CN115777167A - 用于电池胞元的阻抗测量的系统和方法 - Google Patents

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约翰·理查·豪利特三世
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Abstract

公开一种用于基于施加或将施加到电池胞元的电荷信号来确定一或多个电池胞元的复阻抗特性的系统。实施方案可包含测量电池胞元的阻抗以在一些例子中确定频率分量或谐波，其限定用于对所述电池胞元充电的波形形状的至少一部分。在一个实施方案中，可从正施加到所述电池胞元的离散电荷周期或从施加到所述电池胞元的多个离散电荷周期测量或估计所述电池胞元处的所述阻抗。在电压波形和电流波形的幅度分量和时间分量之间的所测量差可用于确定或估计所述电池胞元处的所述阻抗的量值、相移值、实值和/或虚值。

Description

用于电池胞元的阻抗测量的系统和方法
相关申请案的交叉引用
此专利合作条约(PCT)申请案涉及且根据35U.S.C.§119(e)主张2020年5月21日申请的名称为“用于电池胞元的阻抗测量的系统和方法(Systems and Methods forImpedance Measurement of a Battery Cell)”的美国专利申请案第63/028,426号的优先权，所述申请案的全部内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明的具体实例通常涉及用于对一或多个电池胞元充电的系统和方法，且更具体来说，涉及用于确定电池胞元的阻抗的方法，所述阻抗确定用于优化电荷信号以对一或多个电池胞元充电。
背景技术
许多电动装置，例如电动工具、真空装置、任何数目的不同便携式电子装置和电动车辆，使用可再充电电池作为操作电源。可再充电电池受到有限电池容量的限制且在耗尽后必须再充电。对电池再充电可能不方便，因为供电装置必须通常在对电池再充电所需的时间期间静止。在车辆电池系统和类似较大容量系统的情况下，再充电可花费数小时。因而，已投入大量精力开发用以减少对电池再充电所需的时间的充电技术。然而，快速再充电系统通常需要昂贵的高功率电子器件用于输送高水平的充电电流，以及用于防止过度充电和对工作电池造成的损坏的电流限制和过电压电路系统。较慢再充电系统成本较低，但会延长再充电操作，从而破坏快速返回到服务的基本目标。
基于电池系统的充电和放电循环、放电和过度充电的深度以及其他可能的因素，电池系统也倾向于随时间推移而退化。因此，类似于充电速度，努力优化充电以最大化电池寿命，而不是在使用尽可能多的电池容量时对电池过度放电或对电池过度充电。通常这些目标是不一致的，且充电系统被设计成以其它属性为代价来优化一些属性。
正是考虑到这些观察结果，以及其它观察结果，构思和开发了本公开的各方面。
发明内容
本公开的一个方面涉及一种监测电化学装置的方法。方法可包含以下操作：经由处理装置获得施加到电化学装置的电荷波形的电压幅度和电流幅度的多个测量值；计算各自包括电压幅度测量值和对应电流幅度测量值的多个阻抗比；以及基于多个比率的子集的总和，获得电化学装置的复阻抗特性。
本公开的另一方面涉及一种用于对电化学装置充电的方法。方法可包含以下操作：基于第一电荷波形的测量值，获得电化学装置的复阻抗特性；以及基于所获得的复阻抗特性，调整第二电荷波形的方面。
本公开的又另一方面涉及一种对电化学装置充电的方法。方法可包含以下操作：对于用于对电化学装置充电的电荷波形，所述电荷波形包括限定的谐波分量；响应于电荷波形而获得指示流向电化学装置的电流的代表值，所获得的代表值与限定的谐波相关；以及基于代表值更改电荷波形的属性。
附图说明
本文中阐述的本公开的前述和其它目标、特征和优点应从如随附图式中所示出的那些发明性概念的特定具体实例的以下描述中显而易见。图式仅描绘本公开的典型具体实例，且因此不应被视为在范围上具有限制性。
图1A为示出根据一个具体实例的用于利用电荷信号整形电路对电池胞元充电的电路的示意图。
图1B为根据一个具体实例的电池胞元的电荷信号和电荷信号的分量谐波的信号图。
图1C为根据一个具体实例的电池胞元的所测量实阻抗值与施加到电池胞元的电荷信号的对应频率的曲线图。
图2为根据一个具体实例的响应于电压控制的离散电荷周期的电池胞元两端的电流的所测量变化的信号图。
图3为示出根据一个具体实例的用于基于电池胞元处的波形的所测量特性而在不同时间确定电池胞元的阻抗的方法的流程图。
图4A为根据一个具体实例的响应于第一所施加电压离散电荷周期的电池胞元两端的电流的所测量变化的信号图。
图4B为根据一个具体实例的响应于第二所施加电压离散电荷周期的电池胞元两端的电流的所测量变化的信号图。
图4C为根据一个具体实例的响应于第三所施加电压离散电荷周期的电池胞元两端的电流的所测量变化的信号图。
图5为根据一个具体实例的响应于电压控制的离散电荷周期的电池胞元两端的电流的所测量变化的信号图。
图6A为根据一个具体实例的响应于电压控制的离散电荷周期的电池胞元两端的电流的所测量变化的第二信号图。
图6B为根据一个具体实例的响应于电压控制的离散电荷周期的电池胞元两端的电流的所测量变化的第三信号图。
图7为示出可用于实施本公开的具体实例的计算系统的实例的图。
具体实施方式
根据本公开的各方面，获得指示对施加到电池的电荷信号的复阻抗的信息且使用此阻抗来优化施加到电池的电荷信号是有益的。本公开的各方面利用这样的概念，即常规充电技术通常伴随着不受控制的谐波，且此类谐波更改对正施加到电池的电荷信号的阻抗。此外，各种谐波通常增加对正施加到电池的信号的阻抗，对充电效率、容量保持和循环寿命具有有害影响。类似地，谐波可能降低相对于所施加充电功率存储在电池中的化学能的量，以及在离散电荷周期方法的情况下的总导纳。本公开的各方面涉及优化对应于与电池胞元的最小实值或电阻值和/或最小虚值或电抗阻抗值相关联的一个谐波或多个谐波的电荷信号。此电荷信号可通过减少由于电池胞元的电极处的高阻抗所造成的损失能量来提高对电池胞元充电时的效率。与电池胞元的电极处的高阻抗相关联的电荷信号可能导致许多低效率，包含容量损失、热量产生、整个电池胞元的电动力活动的不平衡、电荷边界处的不合需要的电化学响应以及对电池胞元内的材料的损坏，这可能损坏电池且降低电池胞元的寿命。此外，随着电容充电和扩散过程的开始，冷启动具有离散电荷周期的快速上升前边缘的电池会引入有限的感应电流活动。在此时间期间，近端锂将发生反应且被快速消耗，留下不想要的副反应和扩散受限条件的时段，这不利地影响胞元及其组件的健康。
此外，电池胞元的充电状态、温度和其它因素的改变可更改电池胞元的电极处的阻抗。因此，在充电期间，电池胞元处的阻抗可随着电池胞元加热和/或电池胞元的充电状态增加而随时间变化。因此，除了理解正在充电的电池胞元的阻抗特性，亦随着电池胞元的阻抗分布的改变，在充电顺序的不同时间或阶段测量电池胞元的阻抗可进一步改进电池胞元的充电。此外，基于此类阻抗改变更改充电特性可进一步以各种方式有益于电池系统。
