CN102763263A - 用于测量充电状态的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

能量存储设备的相关充电信息可以根据能量存储设备的一种或更多种动态响应来确定。动态响应可以包括位移、力、压力或其他的动态性质及其性质的改变。例如传感器、换能器或其他设备的指示设备可以被用于指示动态响应。充电信息、测量值或两者均可根据动态响应的指示得出。能量存储设备的充电或放电可以根据充电信息控制。

Description

用于测量充电状态的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年1月15日提交的申请号为61/295,412的美国临时申请的权益，在此通过引用将其全文并入本文。
技术领域
本发明涉及测量能量存储设备的充电信息，并且更具体地涉及测量能量存储设备的动态响应以确定充电状态。
背景技术
电极被用于从某种介质中提供或者迁移电子。电化学电池使用电极以有助于电化学相互作用期间的电子传输和转移。能量存储设备可以在电化学电容和电解电容中使用电极，分别对应于放电或充电过程。能量存储设备的特征可以在于能量容量，这是可以由设备分别在充电和放电期间存储或释放的能量总量。
能量存储设备的充电状态代表相对于能量容量指示充电或放电程度的过程变量。通常，充电状态通过测量电化学储能设备的工作电压来确定或估算。但是，某些电化学储能设备的工作电压在某些工作方式中可能对充电状态相对不敏感。
发明内容
鉴于上述内容，提供了用于确定能量存储设备的充电信息的技术、方案和装置。充电信息可以包括充电状态、鲁棒性指示、循环次数、与合适的能量存储设备(ESD)相关联的任意其他信息或其任意组合。
在某些实施例中，一种或更多种动态响应例如位移、压力、力（force）或其改变可以由任意合适的指示设备指示。指示设备可以是任意合适类型的线性位移传感器、压力换能器、力换能器、光学传感器、任意其他合适的指示设备或其任意组合。在某些实施例中，处理电路可以被用于至少部分地根据接收自指示设备的信号确定测量值。充电信息可以由通过合适的处理电路接收的指示信号得出。
在某些实施例中，充电信息可以被用于控制ESD的充电状态或其改变(例如充电或放电)。适当的动态响应测量值可以由合适的测量设备确定。测量设备可以包括能够被用于确定动态响应测量值的指示设备、处理电路、任意其他合适的部件或其任意合适的组合。关于ESD的充电信息可以由控制系统至少部分地根据动态响应测量值确定。控制系统可以至少部分地根据充电信息给ESD充电或放电。例如，在某些实施例中，控制系统可以设定、限制、停止或以其他方式管理应用于ESD的充电特征(例如充电、充电率)。类似地，可以通过控制系统来控制放电特征。
附图说明
本发明上述以及其他的目标和优点将在结合附图研读以下的详细说明之后变得明了，其中类似的附图标记始终表示类似的部件，并且在附图中：
图1示出了根据本发明的某些实施例的双极性电极单元(BPU)示范结构的示意性截面图；
图2示出了根据本发明的某些实施例的图1中BPU的叠层示范结构的示意性截面图；
图3示出了根据本发明的某些实施例的单极性电极单元(MPU)示范结构的示意性截面图；
图4示出了根据本发明的某些实施例的包含两个图3中BPU的设备示范结构的示意性截面图；
图5示出了根据本发明的某些实施例的具有剖面的示范性电极结构；
图6示出了根据本发明的某些实施例的示范性能量存储设备(ESD)的顶部平面图；
图7示出了根据本发明的某些实施例的沿图6中VII-VII线截取的图6中元件的截面图；
图8示出了根据本发明的某些实施例的图6中元件的截面图，具有用于放大视图的参考部分；
图9示出了根据本发明的某些实施例的从虚线820中截取的图8中元件的放大截面图；
图10示出了根据本发明的某些实施例的示范性ESD的截面图；
图11示出了根据本发明的某些实施例的图10中的ESD经历示范性动态响应时的截面图；
图12示出了根据本发明的某些实施例的耦合至指示设备的ESD的示意图；
图13示出了根据本发明的某些实施例的耦合至指示设备和控制系统的ESD的示意图；
图14示出了根据本发明的某些实施例的耦合至指示设备的示范性ESD；
图15示出了根据本发明的某些实施例的包括测压孔的示范性ESD的截面图；
图16示出了根据本发明的某些实施例的从虚线1520中截取的图15中元件的放大截面图；
图17示出了根据本发明的某些实施例的耦合至指示设备的示范性ESD；
图18是根据本发明的某些实施例用于指示动态响应的示范性步骤的流程图；
图19是根据本发明的某些实施例用于确定充电信息的示范性步骤的流程图；
图20是根据本发明的某些实施例用于利用指示设备控制ESD的示范性步骤的流程图；
图21是根据本发明的某些实施例用于利用多于一个指示器控制ESD的示范性步骤的流程图；
图22是根据本发明的某些实施例用于标定指示设备的示范性步骤的流程图；以及
图23是示出了根据本发明的某些实施例的电池电压和动态响应的时间轨迹的示范性数据曲线图。
具体实施方式
本发明提供了用于确定能量存储设备(ESD)充电信息的方法、装置和设备。
在示出了示范性实施例的图1-23的背景下介绍本发明。
图1示出了根据本发明的某些实施例的双极性单元(BPU)100示范结构的示意性截面图。示范性BPU 100可以包括活性材料正电极层104、导电的防渗衬底106和活性材料负电极层108。正电极层104和负电极层108被设置在衬底106的相对侧。
图2示出了根据本发明的某些实施例的图1中BPU 100的叠层200的示范结构的示意性截面图。多个BPU 202可以被设置到叠层200内。在叠层200内，电解质层210被设置在两个相邻的BPU之间，以使一个BPU的正电极层204与相邻BPU的负电极层208相对，并且电解质层210位于BPU之间。隔板(未示出)可以被设置在一个或更多个电解质层210内以电隔离相对的正负电极层。隔板允许相邻电极单元之间用于复合的离子迁移，但是可以基本上阻止相邻电极单元之间的电子迁移。正如本文中定义的那样，“电池”或“电池段”222是指第一BPU 202的衬底206和正电极层204、与第一BPU202相邻的第二BPU 202的负电极层208和衬底206以及第一和第二BPU 202之间的电解质层210内包含的部件。每一个电池段222的每一个防渗衬底206均可由可应用的相邻电池段222共用。
图3示出了根据本发明的某些实施例的单极性单元(MPU)300示范结构的示意性截面图。示范性MPU 300可以包括活性材料电极层304和导电的防渗衬底306。活性材料层304可以是任意合适的正极性或负极性活性材料。
图4示出了根据本发明的某些实施例的包含两个图3中BPU的设备示范结构的示意性截面图。分别具有正极性和负极性活性材料的两个MPU 300可以被堆叠在一起以构成电化学设备400。电解质层410可以被设置在两个MPU 300之间，以使一个MPU 300的正电极层404与另一个MPU 300的负电极层408相对，并且电解质层410位于MPU之间。隔板(未示出)可以被设置在电解质层410内以电隔离相对的正负电极层。在某些实施例中，分别具有正极性和负极性活性材料的两个MPU可以与合适的电解质层一起加至叠层200以构成双极性电池。双极性电池和电池组在Ogg等人的美国专利US7794877、Ogg等人的申请号为12/069,793的美国专利申请以及West等人的申请号为12/258,854的美国专利申请中进行了更加详细的介绍，在此通过引用将上述所有文献的内容全文并入本文。
用于构成电极单元的衬底(例如衬底106,206,406,416)可以由任意合适的导电且防渗或基本防渗的材料构成，包括但不限于无孔金属箔、铝箔、不锈钢箔、包括镍和铝的包覆材料、包括铜和铝的包覆材料、镀镍钢、镀镍铜、镀镍铝、金、银、任意其他合适的导电和防渗材料或其任意合适的组合。在某些实施例中，衬底可以由一种或更多种合适的金属或金属组合(例如合金、固体溶液、电镀金属)构成。在某些实施例中，每一块衬底均可由彼此粘接的两块或更多块金属箔板制成。每一个BPU的衬底通常厚度都在0.025到5毫米之间，而每一个MPU的衬底厚度都可以在0.025到30毫米之间并且例如用作接至ESD的终端或子终端。金属化泡沫材料例如可以与扁平的金属薄膜或箔片形式的与任意合适的衬底材料结合，以使得例如电池段活性材料之间的电阻可以通过使贯穿电极的导电基材膨胀而减小。
