CN108226786B - 用于确定存储单元的自放电电流特性的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在此公开用于确定存储单元的自放电电流特性的系统和方法。根据一个说明性实施例，一种用于确定存储单元(或存储单元组)的自放电电流特性的系统包括电压源、第一和第二电压测量电路、电流测量电路和处理器。电压源向耦合到系统的存储单元提供恒电位电压。第一电压测量电路提供第一电压分辨率，用于测量存储单元的一对端子上的开路电压。第二电压测量电路提供第二电压分辨率，其显著高于用于测量存储单元的一对端子中的一个端子处的端电压的第一电压分辨率。处理器通过使用电压源、第一和第二电压测量电路以及电流测量电路来执行测试过程，以确定存储单元的自放电漏电流特性。

Description

用于确定存储单元的自放电电流特性的系统和方法
背景技术
诸如镍-镉(NiCad)电池或锂离子电池的存储电池通常在一段时间内失去其电荷，主要是由于在存储电池中发生的自放电电流。不幸的是，考虑到现有技术，实际上不可能完全消除这些存储单元中的自放电电流。此外，虽然在实验室环境中测试单个存储单元的成功率有限，但是在制造环境中测量一批存储单元中的每一个的自放电电流特性是相当复杂和不切实际的。
更具体地，由于各种原因，在制造期间测量一批锂离子电池中的每一个的自放电电流参数是不切实际的。这些原因中的一些包括与现有锂存储电池技术相关的缺点，而其他缺点与用于执行这些类型测量的市售的恒电位系统相关联。与市售恒电位系统相关的缺点，特别是用于表征大于纽扣电池的锂离子电池的缺点，可能包括复杂性，不足的精确度和不期望的高成本。
因此，代替在制造车间上批量测试锂离子电池，一些测试实体已经选择使用替代方法，在将一批锂离子电池存储在受控温度设备中之前，测量一批锂离子电池中的每一个的开路电压。在许多情况下，储存期可以延长到几周或更长。在完成储存期时，再次测量每个锂离子电池的开路电压，以便基于作为存储结果的开路电压的下降来评价每个锂离子电池的自放电电流特性。可以理解，这样的过程不仅仅提供每个锂离子电池的自放电电流特性的近似，而且还遭受各种其他缺点，例如测试周期必须延续几个星期或更长时间、存储要求(包括受控环境条件)和存储期间的潜在危险(火灾，化学品泄漏，有毒排放等)。
发明内容
本公开的某些实施例可以提供技术效果和/或解决方案以在短时间段(例如几个小时)内确定一个或多个可再充电存储单元的自放电电流特性，并且通过使用测试元件和技术，提供相比于传统测量系统非常有吸引力的成本-精度比。
根据本公开的一个示例性实施例，一种方法可以包括：通过使用提供第一电压分辨率的第一电压测量电路来测量存储单元(或存储单元组)的一对端子上的开路电压；向所述存储单元(或所述存储单元组)中的所述一个提供至少部分地通过使用利用所述第一电压测量电路测量的开路电压所确定出的第一恒电位电压；通过使用被配置为提供高于所述第一电压分辨率的第二电压分辨率的第二电压测量电路，测量所述存储单元(或所述存储单元组)中的所述一个的所述一对端子之一的端电压；向所述存储单元(或所述存储单元组)中的所述一个提供至少部分地基于使用所述第二电压测量电路测量出的端电压的第二恒电位电压；在将所述第二恒电位电压提供给所述存储单元(或所述存储单元组)中的所述一个之后，在一段时间内对所述存储单元(或所述存储单元组)中的所述一个执行一个或多个自放电漏电流测量；使用所述一个或多个自放电漏电流测量来确定所述存储单元(或所述存储单元组)中的所述一个的自放电漏电流特性。
根据本公开的另一示例性实施例，一种方法可以包括：对存储单元(或存储单元组)执行电压温度系数(TCV)表征过程，用于确定存储单元(或存储单元组)的TCV特性，并且在执行用于确定存储单元(或存储单元组)的自放电泄漏电流特性的测试过程之前使用TCV特性来设置存储单元(或存储单元组)的初始充电状态(SOC)级别。测试过程可以包括：提供两个或更多个电压测量电路；使用所述两个或更多个电压测量电路中的第一电压测量电路来测量所述存储单元(或所述存储单元组)的一对端子上的开路电压，所述第一电压测量电路提供第一电压分辨率；向存储单元(或存储单元组)提供至少部分地通过使用利用第一电压测量电路测量的开路电压所确定的第一恒电位电压；在向所述存储单元(或所述存储单元组)提供所述第一恒电位电压之后，在一段时间内对所述存储单元(或所述存储单元组)执行一个或多个自放电漏电流测量；使用自放电漏电流测量来确定所述存储单元(或存储单元组)的自放电漏电流特性。
