CN109557472B - 差动电池测试器 - Google Patents

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Abstract

一种差动电池测试器，本申请描述了用于电池测试的系统和方法。所述用于电池测试的方法中的一些包含：向电池施加第一负载阻抗；向参考电压源施加第二负载阻抗；测量所述电池的正极端子与所述参考电压源的正极端子之间的电压，其中所述电池的负极端子经由导体连接到所述参考电压源的负极端子；和基于所述测量的电压确定所述电池的状况。

Description

差动电池测试器
技术领域
本公开涉及电池测试器，以及更具体地说，涉及差动电池测试器。
背景技术
电池(例如，汽车电池)可能会随时间受损或以其它方式发生故障。一个重要诊断功能是能够测试电池的状况，所述状况可指示电池保持电荷和递送电流的能力。电池测试器可测量电池的开路电压和/或输出阻抗以评估电池的质量。
发明内容
本文中公开了差动电池测试器的实施方案。
所公开的实施方案的一个方面是一种用于电池测试的电路。所述电路包含：第一连接器，其被配置成电耦合到电池的正极端子；第二连接器，其被配置成电耦合到电池的负极端子；参考电压源，其具有正极参考端子和负极参考端子；导体，其将第二连接器连接到负极参考端子；电压表，其被配置成测量第一输入节点与第二输入节点之间的电压；第一开关，其与连接于第一连接件与第二连接件之间的第一负载阻抗串联；第二开关，其与连接于正极参考端子与负极参考端子之间的第二负载阻抗串联；和处理器，其连接到电压表。第一输入节点连接到第一连接器且第二输入节点连接到正极参考端子。处理器被配置成：控制第一开关和第二开关以选择性地向电池施加第一负载阻抗且向参考电压源施加第二负载阻抗；接收第一输入节点与第二输入节点之间的一个或多个电压测量值；和基于第一输入节点与第二输入节点之间的一个或多个电压测量值确定电池的状况。
另一方面是一种用于电池测试的方法。所述方法包含：向电池施加第一负载阻抗；向参考电压源施加第二负载阻抗；测量电池的正极端子与参考电压源的正极端子之间的电压，其中电池的负极端子经由导体连接到参考电压源的负极端子；和基于测量的电压确定电池的状况。
另一方面是一种用于电池测试的设备。所述设备包含：第一连接器，其被配置成电耦合到电池的正极端子；第二连接器，其被配置成电耦合到电池的负极端子；参考电压源，其具有正极参考端子和负极参考端子；电压表，其被配置成测量第一输入节点与第二输入节点之间的电压；和处理器，其连接到电压表。第一输入节点连接到第一连接器且第二输入节点连接到正极参考端子。处理器被配置成：选择性地向电池施加第一负载阻抗且向参考电压源施加第二负载阻抗；接收第一输入节点与第二输入节点之间的一个或多个电压测量值；和基于第一输入节点与第二输入节点之间的一个或多个电压测量值确定电池的状况。
本公开的这些和其它方面公开于实施例的以下详细描述、所附权利要求书和附图中。
附图说明
本公开当结合附图阅读时依据以下详细描述会得到最佳理解。应强调的是，根据惯例，图式的各种特征并未按比例绘制。相反，为了清晰起见，各种特征的尺寸经过任意扩大或缩小。除非另外指出，否则类似附图标记在图式中指代类似元件。
图1是连接到受测试电池的差动电池测试器的实例的示意图。
图2是参考电压源的实例的示意图。
图3是参考电压源的实例的示意图。
图4是参考电压源的实例的示意图。
图5是电压表的实例的示意图。
图6是连接到两个电池的差动电池测试器的实例的示意图。
图7是用于使用差动电池测试器测试电池的过程的实例的流程图。
图8是用于校准参考电压源的过程的实例的流程图。
图9A是用于确定电池的状况的过程的实例的流程图。
图9B是用于检查电池的状况以测试所述电池的过程的实例的流程图。
图10是用于基于差动电压测量值确定电池的状况的过程的实例的流程图。
图11是用于使用差动电池测试器测试电池的过程的实例的流程图。
具体实施方式
本文中描述了用于电池测试的系统、电路和方法。将受测试电池与参考电压源进行比较，所述受测试电池可以是被设计成基于差动电压测量值模拟具有合乎需要的特性的电池的另一电池(例如，已知处于良好状况的电池)或电子电路。在一些实施方案中，参考电压源被校准以匹配开路电压和受测试电池的预期输出阻抗。可选择性地向受测试电池和参考电压源施加(例如，同步施加)类似负载阻抗以使得能够估计受测试电池的输出阻抗和/或其它状况(例如，导电性、冷起动安培数(cold crank amps)或健康状态)。在一些实施方案中，如果受测试电池的状况满足阈值，那么电池通过测试。否则，电池不合格。可显示或存储电池测试的结果的指示。
与常规电池测试器相比，使用差动电压测量以进行电池测试可提供优点。举例来说，实施方案中的一些可避免要求估计在电池的负载电压测量期间的静态电压。此外，实施方案中的一些可减轻电压测量电路中的非线性度且避免了进行校准以补偿这些非线性失真的需要。作为另一实例，实施方案中的一些可使得能够针对制造缺陷相对于彼此快速测试电池对。
