一种用于锂电池阻抗测量的多档激励生成系统及方法与流程

本发明涉及锂电池测量，特别涉及一种用于锂电池阻抗测量的多档激励生成系统及方法。

背景技术：

1、锂电池生产和研发中，在0.01hz-10khz频率区间进行精确的eis（电化学阻抗谱）测试已经成为急需的环节，频率区间内各个频点的测试结果对检测和指导优化锂电池性能至关重要；锂电池的内阻通常较小，大部分为毫欧甚至零点几毫欧，由锂电池组成的pack包通常在几十毫欧至上百欧。

2、若想完成对锂电池多频点的阻抗测试，需要一种既可以实现变频，又可以进行上百毫欧至零点几毫欧的电池阻抗测试方法，而实现这种方法的前提，是先实现支持这种测试方法的激励生成方法，目前市场上较为成熟的lcr测量设备难以满足变频条件下对低阻值（尤其是零点几毫欧级别）的精确测量需求。此外，现有技术在实现高精度、高稳定性激励电流输出方面存在不足，而缺乏稳定的激励电流将直接影响电池阻抗测试的精确性，同时，现有技术缺乏激励电流的分档功能，无法根据被测阻值范围灵活调整激励电流，这进一步限制了测试精度和分辨率的最大化提升。

3、因此，如何提供一种用于锂电池阻抗测量的多档激励生成系统及方法，是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种用于锂电池阻抗测量的多档激励生成系统及方法，以解决现有技术中难以满足对低阻值的精确测量需求的问题。

2、为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

3、根据本发明实施例的第一方面，提供了一种用于锂电池阻抗测量的多档激励生成系统。

4、在一个实施例中，所述用于锂电池阻抗测量的多档激励生成系统，包括：变频信号源模块、激励信号处理模块、电压分档模块、恒流源模块、激励输出模块、被测电池及接地电阻分档模块；

5、其中，所述变频信号源模块，用于输出变频激励信号；

6、所述激励信号处理模块，用于对变频激励信号进行滤波和放大处理；

7、所述电压分档模块，用于根据预设档位对滤波和放大处理后的变频激励信号进行电压分档调节；

8、所述恒流源模块，用于将分档调节后的电压信号转为恒定电流信号，并通过接地电阻将电流信号转换为稳定电压信号；

9、所述激励输出模块，用于将恒流源模块输出的恒定电流信号作为测试电流输入至被测电池；

10、所述接地电阻分档模块，用于根据预设档位将测试电流切换至阻值不同的接地电阻上；

11、所述变频信号源模块的输出端与所述激励信号处理模块的输入端电连接，所述激励信号处理模块的输出端与所述电压分档模块的输入端电连接，所述电压分档模块的输出端与所述恒流源模块的输入端连接，所述恒流源模块的输出端与所述激励输出模块的输入端电连接，所述激励输出模块的输出端与所述被测电池的输入端电连接，所述被测电池的输出端与所述接地电阻分档模块的输入端电连接。

12、在一个实施例中，所述变频信号源模块包括模拟转换器ic1、运算放大器ic2a、运算放大器ic2b及运算放大器ic3a；

13、其中，所述模拟转换器ic1的第一引脚与所述运算放大器ic3a的第一引脚连接并输出电压v0，所述运算放大器ic3a的第二引脚与所述模拟转换器ic1的第十三引脚连接，所述运算放大器ic3a的第三引脚与所述模拟转换器ic1的第二引脚连接，所述运算放大器ic3a的第八引脚接vcc8端，所述运算放大器ic3a的第四引脚接vcc8-端，所述模拟转换器ic1的第三引脚与所述运算放大器ic2a的第一引脚连接，所述运算放大器ic2a的第二引脚与所述运算放大器ic3a的第四引脚连接，所述运算放大器ic2a的第三引脚接地，所述运算放大器ic2a的第四引脚接vcc8-端，所述运算放大器ic2a的第八引脚接vcc8端，所述模拟转换器ic1的第五引脚与所述运算放大器ic2b的第六引脚连接，所述运算放大器ic2b的第五引脚接外部参考电压输入，所述运算放大器ic2b的第七引脚与所述模拟转换器ic1的第六引脚连接，所述模拟转换器ic1的第七引脚、第八引脚、第十引脚及第十一引脚分别接入信号cs、信号sclk、信号din及信号ldac，所述模拟转换器ic1的第十二引脚接地，所述模拟转换器ic1的第十四引脚接vcc1端。

14、在一个实施例中，所述变频信号源模块输出0.01hz-10khz内频率可变的变频激励信号。

15、在一个实施例中，所述激励信号处理模块包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电容c1、电容c2、运算放大器ic3b及运算放大器ic4a；

