CN110646494B - 用于运行电化学电池的电路装置和相应的方法 - Google Patents

Abstract

下面描述一种用于运行电化学电池的电路装置和相应的方法。根据一个实施例，电路装置具有：用于连接到电化学电池的第一电极处的第一输出节点；用于连接到电化学电池的第二电极处的第二输出节点；和用于连接到电化学电池的第三电极处的第三输出节点。电路装置还具有接口电路，所述接口电路构成为用于：在第一输出节点处输出第一电压，并且所述接口电路还构成为用于：在第三输出节点处输出第三电压，所述第三电压设定为，使得在第二输出节点处的第二电压对应于参考电压。控制单元构成为用于：将第一电压设定为，使得在第一和第二输出节点之间施加预定的电池电压。控制电路还构成为用于：根据电化学电池的电状态来调整参考电压。

Description

用于运行电化学电池的电路装置和相应的方法

技术领域

本发明涉及电化学传感器的领域，尤其涉及用于应用在伏安分析法中的传感器装置。

背景技术

监控不同的健康和健身参数的趋势推动用于消费品市场的生化传感器的发展。对于该市场重要的是，借助于低成本的电子部件来执行必要的测量过程，所述电子部件例如能够借助于标准CMOS工艺制造。这种电子部件典型地以例如3V或更低的供给电压范围(rail to rail，轨到轨)工作。

所提及的测量方法还包括电流分析法和伏安法，例如循环伏安法，所述伏安法例如借助于稳压器执行。例如，能够借助这种测量方法来确定溶液中的特定的金属离子的浓度。应用实例是测量患者的血液中的钾浓度。可商购的稳压器或类似的设备通常对于消费品市场而言过于昂贵并且使用相对耗费的电子部件，所述电子部件与上述的3V的值相比使用相对大的电压范围(例如6V)，该电压范围借助现代的标准CMOS部件不能容易地提供，然而由于待分析的材料的电化学特性能够是必要的。

发明内容

下面描述用于运行电化学电池的电路装置。根据一个实施例，所述电路装置具有：用于连接到电化学电池的第一电极处的第一输出节点；用于连接到电化学电池的第二电极处的第二输出节点；和用于连接到电化学电池的第三电极处的第三输出节点。所述电路装置还具有接口电路，所述接口电路构成为用于：在第一输出节点处输出第一电压，并且所述接口电路还构成为用于：在第三输出节点处输出第三电压，所述第三电压设定为，使得在第二输出节点处的第二电压对应于参考电压。控制单元构成为用于：将第一电压设定为，使得在第一和第二输出节点之间施加预定的电池电压。控制电路还构成为用于：根据电化学电池的电状态来调整参考电压。

此外描述一种用于操控电化学电池的方法。根据一个实施例，所述方法包括：将第一电压施加到电化学电池的第一电极上，并且将第三电压施加到电化学电池的第三电极上，其中第三电压设定为，使得在电化学电池的第二电极处的第二电压对应于参考电压。所述方法还包括：设定第一电压，使得在第一和第二电极之间施加预定的电池电压，并且根据电化学电池的电状态来调整参考电压。