设置在衬底上以构成本发明电极单元的正电极层(例如正电极层104,204和404)可以由任意合适的活性材料构成，包括但不限于例如氢氧化镍(Ni(OH)2)、羟基氧化镍(NiOOH)、锌(Zn)、磷酸铁锂(LiFePO4)、磷酸锰锂(LiMnPO4)、锂钴氧化物(LiCoO2)、锂锰氧化物(LiMnO2)、任意其他合适的材料或其组合。正极性活性材料可以被烧结和浸渍，涂以水性粘合剂并压制，涂以有机粘合剂并压制，或者通过用于将正极性活性材料与其他支持性化学品包含在导电基材内的任意其他合适的技术而包含在内。电极单元中的正电极层例如可以具有被注入在其基材内以减少膨胀的粒子，包括但不限于金属氢化物(MH)、钯(Pd)、银(Ag)、任意其他合适的材料或其组合。这样例如可以增加循环寿命、改善复合以及降低电池段内的压力。这些粒子例如MH粒子也可以位于粘接的活性材料糊料（例如Ni(OH)2）中以改善电极内的电导率并支持复合。
设置在衬底上以构成本发明电极单元的负电极层(例如负电极层108,208和408)可以由任意合适的活性材料构成，包括但不限于例如MH、镉(Cd)、锰(Mn)、Ag、碳、硅、任意其他合适的材料或其组合。负极性活性材料可以被烧结，涂以合适的粘合剂(例如水性、非水性、有机、无机粘合剂)并压制，或者通过例如用于将负极性活性材料与其他支持性化学品包含在导电基材内的任意其他合适的技术而包含在内。负电极侧可以具有的化学品包括但不限于例如Ni、Zn、Al、任意其他合适的材料或其组合，将其注入到负电极材料基质内以稳定结构、减少氧化和延长循环寿命。
各种合适的粘合剂包括但不限于例如有机羧甲基纤维素(CMC)、Creyton橡胶、PTFE(特氟龙)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、任意其他合适的有机或无机材料或其任意合适的组合，粘合剂可以与活性材料混合或以其他方式引入活性材料内以保持活性材料和衬底、固相泡沫材料、任意其他合适的部件或其任意合适的组合之间的接触。任意合适的粘合剂均可被包含在浆料或任意其他的混合物内以增强粘附性、粘着力或其他合适的性质或其组合。在某些实施例中，n-甲基-2-吡咯烷酮可以被用作浆料内的液体介质(例如溶剂)。
ESD的每一个电解质层中的隔板可以由电隔离其两个相邻的电极单元同时允许分子和离子在这些电极单元之间迁移的任意合适的材料构成。隔板可以包含纤维素超强吸收体以改善装填并用作电解质容器以增加循环寿命，其中隔板例如可以由聚合吸收性的织布材料制成。隔板可以由此在对ESD进行充电时释放先前吸收的电解质。在某些实施例中，隔板可以比标准电池密度更低且更厚以使电极间的间距(IES)可以在开始时比通常情况更大并且连续减小，从而在ESD的寿命期间保持其容量(或充电率)以及延长ESD的寿命。
隔板可以是粘接至电极单元活性材料表面的相对较薄的材料，用于减少短路并改善复合。该隔板材料例如可以用喷射、涂覆、压接或其组合的方式粘接到活性材料表面上。隔板可以具有附着于其上的复合剂。该复合剂例如可以被注入隔板结构内(例如这可以通过在湿法工艺中利用聚乙烯醇(PVA或PVOH)物理捕获该试剂以将该试剂粘接至隔板纤维来完成，或者该试剂可以通过电极沉积而被加入其中)，或者该复合剂还可以通过气相沉积而在表面上成层。隔板可以由任意合适的材料制成，例如聚丙烯、聚乙烯、任意其他合适的材料或其任意组合。隔板可以包括有效支持复合的试剂，包括但不限于例如铅(Pb)、Ag、铂(Pt)、Pd、任意其他合适的材料或其任意合适的组合。在某些实施例中，试剂可以与任何导电部件或材料完全隔离(例如不接触)。例如，试剂可以被设置在隔板材料的薄板之间以使试剂不会导电地接触电极或衬底。尽管若电池中的衬底彼此相向移动隔板可能会表现出电阻，但是在本发明可使用足够刚性不会弯曲的衬底的某些实施例中也可以不设置隔板。
ESD每一个电解质层中的电解质可以由在溶解或熔融时能够电离以形成导电介质的任意合适的化合物构成。电解质可以是任意合适的ESD中的标准电解质，包括但不限于例如NiMH和锂离子ESD。基于锂离子的ESD内的电解质可以包括例如碳酸乙烯酯(C3H4O3)、碳酸二乙酯(C5H10O3)、六氟磷酸锂(LiPF6)、任意其他合适的锂盐、任意其他的有机溶剂、任意其他合适的材料或其任意合适的组合。基于NiMH的ESD内的电解质例如可以是水性溶液。电解质可以包含其他合适的材料，包括但不限于例如氢氧化锂(LiOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钙(CaOH)、氢氧化钾(KOH)、任意其他合适的金属氢氧化物、任意其他合适的材料或其组合。电解质还可以包含用于改善复合的添加剂，包括但不限于例如Pt、Pd、任意合适的金属氧化物(例如Ag2O)、任意其他合适的添加剂或其任意组合。电解质还可以包含例如氢氧化铷(RbOH)或任意其他合适的材料以改善低温性能。电解质可以被冷冻在隔板内并随后在完全组装好ESD之后融化。这样就可以允许在垫圈已经跟与之邻接的电极单元形成充分液密的密封之前将特别粘稠的电解质插入ESD的电极单元叠层内。
电极可以包含导电网络或部件。导电网络或部件可以减小欧姆电阻并且可以允许增加用于电化学相互作用的界面面积。例如，在图4示出的叠层400内，电解质410和正电极层404或负电极层408之间的界面表现为平坦的二维表面。尽管在能量存储设备的某些实施例中可以使用平坦或基本平坦的界面，但是电极也可以具有多孔结构。多孔结构可以增加电极和电解质之间的界面面积，这样就可以增大可实现的充电率或放电率。活性材料可以与导电部件或网络混合或者加入其中以在更大的表面区域上扩展界面。电化学相互作用可以在活性材料、电解质和导电材料之间的界面处产生。
ESD的导电衬底可以防渗或基本防渗，由此避免泄漏或短路。在某些设置方式中，一个或更多个多孔电极可以如图1-4所示保持与衬底接触。这种设置方式可以允许在外部电路和电极中的电子迁移。
图5示出了根据本发明的某些实施例的具有剖面的示范性电极结构500。电极结构500可以包括电极502和衬底506，它们可以共用界面510作为接触面。界面510表示空间内至少有两种部件、材料或其适当组合接触相遇的平面或路径。如本文中所用的术语“界面”描述了在任意两种合适的部件之间基本为平面的接触区域，或者是任意其他的在两种不同材料或部件之间的接触面。尽管图示为平坦的圆盘形状，但是电极结构500可以具有任意合适的形状、曲率、厚度(任何一层)、(衬底和电极中的)相对尺寸、(衬底和电极中的)相对厚度)、任意其他的性质或其任意合适的组合。电极502可以包括一个或更多个导电部件(例如金属)、一种或更多种活性材料(例如Ni(OH)2)、一种或更多种粘合剂、一种或更多种纳米结构材料、任意其他合适的材料或其任意组合。
ESD中的活性材料可能会由于电活动例如充电或放电而经历体积膨胀或收缩，这可能会造成ESD充电状态的改变。在某些实施例中，活性材料可能会响应于充电和放电事件而经历交替的体积膨胀和收缩。体积改变可能是材料相变、生成反应、插入反应、活性材料层内原子或分子的插层反应、其他的物理或化学过程或其任意合适组合的结果。某些ESD的部件（例如衬底、单极性板或其他部件）在活性材料可能经历体积改变时可以不经历明显的体积改变。在某些实施例中，ESD可以允许一个或更多个部件相对于一个或更多个另外的部件膨胀、收缩或两者兼有以减小、增大、保持或以其他方式控制一部分ESD(例如适当的部件集合)的体积。在某些实施例中，体积改变可以基本上沿一个方向(例如轴向堆叠的方向)进行，并且可以被称为例如“线性位移”。
在某些实施例中，ESD的电池内的压力可以随着应用充电或放电过程而改变。例如，压力可以通过电池内一种或更多种活性材料的体积改变而改变。在进一步的示例中，压力可以随着向电池内的气相加入分子或从气相中去除分子而改变。在某些实施例中，ESD可以允许一个或更多个部件相对于一个或更多个另外的部件膨胀、收缩或两者兼有以减小、增大、保持或以其他方式控制一块或更多块电池内的压力。用于ESD的可变体积外壳在West等人的申请号为12/694,638的美国专利申请中进行了更加详细的介绍，在此通过引用将其内容全文并入本文。
