，该频率fn在被测等效电池的阻抗谱频率范围内选取；

步骤4，微控制器以频率fs同步采集等效电池实时电流和实时电压信号；其采集频率fs为周期激励信号频率fh的10倍或以上；

步骤5，由于任意周期函数f(t)均可以表示为直流量与频率为该周期函数频率ω₀及该周期函数频率倍频(nω₀)的正弦函数或余弦函数构成的无穷级数：

因此对采集到的频率为fn的周期性实时电压和电流信号进行快速傅里叶分解(FFT)可得到该电压和电流在对应fn频点及其倍频次的正余弦信号分量U(2πf_n)、I(2πf_n)；进而求得该频点下的阻抗通过重复以上发波和检测、计算过程，完成所有fn频率点及其谐波频率点阻抗计算，从而得到需要的阻抗谱。

8.根据权利要求7所述的一种串并联电池系统阻抗谱在线检测系统的检测方法，其特征在于，选取电压信号幅值大于5mV的基频及谐波频率点数据用于计算；

计算采用FFI算或Goertzel算法：

其中g(k)为第k次电流或电压采样结果，x(k)，x(k-1)，x(k-2)分别为当前，前一次，更前一次的计算结果。