16、其中，所述运算放大器ic3b的第五引脚与所述电阻r1的一端连接，所述电阻r1的另一端接地，所述运算放大器ic3b的第六引脚分别与所述电阻r2的一端及所述电阻r3的一端连接，所述电阻r2的另一端接输出电压v0，所述电阻r3的另一端与所述电阻r4的一端连接，所述电阻r4的另一端分别与所述运算放大器ic3b的第七引脚及所述电阻r5的一端连接，所述电阻r5的另一端分别与所述电阻r6的一端及所述电容c1的一端连接，所述电容c1的另一端接地，所述电阻r6的另一端分别与所述电容c2的一端及所述运算放大器ic4a的第三引脚连接，所述电容c2的另一端接地，所述运算放大器ic4a的第二引脚分别与第一引脚及所述电阻r7的一端连接，所述r7的另一端与所述电阻r8的一端连接，所述电阻r8的另一端输出电压v1，所述运算放大器ic4a的第八引脚接vcc8端，所述运算放大器ic4a的第四引脚接vcc8-端。

17、在一个实施例中，所述电压分档模块包括：反向触发器ic5、模拟开关ic6、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18及电阻r19；

18、所述反向触发器ic5的第一引脚与所述电阻r9的一端连接且接外部控制信号contrl1，所述电阻r9的另一端分别与所述电阻r10的一端及所述电阻r11的一端连接且接地，所述r10的另一端分别与所述反向触发器ic5的第五引脚连接且接外部控制信号contrl2，所述电阻r11的另一端与所述反向触发器ic5的第十三引脚连接且接外部控制信号contrl3，所述反向触发器ic5的第二引脚与第三引脚连接，所述反向触发器ic5的第四引脚与所述模拟开关ic6的第十一引脚连接，所述反向触发器ic5的第六引脚与第九引脚连接，所述反向触发器ic5的第七引脚接地，所述反向触发器ic5的第八引脚与所述模拟开关ic6的第九引脚连接，所述反向触发器ic5的第十引脚与所述模拟开关ic6的第十引脚连接，所述反向触发器ic5的第十一引脚与第十二引脚连接，所述反向触发器ic5的第十四引脚接vcc14端，所述模拟开关ic6的第一引脚分别与所述电阻r18的一端及所述电阻r19的一端连接，所述电阻r18的另一端分别与所述电阻r15的一端及所述模拟开关ic6的第十二引脚连接，所述电阻r15的另一端分别与所述电阻r13的一端及所述模拟开关ic6的第十五引脚连接，所述电阻r13的另一端与所述模拟开关ic6的第十四引脚连接并接输出电压v1，所述电阻r19的另一端分别与所述模拟开关ic6的第五引脚及所述电阻r16的一端连接，所述电阻r16的另一端分别与所述模拟开关ic6的第二引脚及所述电阻r14的一端连接，所述电阻r14的另一端分别与所述模拟开关ic6的第四引脚及所述电阻r17的一端连接，所述电阻r17的另一端接地，所述模拟开关ic6的第三引脚与所述电阻r12的一端连接，所述电阻r12的另一端输出电压v2，所述模拟开关ic6的第六引脚接地，所述模拟开关ic6的第七引脚接vcc8-端，所述模拟开关ic6的第八引脚接地，所述模拟开关ic6的第十三引脚接地，所述模拟开关ic6的第十六引脚接vcc8端。

19、在一个实施例中，所述恒流源模块包括电阻r21、电阻r22、电阻r23、电阻r24、电阻r25、电阻r26、电阻r27、电阻r28、电阻r29、电阻r30、电阻r31、电阻r32、电容c3、电容c4、电容c5、运算放大器ic7a、运算放大器ic7b、运算放大器ic8b、运算放大器ic9a及运算放大器ic9b；

