CN103197250B - 电池分析装置与方法及阻抗分析装置 - Google Patents

Abstract

一种电池分析装置与方法及阻抗分析装置。该电池分析装置适于具有至少一电池芯的电池模块。此装置包括电源供应单元、信号提取单元、信号调节单元、频域分析单元、时域分析单元与处理单元。电源供应单元提供变频电压信号至电池芯。信号提取单元提取电池芯响应于变频电压信号而产生的电流信号。信号调节单元调节变频电压信号与电流信号，以产生调节后的变频电压信号与电流信号。频域分析单元与时域分析单元分别对调节后的变频电压信号与电流信号进行频域分析与时域分析，以获得频域参数与时域参数。处理单元依据频域参数、时域参数，以取得对应电池芯的电化学特征。

Description

电池分析装置与方法及阻抗分析装置

技术领域

一种阻抗分析技术，特别涉及一种电池分析装置与方法及阻抗分析装置。

背景技术

随着车辆科技的发展，缩短了人与人之间的距离，也促使人类生活质量的提升。使用石化燃料的车辆所运转的是使用液态燃料的引擎，并且测量车辆燃料的剩余量并不难。但是，随着环保意识抬头与避免对能源（石油）的过度依赖，具有低环境污染、低噪音、污染源易控制且使用能源多元化的电动车辆（ElectricVehicle，EV）变为广受注目的焦点。

一般来说，电动车辆使用存储于电池的电能而驱动。但对于电力驱动车辆来说，经常的会有大电流的充放电过程，因此电池的电量状态并不易精确地测量出来，因此电池的管理及分析则显得非常重要。然而，电池的残余容量（StateofCharge，SOC）及电池的健康状态（StateofHealthy，SOH）皆可反映在电池内部阻抗的变化上，因此一般皆知可由电池的直流内阻及温度来估测电池的残余容量与健康状态。其中，电池的残余容量即表示电池的电量状态，电池的健康状态亦为电池的状态参数，其为一种量化地表示因老化效应而造成的电池内部阻抗的变化参数。因此，通过检查电池健康状态可让使用者知更换电池的适当时间。

前述检测电池的作法目前主流大都使用阻抗追踪技术，其主要使用直流阻抗（DCImpedance）和开回路电压（OpenCircuitVoltage）去计算电池化学容量，并配合查表方式（Look-UpTable），进而估计出电池的残余容量与健康状态。但是，前述的开回路电压并非电池于离线状态（Off-LineState）下所测量而得，故利用查表的方式而对应出电池的残余容量与健康状态的准确性上是值得商榷的。另外，前述的开回路电压需于轻载或休息状态下测量，且需在特定充放电过程中才能进行容量的更新，而无法在任一时间实时得知的电池讯息。因此，如何有效实时得知电池的内部参数特性并推得电池的残余容量与健康状态则是首要的课题。

发明内容

本公开的一实施范例在于提供一种电池分析装置与方法及阻抗分析装置。

本公开的一实施范例提出一种电池分析装置，其适于电池模块，而此电池模块具有至少一电池芯。前述电池分析装置包括电源供应单元、信号提取单元、信号调节单元、频域分析单元、时域分析单元与处理单元。电源供应单元用以提供变频电压信号至前述电池芯，其中变频电压信号具有多个频率，这些频率的范围介于第一频率与第二频率之间。信号提取单元用以提取前述电池芯响应于变频电压信号而产生的电流信号。信号调节单元耦接电源供应单元与信号提取单元，用以接收并调节变频电压信号与电流信号，以产生调节后的变频电压信号与调节后的电流信号。

频域分析单元耦接信号提取单元，用以接收调节后的变频电压信号与调节后的电流信号，并对调节后的变频电压信号与调节后的电流信号进行频域分析，以获得频域参数。时域分析单元耦接信号提取单元，用以接收调节后的变频电压信号与调节后的电流信号，并对调节后的变频电压信号与调节后的变频电流信号进行时域分析，以获得时域参数。处理单元耦接频域分析单元与时域分析单元，用以接收并依据频域参数、时域参数，以取得对应前述电池芯的电化学特征。

本公开的一实施范例提出一种电池分析方法，适于电池模块，此电池模块具有至少一电池芯。前述电池分析方法包括下列步骤。提供变频电压信号至前述电池芯，其中变频电压信号具有多个频率，这些频率的范围介于第一频率与第二频率之间。提取前述电池芯响应于变频电压信号而产生的电流信号。调节变频电压信号与电流信号，以产生调节后的变频电压信号与调节后的电流信号。对调节后的变频电压信号与调节后的电流信号进行频域分析，以获得频域参数。对调节后的变频电压信号与调节后的电流信号进行时域分析，以获得时域参数。依据频域参数、时域参数，以取得对应前述电池芯的电化学特征。