图1是连接到受测试电池110的差动电池测试器100的实例的示意图。受测试电池110包含正极端子112和负极端子114。差动电池测试器100包含：第一连接器120，其被配置成电耦合到正极端子112；第二连接器122，其被配置成电耦合到负极端子114；电压表130，其被配置成测量第一输入节点132与第二输入节点134之间的电压；参考电压源140，其具有正极参考端子142和负极参考端子144；导体148，其将第二连接器122连接到负极参考端子144；第一开关160，其与连接于第一连接器120与第二连接器122之间的第一负载阻抗150串联；第二开关162，其与连接于正极参考端子142与负极参考端子144之间的第二负载阻抗152串联；和处理器170，其连接到电压表130。第一输入节点132连接到第一连接器120，且第二输入节点134连接到正极参考端子142。处理器170被配置成：控制第一开关160和第二开关162来选择性地向受测试电池110施加(例如，同时施加)第一负载阻抗150且向参考电压源140施加第二负载阻抗152；接收第一输入节点132与第二输入节点134之间的一个或多个电压测量值；和基于第一输入节点132与第二输入节点134之间的一个或多个电压测量值确定受测试电池110的状况。举例来说，差动电池测试器100可用于实施图7的过程700。
受测试电池110可包含一个或多个电化学电池，所述一个或多个电化学电池具有正极端子112和负极端子114。受测试电池110可以是可再充电的。各种化学物质可用于受测试电池110中。举例来说，受测试电池110可以是铅酸电池或锂离子电池。在一些实施方案中(在图1中未示出)，受测试电池110还可连接到负载电路(例如，车辆电气系统)。举例来说，受测试电池110可以是汽车电池。
差动电池测试器100包含：第一连接器120，其被配置成电耦合到电池的正极端子；和第二连接器122，其被配置成电耦合到电池的负极端子。在一实例中，第一连接器120包含可夹到受测试电池110的正极端子112的鳄鱼夹。类似地，第二连接器122可包含可夹到受测试电池110的负极端子114的鳄鱼夹。在一些实施方案中，第一连接器120和第二连接器122与受测试电池110形成四端子开尔文(Kelvin)连接。第一连接器120可包含电缆中的一对导电线且第二连接器122可包含电缆中的一对导电线。
差动电池测试器100包含参考电压源140，所述参考电压源140具有正极参考端子142和负极参考端子144。举例来说，参考电压源140可包含被配置成模拟处于良好状况的电池的电路。在一些实施方案中，参考电压源140的电气特性可由处理器170调节或校准。参考电压源140可实施为图2的参考电压源200。参考电压源140可实施为图3的参考电压源300。在一些实施方案中，参考电压源140包含电池(例如，一个或多个电化学电池)，所述电池可充当用于与受测试电池110的性能进行比较的参考。在此实例中，参考电压源140可实施为图4的参考电压源400。
差动电池测试器100包含导体148，所述导体148将第二连接器122连接到负极参考端子144。举例来说，导体148可包含导线、导电板和/或背板。导体148可接地。
差动电池测试器100包含电压表130，所述电压表130被配置成测量第一输入节点132与第二输入节点134之间的电压。第一输入节点132连接到第一连接器120且其中第二输入节点134连接到正极参考端子142。电压表130可包含图5的电压表500。
差动电池测试器100包含第一开关160，所述第一开关160与连接于第一连接器120与第二连接器122之间的第一负载阻抗150串联。通过控制第一开关160，可经由第一连接器120和第二连接器122选择性地向受测试电池110施加第一负载阻抗150。举例来说，第一负载阻抗150可以是或可包含电阻器(例如，10欧姆、100欧姆、1欧姆或12千欧姆)。第一开关160可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
差动电池测试器100包含第二开关162，所述第二开关162与连接于正极参考端子142与负极参考端子144之间的第二负载阻抗152串联。通过控制第二开关162，可选择性地向参考电压源140施加第二负载阻抗152。举例来说，第二负载阻抗152可以是或可包含电阻器(例如，10欧姆、100欧姆、1千欧姆或12千欧姆)。第二开关162可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。第一负载阻抗150和第二负载阻抗152可具有匹配阻抗值以使得能够将类似负载状况应用到受测试电池110和参考电压源140以促进受测试电池110与参考电压源140的比较。在一些实施方案中，第一开关160和第二开关162由处理器170同步控制(例如，通过向第一开关160的栅极端子和第二开关162的栅极端子施加相同电压)以便使受测试电池110和参考电压源140两者同时断开或向受测试电池110和参考电压源140两者施加负载阻抗。