附图说明

下面，根据附图详细阐述实施例。所述视图不强制符合比例并且所述实施例不仅仅局限于所示出的方面。更确切地说，强调的是示出实施例所基于的原理。在附图中示出：

图1示出用于运行电化学电池的接口电路的一个实例的电路图，所述电化学电池适合用于伏安分析技术。

图2示出用于执行伏安法和相关的分析方法的系统的方框图。

图3以图表示出在循环伏安法中在电池的电极处的信号变化曲线。

图4示意性地图解说明用于借助于到移动设备、例如移动电话或平板电脑的NFC接口(NFC＝近场通信)来执行伏安测量的测量系统。

图5图解说明用于执行伏安法和相关的分析方法的系统的第一实施例，其中能够适配地设定参考电压。

图6示出图5中的实例的一个数字实现方案。

图7以图表示出在根据图5的实例中在循环伏安法中在电池的电极处的信号变化曲线。

图8图解说明在根据图5的示例中用于产生电化学电池的参考电压的电路的一个示例性的实现方案。

图9图解说明另一示例性的实现方案，所述实现方案能够替选于图8中的电路使用。

图10图解说明图1中的接口电路的修改。

图11借助流程图图解说明在此描述的方法的一个实例。

具体实施方式

循环伏安法(cyclic voltammetry，CV)是在电化学领域中常用的用于样品(sample)的定性和定量分析的测量和分析技术，借助所述测量和分析技术能够根据与电压相关的电流变化曲线来确定物质混合物的化学成分。伏安法是电解的形式，其中确定电极电流与施加到电化学电池上的电压的相关性。对样品的进一步检查包含评估所测量的电流-电压曲线，例如以便确定包含在样品中的分析物(例如，特定的金属离子)的浓度。

图1是用于运行电化学电池的电路的一个实例的电路图，所述电化学电池适合用于伏安分析技术。图1示出电化学系统，所述电化学系统在下文中称为电化学电池10。电池10在所示出的实例中包括三个位于电解质(待分析的样品)中的电极。所述电极通常称为工作电极WE(working electrode)、参考电极RE(reference electrode)和对电极CE(counterelectrode)，其中对电极有时也称为辅助电极(auxiliary electrode)。在电学方面，在工作电极WE和参考电极RE之间的电流路径能够视为阻抗Z₁，并且在参考电极RE和对电极CE之间的电流路径能够视为阻抗Z₂，其中所述阻抗Z₁和Z₂此外与所施加的电池电压V_CELL、处于电池10中的电解质的化学特性和在电池中进行的化学反应相关。在图1中示出的实例中，电池10是通过阻抗Z₁和Z₂表示的电负载。根据电解质，电池10也能够是作为电压源(具有内阻)工作的伽凡尼电池。

在伏安法中，通常根据(通常与时间相关的)理论值主动地设定在工作电极WE和参考电极RE之间的电池电压V_CELL。为了能够足够好地控制电池电压V_CELL，在实践中通常需要：参考电极RE保持无电流并且没有明显的电流流过参考电极RE，以便防止在参考电极RE处的氧化还原反应。为了闭合电回路，需要对电极CE。那么，穿过电池10的电流仅流过工作电极WE和对电极CE。用于具体测量的电池电压能够由用户规定。如下电压称为顺从电压V_C，所述电压必须施加在对电极CE和工作电极WE之间，以便在工作电极WE和(无电流的)参考电极RE之间实现期望的电池电压V_CELL。尤其当电解质的电阻(阻抗Z₁、Z₂)是高的时，所需的顺从电压V_C能够显著高于电池电压V_CELL。如所提及的，电池电压V_CELL能够随时间变化。在循环伏安法中，电池电压V_CELL具有周期性的交流电压分量，而在电流分析法中，电池电压是恒定的。

在图1中示出的接口电路20图解说明下述实例：如何能够设定电池电压V_CELL。电路20能够视为在电池10和上级的评估单元(在图1中未示出)之间的接口。在工作电极WE、参考电极RE和对电极CE处的电极电压在下面称为V_WE、V_RE和V_CE，其中V_CELL＝V_WE-V_RE且V_C＝V_CE-V_WE。在本实例中，在工作电极WE处的电压V_WE借助于第一放大器电路从第一输入电压V₁中提供。在本实例中，放大器电路包含运算放大器OA₁，所述运算放大器作为缓冲放大器接入，即第一放大器电路具有为一的增益(V_WE＝V₁)。输入电压施加在运算放大器OA₁的同相输入端处，而运算放大器OA₁的输出端经由测量电阻器R_S与运算放大器OA₁的反相输入端和工作电极WE连接。测量电阻器R_S仅是测量运算放大器OA₁的输出电流(所述输出电流等于穿过电池10的电流i_CELL)的多种可能性之一。在所示出的实例中，运算放大器OA₁产生V₁-V_S＝V_WE-R_S·i_CELL的输出电压。降在测量电阻器上的电压V_S＝R_S·i_CELL(进而电流i_CELL)例如能够借助于差动放大器(未示出)来确定，所述差动放大器的输出电压与电池电流i_CELL成比例。在所示出的实例中，运算放大器OA₁的输出电压在输出节点WR处提供。在输出节点WR处的电压V_WR等于V_WE-R_S·i_CELL进而表示电池电流i_CELL。

