CN114175349A - 循环库仑法的系统设备和方法 - Google Patents

Abstract

讨论了使用循环库仑法诊断电化学电池单元的系统、装置和方法。示例性电池诊断系统包括产生对称充电电流和放电电流以激励电化学电池单元的电流发生器，以及用于评估电化学电池单元的性能的循环库仑计。循环库仑计可以调整施加充电电流的充电时间或施加放电电流的放电时间中的至少一个，以将监测的电池单元电压维持朝向特定设定点。充电或放电时间的调整可以通过改变用于将电流从第一电流方向反转到第二电流方向的电流切换时序来实现。循环库仑计在充电或放电循环期间测量一个或多个电参数，并使用测量的电参数生成性能指标。

Description

循环库仑法的系统设备和方法

技术领域

本文件一般涉及电化学电池单元，更具体地涉及使用循环库仑法对电化学电池单元进行循环测试的系统、设备和方法。

背景技术

库仑法是一种电化学技术，其测量电化学反应过程中消耗或产生的电的总库仑量。当今有两种基本的库仑分析技术。受控电位库仑法使用恒电位仪向电化学电池单元施加恒定电位。受控电流库仑法使用恒电流器向电化学电池单元施加恒定电流。在这两种情况下，通过电化学电池的总电荷Q是通过将电流作为时间的函数积分来计算的。库仑法在电化学领域有很多应用。例如，库仑法可用于表征电池、燃料电池或其他电化学反应的性能。

锂离子(Li-ion)电池正在成为主要的电池化学物质。锂离子电池是一种可充电电池，其中锂离子在放电过程中从负极移动到正极，并且在充电时返回。主要由于其高能量密度，锂离子电池已成为现代纯电动汽车(BEV)中最常见的电池类型。与启动、照明和点火电池不同，BEV中的锂离子电池可在持续的时间内供电，并且特征是具有相对较高的功率重量比、比能量和能量密度。它们还具有低自放电率。

循环寿命是电池在其标称容量低于特定阈值(例如，其初始额定容量的80％)之前可以执行的充放电循环次数的量度。循环寿命取决于循环条件、化学性质、电池单元设计和制造质量而变化很大。例如，取决于锂离子电池在应用中如何使用，锂离子电池可能出现仅持续数百次循环的显著退化，或者可以设计为持续数千次循环。

提高锂离子电池滥用耐受性或循环寿命的技术将具有巨大的商业利益。然而，鉴于存在可以能够循环多年的锂离子化学物质，证明新技术或甚至迭代现有制剂以提高循环寿命具有挑战性。

循环测试是一项重要的电池鉴定测试。常见的电池评估过程需要在电压下限和上限之间的固定电流下循环测试电池单元，以研究电池在循环寿命期间的性能。将电池单元经过反复的充放电循环，以验证电池单元是否符合制造商声称的循环寿命。在测试过程中可以监测和记录各种电池单元性能参数，如温度、容量、阻抗、功率输出和放电时间。循环测试验证电池性能是否符合最终产品的可靠性和寿命预期。

高精度库仑计能够以50ppm的精度测量锂离子电池的库仑效率。库仑效率指标将电池充电所需的库仑与放电获得的库仑进行比较。额外的电池特定测试也可以在严格和广泛的测试条件下进行，以评估与被测电池相关的风险。了解各种操作环境和使用模式下的电池单元性能有助于优化各种应用的电池设计。

发明内容

该文件讨论了使用循环库仑法技术诊断电化学电池单元(例如电池组电池单元)的系统、装置和方法等等。示例性电池诊断系统包括产生对称充电电流和放电电流以激励电化学电池单元的电流发生器，以及用于评估电化学电池单元的性能的循环库仑计。循环库仑计包括控制器电路以调整施加充电电流的充电时间或施加放电电流的放电时间中的至少一个，以将电池单元电压维持在特定设定点。充电或放电时间的调整可以通过改变用于将电流从第一电流方向反转到第二电流方向的电流切换时序来实现。测量电路在充电或放电循环期间测量一个或多个电参数，并使用测量的电参数生成电池指标。

实施例1为一种电化学电池单元测试系统，包括：电流发生器，其配置用于在循环周期内产生对称的充电电流和放电电流，以分别对所述电化学电池单元进行充电荷放电；循环库仑计，其包括：控制器电路，其耦合到电流发生器，配置为：调整充电时间或放电时间中的至少一个，以控制所述电化学电池单元的监测电池单元电压朝向特定设定点；和根据调整后的充电时间或调整后的放电时间中的至少一个，控制所述电流发生器以使用所述充电电流和所述放电电流对所述电化学电池单元进行电循环；和测量电路，其被配置为测量一个或多个电参数，并使用所测量的一个或多个电参数生成所述电化学电池单元的性能指标。

在实施例2中，任选地，实施例1的主题包括的所述电流发生器可以被配置为使用单极直流源产生方波电流。

在实施例3中，任选地，实施例1-2中任何一个或多个的主题包括的所述控制器电路可以被配置为通过改变用于从充电电流反转到放电电流的电流切换时序来调整充电时间或放电时间，所述充电电流和所述放电电流具有相反的电流方向。

在实施例4中，任选地，实施例3的主题包括电流开关电路，该电流开关电路包括开关，所述开关可以被配置为响应于来自所述控制器电路的控制信号：仅闭合所述开关中的第一一个或多个以生成充电电流以给所述电化学电池单元充电；并且根据所述电流切换时序仅闭合第二一个或多个开关以产生放电电流以对所述电化学电池单元放电。

在实施例5中，任选地，实施例4的主题包括的一个或多个所述开关可以是FET晶体管。

在实施例6中，任选地，实施例3-5中的任何一个或多个的主题包括的测量的一个或多个电参数可以包括所述电化学电池单元的电压或电流响应，并且所述控制电路被配置为使用监测的电压或电流响应确定或更新所述电流切换时序。

在实施例7中，任选地，实施例6的主题包括的所述控制器电路可以包括比例积分(PI)控制器或比例积分微分(PID)控制器。

在实施例8中，任选地，实施例6-7中任何一个或多个的主题包括的监测的电压或电流响应可以包括以下一项或多项：包括调整的充电时间和调整的放电时间的整个帧内的平均或峰值电池单元电压；在调整的充电时间内的平均或峰值电池单元电压；在调整的放电时间内的平均或峰值电池单元电压；在整个帧内的平均或峰值电池单元电流；在调整的充电时间内的平均或峰值电池单元电流；或在调整的放电时间内的平均或峰值电池单元电流。

在实施例9中，任选地，实施例6-8中任何一个或多个的主题包括的所述控制器电路可以被配置为：使用监测的电压或电流响应确定所述电流切换时序，其包括确定过量充电时间或过量放电时间；并且将充电时间增加或减少所确定的过量充电时间，或者将基本放电时间增加或减少所确定的过量放电时间。

在实施例10中，任选地，实施例9的主题包括的所述过量充电时间或过量放电时间可以由每个具有指定切换定时器分辨率的持续时间的滴答计数表示。

在实施例11中，任选地，实施例6-10中任何一个或多个的主题包括的所述控制器电路可以被配置为进一步使用以下一项或多项来确定电流切换时序：电化学电池单元测试环境的环境温度信息；或电化学电池单元的充电状态或健康状态。

在实施例12中，任选地，实施例1-11中任何一个或多个的主题包括的所述测量电路可以包括性能指标生成器，其配置为：确定在循环周期的至少一部分期间施加的总电荷量；并且使用确定的施加的总电荷量确定自放电率，所述自放电率代表将所述电化学电池单元的电池单元电压保持在特定设定点所需的所施加电流。

在实施例13中，任选地，实施例12的主题包括的所述循环库仑计可以包括库仑计数器，该库仑计数器被配置为测量在循环周期的指定部分期间施加的总电荷量。

在实施例14中，任选地，实施例12-13中任何一个或多个的主题包括的所述循环库仑计可以被配置为确定施加的总电荷量，包括每帧施加的总电荷量(QPF)。

在实施例15中，任选地，实施例14的主题包括的所述循环库仑计可以被配置为通过在帧内随时间积分施加的电流来确定QPF。

在实施例16中，任选地，实施例14-15中任何一个或多个的主题包括的性能指标生成器可以被配置为生成QPF随时间的趋势，并使用生成的QPF的趋势的斜率确定自放电率。

在实施例17中，任选地，实施例14-16中任何一个或多个的主题包括的循环库仑计可以被配置为：确定仅在充电周期期间施加的第一总电荷量，以及仅在充电周期之后的放电周期期间施加的第二总电荷量；并且使用施加的第一总电荷量和施加的第二总电荷量之间的差确定QPF。

在实施例18中，任选地，实施例17的主题包括的循环库仑计可以被配置为仅在充电周期期间使用第一总滴答计数确定所施加的第一总电荷量，并且仅在放电期间使用第二总滴答计数确定所施加的第二总电荷量。

在实施例19中，任选地，实施例12-18中任何一个或多个的主题包括的测量的一个或多个电参数可以包括电化学电池单元的电池单元电压，并且其中所述性能指标生成器被配置为使用(1)充电期间的充电电压或放电期间的放电电压中的至少一个和(2)施加的电流确定所述电化学电池单元的等效串联电阻(ESR)。

在实施例20中，任选地，实施例19的主题包括的所述性能指标生成器可以被配置为生成作为所施加的总电荷量的函数的ESR曲线，并使用施加的总电荷的特定量处的ESR曲线的斜率确定每损失库仑的ESR变化率。

在实施例21中，任选地，实施例20的主题包括的所述性能指标生成器可以被配置为：确定不同测试条件下的多个ESR变化率，所述不同测试条件中的每一个由参数集表示，该参数集包括C-速率值、温度测量值或电池单元电压设定值中的一个或多个；并生成所述参数集上所述多个ESR变化率的表示。

在实施例22中，任选地，实施例19-21中任何一个或多个的主题包括的所述性能指标生成器可以被配置为使用充电电压和平均电池单元电压之间的差异或放电电压与平均电池单元电压之间的差值中的至少一种确定所述电化学电池单元的ESR。

在实施例23中，任选地，实施例22的主题包括的所述性能指标生成器可以被配置为使用充电电压和放电电压的平均值或加权平均值确定平均电池单元电压。

在实施例24中，任选地，实施例12-23中任何一个或多个的主题包括的性能指标生成器可以被配置为：确定不同测试条件下的多个自放电率，所述不同测试条件中的每一个由参数集表示，该参数集包括C-速率值、温度测量值或电池单元电压设定值中的一个或多个；并生成所述参数集上所述多个自放电率的表示。

在实施例25中，任选地，实施例24的主题包括的多个自放电率的表示可以包括二维或多维阵列，或者二维或多维图。

在实施例26中，任选地，实施例1-25中任何一个或多个的主题包括与循环库仑计通信耦合的输出设备，所述输出设备配置为显示测量的一个或多个电参数或电化学电池单元的生成的性能指标。

在实施例27中，任选地，实施例26的主题包括的所述输出设备可以被配置为显示多个测试条件下的多个自放电率或多个测试条件下的多个ESR变化率中的一个或多个。

在实施例28中，任选地，实施例27的主题包括的所述输出设备可以被配置为显示三维(3D)损失率图，该图表示多个测试条件下的多个自放电率，每个测试条件由从参数集选择的两个参数表示。

在实施例29中，任选地，实施例27-28中任何一个或多个的主题包括的所述输出设备可以被配置为显示三维(3D)ESR率图，该图表示多个测试条件下的多个ESR变化率，每个测试条件由从参数集选择的两个参数表示。

实施例30是一种用于测试电化学电池单元的方法。该方法包括以下步骤：经由电流发生器，通过在循环周期中施加充电电流持续充电时间和放电电流持续放电时间，对电化学电池单元进行电循环，所述充电电流和所述放电电流是对称的并且具有相反的方向；在所述电化学电池单元的电循环期间，经由测量电路，测量一个或多个电参数；经由控制器电路，调整所述充电时间或所述放电时间，以控制电化学电池单元的监测的电池单元电压朝向特定设定值；并且经由测量电路，使用测量的一个或多个电参数，生成电化学电池单元的性能指标。

在实施例31中，任选地，实施例30的主题包括的调整充电时间或放电时间可以包括更新用于从充电电流反转到放电电流的电流切换时序。

在实施例32中，任选地，实施例31的主题包括的测量的一个或多个电参数可以包括电化学电池单元的电压或电流响应，并且其中更新电流切换时序是通过使用监测的电压或电流响应。

在实施例33中，任选地，实施例31-32中任何一个或多个的主题包括的调整充电时间或放电时间可以包括将充电时间增加或减少过量充电时间，所述过量充电时间由每个具有指定切换定时器分辨率的持续时间的滴答计数表示。