本公开的一种阻抗分析装置，其适于一待测物，此待测物具有一电极或至少一电池芯。此阻抗分析装置包括电源供应单元、信号提取单元、信号调节单元、信号分析单元与处理单元。电源供应单元用以提供变频电压信号至待测物，其中变频电压信号具有多个频率，这些频率的范围介于第一频率与第二频率之间。信号提取单元用以提取待测物响应于变频电压信号而产生的电流信号。信号调节单元耦接电源供应单元与信号提取单元，用以接收并调节变频电压信号与电流信号，以产生调节后的变频电压信号与调节后的电流信号。信号分析单元耦接信号提取单元，用以接收调节后的变频电压信号与调节后的电流信号，并对调节后的变频电压信号与调节后的电流信号进行频域分析和/或时域分析，以对应获得频域参数和/或时域参数。处理单元耦接信号分析单元，用以接收并依据频域参数和/或时域参数，以取得对应待测物的阻抗变化特征。

有关本公开的特征与实作，现在配合附图作实施例详细说明如下。

附图说明

图1为依据本公开的电池分析装置一实施例的方块图。

图2为依据本公开的电池芯的等效模型示意图。

图3为依据本公开的另一电池分析装置一实施例的方块图。

图4为依据本公开的电池分析方法一实施例的流程图。

图5为依据本公开的另一电池分析方法一实施例的流程图。

图6为依据本公开的阻抗分析装置的实施例方块图。

图7为依据本公开的另一阻抗分析装置的实施例方块图。

【主要元件符号说明】

100、300电池分析装置

110、310电源供应单元

111频率调制单元

112电压供应单元

120、320信号提取单元

130、330信号调节单元

140、340频域分析单元

150、350时域分析单元

160、360、630处理单元

370检测单元

380切换单元

180、390电池模块

181、391_1~391_N电池芯

600阻抗分析装置

610待测物

611电极

620信号分析单元

710无线发射单元

720无线接收单元

730分析单元

R_o直流阻抗

R_ct电极-电解质反应电阻

Z_wWarburg阻抗

C_d电容

L_d电感

V理想电压

具体实施方式

以下所列举的各实施例中，将以相同的标号代表相同或相似的元件。

请参考图1所示，其为依据本公开的电池分析装置一实施例的方块图。本实施例的电池分析装置100适用于电池模块180，而此电池模块180包括电池芯181。电池分析装置100包括电源供应单元110、信号提取单元120、信号调节单元130、频域分析单元140、时域分析单元150与处理单元160。

电源供应单元110用以提供变频电压信号至电池芯181，其中变频电压信号具有多个频率，这些频率的范围介于第一频率与第二频率之间。其中，第一频率与第二频率彼此互不相同，例如第二频率大于第一频率。

举例来说，第一频率例如为1Hz，第二频率例如为100Hz，则变频电压信号的多个频率的范围介于1Hz与100Hz之间。在一实施例中，变频电压信号的多个频率例如依序为1Hz（第一频率）、2Hz、3Hz、…、99Hz、100Hz（第二频率），亦即变频电压信号具有100个频率，且这100个频率之间的频率间隔为1Hz。也就是说，当电池分析装置100开始操作时，电源供应单元110先提供1Hz（第一频率）的频率的变频电压信号给电池芯181，且例如以每次间隔1Hz的方式改变变频电压信号的频率，并依序提供2Hz、3Hz、…，直到提供100Hz（第二频率）的频率的变频电压信号给电池芯181，以完成对电池芯181的扰动。

在另一实施例中，变频电压信号的多个频率例如依序为1Hz（第一频率）、50Hz、100Hz（第二频率），亦即变频电压信号具有3个频率，且这3个频率之间的频率间隔为50Hz。但本公开不限于此，变频电压信号的频率的数量以及频率间隔，可由使用者视其需求自行调整。

信号提取单元120用以提取电池芯181响应于变频电压信号而产生的电流信号。也就是说，电池芯181接收到前述变频电压信号后，会对应产生电流信号，而信号提取单元120会将电池芯181所产生的电流信号提取出来，例如提取电流信号的振幅（Amplitude）与相位（Phase），以进行后续的操作。