根据本公开的另一示例性实施例，一种系统可以包括第一电压测量电路、第二电压测量电路，电流测量电路和处理器。第一电压测量电路提供用于测量存储单元(或存储单元组)的一对端子上的开路电压的第一电压分辨率。第二电压测量电路提供用于测量存储单元(或存储单元组)的一对端子中的一个端子处的端电压的第二电压分辨率。电流测量电路可以用于测量存储单元(或存储单元组)的一个或多个自放电漏电流。处理器耦合到第一电压测量电路、第二电压测量电路和电流测量电路，用于执行测试过程以确定存储单元(或存储单元组)的自放电漏电流特性。
从结合附图的以下描述中，本公开的其它实施例和各方面将会变得显而易见。
附图说明
通过参考以下结合所附权利要求和附图的描述，可以更好地理解本发明的许多方面。在各个附图中，相同的附图标记表示相同的结构元件和特征。为了清楚起见，并非每个元件在每个图中都用数字标记。附图不一定按比例绘制；而是强调说明本发明的原理。附图不应被解释为将本发明的范围限制为本文所示的示例性实施例。
图1示出测量存储单元中的自放电电流的理想化设置。
图2示出了根据本公开的可用于确定存储单元的自放电电流特性的自放电电流测量系统的示例性实施例。
图3示出了可用于实现图2所示的自放电电流测量系统的一些示例性部件。
图4示出了根据本公开的示例性存储单元的电压的温度系数(TCV)相对于充电状态级别的图形表示。
图5示出了根据本公开的确定存储单元的自放电漏电流的示例性方法的流程图。
具体实施方式
贯穿本说明书，为了说明本发明构思的使用和实现的目的，描述了实施例和变型。说明性描述应当被理解为呈现发明性概念的示例，而不是限制本文所公开的概念的范围。为此，在本文中仅出于方便而使用某些措辞和术语，并且这样的措辞和术语应当被广泛地理解为包括本领域普通技术人员以各种形式和等同物所一般理解的各种对象和动作。例如，诸如“存储单元”，“电荷”，“电压”，“处理器”，“计算机”，“放大器”，“精度”，“分辨率”，“精度”，“增益”，“组”，“集合”或“数字”可以具有各种解释并且可以以各种方式实现，而不偏离本公开的精神。更具体地，本文所使用的短语“存储单元”不必限于单个存储单元，而是可以同样良好地应用于一组/集合/多个的存储单元，并且短语“测试过程”可以替代地解释为指示当正在执行测量时的“测量过程”。还应当理解，本文使用的词“示例”旨在本质上非排他的且非限制性的。更具体地，本文所使用的词语“示例性”指示若干示例中的一个，并且应当理解，没有特别强调，排他性或偏好与使用该词语相关或由其暗示。
一般来说，根据本文公开的各种说明性实施例，用于确定存储单元(或存储单元组)的自放电电流特性的系统可以包括第一电压测量电路、第二电压测量电路、电压源，电流测量电路和处理器。第一电压测量电路提供第一电压分辨率，用于测量耦合到系统的存储单元的一对端子上的开路电压。第二电压测量电路提供显著高于第一电压分辨率的第二电压分辨率，并且可以用于在使用第一电压测量获得第一电压测量之后测量存储单元的一对端子中的一个端子处的端电压。电压源基于由第一电压测量电路和第二电压测量电路中的每一个在存储单元上执行的各种电压测量来提供恒电位器电压。电流测量电路使得能够在各个时间测量存储单元的自放电漏电流。处理器可以使用第一电压测量电路，第二电压测量电路，电压源和电流测量电路来执行测试过程以确定存储单元的自放电漏电流特性。与传统的自放电漏电流测量系统相比，这种系统提供了有利的成本精度比。在一些示例性实施方式中，本文公开的系统和方法可以用于识别具有高于典型自放电电流的一个或多个存储单元(例如在一批存储单元中)，高于典型自放电电流是潜在缺陷和/或污染的指示。
现在注意图1，其示出了用于测量存储单元115中的自放电电流的理想化设置100。理想化设置100包括直流(DC)电源105，电流表110，开关120，电压表125和存储单元115。DC电源105也可以称为恒电位仪，提供以接地为参考并且可以改变以便与存储单元115的开路电压匹配的恒电位器电压。存储单元115可以是能够由DC电源105充电的各种类型单元中的任何一种。在一个示例性实施例中，存储单元115是可再充电锂离子单元，其也以地为参考，并且由理想单元117，第一电阻器116和第二电阻器118象征性地表示。第一电阻器116表示存储单元115的有效串联电阻(ESR)，并且第二电阻器118表示有助于传播通过存储单元115的漏电流的漏电阻器。在本公开中，漏电流可以替代地称为自放电电流。
用于测量存储单元115中的自放电电流的测量过程可以通过首先将开关120置于断开状态从而将DC电源105与存储单元115断开来执行。通过使用电压表125在节点119和节点121之间测量存储单元115的开路电压。调整DC电源105以提供与开路电压匹配的恒电位器电压。然后开关120闭合，以便将DC电源105连接到存储单元115。理想地，此时，没有电流流过电流表110，这是因为恒电位器电压完全匹配存储单元115的被测开路电压115。