20、其中，所述运算放大器ic7a的第一引脚分别与所述运算放大器ic7a的第二引脚及所述电阻r22的一端连接，所述运算放大器ic7a的第三引脚分别与所述电阻r21的一端及所述电容c3的一端连接，所述电阻r21的另一端与所述电容c3的另一端连接且接地，所述运算放大器ic7a的第八引脚接vcc8端，所述运算放大器ic7a的第四引脚接vcc8-端，所述电阻r22的另一端与所述运算放大器ic8b的第五引脚连接，所述运算放大器ic8b的第六引脚分别与所述电阻r23的一端、所述电阻r24的一端及所述电阻r23的一端连接，所述电阻r23的另一端与所述运算放大器ic7b的第六引脚及七引脚连接，所述运算放大器ic7b的第五引脚接输出电压v2，所述运算放大器ic8b的第七引脚分别与所述电阻r24的另一端、所述电阻r25的另一端及所述电阻r27的一端连接，所述电阻r27的另一端分别与所述运算放大器ic9a的第三引脚及所述电阻r26的一端连接，所述电阻r26的另一端分别与所述运算放大器ic9b的第七引脚及第六引脚连接，所述运算放大器ic9b的第五引脚分别与所述电阻r30的一端、所述电阻r31的一端及所述电阻r32的一端连接且输出电压v3，所述电阻r31的另一端与所述电阻r32的另一端连接且接地，所述电阻r30的另一端分别与所述电阻r29的一端及所述运算放大器ic9a的第一引脚连接，所述电阻r29的另一端分别与所述电阻r28的一端及所述运算放大器ic9a的第二引脚连接，所述电阻r28的另一端接地，所述运算放大器ic9a的第八引脚与所述电容c4的一端连接且接vcc8端，所述电容c4的另一端接地，所述运算放大器ic9a的第四引脚与所述电容c5的一端连接且接vcc8-端，所述电容c5的另一端接地。

21、在一个实施例中，所述激励输出模块包括电阻r33、电阻r34、电阻r35、电阻r36、电阻r37、电阻r38、电容c6、电容c7、电容c8、运算放大器ic10a、运算放大器ic11a、晶体管q1、晶体管q2、晶体管q3、晶体管q4、二极管d1、二极管d2及二极管d3；

22、其中，所述运算放大器ic10a的第一引脚与所述电阻r34的一端及所述电容c8的一端连接，所述电容c8的另一端与所述电阻r33的一端及所述运算放大器ic10a的第二引脚连接，所述电阻r33的另一端接输出电压v4，所述运算放大器ic10a的第三引脚接输出电压v3，所述运算放大器ic10a的第四引脚与所述电容c7的一端连接且接vcc5-端，所述电容c7的另一端接地，所述运算放大器ic10a的第八引脚与所述电容c6的一端连接且接vcc5端，所述电容c6的另一端接地，所述电容的r34的另一端分别与所述二极管d1的第三引脚及所述运算放大器ic11a的第三引脚连接，所述二极管d1的第二引脚接vcc5端，所述二极管d1的第一引脚接vcc5-端，所述运算放大器ic11a的第一引脚分别与所述运算放大器ic11a的第二引脚、所述二极管d2的负极及所述二极管d3的正极连接，所述运算放大器ic11a的第八引脚接vcc5端，所述运算放大器ic11a的第四引脚接vcc5-端，所述二极管d2的正极分别与所述电阻r35的一端及所述晶体管q1的基极连接，所述电阻r35的另一端接vcc5端，所述晶体管q1的集电极接vcc5端，所述晶体管q1的发射极与所述晶体管q2的基极连接，所述晶体管q2的集电极接vcc5端，所述晶体管q2的发射极与所述电阻r37的一端连接，所述电阻r37的另一端与所述电阻r38的一端连接且输出电压v5，所述电阻r38的另一端与所述晶体管q4的发射极连接，所述晶体管q4的集电极接vcc5-端，所述晶体管q4的基极与所述晶体管q3的发射极连接，所述晶体管q3的集电极接vcc5-端，所述晶体管q3的基极分别与所述二极管d3的负极及所述电阻r36的一端连接，所述电阻r36的另一端接vcc5-端。

23、在一个实施例中，所述接地电阻分档模块包括电阻r47、电阻r48、电阻r49、电阻r50、电阻r51、电阻r52、电阻r53、电阻r54、电阻r55、电阻r60、电阻r61、电阻r62、电阻r63、电阻r66、电阻r68、电阻r69、电阻r70、电阻r71、电阻r72、场效应管q8、场效应管q9、场效应管q10、光耦继电器od4、光耦继电器od5、光耦继电器od6、模拟开关ic12、模拟开关ic13及模拟开关ic14；