差动电池测试器100包含连接到电压表130的处理器170。处理器170可包含能够操控或处理数据的一个或多个组件或装置。处理器170可包含单个或多个处理器，所述单个或多个处理器各自具有单个或多个处理核心。举例来说，处理器170可包含微控制器或微处理器。在一些实施方案中，处理器170与电压表130实施于相同电路板上。处理器可包含用于从电压表130接收模拟电压测量值的模/数转换器端口。在一些实施方案中，处理器170与电压表130实施于不同电路板上，但实施于公共装置壳体内。举例来说，处理器可在总线或串行端口上(例如，使用I2C或串行外围接口协议)接收呈数字形式的电压测量值。在一些实施方案中，处理器170实施于与含有电压表130的装置分开的装置中，且处理器170经由通信信号(例如，有线或无线网络通信信号，例如蓝牙或WiFi信号)从电压表接收电压测量值。
处理器170可被配置成控制第一开关160和第二开关162以选择性地向受测试电池110施加第一负载阻抗150且向参考电压源140施加第二负载阻抗152。举例来说，处理器170可被配置成向受测试电池110施加第一负载阻抗150且同时向参考电压源140施加第二负载阻抗152。处理器170可被配置成接收第一输入节点132与第二输入节点134之间的一个或多个电压测量值。处理器170可被配置成基于第一输入节点132与第二输入节点134之间的一个或多个电压测量值确定受测试电池110的状况(例如，输出阻抗、输出导电性、充电状态和/或健康状态)。在一些实施方案中，处理器170被配置成基于受测试电池110与参考电压源140之间的电压差的测量值校准参考电压源140(例如，通过调节参考电压源140的输出阻抗和/或开路电压)以促进受测试电池110的测试。处理器170可被配置成实施图7的过程700、图10的过程1000、图11的过程1100或其任何组合。
差动电池测试器100包含用户接口180。举例来说，用户接口180可包含用于呈现受测试电池110的测试结果(例如，输出阻抗估计、健康状态和/或合格或不合格的指示)的触摸屏显示器。用户接口180可包含使得人能够手动接通或断开差动电池测试器100、调节测试设定等的按钮或开关。在一些实施方案中，用户接口180包含用于呈现受测试电池110的测试结果的液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT)监视器。用户接口180可包含用于接收用户输入的键盘、鼠标、轨迹板和/或麦克风。
在一些实施方案中，差动电池测试器100包含在与受测试电池110的接口中的电路以提供反极性保护，从而防止在第一连接器120和第二连接器122耦合到受测试电池110的错误端子时发生损坏。
在一些实施方案中，差动电池测试器100包含将第一输入节点132连接到受测试电池110的正极端子112且使正极端子112处的电压放大恒定增益的电路。举例来说，此电路的增益可小于一以使电池的电压逐步降低到更低电平，以用于与被配置成在更低电压电平(例如，逐步降低到小于3.3伏特的范围)下操作的参考电压源140进行比较以匹配可容易地在包含处理器170的电子装置中获得的电压。将正极端子112连接到第一输入节点132的此放大器电路可包含运算放大器。
图2是参考电压源200的实例的示意图。参考电压源200包含：可调节电压源210，其被配置成输出由处理器(例如，处理器170)选择的电压电平；可调节阻抗220，其被配置成基于来自处理器的控制信号进行选择；正极参考端子230；和负极参考端子232。举例来说，图3的电路可用于提供可调节电压源210和可调节阻抗220。图8的过程800可被实施以调节参考电压源200的输出阻抗和/或电压电平。
参考电压源200包含可调节电压源210。举例来说，可调节电压源210可由来自处理器(例如，处理器170)的脉宽调制控制信号控制以选择电压电平。在一些实施方案中，可调节电压源210被调节以使参考电压源200的开路电压与受测试电池(例如，受测试电池110)的开路电压匹配。
参考电压源200包含可调节阻抗220。举例来说，可调节阻抗220可包含可变电阻(例如，电位计)。参考电压源200的输出阻抗可被调节。举例来说，可调节阻抗220可被调节为接近受测试电池(例如，受测试电池110)的预期输出阻抗的已知值。
图3是参考电压源300的实例的示意图。参考电压源300包含：正极参考端子320；负极参考端子322；电位计330，其具有可使用阻抗控制端口332上的控制信号选择的阻抗；运算放大器340；和电阻器-电容器网络350，其被配置成对在电压控制端口352处呈现的脉宽调制(PWM)电压控制信号进行低通滤波。PWM电压控制信号可用于设定参考电压源300的电压电平。运算放大器340可在线性(非饱和)模式下操作。举例来说，在电压控制端口352处输入的PWM电压控制信号可按方波图案在下拉(低电压或接地)状态与高电压或高阻抗状态之间交替，所述PWM电压控制信号具有被选择来控制参考电压源300的电压电平的占空比。在一些实施方案中，0％占空比(恒定低或接地状态)对应于参考电压源300的最小可用输出电压(例如，大致9伏特或10伏特)且100％占空比(恒定高状态)对应于参考电压源300的最大可用输出电压(例如，15伏特或16伏特)。电阻器-电容器网络350可被配置成对来自处理器170的PWM电压控制信号进行滤波，以控制可调节电压源(例如，可调节电压源210)的输出电压。