借助于第二放大器电路设定在参考电极处的电压V_RE，第二放大器电路的输出端与对电极CE连接并且所述第二放大器电路设定在对电极CE处的电压V_CE，使得预设的电压V₂施加在参考电极RE上(V_WE＝V₂)。根据所示出的实例，第二放大器电路包括运算放大器OA₂。电压V₂作为输入电压输送给运算放大器OA₂的同相输入端。运算放大器OA₂的输出端经由电池10(更准确地说，经由阻抗Z₂)与运算放大器OA₂的反相输入端连接。通过运算放大器OA₂的反馈，所述运算放大器作为输出电压在对电极CE处产生电压V_CE，使得以足够的精度适用V_RE≈V₂。

在图1中可见，能够直接设定在参考电极处的电压V_RE(电极电压V_RE等于输入电压V₂)。在已知的测量系统中，将V_RE通常设定为恒定值。此外，也能够直接设定电池电压V_CELL(电池电压V_CELL等于输入电压V₁和V₂的差值V₁-V₂)。如果例如输入电压V₂是零伏(接地电势)，那么电极电压V_RE恒定为零伏，并且电池电压V_CELL等于输入电压V₁(V_RE＝V₂＝0V，V_CELL＝V₁)。在这种情况下，通常需要运算放大器OA₁、OA₂的双极供电。在运算放大器OA₁、OA₂的单极供电(供电电压V_DD)的一些应用中，参考电极CE例如能够置于一半的供电电压(即V₂＝V_DD/2)。在这种情况下，对于顺从电压V_C保持最大值V_DD/2+|V_CELL|，当供电电压V_DD位于对于现代的CMOS技术常见的范围(例如2-3V)内时，这对于一些应用而言可能是过低的。在这种情况下“过低”意味着：最大可能的顺从电压V_C不足以将电池电压V_CELL设定为期望值。

要理解的是，在图1中示出的接口电路20仅是一种可能的实现方案，并且本领域技术人员能够也以其它方式实现相同的功能。例如，在参考电极RE处的电极电压V_RE可以借助于模数转换器来测量，并且在工作电极WE和对电极CE处的电压V_WE和V_CE借助于数模转换器产生，其中在该实例中电压的设定能够以数字的方式进行，例如，借助于可编程的微控制器进行，所述可编程的微控制器将数模转换器的数字输入信号设定为，使得由模数转换器显示的电极电压V_RE的测量值具有期望值。

图2示出用于执行伏安法和相关的分析方法的系统的方框图，所述系统具有电化学电池10、接口电路20(例如参见图1)和控制单元30，所述控制单元构成为用于：控制测量过程并且评估所产生的信号。接口电路的具体的实现方案(例如，根据图1以模拟的方式或部分数字的实现方案)对此不再重要。在本实例中，电化学电池10与在图1中的实例中相同地构造。通常，接口电路20配置为，使得参考电极RE的电压V_RE处于一半的供电电压V_DD处(V_RE＝V₂＝V_DD/2)。在双极的、对称的供电电压的情况下，电压V_RE能够设定为0伏。

在示出的实例中，控制单元30构成为用于：根据期望的信号变化曲线(signalwaveform，信号波形)改变电压V₁。接口电路20从中产生工作电极WE的电压V_WE和对电极CE的电压V_CE，其中电压V_CE设定为，使得工作电极WE的电压V_WE跟随(可变的)输入电压V₁，而在无电流的参考电极处的电压V_RE保持恒定。控制单元30从接口电路20接收测量值V_S，所述测量值表示电极电流i_CELL。在该处要指出的是，参考电极RE的电压V_RE也能够根据期望的信号变化曲线变化，而工作电极WE处于恒定的电压V_WE(例如，V_WE＝V_DD/2)。

图3以图表示出在循环伏安法中在电池10的电极处的示例性的信号变化曲线。根据图3，工作电极WE的电压V_WE根据三角信号周期性地变化，而参考电极RE处于恒定的电压V_RE。对电极CE的所产生的电压V_CE和电极电流i_CELL(在图3中未示出)能够视为测量信号，随后能够借助本身已知的方法来评估所述测量信号，以便确定在电池10中的电解质的所探求的特性。