然而，在一段时间(例如几天)之后，由于存储单元115中的泄漏电流的流动，单元的电压开始下降。电压的下降由直流电源105提供的恒电位电压来抵消，其趋向于将存储单元115维持在测量出的开路电压。在平衡条件下，DC电源105提供流过存储单元115的全部数量的泄漏电流，并且该泄漏电流可以由电流表110测量。电流测量可以在期望的时间段内的各个时刻进行，以确定存储单元115的自放电电流特性。
不幸的是，上述理想化设置100在现实生活中不令人满意，这是因为存在可能起作用并且不利地影响测量结果的若干因素。首先，设置DC电源以提供与存储单元115的开路电压(例如，下降到微伏级别)紧密匹配的精确恒电位电压的过程可能是需要使用高精度/高分辨率测量电路的复杂过程。其次，即使初始达到可接受的电压匹配级别，存储单元115的开路电压和/或由DC电源105提供的电压可能由于自放电电流以外的因素(例如温度变化和漂移)而随时间改变，并且可能非常难以跟踪和补偿这样的因素。
此外，由于这些各种因素中的任何一个，每当在恒电位器电压和存储单元115的开路电压之间出现不匹配时，电流流动路径中存在的极低电阻(主要由于电阻器116引起的)导致显著量的电流由存储单元115从DC电源105汲取。该电流与存储单元115的泄漏电流相比可能非常大，因此排除了对泄漏电流进行精确测量的可能性。
图2示出了根据本公开的可用于确定存储单元230的自放电电流特性的自放电电流测量系统200的示例性实施例。更具体地，自放电电流测量系统200可以用于解决示例性装置100所带来的挑战中的至少一些，并且对比可以仅用于小存储单元(例如纽扣电池)的各种传统系统，自放电电流测量系统200可用于单个大存储单元或大存储单元组。由自放电电流测量系统200提供的成本优点以及性能优点还可以用于以并行方式使用多个这样的系统同时测试一批存储单元。相比之下，许多传统的自放电电流测量系统(其中一些可能相当昂贵)可能需要以顺序方式测试一批存储单元，这不仅延长了整体测试的持续时间，而且以其他方式增加了成本(储存设施，受控温度要求等)。
在一些实施例中，存储单元组可以以串联配置提供，由此例如一组六个4V存储单元的有效开路电压等于24伏。在一些其它实施例中，可以以并联配置提供存储单元组，由此例如一组六个4V存储单元的有效开路电压等于4伏。然而，在并联配置中，从自放电电流测量系统200汲取的自放电电流的幅度可以大致等于由单个存储单元汲取的电流的幅度的六倍。
自放电电流测量系统200包括各种功能元件，例如电压源210，第一电压测量电路215、第二电压测量电路220、电流测量电路225和处理单元205。处理单元205可以实现为包括各种组件(诸如处理器，输入/输出接口和存储设备(例如存储器设备))的计算机的形式。更具体地，存储设备可以包括用于存储操作系统(OS)和一个或多个应用程序的非暂时性计算机存储介质，所述一个或多个应用程序可由处理器执行以实现本文公开的示例性方法、特征和各方面。
电压源210可以包括一个或多个电压产生元件，其可以由处理单元205配置，用于提供参考接地的恒电位电压，并通过自放电电流测量系统200的输出端子211耦合到存储单元230。
经由输出端子211以及自放电电流测量系统200的另一输出端子212耦合到存储单元230的第一电压测量电路215提供第一电压分辨率，用于测量在存储单元230的正端子和负端子上出现的开路电压。第一电压分辨率允许处理单元205例如以毫伏级精度执行存储单元230的开路电压的测量。因此，处理单元205可以使用第一电压测量电路215来将存储单元230识别为例如具有4.305V的开路电压的4V存储单元。然后，处理单元205使用测量的开路电压来将电压源210的恒电位器电压初始设置在与测量的开路电压匹配的电压幅度。在该示例中，处理单元205将电压源210的恒电位器电压设置为4.305V。
使用第一电压测量电路215来测量存储单元230的开路电压允许恒定电压电压和存储单元230的开路电压之间的相对接近的匹配(在该示例中为毫伏级别)。然而，存储单元230的实际开路电压可以例如是4.305375V而不是4.305V，并且恒电位电压与存储单元230的开路电压之间的375微伏级的失配可能导致显著的电流流过存储单元230，其阻止自放电电流的精确测量。