信号调节单元130耦接电源供应单元110与信号提取单元120，用以接收并调节变频电压信号与电流信号，以产生调节后的变频电压信号与调节后的电流信号。举例来说，信号调节单元130例如可将变频电压信号与电流信号放大，以进行后续的分析操作。

频域分析单元140耦接信号提取单元130，用以接收调节后的变频电压信号与调节后的电流信号，并对调节后的变频电压信号与调节后的电流信号进行频域分析，以获得频域参数。时域分析单元150耦接信号提取单元130，用以接收调节后的变频电压信号与调节后的电流信号，并对调节后的变频电压信号与调节后的电流信号进行时域分析，以获得时域参数。

处理单元160耦接频域分析单元140与时域分析单元150，用以接收并依据频域参数与时域参数，以取得对应电池芯181的电化学特征。而电池芯181的等效模型可如图2所示，且电池芯181的电化学特征可通过如下式(1)、(2)而推得：

$\frac{V_{\max }\sin \left({2\mathrm{\πf}}_{n}t\right)}{I_n\sin ({2\mathrm{\πf}}_{n}t-{\mathrm{\φ}}_n)}=Z_n\∠{\mathrm{\φ}}_n$ （式1）

Z_n∠φ_n=R_n±jX_n（式2）

其中，V_maxsin(2πf_nt)为变频电压信号；I_nsin(2πf_nt-φ_n)为电池芯181响应于变频电压信号而产生的电流信号；Z_n为电池芯181的阻抗大小；φ_n为相位角；R_n为Z_n∠φ_n换算后的实部，其可以对应电池芯181的等效模型的直流阻抗R_o、电极-电解质反应电阻R_ct、Warburg阻抗Z_w；X_n为Z_n∠φ_n换算后的虚部，其可以对应电池芯181的等效模型的电容C_d、电感L_d、Warburg阻抗Z_w；V为电池芯181的理想电压；n为大于等于1的正整数，其表示每一个频率。

举例来说，当n=1，表示前述参数于频率等于1Hz（例如第一频率）时求得，当n=2，表示前述参数于频率等于2Hz时求得，以此类推直到例如n=100，表示前述的参数于频率等于100Hz（例如第二频率）时求得为止。如此一来，通过前述的频域分析与时域分析，可获得更多且较准确对应于电池芯181的内部参数特征，使得对电池模块180的残余容量与健康状态的判断上可更加准确。

接着，在得知电池芯的181的电化学特征后，处理单元160更可依据电池芯181的电化学特征与温度信号（例如对电池芯181进行分析时的当前环境温度），以估计电池芯181的残余容量与健康状态。如此一来，可在不需配合电池数据库的情况下，达到实时线上的测量，以准确地估计出电池模块180的残余容量与健康状态，并将得知的残余容量与健康状态实时的回报给后端的系统，以让使用者实时了解电池的使用情况，以于适当的时机更换电池。

在本实施例中，电池分析装置100可以实时线上的方式对电池模块180的电池芯181进行分析，以将电池芯181的残余容量与健康状态实时回报，进而加快电池分析速度。

前述图2所绘示的电池模块180的内部模型仅为本实施例的一种实施范例，但本公开不限于此，也可有其他排列组合的实施范例，但电池模块180的内部模型的等效元件都具有直流阻抗R_o、电极-电解质反应电阻R_ct、Warburg阻抗Z_w、电容C_d、电感L_d。

另外，电源供应单元110包括频率调制单元111与电压供应单元112。频率调制单元111用以提供前述多个频率，其中这些频率的范围介于第一频率与第二频率之间。电压供应单元112耦接频率调制单元111，用以依据前述多个频率，以产生变频电压信号。

此外，本实施例的电池分析装置100可以集成电路（IntegratedCircuit，IC）设计的方式设置成一芯片（Chip），且可配置于任何具有电池的电子装置（例如智能手机、平板计算机及笔记型计算机等）或电动车辆上，以有效、实时且精确地估计出电池的残余容量与健康状态。如此，可供使用者实时了解电池的使用情况，以于适当的时机更换电池。

请参考图3所示，其为依据本公开的另一电池分析装置一实施例的方块图。本实施例的电池分析装置300适于电池模块380，此电池模块390包括多个电池芯391_1~392_N，其中N为大于1的正整数。电池分析装置300包括电源供应单元310、信号提取单元320、信号调节单元330、频域分析单元340、时域分析单元350、处理单元360、检测单元370与切换单元380。