在图3中示出的实例中，接口电路20借助双极的供电电压(例如，+/-3V)运行。周期性变化的电池电压V_CELL(V_CELL＝V_WE-V_RE)的最大值是0.5伏。在此，对电极的对此所需(以将参考电压恒定地保持在大约0V上)的电压V_CE达到约为-1.3伏的最小值。在这种情况下，因此覆盖了在最小值和最大值之间的为1.8V的电压范围。如果在单极的供电电压为V_DD＝2伏的情况下将参考电压设定为V_DD/2＝1V，那么根据图3的图表会向上移动一伏，并且所需的电压范围会位于约-0.3伏和1.5伏之间，这在单极供电的情况下是不可行的，因为不能够产生负的输出电压。在此描述的实例提供了一种更好地利用接口电路的可用的电压范围的可能性，这能够实现应用有利的CMOS技术。

在更详细地阐述不同的实例之前，借助图4描述整个系统的一个实例，其中能够使用在此描述的构思和实施例。根据图4，接口电路20和在电化学电池10处的伏安法所需的所有其它电路集成在集成电路(IC)1中。集成电路1安装在电路板4上，在所述电路板上(例如借助于带状导线)设置有用于近场通信(NFC)的天线。IC1与所述天线连接并且也包含NFC通信接口。在电路板4上也能够设有插接连接器3，所述插接连接器构成为用于：连接测试条5，电化学电池10位于所述测试条上。电极WE、RE和CE经由插接连接器3与IC1连接。在示出的实例中，要设定的电压(参见图1和图2，输入电压V₁和V₂)能够由NFC设备6(例如移动电话、平板电脑等)经由IC1的NFC通信接口设定。此外，测量值(例如，对电极V_CE的电压和电池电流i_CELL)能够借助于NFC传输给设备6并且通过所述设备评估。在这种情况下，通过软件应用程序确定NFC设备6的功能。在该处要提及的是，当电池10、IC1和天线2一起设置在承载件(例如，电路板4)上时，能够省去插接连接器3和单独的测试条。因此，测试条5和插接连接器3是可选的。

下面描述图2中的实例的修改方案，所述修改方案能够实现灵活地调整伏安测量所需的电压范围。在图5中示出的实例中，电化学电池10和接口电路20与在根据图2的实例中基本上相同。然而，能够灵活地设定电压V₂的“方位”进而测量所需的电压范围。根据图5，控制单元30包括检测器电路31，所述检测器电路构成为用于：确定电压V_WE、V_RE和V_CE的最小值V_MIN和最大值V_MAX。在检测最小值和最大值时也能够考虑电压V_WR＝V_WE-V_S＝V_WE-i_CELLR_S(参见图1)。是否需要考虑表示电池电流的电压V_WR取决于测量电池电流i_CELL的具体实现方案。控制单元30还能够具有(例如以模拟的方式实现的)调节器32(regulator)，所述调节器构成为用于：基于检测到的最小值V_MIN和检测到的最大值V_MAX确定电压V₂的理论值(进而确定参考电压V_RE的理论值)。在所示出的实例中，电压V₂设定为，使得最小值V_MIN和最大值V_MAX关于供电电压范围的中心对称。在具有供电电压V_DD的单极供电的情况下，所述中心恰好为V_DD/2。在对称的双极供电的情况下，所述中心为0V。

控制单元30还能够具有信号生成器33，所述信号生成器构成为用于：提供电压V₁。所述电压——根据测量——例如是周期性的三角电压V_AC加上可对应于电压V₂的偏移。在这种情况下，电池电压V_CELL＝V₁-V₂刚好对应于所提及的周期性的三角电压V_AC(V_CELL＝V_AC)，所述三角电压具有为0V的平均值。然而，电池电压V_CELL不一定必须是平均值为零的。