24、其中，所述模拟开关ic12的第一引脚分别与所述模拟开关ic13的第一引脚、所述电阻r51的一端、所述场效应管q9的漏极、所述光耦继电器od5的第二引脚及所述模拟开关ic14的第九引脚连接，所述场效应管q9的源极与所述电阻r50的一端连接且接地，所述电阻r50的另一端与所述场效应管q9的栅极连接且接外部控制信号contrl8，所述电阻r51的另一端与所述电阻r52的一端连接且接vcc8，所述电阻r52的另一端与所述光耦继电器od5的第一引脚连接，所述光耦继电器od5的第六引脚分别与所述光耦继电器od6的第四引脚、所述光耦继电器od4的第六引脚链接且接信号vback，所述光耦继电器od5的第四引脚通过所述电阻r60与所述电阻r61的一端连接，所述电阻r61的另一端接信号vback2，所述光耦继电器od4的第一引脚与所述电阻r49的一端连接，所述电阻r49的另一端分别与所述电阻r48的一端连接且接vcc8端，所述电阻r48的另一端分别与所述场效应管q8的漏极、所述光耦继电器od4的第二引脚、所述模拟开关ic12的第八引脚、所述模拟开关ic13的第八引脚及所述模拟开关ic14的第八引脚连接，所述场效应管q8的栅极与所述电阻r47的一端连接且接信号contrl7，所述电阻r47的另一端与所述场效应管q8的源极连接且接地，所述光耦继电器od6的第一引脚与所述电阻r55的一端连接，所述电阻r55的另一端与所述电阻r54的一端连接且接vcc8，所述电阻r54的另一端分别与所述场效应管q10的漏极、所述光耦继电器od6的第二引脚、所述模拟开关ic12的第十六引脚、所述模拟开关ic13的第十六引脚及所述模拟开关ic14的第十六引脚连接，所述场效应管q10的栅极与所述电阻r53的一端连接且接信号contrl9，所述电阻r53的另一端与所述场效应管q10的源极连接且接地，所述光耦继电器od6的第三引脚通过所述电阻r2与所述电阻r63的一端连接，所述电阻r63的另一端接信号vback3，所述模拟开关ic12的第二引脚分别与所述模拟开关ic12的第十五引脚、所述电阻r66、所述电阻r68、所述电阻r69、所述电阻r70、所述电阻r71及所述电阻r72的一端连接，所述电阻r68的另一端分别与所述模拟开关ic13的第二引脚及所述模拟开关ic14的第十五引脚连接且接信号vback2，所述电阻r69的另一端分别与所述电阻r70、所述电阻r71、所述电阻r72的另一端、所述模拟开关ic13的第十五引脚及模拟开关ic14的第二引脚连接且接信号vback3，所述电阻r66的另一端与所述模拟开关ic14的第十引脚连接且接输入信号vback1，所述模拟开关ic12的第三引脚分别与第十四引脚及第六引脚连接且接采样点samplei+，所述模拟开关ic12的第四引脚及所述模拟开关ic13的第四引脚均接vcc17-端，所述模拟开关ic14的第四引脚接vcc5-端，所述模拟开关ic12的第五引脚、所述模拟开关ic13的第五引脚及所述模拟开关ic14的第五引脚均接地，所述模拟开关ic12的第七引脚通过所述电阻r66与所述模拟开关ic13的第七引脚连接，所述模拟开关ic12的第十三引脚及所述模拟开关ic13的第十三引脚均接vcc17端，所述模拟开关ic14的第十三引脚接vcc5端，所述模拟开关ic13的第三引脚分别与第十四引脚及第六引脚连接且接采样点samplei-，所述模拟开关ic14的第三引脚分别与第十四引脚及第十一引脚连接且输出电压v4。

25、在一个实施例中，所述电阻r66为四端子开尔文电阻。

26、根据本发明实施例的第二方面，提供了一种用于锂电池阻抗测量的多档激励生成方法。

27、在一个实施例中，所述用于锂电池阻抗测量的多档激励生成方法，包括：

28、输出变频激励信号，并对变频激励信号进行滤波和放大处理；

29、根据预设档位对滤波和放大处理后的变频激励信号进行电压分档调节；

30、将分档调节后的电压信号转为恒定电流信号，并通过接地电阻将电流信号转换为稳定电压信号；

31、将输出的恒定电流信号作为测试电流输入至被测电池，并根据预设档位将测试电流切换至阻值不同的接地电阻上。

32、本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

33、1、本发明能够根据被测物阻值范围调整激励电流等级，从而可以实现精确的电池阻抗测量，并通过选择合适的激励电流，确保被测电池或电池包的响应电压始终处于采集电路可处理的范围内，无论是使用较大的激励电流测量低阻抗，还是使用较小的激励电流测量高阻抗，均能获得大小稳定且易于处理的响应电压。

34、2、本发明利用运放虚短原理设计输出电流源，通过接地电阻切换和输入电压切换实现不同档位的电流输出，满足不同阻值范围的测试需求，从而确保测试精度和适配性，为宽范围阻抗的精确测量提供了有效支持。

35、3、本发明能够对输出激励进行等级分档，当电池阻抗较小时，利用大电流提高被测电池的响应电压，从而提高采集信号信噪比，增加了采样精度，同时在输出过程中增加恒流源模块，保证输出电压的稳定，进而实现高达100n欧的测试分辨率。

36、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。