图6和图7中分别示出了根据本发明的某些实施例的示范性ESD 600的顶部平面图和截面图。如图7中所示，ESD 600包括例如具有一块或更多块双极性板606的电池622、正极性活性材料层604、负极性活性材料层608、电解质层610以及一个或更多个垫圈612。ESD 600还可以包括电池624和626，其中可以分别包括例如正极性的单极性板614或负极性的单极性板618、正极性活性材料层604、负极性活性材料层608、电解质层610、垫圈612以及一块或更多块双极性板606。
在某些实施例中，ESD 600可以是双极性电池，其中电池被串联堆叠、并联堆叠或者是任意合适的串联和并联堆叠结构。具有串联和并联电耦合电池的能量存储设备在West等人的申请号为12/766,225的美国专利申请中进行了更加详细的介绍，因此通过引用将其内容全文并入本文。图7中的向量750示出了堆叠方向。应该理解根据本发明的电池可以沿任意合适的方向或取向堆叠。在某些实施例中，非双极性的ESD叠层(例如图4中的叠层400)可以被包含在ESD 600内。在某些设置方式中，相邻的非双极性ESD可以通过适当的间隙或材料层分离或者以其他方式彼此隔离。ESD 600内可以包含任意合适数量的任意合适类型或类型组合的电池。例如，在某些实施例中，ESD 600内可以包含单块电池。在进一步的示例中，在某些实施例中，ESD可以包括相对于彼此可具有不同化学性质的一块或更多块电池。例如，第一电池可以包括基于锂离子的部件，而第二电池可以包括基于NiMH的部件。
在某些实施例中，ESD 600内可以包含一个或更多个垫圈612。垫圈612可以被用于例如密封各个电池、允许基本无泄漏的膨胀/收缩(例如动态密封)、定位一个或更多个部件(例如BPU)、缓冲撞击、提供电隔离或离子隔离、执行任意其他合适的功能或其任意组合。在某些实施例中，垫圈612可以包含空隙空间。例如，垫圈内的空隙空间可以有助于垫圈在ESD 600膨胀/收缩期间变形(例如拉伸，收缩)。在某些实施例中，垫圈612可以是例如弹性、挠性、可压缩、刚性、任意其他的机械设计或其任意合适的组合。垫圈612可以包括螺孔、凹槽、减压特征、O形环、密封剂、任意其他合适的材料、部件或特征件或其任意合适的组合。在某些实施例中，例如可以利用任意合适的密封剂(例如硅酮密封剂)、粘合剂或其他化合物将多块电池粘接至相邻的电池。
如图6和图7中所示，ESD 600内可以包含能够提供刚性、定位、包容、压缩、装配、冲击阻尼或任意其他结构功能的任意合适的结构部件或其组合。例如，ESD 600可以包括弹簧620、压板630和容器640。
容器640可以被用于例如容纳泄漏物、容纳排出的流体、在ESD 600和周围环境之间提供隔离(例如电隔离、离子隔离、热隔离)、向ESD 600中的电池施加压力、提供结构装配特征、提供任意其他合适的功能或其任意合适的组合。弹簧620和压板630可以被用于例如向能量存储设备施加压力。在某些实施例中，例如可以通过施加合适的压力来减少或明显减少泄漏、部件的定位偏移或其他的系统改变过程。如图7中所示的压力“Fc”可以从例如外部固定件、弹簧620、容器640或穿过压板630延伸至容器640的螺栓施加至压板630。相对于力“Fc”相等且反向的力也可以被加至例如容器640(例如来自容器640固定件的法向力)。例如，在某些实施例中，穿过压板630和弹簧620内的孔延伸至容器640内适当内螺纹的螺栓可以在任意合适的螺栓分布圆或图案上拧紧以为ESD 600提供合适的压力。在某些实施例中，压板630和容器640可以相对于彼此空间地固定，而弹簧620可以沿向量750的方向或任意其他合适的方向(例如径向地)经历收缩或膨胀。任意合适的组装技术均可被用于保持ESD600中的配置。
在某些实施例中，ESD 600可以被约束为阻止或减小充电和放电期间的位移。在某些实施例中，ESD 600的约束位移与现有的无约束能量存储设备相比可以造成电池气压、压力、任意其他的动态响应或其任意组合的增大。在某些实施例中，来自于堆叠结构中部件重量的压力可以有助于保持ESD 600的组装。
在可包括充电、放电或两者兼有的操作期间，ESD 600可能会经历动态响应例如膨胀(譬如沿向量750的方向或其他方向)、收缩(譬如沿向量750的方向或其他方向)、沿任意合适方向的其他位移模式、一块或更多块电池内的压力改变、一个或更多个部件上的力改变、任意其他合适的动态响应或其任意合适的组合。例如，弹簧620可以随着电池622、624和626分别沿向量750的方向膨胀或收缩而收缩或膨胀。
图8示出了根据本发明的某些实施例的图6中元件的截面图，具有圈出放大视图的虚线820。
图9中示出了沿图8中的虚线820截取的局部截面图，包括电池624的部分、其中一块电池622、正极性的单极性板614和弹簧620。在充电和放电过程期间，电池624内的压力“P1”、电池622内的压力“P2”或来自叠层中任意其他电池的压力或其任意组合可能会由于因电活动发生的化学过程、电化学过程或以上两者而改变。叠层中每一块电池内的压力均可响应于电活动而独立改变或与其他电池内的压力相关地改变。例如，在某些实施例中，在充电和放电过程期间可以生成能够增加电池压力的气相材料(例如双原子的氢气、双原子的氧气)。在某些实施例中，固相活性材料的膨胀和收缩可以促使叠层内一块或更多块电池中的气体压力增大或减小。在某些实施例中，叠层内的一块或更多块电池可以气动或液压地耦合，这样可以分别允许气体或液体转移并使适当耦合的电池中的压力平衡。
压力“Fc”可以作用在ESD 600的任意合适的部件上。例如，在某些实施例中，相等且反向的力“Fc”可以作用于部件界面，例如界面822、824、852、854、任意其他合适的界面或任意的界面组合。压力可以根据实际的接触区域而以任意合适的方式分布在界面上。在部件之间特定的界面处，其中所有部件相对于固定框架都基本上没有加速度，那么部件上就会存在相等且反向的力。例如，如果如图8所示施加压力“Fc”，那么即可如图9所示在部件之间的界面处存在作用在相邻部件上的相等且反向的力“Fc”。
图10示出了根据本发明的某些实施例的示范性ESD 1000的截面图。ESD 1000可以具有一种或更多种特征，例如压力、叠层高度“H1”、电池气压或任意其他合适的特征。如本文中所用的术语“特征”应该是指与ESD相关联的可以部分或完整描述ESD的任意物理性质(例如机械、电气、化学性质)。
图11示出了根据本发明的某些实施例的ESD 1100的截面图。图11中的能量存储设备1100相对于图10中的ESD 1000而言可以具有不同的特征。例如，在某些实施例中，在充电或放电过程期间，ESD 1100可以对应于沿向量1050的方向膨胀的ESD 1000。膨胀例如可以像图10和图11分别示出的那样促使ESD叠层的高度从“H1”增加至“H2”。在某些实施例中，垫圈612可以膨胀、收缩或以其他方式变形以在膨胀和收缩期间保持或基本保持对应电池上的密封。
在ESD的电活动(例如充电或放电)期间，ESD(例如ESD1000,ESD 1100)的一种或更多种特征可以改变。在某些实施例中，ESD的充电状态或鲁棒性可以通过例如位移、压力、电池气压、电池电压、任意其他合适的特征、任意合适的特征改变或其任意合适的组合来指示。如本文中所用的术语“充电信息”应该是指ESD充电状态、ESD鲁棒性、任意其他合适的ESD相关信息或其组合的综合数值或数值改变。在某些实施例中，ESD的充电信息还可以包括ESD的一种或更多种特征。
图12示出了根据本发明的某些实施例的可包括ESD 1210和指示设备1220的示范性系统1200的示意图。ESD 1210可以是任意合适类型的双极性或其他形式的ESD，包括例如NiMH型电池、锂离子型电池、铅酸型电池、任意其他合适类型的ESD或其任意合适的组合。
指示设备1220可以是能够指示动态响应的任意合适的设备或系统，包括例如力换能器、压力换能器、位移传感器、光学设备(例如光子源和检测器，成像设备)、视觉指示器、近程传感器(例如红外、电容、感应式的近程传感器)、霍尔效应传感器、电压表(例如数字式电压表)、电流表、电阻表、电化学阻抗光谱系统、任意其他合适的指示设备或系统或其任意组合。动态响应可以来自于ESD 1210的电活动。ESD动态响应的指示并不局限于数值或定量指标，而且还可以表示动态响应的趋势、改变(例如增大，减小)或其他的动态响应定性指标。