因而，本文中公开用于基于施加或将施加到电池胞元的电荷信号确定一或多个电池胞元的复阻抗特性的系统和方法。实施方案可包含测量电池胞元的阻抗以在一些例子中确定限定用于对电池胞元充电的波形形状的至少一部分的频率分量或谐波。尽管本文中通常论述为离散电荷周期或电荷脉冲，但电荷波形可为任何形式或形状且可包含周期性部分和非周期性部分。因而，本文中所描述的系统和方法可应用于包含至少一个谐波的任何类型的电荷信号。可以多种方式或方法获得电池胞元的阻抗值，包含实分量值和/或虚分量值。应了解，本文中对阻抗的引用可指以极性形式表示的复阻抗，其中量值表示电池胞元两端的电压幅度与通过电池胞元的电流幅度的比率，且相位值表示电流与电池胞元处的电压超前、滞后或同相的相移。本文中对阻抗的引用还可指以笛卡尔形式表示的从极性形式导出的复阻抗，其中实分量或值表示电池胞元处的电阻，且虚分量表示电池胞元处的电抗。尽管本文中可使用具有实分量和虚分量的笛卡尔形式的阻抗的使用来提供更容易的理解，但所描述的系统和方法可从电池胞元两端的电压幅度与通过电池胞元的电流幅度的比率(或阻抗的量值)和电流信号相对于电压信号的相位差(或阻抗的相移)来确定此类值。在其它例子中，可测量、确定或估计电池胞元的不同特性。举例来说，可在电池胞元的充电期间测量或获得电池胞元的单独或组合的电导和/或电纳或任何其它导纳方面。可获得和/或估计电池胞元的另外其它特性，例如输送的功率、电压测量值、电流测量值等。本文中所描述的系统和方法可响应于电荷波形且基于电荷波形的所限定谐波的一些方面而测量或以其它方式获得导纳、功率或指示流向电化学装置的电流(例如，进入装置的充电电流)的其它代表值的此类值，且使用此类值定制电荷信号。在一个实例中，波形的定制涉及基于一或多个此类代表值来优化且限定波形的谐波特征。
在一个实施方案中，可从正施加到电池胞元的电荷波形的离散电荷周期或从施加到电池胞元的多个离散电荷周期测量或估计电池胞元处的阻抗。举例来说，可测量和/或估计电池胞元处的电荷信号的电压分量和电流分量的幅度分量和时间分量的各方面。在另一实例中，可测量和/或估计在多个离散电荷周期内或在不同时间处的电荷信号的电压分量和电流分量的幅度分量和时间分量的各方面。因此，本文中参考在电荷波形的一个离散电荷周期期间获得的测量值所论述的各方面可类似地应用于在多个离散电荷周期内或在电荷波形的其它不同时间处获得的测量值。在电压波形和电流波形的幅度分量和时间分量之间的所测量差可用于确定或估计电池胞元处的阻抗的量值、相移值、实值和/或虚值。在一个实例中，可从电荷离散电荷周期的前边缘处的差确定实阻抗值和虚阻抗值，所述电荷离散电荷周期由已知谐波限定，其中在谐波/波形边缘的一或多个已知点处取得电压波形和电流波形的幅度的差异。类似地，阻抗的各方面可从电荷波形的其它点处的电压部分和电流部分的幅度测量值近似。在又其它实施方案中，可基于应用于测量值的加权值来调整电荷信号的电压波形和电流波形的各种测量值。一般来说，可确定或测量电荷信号的电压波形和电流波形的若干方面以确定或估计电池胞元处的阻抗。在另一实施方案中，可经由数字处理系统获得且分析电荷信号的电压部分和电流部分的数百或数千个测量值。一般来说，对波形的更多测量可提供波形对电池胞元的阻抗的影响的更准确分析，以更好地确定阻抗的频率效应，且基于频率设计波形。
在一个特定例子中，电荷波形可施加到电池胞元，且可测量或估计与波形的不同部分相关联的参数。可从波形的所测量部分计算一或多个关键阻抗参数。在一些例子中，可经由处理器确定关键阻抗参数，所述处理器配置成从在电荷波形的各个区段处的电池胞元处的所测量阻抗来计算或估计各种关键阻抗参数。单独的控制过程可基于关键阻抗参数调整和/或优化电荷波形的分量。各控制器可表示一个单独的过程，用于同时或依序个别地优化波形的不同部分。举例来说，可对阻抗参数中的一或多者进行加权，且可从加权阻抗值确定分数、误差、概率或其它反馈测量值。通过调整波形特征，可增加反馈测量值，直到达到优化或最高分数为止。当达到优化反馈测量值时，控制器可基于计算的反馈测量值来控制电荷波形。电荷波形的控制器可与规则同时或以预定义顺序(其可在由编程规则定义的某些触发的情况下被覆写)动作。
图1A为示出根据一个具体实例的用于对电池胞元104再充电的实例充电电路100的示意图。一般来说，电路200可包含电源102，其可为电压源或电流源。在一个特定具体实例中，电源102为直流电(DC)电压源，但还涵盖交流电(AC)源。一般来说，电源102供应用于对电池胞元104再充电的充电电流。在一些实施方案中，图1A的电路100可包含在电源102与电池胞元104之间的电荷信号整形电路106以使用于对电池胞元104充电的电荷信号的一或多个波形成形。电路控制器110可与电荷信号整形电路106通信且将一或多个输入提供到电荷信号整形电路106以控制电荷信号的波形的成形。电荷整形电路106的一个特定实施方案更详细地描述于名称为“用于电池充电的系统和方法(Systems and Methods for BatteryCharging)”的共同申请的美国非临时申请案17/232,975中，所述申请案的全部内容以引用方式并入本文中。
在一些例子中，电路控制器110可控制电荷整形电路106以基于电池胞元104的一个或阻抗测量值或其它特性来使电荷信号的波形成形。举例来说，可控制电荷信号整形电路106以更改来自电源102的能量以产生至少部分地对应于与电池胞元104的最小实阻抗值、最小虚阻抗值、最大电导值、最佳电纳值等相关联的谐波的电荷波形。因而，电路控制器110可与连接到电池胞元104的阻抗测量电路108通信以测量胞元电压和充电电流，以及例如温度的其它胞元属性，且测量或计算胞元104的电极两端的阻抗。在一个实例中，可基于所施加波形测量阻抗，且可包含实值或电阻值和虚值或电抗值。在另一实例中，可基于所施加波形测量阻抗，且可包含从电压幅度与电流幅度的比率确定的量值且从电流信号相对于电压信号的滞后确定的相移值。一般来说，电池胞元或胞元104的阻抗可基于胞元的化学特征的许多物理而变化，包含胞元的数目和配置、胞元的充电状态和/或温度。因而，阻抗测量电路108可由电路控制器110控制以在对胞元的再充电期间以及其它时间来确定电池胞元104的各种阻抗值，且将所测量阻抗值提供到电路控制器110。在一些例子中，电池胞元104的所测量阻抗的实分量可由电路控制器提供到电荷信号整形电路106，使得来自电源102的能量可成为对应于与电池胞元104的最小实阻抗值相关联的谐波的一或多个电荷波形。在另一实例中，电路控制器110可基于所接收实阻抗值产生一或多个控制信号，且将那些控制信号提供到电荷信号整形电路106。在其它功能当中，控制信号可使电荷波形成形以包含对应于实阻抗值的谐波分量。
从常规电源产生的波形可包括多个谐波分量。举例来说，图1B示出可应用以对电池胞元104充电的波形120的顺序的实例。波形信号120包括不同频率的若干正弦信号或谐波。在所示出的实例中，波形信号120为第一频率的正弦信号122、第二频率的正弦信号124、第三频率的正弦信号126和第四频率的正弦信号128的求和。在任何给定情形中，更多或更少的频率分量是可能的，且仅出于说明和实例的目的使用四的实例。正弦谐波122到128的组合包括图1B的波形信号120。本公开的各方面涉及控制此信号中的波形的形状，包含谐波的量值和定时，且使用所述成形的信号来对电池胞元充电，其中可通过谐波或谐波分量的组合创建波形的各个方面，例如前边缘、主体和/或后边缘。如名称为“用于电池充电的系统和方法”的共同申请的美国非临时申请案17/232,975中所解释，由于施加波形信号120的电池胞元104处的阻抗可取决于电荷信号内含有的谐波或频率。举例来说，对于所谓的方波信号，信号可包含脉冲序列，而非设置的DC电压电平的序列，各脉冲由如关于图1B引入的各种频率谐波组成。此外，如果在充电时施加此不受控制的脉冲信号，那么脉冲的不受控制的隐含谐波可与电池胞元104处的相对较高阻抗相关联，从而降低对电池胞元104充电的方波的效率。因而，产生电荷信号或使电荷信号成形以移除或减小电池胞元104处存在高阻抗的谐波可改进对电池充电的效率、减少在充电期间产生的热量、减少对阳极或阴极的损坏、减少充电时间、允许使用更多容量和/或增加电池寿命。