借助调整电压V₂能够(近似地)实现：在测量中所需的电压范围始终近似关于一半的供电电压V_DD/2对称。如果例如V_MIN＝0.3V_DD且V_MAX＝0.7V_DD，那么0.5·(V_MAX+V_MIN)等于V_DD/2，并且电压V₂(进而还有电极电压V_RE)处于起振状态。如果测量所需的电压范围——出于某种原因也始终——较高，例如V_MIN＝0.4V_DD且V_MAX＝0.8V_DD，那么0.5·(V_MAX+V_MIN)等于0.6V_DD，并且电压V₂减小，这引起：在V_MIN和V_MAX之间的电压范围向下移动，直至所述电压范围关于一半的供电电压对称。参考电压V₂的这种适配的设定(所述参考电压对应于电极电压V_RE)能够实现有效地利用可用的供电电压。

控制单元的功能也能够至少部分地以数字的方式实现。对此的一个实例在图6中示出。在该实例中，控制单元30包括一个或多个模数转换器(ADC)36，所述模数转换器构成为用于：将电极电压V_WE、V_RE、V_CE和(可选地)还有电压V_WR(参见图1)数字化。数字化的值能够借助于处理器34进一步处理。处理器34为此执行能够存储在存储器35中的软件指令。处理器34能够是编程的，使得连续地计算电压V₁和V₂的数字理论值。这些数字值例如能够借助于在图6中示出的数模转换器(DAC)转换为电压V₁和V₂，所述电压又作为输入电压输送给接口电路20。处理器34能够根据调节算法来计算电压V₂(即所属的数字值)，所述调节算法具有与图5中的实例的调节器32基本上相同的功能。然而，其它算法也能够用于电压V₂的匹配。

电压V₂的调整不一定在电池电压V_CELL的每个周期进行一次。电压V₂也能够在电池电压V_CELL的一个周期期间已经调整，进而具有比电池电压V_CELL的周期持续时间明显更短的时间常数。结果，电压V₂进而还有参考电压V_RE也不是分部段地恒定的，而是在电池电压V_CELL的一个周期内也基本上连续地变化。对此的实例在图7中示出。参考电压V_RE的连续的调整(在单极供电的情况下也)能够实现关于零伏对称的电池电压V_CELL(周期性的三角电压)，而其它电压V_RE、V_WE、V_CE和V_WR位于约0.4V(V_MIN)和2.6V(V_MAX)之间，因此3V的单极供电电压V_DD足以运行接口电路20。因此，电压值V_MIN和V_MAX关于供电电压范围的中心对称，即在具有相对于接地(0V)的正的供电电压V_DD的单极供电的情况下关于V_DD/2对称。在该处还要提及的是，电池电压V_CELL不一定必须关于0V对称地伸展，而是也能够具有(可设定的)偏移。

图8图解说明调节器32的模拟的实现方案的一个实例(参见图5)。向运算放大器OA₃的同相输入端输送一半的供电电压V_DD/2。运算放大器OA₃的反相输入端经由电阻器R₁与运算放大器OA₃的输出端连接并且分别经由电阻器R₂与两个输入节点连接，在所述输入节点处施加所检测到的最小值和最大值V_MIN和V_MAX(所述最小值和最大值例如由检测器电路31提供，参见图5)。如果电阻器R₂的电阻值是电阻器R₁的电阻值的两倍大(R₂＝2R₁)，那么运算放大器OA₃的输出电压V₃等于：

V₃＝V_DD-(V_MAX+V_MIN)/2 (1)

运算放大器OA₃的输出电压V₃以及一半的供电电压V_DD/2输送给另一运算放大器OA₄，该另一运算放大器在其输出端处产生电压V₂。运算放大器OA₄设定其输出电压，使得满足方程(在起振状态下)：

V₃＝V_DD-(V_MAX+V_MIN)/2＝V_DD/2 (2)

因此，最小值V_MIN和最大值V_MAX关于值V_DD/2对称。运算放大器OA₄经由接口电路20、电池10和检测器电路31反馈，这在实践中能够引起稳定性问题。根据实现方案，在运算放大器OA₄的输出端和接口电路之间还能够接入低通滤波器，以便避免高频振荡或不稳定。