在本实施例中，电源供应单元310、信号提取单元320、信号调节单元330、频域分析单元340、时域分析单元350与处理单元360的操作与其耦接关系可参考图1的电源供应单元110、信号提取单元120、信号调节单元130、频域分析单元140、时域分析单元150与处理单元160的相关说明，故在此不再赘述。另外，电源供应单元310的内部电路与其操作也可参考图1的电源供应单元110的内部电路（即频率调制单元111与电压供应单元112）与其操作，故在此不再赘述。

检测单元370耦接电源供应单元310，用以检测变频电压信号的频率是否等于第二频率，而据以产生检测信号。切换单元380耦接检测单元370与电源供应单元310，用以依据检测信号，而依序切换该变频电压信号至电池芯391_1~391_N。

举例来说，当电池分析装置300与电池模块390连接并进行分析操作时，电源供应单元310会开始提供变频电压信号，且变频电压信号的频率会依序由第一频率变化（增加）至第二频率。变频电压信号的频率例如依序由1Hz（第一频率）、2Hz、…、99Hz、100Hz（第二频率）。此时，切换单元380先切换与电池芯391_1连接，以将变频电压信号供应给电池芯391_1，使电池芯391_1可响应于变频电压信号而对应产生所需的电流信号，以进行后续的分析操作。

接着，检测单元370会检测变频电压信号的频率，也就是检测变频电压信号的频率是否等于第二频率（例如100Hz）。如果检测出变频电压信号的频率不等于第二频率，表示变频电压信号尚未完成对电池芯391_1的扰动（亦即变频电压信号的频率尚未完成由第一频率变化至第二频率），故检测单元370不会产生检测信号，使得切换单元380仍保持与电池芯391_1连接。

此时，变频电压信号的频率则持续变化，如果检测出变频电压信号的频率等于第二频率，表示变频电压信号已完成对电池芯391_1的扰动，故检测单元370会产生检测信号给切换单元380。接着，切换单元380据此切换与电池芯391_2连接，以将变频电压信号供应给电池芯391_2，使电池芯391_2可响应于变频电压信号而对应产生所需的电流信号，以进行后续的分析操作。

之后，如果检测出变频电压信号的频率不等于第二频率，检测单元370不会产生检测信号给切换单元380，使切换单元380保持与电池芯391_2连接。并且，变频电压信号的频率则持续变化至第二频率，如果检测出变频电压信号的频率为第二频率，检测单元370会产生检测信号给切换单元380。接着，切换单元380据此切换与391_3连接，使电池芯391_2可响应于变频电压信号而对应产生所需的电流信号，以进行后续的分析操作。以此类推，直到切换单元380切换与电池芯391_N连接为止，使所有电池芯391_1~391_N响应于变频电压信号而对应产生所需的电流信号，以进行后续的分析操。

接着，信号提取单元320会依序提取电池芯391_1~391_N响应于变频电压信号而产生的多个电流信号。信号调节单元330接收并调节变频电压信号与前述多个电流信号，以产生多个调节后的变频电压信号与多个调节后的电流信号。频域分析单元340对前述调节后的变频电压信号与调节后的电流信号进行频域分析，以获得多个频域参数。时域分析单元350对前述调节后的变频电压信号与调节后的电流信号进行时域分析，以获得多个时域参数。最后，处理单元360接收并依据前述频域参数、时域参数，以取得对应电池芯391_1~391_N的电化学特征。如此，便可获得更多且较精确对应电池芯391_1~391_N的内部参数特征。

之后，处理单元360还可依据电池芯391_1~391_N的电化学特征与温度信号（例如对电池模块390进行分析操作时的当前环境温度），以估计电池芯391_1~391_N（即电池模块390）的残余容量与健康状态。如此一来，可在不需电池数据库配合且不需配合电池于轻载或休息的情况下，达成实时线上的测量，以准确地估计出电池模块390的残余容量与健康状态，并将得知的残余容量与健康状态实时回报给后端的系统，进而让使用者准确掌握电池的使用状态，以选择适当的时间点作电池的更换。

在本实施例中，电池分析装置300可以实时线上的方式对电池模块390的电池芯391_1~391_N进行分析，以将电池芯391_1~391_N的残余容量与健康状态实时回报，进而加快电池分析速度。

