专利名称：用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电源领域，尤其涉及一种用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源及其控制方法。
背景技术：
蓄电池作为电源系统停电时的备用电源，已广泛应用于工业生产、交通、通信等行业。如果电池失效或容量不足，就有可能造成重大事故，所以必须对蓄电池的运行参数进行全面的在线监测。蓄电池状态的重要标志之一就是其内阻状态。无论是蓄电池即将失效、 容量不足或是充放电不当，都能从它的内阻变化中体现出来。因此可以通过测量蓄电池内阻，对其工作状态进行评估。常见的蓄电池内阻检测方法有密度法、开路电压法、直流放电法、交流注入法。因为密度法和开路电压法本身的局限性，很少应用在电池内阻的在线检测中；而直流放电法通常需要提供几十安培的放电电流，放电电阻体积大，功耗大，测试仪体积无法做小，并且这种大电流的放电测试也不能频繁进行，所监测的内阻数据实时性就不强。相比而言，交流注入法不需对蓄电池进行放电，因此带来了很大的便利性。针对电池这种特殊的负载，根据其等效模型，通常只需要设计一个交流电流源来给电池注入几A (根据电池容量不同，电流设定值不同，以免损坏电池)，频率为100 500Hz左右的交流电流，再配合专用的动态内阻测试仪，检测交流电流与纹波电压之间的幅值和相位关系，通过软件进行一定的滤波和解算处理，即可计算出内阻(毫欧级)。传统的交流电流源典型拓扑结构如图1所示，其首先产生一个相当高的母线电压 (在电池电压为600VDC时，母线电压常达到800VDC)，很显然，在机房及一些重要的应用场合，这种方式会带来非常大的安全隐患，一旦功率器件出现故障或失效(研究表明在高电压应力场合，半导体功率器件的失效率相对于低压场合显著上升)，将导致母线或电池短路，同时存在电感饱和的风险，系统的可靠性下降。因此，该方案虽理论上可行，但从未得到实际应用。现有技术常用的内阻测试仪为手持式检测仪。手持式检测仪虽然能够实现单体电池电流的注入与内阻检测，但同时也存在相应的弊端由于在大型机房电池的实际应用环境中，受空间限制，电池往往被装入了电池柜或电池架，因此要定时对电池进行监测，手持式的注入方法显然操作比较困难，同时容易给操作人员带来人身危险；另一方面，在大型机房电池的实际应用环境中，由于蓄电池的节数通常比较多 (大于40节以上)，因此采用手持式电池内阻仪的检测方法耗费较多的时间，同时不能在线长时间检测，因此不利于电池性能的连续监控，无法自动绘制曲线图；手持式电池内阻仪虽然也能注入电流，但由于注入电流很小，在机房应用中容易受到强噪声的影响，因此比较适合单体电池的静态测试，在线测试时往往存在精度不高的问题。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源，该电流源能以极低的母线电压为一组或多组高压电池组注入电流，大大降低功率半导体器件的电压应力，在显著提高系统可靠性的同时，明显提高系统效率。本发明进一步所要解决的技术问题是提供一种用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源的控制方法，该方法可保证交流电流源输出电流的稳定性。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源，包括依次连接的隔离降压电路、整流电路、逆变电路、以及LC谐振电路，其中，所述LC谐振电路的输出端还通过一控制电路反向连接至所述逆变电路，形成闭环控制系统，且所述LC谐振电路中采用隔直电容。优选地，所述逆变电路和LC谐振电路之间还设置有一软启动电路，该软启动电路与所述控制电路相连。优选地，所述控制电路包括有从所述LC谐振电路的输出端到所述逆变电路的输入端依次连接的采样电路、控制芯片、驱动电路，且所述控制芯片与所述软启动电路相连。优选地，所述逆变电路为全桥逆变电路或者半桥逆变电路，所述整流电路为全波整流电路。优选地，所述控制芯片还设置有后台上位机通信接口和/或内阻检测仪通信接□。优选地，所述控制芯片为TMS320F28016型DSP。相应地，本发明还公开了一种用于上述交流电流源的控制方法，包括以下步骤固定频率发生步骤，以固定的占空比及中心频率发出SPWM波；频率调节步骤，逐渐增大所述SPWM波的频率，并根据其反馈电流的变化趋势调节所述频率，直到所述电流达到最大值；频点选定步骤，固定所述电流达到最大值时的频率，并以该频率作为本次逆变部分的最佳工作频率。