要理解的是，所示出的变型方案仅是本领域技术人员能够容易地实现的多种可能的实现方案之一。替选的电路例如能够借助于接入的电容器实现。

图9图解说明调节器32的另一模拟的实现方案实例(参见图5)。图9中的电路的左侧部分(即，具有电阻器R₁和R₂的运算放大器OA₃)与图8中的前一实例中的相同；因此，运算放大器的输出电压V₃为V_DD-(V_MAX+V_MIN)/2。比较器K₁将电压V₃与一半的供电电压V_DD/2进行比较，并且当满足条件V₃<V_DD/2时，在其输出端处提供高电平，这等同于：

(V_MAX+V_MIN)/2>V_DD/2 (3)

否则，比较器K₁在其输出端处产生低电平。在实践中，比较器能够具有小的滞后。比较器K₁的输出端与晶体管T₁和T₂的栅极连接，其中晶体管T₁作为对比较器K₁的高电平的响应而接通，并且晶体管T₂作为对比较器K₁的低电平的响应而接通。相反，晶体管T₁在比较器K₁的输出端处的低电平的情况下关断，而晶体管T₂在比较器K₁的输出端处的高电平的情况下关断。

晶体管T₁和T₂与电容器C、电流吸收器Q₁和电流源Q₂连接，使得——在晶体管T₁接通时(即，如果(V_MAX+V_MIN)/2>V_DD/2)——电容器C与电流吸收器Q₂连接，并且由所述电流吸收器放电。同样地——在晶体管T₂接通时(即，如果(V_MAX+V_MIN)/2<V_DD/2)——电容器C与电流源Q₁连接，并且由所述电流源充电(充电/放电电流i_C)。运算放大器OA₅与电容器C连接并且用作为电容器电压的缓冲放大器。在本实例中，缓冲放大器的增益是1(这不一定必须是这种情况)。

如在图9中可见的，所示出的电路类似于双位调节器工作，或者当比较器K₁具有滞后时，类似于三位调节器工作，其中调节的速度与电容器C的电容和电流源Q₁和Q₂的电流i_C的值有关。

图10图解说明图1中的接口电路的修改方案，其中仅示出接口电路20的上部部分。在本实例中，用于电流测量的分流电阻器是可设定的。可设定的分流电阻器能够以不同的方式实现。例如能够借助于电子开关在不同的分流电阻器之间进行切换。如已经在上文中提及的，表示电池电流i_CELL(i_CELL＝(V_WE-V_WR)/R_S)的电压V_WR同样由检测器电路31(参见图5)考虑。在这种情况下，确定电压V_WR、V_WE、V_CE和V_RE的最大值(并且还有最小值)，即，V_MAX＝max{V_WR,V_WE,V_CE,V_RE}和V_MIN＝min{V_WR,V_WE,V_CE,V_RE}。

对分流电阻器R_S使用较高的电阻值通常能够实现更好的信噪比，进而在确定电池电流i_CELL时实现更高的精度。在从较小的分流电阻器切换到较高的分流电阻器时能够发生，电压V_WR在理论上变得大于供电电压V_DD，这引起：运算放大器OA₁不再能产生期望的电极电压V_WE(进而还有期望的电池电压V_CELL)，至少直至调节器32(参见图5)将参考电压向下调整。为了防止电池电压V_CELL的骤降，能够在切换之前对最小值/最大值检测器31“模仿”较高的电压V_WR。也就是说，在分流电阻器R_S增加特定的量ΔR_S之前，代替电压V_WR，检测器31“看到”更高的电压V_WR'(例如，V_WR'＝V_DD或V_WR'＝V_DD+ΔR_S·i_CELL)。这允许对调节器32做出响应并且设定适合于较高的分流电阻器的新的工作点(参考电压V₂)。

借助在图11中的流程图，总结例如借助于图5或6中的系统执行的方法的一个实例。以下内容不是对所执行的方法步骤的完整的阐述，而仅是示例性的阐述，所述方法步骤不一定必须以在此描述的顺序执行。根据图11，将第一电压(电极电压V_WE)施加到电化学电池10的第一电极(工作电极WE，例如参见图5)上(图11，步骤S1)。将第三电压(电极电压V_CE)施加到第三电极(对电极CE，例如参见图5)上(图11，步骤S2)。在此，将电极电压V_CE(例如借助于反馈的放大器，例如参见图1，运算放大器OA₂)设定为，使得在电化学电池的第二电极(参考电极R_E，例如参见图5)处的第二电压(电极电压V_RE)对应于参考电压V₂(图11，步骤S3)。该方法还包括设定/改变电极电压V_WE，使得在工作电极和参考电极之间，电极施加期望的(例如，随时间变化的)电池电压V_CELL(图11，步骤S4)。根据电化学电池的电状态来调整参考电压V₂(图11，步骤S5)。