在实施例34中，任选地，实施例31-33中任何一个或多个的主题包括的调整充电时间或放电时间可以包括将放电时间增加或减少过放电时间，所述过放电时间由每个具有指定切换定时器分辨率的持续时间的滴答计数表示。

在实施例35中，任选地，实施例30-34中任何一个或多个的主题包括的生成性能指标可以包括以下步骤：确定在循环周期的指定部分期间施加的总电荷量；并且使用确定的施加的总电荷量确定自放电率，所述自放电率代表将所述电化学电池单元的电池单元电压保持在特定设定点所需的所施加电流。

在实施例36中，任选地，实施例35的主题包括的施加的总电荷量可以包括对应于帧时间的每帧施加的总电荷(QPF)，并且其中确定自放电率包括使用QPF趋势随时间的斜率。

在实施例37中，任选地，实施例36的主题包括的确定QPF包括在帧内随时间对施加的电流进行积分。

在实施例38中，任选地，实施例36-37中任何一个或多个的主题包括的确定QPF可以包括以下步骤：确定仅在充电周期期间施加的第一总电荷量，以及仅在充电周期之后的放电周期期间施加的第二总电荷量；并且使用施加的第一总电荷量和施加的第二总电荷量之间的差确定QPF。

在实施例39中，任选地，实施例38的主题包括所施加的第一总电荷量可以通过使用仅在充电周期期间的第一总滴答计数确定，以及所施加的第二总电荷量可以通过使用仅在放电周期期间的第二总滴答计数确定。

在实施例40中，任选地，实施例35-39中任何一个或多个的主题包括的测量的一个或多个电参数可以包括电化学电池单元的电池单元电压，并且其中生成所述性能指标可以包括使用(1)充电期间的充电电压或放电期间的放电电压中的至少一个和(2)施加的电流确定所述电化学电池单元的等效串联电阻(ESR)。

在实施例41中，任选地，实施例40的主题包括的生成性能指标可以包括以下步骤：生成作为所施加的总电荷量的函数的ESR曲线；和使用施加的总电荷的特定量处的ESR曲线的斜率确定每损失库仑的ESR变化率。

在实施例42中，任选地，实施例41的主题包括以下步骤：确定不同测试条件下的多个ESR变化率，所述不同测试条件中的每一个由参数集表示，该参数集包括C-速率值、温度测量值或电池单元电压设定值中的一个或多个；并生成所述参数集上所述多个ESR变化率的表示，所述表示包括二维或多维阵列，或二维或多维图。

在实施例43中，任选地，实施例35-42中任何一个或多个的主题包括的生成性能指标可以包括：确定不同测试条件下的多个自放电率，每一个不同测试条件由参数集表示，该参数集包括C-速率值、温度测量值或电池单元电压设定值中的一个或多个；并生成所述参数集上所述多个自放电率的表示，所述表示包括二维或多维阵列，或二维或多维图。

在实施例44中，任选地，实施例43的主题包括在用户界面上显示测量的一个或多个电参数或测量的性能指标中的一个或多个。

实施例45是至少一种机器可读介质，其包括指令，当由机器执行时，该指令使所述机器：通过在循环周期中施加充电电流持续充电时间和放电电流持续放电时间，对电化学电池单元进行电循环，所述充电电流和所述放电电流是对称的并且具有相反的方向；在所述电化学电池单元的电循环期间，测量一个或多个电参数；调整所述充电时间或所述放电时间，以控制电化学电池单元的监测的电池单元电压朝向特定设定值；并且使用测量的一个或多个电参数，生成电化学电池单元的性能指标。

在实施例46中，任选地，实施例45的主题包括指令，当由所述机器执行时，该指令使所述机器：测量一个或多个电参数，其包括电化学电池单元的电压或电流响应；并且使用所监测的电压或电流响应更新电流切换时序以用于从充电电流反转到放电电流。

在实施例47中，任选地，实施例45-46中任何一个或多个的主题包括指令，当由所述机器执行时，该指令使所述机器：确定在循环周期的指定部分期间施加的总电荷量；并且使用确定的施加的总电荷量确定自放电率，所述自放电率代表将所述电化学电池单元的电池单元电压保持在特定设定点所需的所施加电流。

在实施例48中，任选地，实施例47的主题包括的施加的总电荷量可以包括对应于帧时间的每帧施加的总电荷(QPF)，以及所述指令当由所述机器执行时使所述机器：生成QPF随时间的趋势；并使用生成的QPF趋势的斜率确定自放电率。

在实施例49中，任选地，实施例47-48中任一项或多项的主题包括的测量的一个或多个电参数可以包括电化学电池单元的电池单元电压，并且当由机器执行所述指令时使机器：使用(1)充电期间的充电电压或放电期间的放电电压中的至少一个和(2)施加的电流确定所述电化学电池单元的等效串联电阻(ESR)；生成ESR曲线作为施加的总电荷量的函数；并且使用ESR曲线的斜率在施加的特定总电荷量下确定每损失库仑的ESR变化率。

在实施例50中，任选地，实施例49的主题包括指令，当由机器执行时所述指令使机器：确定不同测试条件下的多个ESR变化率，所述不同测试条件中的每一个由参数集表示，该参数集包括C-速率值、温度测量值或电池单元电压设定值中的一个或多个；并生成所述参数集上所述多个ESR变化率的表示，所述表示包括二维或多维阵列，或二维或多维图。

在实施例51中，任选地，实施例47-50中任何一个或多个的主题包括指令，当由机器执行时，所述指令使机器：确定不同测试条件下的多个自放电率，每一个不同测试条件由参数集表示，该参数集包括C-速率值、温度测量值或电池单元电压设定值中的一个或多个；并生成所述参数集上所述多个自放电率的表示，所述表示包括二维或多维阵列，或二维或多维图。

实施例52是至少一种机器可读介质，其包括指令，当由机器执行时，所述指令使机器执行如实施例30-44中任何一个或多个中所讨论的方法。

实施例53是用于测试电化学电池单元的系统。该系统包括用于执行如实施例30-44中任何一个或多个中所讨论的方法的装置。

本文档中讨论的循环库仑法技术有助于改进对用于以加速方式生产、制造或储存电化学电池单元和电池的变量的相对性能影响的确定。循环库仑法可以帮助优化电池单元化学、制造方法、材料选择或其他感兴趣的变量。根据一些实施例，本文讨论的循环库仑法技术可用于确定可供购买的电化学电池单元的质量。循环库仑法还可用于在以方便的方式包含在待售产品中之前非破坏性地表征电池单元的质量。

该概述是对本申请的一些教导的概述，并不旨在作为对本主题的排他性或详尽性处理。在具体实施方式和所附权利要求中可以找到关于本主题的更多细节。在阅读和理解以下具体实施方式并查看构成其一部分的附图(其中的每一个都不应被理解为限制意义)后，本公开的其他方面对于本领域技术人员来说将是显而易见的。本公开的范围由所附权利要求及其法律等效物限定。

附图说明

在附图的各图中以示例的方式示出了各个实施方案。这样的实施方案是说明性的，而不是本主题的详尽或排他的实施方案。

图1是说明循环库仑计系统和系统可以在其中运行的环境的部分的实例的框图。

图2A-2C是示出被配置为在特定电流切换时序提供精确定时的极性改变以产生充电和放电电流的电流切换电路的至少一部分的实例的示意图。

图3A-3C是示出被配置为在特定电流切换时序提供精确定时的极性改变以产生充电和放电电流的电流切换电路的至少一部分的另一实例的示意图。

图4A-4E是说明在充电或放电步骤中使用过量时间来调整充电时间或放电时间的实例的时序图。

图5是说明使用图1的循环库仑计系统进行诊断测试的电池测试系统的实例的框图。

图6A是图示被配置为控制充电和放电循环之间的电流切换时序的电流导引电路的至少一部分的实例的图。

图6B是时序图，举例说明了由图6A的电流导引电路产生的正向(充电)电流和反向(放电)电流的逻辑时序。

图7是图示用于在循环测试和DAS运行的环境的至少一部分中测量电参数的数据采集系统(DAS)的图。

图8是通过示例而非限制的方式示出循环测试期间的电压和电流响应的曲线图，该响应例如使用图5的测试系统获得。

图9是通过示例而非限制的方式示出被测电池单元的等效串联电阻(ESR)相对于施加的总电荷量绘制的曲线图。

图10A-10C通过示例而非限制的方式示出了在不同测试条件下计算的性能指标例如自放电率或ESR变化率的图形表示。

图11是图示用于使用如参考图1描述的循环库仑法来执行被测器件(DUT)的诊断测试的方法的实例的流程图。

图12和13是示出使用在循环测试期间获取的电测量来生成各种电池指标的相应方法的流程图。

图14大体示出了示例机器的框图，在该机器上可以执行本文中讨论的任何一种或多种技术(例如，方法)。

具体实施方式

电池循环器是一种设备或工具，其用于在受控条件下对电池充电和放电，并根据例如滑移率、库仑效率、能量容量、倍率能力或容量保持率等各种电池指标评估电池性能。传统上，电池循环在固定电压限值之间进行。在充电期间，施加电流，直到电池达到预设的充电电压限值(充电设定点)。然后电池放电，直到达到放电电压限值(放电设定点)。然后继续充放电循环。充电和放电速率通常由固定的C速率控制。例如，对于额定为1安培小时(Ah)的完全充电电池，它以1C速率提供1A放电电流一小时，以0.5C速率提供500mA放电电流两小时，或以2C速率提供2A电流0.5小时。在电池单元循环期间电池单元效率低下累计，导致容量损失(库仑损失)。随着电池单元老化，电池单元的内阻随时间增加。

库仑法是一种电化学技术，其测量电化学反应过程中消耗或产生的电量(以库仑计)。通常，使用两种库仑分析技术。恒电位仪库仑法(也称为受控电位库仑法)使用恒电位仪向被测电池施加恒定电位，恒电位仪是一种用于控制三电极电池单元并运行电分析实验的电子器件。恒电流器或恒电流库仑法(也称为受控电流库仑法)使用恒电流器向电池施加恒定电流，恒电流器是一种在库仑滴定中保持通过电解池的电流恒定的器件，不考虑负载本身的变化。在这两种情况下，通过电化学电池单元施加的总电荷量(Q)可以通过将电流积分为时间的函数来计算。

库仑效率(CE)描述了电池系统的效率。CE是在完整循环中从电池中提取的总电荷量(Q_放电)与施加到电池中的总电荷量(Q_充电)之比。CE是C速率的强函数。在低C速率下，更多时间可用于发生寄生损耗，从而导致测量的CE指标较低。较慢的C速率有助于传播数据以帮助区分电池单元，但较慢的C速率可能实际上并不代表在大多数应用中所经历的使用条件。

高精度库仑法(HPC)是一种表征CE的技术，可以以提高的准确度检测不同化学的电池单元之间的电池单元性能差异，这些电池可以持续数千次循环。与传统的精密循环仪相比，HPC系统使用更快的数据处理、更准确的电流源和更稳定的电压测量。

尽管HPC已被视为评估电池化学成分的公认标准，但它也有一些局限性。例如，HPC常用于测量慢充放电循环下锂离子电池的CE。至少由于充电和放电循环涉及的长时间尺度，HPC系统的设计可能很复杂。特别地，电流源需要非常稳定，使得施加的电流在完整循环所需的长时间(例如，20小时)内保持恒定。稳定且高精度的电流源价格昂贵，并且会增加系统的总成本。较新的系统甚至将电子设备保持在温控环境中，以防止电力电子设备发生漂移。在某些情况下，HPC能够将库仑效率测量为百万分之50(ppm)的精度。

HPC的基本前提是效率更高的电池将持续更长时间。然而，数据表明仅使用CE预测循环寿命可能是不够的。为了克服该局限性，有人建议将循环后电荷转移电阻与CE一起使用来预测循环寿命。然而，这带来了挑战，因为在需要后表征的HPC期间，通常无法实施传统的内阻(IR)测量。来自HPC测试方案的不同测试电池单元之间的累积库仑损失是不同的。通常，电荷转移后电阻是在某些定义不明确的状态下测量的单个数据点。由于HPC无法测量作为损失库仑的函数的电荷转移后电阻的增长，因此它不能充分区分可能存在的各种损失机制。

储能解决方案由应用要求限定。与电压稳定性或调节控制相关的电网级存储需要以高频运行的短循环。汽车应用以及可再生能源集成需要大容量和更大放电深度的能量存储。为各种应用优化电池组设计需要电池单元性能和寿命的技术和经济模型。然而，由于循环寿命因循环条件而大不同，因此一种条件的最佳设计对于另一种条件可能并不理想。使用当今存在的工具，很难使用简单的电池循环器来证明各种操作条件对电化学存储耐久性的影响。此外，当前的方法很慢，并且提供了关于耐久性的复杂数据。