图1C为示出在电池胞元104的实阻抗值(轴134)与施加到电池胞元的电荷信号中包含的对应谐波(示出为对数频率轴(轴136))之间的关系的曲线132。曲线138示出在可作为电荷信号施加的电荷信号的正弦分量的各种频率下电池胞元104的电极两端的实阻抗值。如所展示，实阻抗值138可基于电荷信号的频率而变化，其中相对较低阻抗以较低频率位于初始较高阻抗之间，且接着实阻抗值在高于找到最低阻抗的频率的谐波处相对快速增加。电池胞元104的实阻抗值的曲线138指示对应于标记为fMin的特定电荷信号频率142的最小实阻抗值140。电池胞元104的实阻抗值138的曲线可取决于胞元的许多因素，例如电池化学物质、充电状态、温度、电荷信号的组成等。因此，对应于电池胞元104的最小实阻抗值140的频率fMin 142可类似地取决于充电下的特定电池胞元104的特性。频率fMin 142可对应于电池胞元104的其它方面，例如电池组中的胞元的配置和在电池组中的胞元之间的连接。
在一个实施方案中，电荷信号整形电路106可响应于来自电路控制器110的一或多个控制信号而提供与图2中所示出的电荷离散电荷周期类似的电荷离散电荷周期。图2为根据一个具体实例的响应于施加到电池胞元的电荷信号的电池胞元两端的所测量电压降202(示出为标记为“V”的实线202)和电池胞元处的所测量电流204(示出为标记为“I”的虚线204)相对于时间206的信号图。一般来说，电荷信号整形电路106可控制电池胞元两端的电压202以包含倾斜的前边缘209(有时对应于与电池胞元处的阻抗测量值相关联的谐波)、恒定或接近恒定的主体部分203(对应于电源102的电压上限)和急剧的下降边缘205。然而，对于电路100的受电压控制的变化形式，离散电荷周期201的电流204分量可滞后于电压分量202。更特别地，在离散电荷周期201的下降边缘205处将到电池的电压202移除之后，电池胞元处的电流204可能花费一些时间返回到零。由于电池处的电流204返回到零的此延迟可能将额外低效率添加到离散电荷周期，因此离散电荷周期201的一些实施方案可包含被控制以驱动低于转变电压的在图2中表示为离散电荷周期的部分214的电压的电荷信号的电压202，所述转变电压对应于电池胞元处的零电流。一般来说，转变电压为进入电池的电流被反向的电荷信号的电压，且可类似于电池胞元的浮动电压。特别地，与没有此形状的离散电荷周期相比，在离散电荷周期的下降边缘205之后的一段时间内驱动低于转变电压的电压214可以更快速率将电流204驱动到零安培。可由电路控制器110确定或设置持续时间TT216以使电池胞元104处的电流204返回到零安培的时间最小化，在所述持续时间TT 216期间，电压214被控制低于对应于零电流的转变电压。一旦电流204已在特定静止周期内返回到零安培，则另一离散电荷周期201可施加到电池胞元104。在另一例子中，除了在下一个离散电荷周期201被施加到电池胞元104之前电流204返回到零安培，静止电压230亦可在没有外部控制的情况下稳定。在任一例子中，可能需要最小化或控制在施加另一电荷离散电荷周期之前在离散电荷周期201的末端处出现的放电的量。
如上文所提及，电路控制器110可控制阻抗测量电路108以测量电池胞元104处的阻抗，且使用此类测量值控制电荷信号整形电路106以基于所测量阻抗产生一或多个额外或未来的电荷离散电荷周期。特别地，由于电池胞元104处的阻抗可对应于电荷信号中包含的谐波，因此可通过将电荷信号中的谐波限制于频率fMin 142处或附近的谐波来提高对电池胞元充电的效率。为了产生此电荷信号，图1A的电路可配置或设计成在离散电荷周期期间或在多个离散电荷周期内的各个点处获得电池胞元104处的阻抗值以确定电池胞元104的阻抗分布且作为响应调整额外或未来的电荷周期。在其它实例中，电路控制器110可控制阻抗测量电路108以获得电池胞元104的其它特性和/或施加到电池胞元的电荷信号，且使用所获得特性来估计电池胞元处的阻抗。举例来说，可基于由阻抗测量电路108在电池胞元处测量的电压波形202和/或电流波形204的幅度特征和时间特征来测量或估计电池胞元104的阻抗值。此外，可在一个所施加离散电荷周期或多个所施加离散电荷周期的不同区段处测量波形202、204的幅度特征和时间特征以确定或估计电池胞元104处的阻抗。电池胞元104的所确定或所估计阻抗值可接着由电路控制器110使用以调整电荷信号的未来离散电荷周期201，以提高电荷信号对电池胞元104再充电的效率。
特别地，图3为示出根据一个具体实例的用于基于电池胞元处的波形的所测量特性而在不同时间确定电池胞元的阻抗值的一种方法的流程图。所述方法的操作可由阻抗测量电路108的组件执行，可能响应于由电路控制器110提供的一或多个控制信号。然而，电路100的其它组件可执行方法300的操作中的一或多者。此外，可通过一或多个硬件组件、一或多个软件程序或硬件与软件组件的组合来获得波形的测量值。此外，可不执行所描述的操作中的一或多者，且可以任何次序执行操作。
从操作302开始，阻抗测量电路108可在将离散电荷周期施加到电池胞元104期间的不同时间来获得电池胞元104处的电压波形和电流波形的幅度测量值和/或时间测量值。如上文所解释且使用图2的电压波形202和电流波形204作为实例，可通过电荷信号整形电路106将电压波形(例如，波形202)或电流波形(例如，波形204)提供到电池胞元104。在所展示的特定实例中，图1A的电路100可包含电压控制组件，使得电压波形202控制电池胞元104的再充电。在替代实施方案中，电路100可包含电流控制组件，使得电荷信号整形电路106使电流波形成形以对电池胞元104再充电。不管所施加的波形类型如何，可确定或测量电池胞元104两端的电压降和在不同时间且响应于施加到电池胞元的离散电荷周期的电池胞元处的所测量电流。在一个特定实施方案中，阻抗测量电路108可在第一时间218获得第一电压测量值V0且可获得第一电流测量值I0。在一个实施方案中，第一时间218可与在将离散电荷周期201施加到电池胞元104之前电池胞元104处的电流为零安培的时间相关。尽管在时间218处的电流可为零安培，但电压V0可为电池胞元104的浮动电压。此外，尽管以相同方式示出，但电压分量202和电流分量207的表示值可被缩放和重叠，使得信号可以相同曲线示出，尽管以不同单位测量。举例来说，x轴206可表示电流曲线207的零安培和电压曲线202的转变电压值(在一些例子中大于或小于零值)。
可在对应于离散电荷周期201的波形的稍后时间进行额外电压测量和电流测量。特别地，阻抗测量电路108可在电压波形202的前边缘209的峰值处测量电压V1 220。另外，阻抗测量电路108可测量在初始电压测量值V0与出现电压V1 220的时间之间的时间差T1-V。如下文所解释，时间差T1-V可用于确定电池胞元104处的阻抗的电抗值或相移值。以类似方式，阻抗测量电路108可在电流波形207的前边缘211的峰值处测量电流I1 222。此外，阻抗测量电路108可测量在初始电流测量值I0与出现电压I1 222的时间之间的时间差T1-I。在此所示出实例中，电流波形204相对于受控制的电压波形202延迟，使得在T1-V之后出现T1-I。可在离散电荷周期201的下降边缘205处取得电压波形202和电流波形204的额外幅度值。特别地，阻抗测量电路108可在离散电荷周期201的下降边缘205出现时测量电压V2 212和电流I2224。一般来说，由于电池胞元104处的阻抗，将离散电荷周期201的不到全部电压202转换成充电电流204，使得在电池胞元104处的所施加电压与所接收电流之间存在一些差异。