ESD 1210可以通过耦合部分1212和1214耦合至指示设备1220。耦合部分1212和1214可以包括例如电耦合(例如电线)、直接接触(例如与ESD 1210相接触的力换能器)、光耦合(例如反射、吸收来自适当来源的光子)、任意其他合适的用于将ESD 1210耦合至指示设备1220的设置方式或其任意合适的组合。例如在某些实施例中，耦合部分1212可以允许ESD 1210的动态响应通过指示设备1220进行检测(例如成像)，或者直接与之相互作用(例如提供力以促使其位移)。例如在某些实施例中，指示设备1220可以通过耦合部分1214提供能够指示ESD 1210动态响应的适当刺激、扰动、任意其他的光、电或机械参考信号或信号的任意组合。耦合部分1212和1214可以在某些实施例中适当组合或以其他方式配合使用，例如使用不同的信号处理技术譬如调制/解调或更多路复用/多路分解。在某些实施例中(未示出)，可以省略耦合部分1214。
在某些实施例中，一个或更多个(例如压电、压阻、电容性)压力换能器可以通过适当的气动或液压管路(例如管道，配件)耦合至ESD中的一块或更多块电池(例如图6中的电池622)。压力换能器可以从外部动力源或电源接收功率信号(例如直流电压和电流、交流电压和电流)，并且可以响应或者以其他方式(例如直流信号，交流信号)指示ESD 1210的一块或更多块电池内的压力或压力改变。在某些实施例中，压力换能器可以包括机械部件，例如弹簧、隔膜、活塞、任意其他合适的机械部件或其任意组合。任意合适类型的压力换能器均可被用于指示相对压力(例如表压)、绝对压力或差动压力或其任意合适的组合。
在某些实施例中，一个或更多个位移传感器可以通过直接接触耦合至ESD(例如图12中的ESD 1210)的一个或更多个部件。一个或更多个位移传感器可以从外部动力源或电源接收功率信号(例如直流电压和电流、交流电压和电流)，并且可以响应或者以其他方式(例如用直流信号，交流信号)检测并指示ESD 1210的一个或更多个部件的位移或位移改变。任意合适类型的位移传感器均可被用于指示ESD1210的一个或更多个部件的相对位移、绝对位移或差动位移或其任意合适的组合。
在某些实施例中，一个或更多个(例如压电、压阻、电容性)力换能器例如可以通过直接接触耦合至ESD(例如图12中的能量存储设备1210)的一个或更多个部件。一个或更多个力换能器可以从外部动力源或电源接收功率信号(例如直流电压和电流、交流电压和电流)，并且可以响应或者以其他方式(例如用直流信号，交流信号)检测并指示作用在ESD 1210的一个或更多个部件上的力或力改变。任意合适类型的力换能器均可被用于指示相对力、绝对力或差动力或其任意合适的组合。在某些实施例中，力换能器可以包括机械部件，例如弹簧、隔膜、活塞、任意其他合适的机械部件或其任意组合。
在某些实施例中，一个或更多个(例如干涉测量、基于光强、基于图像的)光学传感器例如可以通过任意合适的光路耦合至ESD(例如图12中的ESD 1210)的一个或更多个部件。一个或更多个光学传感器或检测器可以从外部动力源或电源接收功率信号(例如直流电压和电流、交流电压和电流)，并且可以响应或者以其他方式(例如用直流信号，交流信号)检测并指示光学现象。光学现象可以包括吸收、透射、反射、成像、任意其他的光学、光子或成像过程或其任意合适的组合。任意合适类型的光学传感器均可被用于指示任意合适的动态响应或其任意合适的组合。在某些实施例中，光子源可以被用于提供任意合适强度、能量分布、相干性、任意其他合适性质或其任意组合的光子，光子可以被设置用于指示ESD 1210的动态响应。例如，在某些实施例中，激光可以被用于提供光子源，激光可以从ESD 1210的一个或更多个表面反射并且通过一个或更多个光子检测器(例如光电倍增管、电荷耦合设备(CCD)摄像头)进行检测，这样就可以指示一种或更多种ESD特征的改变。在进一步的示例中，成像摄像头可以监测一个或更多个部件、表面、边缘、界限(例如压痕，孔，凸起特征)或任意其他合适的能够随着ESD特性改变而改变的ESD表面特征的相对位置。成像摄像头输出(例如视频帧、图像)的差异可以指示ESD的一种或更多种动态响应(例如位移)。在某些实施例中，模式匹配技术、特征检测技术、其他的图像处理技术或其组合可以被用于根据成像指示设备来确定动态响应。
在某些实施例中，可以将多于一个指示设备耦合至ESD。例如，在某些实施例中，双极性ESD的轴向位移和堆叠电压可以分别利用可耦合至双极性ESD的位移传感器和数字式电压表进行监测。根据本发明任意其他的具有任何适当数量指示设备的组合均可被耦合至ESD 1210。
在某些实施例中，用户可以至少部分地根据指示设备的输出来观测一种或更多种特征的改变。例如，指示设备1220可以包括视觉上充分接近于ESD 1210的刻度面(例如标尺)。一种或更多种空间特征的改变可以通过ESD 1210的至少一项特征和指示设备1220刻度面上的至少一个刻度之间位置的相对改变来指示。在进一步的示例中，在某些实施例中，用户可以监测成像指示设备的输出以用于ESD 1210的动态响应。
图13示出了根据本发明的某些实施例的可包括ESD 1310、指示设备1320和控制系统1350的示范性系统1300的示意图。ESD1310可以是任意合适类型的ESD(例如图12中的能量存储设备1210)或ESD的组合。指示设备1320可以是能够指示动态响应的任意合适的设备(例如图12中的指示设备1220)。耦合部分1312可以包括能量存储设备1310和指示设备1320之间任意合适类型的耦合部分(例如图12中的耦合部分1212和1214)。
如图13所示，控制系统1350可以包括例如指示器接口1352、处理电路1354和电源控制电路1356。在某些实施例中，控制系统1350的部分或所有部件可以位于ESD 1310或指示设备1320本地，例如本地CPU或板载处理单元。在某些实施例中，控制系统1350的部分或所有部件可以远离能量存储设备1310和指示设备1320设置，例如远程应用服务器或远程处理设施。控制系统1350可以被用于控制或以其他方式与任意合适的设备、系统、网络或其合适的组合相互作用，例如电动车、远程动力设施(例如太阳能电池板、风轮机)或输电网。
指示器接口1352可以包括用于跟一种或更多种指示设备有线通信(例如局域网，控制引线)或无线通信(例如WiFi、光通信)的数据接口。指示器接口1352可以通过耦合部分1324向指示设备1320提供信号(例如功率信号、参考信号)，从指示设备1320接收信号(例如调制信号、动态响应指示信号)或两者兼有。在某些实施例中，指示器接口1352可以包括例如RCA型接口连接、S-视频接口连接、任意其他合适的视频或图像接口或其任意组合。
在某些实施例中，指示器接口1352、耦合部分1324或两者可以包括例如线束，其中包括一根或更多根绝缘线、导线管、接线盒、插入式接线器(例如
Figure BDA00002023551400171
型接插件)、密封线组(例如
Figure BDA00002023551400172
型密封配件)、信号调制部件(例如带通滤波器、放大器、整流器、桥接器、多路复用器、多路分解器、保险丝、二极管)、任意其他合适的电子部件或其任意合适的组合。例如，指示设备1320可以是连接至ESD1310中合适部件的应变仪。指示器接口1352、耦合部分1324或两者可以包括四引脚惠斯通电桥电路，其中应变仪是桥路的四个电阻元件之一。桥接电路可以用绝缘引线和电气端子电耦合至指示设备1320。应变仪由于ESD 1310(例如源于电活动)的位移而改变的电阻可以造成惠斯通电桥电路不平衡并提供ESD 1310动态响应(也就是位移)的指示。
在某些实施例中，指示器接口1352、耦合部分1324或两者可以包括例如流体(例如气体，液体)管道、管配件、管道配件、压力调节器、压力表、流量开关、阀门(例如止回阀，针阀)、任意其他合适的气动或液压部件或其中的任意合适部件。例如，在某些实施例中，指示设备320可以是能够指示第一和第二压力端口(例如高压和低压端口)之间压差的差压换能器。其中一个压力端口可以流体耦合至指示器接口1352的参考端口，它可以提供第二压力端口处的参考压力。流体耦合可以包括一定长度的管路以及用于将管路密封至端口的压缩管路配件。指示设备1320的第一压力端口可以流体耦合至ESD(例如ESD 1310)中的一块电池。
在某些设备中，指示器接口1352、耦合部分1324或两者可以包括例如光纤、光学部件(例如透镜、光谱滤波器、光强滤波器、光束分离器、狭缝)、光束截捕器、光子功率计、任意其他合适的光学部件或其任意合适的组合。例如，指示设备1320可以包括通过可为光缆的耦合部分1324与指示器接口1352通信的传感器。耦合部分1324、指示器接口1352或两者可以包括例如耦合至光缆的机械传输(MT)光纤连接器。