至少对于前述内容，本发明人已经认识到改进库仑法用于电池评估的未满足的需求。本文公开的是循环库仑法的系统、装置和方法。根据一些实施例，循环库仑计可以引入小的DC脉冲，随着时间的推移自动补偿可归因于累积库仑损失的电压降，从而将监测的电池单元电势维持在设定点。在一些实例中，循环库仑计确定在不同电池单元条件下将测试电池单元维持在指定设定点电压所需的应用库仑率，从而有效地将特定条件下的损失率参数化(例如，温度、设定点电压或施加的C速率)。可以使用参数化的损失率生成损失率曲线或损失率图并将其呈现给用户。

这里讨论的循环库仑法可以在电池诊断系统中实施。根据一些实施方案，电池诊断系统包括产生对称充电电流和放电电流以激励电化学电池单元的电流发生器，以及用于评估电化学电池单元的性能的循环库仑计。循环库仑计包括控制器电路以调整施加充电电流的充电时间或施加放电电流的放电时间中的至少一个，以将监测的电池单元电压维持朝向特定设定点。充电或放电时间的调整可以通过改变用于将电流从第一电流方向反转到第二电流方向的电流切换时序来实现。测量电路在充电或放电循环期间测量一个或多个电参数，并使用测量的电参数生成电池指标。

本文讨论的循环库仑法改进了电池循环并提供了有关电池性能和诊断的完整信息。例如，循环库仑法允许在给定的C速率或温度下测量任何充电状态下的容量损失。例如，研究人员可以独立探测不同预设电池单元电压下的衰减率。可以研究高电压稳定性，同时避免与全深度放电循环相关的损失。

循环库仑法提供CE和内阻(IR)的同步测量。全占空比的平均电压被控制到设定点，但每个半周期的电压响应可用于计算IR测量。随着时间的推移，IR随库仑效率低下积累而增加。在HPC测试期间，传统HPC无法执行IR测量。相反，必须在HPC测试完成后测量IR的增长(因此如此测量的IR是也称为后循环电荷转移电阻)。然而，电荷转移后电阻是在某些定义不明确的状态下测量的单个数据点。例如，在HPC测试后，不同测试电池单元之间的累积库仑损失是不一样的。相比之下，在本文件中讨论的循环库仑法有利地同时测量CE和IR增长。因此，电荷转移电阻的增长可以表示为损失库仑的函数。鉴于需要IR和CE来预测循环寿命，这里讨论的循环库仑法提供了更完整的循环寿命图，并提供了超越使用当前本领域HPC获得的信息的显著进步。

本文档中讨论的循环库仑法的另一个优点是它可以直接测量和呈现(例如，在3D图中以图形方式)电池对负载条件的不同损失率。例如，通过从低到高水平迭代应用的C速率，循环库仑法可以自动提供对电池存储(对应于零C速率)和作为C速率的函数的循环损耗的见解。可以实施和部署循环库仑计系统以证明新的锂离子制剂并表征商业电池单元在应用中的耐用性。

本文档中讨论的电池计量提供了在各种电池单元条件(温度、设定点电压、施加的C速率等)下损失率的直接测量。这使电池制造商、存储设计师和材料供应商能够更快地迭代，同时获得卓越的见解。例如，电池单元制造商可以快速测量制造工艺和设计对电池保真度的影响。同样，材料开发人员可以测量其电解质添加剂或电极制剂在各种操作条件下对电池稳定性的影响。最后，储能的最终用户可以使用循环库仑法来区分各种商业产品，这些产品针对那些性能最好的负载要求，并开发改进的电池管理算法。相比于传统HPC技术，这里讨论的循环库仑法更好地表征电池在各种电池单元条件(例如，C速率、充电状态等)下的性能，能够对正在开发的电池进行精确的技术经济评估，并改进电池设计和开发。由循环库仑法和数据公式生成的工程数据(例如，以损失率曲线或损失率图的形式，将在下面讨论)可用于创建改进的电池管理方案和技术经济模型以便进行需要长寿命的能量存储部署。

图1是说明循环库仑计系统100和系统100可以在其中运行的环境的部分的实例的框图。系统100可用于在被测器件(DUT)150上的充电-放电循环操作期间测量总施加库仑，获得关于DUT 150的内部状态的信息，并评估其性能。系统100包括电流源110、切换电路120和过程控制器130。与施加设定电流或设定电压的常规库仑法相比，循环库仑计系统100可以调整用于向DUT 150施加充电电流的充电时间或用于施加放电电流的放电时间以实现各种电池测试目标。根据一些实施方案，可以通过以高时间分辨率改变循环周期中充电步骤和放电步骤之间的电流切换时序来实现对充电时间或放电时间中的至少一个的调整。在一个实例中，循环库仑计系统100可以测量将过程变量维持在期望状态所需的所施加的库仑率。在另一实例中，循环库仑计100可以测量从制造商接收的电池损失率以确定电池单元质量。在各种实例中，循环库仑计系统100可以在不同的电池单元条件下执行诊断测试，例如温度范围、充电状态或健康状态，以及其他感兴趣的条件。

DUT 150可以是任何电化学电池单元，例如电池、燃料电池单元、液流电池单元或其他电化学电池单元。可以使用传统的2线、3线或4线连接来执行DUT 150的库仑测试。为了最小化噪声以测量小的施加电流，期望最小化对DUT 150的干扰，该干扰对测量变量中的噪声有贡献。在实例中，DUT 150可以在循环测试期间位于严格控制的热环境中。在测试之前，DUT 150可以被稳定在设定的充电状态(与充满时的能量相比，代表剩余的能量)，或被老化以达到各种健康状况(与新电池相比，代表输送指定性能的能力)。

电流源110可以是能够输出低噪声安静电流的台式或精密电源，并且配置为在全循环期间为DUT 150提供充放电电流。电流源110可以以恒电位器模式或恒电流器模式操作。输出电流可以具有预定波形，其具有特定参数值(例如，幅度、循环周期、频率、占空比等)。在实例中，电流源110可以是正弦源。在另一实例中，电流源110可以是方波源。

在一些实例中，电流源110可以是被配置为提供具有特定幅度的单向电流的直流(DC)源。电流幅度可以是可编程的。循环库仑计系统100可以连续地测量输出电流(例如，充电电流或放电电流)。在一个实例中，电流源110可以在恒电流器模式下输出稳定的电流，并且在充电和放电步骤期间基本相同地工作。在一个实例中，电流源110是包括参考、放大器、感测电阻器和反馈电路的单个单极电流源，并且可以被配置为在测试的持续时间内展现一位数PPM水平稳定性。

耦合到电流源110的切换电路120可以可控地(例如，经由过程控制器130)交替DC电流输出电流的方向以产生方波122。具有特定时间分辨率T的切换定时器可以对电流方向的交替进行计时。切换定时器可以是切换电路120的一部分，或者以其他方式耦合到切换电路120。所得方波具有每个都具有T的倍数的持续时间的正和负相。切换定时器分辨率T可以基于外设时钟的频率(f_时钟)确定，T＝1/f_时钟秒。例如，对于时钟频率为5MHz，切换定时器分辨率为200纳秒(nsec)。在一个实例中，T小于500nsec。在另一个实例中，T小于一微秒(msec)。在又一实例中，T大约为5-10msec。在循环过程期间可以将切换的电流施加到DUT 150。

在电流源110为恒定单极电流源且过程控制器130控制切换电路120产生方波电流122的情况下，过程控制器130可额外地控制切换电路120以调整充电时间或放电时间中的至少一个，以将输出变量(例如平均电池单元电压)保持在预设设置。循环周期包括充电时间t_充电和放电时间t_放电，这两者可以是预定的或可编程的。循环周期可以选择得足够大，以便在被测电化学电池单元中发生实际的电荷转移，同时足够短，使得电池单元电压对充电和放电步骤的响应不会在大程度上偏离电池单元设定值，以使测量的性质可以归因于期望的电池单元状态。在一个实例中，循环周期小于10分钟。在另一个实例中，循环周期大约为5分钟。在又一个实例中，循环周期大约为60秒。循环周期可替代地基于施加的期望电流和由循环引起的对电池单元的相应扰动来确定。在一个实例中，充电时间t_充电基本上等于放电时间t_放电，造成对称的充电和放电步骤。

过程控制器130控制切换电路以调整充电时间或放电时间中的至少一个以控制输出变量例如平均电池单元电压朝向预设设定值。在一个实例中，可以通过在充放电循环期间改变从充电步骤切换到放电步骤的时间来实现充电或放电时间的调整。与控制电压(恒电位)或电流(恒电流)的传统循环仪相比，如本文所讨论的调整充电或放电时间或电流切换时序以期望的分辨率提供了对充放电步骤的更精确且稳定的控制。在各种实例中，切换电路120可以使用一个或多个电压控制开关(例如晶体管)可控地切换电流方向，下面参考图2A-2C讨论其实例。可替换地，电流源110可以是双向源，其在第一方向上可控地输出电流以对DUT 150充电，或者在与第一方向相反的第二方向上以对DUT 150放电。

在各种实例中，过程控制器130可以在循环周期期间监测DUT 150的电压或电流响应，并且使用监测到的电压或电流响应确定或更新电流切换时序。过程控制器130可以包括比例-积分(PI)控制器或比例-积分-微分(PID)控制器，其被配置为确定或更新电流切换时序以保持特定的电参数(例如，平均电池单元电压)在特定的设定点。被监控并用于控制电流切换时序的电压或电流响应的实例可以包括循环周期内的平均或峰值电池单元电压、平均或峰值充电电压、平均或峰值放电电压、循环结束电压、在循环期间的平均或峰值电流、DUT 150的平均或峰值充电电流或平均或峰值放电电流。在一个实例中，过程控制器130可以使用关于进行循环测试的环境的环境温度的信息确定或更新电流切换时序。基于物理的或凭经验导出的模型可用于模型预测控制。控制模型可以使用许多输入变量来优化电流切换时序。在一些实例中，可以使用充电状态、健康状态、干扰或其他感兴趣的电池单元条件的信息确定或更新电流切换时序。充电状态是一种短期电池容量测量，它表示与充满时的能量相比的剩余能量。健康状况是一种长期容量测量，代表与新电池相比提供指定性能的能力。

在一些实例中，充电/放电步骤的时序控制可以包括应用于充电或放电步骤的过量时间Δt。过程控制器130可以使用PI或PID控制器通过改变使用的过量时间Δt将输出变量(例如，电流或电压)维持在期望的设定点。过量时间Δt可以是正值或负值。例如，正过量充电时间将充电时间增加到t_充电+Δt，负过量充电时间减少充电时间到t_充电-Δt。同样，正过量放电时间将放电时间增加到t_放电+Δt，负过量放电时间减少放电时间到t_放电-Δt。或者，过程控制器130可同时调整充电时间和放电时间，并维持完整循环周期为恒定(例如，t_充电+Δt的较长充电时间，然后是t_放电-Δt的较短放电时间)。

由于过量时间Δt，充电时间与放电时间的比率改变。循环周期加上过量充电时间Δt的总时间称为帧。在循环测试期间，调整时间的充放电循环逐帧重复。在一个实例中，过程控制器130可以逐帧更新过量充电时间Δt，其实例将在下面参考图4B-4E讨论。

过量时间Δt可以由切换定时器提供。在一个实例中，过量时间Δt可以是切换定时器分辨率T的倍数，Δt＝k*T。最小过量时间等于T。由切换电路120提供的这种电流切换技术允许稳定的、超精细的充电-放电循环调节(以滴答或T的增量)。例如，对于由30秒基础充电时间和30秒基础放电时间组成的60秒循环周期，以及时间分辨率T＝200nsec的切换定时器，最小过量充电时间为t_充电＝30.0000002秒。如果放电时间保持在t_放电＝30秒的基本水平，那么这导致占空比发生超细微变化至50.00000017％。过量时间Δt的使用还会改变充放电时间比。可以根据过量时间Δt计算每帧的总应用库仑。应用的库仑率可以通过将每帧的总净应用库仑除以该帧的时间来计算。

可能的最小时间增量(即，T)在下文中称为滴答。在上面的实例中，滴答可以是200nsec。在一些实例中，过量时间Δt可以由切换定时器分辨率T的增量(k*T)或滴答声数“k”表示。例如，过程控制器130可以将充电步骤延长“k”个滴答声。可以在充电步骤或放电步骤中添加或减去的最小数量是一个滴答声，相当于切换定时器分辨率T。通过在充电步骤或放电步骤中添加或减去一定数量的滴答声，该过程控制器130可以将输出变量(例如，电流或电压)维持在期望的设定点。另一种实现这种充放电调整的方法是允许滴答计数取正值或负值。正滴答计数表示具有净充电条件的时段(例如，充电时间比放电时间长)。负滴答计数表示具有净放电条件的时段(例如，充电时间比放电时间短)。