优选地，在所述频率调节步骤中，根据其电流的变化趋势调节所述频率具体包括检测电流的变化趋势，如果电流增加，则继续增大频率，反之则降低频率。优选地，所述中心频率值为400Hz。优选地，在所述固定频率发生步骤之前还包括有开机自检步骤，进行开机复位自检；采样通道校准步骤，对所述采样电路的通道进行校准。本发明的有益效果是本发明的实施例通过在交流电流源的功率回路串联高压隔直电容，利用电容的交流耦合效应实现了电流的传递，同时由于电池电压全部降落在该电容上，从而巧妙的减低了母线电压，也就意味着降低了功率管的电压应力(降低到几十V以内)，因此大大提供了注入源的可靠性和稳定性；并通过加入一个谐振电感，极大地降低了基波LC回路的阻抗， 而对高频分量谐波电流进行了抑制，由于电池本身的阻抗很小，因此只需要很小的母线能量就能产生较大的电流，从而提高了系统效率；并通过在每次开机自检时，对LC网络的固有谐振频率进行判断，确保系统一直处于最佳工作频率点，从而保证了系统输出电流的稳定性。下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。


图1是现有技术的交流电流源的拓扑结构示意图。图2是本发明的用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源一个实施例的系统控制框图。图3是本发明的用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源一个实施例的主功率转换电路图。图4是本发明的用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源的控制方法一个实施例的流程图。
具体实施例方式下面参考图2和图3详细描述本发明的用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源的一个实施例；如图所示，本实施例主要包括有依次连接的隔离降压电路1、整流电路2、逆变电路3、LC谐振电路4，其中，LC谐振电路4的输出端与待充电电池连接，并且，还通过一控制电路5反向连接至逆变电路3，形成闭环控制系统，且所述LC谐振电路4中采用隔直电容C5-C8、ClO0另外，在逆变电路3和LC谐振电路4之间还设置有一软启动电路6，该软启动电路 6与控制电路5相连。具体实现时，控制电路5包括有从LC谐振电路4的输出端到逆变电路3的输入端依次连接的采样电路51、控制芯片52、驱动电路53，且控制芯片53与软启动电路6相连。作为本实施例的一个实现方式，逆变电路3可采用全桥逆变电路或者半桥逆变电路；整流电路2采用的是全波整流电路。具体实现时，所述控制芯片还设置有后台上位机通信接口和/或内阻检测仪通信接口，从而实现通过后台上位机设置工作间隔周期，以防止频繁工作损坏电池；以及与电池内阻检测仪之间通讯。作为本实施例的一种实现方式，所述控制芯片52可采用TMS320F28016型DSP。如图3所示，本实施例前级通过工频隔离、降压、整流、滤波后产生低压直流母线 (小于60Vdc)，利用正弦脉宽调制原理，在桥臂中点产生SPWM正弦波，经LC串联滤波后得到可控正弦电流。与现有技术相比，本实施例的优点在于通过在交流电流源的功率回路串联高压隔直电容，利用电容的交流耦合效应实现了电流的传递，同时电池电压全部降落在该电容上，从而巧妙的减低了母线电压，也就意味着降低了功率管的电压应力(降低到几十V以内)，因此大大提供了注入源的可靠性和稳定性。而另一方面
Α、由于系统体积的限制，无法使用大容量的高压隔直电容，在频率仅为几百赫兹时，其交流阻抗很大，导致在母线电压很低的情况下，即使占空比开到最大，其电流依然较小，无法满足为多组电池注入谐波的要求。B、由于桥臂中点电压为SPWM波，除基波外其含有丰富的谐波分量，由于谐波分量的频率相对较高，因此更加容易通过隔直电容产生其它频率的高次谐波电流分量，从而降低了电池内阻检测仪的检测精度。为解决上述难题，本实施例利用LC谐振原理，通过加入一个谐振电感，从而极大地降低了基波LC回路的阻抗，而对高频分量谐波电流进行了抑制。由于电池本身的阻抗很小，因此只需要很小的母线能量就能产生较大的电流，进一步降低了母线电压，从而提高了系统效率。本设备仅为IU高度，采用固定连接方式，能够为一组或多组电池同时注入电流， 节省了成本和空间。