图4是参考电压源400的实例的示意图。参考电压源400包含：正极参考端子420；负极参考端子422；参考电池430，其具有正极端子432和负极端子434；第三连接器440，其将参考电池430的正极端子432连接到参考电压源400的正极参考端子420；和第四连接器442，其将参考电池430的负极端子434连接到参考电压源400的负极参考端子422。参考电池430可具有被视为有用或合乎需要的电气特性。
如所示出，第三连接器440连接到正极参考端子420且被配置成电耦合到参考电池430的正极端子432。类似地，第四连接器442连接到负极参考端子422且被配置成电耦合到参考电池430的负极端子434。在一些实施方案中，第三连接器440和第四连接器442分别包含鳄鱼夹和包含导线的电缆。
图5是电压表500的实例的示意图。如所示出，电压表500包含：第一输入节点510；第二输入节点512；差动放大器电路520，其包含用于放大第一输入节点510与第二输入节点512之间的电压的运算放大器522；电阻器-电容器(RC)低通滤波器530，其用于对来自差动放大器电路520的输出电压进行低通滤波；缓冲器540，其包含运算放大器542，所述缓冲器540用于调节来自RC低通滤波器530的所得电压测量值以用于输入到处理器(例如，处理器170)；和输出节点550，其可将差动电压测量值呈现给处理器。
电压表500可用于测量受测试电池(例如，受测试电池110)与参考电压源(例如，参考电压源140)之间的差动电压。举例来说，电压表500的第一输入节点510可连接到图1的第一输入节点132且电压表500的第二输入节点512可连接到图1的第二输入节点134。输出节点550可经由模/数转换器连接到处理器(例如，处理器170)，所述模/数转换器对在输出节点550处出现的差动电压测量值进行取样。
运算放大器522被配置成放大第一输入节点510与第二输入节点512之间的电压。在电压表500的此实例中，差动放大器电路520的增益大致是5.5*(V_ref-V_bat)，其中V_bat是第一输入节点510处的电压且V_ref是第二输入节点512处的电压。对于低频(例如，直流电(DC))输入电压，差动放大器电路520的此增益大致等于电压表500的增益。
在一些实施方案中(未示出)，第一输入节点510通过具有单位增益的缓冲器(例如，呈负反馈电压跟随器配置的运算放大器)连接到差动放大器电路520以便增加电压表500的输入阻抗。在一些实施方案中(未示出)，第二输入节点512通过具有单位增益的缓冲器(例如，呈负反馈电压跟随器配置的运算放大器)连接到差动放大器电路520以便增加电压表500的输入阻抗。
图6是连接到两个电池的差动电池测试器600的实例的示意图。差动电池测试器600可用于比较两个电池的状况(例如，输出阻抗、充电状态和/或健康状态)以检测两个电池的状况差异。检测两个电池的状况差异可提供电池中的一个有故障的指示。举例来说，在已知电池中的一个处于良好状况的情况下，状况差异超出阈值可指示另一电池有故障，而小的状况差异可指示另一电池处于良好状况。举例来说，在两个电池的状况未知但假设故障是罕见的情况下，状况差异超出阈值可指示电池中的一个有故障，而小的状况差异可指示两个电池均处于良好状况。差动电池测试器600可用于测试工厂中的新制造的电池对。
差动电池测试器600连接到第一电池610且连接到第二电池620。差动电池测试器600包含电压表630，所述电压表630将第一电池610和第二电池620的正极端子之间的电压差的电压测量值632输出到处理器640。差动电池测试器600包含第一开关650(例如，MOSFET)，所述第一开关650与连接于第一电池610的正极端子与负极端子之间的第一负载阻抗660(例如，电阻器)串联。差动电池测试器600包含第二开关652(例如，MOSFET)，所述第二开关652与连接于第二电池620的正极端子与负极端子之间的第二负载阻抗662(例如，电阻器)串联。第一开关650和第二开关652的栅极端子连接到控制线654，所述控制线654由处理器640驱动来同步控制将何时分别向第一电池610和第二电池620施加第一负载阻抗660和第二负载阻抗。差动电池测试器600包含导体670，所述导体670连接第一电池610和第二电池620的负极端子。
处理器640可被配置成在使用电压表630测量第一电池610的开路电压与第二电池620的开路电压之间的电压差时断开第一开关650和第二开关652。处理器640可被配置成在使用电压表630测量第一电池610的负载电压与第二电池620的负载电压之间的电压差时闭合第一开关650和第二开关652。在一些实施方案中，第一负载阻抗660和第二负载阻抗662具有大致相等的阻抗值以促进第一电池610和第二电池620的状况比较。