与通常需要长循环周期(例如，20小时)的传统HPC相比，循环库仑计系统100可以被配置为在显著更短的循环周期(例如，大约1分钟)中循环充电-放电过程。由于充放电时间短，被测电化学电池单元(例如，DUT 150)通常无法达到由传统电池循环器技术设定的电压限制。相反，预计电池单元会在初始电池单元电压之上和之下振荡。由于电池单元的库仑效率低下(自放电)，平均电池单元电压将低于初始电池单元电压。在一个实例中，过程控制器130可以连续地或周期性地监测DUT 150的电压和电流响应，任选地连同其他输出变量，并调整净过量充电时间Δt(或滴答计数)以将平均电池单元电压保持在受控设定点。具有合适定时的高速微控制器可以在数字采集系统上操作以对测量的电池电流和电压进行采样。系统可以平均测量的输入变量(例如，充电电流和放电电流)和测量的输出变量(例如，DUT 150的电压和电流响应)以显著降低噪声。在一个实例中，过程控制器130可以使用库仑计数器测量总应用库仑，或根据应用的电流和实际电荷滴答直接计算总应用的库仑。测量总应用库仑的实例在下面例如参考图5讨论。

在各种实例中，循环库仑计系统100可以参数化电化学电池单元(例如，DUT 150)在诸如施加电流(C速率)、温度和预设的电池单元电位的特定测试条件下的电荷损失或电荷损失率(也称为自放电率)。在一个实例中，循环库仑计系统100可以测量所施加的总电荷量或所施加的电流(所施加的库仑速率)，这是将DUT 150保持在特定条件例如基本上处于预设的平均电池单元电压下所需的。如果平均电池单元电压保持受控(即平均电池单元电压保持在设定点)，则净施加电流是在温度、电流和电池单元电位的特定条件下的电荷损失率。传统的高精度库仑法只能测量经历非常缓慢的充放电循环的电化学电池单元的CE。每小时库伦量(CIE/h)低效是一个标准化指标，代表在一定范围的电池单元电位中发生的许多可能损失机制的平均损失率。本文件中讨论的循环库仑法有利地评估了短得多的充放电循环中的电荷损失率，并将电荷损失率参数化为广泛的测试条件，包括C速率、温度和预设电池单元电位。根据一些实例，在不同电池单元条件下评估的电荷损失率可以被图形地表示为损失率曲线或损失率图，其实例在下面例如参考图10A-10B进行描述。

在一些实例中，循环库仑计系统100可以被配置为测量DUT 150对电流阶跃变化或电压阶跃变化的瞬态响应，例如通过使用光谱仪或声谱仪等换能器。阶跃响应表示DUT 150的频率响应。阶跃响应信息可用于建立电池单元模型或电池单元算法，并可提供类似于从阻抗分析中获得的信息，而无需增加仪器的费用或不需中断循环测试。瞬态响应还允许循环库仑法连续监测电荷转移电阻的增长，同时测量给定电池单元条件下的瞬时损失率。

图2A-2C是示出被配置为在特定电流切换时序提供精确定时的极性改变以产生充电和放电电流的电流切换电路200的一部分的实例的示意图，该过程也被称为电流控制。电流切换电路200可以是切换电路120的一个实施方案。如图2A所示，电流切换电路包括开关S1、S2、S3和S4，以及单向DC电流源210，其是电流源110的实施方案。当所有开关都打开时，没有电流流向DUT 150。图2B示出了当开关S2和S3闭合(如图所示)并且开关S1和S4断开时电流切换电路200的等效电路，在这种情况下，电流源210提供正向电流221以对DUT150充电。图2C示出了当开关S1和S4闭合(如图所示)并且S2和S3断开时电流切换电路200的等效电路，在这种情况下，电流源210提供反向电流222以对DUT 150放电。图2A中开关的排列允许死时间，即正向和反向定时均关闭的时期。例如，如果S4和S2同时开启，则DUT 150将短路。

开关S1、S2、S3和S4可以是晶体管或其他压控开关器件。在一个实例中，开关S1、S2、S3和S4是FET晶体管，例如MOSFET晶体管，并且可以通过相对于阈值电压施加适当的栅极电压来实现开/关状态。由于正向电流221(充电电流)和反向电流222(放电电流)来自同一个电流源210，其在充电和放电操作期间工作相同，可以更容易和可靠地实现充电电流和放电电流之间的对称。电流对称的好处是充电周期中存在的偏移误差与放电周期中存在的相同偏移相抵消。使用单个电流源还有助于提高充电和放电步骤期间电流输出的稳定性。

电流切换电路200可以以纳秒时间尺度改变电流方向(例如通过打开或关闭图2A中的一个或多个开关)。电流切换电路200具有足够的电压顺应性，使得当极性切换时电流值没有显著变化。在一个实例中，电流切换电路200包括时钟电路，其配置用于以特定精度控制开关S1、S2、S3和S4的操作，以实现电流开关时序的精细控制。例如，如果系统时钟频率为100MHz，则电流切换时序的分辨率可能为10nS。

图3A-3C是示出被配置为在特定电流切换时序提供精确定时的极性改变以产生充电和放电电流的电流切换电路300的一部分的另一实例的示意图。电流切换电路300可以是切换电路120的一个实施方案。如图3A所示，电流切换电路300包括两个开关S4和S5、两个二极管D1和D2、电源310和单向电流调节器320。电源310和单向电流调节器320形成电流源。当使用电源310和单向电流调节器320两者时，电路300可以向DUT 150提供电流。当仅使用电流调节器320时，电路可以吸收来自DUT 150的电流。开关S4和S5的状态决定了发生哪种配置。

图3B示出了当开关S4闭合而S5断开时电流切换电路300的等效电路。二极管D2充当闭合开关，将来自电源310的正向电流321通过调节器320传递到DUT 150以对DUT 150充电。图3C示出了当开关S4打开且S5闭合时电流切换电路300的等效电路。二极管D1在此配置中充当闭合开关，将来自DUT 150的反向电流322通过调节器320和S5传递回DUT150。反向电流322因此使DUT 150放电。该动作的优点是电流调节器320在向DUT 150吸收电流或向其提供电流时在相同的电流和极性条件下工作，从而由于电路操作的不对称，电流调节电路动作中的任何小的、不可避免的异常被取消。

图4A-4E是时序图，说明使用过量时间Δt调整循环周期中的充电时间或放电时间。该调整可由切换电路120响应于来自过程控制器130的调度过量时间Δt的控制信号而执行。循环周期(由基本充电时间和基本放电时间组成)和过量充电时间Δt形成一帧。在一个实例中，基本充电时间和基本放电时间各为30秒，循环周期为60秒。30秒的充电步骤足够长以允许电压分布在电化学电池单元中完全发展。过量时间Δt可以由过量计时器滴答数量来表示。如上所述，本文档中的滴答是指充电时间或放电时间的最小增量(或减量)。在实例中，滴答具有等于切换定时器分辨率T的持续时间(例如，对于5MHz的时钟频率，为200nsec)。

为了比较的目的，图4A说明没有过量时间的帧(Δt＝0)。在充电步骤之后立即开始放电操作。充电和放电步骤是对称的。图4B举例说明加到充电步骤中的正过量充电时间(即，Δt_充电或过量计时器滴答>0)，这有效地将充电时间从30秒增加到30+Δt_充电秒。过量充电时间后立即开始放电操作。图4B中的帧是60+Δt_充电秒。图4C举例说明了负过量充电时间(即，Δt_充电或过量计时器滴答<0)，这有效地将充电时间从30秒减少到30-Δt_充电秒。放电步骤在缩短的充电步骤之后立即开始。放电时间保持为30秒。因此，图4C中的帧是60-Δt_充电秒，小于60秒。

同样，过量时间可用于放电步骤。图4D举例说明加到放电步骤中的正过量放电时间(即，Δt_放电或过量计时器滴答>0)，这有效地将放电时间从30秒增加到30+Δt_放电秒。图4D中的帧是60+Δt_放电秒。图4E举例说明了负过量放电时间(即，Δt_放电或过量计时器滴答<0)，这有效地将放电时间从30秒减少到30-Δt_放电秒。图4D中的帧是60-Δt_放电秒，小于60秒。循环库仑计系统100可以一帧一帧地连续重复，并且更新每一帧的过量充电时间变量。

图5是示出电池测试系统500的实例的框图，该电池测试系统被配置为使用如上文参考图1所讨论的循环库仑法执行电化学电池单元(例如所示的DUT 150)的诊断测试。电池测试系统500可以包括以下中的一个或多个：电流源510以在测试期间提供充电和放电电流、与DUT 150接合的接口板520、以及提供控制信号以操作系统500的各种组件和电路、执行数据处理、评估电池性能指标和生成电池诊断的微控制器530。在一个实例中，为了确保温度稳定性，电池测试系统500的一些或全部电路组件可以包含在温度稳定在<±0.1℃的精确温度控制环境中。

电流源510是图1的电流源110的一个实施方案，可以在循环测试期间为DUT 150提供充电电流和放电电流。在一个实例中，电流源110可以是配置为提供DC电流的单个单极电流源。电流的幅度可以是可调节的，例如通过微控制器530。单极电流源的实例在上面参考图2A-2C和图3A-3C进行了讨论。

接口板520可以使用2线、3线或4线连接将DUT 150接合到测试系统500，向DUT 150施加充电和放电电流，并测量来自DUT 150的电流和电压等变量。如图5所示，接口板520可以包括数据采集系统(DAS)521，其被配置为在微控制器530的控制下对模拟测量进行采样和数字化。在各种实例中，DAS 521具有足够大的动态范围以数字化充电电流和放电电流，同时具有足够精细的分辨率以检测感兴趣的信号。在一个实例中，为了提高电池诊断的准确性，DAS 521的性能具有超过电流源510的性能，从而可以精确地确定由测试产生的误差源。下面参考图7讨论DAS 521的实例。在一个实例中，接口板520可以与微控制器530和DAS521物理分离以允许针对各种电池尺寸的灵活电阻感测和电流源选项。

在一些实例中，接口板520可以包括嵌入式温度传感器(未示出)以测量DAS 521的环境温度。基于监测到的温度，微控制器530可为电路可调节地提供热稳定环境，例如使用接口板520上DAS 521周围的功率电阻器调节DAS 521的温度。

作为过程控制器130的实施方案的微控制器530可被编程以控制电流源510以产生特定的充放电电流、驱动DAS 521上的数据采集、监督循环过程并产生电池指标。微控制器530可包括与外部监视器540通信以响应命令并报告测量结果的通信外围设备。在实例中，电池测试系统500在16MHz温度补偿晶体振荡器(TCXO)上运行，其直接驱动微控制器530和DAS 521的模数转换器(ADC)。微控制器530可使用锁相环将16MHz提升至40MHz系统时钟的内部频率，该内部频率被分频8MHz至5MHz。该5MHz与应用的晶体时钟一样准确，并为一个32位定时器计时，用于生成时间分辨率T＝200nsec的充电和放电周期。例如，2秒周期具有一秒或5*10⁶个滴答声，每个滴答声的持续时间为200nsec(分辨率为0.2ppm)。具有合适时序的高速微控制器530可以操作DAQ 521以对电池电流和电压两者进行采样。

微控制器530可以实现为微处理器电路的一部分，微处理器电路可以是专用处理器，例如数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、微处理器或用于处理包括物理活动信息在内的信息的其他类型的处理器。可选地，微处理器电路可以是通用处理器，其可以接收和执行进行这里描述的功能、方法或技术的指令集。

微控制器530可以包括电路组，该电路组包括一个或多个其他电路或子电路，包括定时控制器531、电池指标发生器534和通信电路535。电路或子电路可以单独或组合地执行这里描述的功能、方法或技术。在实例中，电路组的硬件可以被不变地设计为执行特定操作(例如，硬连线)。在一个实例中，电路组的硬件可以包括可变连接的物理组件(例如，执行单元、晶体管、简单电路等)，包括物理修改的计算机可读介质(例如，不变质量粒子的磁、电、可移动放置等)以编码特定操作的指令。在连接物理组件时，硬件组件的基本电气特性发生变化，例如，从绝缘体变为导体，反之亦然。指令使嵌入式硬件(例如，执行单元或加载机制)能够通过可变连接在硬件中创建电路组的元件，以在操作时执行特定操作的部分。因此，当设备运行时，计算机可读介质通信地耦合到电路组元件的其他组件。在一个实例中，任何物理组件都可以用在一个以上电路组的一个以上元件中。例如，在操作中，执行单元可以在一个时间点在第一电路组的第一电路中使用并被第一电路组中的第二电路重用，或者被第二电路组中的第三电路在不同的时间点重用。