下面参考图4详细描述本发明的用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源的控制方法的一个实施例；如图所示，本实施例对所述交流电流源实施一次控制流程主要包括有在固定频率发生步骤Sl中，以固定的占空比及中心频率发出SPWMZ波；在频率调节步骤S2中，逐渐增大所述SPWM波的频率，并根据其反馈电流的变化趋势调节所述频率，直到所述电流达到最大值；在频点选定步骤S3中，固定所述电流达到最大值时的频率，并以该频率作为本次逆变部分的最佳工作频率。具体实现时，在所述频率调节步骤S2中，根据其电流的变化趋势调节所述频率可具体包括检测电流的变化趋势，如果电流增加，则继续增大频率，反之则降低频率。具体实现时，所述中心频率值为400Hz。另外，作为本实施例的一个实现方式，在所述固定频率发生步骤Sl之前还可包括有在开机自检步骤SOl中，对系统进行开机复位自检；在采样通道校准步骤(图中略)中，对所述采样电路的通道进行校准。由于LC谐振网络及系统参数的离散型，LC固有的谐振频率常常与控制基波频率之间出现较大的偏差，从而影响了系统输出电流的稳定性。因而，本实施例采用了扰动的原理，自动判断LC固有谐振频率，并通过调频方式降低LC谐振网络阻抗，从而确保了系统一直工作在最佳状态。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源，其特征在于该电流源包括有依次连接的隔离降压电路、整流电路、逆变电路、以及LC谐振电路，其中，所述LC谐振电路的输出端还通过一控制电路反向连接至所述逆变电路，形成闭环控制系统，且所述LC谐振电路中采用隔直电容。
2.如权利要求1所述的用于交流注入法测检测电池内阻的交流电流源，其特征在于 所述逆变电路和LC谐振电路之间还设置有一软启动电路，该软启动电路与所述控制电路相连。
3.如权利要求2所述的用于交流注入法测检测电池内阻的交流电流源，其特征在于 所述控制电路包括有从所述LC谐振电路的输出端到所述逆变电路的输入端依次连接的采样电路、控制芯片、驱动电路，且所述控制芯片与所述软启动电路相连。
4.如权利要求1-3中任一项所述的用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源，其特征在于所述逆变电路为全桥逆变电路或者半桥逆变电路，所述整流电路为全波整流电路。
5.如权利要求4所述的用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源，其特征在于所述控制芯片还设置有后台上位机通信接口和/或内阻检测仪通信接口。
6.如权利要求5所述的用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源，其特征在于所述控制芯片为TMS320M8016型DSP。
7.—种如权利要求2-6中任一项所述的交流电流源的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤固定频率发生步骤，以固定的占空比及中心频率发出SPWM波；频率调节步骤，逐渐增大所述SPWM波的频率，并根据其反馈电流的变化趋势调节所述频率，直到所述电流达到最大值；频点选定步骤，固定所述电流达到最大值时的频率，并以该频率作为本次逆变部分的最佳工作频率。
8.如权利要求7所述的交流电流源的控制方法，其特征在于，在所述频率调节步骤中， 根据其电流的变化趋势调节所述频率具体包括检测电流的变化趋势，如果电流增加，则继续增大频率，反之则降低频率。
9.如权利要求8所述的交流电流源的控制方法，其特征在于所述中心频率值为 400Hz。
10.如权利要求9所述的交流电流源的控制方法，其特征在于，在所述固定频率发生步骤之前还包括有开机自检步骤，进行开机复位自检；采样通道校准步骤，对所述采样电路的通道进行校准。
全文摘要
本发明公开一种用于交流注入法检测电池内阻的交流电流源，包括有依次连接的隔离降压电路、整流电路、逆变电路、以及LC谐振电路，其中，所述LC谐振电路的输出端还通过一控制电路反向连接至所述逆变电路，形成闭环控制系统，且所述LC谐振电路中采用隔直电容。本发明还公开了相应的交流电流源的控制方法。本发明能以极低的母线电压为一组或多组高压电池组注入电流，大大降低功率半导体器件的电压应力，在显著提高系统可靠性的同时，明显提高系统效率。
文档编号G01R27/02GK102495374SQ20111039636
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者欧海辉, 陈恒留 申请人:深圳市晶福源电子技术有限公司