鋰離子電池內(nèi)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(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)，是衡量電子和離子在電極內(nèi)傳輸難易程度的主要標(biāo)志。阻抗測(cè)量在電池及電芯的研發(fā)、生產(chǎn)、使用過(guò)程中都有非常重要的意義。在使用過(guò)程中，阻抗能夠反映電池的健康狀態(tài)，并且可以通過(guò)阻抗來(lái)預(yù)測(cè)電池壽命。也可以通過(guò)獲得阻抗角和阻抗模來(lái)估計(jì)電池的內(nèi)部溫度。準(zhǔn)確測(cè)量電池內(nèi)阻是電池管理系統(tǒng)及實(shí)際應(yīng)用的客觀要求。

　　常用阻抗測(cè)量方法有以下幾種：

　　（1）用響應(yīng)電壓幅值比激勵(lì)電流幅值得到阻抗模，計(jì)算電壓幅值和電流幅值出現(xiàn)時(shí)間差，得到阻抗角；

　　（2）FFT方法。但FFT存在柵欄效應(yīng)和泄漏現(xiàn)象，使算出的信號(hào)參數(shù)即頻率、幅值和相位不準(zhǔn)，尤其是相位誤差很大，無(wú)法滿(mǎn)足阻抗計(jì)算精度要求；

　　（3）相關(guān)運(yùn)算方法。由于電池內(nèi)阻很小，在實(shí)際測(cè)量中，干擾和噪聲對(duì)它的影響很大。數(shù)字鎖相放大器（DLIA）以相關(guān)檢測(cè)為基礎(chǔ)，能極大地抑制噪聲，提高檢測(cè)信噪比，中心頻率穩(wěn)定，通頻帶窄，品質(zhì)因數(shù)高，擁有強(qiáng)大的信號(hào)提取能力。

　　本文首先對(duì)數(shù)字鎖相放大器阻抗測(cè)量進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)，再對(duì)阻抗測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，包括整體方案和軟件算法改進(jìn)，最后對(duì)串聯(lián)電池組進(jìn)行阻抗測(cè)量，分析測(cè)量結(jié)果及誤差原因。

　　數(shù)字鎖相放大器測(cè)阻抗的仿真設(shè)計(jì)

　　1、算法設(shè)計(jì)

　　電池的響應(yīng)電壓一般不能超過(guò)5~10mV，屬于微弱信號(hào)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(nèi)阻測(cè)量的核心部分，它以相關(guān)檢測(cè)為基礎(chǔ)，利用參考信號(hào)頻率和輸入有用信號(hào)頻率相關(guān)，與非同頻噪聲不相關(guān)，從而從噪聲中提取有用信號(hào)。基于鎖相放大器測(cè)量的基本原理，提出直接將電流信號(hào)作為同相參考信號(hào)，通過(guò)正交算法得到反相參考信號(hào)，再進(jìn)行阻抗計(jì)算。電池阻抗的測(cè)量原理如圖1所示。

　　圖1阻抗測(cè)量原理

　　2、基于DLIA阻抗測(cè)量Simulink仿真驗(yàn)證

　　為了驗(yàn)證數(shù)字鎖相放大器在電池內(nèi)阻測(cè)量中能有效地抑制干擾和噪聲，提高測(cè)量精度，在Simulink中搭建如圖2所示的模型。ExcitaTIonSource模塊產(chǎn)生一個(gè)正弦激勵(lì)電流對(duì)電池進(jìn)行激勵(lì)，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(lì)電流直接作為參考信號(hào)與電池響應(yīng)電壓進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。由于在實(shí)際應(yīng)用中，常使用1～100Hz下的阻抗信息進(jìn)行電池的溫度估計(jì)，因此設(shè)定測(cè)試條件為：1～100Hz激勵(lì)頻率，250～1500Hz采樣頻率，10～60dB信噪比。以此來(lái)分析不同激勵(lì)頻率和信噪比下，阻抗計(jì)算的準(zhǔn)確程度。

　　圖2基于DLIA阻抗測(cè)量系統(tǒng)Simulink模型