通过使用第二电压测量电路220来解决电压失配问题，第二电压测量电路220经由输出端子212耦合到存储单元230，并且可以用于参考地来测量存储单元230的端电压。在该示例性实施例中，第二电压测量电路220可以用于参考地来测量存储单元230的负端子处的电压。应当注意，当使用第一电压测量电路215或第二电压测量电路220来执行本文公开的任何电压测量时，优选地，开关213处于断开状态，以便将电流测量电路225与存储单元230断开。将电流测量电路225与存储单元230断开连接不仅防止了测量过程的这个阶段的不期望电流流动，而且防止了任何可能由于电流测量电路225带来的相对于地面的阻抗路径而产生的不利影响。
由于使用第一电压测量电路215来初始地设置由电压源210提供的恒电位器电压，所以存储单元230的正极和负极端子两端的电压将匹配由电压源210提供的相对于地的恒定电压(4.305V)。通过使用第二电压测量电路220来测量在存储单元230的负端子和地之间出现的失配电压(4.305375V-4.305V＝375μV)。第二电压测量电路220提供第二电压分辨率，其显著高于第一电压分辨率并且提供较高级别的测量粒度。因此，第二电压分辨率允许处理单元205使用第二电压测量电路220来将存储单元230识别为具有4.305375V的开路电压。处理单元205然后可以改变由电压源提供的恒电位器电压210以将存储单元230的开路电压下降到微伏级精度。
使用第一电压测量电路215和第二电压测量电路220将电压源210提供的恒电位器电压精确地设置到存储单元230的整个过程可以在非常短的时间段内执行，诸如大约一分钟。
在一些实施方案中，可在第一次将恒电位电压提供到存储单元230之后执行电流初始化过程。下面更详细地描述的电流初始化过程允许使用电压源210提供一个或多个恒电位电压，其在确定存储单元230的自放电电流特性之前将进入存储单元230的初始电流快速设置在期望值。例如，在一个实施方式中，初始电流的值可以被设置为与存储单元230的典型自放电电流匹配。存储单元230的典型自放电电流可以预先基于诸如过去历史、先前测试评估、数据表、经验数据和/或理论数据之类的参数加以确定。将存储单元230中的初始电流设置为期望值(例如，在大约一分钟内)允许测试的总持续时间的显著减少，特别是相比于若干传统测试过程。
在设置恒电位器电压(包括或不包括电流初始化过程)之后，提供等待时间段(例如一小时)以允许存储单元230达到平衡状态。当达到平衡状态时，处理单元205使用电流测量电路225来测量流过存储单元230的自放电电流的幅度。自放电漏电流测量过程可以随后重复几次(在一时间段上)，以便确定存储单元230的自放电漏电流特性。
用于实现用以执行上述两步电压测量过程的第一电压测量电路215和第二电压测量电路220中的每一个的电路元件可以是相对低成本的项目，从而相比于例如采用单个高分辨率电压测量电路执行低至微伏级的单向电压测量的自放电电流测量系统，提供了成本节省。
图3示出了可以用于实现根据本公开的一个示例性实施例的自放电电流测量系统200的一些示例性部件。电压源210包括参考电压元件(Vref)305、数模转换器DAC 310和缓冲放大器315。参考电压元件305通常是烤箱控制的电压源并且可以包括一个或多个齐纳二极管，其提供了在工作温度范围内非常稳定的参考电压。该参考电压提供给DAC 310，用于在处理单元205经由二进制接口306提供给DAC 310的数字控制字的控制下生成模拟电压。在各种实施例中，DAC 310以及电压源210的其他元件可以使用现有组件或以定制电路的形式来实现，并且以微伏级精度(或更好)提供恒电位器电压。这种精度级别是期望的，特别是考虑到第二电压测量电路220提供的测量精度的微伏级(或更好)。
处理单元205根据第一电压测量电路215和第二电压测量电路220执行的双通电压测量过程来设置数字字。DAC 310产生的由缓冲放大器315驱动到线301中的模拟电压构成参考接地并施加到存储单元230的恒电位器电压。
第一电压测量电路215包括单位增益放大器325和模数转换器(ADC)320。单位增益放大器325提供存储单元230的开路电压的一对一测量单元。存储单元230的开路电压耦合到ADC 320中。在一些实施例中，单位增益放大器325可由低增益放大器替换。可以基于各种因素来选择低增益放大器，例如可用的工作电压范围和/或成本和精度之间的系统折中。ADC 320可以是相对低成本的元件(诸如12位ADC)，其将单位增益放大器325的电压输出转换为经由二进制接口307耦合到处理单元205中的数字字。单位增益放大器325和ADC 320的组合提供在测量存储单元230的开路电压时的第一电压分辨率。在一个示例性实施方式中，单位增益放大器325和ADC 320的组合提供毫伏级电压分辨率。