处理电路1354可以包括一个或更多个中央处理单元、微处理器、处理器集合(例如并行处理器)、CPU缓存、随机存取存储器(RAM)、存储硬件(例如硬盘)、I/O通信接口、适当的电路、任意其他的硬件部件、任意合适的软件或其合适的组合。处理电路1354可以包括任意合适的输入输出(I/O)接口用于例如与有线(例如局域网，控制引线)或无线(例如WiFi、光纤)通信网络、本地或远程数据库(例如数据服务器)、一种或更多种能量存储设备、任意其他合适的网络或设备或其任意组合进行数据通信。在某些实施例中，处理电路1354可以包括信号处理部件例如滤波器(带通滤波器)、模数(AD)转换器、数模(AD)转换器、调制器、解调器、放大器(例如运算放大器)、任意其他合适的信号处理设备或其任意组合。在某些实施例中，处理电路1354可以执行软件指令(例如闭环控制指令)。
在某些实施例中，处理电路1354可以通过数据耦合部分1360发送和接收信号，数据耦合部分1360可以被进一步耦合至本地或远程设置的网络、数据库、处理设施、任意其他合适的网络、设备或设施或其组合。在某些实施例中，控制系统1350中可以不包括数据耦合部分1360(例如单机系统)。数据耦合部分1360可以包括引线(例如绝缘线、带状电缆)、接线条、金属接线夹、螺旋式接线柱、焊接连接、通用串行总线(USB)连接、插入式以太网连接、光学耦合部分(例如光纤耦合，红外信号)、任意其他合适的部件、材料、连接器和组件或其任意组合。
在某些实施例中，处理电路1354可以包括存储在任意合适存储设备或存储设备组合内的校正信息(例如校正常数、相关参数、工作映射表)、数据库、任意其他合适的信息或其任意组合。存储设备可以相对于处理电路1354本地或远程地设置，其可以使用数据耦合部分1360以从合适的存储设备发送和接收数据。校正信息可以被用于例如根据ESD的测量特征或任何其他信息来估算ESD 1310的充电状态。
处理电路1354可以用指示器接口1352来发送和接收信号。例如，在某些实施例中，指示器接口1352可以向处理电路1354输出对应于ESD 1310动态响应的信号。在某些实施例中处理电路1354可以确定能够至少部分地根据接收自指示器接口1352的信号描述ESD1310充电和放电的时序方案、电流或电压限制、电流或电压变化率限制、报警、任意其他的电气指标或其任意组合。
处理电路1354可以通过耦合部分1314耦合至电源控制电路1356。电源控制电路1356可以被用于控制ESD 1310的电活动。在某些实施例中，电源控制电路1356可以被用于监测、控制、调整或以其他方式管理通过耦合部分1314从能量存储设备1310供应和提取的电力。
在某些实施例中，电源控制电路1356、耦合部分1314或两者可以包括例如引线、接触器、保险丝、断路器、超级电容器、开关、电压调节器、电流调节器、变压器、任意其他合适的电子部件或其任意组合。例如，在某些实施例中，电源控制电路1356可以包括能够电耦合至能量存储设备1310以对电负荷的改变提供快速响应的一个或更多个超级电容器。在进一步的示例中，保险丝、断路器或接触器可以由电源控制电路1356用于中断送往或来自能量存储设备1310的电流以避免例如过电流状态。
在某些实施例中，电源控制电路1356可以通过电源耦合部分1370被耦合至设备、系统、网络或其组合。例如，在某些实施例中，电源耦合部分1370可以将电源控制电路1356耦合至驱动系(例如电动车(EV)驱动系，混合动力EV(HEV)驱动系，插入式HEV驱动系)、电负载(例如可调节电阻负载设备)、机电设备(例如直流电机，直流螺线管，发电机，风轮机)、电化学设备(例如电解器)、光电化学设备、光伏设备(例如太阳能电池)、输电网、任意其他合适的电网、设备或系统或其组合。应该理解在某些实施例中，控制系统1350(例如ESD测试站)中可以不包括电源耦合部分1370。电源耦合部分1370可以包括引线(例如绝缘线，编织电缆)、导电元件(例如金属导轨)、金属线夹、螺旋式接线柱、焊接连接、任意其他合适的部件、材料和组件或其任意组合。
在某些实施例中，控制系统1350中任意的适当特征或部件均可被包括作为指示设备1320的一部分。例如，指示设备1320可以被包括在计算机内，计算机可以将指示器接口、处理电路和电源控制电路集成为单个设备。包括指示设备的计算机可以通过耦合部分1312,1314或两者耦合至ESD 1310。
图14示出了根据本发明的某些实施例的包括耦合至指示设备1420的ESD 1410在内的示范性系统1400的示意图。指示设备1420可以是线性位移传感器、线性力换能器、任意其他合适的能够指示动态响应的指示设备或其任意组合。
在某些实施例中，压板1430可以被螺接、压接或以其他方式刚性固定至ESD 1410中包含的其他部件，例如包装件1440或弹簧。在某些实施例中，压板1430可以将压力分配至ESD 1410的一个或更多个部件。单极性板1402例如可以被电耦合至电源引线1414。电源引线1414可以与电源引线1416一起将ESD 1410耦合至外部电源控制电路(例如电源控制电路1356)、外部设备(例如直流电机)、外部网络或任意其他合适的系统或系统组合。在某些实施例中，电源引线1414和1416可以基本对应于图13中的耦合部分1314。在某些实施例中，电源引线1414和1416可以包括螺旋式接线柱、焊接连接、绝缘线、编织电缆、金属导轨、带状电缆、地线、用于输送电力的适当部件或其任意组合。
系统1400中的ESD 1410可以与系统1400的底座1450相接触或以其他方式耦合。如图14所示，底座1450包括例如支柱1454、支架1456和安装耦合件1452，它们可以为ESD 1410提供机械支撑并且为指示设备1420提供适当的装配。支柱1454、底座1450、支架1456和安装耦合件1452可以包括例如部分或所有框架(例如车架)、壁架、壳体、任意其他结构部件或装置或其任意组合。在某些实施例中，多于一个ESD可以与支柱1454、底座1450、支架1456或安装耦合件1452相接触。支柱1454、底座1450、支架1456和安装耦合件1452可以由任意合适的材料制成，例如金属、塑料、石墨、碳纤维、纤维玻璃、任意其他合适的结构材料或其任意组合或合成物。在某些实施例中，支柱1454、底座1450、支架1456和安装耦合件1452可以构成基本刚性的结构。安装耦合件1452可以被用于例如保持ESD 1410相对于其他部件(例如指示设备1420)的定位、位置和/或取向。
在某些实施例中，指示设备1420可以通过耦合部分1412耦合至ESD 1410。耦合部分1412可以被包括作为也可以不被包括作为指示设备1420的部件。在某些实施例中，耦合部分1412可以是基本刚性的能够保持与单极性板1402相接触的固体。指示设备耦合部分1424可以将指示设备1420耦合至任意合适的接口(例如指示器接口1352)、设备、系统、网络或其任意组合。例如，在某些实施例中，指示设备耦合部分1424可以允许指示设备1420和控制系统(例如图13的控制系统1350)之间的通信。
在充电或放电期间，ESD 1410的一种或更多种特征可能会改变。例如，在某些实施例中，ESD的一个或更多个部件可以响应于充电、放电或两者而经历基本平行于向量1490方向的位移。指示设备1420可以通过例如经过指示设备耦合部分1424传输信号或信号变化来指示ESD 1410的一个或更多个部件的位移。
在某些实施例中，指示设备耦合部分1424可以不被包含在指示设备1420内。例如，在某些实施例中，指示设备1420可以是单机设备。指示设备1420例如可以在任意合适的显示设备或部件上显示与ESD 1420动态响应相关联的指示、测量值、参数或其他输出值(例如刻度线和参考标记，模拟表盘显示，LCD显示，LED显示)。在某些实施例中，指示设备1420可以包括存储硬件、处理电路、电源、任意其他合适的部件(例如图13控制系统1350中任意合适的部件)或其任意组合。
图15示出了根据本发明的某些实施例的可包括压力接头1512的示范性ESD 1500的截面图。图16示出了根据本发明的某些实施例的从虚线1520中截取的图15中元件的放大截面图。尽管图15中并未示出，但是ESD 1500可以包括任意合适的部件例如包装件、弹簧、压板、电源引线、任意其他合适的部件或其任意组合。在某些实施例中，压力接头1512可以在能量存储设备1500的适当部件(例如图16中所示的单极性板1514)内包括孔、凹口或空腔以向管路1552提供流体入口。尽管示范性的电池1524被示出为具有流体耦合至管路1512的空腔，但是在某些实施例中电池不必包括用于流体耦合至压力接头的空腔。