图7是用于使用差动电池测试器测试电池的过程700的实例的流程图。过程700包含：校准710参考电压源；向电池施加720第一负载阻抗；向参考电压源施加722第二负载阻抗；测量730电池的正极端子与参考电压源的正极端子之间的电压；和基于测量的电压确定740电池的状况。举例来说，可使用图1的差动电池测试器100实施过程700。
过程700包含校准710参考电压源(例如，图1的参考电压源140)。可基于开路差动电压(即，在不向电池施加负载阻抗且不向参考电压源施加负载阻抗时受测试电池与参考电压源之间的电压差)校准710参考电压源。举例来说，在差动电池测试器100中，可基于在通过第一负载阻抗150的电流为零且通过第二负载阻抗152的电流为零时测量的电池(例如，受测试电池110)的正极端子与参考电压源140的正极参考端子142之间的开路电压校准710参考电压源140。在校准710期间，参考电压源的电压可被调节(例如，使用通过图3的电压控制端口352输入的脉宽调制控制信号)以匹配受测试电池的开路电压。在一些实施方案中，参考电压源的电压被反复地调节，直到测量的差动电压处于或接近零为止，从而使得参考电压源的开路电压被配置成匹配受测试电池的开路电压。在此情况下，受测试电池的开路电压可被确定为等于被偏置任何测量的残余差动电压的参考电压源的配置电压。校准710参考电压源还可包含将参考电压源的输出阻抗设定为已知值(例如，预期接近处于良好状况的受测试电池的输出阻抗的阻抗值)。可通过实施图8的过程800校准710参考电压源。
过程700包含向电池施加720第一负载阻抗。举例来说，在差动电池测试器100中，可通过闭合第一开关160向受测试电池110施加720第一负载阻抗150，从而使来自受测试电池110的电流流动通过第一负载阻抗150。向电池施加720第一负载阻抗可包含闭合与电池的正极端子与电池的负极端子之间的第一负载阻抗串联连接的第一开关。
过程700包含向参考电压源施加722第二负载阻抗。向参考电压源施加722第二负载阻抗可包含闭合与参考电压源的正极端子与参考电压源的负极端子之间的第一负载阻抗串联连接的第二开关。在一些实施方案中，第一开关和第二开关由公共控制信号控制。举例来说，在差动电池测试器100中，通过闭合第二开关162向参考电压源140施加722第二负载阻抗152，从而使来自参考电压源140的电流流动通过第二负载阻抗152。第二负载阻抗可具有与第一负载阻抗相同的阻抗值。第一负载阻抗和第二负载阻抗可同步施加(例如，同时施加)。举例来说，可通过向用于开关的公共栅极节点(例如，图6的控制线654)发出控制信号来同步闭合用于施加720第一负载和施加722第二负载的开关。
过程700包含测量730电池的正极端子与参考电压源的正极端子之间的电压。电池的负极端子可经由导体连接到参考电压源的负极端子。举例来说，在差动电池测试器100中，电压表130用于测量730受测试电池110的正极端子112与参考电压源140的正极参考端子142之间的电压。可在分别向受测试电池110和参考电压源140施加第一负载阻抗和第二负载阻抗时测量所测量730的电压。
过程700包含基于测量的电压确定740电池的状况(例如，输出阻抗、电感和/或健康状态)。举例来说，可基于测量730的差动电压、受测试电池110的开路电压、参考电压源的校准710的开路电压、参考电压源的校准710的输出阻抗、第一负载阻抗的已知阻抗和第二负载阻抗的已知阻抗确定740受测试电池110的输出阻抗。在一些实施方案中，基于测量的电压确定740电池的状况可包含通过用通过第一阻抗的电流的估计值除测量的电压并加上参考电压源的输出阻抗来确定电池的输出阻抗。举例来说，假设第一负载阻抗和第二负载阻抗相等且远大于电池的输出阻抗和参考电压源的输出阻抗，且假设参考电压源的开路电压等于电池的开路电压(例如，由于校准)，那么通过电池的电流和通过参考电压源的电流两者近似为I＝V_bat/Z_1＝V_ref/Z_2，其中V_bat是电池的开路电压，Z_1是第一负载阻抗，V_ref是参考电压源的开路电压，且Z_2是第二负载阻抗。在此情况下，电池的输出阻抗可被确定740为R_bat＝(V_diff/I)+R_ref，其中V_diff是测量的电压且R_ref是参考电压源的校准710的输出阻抗。在一些实施方案中，可基于电池的输出阻抗确定740电池的健康状态。举例来说，图9A的过程900可被实施以确定740电池的状况。可通过图1的处理器170确定740电池的状况。
图8是用于校准参考电压源的过程800的实例的流程图。过程800包含：调节810参考电压源的输出阻抗；从电池和参考电压源移除820负载阻抗；测量830电池与参考电压源之间的开路电压差；和调节840参考电压源的输出电压以使开路电压差为零。可通过图1的差动电池测试器100实施过程800。
过程800包含调节810参考电压源的输出阻抗。举例来说，参考电压源的输出阻抗可被调节810成取受测试电池的输出阻抗的预期阻抗值。
过程800包含从电池和参考电压源移除820负载阻抗。举例来说，在差动电池测试器100中，通过断开第一开关160移除820第一负载阻抗150且通过断开第二开关162移除820第二负载阻抗152。