通过前述图1的实施例的说明，可以归纳出一种电池分析方法。请参考图4所示，其为依据本公开的电池分析方法一实施例的流程图。本实施例的电池分析方法适于电池模块，且此电池模块具有至少一电池芯。在步骤S402中，提供变频电压信号至电池芯，其中变频电压信号具有多个频率，这些频率的范围介于第一频率与第二频率之间。在步骤S404中，提取电池芯响应于变频电压信号而产生的电流信号。

在步骤S406中，调节变频电压信号与电流信号，以产生调节后的变频电压信号与调节后的电流信号。在步骤S408中，对调节后的变频电压信号与调节后的电流信号进行频域分析，以获得频域参数。在步骤S410中，对调节后的变频电压信号与调节后的电流信号进行时域分析，以获得时域参数。在步骤S412中，依据频域参数、时域参数，以取得对应电池芯的电化学特征。在步骤S414中，依据对应电池芯的电化学特征与温度信号，以估计电池芯的残余容量与健康状态。

在本实施例中，电池分析方法可以实时线上的方式对电池模块的电池芯进行分析，以将电池芯的残余容量与健康状态实时回报，进而加快电池分析速度。

通过图2的实施例的说明，可以归纳出一种电池分析方法。请参考图5所示，其为依据本公开的电池分析方法一实施例的流程图。本实施例的电流分析方法适于电池模块，此电池模块具有多个电池芯。

在步骤S502中，提供变频电压信号至电池芯，其中变频电压信号具有多个频率，且这些频率的范围介于第一频率与第二频率之间。在步骤S504中，检测变频电压信号的频率是否等于第二频率。如果检测出变频电压信号的频率不为第二频率，则进入步骤S504，以再次检测变频电压信号的频率是否等于第二频率，直到检测变频电压信号的频率等于第二频率为止，则分别进入步骤S506与S508。

如果检测出变频电压信号的频率为第二频率，则分别进入步骤S506与S508，产生检测信号以及提取电池心响应于变频电压信号而产生的电流信号。承接步骤S506的产生检测信号后，进入步骤S510，判断当前的电池芯是否为所有电池芯的最后一个。如果判断结果为是，则结束分析过程，表示所有电池模块中的所有电池新的分析操作已完成。如果判断结果为否，则进入步骤S512中，依据检测信号，将变频电压信号切换至与下一个电池芯连接，并回到步骤S502，即提供变频电压信号至电池芯（当前进行分析检测的电池芯），以进行另一个电池芯的分析操作。

承接前述步骤S508，即提取电池芯响应于变频电压信号而产生的电流信号，则进入步骤S514，调节变频电压信号与电流信号，以产生调节后的变频电压信号与调节后的电流信号。在步骤S516中，对调节后的变频电压信号与调节后的电流信号进行频域分析，以获得频域参数。在步骤S518中，对调节后的变频电压信号与调节后的电流信号进行时域分析，以获得时域参数。在步骤S520中，依据频域参数、时域参数，以取得对应电池芯的电化学特征。在步骤S522中，依据对应电池芯的电化学特征与温度信号，以估计电池芯的残余容量与健康状态。

如此一来，通过前述电池分析分法，可实时线上测量来获得电池模块中每一电池芯的内部参数特征，以更准确地估计出电池模块的残余容量与健康状态，进而增加电池分析的准确性。

在本实施例中，电池分析方法可以实时线上的方式对电池模块的电池芯进行分析，以将电池芯的残余容量与健康状态实时回报，进而加快电池分析速度。

请参考图6所示，其为依据本公开的阻抗分析装置一实施例的方块图。本实施例的阻抗分析装置600适用于待测物610，而此待测物610例如包括电极（Electrode）611（如图6所示）或电池模块180的电池芯181（如图」所示），或相似特性的其他待测物。其中，前述电极611可为生医应用的电极，并将电极611接触人体，以通过阻抗分析装置600测量电极611的阻抗变化，以得知人体的组织异常等状态。

阻抗分析装置600包括电源供应单元110、信号提取单元120、信号调节单元130、信号分析单元620与处理单元630。电源供应单元110用以提供变频电压信号至待测物610（亦即电极611或电池模块180的电池芯181），其中变频电压信号具有多个频率，这些频率的范围介于第一频率与第二频率之间，而第一频率与第二频率彼此互不相同，例如第二频率大于第一频率。并且，电源供应单元110的相关操作可参考图1的实施例的说明，故在此不再赘述。