压力接头1512可以包括例如管路耦合部分1550和管路1552。管路1552例如可以是管道、管线、软管、歧管、任意其他合适的密封管路，可由任意合适的材料制成，包括例如金属、塑料、橡胶、任意其他合适的材料或其任意组合或合成物。管路耦合部分1550可以是任意合适类型的耦合部分(例如压接配件、管路配件、粗糙软管配件、夹紧的真空型配件、焊接连接、锡焊连接、钎焊连接)或更多个耦合部分的组合(例如螺接至压缩管配件适配接头的管路)。管路1552可以是任意合适的形状，并且可以从能量存储设备1500伸出任意合适的距离。
在某些实施例中，末端1530可以耦合至能指示压力的指示设备。附加的管路耦合件(未示出)可以在末端1530处用于将管路1552耦合至指示设备。能量存储设备1500在某些实施例中可以包括多于一个压力接头，它们可以被耦合至能量存储设备1500中的一块或更多块电池。
图16中示出的路径1570可以表示延伸至末端1530的基本连续的流体路径。在某些实施例中，路径1570可以在管路1552内延伸至能够耦合至管路1552的指示设备。例如，电池1524内的压力“PT”可以加在电池1524内包括的部件表面上。管路1552内的流体可以沿路径1570具有与“PT”基本相同或不同的静压。在某些实施例中，例如在管道1552内可以伴随能量存储设备1500充电或放电的压力平衡或改变期间可以有不稳定的流体沿着路径1570流动。
图17示出了根据本发明的某些实施例的包括耦合至指示设备1720的ESD 1710在内的示范性系统1700的示意图。指示设备1720可以包括压力换能器、压力换能器、气体传感器(例如可调谐二极管激光传感器、电化学传感器)、温度传感器(例如热电偶探针、热敏电阻器、耐热设备)、任意其他合适的指示设备或其任意组合。
在某些实施例中，压板1730可以被螺接、压接或以其他方式刚性固定至ESD 1710中包含的其他部件例如包装件1740或弹簧。在某些实施例中，压板1730可以将压力分配至ESD 1710的一个或更多个部件。单极性板1760例如可以被电耦合至电源引线1714。电源引线1714可以与电源引线1716一起将ESD 1710耦合至外部电源控制电路(例如电源控制电路1356)、外部设备、外部网络或任意其他合适的系统或系统组合。在某些实施例中，电源引线1714和1716可以基本对应于图13中的耦合部分1314。
ESD 1710可以与安装耦合部分1750相接触或以其他方式与之耦合。安装耦合部分1750可以包括例如支柱、框架、支架、安装耦合件、任意其他合适的部件或其任意组合以能够设置用于安装ESD1710。图14中示出的系统1400的任何部件或任何附加部件均可在根据本发明的系统1700中实施。
在某些实施例中，指示设备1720可以通过流体耦合部分1712耦合至ESD 1710。流体耦合部分1712可以被包括作为也可以不被包括作为指示设备1720的部件。在某些实施例中，耦合部分1712可以是能够耦合至单极性板1760的基本中空的管路。在某些实施例中，流体耦合部分1712可以基本对应于图15和16中的压力接头1512，其中可以包括任意合适类型的管路、配件、阀门、压力调节器、通风孔、任意其他合适的硬件或其任意组合。流体耦合部分1712可以具有任意合适的形状、尺寸、长度或任意其他性质，并且可以由任意合适的材料或材料组合制成(例如铜、铁、铝、橡胶、塑料、聚四氟乙烯)。
指示设备耦合连接1724可以将指示设备1720耦合至任意合适的接口(例如指示器接口1352)、设备、系统、网络或其任意组合。例如，在某些实施例中，指示设备耦合连接1724可以允许指示设备1720和控制系统(例如图13的控制系统1350)之间的通信。在某些实施例中，指示设备1720可以通过指示设备耦合部分1724从控制系统、网络、设备、任意其他合适的信号源或其任意组合接收信号(例如功率信号、参考信号)。
在充电或放电期间，ESD 1710的一种或更多种特征可能会改变。例如，在某些实施例中，作用在ESD 1710内一个或更多个表面(例如电池内暴露给电池压力的表面)上的压力可以响应于充电、放电或两者而改变。指示设备1720可以通过例如经过指示设备耦合部分1724传输信号或信号变化来指示作用在ESD 1710内一个或更多个表面上的压力或压力变化或两者。
在某些实施例中，指示设备耦合连接1724可以不被包含在指示设备1720内。例如，在某些实施例中，指示设备1720可以是单机设备。指示设备1720例如可以在任意合适的显示设备或部件上显示与ESD 1720动态响应相关联的指示、测量值、参数或其他输出值(例如模拟表盘显示，LCD显示，LED显示)。在某些实施例中，指示设备1720可以包括存储硬件、处理电路、电源、任意其他合适的部件(例如图13控制系统1350中任意合适的部件)或其任意组合。
图18是根据本发明的某些实施例用于指示动态响应的示范性步骤的流程图1800。在步骤1802，动态响应可以由指示设备指示。ESD的电活动可以造成至少一种动态响应例如作用在表面上的压力或压力改变、作用在部件上的力或力改变或者是一个或更多个部件的位移。
步骤1802可以包括例如通过一个或更多个耦合部分传输的信号(譬如光信号、电信号、声信号)，存储为一种或更多种量度(例如测量值、基于测量值的计算值)，显示一种或更多种量度，引发事件(例如报警，开关激活)，或任意其他合适的用于指示ESD动态响应的步骤或其任意组合。在某些实施例中，步骤1802可以包括例如在指示设备(譬如图13的指示设备1320、图14的指示设备1420、图17的指示设备1720)和控制系统(譬如图13的控制系统1350)之间传输连续或离散的信号，例如模拟信号和数字信号。
步骤1802不必包括定量指标。例如，在步骤1802，指示设备可以指示动态响应已改变而不必提供改变的任何定量测量值。在一个示范性示例中，指示设备例如线性位移传感器可以指示ESD中的适当部件已经经历了(例如由ESD的电活动导致的)线性位移，但是指示设备不必提供位移的任何定量测量值。
图19是根据本发明的某些实施例用于确定充电信息的示范性步骤的流程图1900。步骤1902可以包括指示可能经历了充电、放电或两者的ESD的动态响应。步骤1904可以包括测量ESD的动态响应。步骤1906可以包括确定与ESD相关联的充电信息。
如图19中的步骤1902所示指示动态响应可以利用任意合适的指示设备执行。步骤1902可以包括例如通过耦合部分(例如耦合部分1324)向控制系统(例如控制系统1350)发送信号或信号的改变，部分地根据指示存储一种或更多种量度(例如在处理电路1354内)，部分地根据指示显示一种或更多种量度，引发事件，任意其他合适的响应或其任意组合。在某些实施例中，步骤1902可以包括在指示设备和控制系统之间传输连续或离散的信号，例如模拟信号和数字信号。
图19中的步骤1904可以包括例如部分地根据指示设备信号确定测量值，部分地根据指示设备信号计算量度，对指示设备应用相关性，搜索数据库(例如分类参数库)寻找分类值，任意其他合适的计算过程或其任意组合。步骤1904可以由任意合适的硬件(例如控制系统1350)、软件或两者的组合执行。例如，在某些实施例中，控制系统可以通过通信耦合部分从指示设备接收指示信号。
在步骤1904，控制系统例如可以利用处理电路以执行软件指令，从而部分地根据指示信号计算参数或参数改变。参数可以包括例如适当单元内的位移(例如英寸、毫米、立方厘米)，适当单元内的力(例如牛顿、磅)，适当单元内的压力(例如帕斯卡、托、巴)，任意其他合适的参数或其任意组合。在某些实施例中，参数可以通过例如除以适当单位的参考值而适当地归一化或去量纲化，与其他参数相结合，或任意其他合适的参数修正或其组合。在某些实施例中，合适参数的归一化、去量纲化或两者可以在计算期间提高准确度。
在某些实施例中，步骤1904可以由适当的测量设备执行。测量设备可以包括指示设备、处理电路、存储器、校正设备、任意其他合适的硬件、任意合适的通信耦合部分或其任意合适的组合。例如，在某些实施例中，测量设备可以包括指示设备（譬如压力换能器）以及可通过适当的线束电耦合在一起的处理电路。测量设备可以至少部分地根据来自指示设备的ESD动态响应指示来执行动态响应的测量。