可能有必要指出，相比于图2所示的第二电压测量电路220和电流测量电路225示出为单独功能块的自放电电流测量系统200，图3所示的自放电电流测量系统200并入了多路复用V-I(电压-电流)电路355形式的双功能电路。多路复用V-I电路355以时间复用的方式执行第二电压测量电路220和电流测量电路225的一个或多个功能。因为存储单元230的第二电压测量和存储单元230的自放电电流测量通常在不同时间执行，所以多路复用V-I电路355是可行的，其可以提供用于实现自放电电流测量系统200的硬件的成本节省。
多路复用V-I电路355包括高增益放大器335、模数转换器(ADC)330、电流感测电阻器350、第一开关340和第二开关345。通常，高增益放大器335的增益超过10，并且在一个示例性实施方式中，高增益放大器335提供的增益的范围可以是从100到1000的任何地方。ADC330可以是相对低成本的元件(诸如12位ADC)，其将高增益放大器335的电压输出转换为经由二进制接口308耦合到处理单元205中的数字字。高增益放大器335和ADC 330的组合提供在测量存储单元230的端电压时的第二电压分辨率电压。在一个示例性实施方式中，高增益放大器335和ADC 330的组合提供微伏级电压分辨率。
当执行端电压的测量时，多路复用V-I电路355配置为通过在处理单元205的控制下将开关340和开关345中的每一个置于开关位置1而在电压测量模式中工作。在此配置中，存储单元230的负端子耦合到高增益放大器335的正输入端子，并且电流感测电阻器350保持在打开状态(与高增益放大器335断开)。
处理单元205接收表示存储单元230的端电压的数字字，并且使用端电压测量来计算数字字，并通过二进制接口306向DAC 310提供数字字。DAC 310通过以下方式响应于数字字：产生经由缓冲放大器315和线301耦合到存储单元230中的新的恒电位器电压。在一些实施方式中，可以由处理单元205使用电压源210、第一电压测量电路215和多路复用V-I电路355，基于迭代和/或递归过程来设置新的恒电位器电压。
然后，在多路复用的V-I电路355用于执行自放电电流测量之前，允许存储单元230静置一段时间以允许在存储单元230(或单元组)内的电荷再分配。在某些情况下可以延长几天的休息时间允许存储单元230在执行自放电电流测量之前达到期望的平衡状态。
当执行自放电电流测量时，多路复用V-I电路355配置为通过在处理单元205的控制下将开关340和开关345中的每一个置于开关位置2而在电流测量模式下工作。在该配置中，存储单元230的负端子耦合到高增益放大器335的正输入端子，并且电流感测电阻器350也连接到高增益放大器335的正输入端子。流过存储单元230的自放电电流经过电流感测电阻器350到达地，并且高增益放大器335放大在电流感测电阻器350上产生的电压降。因此，高增益放大器335的输出电压与自增益放大器320的振幅成正比。因此，高增益放大器335的输出电压直接与流过存储单元230和电流感测电阻器350的自放电电流的振幅成比例。
选择电流感测电阻器350的电阻值是测量灵敏度和测量时间之间的折衷，这是因为归因于电流感测电阻器350的时间常数因子结合存储单元230的非常大的电容而工作。可以理解，电流感测电阻器350的较低电阻值以测量灵敏度为代价转换到较快的测量时间，反之亦然。在一个示例性实施方式中，电流感测电阻器350被选择为约1欧姆，这可以提供测量灵敏度和测量时间之间的最佳折衷。更具体地，测量灵敏度可以针对解决不期望的影响，例如温度和漂移引起的效应。
应当注意，在图2所示的示例性实施例中，多路复用V-I电路355在存储单元230的负端子以地为参照测量出存储单元230的端电压。然而，在另一示例性实施例中，多路复用V-I电路355可以被布置为当存储单元230被翻转时测量存储单元230的正端子上的存储单元的端电压(以地为参照)，电压源210提供负极性的恒电位器电压。
接下来注意图4，其示出了根据本公开的示例性存储单元的电压温度系数(TCV)相对于充电状态(SOC)级别的图形表示。锂离子电池通常表现出显著的TCV效应，并且期望在对锂离子电池进行自放电电流测量之前解决TCV效应，以获得最佳测量精度。使不利的TCV效应最小化的一种解决方案是将测试中的锂离子电池浸入恒温流体浴或温度腔室中。然而，当在制造设备的生产线中对一批锂离子电池执行测量时，该方法可能不实用或不期望的。
消除当进行自放电电流测量时在固定温度的流体浴或温度腔室中放置锂离子电池的需要的替代方法是基于TCV特性与锂离子电池的SOC之间的关系。根据本发明的实施例使用该关系，以设置锂离子电池的初始SOC，其使得锂离子电池的TCV无效，并且最小化或消除了当执行自放电电流测量时对外部调节锂离子电池的温度的需要。
