一种电池管理单元、储能系统电化学阻抗检测装置及方法与流程

本发明涉及电化学阻抗检测，尤其涉及一种电池管理单元、储能系统电化学阻抗检测装置及方法。

背景技术：

1、基于电化学阻抗谱（electrochemical impedance spectroscopy，eis）技术的电池状态评估方法通过向电池注入小幅交流激励信号并分析其阻抗响应，可实现电池健康状态、荷电状态及老化程度的有效表征。

2、然而，现有eis检测技术在实际工程应用中，尤其是在数据中心储能等电池长期处于浮充工况的场景下，仍存在诸多问题：一是现有检测方案通常仅能获取电池系统整体的电化学阻抗信息，通过对电池组总电压、总电流的交流响应进行分析，获得系统级的阻抗谱数据，而无法实现单体电池或模组级别的精细化阻抗测量。二是现有阻抗检方法缺乏独立的主动激励源，其激励信号的生成需依赖系统外部电源模块提供能量支持，从而导致检测装置集成度低、对外部设备依赖性强。三是在数据中心储能等应用场景下，电池长期处于浮充工作状态。浮充状态是指在备用电源应用中，电池始终与充电装置并联连接，充电装置持续为电池提供微小的补充电流以维持其满电状态。在此工况下，电池既不能中断充电回路，也无法对外进行正常放电，这使得传统依赖大电流激励注入或需要改变电池充放电状态的检测方法在该工况下难以正常启动或无法稳定工作，激励源的使能控制无法有效执行，导致现有eis技术在该类场景中几乎无法实施。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电池管理单元、储能系统电化学阻抗检测装置及方法，解决了现有的电化学阻抗检测方法不能实现在不需要依赖外部电源的情况下进行电芯电化学阻抗检测的技术问题。

2、本发明实施例的第一方面提供了一种电池管理单元，包括能量交换装置、微控制器、模拟前端和第一采样电阻，能量交换装置包括电容、电感、第一mos管、第二mos管和驱动芯片，模拟前端至少包括第一模拟输入端和第二模拟输入端，其中，

3、电容的第一端、电感的第一端均用于与多个电芯串联连接后形成的电池模组的正极连接，电容的第二端与第一mos管的第一端连接，电感的第二端、第二mos管的第一端均与第一mos管的第二端连接，第二mos管的第二端、第一模拟输入端均与第一采样电阻的第一端连接，第一采样电阻的第二端用于与多个电芯串联连接后形成的电池模组的负极连接，第一采样电阻的第二端还与第二模拟输入端连接；

4、驱动芯片包括第一控制信号输出引脚和第二控制信号输出引脚，第一引脚与第一mos管的第三端连接，第二引脚与第二mos管的第三端连接；

5、微控制器用于向驱动芯片输出控制信号，以驱动驱动芯片的第一控制信号输出引脚和第二控制信号输出引脚输出闭合信号或断开信号

6、进一步地，还包括：

7、微控制器与模拟前端通信连接，微控制器还用于接收模拟前端发送的电压数据和电流数据。

8、本发明的第二方面提供了一种储能系统电化学阻抗检测装置，包括供电电源、电池簇管理单元、预充回路、第二采样电阻和至少一个如权利要求的电池管理单元，其中，

9、供电电源的第一端、预充回路的第一端用于与电池组的正极连接，预充回路的第二端用于与负载的正极连接，供电电源的第二端与电池簇管理单元连接，电池簇管理单元与电池管理单元通信连接，第二采样电阻的第一端用于与电池组的正极连接，第二采样电阻的第二端用于与负载的负极连接；

10、供电电源，用于为电池簇管理单元供电；

11、电池组管理单元，用于向电池管理单元发送电化学阻抗检测信号，以及根据电池管理单元发送的电流数据和电压数据，得到电化学阻抗值。

12、进一步地，预充回路至少包括放电接触器、充电接触器、预充接触器、放电二极管和预充电阻；

13、放电接触器的第一端、预充接触器的第一端用于与电池组的正极连接，放电接触器的第二端与充电接触器的第二端连接，充电接触器的第二端用于与负载连接，；

14、预充接触器的第二端与预充电阻的第一端连接，预充电阻的第二端用于与负载连接。

15、进一步地，预充回路还可替换为预充控制模块，预充控制模块包括具有预充控制功能的集成电路或元件。

16、本发明的第三方面提供了一种储能系统电化学阻抗检测方法，包括：

17、控制能量交换装置在每个激励电流周期内，通过交替切换第一mos管和第二mos管的导通状态，向电池模组执行交变激励；

18、在每个激励电流周期内，通过模拟前端采集流经电池模组的电流数据，以及电池模组中每一电芯两端的电压数据；

19、对每个电芯对应的多个电流数据和电压数据分别进行频域转换，得到每一电芯的电流复向量和电压复向量；

20、根据电流复向量和电压复向量，得到电芯的电化学阻抗值。

21、进一步地，控制能量交换装置在每个激励电流周期内，通过交替切换第一mos管和第二mos管的导通状态，向电池模组执行交变激励，包括：

22、在每个激励电流周期内，控制第一mos管断开，并控制第二mos管闭合第一预设时间后继续断开第一mos管，并断开第二mos管，以使电感对电容充电；

23、当采集到流经电感的电流为零时，控制第一mos管闭合并控制第二mos管断开，以使电容向电感放电；

24、当采集到电容向电感放电时的电流达到预设电流阈值时，控制第一mos管和第二mos管均断开，使电感向电池模组充电。

25、进一步地，当电感向电池模组充电后，还包括：

26、当采集到电感向电池模组充电的电流为零时，停止充电。

27、进一步地，根据电流复向量和电压复向量，得到电芯的电化学阻抗值，包括：

28、计算电流复向量和电压复向量的比值，得到比值结果；

29、确定比值结果中的虚部为电芯的电化学阻抗值。

30、进一步地，本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器运行时，实现如本实施例第三方面的方法。

31、相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于以下所述中的至少一点：

32、该电池管理单元包括能量交换装置、微控制器、模拟前端和第一采样电阻。能量交换装置包括电容、电感、第一mos管、第二mos管和驱动芯片，模拟前端至少包括第一模拟输入端和第二模拟输入端；电容的第一端和电感的第一端均连接电池模组的正极，电容的第二端连接第一mos管的第一端，电感的第二端和第二mos管的第一端均连接第一mos管的第二端，第二mos管的第二端和第一模拟输入端均连接第一采样电阻的第一端，第一采样电阻的第二端连接电池模组的负极和第二模拟输入端。驱动芯片的第一控制信号输出引脚和第二控制信号输出引脚分别连接第一mos管的第三端和第二mos管的第三端。微控制器向驱动芯片输出控制信号，以驱动驱动芯片的第一控制信号输出引脚和第二控制信号输出引脚输出闭合信号或断开信号。通过该电池管理单元，可实现无需外部电源、适用于浮充工况的单体电芯电化学阻抗检测。