步骤1906可以包括确定特定的充电信息，例如充电状态、ESD鲁棒性、任意其他合适的信息或其任意组合。在某些实施例中，充电状态可以是ESD剩余电量从完全放电到完全充电（并且在某些实施例中是过度充电）范围内的量化。例如，50%的充电状态可以表示ESD具有的剩余电量(例如适当累积的活性材料)基本在完全放电和完全充电之间的中途。鲁棒性可以是循环寿命、剩余循环寿命、充电容量、电池或叠层阻抗、部件故障、描述ESD相对活力的任意其他合适指标或其任意组合的量化。
图20是根据本发明的某些实施例用于利用指示设备控制ESD的示范性步骤的流程图2000。步骤2002可以包括测量可能对应于经历了充电、放电或两者的ESD的动态响应。步骤2004可以包括确定与ESD相关联的充电信息。步骤2006可以包括给ESD充电或放电。
在某些实施例中，根据步骤2002可以通过测量设备来测量一种或更多种动态响应。例如，在某些实施例中，测量设备可以包括能够指示动态响应的指示设备。测量设备可以包括能够耦合至指示设备并且可以从指示设备接收信号的适当控制系统(例如图13中的控制系统1350)。控制系统可以至少部分地根据接收自指示设备的信号来计算与动态响应相关联的测量值。根据步骤2004，算出的测量值可以由控制系统用于确定充电信息例如充电状态、充电状态的变化、充电状态的变化速率、鲁棒性、任意其他合适的ESD充电的相关信息或其任意组合。根据步骤2006，充电信息可以由控制系统用于例如控制充电率、放电率，或者用于充电、放电或两者的规划。
步骤2002可以包括测量设备执行任意合适测量动作，测量动作可以包括例如接收动态响应的指示，处理来自所包括的指示设备的信号(例如滤波、取平均、采样、放大)，计算量度(例如确定测量值、成比例缩放测量值)，任意其他合适的可以执行用于测量动态响应的动作或其任意组合。上述测量动作可以由任意合适的控制系统（例如图13中的控制系统1350）执行。
步骤2004可以包括执行用于确定充电信息的动作，包括例如至少部分地根据测量值计算充电信息，搜索合适的数据库获取充电信息，调用存储的充电信息，任意其他合适的用于确定充电信息的处理或其任意组合。例如，在某些实施例中，合适的控制系统可以将测量值输入特定公式(例如函数、多变量映射表、概率分布、离散变换)内以计算充电状态值或鲁棒性的值。在进一步的示例中，适当的控制系统可以搜索存储设备上存储的数据库(例如索引查询表)以获得充电状态值或鲁棒性的值。控制系统可以基于测量值进行插值、调用或以其他方式从存储设备中选择充电信息。
步骤2006可以包括对任意合适的ESD执行电控制动作(例如充电、放电、断开电路)。例如，在某些实施例中，任意合适的控制系统可以对ESD提供充电。控制系统在某些实施例中可以提供用于充电的规划，其中可以包括设定值、极限或其他关于充电率、总充电量的指标或任意其他合适的量度。闭环或开环控制测量可以由控制系统用于至少部分地根据一个或更多个测量值给ESD充电或放电。例如，在某些实施例中，状态空间模型可以被用于根据输入的测量值来计算充电率或放电率。在进一步的示例中，数学公式可以被用于根据输入的测量值来计算充电率或放电率。
图21是根据本发明的某些实施例用于利用一种或更多种指示设备以及一种或更多种测量的电学量度来控制ESD的示范性步骤的流程图2100。步骤2102可以包括测量可能对应于经历了充电、放电或两者的ESD的动态响应。步骤2104可以包括确定用于ESD的充电信息。步骤2106可以包括给ESD充电或放电。在步骤2108，可以测量与ESD相关联的一种或更多种电学量度。在某些实施例中，任意合适电学量度(例如ESD工作电压、ESD的电压-电流关系、ESD的阻抗)的测量值可以在步骤2102、2104或2106获得以执行每一个步骤中的相应动作。电学量度可以通过任意合适的测量设备进行测量，例如数字万用表(DMM)、控制系统的模拟输入通道、任意其他合适的测量设备或其任意组合。
在某些实施例中，ESD的动态响应（例如位移、压力或力）可以通过测量设备进行测量。测量可以由测量设备中的控制系统根据接收自测量设备中指示设备的信号来执行。在任何特定时刻，ESD可以用指定的工作电压运行(例如提供或接收来自适当电势差的零或非零电流)。动态响应测量值可以进一步至少部分地基于例如ESD工作电压。在某些实施例中，来自指示设备的一种或更多种信号以及一种或更多种电学量度的组合可以被用于根据步骤2102测量动态响应。
在某些实施例中，步骤2104可以包括至少部分地根据测量的动态响应以及至少部分地根据测量的电学量度来确定充电信息。在某些实施例中，特定的充电信息(例如充电状态值)可以映射在不同的动态响应测量值和电学量度测量值上。例如，充电状态可以被归纳为测量位移和测量工作电压的连续函数。在进一步的示例中，充电状态可以被归纳为测量位移和测量工作电压二者的离散函数或映射。在进一步的示例中，鲁棒性可以被归纳为测量的力以测量的电学阻抗为条件的条件概率分布函数。先前的示例是示范性的，并且是为了阐述概念而不是要限制本公开的保护范围。任意合适的数学或计算对应(例如函数关系、相关性、概率分布、查表设置、在查询表内的实体插值)均可被用于至少部分地根据测量的动态响应和测量的电学量度来确定充电信息。
在步骤2108，可以监测一种或更多种电学量度。例如，步骤2108可以包括根据来自测量设备(例如DMM)的信号计算电学量度(例如电压、电流、阻抗)，执行电化学阻抗光谱(EIS)测量，执行伏安法测量(例如循环伏安法)，执行计时电位测量(例如编程电流方法)，任意其他合适的用于测量电学量度的过程或技术或其任意组合。
在一个示范性示例中，控制系统可以被耦合至多于一个指示设备的集合，每一个指示设备都耦合至ESD(例如包括在EV内)。每一个ESD的动态响应均可由相应的指示设备指示，并且可以通过控制系统来监控指标。控制系统可以增加、减小或以其他方式管理每一个单独的ESD相对于一个或更多个其他ESD的充电或放电。例如，如果特定的ESD相对于其他ESD以更高的速率经历充电或放电，那么控制系统可以减少从特定ESD抽取或提供给它的相对电能，并且增加从一个或更多个其他的ESD抽取或提供给它们的相对电能。
图22是根据本发明的某些实施例用于标定指示设备的示范性步骤的流程图2200。步骤2202可以包括将参考动态响应加至指示设备。步骤2204可以包括确定指示设备对参考动态响应的响应。步骤2206可以包括标定指示设备。
在步骤2202，任意合适的动态响应均可通过标定设备、ESD或能够提供标定参考值(例如距离、力、压力)的其他装置或其任意组合而加至指示设备。
在步骤2204，指示设备对适当动态响应的一种或更多种响应可以由控制系统确定。例如，参考动态响应可以被加至指示设备。指示设备可以提供能由适当控制系统接收的信号(例如电压)。控制系统例如可以至少部分地根据接收自指示设备的信号确定测量值，确定预定值和指示设备信号或由其得出的量度之间的差异或其他指标。
在步骤2206，控制系统可以被用于标定指示设备。在某些实施例中，控制系统可以确定标定参数、修改指示设备对动态响应的响应、按比例缩放或以其他方式调节从指示设备接收的信号、进行任意其他合适的标定技术或其任意组合。步骤2206可以由硬件、软件或其任意合适的组合执行。
在某些实施例中，包括已知参考气压的管路可以被耦合至指示设备(例如压力换能器)。指示设备可以响应于参考气压提供输出信号。控制系统可以从指示设备接收输出信号并且确定接收信号和参考气压值之间的相关性。例如，100kPa的压力可以被加至指示设备，指示设备可以向合适的控制信号输出100毫伏(mV)的信号。控制系统可以确定一种或更多种标定参数以使控制系统如果从指示设备接收到100mV的信号就计算出100kPa的测量值。在某些实施例中，控制系统例如可以根据从指示设备接收的信号计算测量值。对于先前的示例，控制系统标定可以包括确定1mV=1kPa。任意合适的标定曲线、相关性或其他关系均可由用于标定适当指示设备输出的适当控制系统建立。在某些实施例中，步骤2206可以包括确定差值、公差、误差、精度或从接收自指示设备的信号得出的测量值和参考值之间的任意其他比较指标或其任意组合。
图23是示出了根据本发明的某些实施例的电池电压和动态响应的时间轨迹的示范性面板2300。面板2300，其横坐标以小时为单位包括测量用于示范性ESD的位移时间序列2302、力时间序列2304、压力时间序列2306和工作电压时间序列2308。面板2300时间序列的纵坐标比例以对每一个时间序列均可不同的任意单位示出。
