基于LTC6804的鋰離子電池阻抗測量系統(tǒng)如何設計？

　　鋰離子電池內阻和阻抗是電池最為重要的參數(shù)之一，它是表征電池壽命及電池運行狀態(tài)的重要參數(shù)，是衡量電子和離子在電極內傳輸難易程度的主要標志。阻抗測量在電池及電芯的研發(fā)、生產(chǎn)、使用過程中都有非常重要的意義。在使用過程中，阻抗能夠反映電池的健康狀態(tài)，并且可以通過阻抗來預測電池壽命。也可以通過獲得阻抗角和阻抗模來估計電池的內部溫度。準確測量電池內阻是電池管理系統(tǒng)及實際應用的客觀要求。

　　常用阻抗測量方法有以下幾種：

　?。?）用響應電壓幅值比激勵電流幅值得到阻抗模，計算電壓幅值和電流幅值出現(xiàn)時間差，得到阻抗角；

　?。?）FFT方法。但FFT存在柵欄效應和泄漏現(xiàn)象，使算出的信號參數(shù)即頻率、幅值和相位不準，尤其是相位誤差很大，無法滿足阻抗計算精度要求；

　?。?）相關運算方法。由于電池內阻很小，在實際測量中，干擾和噪聲對它的影響很大。數(shù)字鎖相放大器（DLIA）以相關檢測為基礎，能極大地抑制噪聲，提高檢測信噪比，中心頻率穩(wěn)定，通頻帶窄，品質因數(shù)高，擁有強大的信號提取能力。

　　本文首先對數(shù)字鎖相放大器阻抗測量進行了仿真設計，再對阻抗測量系統(tǒng)進行整體設計，包括整體方案和軟件算法改進，最后對串聯(lián)電池組進行阻抗測量，分析測量結果及誤差原因。

　　數(shù)字鎖相放大器測阻抗的仿真設計

　　1、算法設計

　　電池的響應電壓一般不能超過5~10mV，屬于微弱信號的范疇，易受到干擾和噪聲的影響。數(shù)字鎖相放大器（DLIA）是內阻測量的核心部分，它以相關檢測為基礎，利用參考信號頻率和輸入有用信號頻率相關，與非同頻噪聲不相關，從而從噪聲中提取有用信號?；阪i相放大器測量的基本原理，提出直接將電流信號作為同相參考信號，通過正交算法得到反相參考信號，再進行阻抗計算。電池阻抗的測量原理如圖1所示。

　　圖1阻抗測量原理

　　2、基于DLIA阻抗測量Simulink仿真驗證

　　為了驗證數(shù)字鎖相放大器在電池內阻測量中能有效地抑制干擾和噪聲，提高測量精度，在Simulink中搭建如圖2所示的模型。ExcitaTIonSource模塊產(chǎn)生一個正弦激勵電流對電池進行激勵，電池模塊采用常用的二階RC等效電路模型。在DLIA模塊中，將正弦激勵電流直接作為參考信號與電池響應電壓進行相關運算。由于在實際應用中，常使用1～100Hz下的阻抗信息進行電池的溫度估計，因此設定測試條件為：1～100Hz激勵頻率，250～1500Hz采樣頻率，10～60dB信噪比。以此來分析不同激勵頻率和信噪比下，阻抗計算的準確程度。

　　圖2基于DLIA阻抗測量系統(tǒng)Simulink模型