锂电池内阻动态测试系统的研究与实现

锂电池内阻是评估锂电池性能的重要指标。锂电池的直流内阻尤其是锂电池的动态阻抗与锂电池的SOC和SOH的变化紧密相连。锂电池内阻动态测试系统作为锂电池管理系统关键的一部分,对锂电池的性能评估监测和充放电管理都有着非常重要的作用。在锂电池内阻动态测试系统中,锂电池的动态内阻是整个系统最重要的被测参数,也是一个很难准确测量的锂电池参数。论文根据EIS阻抗法基本原理,设计了一种能实现高精度测量锂电池动态内阻的测量系统。主要研究内容如下： 对锂电池的工作原理和等效模型进行了详细分析,在比较直流法和EIS法在测试锂电池内阻的优缺点的基础上,结合系统设计的需求,选择了较优秀的EIS法作为锂电池内阻动态测试的方法。并根据EIS测试方法的原理,提出了锂电池内阻动态测试系统的总体设计方案。 设计了锂电池内阻动态测试系统的硬件电路,包括前级调理电路、程控激励源电路、同步采样电路和MCU控制电路。前级调理电路采用8阶巴特沃兹滤波器技术,使调理得到的信号保真度更高；采用倒置型互补推挽电路的方法实现的程控激励源,有效提高了系统的稳定性和效率；基于FPGA设计了高速同步采样单元,使系统的相对时延在3ns以内,为系统对内阻的检测精度提供了强有力的保证。 完成了锂电池内阻动态测试系统的软件设计,包括激励源信号发生电路和同步采样单元的软件设计,采用了ARM+FPGA双平台的软件设计结构,有效提高了系统同步响应的性能。制定了CAN和USB通信协议,简化了通信流程,使各模块之间的通信可采用同样的总线进行多种格式的数据传输。 对系统中的各单元以及系统整体性能进行了实验测试验证。通过对标准电池模型和实际电池在工况下的测量结果进行比较分析,验证了系统的检测精度和检测稳定性。从实验测试的情况可以看出,锂电池内阻动态测试系统测试指标达到系统设计要求。