信号提取单元120用以提取待测物610（亦即电极611或电池模块180的电池芯181）响应于变频电压信号而产生的电流信号。也就是说，待测物610（亦即电极611或电池模块180的电池芯181）接收到前述变频电压信号后，会对应产生电流信号，而信号提取单元120会将待测物610（亦即电极611或电池模块180的电池芯181）所产生的电流信号提取出来，例如提取电流信号的振幅与相位，以进行后续的操作。

信号调节单元130耦接电源供应单元110与信号提取单元120，用以接收并调节变频电压信号与电流信号，以产生调节后的变频电压信号与调节后的电流信号。

信号分析单元620耦接信号提取单元130，用以接收调节后的变频电压信号与调节后的电流信号，并对调节后的变频电压信号与调节后的电流信号进行频域分析和/或时域分析(亦即进行以下三类分析其中之一：频域分析、时域分析、或频域分析与时域分析)，以对应获得频域参数和/或时域参数。进一步来说，信号分析单元620可包括频域分析单元140和/或时域分析单元150，以对调节后的变频电压信号与调节后的电流信号进行频域分析和/或时域分析，以获得频域参数和/或时域参数。

处理单元630耦接信号分析单元620，用以接收并依据频域参数和/或时域参数，以取得对应待测物610的阻抗变化特征。而待测物610（亦即电极611或电池芯181）的等效模型也可如图2所示，且电极611的电化学特征可通过如前述式(1)、(2)而推得。

在式(1)、(2)中，V_maxsin(2πf_nt)为变频电压信号；I_nsin(2πf_nt-φ_n)为电极611响应于变频电压信号而产生的电流信号；Z_n为电极611的阻抗大小；φ_n为相位角；R_n为Z_n∠φ_n换算后的实部，其可以对应电极611的等效模型的直流阻抗R_o、电极-电解质反应电阻R_ct、Warburg阻抗Z_w；X_n为Z_n∠φ_n换算后的虚部，其可以对应电极611的等效模型的电容C_d、电感L_d、Warburg阻抗Z_w；V为电极611的理想电压；n为大于等于1的正整数，其表示每一个频率。

如此一来，通过前述的频域分析和/或时域分析，可获得更多且较准确对应于电极611的内部参数特征，使得对电极611的状态变化的判断上可更加准确。

在本实施例中，阻抗分析装置600可以实时线上的方式对待测物610（即电极611或电池模块180的电池芯181）进行分析，以将待测物610的状态实时回报，进而加快待测物610分析速度。

另外，本实施例的阻抗分析装置600可以集成电路设计的方式设置成一芯片。并且，当待测物610为电池模块180的电池芯181时，阻抗分析装置600可配置于任何具有电池的电子装置（例如智能手机、平板计算机及笔记型计算机等）或电动车辆上，以有效、实时且精确地估计出电池的残余容量与健康状态。如此，可供使用者实时了解电池的使用情况，以于适当的时机更换电池。

当待测物610为电极611时，阻抗分析装置600可以“侵入式”或“非侵入式”的方式配置于人体，以有效、实时且精确地估计出人体的变化状态（例如组织变异），以供使用者实时了解自己的人体情况。

进一步来说，处理单元630还包括无线发射单元710、无线接收单元720与分析单元730，如图7一实施例所示。其中，无线发射单元710耦接信号分析单元620，用以接收频域参数和/或时域参数，并将频域参数和/或时域参数转换成无线信号，以将无线信号发射出去。无线接收单元720，用以接收无线发射单元710所发射的无线信号。

在本实施例中，无线发射单元710与无线接收单元720例如通过WIFI、WIMAX或其他无线通讯协议来进行信号的传送与接收。分析单元730耦接无线接收单元720，用以接收无线信号，并对无线信号进行转换，以取得频域参数和/或时域参数，且依据频域参数和/或时域参数，以取得对应待测物610的阻抗变化特征。

在一实施例中，当阻抗分析装置600以“侵入式”的方式配置于人体内时，电源供应单元110、信号提取单元120、信号调节单元130、信号分析单元620与处理单元630的无线发射单元710可设置成一芯片，并设置于人体内且与电极611耦接，再通过无线接收单元720通过无线的方式，取得无线发射单元710所发射的具有频域参数和/或时域参数的无线信号，而分析单元730则可实时进行相应的分析，并将分析的结果显示出来。如此，可有效取得电极611的阻抗变化特征，并加以进行实时的分析，以得知人体的组织变异等状态。