过程800包含测量830电池与参考电压源之间的开路电压差。举例来说，在差动电池测试器100中，开路电压差是在第一开关160和第二开关162断开时在第一输入节点132与第二输入节点134之间测量830的电压。
过程800包含调节840参考电压源的输出电压以使开路电压差为零。举例来说，校准参考电压源可包含调节840参考电压源的输出电压，直到开路电压差变为零为止。
图9A是用于基于测量的电压(例如，图1中第一输入节点132与第二输入节点134之间的电压)确定电池(例如，受测试电池110)的状况的过程900的实例的流程图。过程900包含确定910电池的输出阻抗和确定920电池的健康状态。可通过图1的差动电池测试器100实施过程900。
过程900包含基于测量的电压和参考电压源的输出阻抗确定910电池的输出阻抗。举例来说，电池的输出阻抗可被确定910为R_bat＝(Z_2*V_diff/V_ref)+R_ref，其中V_diff是测量的电压，V_ref是参考电压源的校准的开路电压，Z_2是向参考电压源施加的第二负载阻抗，且R_ref是参考电压源的校准的输出阻抗。
过程900包含基于电池的输出阻抗确定920电池的健康状态。举例来说，健康状态(SOH)可被确定920为SOH＝100*R_good/R_bat，其中R_good是事先知道的电池的预期或良好输出阻抗值。
图9B是用于检查电池的状况以测试所述电池的过程950的实例的流程图。过程950包含确定960第一受测试电池的输出阻抗与第二受测试电池的输出阻抗之间的差是否超出阈值，以及显示、传输或存储970所述差是否超出阈值的指示。可通过图6的差动电池测试器600实施过程900。替代地，可通过图1的差动电池测试器100实施过程900，其中参考电压源140被实施为图4的参考电压源400。
在一些实施方案中，电池是第一受测试电池且参考电压源包含第二受测试电池(例如，第二电池620或参考电池430)。连接器(例如，第三连接器440和第四连接器442)被配置成将参考电压源的正极端子连接到第二受测试电池的正极端子且将参考电压源的负极端子连接到第二受测试电池的负极端子。
过程950包含确定960第一受测试电池的输出阻抗与第二受测试电池的输出阻抗之间的差是否超出阈值。在一些实施方案中，第一受测试电池输出阻抗与第二受测试电池的输出阻抗之间的差可与当分别向两个电池施加两个相等负载阻抗时在两个电池之间测量的电压差成比例。举例来说，可将两个电池之间的测量的电压差与对应阈值相比较以确定960第一受测试电池的输出阻抗与第二受测试电池的输出阻抗之间的差是否超出阈值。
过程950包含显示、传输或存储970所述差是否超出阈值的指示。在一实例中，所述指示包含电池中的一个的“合格”或“不合格”消息。所述指示可显示970在图1的用户接口180中。所述指示可由图1的处理器170存储970在存储器中。所述指示可由处理器170(例如，经由网络通信信号)传输970到外部装置(例如，诊断测试台、平板计算机、服务器)以供显示或存储。
图10是用于基于差动电压测量值确定电池的状况的过程1000的实例的流程图。过程1000包含：控制1010开关向电池和参考电压源施加负载；接收1020电池与参考电压源之间的一个或多个差动电压测量值；和基于一个或多个差动电压测量值确定1030电池的状况。可通过图1的差动电池测试器100实施过程1000。
过程1000包含控制1010开关选择性地向电池施加第一负载阻抗且向参考电压源施加第二负载阻抗。举例来说，在差动电池测试器100中，控制1010第一开关160和第二开关162选择性地向电池(例如，受测试电池110)施加第一负载阻抗150且向参考电压源140施加第二负载阻抗152。可通过驱动公共栅极节点(例如，类似于控制线654)上的电压来同步控制1010所述开关。
过程1000包含接收1020电池与参考电压源之间的一个或多个差动电压测量值。举例来说，在差动电池测试器100中，在向电池和参考电压源施加负载时接收1020第一输入节点132与第二输入节点134之间的一个或多个电压测量值。可经由输入端口(例如，包含模/数转换器、串行端口或系统总线的端口)从电压表(例如，电压表130)接收1020一个或多个差动电压测量值。
过程1000包含基于一个或多个差动电压测量值确定1030电池的状况(例如，输出阻抗、输出导电性、充电状态和/或健康状态)。举例来说，在差动电池测试器100中，基于第一输入节点132与第二输入节点134之间的一个或多个电压测量值确定1030电池(例如，受测试电池110)的状况。可如相对于图7的操作740所描述确定1030电池的状况。图9A的过程900可被实施以确定1030电池的状况。可通过图1的处理器170确定740电池的状况。
图11是用于使用差动电池测试器测试电池的过程1100的实例的流程图。过程1100包含：接收1110在第一开关和第二开关断开时的一个或多个开路电压测量值；选择1120可调节电压源的输出电压电平以匹配电池的开路电压；接收1130在第一开关和第二开关闭合时的一个或多个负载电压测量值；和基于一个或多个负载电压测量值和可调节阻抗的阻抗值确定1140电池的输出阻抗的估计值。可使用图1的差动电池测试器100实施过程1100。