阻抗测量电路108仍可进行额外时间测量。在一个例子中，当电流波形204返回到零安培时，可获得电压V3和在初始电压测量值V0与出现电压V3的时间之间的时间差T2 226。在一些例子中，时间差T2 226可称为衰落时间，作为使电流波形204达到零安培的时间的度量。在一些例子中，电压V3可低于电池胞元104的转变电压以帮助将电流驱动到零安培。然而，可控制电池胞元104的电荷信号以等待直到电池胞元104处的电压和电流返回到与零安培和电池胞元的转变电压处的电压对应的静止状态为止。因此，阻抗测量电路108可进一步测量在初始电压测量值V0与电压波形202返回到转变电压且电流波形204返回到零安培所在电压下的时间之间的时间差T3 228。在一些例子中，可在为电池胞元104产生额外离散电荷周期之前将额外静止周期添加到电荷信号以防止电荷信号的低效率。
应了解，可由阻抗测量电路108或电路控制器110测量或确定电压波形202和电流波形204的任何数目和类型的特性。举例来说，可测量电压波形202的其它幅度和/或电流波形204的幅度，且可确定此类幅度出现的时间差。此外，进行测量的离散电荷周期201的点可取决于电路100对离散电荷周期的整形，因为测量可用于确定经成形电荷周期的特性，如下文更详细地描述。
在操作304中，阻抗测量电路108或电路控制器110可基于电荷波形201的所测量特性来计算或估计电池胞元的一或多个阻抗特性。此外，电池胞元响应的所计算或所估计的阻抗特性或其它特性可对应于离散电荷周期201的不同区段或部分。举例来说，阻抗测量电路108可确定在V1 220和I1 222处测量的幅度值的比率，以估计离散电荷周期201的前边缘部分209的峰值处的实阻抗值或阻抗量值。在一个实施方案中，可基于ZR_EDGE＝(V0-V1)Z(I0-I1)来计算峰值处的实阻抗值。以类似方式，阻抗测量电路108可确定V2 212和I2 224的幅度值的比率以通过等式ZR_BODY＝(V0-V2)/(I0-I2)来估计离散电荷周期201的主体部分的末端处的实阻抗值或阻抗量值。然而，所估计的实阻抗ZR_BODY可近似作为离散电荷周期201的取得测量值V2 212和I2 224的部分可包含许多不可区分的谐波，使得ZR_BODY可包含未知的电抗部分。在ZR_EDGE的计算中通常不存在这种困难，因为离散电荷周期201的前边缘209可包括单个谐波。
以类似方式，可确定或估计电池胞元104的复阻抗的相移值、电抗值或虚值。举例来说，阻抗测量电路108可确定时间T1-V与T1-I的差，且利用所测量时间差来估计离散电荷周期201的前边缘209部分的峰值处的虚阻抗值。在一些例子中，可通过在衰落持续时间TT216的时间期间测量阻抗特性来大致近似ZIMG_BODY。特别地，在下降边缘205处的阻抗的虚分量可与离散电荷周期201的衰落部分的持续时间TT 216相关，使得可基于所测量持续时间TT216来估计虚分量。一般来说，可基于施加到电池胞元104的离散电荷周期201的任何数目个测量值来确定或估计电池胞元104的阻抗的许多方面。
在操作306中，电路控制器210可将所计算或所确定的阻抗特性中的一或多者应用于一或多个离散电荷周期参数控制器以确定对提供到电池胞元104的电荷信号的离散电荷周期的形状的调整。特别地，控制器可利用阻抗测量值或估计值作为控制器的输入。在一些例子中，可对所确定的阻抗值进行加权以相对于其它测量值或估计值来调整测量的效果。一般来说，可对波形202、204的任何方面进行加权，不一定仅针对阻抗值，而是包含峰值、％时间利用率(其中50％占空比的方脉冲将为50％利用率，DC将为100％)等的各种参数。
在操作308中，离散电荷周期参数控制器可调整电荷波形201的各方面以实现优化的电荷波形形状。举例来说，单独的波形参数控制器可配置成调整或优化电荷波形201的对应部分。在一个特定实施方案中，波形参数控制器可包含优化离散电荷周期201的前边缘部分209的谐波的控制器、优化离散电荷周期的主体部分203的持续时间的控制器、优化离散电荷周期的衰落部分214的底部处的最低电压量值的控制器，和/或在产生新的离散电荷周期之前优化离散电荷周期的静止周期的控制器。举例来说，可利用上文所确定的ZR_BODY和/或ZR_EDGE来确定离散电荷周期201的前边缘部分209的谐波。还可由一或多个控制器优化离散电荷周期的其它方面或特性。各离散电荷周期参数控制器可接收电荷波形201的阻抗测量值或估计值、电压测量值、电流测量值等方面。此外，各控制器可调整施加到输入的加权以产生离散电荷周期201的对应部分的最高优化值或最小化对电池胞元104的损坏，如下文更详细地解释。此优化可由离散电荷周期参数控制器单独地或同时地发生。在一个实施方案中，控制器可基于一或多个规则依序执行以确定执行的顺序。此外，可基于从电荷波形201的测量中获得的一或多个事件触发来调整控制器执行的顺序。
在操作310中，电路控制器110可控制电荷信号整形电路106以基于来自离散电荷周期参数控制器的输出而产生离散电荷周期。一般来说，来自离散电荷周期参数控制器的输出提供优化的离散电荷周期201以用于将电荷施加到电池胞元，同时最小化或减小电池胞元电极处的阻抗。控制器输出的平移可产生用于整形电路106的控制信号以调整离散电荷周期的形状，从而优化电荷信号。举例来说，对应于离散电荷周期201的前边缘209的谐波的离散电荷周期参数控制器可输出前边缘的频率以优化或减少来自前边缘的高频谐波。电路控制器110可接着产生用于整形电路106的一或多个控制信号以调整离散电荷周期的前边缘的谐波，从而对应于控制器的输出。可基于离散电荷周期参数控制器的输出来类似地控制离散电荷周期的其它方面，例如离散电荷周期的持续时间和低于离散电荷周期的衰落部分的转变电压的电压。以此方式，电池胞元104的所计算或所估计的阻抗可用于调整或控制提供到电池胞元的电荷波形的形状。
在一些例子中，除了所测量或所估计的阻抗值，电路控制器110还可考虑充电状态或其它特性，以控制电荷信号整形电路106基于上文所获得的阻抗测量值产生离散电荷周期。举例来说，电池胞元104可由电路控制器110确定为在充电期开始时具有低于10％的充电状态，其中浮动电压低于标称电压。在如上文所解释获得离散电荷周期期间的阻抗测量或确定之后，电路控制器110可控制离散电荷周期产生电路以响应于所确定阻抗来调整离散电荷周期。举例来说，后续离散电荷周期可控制为具有与图2中所示出的形状类似的形状。更特别地，基于上文所论述的阻抗测量或估计以及对电池胞元104的充电开始的确定，可控制后续离散电荷周期201的正弦前边缘209以匹配高于与电池胞元的最小阻抗相关联的频率的频率。前边缘209的频率可由电路控制器110选择，使得在前边缘209期间电池胞元104处的阻抗在所测量或所计算的阻抗值的特定公差内，例如在所测量的最小阻抗(Zmin)、所测量的实阻抗(Zr)、所计算的模量阻抗(Zmod)或任何其它基于阻抗的测量值或计算值的12％内。
电路控制器110可接着施加倾斜或成形用于离散电荷周期201的主体部分203的恒定电压。在主体部分期间，在一些例子中，电流可继续上升，因为电池胞元104内的扩散过程可能仍为瞬时的。在此类例子中，主体203的持续时间可由电路控制器110调整，使得电流在主体203的中点处达到峰值。此可提供电流在主体203的末端处返回到与主体203部分的开始处的相同或类似值，这是由于质量传输限制的开始和胞元内组件之间的电压梯度的增加。在离散电荷周期201的后边缘205处，电流可滞后于电压信号，但可最终下降到零量值。在一些例子中，电流下降到零量值的周期216可被控制在可接受周期(例如，前边缘周期的15％)内。在其它例子中，当在离散电荷周期201的后边缘232之后返回到零安培时，电流可能不受控制。此可为电池胞元104的给定目标充电速率提供较低峰值电压和峰值电流，这可最小化电池胞元104中的极化、气体析出和温度增加。在离散电荷周期之间的合适静止周期可基于电荷信号的前边缘209和主体203的持续时间，且可被施加以允许电池胞元104耗散额外热量，同时维持目标充电速率。