在另一实施例中，当阻抗分析装置600以“非侵入式”的方式配置于人体内时，除了可通过上述无线的方式取得信号外，处理单元630也可通过有线的方式与信号分析单元620耦接，以取得频域参数和/或时域参数，进行相应的分析。如此一来，本实施例的阻抗分析装置600除了可取得电池芯181的残余容量与健康状态外，还可进一步应用于生医方面，亦即通过取得配置于人体的电极611的相关阻抗变化，以实时分析并取得人体的组织变异等状态。

本公开的实施例的电池分析装置与方法及阻抗分析装置，其通过提供由第一频率变化至第二频率的变频电压信号至待测物（譬如电极或电池模块的至少一电池芯，以及具相似特性的其他待测物），以取得待测物响应于变频电压信号而产生的电流信号。接着，将前述电流信号与变频电压信号进行频域分析和/或时域分析，以获得对应待测物的阻抗变化特征（即电极或电池的内部参数）。另外，取得电池的内部参数可再搭配当前的温度，进而估计出电池的残余容量与健康状态。如此一来，可在不需配合待测物数据库、电池于轻载或休息的情况下，达到实时线上的测量并取得较多的待测物的内部参数，以准确地估计出待测物的状态变化（例如电极的状态变化或电池芯的残余容量与健康状态）。并且，将得知待测物的状态（例如电极的状态变化或电池芯的残余容量与健康状态）实时的回报，以增加使用者了解自己的人体情况，或掌握待测物的使用状态准确性，以在适当的时间点作待测物(例如电池等)的状态回报或更换。

Claims (18)

1.一种电池分析装置，适于一电池模块，该电池模块具有至少一电池芯，其特征在于，该电池分析装置包括：

一电源供应单元，用以提供一变频电压信号至该至少一电池芯，其中该变频电压信号具有多个频率，这些频率的范围介于一第一频率与一第二频率之间；

一信号提取单元，用以提取该至少一电池芯响应于该变频电压信号而产生的一电流信号；

一信号调节单元，耦接该电源供应单元与该信号提取单元，用以接收并调节该变频电压信号与该电流信号，以产生调节后的变频电压信号与调节后的电流信号；

一频域分析单元，耦接该信号提取单元，用以接收该调节后的变频电压信号与该调节后的电流信号，并对该调节后的变频电压信号与该调节后的电流信号进行一频域分析，以获得一频域参数；

一时域分析单元，耦接该信号提取单元，用以接收该调节后的变频电压信号与该调节后的电流信号，并对该调节后的变频电压信号与该调节后的电流信号进行一时域分析，以获得一时域参数；以及

一处理单元，耦接该频域分析单元与该时域分析单元，用以接收并依据该频域参数、该时域参数，以取得对应该至少一电池芯的电化学特征。

2.如权利要求1所述的电池分析装置，其特征在于，其中该处理单元更依据该至少一电池芯的电化学特征与一温度信号，以估计该至少一电池芯的残余容量与健康状态。

3.如权利要求1所述的电池分析装置，其特征在于，其中该电源供应单元包括：

一频率调制单元，用以提供这些频率；以及

一电压供应单元，耦接该频率调制单元，用以依据这些频率，以产生该变频电压信号。

4.如权利要求1所述的电池分析装置，其特征在于，其中该电池模块中的该至少一电池芯的个数为多数个，该电池分析装置还包括：

一检测单元，耦接该电源供应单元，用以检测该变频电压信号的频率是否等于该第二频率，而据以产生一检测信号；以及

一切换单元，耦接该检测单元与该电源供应单元，用以依据该检测信号，而依序切换该变频电压信号至这些电池芯；

其中，该信号提取单元依序提取这些电池芯响应于该变频电压信号而产生的多个电流信号，该信号调节单元接收并调节该变频电压信号与这些电流信号，以产生多个调节后的变频电压信号与多个调节后的电流信号，该频域分析单元对这些调节后的变频电压信号与这些调节后的电流信号进行该频域分析，以获得多个频域参数，该时域分析单元对这些调节后的变频电压信号与这些调节后的电流信号进行该时域分析，以获得多个时域参数，该处理单元接收并依据这些频域参数、这些时域参数，以取得对应这些电池芯的电化学特征。