过程1100包含接收1110在第一开关和第二开关断开时的一个或多个开路电压测量值。举例来说，在差动电池测试器100中，接收1110在第一开关160和第二开关162断开时的一个或多个开路电压测量值。以此方式，在测量开路电压时不会分别向电池和参考电压源施加相应负载(例如，第一负载阻抗150和第二负载阻抗152)。
过程1100包含选择1120可调节电压源的输出电压电平以匹配电池的开路电压。举例来说，在使用图2的参考电压源200的差动电池测试器100中，选择1120可调节电压源的输出电压电平210以匹配电池(例如，受测试电池110)的开路电压。可使用通过图3的电压控制端口352输入的PWM控制信号选择1120输出电压电平。可通过反复地调节电压电平直到测量的差动电压处于或接近零为止来选择1120参考电压源的电压电平，从而使得参考电压源的开路电压被配置成匹配电池的开路电压。
过程1100包含接收1130在第一开关和第二开关闭合时的一个或多个负载电压测量值。举例来说，在差动电池测试器100中，接收1130在第一开关160和第二开关162闭合时的一个或多个负载电压测量值。以此方式，在测量负载电压时分别向电池和参考电压源施加相应负载(例如，第一负载阻抗150和第二负载阻抗152)。
过程1100包含基于一个或多个负载电压测量值和可调节阻抗的阻抗值确定1140电池的输出阻抗的估计值。在使用图2的参考电压源200的差动电池测试器100中，基于一个或多个负载电压测量值和可调节阻抗220的阻抗值确定1140电池(例如，受测试电池110)的输出阻抗的估计值。可基于一个或多个负载电压测量值、电池的开路电压、可调节电压源的选择1120的电压电平、可调节阻抗的阻抗值、第一负载阻抗的已知阻抗和第二负载阻抗的已知阻抗确定1140电池(例如，受测试电池110)的输出阻抗的估计值。在一些实施方案中，多个一个或多个负载电压测量值被组合(例如，求平均)以确定负载电压的估计值，可根据负载电压的估计值确定1140电池的输出阻抗的估计值。在一些实施方案中，确定1140电池的输出阻抗的估计值包含用通过第一阻抗的电流的估计值除负载电压并加上可调节阻抗的阻抗值。举例来说，假设第一负载阻抗和第二负载阻抗相等且远大于电池的输出阻抗和可调节阻抗的阻抗值，且假设可调节电压源的选择1120的电压电平等于电池的开路电压，那么通过电池的电流和通过参考电压源的电流两者近似为I＝V_bat/Z_1＝V_ref/Z_2，其中V_bat是电池的开路电压，Z_1是第一负载阻抗，V_ref是可调节电压源的选择1120的电压电平，且Z_2是第二负载阻抗。在此情况下，电池的输出阻抗的估计值被确定1140为R_bat＝(V_diff/I)+R_ref，其中V_diff是负载电压且R_ref是可调节阻抗的阻抗值。可通过图1的处理器170确定740电池的状况。
虽然已经结合某些实施例描述了本公开，但是应理解，本公开不限于所公开的实施例，而是相反地打算涵盖包含在所附权利要求书的范围内的各种修改和等效安排，所述范围应给予最广泛的解释以便涵盖如根据法律准许的所有此类修改和等效结构。

Claims (23)

1.一种用于电池测试的电路，其包括：
第一连接器，其被配置成电耦合到电池的正极端子；
第二连接器，其被配置成电耦合到所述电池的负极端子；
参考电压源，其具有正极参考端子和负极参考端子；
导体，其将所述第二连接器连接到所述负极参考端子；
电压表，其被配置成测量第一输入节点与第二输入节点之间的电压，其中所述第一输入节点连接到所述第一连接器且其中所述第二输入节点连接到所述正极参考端子；
第一开关，其与连接于所述第一连接器与所述第二连接器之间的第一负载阻抗串联；
第二开关，其与连接于所述正极参考端子与所述负极参考端子之间的第二负载阻抗串联；和
处理器，其连接到所述电压表且被配置成：
控制所述第一开关和所述第二开关选择性地向所述电池施加所述第一负载阻抗且向所述参考电压源施加所述第二负载阻抗，
接收所述第一输入节点与所述第二输入节点之间的一个或多个电压测量值，和
基于所述第一输入节点与所述第二输入节点之间的所述一个或多个电压测量值确定所述电池的状况。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述参考电压源包括：
第三连接器，其连接到所述正极参考端子且被配置成电耦合到参考电池的正极端子；和
第四连接器，其连接到所述负极参考端子且被配置成电耦合到参考电池的负极端子。
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述参考电压源包括被配置成模拟处于良好状况的电池的电路。
4.根据权利要求1所述的电路，其中所述参考电压源包括：
可调节电压源，其被配置成输出由所述处理器选择的电压电平；和
可调节阻抗，其被配置成基于来自所述处理器的控制信号进行选择。
