[发明专利]一种带健康监测功能的电池车载充放电机

权利要求书

1.一种带健康监测功能的电池车载充放电机，包括至少一个监测与控制单元、双向功率变换单元、整流电路，所述双向功率变换单元用于分别连接被测电池组和直流母线，整流电路用于连接电网和直流母线，其特征在于：所述监测与控制单元包括信号采集与处理单元、FPGA、DSP、PWM驱动单元以及CAN通信接口，所述信号采集与处理单元输入端采集所述电池组电池电流、各单片电池电压以及双向功率变换单元两端电压和电流信号，所述信号采集与处理单元的输出端通过FPGA与DSP连接，所述DSP通过PWM驱动单元控制所述双向功率变换单元，所述DSP通过CAN通信接口与外部实现通讯。

2.利用权利要求1所述的带健康监测功能的电池车载充放电机，其控制方法是：所述监测与控制单元在电池充电或放电目标值上叠加一个方波信号，基于该信号与实际电流之差计算双向功率变换单元中IGBT的占空比，经PWM驱动单元控制IGBT的通断，使得电池充电或放电电流与叠加信号一致；FPGA对收到的电池电流及各电池电压进行快速傅里叶变换，将电流及电压信号转换为直流分量与不同频率交流分量之和；FPGA将各片电池各频率的电压分量除以同频率的电流分量，得到各频率下个电池阻抗，并与出厂时的阻抗值进行比较，依此判断各电池的健康状态。

3.如权利要求2所述的带健康监测功能的电池车载充放电机的控制方法，其特征在于：在电池充电或放电目标值电流上叠加一个方波信号，方波幅值不大于电池目标电流有效值的5％，方波频率即为基波频率，设定为1kHz。

4.如权利要求2所述的带健康监测功能的电池车载充放电机的控制方法，其特征在于：所述双向功率变换单元中，四个IGBT的通断具有多种组合模式，通过不同组合可实现电池组向直流母线升压供电、降压供电，电网或直流母线向电池组升压充电、降压充电；IGBT210常通，IGBT220及IGBT230常断，IGBT240以一定的占空比通断，则电池组向直流母线升压供电；IGBT220、IGBT230及IGBT240常断，IGBT210以一定的占空比通断，则电池组向直流母线降压供电；IGBT230常通，IGBT210及IGBT240常断，IGBT220以一定的占空比通断，则电网或直流母线向电池组升压充电；IGBT210、IGBT220及IGBT240常断，IGBT230以一定的占空比通断，则电网或直流母线向电池组降压充电。

5.如权利要求2所述的带健康监测功能的电池车载充放电机的控制方法，其特征在于：DSP基于目标电流叠加方波后的信号与实际电流之差计算双向功率变换单元中IGBT的占空比，经PWM驱动单元控制IGBT的通断，使得电池充电或放电电流与叠加信号一致；信号采集与处理单元实时采集电池电流、各单片电池电压、双向功率变换单元两端电压和电流，将采集值传送到FPGA。

6.如权利要求1所述的带健康监测功能的电池车载充放电机的控制方法，其特征在于：FPGA对收到的电池电流及各电池电压进行快速傅里叶变换，将电流及电压信号转换为直流分量与不同频率交流分量之和，FPGA将各片电池各频率的电压分量除以同频率的电流分量，得到各频率下个电池阻抗，并与出厂时的阻抗值进行比较，依此判断各电池的健康状态。

7.如权利要求6所述的带健康监测功能的电池车载充放电机的控制方法，其特征在于：

所述电池电流变换为：

其中，I₀为直流分量，ω为基波频率，i表示谐波次数，α_i为i次谐波相角，I_i为i次谐波幅值。

所述第k片电池电压变换为：

其中，U_k，0为第k片电池电压直流分量，β_k，i为i次谐波相角，U_k，i为i次谐波电压幅值。

则第k片电池的直流阻抗为：

第k片电池在频率为iω时的阻抗为：

。

8.如权利要求2所述的带健康监测功能的电池车载充放电机的控制方法，其特征在于：根据电池出厂参数设定阻抗阈值，当检测到的阻抗阈值大于设定值时，判定电池健康状态异常。