电化学电池的电状态尤其通过电极电压V_WE、V_RE和V_CE表示。在一个实施例中，也能够附加地考虑电池电流i_CELL(例如，表示电池电流的电压值)。参考电极基本上是无电流的，并且电池电流从工作电极流动至对电极。

在一些实施例中，根据电化学电池的电状态来调整参考电压V₂包括：确定电极电压V_WE、V_RE和V_CE的最大值V_MAX和最小值V_MIN，即，V_MAX＝max{V_WE,V_RE,V_CE}和V_MIN＝min{V_WE,V_RE,V_CE}。换言之，最大值V_MAX是电极电压V_WE、V_RE和V_CE的上峰值的最大值，而最小值V_MIN是电极电压V_WE、V_RE和V_CE的下峰值的最小值。然后根据所确定的最大值和所确定的最小值改变(调节)参考电压V₂。在一个实施例中，在确定最大值V_MAX和最小值V_MIN时，也考虑表示电池电流i_CELL的电压值(例如参见图1，电压V_WR)。

表示电池电流i_CELL的所提及的电压值能够与用于电流测量的分流电阻器的电阻值相关。所述分流电阻器能够是可变的。为了确定最大值V_MAX和最小值V_MIN，在分流电阻器R_S的电阻值改变(例如，切换)之前，将表示电池电流i_CELL的电压值暂时增加或减小(也参见图10和所属的描述)。

Claims (11)

1.一种用于运行电化学电池的电路装置(1)，所述电路装置具有：

用于连接到电化学电池(10)的第一电极处的第一输出节点；用于连接到所述电化学电池(10)的第二电极处的第二输出节点；和用于连接到所述电化学电池(10)的第三电极处的第三输出节点；

接口电路(20)，所述接口电路构成为用于，在所述第一输出节点处输出第一电压(V_WE)，并且所述接口电路还构成为用于，在所述第三输出节点处输出第三电压(V_CE)，所述第三电压设定为，使得在所述第二输出节点处的第二电压(V_RE)对应于参考电压(V₂)；

控制单元(30)，所述控制单元构成为用于，将所述第一电压(V_WE)设定为，使得在所述第一输出节点和所述第二输出节点之间施加预定的电池电压(V_CELL)，并且所述控制单元还构成为用于，根据所述电化学电池(10)的电状态来调整所述参考电压(V₂)，

其中所述电化学电池(10)的电状态通过所述第一电压(V_WE)、所述第二电压(V_RE)和所述第三电压(V_CE)表示，或

其中所述电化学电池(10)的电状态通过所述第一电压(V_WE)、所述第二电压(V_RE)和所述第三电压(V_CE)以及电池电流(i_CELL)表示。

2.根据权利要求1所述的用于运行电化学电池的电路装置，

其中基本上没有电流流过所述第二输出节点。

3.根据权利要求1或2所述的用于运行电化学电池的电路装置，

其中所述控制单元(30)具有：检测器电路(31)，所述检测器电路构成为用于，确定存在于所述输出节点处的电压的最小值(V_MIN)和最大值(V_MAX)；和

调节器(32)，所述调节器构成为用于，根据所检测到的最小值(V_MIN)和所检测到的最大值(V_MAX)来调整所述参考电压(V₂)。

4.根据权利要求1或2所述的用于运行电化学电池的电路装置，

其中所述控制单元(30)具有：模数转换器电路(36)，所述模数转换器电路构成为用于，将在所述输出节点处的电压数字化；以及处理器(34)，所述处理器构成为用于，基于数字化的所述电压来计算所述参考电压(V₂)的数字理论值。