5.根据权利要求4所述的电路，其中所述可调节电压源包括：
电阻器-电容器网络，其被配置成对来自所述处理器的脉宽调制电压控制信号进行滤波，以控制所述可调节电压源的输出电压。
6.根据权利要求4所述的电路，其中所述可调节阻抗包括电位计。
7.根据权利要求4所述的电路，其中所述处理器被配置成：
接收在所述第一开关和所述第二开关断开时的一个或多个开路电压测量值；
选择所述可调节电压源的输出电压电平以匹配所述电池的开路电压；
接收在所述第一开关和所述第二开关闭合时的一个或多个负载电压测量值；和
基于所述一个或多个负载电压测量值和所述可调节阻抗的阻抗值确定所述电池的输出阻抗的估计值。
8.根据权利要求1所述的电路，其中所述电压表包括运算放大器，所述运算放大器被配置成放大所述第一输入节点与所述第二输入节点之间的电压。
9.一种使用根据权利要求1所述的用于电池测试的电路测试电池的方法，其包括：
向电池施加第一负载阻抗；
向参考电压源施加第二负载阻抗；
测量所述电池的正极端子与所述参考电压源的正极端子之间的电压，其中所述电池的负极端子经由导体连接到所述参考电压源的负极端子；和
基于测量的电压确定所述电池的状况。
10.根据权利要求9所述的方法，其包括：
基于在通过所述第一负载阻抗的电流为零且通过所述第二负载阻抗的电流为零时测量的所述电池的所述正极端子与所述参考电压源的所述正极端子之间的开路电压校准所述参考电压源。
11.根据权利要求10所述的方法，其中校准所述参考电压源包括调节所述参考电压源的输出电压，直到所述开路电压变为零为止。
12.根据权利要求9所述的方法，其中基于所述测量的电压确定所述电池的所述状况包括：
基于所述测量的电压和所述参考电压源的输出阻抗确定所述电池的输出阻抗。
13.根据权利要求12所述的方法，其中基于所述测量的电压确定所述电池的所述状况包括：
基于所述电池的所述输出阻抗确定所述电池的健康状态。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一负载阻抗等于所述第二负载阻抗且其中基于所述测量的电压确定所述电池的所述状况包括：
通过用通过所述第一负载阻抗的电流的估计值除所述测量的电压并加上所述参考电压源的输出阻抗来确定所述电池的输出阻抗。
15.根据权利要求9所述的方法，其中向所述电池施加所述第一负载阻抗包括：
闭合与所述电池的所述正极端子与所述电池的所述负极端子之间的所述第一负载阻抗串联连接的第一开关。
16.根据权利要求15所述的方法，其中向所述参考电压源施加所述第二负载阻抗包括：
闭合与所述参考电压源的所述正极端子与所述参考电压源的所述负极端子之间的所述第一负载阻抗串联连接的第二开关；和
其中所述第一开关和所述第二开关由公共控制信号控制。
17.根据权利要求9所述的方法，其包括：
调节所述参考电压源的输出阻抗。
18.根据权利要求9所述的方法，其中所述电池是第一受测试电池且其中所述参考电压源包含第二受测试电池和连接器，所述连接器被配置成将所述参考电压源的所述正极端子连接到所述第二受测试电池的正极端子且将所述参考电压源的所述负极端子连接到所述第二受测试电池的负极端子，且所述方法进一步包括：
确定所述第一受测试电池的输出阻抗与所述第二受测试电池的输出阻抗之间的差是否超出阈值；和
显示、传输或存储所述差是否超出所述阈值的指示。
19.一种用于电池测试的设备，其包括：
第一连接器，其被配置成电耦合到电池的正极端子；
第二连接器，其被配置成电耦合到所述电池的负极端子；
参考电压源，其具有正极参考端子和负极参考端子；
电压表，其被配置成测量第一输入节点与第二输入节点之间的电压，其中所述第一输入节点连接到所述第一连接器且其中所述第二输入节点连接到所述正极参考端子；
第一开关，其与连接于所述第一连接器与所述第二连接器之间的第一负载阻抗串联；
第二开关，其与连接于所述正极参考端子与所述负极参考端子之间的第二负载阻抗串联；和
处理器，其连接到所述电压表且被配置成：
选择性地向所述电池施加第一负载阻抗且向所述参考电压源施加第二负载阻抗，接收所述第一输入节点与所述第二输入节点之间的一个或多个电压测量值，和
基于所述第一输入节点与所述第二输入节点之间的所述一个或多个电压测量值确定所述电池的状况。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述参考电压源包括：
可调节电压源，其被配置成输出由所述处理器选择的电压电平；和
可调节阻抗，其被配置成基于来自所述处理器的控制信号进行选择。
21.根据权利要求20所述的设备，其中所述可调节电压源包括：
电阻器-电容器网络，其被配置成对来自所述处理器的脉宽调制电压控制信号进行滤波，以控制所述可调节电压源的输出电压。
22.根据权利要求20所述的设备，其中所述可调节阻抗包括电位计。
23.根据权利要求19所述的设备，其中所述电压表包括运算放大器，所述运算放大器被配置成放大所述第一输入节点与所述第二输入节点之间的电压。
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