在从35％到65％的充电状态下，电池胞元104的阻抗可变得对离散电荷周期的峰值电压和峰值电流越来越敏感。作为响应，电路控制器110可调整离散电荷周期201的主体部分203的谐波以在最小阻抗频率周围居中，而可选择与前边缘202相关联的谐波以产生更窄正弦信号(具有更短周期的前边缘209)。由于更快的前边缘，对离散电荷周期的这些更改可导致电池胞元104处的更高的平均阻抗，例如高达最小阻抗的25％。因而，电流可能需要额外时间来在离散电荷周期201的后边缘205处接近零。为了减少电流稳定到指示胞元的去极化的零安培所必需的时间，在离散电荷周期201的末端处的电压暂降214可减少到多达2.6V，而不是如上所述返回到胞元的浮动电压。此电压暂降214可保持一段时间，其允许电流232在前边缘周期的15％内接近零，且接着以梯度逐渐升高到浮动电压，以最小化由于低于零的电流过冲以及围绕零的电流振荡引起的局部放电。
在电池胞元104的最大可允许平均电压(约80％ SOC)附近，电池胞元的阻抗可能需要在前边缘209的频率与离散电荷周期201的主体203的频率之间的较小变化。在此情况下，离散电荷周期201可控制在与最小阻抗的22％偏差内。由于电池胞元104的阳极和阴极分别接近锂浓度的上限和下限，因此电池胞元104的阻抗可在充电周期之间提供较长静止周期，同时变得对给定充电速率的峰值电压和电流值不太敏感。对离散电荷周期201的调整允许充电系统在较低极化且没有过多热量、电化学副反应或容量损失的情况下维持有效充电。
在其它例子中，可利用微控制器或其它基于数字的测量系统来计算电池胞元104的阻抗且作为响应控制电荷波形201。特别地，电压信号(例如电压信号202)的三个电压测量值可通过微控制器获得，且可获得电流信号204的三个电流测量值。测量值可在时域中同时获得，且可因此用于计算两个阻抗值Z1和Z2。举例来说，可在离散电荷周期的时域内同时获得测量值V1和I1。还可获得波形202、204的额外测量值，如上文所描述。阻抗值Z1和Z2可以如上文所描述的类似方式使用以确定电荷信号的一或多个特征或方面，且可由控制电路110利用以控制电路100的各方面以相应地使电荷信号成形，从而在受控制波形的组合中产生优化的电荷信号。
在许多例子中，通过电池胞元104的电流对应于离散电荷周期(对于电压控制的离散电荷周期)的电压的形状和特性。图4A为施加到电池的离散电荷周期402的电压分量404和电流分量406的图，其中测量电压和电流两者。类似于图2，离散电荷周期402通过控制信号402的电压404而产生，且可包含前边缘区段405、主体区段407和后区段409。在图4A中所示出的实例中，前边缘405的电压分量404可包含反射相对高频谐波的急剧边缘。然而，由于电池胞元104处的阻抗与前边缘谐波相关联，电池胞元处的电流(如曲线406所示出)可能比电压上升得慢且相对于电压被延迟。由于电池胞元104处的阻抗对应于电压分量404和电流分量406的比率，因此可看出，离散电荷周期402的相对高频前边缘谐波与影响信号的电流分量的某一阻抗相关联。此外，如图4A中所展示，可在离散电荷周期402的主体部分407中将电压408控制为恒定值。然而，由于电池胞元104的阻抗，离散电荷周期402的电流分量410中的响应可通过主体区段407的一部分继续上升，这在图4A中通过主体部分中的电压信号408和电流信号410的分离来示出。在图4A中的电压信号408与电流信号410之间的偏差示出电池胞元104处的阻抗的实分量或量值的近似值，且响应于所施加电压408的前边缘的电流信号中的延迟来表示阻抗的虚分量或相移。电压分量408和电流分量410的曲线可被缩放和重叠以产生图4A至图4C的信号图。电流在主体区段407中上升的速率可涉及电压信号404从前边缘到主体区段407的转变。此外，如上文所提及，可控制额外或未来离散电荷周期的主体部分407的持续时间，使得主体区段407中的电流410的峰值出现在主体区段的中点处。因此，在一些例子中，可监测和/或测量在主体部分407期间离散电荷周期402的电流分量410的向下斜率，且离散电荷周期的后边缘部分409可开始于当电流被预计为返回到与主体部分的开始处类似的电流时的点。在离散电荷周期402的后边缘处且如上文所描述，电压412可被驱动在一段时间内低于转变电压，以与没有此形状的离散电荷周期相比，以更快速率将电流414驱动到零安培。
在图4B所示出的离散电荷周期422的另一例子中，离散电荷周期422的前边缘425可由在前边缘区段425期间的相对较低频率谐波(相对于图4A的离散电荷周期的不太急剧的速率)来限定。较低频率谐波超前电压边缘与较低阻抗相关联，所述较低阻抗由离散电荷周期422的电流426部分在幅度和时间上更紧密地跟随电压控制部分424的曲线而反映。此外，由于从前部分425到主体部分427的转变不太严重，同样相对于图4A的离散电荷周期，电流部分430中的顶点可类似地不太明显，使得电流幅度和/或形状更接近地反映在主体部分期间的电压形状。如图4A的离散电荷周期中所示出的离散电荷周期422的后部分429中的类似电压暂降432可存在于图4B的离散电荷周期422中，以在准备传输另一充电波形时驱动电流434到零安培。
在如图4C中所示出的离散电荷周期442的又另一实例中，电压信号444的前边缘445可由与限定更平坦上升的图4A和图4B的谐波相比为更低频率的谐波来限定。在此例子中，与图4A和图4B的离散电荷周期相比，离散电荷周期的电流446部分可甚至更接近地反映电压控制部分444的曲线。然而，如先前所提及，在主体部分447期间的电流450可具有小顶点或没有顶点，但可替代地随着电压448由于电池胞元104内的扩散过程而维持恒定而逐渐减小。此离散电荷周期442实例还可包含离散电荷周期442的后部分449中的电压暂降452以驱动电流454到零安培。
整形离散电荷周期以对电池胞元104充电可包含效率的平衡和每周期最大功率的输送。举例来说，图4A的离散电荷周期402可在电压快速达到峰值时提供大量充电功率，使得离散电荷周期接近方波形状。然而，离散电荷周期402的前区段405中的急剧上升随后到主体部分407的急剧转变可能在信号中引入高谐波。如上文关于图1C所论述，此类高谐波可能导致电池胞元104处的较大阻抗，导致对电池充电的较大低效率。替代地，尽管图4C的离散电荷周期442可减小或最小化由于较慢前边缘445而在电池胞元104处提供高阻抗的离散电荷周期内的谐波，但在此离散电荷周期442中提供到电池胞元104的平均功率的量(对应于离散电荷周期下的区域)小于图4A和图4B的离散电荷周期。因此，与其它电荷信号相比，阻抗可减小，但更少功率被输送到电池胞元104以对胞元充电。图4B的离散电荷周期422提供在电池胞元充电期间在阻抗与功率输送的对比考虑因素之间的平衡。
为了实现在阻抗与功率输送的考虑因素之间的平衡，电路控制器210可监测或测量电池胞元104处的阻抗，且作为响应调整离散电荷周期的形状，包含其任何分量。在一些例子中，系统可估计上文所描述的测量中的一或多者，而非依赖于可用于获得阻抗特性或值的电压和电流的离散测量。举例来说，图5示出离散电荷周期501，其可为用于对电池胞元104充电的电荷信号的一部分。信号图501类似于上文关于图2所描述的离散电荷周期201，包含沿着离散电荷周期(对于离散电荷周期501的电压分量502和离散电荷周期的电流分量503)的点的指示。举例来说，电路控制器110可确定点520、点512等处的电压和点522、点524等处的电流。这些测量值可用于确定电池胞元104在沿着离散电荷周期的不同时间处的阻抗。然而，系统可实际上估计指示点处的测量值中的一或多者，而非这些点中的一或多者处的离散测量值。