时序控制器531可包括方波发生器532，其耦合到电流源510以在充电和放电循环期间产生方波电流以供施加。方波发生器532可以包括在预定时间可操作地打开或闭合的开关，从而改变电流方向，其实例在上文参考图2A-2C和图3A-3C进行了讨论。时序控制器531可以包括电流切换控制器533，其配置用于调整充电时间或放电时间中的至少一个，例如通过改变循环周期中的充电和放电步骤之间的电流切换时间，以保持输出变量(例如，平均电池单元电压)处于预设设置。如以上参考图1所讨论的，电流切换的时序控制可包含过量时间Δt，其由持续时间或由过量计时器滴答的计数表示，被加到充电时间或放电时间或从充电时间或放电时间中减去(如图4B-4E所示)。

在各种实例中，电流切换控制器533可以调整充电时间或放电时间中的至少一个，或基于一个或多个输入变量或诸如充电状态或健康状态的电池条件更新电流切换时序，以加速电化学电池单元收敛到系统控制器中定义的设定点。在实例中，电流切换控制器533可以使用从电池指标生成器534获得的电池指标和诊断信息来校正初始电流切换时序(其可以被设置为经验值，例如根据过程控制算法估计的)，以实现更快控制。在一个实例中，电流切换控制器533可以利用来自许多输出变量(例如，DUT 150的帧内电压和电流响应)的信息来预测适当的时序控制策略。例如，响应于测量的平均电池单元电压中的干扰，电流切换控制器533可以使用对电池电阻和帧内电压响应的先前测量以更快地将DUT 150驱动回设定点。系统控制器，例如PI控制、PID控制以及其他前馈或反馈控制器，可用于加速将测量的输出变量收敛到所需的设定点，而几乎没有过冲或振荡。电池指标和诊断信息以及上面讨论的控制策略也可用于调整系统500的各种元件的操作，例如在DAQ 521处的数据采集。

微控制器530和DAS 521可能需要各种电压以便正常工作。在一些实例中，医疗级电源转换器，例如心脏浮动“CF”型转换器，可以用于将AC电源与电流源510、微控制器530和DAS 521隔离，具有很小的线频率泄漏电流。可以提供电流隔离屏障以将微控制器530(例如，其中的精密仪器，例如库仑计)与外部监视器540和电流源电路510隔离。由于电流源从充电到放电配置反转，与电流源电路510的隔离可以允许电流源510从充电到放电配置反转。

电池指标生成器534可以被配置为使用由DAS 521提供的测量来生成电池指标和诊断信息。电池指标发生器534和DAS 521统称为执行信号测量和处理的测量电路。在实例中，电池指标发生器534的至少一部分可以被配置为精确库仑计数器以在充电和放电循环期间对电荷进行计数。在一个实例中，库仑计数器可以采用精确的电压参考。系统可以平均测量的输入变量和测量的输出变量以显著降低噪声。

在实例中，电池指标生成器534可以确定每帧施加的总电荷量(QPF，以库仑为单位)。帧库仑的总和表示在电池循环测试期间应用的累积库仑。在实例中，可以使用DAS 521的输出来计算QPF。在另一个实例中，电池指标生成器534可以通过在整个帧上积分施加的电流来计算QPF。在一个实例中，QPF可以使用等式(1)计算：

在一些实例中，电池指标生成器534可替代地计算充电期间施加的总电荷量(Q_充电)和放电期间施加的总电荷量(Q_放电)。在这种情况下，电池指标生成器534可以通过仅在充电期间内对施加的电流进行积分来计算在充电期间施加的总电荷量Q_充电)。同样，电池指标生成器534可以通过仅在放电期间对施加的电流进行积分来计算在放电期间施加的总电荷量(Q_放电)。然后可以使用等式(2)计算QPF：

QPF＝Q_充电-Q_放电 (2)

在一个实例中，Q_充电可以使用平均充电电流I_充电和充电期间的共滴答计数(N_滴答_充电)计算，如在等式(3)给出的。在一个实例中，Q_放电可以使用平均放电电流I_放电和放电期间的共滴答计数(N_滴答_放电)计算，如在等式(4)给出的。

Q_充电＝T*N_滴答_充电*I_充电 (3)

Q_放电＝T*N_滴答_放电*I_放电 (4)

每滴答的时钟时间T等于切换定时器分辨率(T＝1/f_时钟)。在一个实例中，对于系统时钟频率f_时钟＝5MHz，每个滴答的时间为T＝200nsec。

在另一个实例中，方波发生器532可以实现来自单个单极电流源的对称波形，使得平均充电电流和放电电流在帧的时间尺度上基本相同。电流切换控制器533可以施加过量充电滴答Δ滴答_充电或过量放电滴答Δ滴答_放电。在这个实例中，QPF可以通过使用平均源电流(I)和充电和放电周期之间的过量滴答计数的差异来计算，如等式(5)中给出的。

QPF＝T*(Δ滴答_充电-Δ滴答_放电)*I (5)

在另一个实例中，微控制器530可以提供过量充电Δ滴答_充电，如通过PI或PID控制算法指示的，以保持预定的平均电池单元电压。PI或PID控制器的积分项用于最小化稳态误差或与平均电池单元电压设定点的偏移。如果系统处于控制中且系统控制算法经过良好调整，则积分项是每帧添加的过量充电Δ滴答_充电的平滑估计。也就是说，积分项既是控制变量(定时)，也是每帧总电荷量(QPF)和总应用库仑率的基础。这是循环库仑计的一个有益特性，因为即使使用有噪声的电流源或测量的输出变量，由于PI或PID控制算法的积分项的行为，也可以获得平滑的库仑和总电荷施加值。在一个实例中，QPF可以通过平均源电流(I)、每个滴答的时钟时间(T)和用于生成帧时序的PI或PID算法的积分值(INT)计算，如等式(6)中给出的。

QPF＝T*INT*I (6)

在一些实例中，电池指标生成器534可以随时间推移产生QPF的趋势以生成相对于时间绘制的总库仑曲线。特定时间的总库仑曲线的斜率表示维持系统处于控制状态(例如，将输出平均电池单元电压保持在控制水平)所需的有效外加电流(也称为施加库仑率、自放电率或损失率)。施加的总电荷和自放电率的实例在下面讨论，例如参考图8。

在一个实例中，电池指标生成器534可以根据所施加的总电荷来确定DUT 150的等效串联电阻(ESR)。可以使用电池单元电压(ΔV)的变化(例如从充电或放电步骤的电池单元电压响应与平均电池单元电压810相比获得)和所施加电流的幅度(ΔI)计算ESR。用于计算ESR的电池单元电压可以用整个循环周期的平均电压表示，或者替代地仅用充电周期或放电周期的平均电压或端电压表示。在一个实例中，ESR可以基于充电和放电电压差的一半计算，并且围绕在充电和放电步骤期间使用的施加电流分开的电流切换对称地计算。电池指标生成器534可以附加地将ESR参数化为所施加的总电荷量的函数(例如通过在所施加的总电荷的不同值上生成ESR曲线)，并且确定每损失库仑的ESR变化率，其表示ESR速率相对于所施加的总电荷变化的变化(dESR/dQ)，其实例在下面参考图9讨论。

除了或代替以上讨论的QPF、施加的总电荷、自放电率、ESR和ESR变化率，电池指标生成器534可以生成其他电池指标或诊断信息，例如DUT 150的频率响应。电池指标生成器534可以根据正在执行的电化学测试和/或正在使用的监测设备来生成电池指标。在一些实例中，电池测试系统500可以包括光谱仪、超声源和传感器、光纤电缆或压力换能器等。

通信电路535被配置为与监控设备540(例如个人计算机(PC)或移动设备)建立数据通信，监控设备可以执行数据处理、存储以及将电池指标和诊断信息呈现给系统用户(例如，材料开发商、电池单元设计师、电池单元制造商、算法电池工程师以及质量控制和可靠性工程师等)。电池指标和诊断信息可以以表格、图表、趋势、图或任何其他类型的文本、表格或图形呈现格式呈现。例如，图8和9上的图表或其变型可以呈现在监视器设备540的显示器上。在一个实例中，监控设备540可以呈现在单独可寻址和指定的测试条件下施加的总电荷和/或自放电率，例如不同的C速率、不同的温度、不同的设定点电压或这些变量的任何组合等等。例如，如图10A-10B所示的损失率曲线或损失率图可以呈现在监视器设备540的显示器上。监视器设备540可以生成DUT 150的状态的警报通知。监视器设备540还包括用户界面，以允许系统用户监视循环过程(在线或离线监视)，并使用微控制器530的输入命令对循环库仑法进行编程，例如对一个或多个测试条件变量(例如，C速率、电池单元电压设定点或温度设定点)进行编程。在一些实例中，电池指标生成器534的至少一部分可以在监视器540中实现，其可以执行电池指标的在线测量。

图6A是图示被配置为在循环测试中控制充电和放电步骤之间的电流切换时序的电流导引电路600的至少一部分的实例的图。电流导引电路600是图1的切换电路120的实施方案，包括微控制器(MCU)610，其是电流切换控制器533的实施方案。微控制器610耦合到电流源630，其是电流源110的实施方案，其可在循环测试期间产生方波以激励DUT 150。微控制器610可为电流导引电路620产生时序控制信号，电流导引电路包括开关(例如，FET晶体管或其他类型的压控开关，例如图2A-2C和3A-3C中所示)以根据微控制器610提供的时序控制信号实现电流切换。正向(充电)电流和反向(放电)电流可以施加到DUT 150。图6B是举例说明来自电流导引电路620的正向电流和反向电流的示例逻辑时序的时序图。正向电流和反向电流根据电流切换时序在预定时间交替。

可以使用数据采集系统(DAS)640测量电参数，例如DUT 150的电压、电流感测电阻器650两端的电压和通过DUT 150的施加电流。DAS 640可以包括模数转换(ADC)以将模拟测量值转换为指定精度级别的数字数据，并存储在数据存储设备中。在一个实例中，DAS具有足够大的动态范围以数字化充电/放电电流，同时具有足够精细的分辨率以检测感兴趣的信号。在一个实例中，DAS 640的性能可以超过电流源630的性能，从而循环库仑法过程可以更可靠地确定在循环测试期间可能出现的误差源。

可以使用诸如过采样、滤波或噪声整形等技术对数字数据进行预处理，以提高数据精度并提高数据质量。数字数据可以例如由电池指标生成器534使用，以产生新的数据形式和性能规范，和/或生成表征DUT 150的充电状态或健康状态的电池指标和诊断，以及其他感兴趣的条件。在一些实例中，微控制器610可以使用关于电流源630的状态、来自DAS640的测量值以及来自电池指标生成器534的电池指标和诊断中的一个或多个信息更新电流切换时序。

图7是图示用于在循环测试和DAS 740运行的环境的至少一部分中测量电参数的数据采集系统(DAS)740的图。DAS 740可以是如图5所示的DAS 521或图6中的DAS 640的实例。作为电流源630的实施方案的恒流源730向DUT 150提供激励电流。电池单元特定接口720是与DUT 150的物理接口，并且可以在接口板520中实现。DAS 740包括多路复用器(MUX)741以在模拟测量值中进行选择，例如DUT 150的电池单元电压和基于具有已知电阻的电流感测电阻器650两端的电压的电池单元电流，如上面参考图6所讨论的。DAS 740包括模数转换器(ADC)742以数字化模拟测量值(例如电压或电流)。在一个实例中，ADC 742可以使用精确电压参考(V_ref)和16MHz定时源750操作。在一个实例中，ADC 742被配置为以特定的采样率，例如每秒1250个样本(SPS)，连续提供数字化电压和电流样本。

在一个实例中，ADC 742被配置用于32位转换，其中28位由库仑计数器使用。在此数据速率和2.5V参考电压下，ADC 742安静(quiet)到大约20位，使得以1250SPS采集的样本可以安静到大约2ppm。之后的平均可以显著降低噪音。例如，即使是非常短的帧(2秒的周期)，每一半也有大约1250个样本。这种抽取大约相当于额外的4位分辨率。

DAS 740可以将数字化测量值输出到MCU 610。可以基于所述测量值生成各种指标和诊断信息(例如，由电池指标生成器534)，所述测量值包括每步施加的实际库仑、充电步骤的平均电压、放电步骤的平均电压、平均电池单元电势、由充电步骤计算的等效串联电阻、围绕电流切换对称计算的等效串联电阻、由放电步骤计算的等效串联电阻、积分值和系统控制器的比例项(即在PI控制器或PID控制器中的“P”和“I”项)等。电池指标的实例在下面讨论，例如参考图8、9和10A-10B。当平均电池单元电位与设定点基本相同时，可以确定系统处于控制状态。在控制时，平均比例项(P)变为零。

图8是通过示例而非限制的方式示出了在对被测电池执行的循环测试期间的电压和电流响应的曲线图，例如使用系统500获得的。作为示例而非限制，以下方法可用于组装被测电池。阴极油墨是使用Thinky ARE-500行星式混合器制成的。然后，将9.42克NMC532阴极、0.340克Timcal C65炭黑和0.240克PVDF添加到Thinky混合杯中。然后，添加6.85克NMP并将混合物以1000RPM旋转总共10分钟，其中添加两个短暂停顿以防止油墨过度加热。然后将阴极油墨浇铸在铝箔上，干燥并切成电极。