5.如权利要求4所述的电池分析装置，其特征在于，其中该处理单元更依据这些电池芯的电化学特征与一温度信号，以估计这些电池芯的残余容量与健康状态。

6.如权利要求1所述的电池分析装置，其特征在于，其中该电池分析装置以实时线上的方式对该电池模块进行分析。

7.如权利要求1所述的电池分析装置，其特征在于，其中该电池分析装置以集成电路设计的方式设置成一芯片，且配置于任何具有电池的电子装置上。

8.一种电池分析方法，适于一电池模块，该电池模块具有至少一电池芯，其特征在于，该电池分析方法包括：

提供一变频电压信号至该至少一电池芯，其中该变频电压信号具有多个频率，这些频率的范围介于一第一频率与一第二频率之间；

提取该至少一电池芯响应于该变频电压信号而产生的一电流信号；

调节该变频电压信号与该电流信号，以产生调节后的变频电压信号与调节后的电流信号；

对该调节后的变频电压信号与该调节后的电流信号进行一频域分析，以获得一频域参数；

对该调节后的变频电压信号与该调节后的电流信号进行一时域分析，以获得一时域参数；以及

依据该频域参数、该时域参数，以取得对应该至少一电池芯的电化学特征。

9.如权利要求8所述的电池分析方法，其特征在于，还包括：

依据对应该至少一电池芯的电化学特征与一温度信号，以估计该至少一电池芯的残余容量与健康状态。

10.如权利要求8所述的电池分析方法，其特征在于，其中提供该变频电压信号至该至少一电池芯的步骤包括：

提供这些频率；以及

依据这些频率，产生对应这些频率的该变频电压信号。

11.如权利要求8所述的电池分析方法，其特征在于，其中该电池模块中的该至少一电池芯的个数为多数个，该电池分析方法还包括：

检测该变频电压信号的频率是否等于该第二频率；

如果该变频电压信号的频率不等于该第二频率，则回到检测该变频电压信号的频率是否为该第二频率的步骤；

如果该变频电压信号的频率等于该第二频率，产生一检测信号以及进入提取该至少一电池芯响应于该变频电压信号而产生的该电流信号的步骤；以及

依据该检测信号，切换该变频电压信号至与这些电池芯的下一个连接，并回到提供该变频电压信号至该至少一电池芯的步骤。

12.如权利要求11所述的电池分析方法，其特征在于，其中产生该检测信号的步骤之后还包括：

判断该电池芯是否为这些电池芯的最后一个；以及

如果判断出该电池芯不为这些电池芯的最后一个，则进入依据该检测信号，切换该变频电压信号至与这些电池芯的下一个连接的步骤。

13.如权利要求8所述的电池分析方法，其特征在于，其中该电池分析方法以实时线上的方式对该电池模块进行分析。

14.一种阻抗分析装置，适于一待测物，该待测物具有一电极或至少一电池芯，其特征在于，该阻抗分析装置包括：

一电源供应单元，用以提供一变频电压信号至该待测物，其中该变频电压信号具有多个频率，这些频率的范围介于一第一频率与一第二频率之间；

一信号提取单元，用以提取该待测物响应于该变频电压信号而产生的一电流信号；

一信号调节单元，耦接该电源供应单元与该信号提取单元，用以接收并调节该变频电压信号与该电流信号，以产生调节后的变频电压信号与调节后的电流信号；

一信号分析单元，耦接该信号提取单元，用以接收该调节后的变频电压信号与该调节后的电流信号，并对该调节后的变频电压信号与该调节后的电流信号进行一频域分析和/或一时域分析，以对应获得一频域参数和/或一时域参数；以及

一处理单元，耦接该信号分析单元，用以接收并依据该频域参数和/或该时域参数，以取得对应该待测物的阻抗变化特征。

15.如权利要求14所述的阻抗分析装置，其特征在于，其中该处理单元更依据该至少一电池芯的电化学特征与一温度信号，以估计该至少一电池芯的残余容量与健康状态。

16.如权利要求14所述的阻抗分析装置，其特征在于，其中该阻抗分析装置以实时线上的方式对该待测物进行分析。

17.如权利要求14所述的阻抗分析装置，其特征在于，其中该阻抗分析装置以集成电路设计的方式设置成一芯片，且配置于人体或任何具有电池的电子装置上。

18.如权利要求14所述的阻抗分析装置，其特征在于，其中该处理单元包括：

一无线发射单元，耦接该信号分析单元，用以接收该频域参数和/或该时域参数，并将该频域参数和/或该时域参数转换成一无线信号，以发射该无线信号；

一无线接收单元，用以接收该无线信号；以及

一分析单元，耦接该无线接收单元，用以接收该无线信号，并对该无线信号进行转换，以取得该频域参数和/或该时域参数，且依据该频域参数和/或该时域参数，以取得对应该待测物的阻抗变化特征。