举例来说，可在离散电荷周期501的前边缘部分与离散电荷周期的主体部分之间的电压分量的转变点520处测量电压V1。可类似地在离散电荷周期的电流分量的转变点522处测量电流I1。在电压控制系统中，可确定转变点520且基于电压分量的控制来相应地测量电压，例如，在电压从前边缘转变到恒定主体值的时间进行测量。由于电流转变不与电压转变对准，因此系统无法在其测量转变点处的电压的同时简单地测量电流。因此，在正确时间准确地测量电流分量以与转变对准可能是困难的，且早于或晚于实际转变的测量可能导致估计电池胞元处的阻抗的一些准确度。因此，在一个可能实施方案中，电路控制器110可估计本文中所论述的电压、电流或时间测量值中的一或多者，以提高电池胞元104处的阻抗确定的效率或准确度。
在一个实施方案中，电路控制器110可在电荷信号的前边缘部分期间获得电压分量502的电压测量值的变化率和电流分量503的电流测量值的变化率。分量的变化率可能与对应电荷信号分量的斜率相关。通过对分量的变化率的监测，可确定沿着前边缘的斜率或变化率最大的点。举例来说，离散电荷周期501的电压分量的最大斜率点509可通过测量沿着曲线502的电压来获得，以找到在增加的变化率和减小的变化率之间的转变。此拐点509可为电压曲线502的最大斜率。以类似方式，还可确定离散电荷周期501的电流分量503的拐点507。在确定波形开始的点518和电压分量502和电流分量503的拐点507、509的情况下，系统可估计各相应分量从离散电荷周期的前边缘部分转变到主体部分的时间。特别地，由于离散电荷周期的前边缘为正弦形状，因此可假设拐点507和509出现在离散电荷周期501的前边缘的中点处。因此，电路控制器110可接着在对于离散电荷周期的相应分量从初始点518到中点507和509的持续时间两倍的点处出现时来估计从离散电荷周期501的前边缘到主体部分的转变点522或520。电路控制器110可基于此估计来获得点520处的电压测量值和点522处的电流测量值。这些所估计(或所计算)时间处的电压和电流的测量值可用于确定ZR_EDGE和/或ZIMG_EDGE，或本文中所论述的任何其它阻抗测量值。
在另一实例中，电路控制器110可在计算电池胞元104处的阻抗时接受电压和/或电流测量中的一定量误差。举例来说，对于电压控制的离散电荷周期504，电路控制器110可确定点520为受控制电压信号从前边缘正弦信号转变到主体部分的恒定电压的点。然而，电路控制器110可在转变点520的时间处或在从此时间起算的某一固定时间延迟处获得电流测量值，而非估计离散电荷周期501的电流分量503的对应转变点522。尽管由于电流分量503响应中的延迟，在电压Vi和电流测量值在同一时间或在之后的时间的比较中存在电池胞元104处的阻抗值中的一些误差，但此误差可在测量电池胞元104处的阻抗时由电路控制器110接受。通过获得电流分量从电荷信号501的前边缘部分到主体部分的转变点处的电压测量值，可针对电流控制的离散电荷周期而利用类似方法。
在又另一例子中，离散电荷周期501的电压分量可不在前边缘部分的峰值处转变到主体部分的恒定电压。相反，如图6A中所展示，可控制电压分量602以继续正弦形状，直到电流分量603达到前边缘部分的顶点为止。更特别地，离散电荷周期601的前边缘部分可包含单个谐波正弦形状，使得电压部分之后的电流部分603为类似正弦形状。由于离散电荷周期601为单个谐波，因此可准确地确定离散电荷周期601的电流部分603的顶点出现的时间，且可在前边缘的电流部分的顶点处测量点622处的电流I1。在确定点622出现的时间之后，可限定电压部分604，使得其从正弦谐波的初始向下部分转变到离散电荷周期601的主体的恒定电压。这样做可能会在此点处导致极低阻抗，且可能导致以极低阻抗施加信号的主体部分。低阻抗通过在离散电荷周期的主体部分中信号的电压分量与电流分量之间的很少或没有分离来例示。
在图6B中所示出的另一例子中，可控制电压部分616以对于离散电荷周期610的主体部分呈现递减正弦波的贝塞尔函数(Bessel Function)形状。将电压分量616控制成贝塞尔函数形状可减少可在点620处从正弦前边缘到恒定电压部分的转变中引入的高谐波。然而，贝塞尔函数信号形状的使用也可减少输送到电池胞元104的功率。通过使用持续正弦前边缘电压信号616，可获得前边缘的电流部分614的顶点620的准确确定以用于I1的更准确测量。此外，控制电路110可将离散电荷周期616的电压部分控制为贝塞尔函数以在小于电池胞元104的离散电荷周期中的各者处出现。举例来说，贝塞尔函数离散电荷周期610可在每100或1000个离散电荷周期中出现一次以获得I1的准确读数，而不减少在每个离散电荷周期处输送的功率。
在又另一例子中且返回到图5，电路控制器110可计算离散电荷周期501的各部分或区段的累积阻抗。举例来说，电路控制器110可获得沿着离散电荷周期的前边缘部分的若干点的电压测量值和电流测量值。可同时发生对应的电压测量和电流测量。因此，尽管离散电荷周期501的电流分量503在电压分量502之后，但电路控制器110可获得同时的电压测量值和电流测量值以估计在沿着离散电荷周期501的前边缘曲线的若干点处的实阻抗值或阻抗量值。可对沿着前边缘的不同点处的阻抗测量值进行求和以在离散电荷周期501的整个前边缘期间获得电池胞元104的实阻抗。以类似方式，可在沿着离散电荷周期501的前边缘的不同点处获得两个分量502、503的水平对应测量值。举例来说，可获得在特定电压测量值与对应电流测量值的出现之间的时间，且可从所测量值和时间延迟来近似电池胞元104的虚阻抗值或阻抗相移值。可对一系列此类虚阻抗测量值进行求和以在前边缘部分期间获得电池胞元104的累积虚阻抗。可对离散电荷周期501的主体部分执行类似方法。可随后利用对离散电荷周期501的部分的电池胞元104的阻抗的求和来调整未来波形的形状，如上文所解释。
在另一实例中，电路控制器110可分析离散电荷周期501的前边缘的其它特征且作为响应调整未来离散电荷周期。特别地，电路控制器110可测量电压分量502和/或电流分量503的不同点，且将测量值与对应于前边缘的选定谐波的实例正弦波形状进行比较。如由电路控制器110控制，离散电荷周期501的前边缘部分可包含来自真实正弦波形状的异常。可通过所产生的离散电荷周期501与实例正弦波的比较来检测这些异常，且可由电路控制器110进行对未来离散电荷周期的调整以更好地近似实例正弦波信号。可对离散电荷周期501的电压分量502和/或电流分量503进行此类调整以更好地近似实例正弦曲线。
如上文所提及，可经由数字处理系统获得且分析电荷信号的电压和电流部分的数百或数千个测量值以使电池胞元104的离散电荷周期成形。在一个特定实例中，可经由在时间与频率之间的域变换来分析离散电荷周期的点。在此实例中，离散电荷周期的边缘和主体可不如上文所描述基于所测量阻抗值来限定。相反，可控制离散电荷周期以呈现更任意形状。此外，在离散电荷周期之间的静止周期可能受到相同分析，且在边缘、主体和静止周期之间的区别可能进一步削弱。
在此实例中，可在时域中测量电压和电流离散电荷周期(对于单个周期或多个平均周期)。快速傅立叶变换(FFT)或多个其它类型的变换可用于将测量的时域数据转换为频域中的对应数据。在一些例子中，所使用的变换类型的选择可取决于数据的格式、数据中的噪声类型和信噪比或电路控制器110的处理器类型。这些因素中的一或多者可允许一些变换比FFT更快或更好地处理。通过将离散电荷周期数据变换到频域中，可暴露和操控离散电荷周期内的个别谐波的量值，以产生多谐波离散电荷周期。特别地，可独立地分析从离散电荷周期的变换所获得的各谐波，比较电压和电流，以确定各谐波对电池胞元104处的阻抗、功率、峰值电压和电流的独立贡献。举例来说，在电池胞元104处具有相对较高阻抗质量的谐波可在量值上减小，且其它谐波可增加，以产生离散电荷周期201的谐波的更理想集合。经修改变换可接着逆变换回到时域中，产生具有较低总阻抗的新离散电荷周期，所述新离散电荷周期可作为改进的离散电荷周期应用。此外，在一些例子中，可对变换的离散电荷周期执行门控以独立地分析离散电荷周期的个别区段，其中重新接合各逆变换的区段以产生完整离散电荷周期的改进形式。