锂离子电池(例如图3所示的存储单元230)的初始SOC级别的设置可以通过生成和使用图4所示的图形表示来执行。在示例性实施方式中以伏特/摄氏度表征的TCV相对于以百分比表征的SOC在正和负TCV值的范围内波动。通过执行TCV表征过程来获得图形表示，该TCV表征过程包括以范围从0到100％SOC的增量步长(例如5％的增量)调节锂离子电池的SOC，并且测量每个SOC的相应TCV值。可以基于在执行自放电电流测量之前获得用于识别零TCV值和/或低TCV值的期望精度级别来选择增量步长。
为此，首先将锂离子电池放置在最大SOC的例如5％，然后允许静置，以允许锂离子电池内的电荷再分布达到平衡。这被称为停留时间，通常持续几天。在停机时间之后，将锂离子电池放置在流体浴或温度腔室中，并在至少在两个温度级别之间循环。在一个示例性实施方式中，两个温度级别选择为相对于标称温度级别(例如，25摄氏度的+/-5％)的百分比偏差。标称温度级别可以对应于在以后正常使用期间锂离子电池的工作温度。在两个温度级别的每一个下提供足够的停留时间，之后进行TCV测量。因此，对于每个SOC级别获得对应于该对温度值的两个TCV测量。
然后将锂离子电池放置在最大SOC的例如10％SOC级别，并重复该过程以获得另两个TCV测量。对于每一个增量SOC值进一步重复该过程，直到最大SOC级别(100％)，并且针对各种SOC设置获得的TCV值被用于生成图4中所示的图形表示。
虚线圆405指示在大约37％SOC处的TCV值为零，而虚线椭圆410指示相对接近在大约78％SOC和大约90％SOC之间的零TCV值的TCV值。在一个示例性实施方式中，存储单元230(锂离子单元)可以设置为最大单元电荷容量(100％)的大约37％的初始电荷，并且在另一示例性实施方式中，存储单元230可以设置为在根据本公开开始自放电电流测量之前低于预定阈值TCV值的初始电荷。例如，当预定阈值TCV值被选择为对应于0.5E-04V/度C时，存储单元230可以设置为对应于范围从最大电池充电量的大约78％至大约90％的任何TCV值的初始电荷。
根据本公开的自放电电流测量可以在以上述方式设置锂离子电池的初始电荷之后进行，以便最小化或消除对外部调节锂离子电池的温度的需要。
图5示出根据本公开的确定存储单元的自放电漏电流的示例性方法的流程图。要理解，图5中所示的任何方法步骤或块可以表示包括用于实现该方法中的特定逻辑功能或步骤的一个或多个可执行指令的模块、段或部分代码。在某些实现中，可以手动执行一个或多个步骤。应当理解，虽然下面描述了特定的示例性方法步骤，但是在不脱离本公开的精神的情况下，可以在各种实施方案中利用附加的步骤或替代步骤。此外，取决于各种替代实施方式，步骤可以不按照所示或所讨论的顺序执行，包括基本上同时地或以相反的顺序。代码也可以包含在一个或多个设备中，并且可以不必限于任何特定类型的设备。下面的解释虽然可能在某些设备中暗示代码驻留和功能，但是仅仅出于解释本公开背后的构思的目的，并且不应当以限制的方式解释。
为了描述示例性方法的目的，下面将使用图2和图3中所示的自放电电流测量系统200。然而，必须理解的是，该方法可以使用根据本公开的许多其他系统来实现。还必须理解的是，图5所示的功能块可以由其他功能块补充或辅助。例如，在实施方框505之前，可以执行各种方法步骤，以设置存储单元的初始充电状态，以使存储单元的电压温度系数无效并最小化/消除对外部调节存储单元的温度的需要。
框505涉及通过使用提供第一电压分辨率的第一电压测量电路215来测量存储单元230(或存储单元组)的一对端子上的开路电压。该对端子对应于存储单元230的正端子和负端子。单位增益放大器325和ADC 320的组合在测量存储单元230的开路电压时提供第一电压分辨率。
框510涉及向存储单元230提供至少部分地通过使用利用第一电压测量电路215测量出的开路电压而确定出的第一恒电位电压。第一恒电位器电压由电压源210在处理单元205的控制下提供。
框515涉及通过使用结合到多路复用V-I电路355中的第二电压测量电路220来测量存储单元230单元的一对端子中的一个端子处的端电压。第二电压测量电路220配置为提供高于第一电压测量电路215提供的第一电压分辨率的第二电压分辨率。具体地，第二电压分辨率由高增益放大器335和ADC 330的组合提供。
当执行端电压的测量时，多路复用V-I电路355配置为通过将开关340和开关345中的每一个置于开关位置1而在电压测量模式下工作。在该配置中，存储单元230的负端子耦合到高增益放大器335的正输入端，并且电流感测电阻器350保持在断开状态(与高增益放大器335断开)。