浇铸和干燥的阴极用于使用石墨阳极构建手工制作的袋状锂离子测试电池。脱气后，将组装电池填充电解质。本实例中使用的电解质是在碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的混合物(EC/EMC/DEC 3/5/2v/v)中的1M LiPF6，并包括1％的碳酸亚乙烯酯。

对如此制成的电池单元进行循环测试。将电池单元充电至4.3V并使用如上文参考图1和图5所述的循环库仑法进行测试。循环库仑法以60秒循环周期(30秒基本充电时间和30秒基本放电时间)和0.5C的C速率(即，2小时充电速率)运行。可以指示PI控制器将平均电池单元电压维持在4.3V(设定点)。将电池单元放入45℃的烘箱中并使其平衡。

可以连续监测平均电池单元电压、充电电压和放电电压，并且例如通过使用系统500获取数据。如图8所示，微控制器520(例如，PI控制器)调整时序变量以将输出平均电池单元电压维持在期望的设定电压。平均电池单元电压响应810保持在大约4.3V的设定点。在循环周期的前半段测量的平均充电电压响应820随时间增加。同样，在循环周期的后半段期间获得的平均放电电压响应830随时间降低。也就是说，平均充电电压和平均放电电压在循环测试期间都会随着时间的推移而增长。

也如图8所示，其是总库仑曲线840，代表在循环测试期间不同时间施加的累积电荷(第二Y轴上显示的刻度)。施加的总电荷随时间增加。施加的总电荷是每帧施加的总电荷(QPF)的总和。如以上参考图5所讨论的，QPF可以使用库仑计数器确定，或者替代地通过对与每帧所需的滴答数相对应的电流进行积分来计算，以将平均电池单元电压保持在设定水平(例如，在本例中为4.3V)，如在等式(1)中给出的。在一些实例中，如等式(3)和(4)中给出的，可以仅针对充电步骤或仅针对放电步骤计算施加的总电荷。可替代地使用等式(2)、(5)或(6)之一计算QPF。

可以使用总库仑曲线840确定施加的库仑率，其是用于循环库仑法的每个循环周期的有效充电或放电电流。应用的库仑率在循环库仑法的周期之间变化。有效库仑率可以跨循环周期平均。当待测电池稳定在设定的电池单元条件下时(例如，在此例中，电池的平均电池单元电压基本保持在4.3V的电压设定点)，维持平均稳定电池单元条件所需的循环库仑法的应用的库仑率称为该条件下的自放电率。在实例中，自放电率(或损失率)可以使用在特定时间的总库仑曲线840的斜率(dQ/dt)确定。在本实例中，在测试的较早阶段(例如，在100,000秒之前)比在测试的后期阶段(例如，在100,000秒之后)观察到总库仑曲线840的陡斜率，因此观察到更高的自放电率。这可能是因为随着时间的推移，电池单元慢慢地变得越来越高效，因为固体-电解质相界(SEI)进一步发展，或者阴极的反应性降低。

电压和电流响应，例如平均电池单元电压810、充电电压820、放电电压830和总库仑曲线840，可以在单独可寻址和指定的测试条件下获得。每个测试条件可以由一个或多个控制变量(例如，循环过程期间的C-速率、温度、电池单元电压设定点)表示，每个控制变量取多个值。例如，图8中所示的电压和电流响应是在由参数集定义的特定测试条件下获得的：(C速率＝0.5C，温度＝45℃，平均电压设定点＝4.3V)。可以在不同的测试条件下生成一组不同的电压或电流响应，例如通过改变C速率、温度或电池单元电压设定点中的一个或多个。

图9是通过示例而非限制的方式示出了被测电池单元的等效串联电阻(ESR，以欧姆为单位)相对于所施加的总电荷(由图8的总库仑曲线840表示的累积库仑)作图的曲线图，这两者都是使用如上文参考图7所述的循环测试的测量值确定的。可以使用在充电期间或放电期间的电池单元电压的变化和电流的变化(ΔI)确定ESR。在一个实例中，ESR可以使用平均充电电压(V_充电)820和平均电池单元电压(V_平均)810之间的差值与充电电流(I_充电)的比率来计算，如等式(7)中给出的。替代地，ESR可以使用平均放电电压(V_放电)830和平均电池单元电压(V_平均)810之间的差值与放电电流(I_方式)的比率来计算，如等式(8)中给出的。

ESR＝(V_充电-V_平均)/(I_充电) (7)

ESR＝(V_放电-V_平均)/(I_放电) (8)

平均电池单元电压V_平均代表整个循环周期的平均电压。在实例中，可以使用充电电压和放电电压的平均值确定V_平均。可选地，V_平均可以使用V_充电和V_放电的加权平均确定。V_充电和V_放电的权重因子可分别使用充电期间滴答数(N_滴答_充电)和放电期间滴答数(N_滴答_放电)各自确定，如等式(9)给出。

或者，用于计算ESR的电池单元电压可以使用充电周期的平均值或端电压(最大电压)和放电周期的平均值或端电压计算。在另一个实例中，可以通过计算关于电流开关关于时间对称的平均充电电压和平均放电电压来获得用于计算ESR的电池单元电压。在这些实例中，将V_充电和V_放电之间的差异除以二和施加的电流(I)，如等式(10)中给出的。

ESR＝(V_充电-V_放电)/(2*I) (10)

如图9所示，ESR随着电池单元中自放电反应的积累而增加。ESR曲线910的斜率代表每损失库仑的ESR变化率(dESR/dQ)，这是每个损失库仑对电池单元电阻的破坏程度的指标。在此循环测试中，循环时间设置为60秒。由于时间尺度，ESR的计算将提供在实际电荷转移期间电池单元的低频电阻的直接测量。鉴于循环寿命的经验相关性需要关于损失率和电荷转移电阻增长的数据，这里讨论的循环库仑法代表了对现有技术电池计量的重大改进。特别地，本文讨论的循环库仑法允许实验者测量作为损失库仑的函数的测试电池的ESR变化，该库仑法以连续方式有利地量化每个损失库仑对电池单元电阻的破坏程度。

如以上参考图8所讨论的，总库仑曲线840和从曲线840导出的自放电率可以在单独可寻址和指定的测试条件下获得。在一些实例中，可以在不同的测试条件下确定多个损失率。每个测试条件可由参数集表示，该参数集包括C速率值、温度测量值或电池单元电压设定点中的一个或多个，以及其他变量。每个参数可以采用多个值，例如多个C速率、多个温度或多个设定点电压。所得损失率可以表示为对一个或多个所述变量的参数化表示。在一个实例中，参数化表示包括多维阵列。在另一个实例中，参数化表示包括多维图，例如损失率曲线或损失率图或表面，其实例在下面参考图10A-10B讨论。

在一些实例中，损失率可以由将测试电池单元维持在设定点电势所需的每天电荷损失量(Ah/天)表示。传统上，储能的损失率用电压衰减来表示。电压衰减通常需要解释，因此不能提供快速简便的表示。相反，此处讨论的损失率图允许更容易地解释在不同测试条件下将测试电池单元保持在设定点电位所需的每天总电荷损耗(Ah/天)。

在一些实例中，可以在不同的测试条件下确定多个ESR变化率。每个测试条件可由参数集表示，该参数集包括C速率值、温度测量值或电池单元电压设定点中的一个或多个，以及其他变量。每个参数可以采用多个值，例如多个C速率、多个温度或多个设定点电压。所得ESR变化率可以表示为对一个或多个所述变量的参数化表示。参数化表示的实例包括多维阵列或多维图，例如以下参考图10C讨论的ESR变化率图。

图10A-10C通过示例而非限制的方式示出了在不同测试条件下计算的性能指标例如自放电率或ESR变化率的图形表示。特别地，图10A是说明在电池的循环测试期间获得的在不同施加的C速率下的损失率曲线1010的曲线图。在本例中，电池单元电压设定值为4.4V，循环测试在45℃的受控温度下进行。损失率曲线1010由每天的电荷损失量(Ah/天)表示，并且可以在不同的施加C速率下测量。图10A显示更高的C速率导致更多的电荷损失(Ah/天)以将测试电池单元保持在设定点电势。

图10B图示了在由不同C速率和不同电池单元电压设定点表示的各种测试条件下的自放电率(以mA为单位)的损失率图1020。单个电池单元与以上参照图8描述的类型相同。作为示例而非限制，自放电率可以在(1)四种不同C速率(0.25C、0.5C、0.75C和1C)中的一种和(2)四种不同电池单元电位(4.1V、4.2V、4.3V和4.4V)的一种的各种组合下测量。所得的损失率图1020显示在所研究的条件下，电池的放电率是电池单元电势的主要函数和C速率的次要函数。离散的C速率和离散的电池单元电位是作为示例而非限制。例如，可以生成具有更精细分辨率、更宽范围的C速率或不同平均电池单元电压设定点的损失率图。损失率图可以呈现为3D等高线图、曲面图、网格图等，或者2D彩色图或灰度图，其中自放电率可以用不同的颜色或灰度表示。

类似于损失率图1020中所示的在各种测试条件下可以计算的多个自放电率，可以在不同的测试条件下计算多个ESR变化率。图10C图示了ESR变化率图1030，其示出了在由不同C速率和不同电池单元电压设定点表示的各种测试条件下的ESR变化率(以欧姆/库仑为单位)。单个电池单元与以上参照图8描述的类型相同。在该非限制性实例中，ESR变化率可以从图9的每总应用库仑图的ESR斜率在(1)四种不同C速率(0.25C、0.5C、0.75C和1C)中的一种和(2)四种不同电池单元电位(4.1V、4.2V、4.3V和4.4V)的一种的各种组合下计算。所得ESR变化率图1030显示每损失库仑的ESR变化是所研究条件下电池单元电位和C速率的主要函数。离散的C速率和离散的电池单元电位是作为示例而非限制。例如，可以生成具有更精细分辨率、更宽范围的C速率或不同平均电池单元电压设定点的ESR变化率图。ESR变化率可以呈现为3D等高线图、曲面图、网格图等，或者2D彩色图或灰度图，其中自放电率可以用不同的颜色或灰度表示。

损失率图1020或ESR变化率图1030可以以每个数据点(例如，对应于特定C速率和特定电池单元电势的自放电率，或对应于特定的C速率和特定电池单元电势的ESR变化率)是从具有类似结构的不同电池单元中计算出来的方式产生，以检查滞后效应。例如，由于损失率图1020和ESR变化率图1030各有16个数据点对应16个测试条件(C速率和电池单元电位对)，16个电池可以映射到16个测试条件并在各自的测试条件下同时测试。然后从不同的电池中获得最终的16个数据点。这可以避免或显著减少滞后。在不同测试条件下重复测试一块电池时可能出现滞后现象。例如，如果在高电压下电池单元在一个测试条件下损坏，则从那时起，后续数据点可以系统地关闭。

损失率图1020或ESR变化率图1030可以在不同时间为电池单元生成，例如在电池老化之后。在一个实例中，可以生成新电池单元的初始图(初始损失率图或初始ESR变化率图)。然后，电池可以在烤箱中存放指定的时间段(例如，3-5天)，并且可以执行新的测试以生成新的损失率图或新的ESR变化率图。新生成的图与初始图的比较可用于表征电池特性随时间的变化。

图11是图示用于使用如参考图1讨论的循环库仑法来执行被测器件(DUT)的诊断测试的方法1100的实例的流程图。DUT的实例可以包括任何电化学电池单元，例如电池、燃料电池单元、液流电池单元或其他电化学电池单元。方法1100可以在诸如电池测试系统500的电池测试系统中实施并由其执行。在一个实例中，方法1100的至少一部分可以在诸如以上参考图1所讨论的循环库仑计之类的设备中实现。

方法1100开始于1110，其中DUT可以被加载到测试环境中，并且测试条件变量可以被编程到测试系统。测试环境可以是精确的温控环境，温度稳定在<±0.1℃。在一个实例中，DUT被加载到温控烤箱中。DUT可以与测试系统或设备(例如，电池测试系统500或循环库仑计系统100)接合，例如通过系统500的接口板520。DUT连接的实例可以包括2线、3线或4线连接，以及其他现有技术的连接配置。测试系统或设备可以用测试条件变量编程，例如通过监视器设备540的用户界面。例如，测试条件变量包括设定的电池单元电位，也称为DUT的电压设定点。在另一实例中，测试条件变量包括C速率。在又一实例中，测试条件变量包括测试环境的设定温度。测试条件变量的其他实例可以包括循环周期、基本充电时间和基本放电时间等。