更具体地，门控变换的离散电荷周期的过程可包含仅将时域数据的一部分变换到频域以用于独立分析。举例来说，离散电荷周期可划分为五段，且各五分之一与全波分析一起或代替全波分析独立地评估。当波的区段在量值或谐波含量(例如主体与静止周期)上为重度多模态的时，这尤其有用。门控过程可提供阻抗的虚和实分量的更精确估计，且可用于分析/减少由于电池胞元104的阻抗而在离散电荷周期中可能出现的振荡。门控还可为调整离散电荷周期的总周期的机制提供基础。举例来说，离散电荷周期的单个门控区段可包含静止周期的一部分，且对所述区段的谐波的调整可减少或延伸有效周期。
除了上文所论述的计算，还可基于从电荷波形获得的测量值来确定其它计算。举例来说，可获得波形的多个离散电荷周期的电压波形202和/或电流波形207的多个测量值且对其求和以产生多个离散电荷周期的平均阻抗值。在一个实例中，具有经过时间Δt的多个离散电荷周期的前边缘部分的总阻抗可通过以下确定：
Figure BDA0004023877360000181
类似地，具有经过时间Δt的多个离散电荷周期的主体部分的总阻抗可通过以下确定：
Figure BDA0004023877360000182
还可根据从多个离散电荷周期或电荷波形的其它部分获得的测量值来确定其它阻抗计算。举例来说，一或多个离散电荷周期的主体部分203的最大阻抗可通过以下确定：
Figure BDA0004023877360000183
测量值(i)在主体部分的开始到主体部分的结束之间。一或多个离散电荷周期的主体部分203的阻抗的δ平均值可通过以下确定：
Figure BDA0004023877360000191
此外，一或多个离散电荷周期的主体部分203的阻抗的δ最小值可通过以下确定：
Figure BDA0004023877360000192
测量值(i)在主体部分的开始到主体部分的结束之间。
在一些例子中且响应于可能存在于离散电荷周期中的噪声，可从一或多个质心计算来近似阻抗测量值。更特别地，离散电荷周期的不同部分(例如，图2的离散电荷周期201)可包含对应部分中所有点的质心或算术平均位置。这可辅助减少上文所论述的阻抗计算中的噪声。在一个实例中，可计算离散电荷周期201的前边缘部分的质心和离散电荷周期的主体部分的质心。这些质心点可被电路控制器110用作离散电荷周期的那些部分的阻抗测量值且可被最小化以提高到电池胞元104的所施加离散电荷周期的效率。举例来说，离散电荷周期201的前边缘部分的电压分量202的质心可根据以下计算：
Figure BDA0004023877360000193
其中t1对应于点222且t0对应于点218，且最大值和最小值对应于前边缘部分内的最大测量值和最小测量值。前边缘的电流分量207的质心可根据以下计算：
Figure BDA0004023877360000194
以类似方式，离散电荷周期201的主体部分203的电压分量的质心可根据以下计算：
Figure BDA0004023877360000195
其中t0对应于点222且t1对应于点212，且最大值和最小值对应于前边缘部分内的最大测量值和最小测量值。主体部分的电流分量204的质心可根据以下计算：
Figure BDA0004023877360000196
根据所计算的质心点，前边缘部分的实阻抗值和虚阻抗值可根据以下计算：
Figure BDA0004023877360000197
且前边缘的质心阻抗模量可根据以下计算：
Figure BDA0004023877360000198
主体部分的实阻抗值和虚阻抗值可根据以下计算：
Figure BDA0004023877360000201
且主体部分的质心阻抗模量可根据以下计算：
Figure BDA0004023877360000202
尽管上文论述为计算离散电荷周期的前边缘部分的实阻抗值和虚阻抗值，但应了解，前边缘的质心计算可能通常不被电路控制器110用来确定前边缘的谐波，因为此类质心计算为对应部分中所有点的算术平均位置。相反，在一些实施方案中,前边缘的上文所论述的质心等式可被电路控制器110用来验证前边缘处的阻抗的估计，特别是对于可能在信号内包含噪声的离散电荷周期。利用质心计算来验证离散电荷周期的前边缘部分的其它估计可提高用于使额外离散电荷周期成形的此类估计的准确度。在又其它个例中，经由本文中所描述的方法中的一或多者获得的所估计阻抗和基于质心计算的所估计阻抗可具备特定加权值。在一些例子中，分配到用于获得阻抗估计的各种方法的加权值可基于离散电荷周期中的噪声的量。
上述质心等式利用连续积分函数来确定波形部分的质心。在另一实例中，可计算近似电荷波形201的部分的形状的多边形的质心。应注意，还可利用用于取决于多边形或‘形状’相对于优选轴的定向而计算质心的其它方法。相反，下文提供的等式只是可执行的质心计算的一个集合的实例。举例来说，确定离散电荷周期201的前边缘部分的电压分量202的质心的上述等式可计算如下：
Figure BDA0004023877360000203
其中
Figure BDA0004023877360000204
类似地，确定离散电荷周期的前边缘部分的电压分量202的时间的质心的等式可计算如下：
Figure BDA0004023877360000205
前边缘的电流分量207的质心可根据以下计算：
Figure BDA0004023877360000211
其中
Figure BDA0004023877360000212
类似地，确定离散电荷周期202的前边缘部分211的电流分量的时间的质心的等式可计算如下：
Figure BDA0004023877360000213
以类似方式，离散电荷周期201的主体部分203的电压分量的质心可根据以下计算：
Figure BDA0004023877360000214
其中
Figure BDA0004023877360000215
确定离散电荷周期的主体部分的电压分量202的时间的质心的等式可计算如下：
Figure BDA0004023877360000216
离散电荷周期201的主体部分203的电流分量207的质心可根据以下计算：
Figure BDA0004023877360000217
其中
Figure BDA0004023877360000218
类似地，确定离散电荷周期202的前边缘部分211的电流分量的时间的质心的等式可计算如下：
Figure BDA0004023877360000219
如上所述，可根据所计算的质心点来计算前边缘部分的实阻抗值和/或虚阻抗值，例如：
Figure BDA0004023877360000221
其对于前边缘部分的电阻计算，以及：
Figure BDA0004023877360000222
其对于前边缘的时间比边缘质心。
类似地，可根据所计算的质心点来计算主体部分的实阻抗值和/或虚阻抗值，例如：
Figure BDA0004023877360000223
其对于主体部分的电阻计算，以及：
Figure BDA0004023877360000224
其对于前边缘的时间比边缘质心。