5.一种用于运行电化学电池的电路装置(1)，所述电路装置具有：

用于连接到电化学电池(10)的第一电极处的第一输出节点；用于连接到所述电化学电池(10)的第二电极处的第二输出节点；和用于连接到所述电化学电池(10)的第三电极处的第三输出节点；

接口电路(20)，所述接口电路构成为用于，在所述第一输出节点处输出第一电压(V_WE)，并且所述接口电路还构成为用于，在所述第三输出节点处输出第三电压(V_CE)，所述第三电压设定为，使得在所述第二输出节点处的第二电压(V_RE)对应于参考电压(V₂)；

控制单元(30)，所述控制单元构成为用于，将所述第一电压(V_WE)设定为，使得在所述第一输出节点和所述第二输出节点之间施加预定的电池电压(V_CELL)，并且所述控制单元还构成为用于，根据所述电化学电池(10)的电状态来调整所述参考电压(V₂)，

其中所述电化学电池(10)的电状态至少通过所述第一电压(V_WE)、所述第二电压(V_RE)、所述第三电压(V_CE)和第四电压(V_WR)表示，所述第四电压表示电池电流(i_CELL)，并且其中

其中所述控制单元(30)具有检测器电路(31)，所述检测器电路构成为用于，确定所述第一电压、第二电压、第三电压和第四电压(V_WE，V_RE，V_CE，V_WR)中的最小值(V_MIN)以及所述第一电压、第二电压、第三电压和第四电压(V_WE，V_RE，V_CE，V_WR)中的最大值(V_MAX)。

6.一种用于运行电化学电池的方法，所述方法具有下述步骤：

将第一电压(V_WE)施加到电化学电池(10)的第一电极(WE)上；

将第三电压(V_CE)施加到所述电化学电池(10)的第三电极(CE)上，其中将所述第三电压(V_CE)设定为，使得在所述电化学电池(10)的第二电极处的第二电压(V_RE)对应于参考电压(V₂)；

设定所述第一电压(V_WE)，使得在所述第一电极和所述第二电极之间施加预定的电池电压(V_CELL)；并且

根据所述电化学电池(10)的电状态来调整所述参考电压(V₂)，

其中所述电化学电池(10)的电状态通过所述第一电压(V_WE)、所述第二电压(V_RE)和所述第三电压(V_CE)表示，或

其中所述电化学电池(10)的电状态通过所述第一电压(V_WE)、所述第二电压(V_RE)和所述第三电压(V_CE)以及电池电流(i_CELL)表示。

7.根据权利要求6所述的用于运行电化学电池的方法，

其中所述第二电极(RE)基本上是无电流的，并且电池电流(i_CELL)在所述第一电极(WE)和所述第三电极(CE)之间流动。

8.根据权利要求6或7所述的用于运行电化学电池的方法，

其中根据所述电化学电池(10)的电状态来调整所述参考电压(V₂)包括：

确定所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压(V_WE，V_RE，V_CE)中的最大值(V_MAX)和最小值(V_MIN)；

根据所述最大值(V_MAX)和所述最小值(V_MIN)改变所述参考电压(V₂)。

9.根据权利要求7所述的用于运行电化学电池的方法，所述方法还具有：

提供第四电压(V_WR)，所述第四电压表示所述电池电流(i_CELL)；

其中根据所述电化学电池(10)的电状态来调整所述参考电压(V₂)包括：

确定所述第一电压、第二电压、第三电压和第四电压(V_WE，V_RE，V_CE，V_WR)中的最大值(V_MAX)和最小值(V_MIN)；

根据所述最大值(V_MAX)和所述最小值(V_MIN)改变所述参考电压。

10.根据权利要求9所述的用于运行电化学电池的方法，

其中所述第四电压(V_WR)与分流电阻器(R_S)的电阻值相关，所述电池电流(i_CELL)流过所述分流电阻器，和

其中为了确定所述最大值(V_MAX)和所述最小值(V_MIN)，在改变所述分流电阻器(R_S)的电阻值之前，将所述第四电压(V_WR)暂时增大或减小。

11.根据权利要求6或7所述的用于运行电化学电池的方法，

其中将所述第一电压(V_WE)设定为，使得所述电池电压(V_CELL)遵循预定的信号变化曲线。

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