框520涉及向存储单元230提供至少部分地基于使用第二电压测量电路220测量出的端电压的第二恒电位电压。电压源210提供的第二恒电位电压基于存储单元230的实际开路电压与耦合到存储单元230的基于第一电压测量电路215执行的电压测量的第一恒电位电压之间的失配。在开关340和开关345中的每一个置于开关位置1之后，可以在存储单元230的负端子和地(由于恒电位电压以地为参考)之间测量失配电压。
可以通过使用例如残余电压、偏移电压或差分电压的替代标记来指代失配电压。用于修正失配的过程也可以以各种替代方式被提及，例如残余电压校正、游标电压调整或第二遍恒定电压设定过程。
第二电压测量电路220提供显著高于第一电压分辨率的第二电压分辨率。因此，第二电压分辨率允许处理单元205使用第二电压测量电路220以更高精度识别失配电压。
框525涉及在一些实施例中可选地执行并且在一些其他实施例中可省略的电流初始化过程。可以在电压源210已经向存储单元230提供第二恒电位电压之后执行的过程针对于快速配置自放电电流测量系统200，以利用流过存储单元230的预定初始电流开始恒电位调节。在一个实现方案中，预定初始电流可以是基于诸如过去历史、先前测试评估、数据表、经验数据和/或理论上的数据而已知的存储单元230的典型自放电电流。在另一实现方案中，预定初始电流可以是由诸如客户或测试操作者之类的实体指定的电流。
作为电压源210向存储单元230提供第二恒电位电压的结果，通过将开关340和开关345中的每一个置于开关位置2并且使用多路复用V-I电路355测量存储单元230中的第一自放电电流，可以执行电流初始化过程。处理单元计算第一自放电电流与预定初始电流之间的差，以确定经由二进制接口306应用于DAC 310的第一数字控制字。DAC 310与电压源210的其它部件相结合向存储单元230提供第三恒电位电压，用于修改自放电电流以匹配预定的初始电流。
在一些实施方案中，通过将第三恒电位电压提供到存储单元230所获得的精度级别可能是足够的，并且可在此阶段终止电流初始化过程。然而，在一些其它实施方案中，可能需要更高的精度级别。因此，可以通过处理单元205以迭代和/或递归方式进一步使用多路复用V-I电路355和电压源210来设置预定初始电流。
将存储单元230中的初始电流设置为预定值可以在短时间段内(例如在大约一分钟内)执行，并且导致测试的总持续时间的显著减少，以确定尺寸单元230的自放电电流特性，特别相比于若干传统测试过程。
框530涉及在执行框520之后(如果期望的话，之后是框525)的一段时间内对存储单元230执行一个或多个自放电漏电流测量。通常在允许第二恒电位器电压保持耦合到存储单元230中一段足以使电压源210和存储单元230达到平衡的时间段后执行自放电漏电流测量。在平衡时，自放电电流完全由电压源210提供，电压源210现在接管通常由存储单元230的内部单元容量提供的自放电电流。
当执行对流过存储单元230的自放电电流的测量时，多路复用V-I电路355配置为通过将开关340和开关345中的每一个置于开关位置2而在电流测量模式下工作。在该配置中，存储单元230的负端子耦合到高增益放大器335的正输入端子，并且电流感测电阻器350也连接到高增益放大器335的正输入端子。流过存储单元230的自放电电流经过电流感测电阻器350到地。高增益放大器335放大电流感测电阻器350上的所得电压降。因此，高增益放大器335的输出电压与流过存储单元230和电流感测电阻器230的自放电电流的振幅直接成正比。
与流过电流感测电阻器350的自放电电流相关联的稳定时间受控于电流感测电阻器350与存储单元230的有效电容之间形成的时间常数。在处理单元205处理ADC 330的输出以确定存储单元230的自放电漏电流特性时，可以考虑到时间常数的影响。在一个示例性实施方案中，可以通过电压源210提供小的偏移电压到存储单元230以在测量时抵消由电流感测电阻器350产生的影响的至少一部分。可以基于在存储单元230中流动的自放电电流的预期幅度或基于上述块525的执行来设置偏移电压。在一些其他示例性实施例中，电流感测电阻器350可以以可控制电阻元件的形式提供，其可以由处理单元205控制，例如以便改变电流感测电阻器350的电阻值。在另一示例性实施方案中，可控电阻元件可以是与电流感测电阻器350串联耦合的单独器件。在又一示例性实施方案中，可以经由处理单元205执行的软件程序将虚拟串联电阻添加到电流感测电阻器350或从电流感测电阻器350减去。