位移时间序列2302表示由位移传感器测量的ESD轴向(例如堆叠方向)的位移。力时间序列2304表示由力换能器测量的ESD轴向力。压力时间序列2306表示由压力换能器测量的ESD中的电池压力。工作电压时间序列2308表示由数字万用表(DMM)测量的ESD工作电压。用于指示面板2300内表示的物理响应的指示设备(例如传感器、换能器、DMM)被耦合至控制系统，控制系统至少部分地基于指示设备输出来执行测量值的计算。
在面板2300内约15、32、55、90和130小时的时刻，能够在时间序列2302、2304和2306中看到波峰。波峰的上升行程可以在给ESD充电期间出现，并且波峰的下降行程可以在给ESD放电期间出现。与此同时，时间序列2308示出了下降之后的稳定期。稳定期可以对应于给ESD充电，而下降可以对应于给ESD放电。时间序列2302、2304、2306和2308在15、32、55、90和130小时处基本同时的特性表明充电信息可以至少部分地根据动态响应的指示得出。例如，时间序列2308可能在时刻15、32、55、90和130小时之前的充电时段期间对时间相对不敏感。时间序列2302、2304和2306可能在时刻15、32、55、90和130小时之前的充电时段期间对时间相对更加敏感。
参见面板2300，在约135小时的时刻开始并且延伸至约185小时的时刻，能够在时间序列2302、2304、2306和2308中看到振动特性，这可能是由相对快速的连续充电和放电ESD所造成。在时间序列2302、2304和2308中能够看到十个波峰，而在时间序列2306中只能看到前六个波峰。振动特性在各种动态和电压响应中的相关性表明充电信息可以至少部分地根据对充电/放电过程的动态响应的一种或更多种指示得出。在某些实施例中，可以监测(例如对周期摄动的)一种或更多种动态响应的频率响应以确定ESD充电信息、ESD鲁棒性或两者。
在某些实施例中，ESD充电信息的改变可以至少部分地根据一种或更多种ESD特征的暂时行为、得自ESD指示或测量值的参数或其改变而得出。例如，根据一个或更多个时间序列得出的参数（譬如波峰高度、变化率、基线偏移、频率响应或任意其他合适的参数或参数改变或其任意组合）可以被用于确定充电信息、ESD鲁棒性或两者。例如，参照图23中的面板2300，时间序列2302、2304和2306在时刻15、32、55、90和130小时的波峰高度可以提供关于ESD充电状态的信息。值相对较大的波峰高度可以对应于充电深度的增加。类似地，位于波峰之间的波谷内的深度增加可以对应于放电深度的增加。ESD鲁棒性也可以至少部分地根据例如波峰高度确定。例如，由特定的充电或放电过程得出减小的波峰高度可以对应于减少了ESD的循环寿命或充电容量。
在某些实施例中，指示设备可以被用于无论是否对ESD执行了电压测量都独立于电压测量值地指示ESD的一种或更多种动态响应。例如，指示设备可以被用于指示位移，并且不必电连接至ESD的端子。因为电压测量值通常需要电连接至ESD的端子，所以位移指示可以基本上与可能获得的任何电压测量值无关，并且与可能在进行的任何充电或放电无关。一种或更多种指示设备可以结合或不接合电压测量值地指示任意合适的动态响应组合，目的都是为了确定充电信息。
在某些实施例中，特定的动态响应可以被用于提供相对较为灵敏的充电信息确定值。在某些实施例中，不同的动态响应可以在不同的工作状态(例如充电状态)下使用以确定充电信息。例如，参照图23，在时间序列2302、2304和2306的时刻90小时附近观测到波峰，此时ESD被从充电切换为放电。在90小时的相同时刻，时间序列2308则显示出相对较不明显的特征。在这样的状态期间(例如接近于图23的90小时附近的充电-放电切换)，充电信息例如可以至少部分地根据一种或更多种指示的动态响应而不是电压测量值得出，这就可以允许在确定充电信息时有更大的分辨率。
应该理解上述内容仅仅是本发明原理的示范性说明，并且本领域技术人员可以进行各种修改而并不背离本发明的保护范围和精神。还应该理解各种方向和取向的术语例如“水平”和“垂直”、“顶部”和“底部”以及“侧部”、“长度”和“宽度”以及“高度”和“厚度”、“内”和“外”、“内部”和“外部”等在本文中仅仅是为了方便而使用，并且不是为了通过使用这些词语来表达固定或绝对的方向或取向限制。例如，本发明中的设备以及它们的各个部件可以具有任意需要的取向。如果重新取向，那么可能需要在对它们的说明中使用不同的方向或取向术语，但是这并不改变它们在本发明保护范围和精神内的根本实质。本领域技术人员应该意识到本发明可以被实践为不同于所述的实施例，给出上述实施例是为了说明而不是为了加以限制，并且本发明只能由所附的权利要求限定。

Claims (20)

1.一种用于提供能量存储设备的充电状态指示的方法，所述方法包括：
利用指示设备指示能量存储设备中的电活动的动态响应，其中充电状态能够根据所述动态响应的指示确定。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括至少部分地根据所述动态响应的指示提供所述动态响应的测量值。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括至少部分地根据所述动态响应的指示确定所述能量存储设备的充电状态。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述动态响应包括所述能量存储设备中的至少一个部件的位移。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述位移是基本上线性位移。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述动态响应包括所述能量存储设备中的气体压力的改变。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述动态响应包括所述能量存储设备中的力的改变。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括至少部分地根据所述动态响应的指示生成鲁棒性的指示。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括相对于参考动态响应标定所述动态响应的指示。
10.一种用于控制能量存储设备的充电状态的方法，所述方法包括：
利用测量设备测量所述能量存储设备的动态响应；
至少部分地根据所测量的动态响应确定所述能量存储设备的充电信息；以及
至少部分地根据所确定的充电信息促使所述能量存储设备的充电状态改变。
11.如权利要求10所述的方法，其中促使所述能量存储设备的充电状态改变进一步包括给所述能量存储设备充电或放电中的一种。
12.如权利要求10所述的方法，其中促使所述能量存储设备的充电状态改变进一步包括促使所述能量存储设备的充电状态的变化速率改变。
13.一种用于指示能量存储设备的充电状态的系统，所述系统包括：
被设置为耦合至能量存储设备的指示设备，其中所述指示设备指示所述能量存储设备的至少一种动态响应，由所述动态响应能够确定充电状态。
14.如权利要求13所述的系统，进一步包括处理电路，所述处理电路被耦合至所述指示设备并且被设置为：
从所述指示设备接收所述动态响应的指示；以及
至少部分地根据所述动态响应的指示提供所述动态响应的测量值。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述处理电路被进一步设置用于至少部分地根据所述动态响应的测量值确定充电信息。
16.如权利要求14所述的系统，进一步包括电耦合至所述处理电路和所述能量存储设备二者的电源控制电路，其中所述电源控制电路被设置为给所述能量存储设备充电或放电。
17.如权利要求13所述的系统，其中所述指示设备包括线性位移传感器。
18.如权利要求13所述的系统，其中所述指示设备包括力换能器。
19.如权利要求13所述的系统，其中所述指示设备包括压力换能器。
20.如权利要求13所述的系统，其中所述指示设备包括光学传感器。
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