在1120，电循环过程开始于在循环周期的充电步骤期间施加充电电流，随后在循环周期的放电步骤期间施加放电电流。充电和放电步骤可以持续指定的基本充电时间和指定的基本放电时间。基本充电时间和基本放电时间可以是可编程的。在一个实例中，基本充电时间和基本放电时间各为30秒，循环周期为60秒。30秒的充电步骤足够长以允许电压分布在电化学电池单元中完全发展。

充电电流和放电电流可以由电流源提供，例如电流源110。在实例中，电流源可以是被配置为提供单向电流的单个DC电流源。为了提供相反方向的对称充电电流和放电电流，电流的方向可以在特定的电流切换时间从正向流动(充电电流)到反向流动(放电电流)反转。反转电流方向可以通过使用例如切换电路120或其变型(例如，电流切换电路200或300)来实现，如上所述。电流对称的好处是充电周期中存在的偏移误差与放电周期中存在的相同偏移相抵消。使用单个电流源还有助于提高充电和放电步骤期间电流输出的稳定性。

在1130，可以在循环过程期间(例如，在DUT的充电或放电期间)测量一个或多个电参数。电参数的实例可以包括DUT的电压或电流响应，例如循环期间的平均或峰值电池单元电压、平均或峰值充电电压、平均或峰值放电电压、循环结束电压、循环周期的平均或峰值电流、平均或峰值充电电流、平均或峰值放电电流等。在实例中，可以使用DAS 521或其变型(例如，DAS 640或740)测量一个或多个电参数。测量的参数可以被预处理和数字化。

在1140，充电时间或放电时间中的一个或多个可以被调整以将测量的输出变量，例如DUT的平均电压，保持在预设的电池单元电压设定点。充电时间或放电时间的这种调整可以由例如过程控制器130或电流切换控制器533自动控制。在一个实例中，充电时间或放电时间的调整可以包括改变循环周期中充电和放电步骤之间的电流切换时序。在一个实例中，电流切换可以包括过量时间Δt加到或减自充电时间或放电时间。举例来说，如图4A-4E所示，充电时间或放电时间可以独立增加或减少该过量时间Δt。过量时间Δt可以用持续时间表示(例如，以msec或μsec为单位)，或者通过过量计时器滴答的计数表示。滴答具有切换定时器分辨率T的持续时间。在实例中，T大约为200nsec。因此可以实现对充放电循环(以滴答声或T增量为单位)的稳定、超微调。

在各种实例中，在1130处测量的一个或多个电参数可以包括循环周期期间DUT的电压或电流响应。监测到的电压或电流响应可用于在1140确定或更新电流切换时序(例如，过量充电时间Δt或过量计时器滴答计数)，以便将特定电参数(例如，平均电池单元电压)保持在特定设定点。在实例中，过量充电时间Δt或过量计时器滴答计数可以在测试开始时初始化为零。系统控制器，例如PI控制、PID控制以及其他前馈或反馈控制，可用于加速将测量的输出变量收敛到所需的设定点，而几乎没有过冲或振荡。电流切换时序(例如，过量充电时间Δt或过量计时器滴答计数)可以连续或定期更新。在实例中，电流切换时序(例如，过量充电时间Δt或过量计时器滴答计数)可以逐帧更新。在一些实例中，一个或多个输入变量可以另外用于控制充电时间或放电时间的调整。在一个实例中，可以监测电化学电池单元的温度。在另一实例中，可以测量或估计诸如DUT的荷电状态或健康状态之类的电池单元条件。这些监控变量中的一个或多个可另外用于更新过量充电时间Δt或过量计时器滴答计数，这可加速电化学电池单元向设定点平均电位的收敛。在一个实例中，可以使用电测量或电池指标和诊断信息来校正初始电流切换时序，以实现更快的控制。

在1150，可以使用测量的一个或多个电参数生成电池指标，例如使用电池指标生成器534。电池指标可以指示DUT的性能规格，或表征DUT的充电状态或健康状态。在实例中，电池指标包括在循环周期的指定部分期间施加的总电荷量。在实例中，电池指标可以包括自放电率(也称为损失率)，其可以基于随时间施加的总电荷的变化率来确定。在一些实例中，电池指标可以包括DUT的等效串联电阻(ESR)。电池指标的其他实例可包括每步应用的实际库仑、充电步骤的平均电压、放电步骤的平均电压、平均电池单元电势或系统控制器的比例和积分项(即PI控制器或PID控制器中的“P”和“I”相)等。生成电池指标的实例在下面讨论，例如参考图12和图13。

在1160，可以将生成的电池指标提供给用户或过程。在一个实例中，电池指标可以输出给系统用户，显示在诸如个人计算机(PC)或移动设备之类的监视器上。电池指标和诊断信息，任选地连同其他测量值，可以以文本、表格或图表的形式呈现。例如，如图8所示的施加的总电荷和自放电率、如图9所示的ESR曲线、和如图10A-10B所示的表示参数化的自放电率的损失率曲线或损失率图可以显示在输出设备上。系统用户可以基于电池指标采取进一步的行动(例如，生成电池诊断或执行进一步的测试)。

图12和13是说明使用循环测试期间取得的电测量(例如根据方法1100)产生各种电池指标的相应方法1200和1300的流程图。图12所示的方法1200在1210开始以确定每帧施加的总电荷量(QPF，以库仑为单位)。QPF可以使用库仑计数器确定，或者通过在整个帧内随时间积分施加的电流来计算，例如等式(1)给出的。在一个实例中，QPF可以根据充电期间施加的总电荷与放电期间施加的总电荷的差来确定，例如由等式(2)给出。在一个实例中，电池指标可以包括充电期间施加的总电荷量或放电期间施加的总电荷量，这可以分别根据等式(3)和(4)确定。在一个实例中，QPF可以通过使用充电和放电周期之间的过量滴答计数的差异来计算，如等式(5)中给出的，或者通过使用用于生成帧时序的PI或PID算法的积分值(INT)计算，如等式(6)中给出的。在1220，QPF可以形成随时间的趋势以生成相对于时间绘制的总库仑曲线，其实例在图8中示出。在1230，可以确定施加的库仑率(也称为自放电率)，例如使用特定时间的总库仑曲线的斜率(dQ/dt)。施加的库仑率表示保持系统处于控制状态所需的有效施加的电流(例如，输出平均电池单元电压保持在控制水平)。

自放电率表示将电化学电池单元的电池单元电压保持在特定设定点所需的施加电流。在一些实例中，施加的总电荷和自放电率可以在可单独寻址和指定的测试条件下确定。每个测试条件可由参数集表示，该参数集包括例如C速率值、温度测量值或电池单元电压设定点中的一个或多个，以及其他变量。每个参数可以采用多个值。所得损失率可以表示为对一个或多个所述变量的参数化表示。在一个实例中，参数化表示包括多维阵列。在另一实例中，参数化表示包括多维图，例如损失率曲线或损失率图或表面。

图13所示的方法1300在1310开始以确定每帧施加的总电荷量(QPF)。在1320，可以确定每帧的充电和放电期间DUT的等效串联电阻(ESR)。可以使用电池单元电压的变化(ΔV)(例如从平均充电电压820和平均电池单元电压响应810或平均放电电压830和平均电池单元电压810的差值获得)和施加的电流计算ESR，例如根据等式(7)和(8)。在一个实例中，用于计算ESR的平均电池单元电压可以由整个循环周期的平均电压表示。可以使用平均充电电压和平均放电电压的简单平均值确定平均电池单元电压。或者，平均电池单元电压可以使用充电期间的电池单元电压和放电期间的电池单元电压的加权平均值确定，例如根据等式(9)。在另一个实例中，可以使用仅充电周期或放电周期的平均或端电压确定用于计算ESR的电池单元电压。在另一个实例中，可以通过计算关于电流开关关于时间对称的平均充电电压和平均放电电压来获得用于计算ESR的电池单元电压，如等式(10)给出的。

在1330，可以生成ESR曲线。ESR曲线是相对于所施加的总电荷绘制的，图9中显示了其实例。在1340，可以确定每损失库仑的ESR变化率，其表示ESR变化相对于所施加的总电荷的变化率(dESR/dQ)。每个损失库仑的ESR变化率表明每个损失库仑对电池单元电阻的破坏程度。本文讨论的库仑法技术有利地以连续的方式量化每个损失的库仑对电池单元电阻的破坏程度。

在各种实例中，1200的方法和1300的方法可以是互补的。1340处每损失库仑的ESR变化率的信息是对每个损失库仑对电池单元性能的破坏程度的量度。在1230处施加的库仑率(自放电率)的信息是损失库仑产生率的量度。总之，由1200和1300的方法产生的电池指标提供了新的电池指标，以了解在单个可寻址负载条件(例如温度、C速率和电池单元电势)下的电池单元退化。

图14大体示出了示例机器1400的框图，在该机器上可以执行本文中讨论的任何一种或多种技术(例如，方法)。本描述的部分可以应用于循环库仑计系统100或电池测试系统500的各个部分的计算框架。

在替代性实施方案中，机器1400可作为独立装置操作或者可以连接(例如，联网)到其它机器。在联网部署中，机器1400可以在服务器-客户端网络环境中以服务器机器、客户端机器或两者的能力操作。在一个实例中，机器1400可以充当对等(P2P)(或其他分布式)网络环境中的对等机器。机器1400可以是个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、移动电话、网络设备、网络路由器、交换机或桥接器，或任何能够执行指令(顺序或其他)的机器，这些指令指定了该机器要采取的行动。此外，虽然仅示出了单个机器，但术语“机器”也应被视为包括单独或联合执行一组(或多组)指令以执行本文中讨论的任何一种或多种方法的机器的任何集合，例如云计算、软件即服务(SaaS)、其他计算机集群配置。

如本文所述，实例可包括逻辑或多个组件或机制，或可由其操作。电路集是在包括硬件(例如，简单电路、门、逻辑等)的有形实体中实现的电路的集合。电路集成员可以是随着时间和底层硬件可变性而灵活的。电路集包括在操作时可以单独或组合执行指定操作的成员。在实例中，电路组的硬件可以被不变地设计为执行特定操作(例如，硬连线)。在一个实例中，电路组的硬件可以包括可变连接的物理组件(例如，执行单元、晶体管、简单电路等)，包括物理修改的计算机可读介质(例如，不变质量粒子的磁、电、可移动放置等)以编码特定操作的指令。在连接物理组件时，硬件组件的基本电气特性发生变化，例如，从绝缘体变为导体，反之亦然。指令使嵌入式硬件(例如，执行单元或加载机制)能够通过可变连接在硬件中创建电路组的元件，以在操作时执行特定操作的部分。因此，当设备运行时，计算机可读介质通信地耦合到电路组元件的其他组件。在一个实例中，任何物理组件都可以用在一个以上电路组的一个以上元件中。例如，在操作中，执行单元可以在一个时间点在第一电路组的第一电路中使用并被第一电路组中的第二电路重用，或者被第二电路组中的第三电路在不同的时间点重用。

机器(例如，计算机系统)1400可以包括硬件处理器1402(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、硬件处理器核心或其任何组合)、存储设备例如机器可读介质1422(其可以包括主存储器1404、静态存储器1406或大容量存储器1408中的一个或多个)，其中一些或全部可以通过互连(例如，总线)1430相互通信。机器1400还可包括显示单元1410(例如，光栅显示器、矢量显示器、全息显示器等)、字母数字输入设备1412(例如，键盘)和用户界面(UI)导航设备1414(例如，鼠标)。在一个实例中，显示单元1410、输入设备1412和UI导航设备1414可以是触摸屏显示器。机器1400可以另外包括一个或多个传感器1416(例如全球定位系统(GPS)传感器、罗盘、加速度计或其他传感器)、信号生成设备1418(例如扬声器)和网络接口设备1420。机器1400可以包括输出控制器1428，例如串行(例如，通用串行总线(USB)、并行或其他有线或无线(例如，红外(IR)、近场通信(NFC)等)连接，以通信或控制一个或多个外围设备(例如，打印机、读卡器等)。

诸如机器可读介质1422之类的存储设备存储一组或多组数据结构或指令1424(例如，软件)，它们体现或被这里描述的技术或功能中的任何一个或多个使用。在机器1400执行指令期间，指令1424可以完全或至少部分地驻留在主存储器1404内、静态存储器1406内、大容量存储器1408内或硬件处理器1402内。在实例中，硬件处理器1402、主存储器1404、静态存储器1406或大容量存储器1408中的一个或任意组合可以构成机器可读介质。

虽然机器可读介质1422被示为单个介质，但术语“机器可读介质”可以包括被配置为存储一个或多个指令1424的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库或相关联的高速缓存和服务器)。

术语“机器可读介质”可以包括能够存储、编码或携带由机器1400执行的指令并且使机器1400执行本公开的任何一种或多种技术的任何介质，或者能够存储、编码或携带由此类指令使用或与此类指令相关联的数据结构的任何介质。非限制性机器可读介质实例可以包括固态存储器以及光学和磁性介质。在一个实例中，聚集机器可读介质包括具有多个具有不变(例如，静止)质量的粒子的机器可读介质。因此，聚集机器可读介质不是瞬时传播信号。聚集机器可读介质的具体实例可以包括：非易失性存储器，例如半导体存储设备(例如，电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和闪存设备；磁盘，例如内置硬盘和可移动磁盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。