框535涉及使用一个或多个自放电漏电流测量值确定存储单元230的自放电漏电流特性。可以用于此目的的处理单元205可以并入到包括自放电电流测量系统200的测量装置。在一些替代实施例中，处理单元205可并入到通信地耦合到自放电电流测量系统200的计算系统中。
总之，应当注意，为了说明本发明的原理和构思的目的，已经参考了若干说明性实施例描述了本发明。本领域技术人员将会理解，鉴于本文提供的描述，本发明不限于这些说明性实施例。例如，要理解的是，尽管存储单元230在若干地方称为锂离子电池，但是自放电电流测量系统200可以用于测量许多其它类型存储单元的自放电漏电流特性。本领域技术人员将理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可以对说明性实施例做出许多这样的变化。

Claims (9)

1.一种方法，包括：
通过使用提供第一电压分辨率的第一电压测量电路，测量存储单元或存储单元组中的一个的一对端子两端的开路电压；
向所述存储单元或所述存储单元组中的所述一个提供至少部分地通过使用利用所述第一电压测量电路测量出的开路电压所确定出的第一恒电位电压；
通过使用被配置为提供高于所述第一电压分辨率的第二电压分辨率的第二电压测量电路，参考地来测量所述存储单元或所述存储单元组中的所述一个的所述一对端子之一的端电压；
向所述存储单元或所述存储单元组中的所述一个提供至少部分地基于使用所述第二电压测量电路测量出的端电压的第二恒电位电压；
在将所述第二恒电位电压提供给所述存储单元或所述存储单元组中的所述一个之后，在一段时间内对所述存储单元或所述存储单元组中的所述一个执行一个或多个自放电漏电流测量；和
使用所述一个或多个自放电漏电流测量来确定所述存储单元或所述存储单元组中的所述一个的自放电漏电流特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电压测量电路提供毫伏级分辨率，并且所述第二电压测量电路提供微伏级分辨率，并且所述一对端子中的所述一个是所述存储单元或所述存储单元组中的所述一个的负端子。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，至少部分地通过使用低增益或单位增益放大器之一来获得毫伏级分辨率，并且至少部分地通过使用高增益放大器获得微伏级分辨率。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在测量所述一对端子两端的开路电压之前对所述存储单元或所述存储单元组中的所述一个执行电压温度系数(TCV)表征过程，所述TCV表征过程包括识别零TCV值或低于预定义阈值的一个或多个TCV值中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，执行所述TCV表征过程包括：
将所述存储单元或所述存储单元组中的所述一个设置为多个充电状态(SOC)级别中的每一个；
当被设置为所述多个SOC级别中的每一个时，在至少两个温度级别之间循环所述存储单元或所述存储单元组中的所述一个；
当在所述至少两个温度级别之间循环所述存储单元或所述存储单元组中的所述一个时，确定对应于所述多个SOC级别的多个TCV值；和
使用所述多个TCV值来识别所述零TCV值或低于预定阈值的一个或多个TCV值中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，识别所述零TCV值或低于预定阈值的所述一个或多个TCV值中的所述至少一个包括使用所述多个TCV值相对于所述多个SOC级别的图形表示。
7.根据权利要求4所述的方法，还包括：
使用所述零TCV值或低于预定阈值的所述一个或多个TCV值中的所述至少一个，以在测量所述一对端子两端的开路电压之前设置所述存储单元或所述存储单元组中的所述一个的初始充电状态(SOC)级别。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电压测量电路包括第一模数转换器(ADC)和低增益放大器或单位增益放大器之一，其将所述存储单元或所述存储单元组中的所述一个的开路电压耦合到第一ADC中，并且第二电压测量电路包括第二ADC和高增益放大器。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二电压测量电路和电流测量电路被提供为执行所述第二电压测量电路的一个或多个功能的双功能电路，并且执行所述一个或多个自放电漏电流测量。
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