指令1424可以进一步使用传输介质经由网络接口设备1420利用多种传输协议(例如，帧中继、网际协议(IP)、传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)、超文本传输协议

(HTTP)等)中的任何一种在通信网络1426上传输或接收。示例通信网络可以包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、分组数据网络(例如，因特网)、移动电话网络(例如，蜂窝网络)、普通老式电话(POTS)网络、和无线数据网络(例如，电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准系列，称为

IEEE 802.16标准系列，称为

)、IEEE 802.15.4标准系列、点对点(P2P)网络等。在一个实例中，网络接口设备1420可以包括一个或多个物理插孔(例如，以太网、同轴或电话插孔)或一个或多个天线以连接到通信网络1426。在实例中，网络接口设备1420可以包括多个天线以使用单输入多输出(SIMO)、多输入多输出(MIMO)或多输入单输出(MISO)技术中的至少一种进行无线通信。术语“传输介质”应被视为包含能够存储、编码或承载用于由机器1400执行的指令的任何无形介质，并且包含数字或模拟通信信号或用于促进这种软件的通信的其它无形介质。

各种实施方案在上面的图中示出。来自这些实施方案中的一个或多个的一个或多个特征可以组合以形成其他实施方案。

在此描述的方法实例可以至少部分地由机器或计算机实现。一些实例可以包括用指令编码的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作以配置电子设备或系统以执行如以上实例中所述的方法。这类方法的实现可以包括代码，例如微代码、汇编语言代码、高级语言代码等。这种代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的部分。此外，代码可以在执行期间或在其他时间有形地存储在一个或多个易失性或非易失性计算机可读介质上。

以上详细描述旨在是说明性的而非限制性的。因此，本公开的范围应当参考所附权利要求以及这些权利要求所享有的等效物的全部范围来确定。

Claims (46)

1.一种用于测试电化学电池单元的系统，包括：

电流发生器，其配置用于在循环周期内产生对称的充电电流和放电电流，以分别对所述电化学电池单元进行充电和放电；

循环库仑计，其包括：

控制器电路，其耦合到所述电流发生器，被配置为：

调整充电时间或放电时间中的至少一个，以将所述电化学电池单元的监测的电池单元电压控制朝向特定设定点；和

根据调整后的充电时间或调整后的放电时间中的至少一个，控制所述电流发生器以使用所述充电电流和所述放电电流对所述电化学电池单元进行电循环；和

测量电路，其被配置为测量一个或多个电参数，并使用所测量的一个或多个电参数生成所述电化学电池单元的性能指标。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述电流发生器被配置为使用单极直流源产生方波电流。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的系统，其中所述控制器电路被配置为通过改变用于从所述充电电流反转到所述放电电流的电流切换时序来调整所述充电时间或所述放电时间，所述充电电流和所述放电电流具有相反的电流方向。

4.根据权利要求3所述的系统，其包括电流开关电路，所述电流开关电路包括开关并且被配置为响应于来自所述控制器电路的控制信号：

仅闭合所述开关中的第一一个或多个以生成所述充电电流以给所述电化学电池单元充电；和

根据所述电流切换时序仅闭合所述开关的第二一个或多个以产生所述放电电流以对所述电化学电池单元放电。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述开关中的一个或多个是FET晶体管。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的系统，其中所测量的一个或多个电参数包括所述电化学电池单元的电压或电流响应，并且所述控制电路被配置为使用监测的电压或电流响应确定或更新所述电流切换时序。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制器电路包括比例积分(PI)控制器或比例积分微分(PID)控制器。

8.根据权利要求6-7中任一项所述的系统，其中所监测的电压或电流响应包括以下中的一个或多个：

包括调整的充电时间和调整的放电时间的整个帧的平均或峰值电池单元电压；

调整的充电时间内的平均或峰值电池单元电压；

调整的放电时间内的平均或峰值电池单元电压；

整个帧的平均或峰值电池单元电流；

调整的充电时间内的平均或峰值电池单元电流；或者

调整的放电时间内的平均或峰值电池单元电流。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的系统，其中所述控制器电路被配置为：

使用所监测的电压或电流响应确定所述电流切换时序，其包括确定过量充电时间或过量放电时间；和

将所述充电时间增加或减少所确定的过量充电时间，或者将基本放电时间增加或减少所确定的过量放电时间。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述过量充电时间或所述过量放电时间由每个具有指定切换定时器分辨率的持续时间的滴答计数表示。

11.根据权利要求6-10中任一项所述的系统，其中所述控制器电路被配置为进一步使用以下中的一个或多个确定所述电流切换时序：

电化学电池单元测试环境的环境温度信息；或者

所述电化学电池单元的电荷状态或健康状态。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的系统，其中所述测量电路包括性能指标生成器，其配置为：

确定在循环周期的至少一部分期间施加的总电荷量；和

使用确定的施加的总电荷量确定自放电率，所述自放电率代表将所述电化学电池单元的电池单元电压保持在所述特定设定点所需的施加电流。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述循环库仑计包括库仑计数器，所述库仑计数器被配置为测量在所述循环周期的指定部分期间施加的总电荷量。

14.根据权利要求12或13中任一项所述的系统，其中所述循环库仑计被配置为确定所施加的总电荷量，包括每帧所施加的总电荷量(QPF)。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述循环库仑计被配置为通过在帧内随时间积分施加的电流来确定QPF。

16.根据权利要求14所述的系统，其中所述性能指标生成器被配置为生成QPF随时间的趋势，并使用生成的QPF的趋势的斜率确定所述自放电率。

17.根据权利要求14所述的系统，其中所述循环库仑计被配置为：

确定仅在充电周期期间施加的第一总电荷量，以及仅在充电周期之后的放电周期期间施加的第二总电荷量；和

使用施加的第一总电荷量和施加的第二总电荷量之间的差确定QPF。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述循环库仑计被配置为仅在充电周期期间使用第一总滴答计数确定所施加的第一总电荷量，并且仅在放电期间使用第二总滴答计数确定所施加的第二总电荷量。

19.根据权利要求12-18中任一项所述的系统，其中所测量的一个或多个电参数包括所述电化学电池单元的电池单元电压，并且其中所述性能指标生成器被配置为使用(1)充电期间的充电电压或放电期间的放电电压中的至少一个和(2)施加的电流确定所述电化学电池单元的等效串联电阻(ESR)。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述性能指标生成器被配置为生成作为所施加的总电荷量的函数的ESR曲线，并使用施加的总电荷的特定量处的ESR曲线的斜率确定每损失库仑的ESR变化率。

21.根据权利要求20所述的系统，其中所述性能指标生成器被配置为：

确定不同测试条件下的多个ESR变化率，所述不同测试条件中的每一个由参数集表示，该参数集包括C-速率值、温度测量值或电池单元电压设定值中的一个或多个；和

生成所述参数集上多个ESR变化率的表示。

22.根据权利要求19所述的系统，其中所述性能指标生成器被配置为使用充电电压和平均电池单元电压之间的差异或放电电压与平均电池单元电压之间的差异中的至少一种确定所述电化学电池单元的ESR。

23.根据权利要求22所述的系统，其中所述性能指标生成器被配置为使用充电电压和放电电压的平均值或加权平均值确定平均电池单元电压。

24.根据权利要求12-23中任一项所述的系统，其中所述性能指标生成器被配置为：

确定不同测试条件下的多个自放电率，所述不同测试条件中的每一个由参数集表示，该参数集包括C-速率值、温度测量值或电池单元电压设定值中的一个或多个；和

生成所述参数集上多个自放电率的表示。

25.根据权利要求24所述的系统，其中所述多个自放电率的表示包括二维或多维阵列，或者二维或多维图。

26.根据权利要求1-25中任一项所述的系统，包括与所述循环库仑计通信耦合的输出设备，所述输出设备配置为显示测量的一个或多个电参数或所述电化学电池单元的生成的性能指标。

27.根据权利要求26所述的系统，其中所述输出设备被配置为显示多个测试条件下的多个自放电率或多个测试条件下的多个ESR变化率中的一个或多个。

28.根据权利要求27所述的系统，其中所述输出设备被配置为显示三维(3D)损失率图，

该图表示多个测试条件下的多个自放电率，每个测试条件由从所述参数集选择的两个参数表示。

29.根据权利要求27所述的系统，其中所述输出设备被配置为显示三维(3D)ESR率图，

该图表示多个测试条件下的多个ESR变化率，每个测试条件由从所述参数集选择的两个参数表示。

30.一种测试电化学电池单元的方法，包括：

经由电流发生器，通过在循环周期中施加充电电流持续充电时间和放电电流持续放电时间，对所述电化学电池单元进行电循环，所述充电电流和所述放电电流是对称的并且具有相反的方向；

在所述电化学电池单元的电循环期间，经由测量电路，测量一个或多个电参数；

经由控制器电路，调整所述充电时间或所述放电时间，以控制所述电化学电池单元的监测的电池单元电压朝向特定设定点；和

经由测量电路，使用测量的一个或多个电参数，生成所述电化学电池单元的性能指标。

31.根据权利要求30所述的方法，其中调整所述充电时间或所述放电时间包括更新电流切换时序以用于从所述充电电流反转到所述放电电流。

32.根据权利要求31所述的方法，其中所测量的一个或多个电参数包括所述电化学电池单元的电压或电流响应，并且其中更新所述电流切换时序是通过使用监测的电压或电流响应。

33.根据权利要求31或32中任一项所述的方法，其中调整所述充电时间或放电时间包括将所述充电时间增加或减少过量充电时间，所述过量充电时间由每个具有指定切换定时器分辨率的持续时间的滴答计数表示。

34.根据权利要求31-33中任一项所述的方法，其中调整所述充电时间或放电时间包括将所述放电时间增加或减少过量放电时间，所述过量放电时间由每个具有指定切换定时器分辨率的持续时间的滴答计数表示。

35.根据权利要求30-34中任一项所述的方法，其中生成所述性能指标包括：

确定在循环周期的指定部分期间施加的总电荷量；和

使用确定的施加的总电荷量确定自放电率，所述自放电率代表将所述电化学电池单元的电池单元电压保持在所述特定设定点所需的施加电流。

36.根据权利要求35所述的方法，其中所施加的总电荷量包括对应于帧时间的每帧施加的总电荷(QPF)，并且其中确定所述自放电率包括使用QPF趋势随时间的斜率。

37.根据权利要求36所述的方法，其中确定QPF包括在帧内随时间对施加的电流进行积分。

38.根据权利要求36所述的方法，其中确定QPF包括：

确定仅在充电周期期间施加的第一总电荷量，以及仅在充电周期之后的放电周期期间施加的第二总电荷量；和

使用施加的第一总电荷量和施加的第二总电荷量之间的差确定QPF。

39.根据权利要求38所述的方法，其中通过仅在充电期间使用第一总滴答计数确定施加的第一总电荷量，并且通过仅在放电期间使用第二总滴答计数确定施加的第二总电荷量。

40.根据权利要求35-39中任一项所述的方法，其中所测量的一个或多个电参数包括所述电化学电池单元的电池单元电压，并且其中生成所述性能指标包括使用(1)充电期间的充电电压或放电期间的放电电压中的至少一个和(2)施加的电流确定所述电化学电池单元的等效串联电阻(ESR)。

41.根据权利要求40所述的方法，其中生成所述性能指标包括：

生成ESR曲线作为施加的总电荷量的函数；和

使用施加的总电荷的特定量处的ESR曲线的斜率确定每损失库仑的ESR变化率。

42.根据权利要求41所述的方法，包括：

确定不同测试条件下的多个ESR变化率，所述不同测试条件中的每一个由参数集表示，该参数集包括C-速率值、温度测量值或电池单元电压设定值中的一个或多个；和

生成所述参数集上多个ESR变化率的表示，该表示包括二维或多维阵列，或二维或多维图。

43.根据权利要求35-42中任一项所述的方法，其中生成所述性能指标包括：

确定不同测试条件下的多个自放电率，每个测试条件由参数集表示，该参数集包括C-速率值、温度测量值或电池单元电压设定值中的一个或多个；和

生成所述参数集上多个自放电率的表示，该表示包括二维或多维阵列，或二维或多维图。

44.根据权利要求43所述的方法，包括在用户界面上显示测量的一个或多个电参数或测量的性能指标中的一个或多个。

45.至少一种包括指令的机器可读介质，当由机器执行所述指令时，所述指令使所述机器执行权利要求30-44的方法中的任一个。

46.一种用于测试电化学电池单元的系统，所述系统包括用于执行权利要求30-44中任一项的方法的装置。

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