图7为示出可用于实施上文所公开的网络的具体实例的计算装置或计算机系统700的实例的框图。特定地，图7的计算装置为执行上文所描述的操作中的一或多者的控制器的一个具体实例。计算机系统(系统)包含一或多个处理器702到706。处理器702到706可包含高速缓存器(未展示)的一或多个内部层级和用以引导与处理器总线712的交互的总线控制器或总线接口单元。处理器总线712(也称为主机总线或前端总线)可用于使处理器702到706与系统接口714耦合。系统接口714可连接到处理器总线712以使系统700的其它组件与处理器总线712介接。举例来说，系统接口714可包含用于使主存储器716与处理器总线712介接的存储器控制器718。主存储器716通常包含一或多个存储卡和控制电路(未展示)。系统接口714还可包含使一或多个I/O桥接器或I/O装置与处理器总线712介接的输入/输出(I/O)接口720。一或多个I/O控制器和/或I/O装置可与I/O总线726连接，例如I/O控制器728和I/O装置730，如所示出。
I/O装置730还可包含输入装置(未展示)，例如字母数字输入装置，其包含用于将信息和/或命令选择传送到处理器702到706的字母数字键和其它键。另一类型的用户输入装置包含光标控制件，例如鼠标、轨迹球或光标方向键，其用于将方向信息和命令选择传送到处理器702到706且用于控制显示装置上的光标移动。
系统700可包含动态存储装置(称为主存储器716)或随机存取存储器(RAM)、或耦合到处理器总线712以用于存储待由处理器702到706执行的信息和指令的其它计算机可读装置。主存储器716还可用于在由处理器702到706执行指令期间存储临时变量或其它中间信息。系统700可包含只读存储器(ROM)和/或耦合到处理器总线712以用于存储用于处理器702到706的静态信息和指令的其它静态存储装置。图7中所阐述的系统仅为可根据本公开的各方面采用或配置的计算机系统的一个可能实例。
根据一个具体实例，可响应于处理器704执行主存储器716中所含有的一或多个指令的一或多个序列而由计算机系统700执行上述技术。可从例如存储装置的另一机器可读媒体将这些指令读取到主存储器716中。主存储器716中所含有的指令序列的执行可使得处理器702到706执行本文中所描述的过程步骤。在替代具体实例中，可使用电路系统来代替软件指令或与软件指令相结合。因此，本公开的具体实例可包含硬件和软件组件两者。
机器可读媒体包含用于以机器(例如，计算机)可读的形式(例如，软件、处理应用程序)存储或传输信息的任何机制。此类媒体可呈(但不限于)非易失性媒体和易失性媒体的形式。非易失性媒体包含光盘或磁盘。易失性媒体包含动态存储器，例如主存储器816。机器可读媒体的常见形式可包含但不限于磁性存储媒体(例如，软盘)、光学存储媒体(例如，CD-ROM)、磁光存储媒体、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程存储器(例如，EPROM和EEPROM)、快闪存储器，或适合于存储电子指令的其它类型的媒体。
本公开的具体实例包含在本说明书中描述的各个步骤。所述步骤可由硬件组件执行或可体现于机器可执行指令中，所述机器可执行指令可用于使得用所述指令进行编程的通用或专用处理器执行所述步骤。替代地，所述步骤可由硬件、软件和/或固件的组合执行。
可在不脱离本发明的范围的情况下对所论述的示范性具体实例进行各种修改和添加。举例来说，虽然上文所描述的具体实例涉及特定特征，但本发明的范围还包含具有特征的不同组合的具体实例和不包含所有所描述特征的具体实例。因此，本发明的范围意图涵盖所有此类替代方案、修改和变化及其所有等效物。
虽然论述了具体实施方案，但应理解，这仅仅是出于说明的目的进行的。相关领域的技术人员将认识到，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下使用其它组件和配置。因此，以下描述和图式为说明性的且不应解释为限制性的。描述许多具体细节以提供对本公开的透彻理解。然而，在某些例子中，未对熟知的或常规的细节进行描述，以避免混淆描述。在本公开中对一个具体实例或一具体实例的引用可为对相同具体实例或任何具体实例的引用；并且此类引用意指具体实例中的至少一者。
对“一个具体实例”或“具体实例”的引用意指结合具体实例描述的特定特征、结构或特性包含在本公开的至少一个具体实例中。本说明书中各个地方出现的短语“在一个具体实例中”不一定全部指代相同具体实例，也不一定是与其它具体实例相互排斥的单独具体实例或替代性具体实例。此外，描述可由一些具体实例但不由其它具体实例展现的各种特征。
本说明书中所使用的术语在本公开的上下文内和在使用各术语的特定上下文中通常具有其在本领域中的一般意义。对于本文中所论述的术语中的任何一或多者，可使用替代性语言和同义词，且不管术语是否在本文中详细描述或论述，都不应加以特殊意义。在一些情况下，提供某些术语的同义词。对一或多个同义词的叙述并不排除其它同义词的使用。本说明书中任何地方使用的实例(包含本文中所论述的任何术语的实例)仅为说明性的，且并不意图进一步限制本公开或任何实例术语的范围和含义。同样地，本公开不限于本说明书中给出的各种具体实例。
在不意图限制本公开的范围的情况下，下文给出根据本公开的具体实例的仪器、设备、方法和其相关结果的实例。应注意，为了方便读者，实例中可使用标题或副标题，其绝不应限制本公开的范围。除非另外定义，否则本文中使用的技术和科学术语具有本公开涉及的领域的普通技术人员通常理解的含义。在有冲突情况下，将以本文件(包含定义)为准。
本公开的额外特征和优点将在随后描述中阐述且在某种程度上将根据描述而变得明显或者可通过实践本文中公开的原理来习得。本公开的特征和优点可借助于所附权利要求书中特别指出的仪器和组合来实现和获得。本公开的这些和其它特征将根据以下描述和所附权利要求书而变得更为充分地显而易见或者可通过实践本文中所阐述的原理来习得。

Claims (26)

1.一种用于监测电化学装置的方法，其包括：
经由处理装置获得施加到电化学装置的电荷波形的电压幅度和电流幅度的多个测量值；
计算多个阻抗比，所述多个阻抗比各自包括电压幅度测量值和对应的电流幅度测量值；以及
基于所述多个阻抗比的子集的总和，获得所述电化学装置的复阻抗特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述复阻抗特性包括实阻抗值、虚阻抗值、量值阻抗值或相移阻抗值中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的方法，其中第一电荷波形包括离散电荷周期，所述离散电荷周期包括正弦前边缘部分和跟随所述前边缘部分的与所述前边缘部分不同的主体部分。
4.根据权利要求3所述的方法，其更包括：
通过对所述多个阻抗比的对应于所述前边缘部分的子集进行求和来估计所述电荷波形的所述前边缘部分的实阻抗值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述实阻抗值对应于在第一时间获得的在所述电化学装置处的所述电压幅度测量值，和在比所述第一时间稍晚的第二时间获得的通过所述电化学装置的所述电流幅度测量值。
6.根据权利要求5所述的方法，其更包括：
基于所述电荷波形的所述前边缘部分的电流分量的所确定拐点来估计所述第二时间。
7.根据权利要求3所述的方法，其更包括：
估计对应于所述电荷波形的所述前边缘部分的虚阻抗值,从所述第一时间和所述第二时间的差确定所述虚阻抗。
8.根据权利要求3所述的方法，其更包括：
通过对所述多个阻抗比的对应于所述主体部分的子集进行求和来估计所述电荷波形的所述主体部分的实阻抗值。
9.根据权利要求3所述的方法，其更包括
基于所述电压幅度的所述多个测量值，确定所述电荷波形内的电压分量从所述前边缘部分到所述主体部分的第一转变。
10.根据权利要求9所述的方法，其更包括：
基于所述电流幅度的所述多个测量值，确定所述电荷波形内的电流分量从所述前边缘部分到所述主体部分的第二转变，所述第二转变出现在所述第一转变之后。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电荷波形包括一或多个离散电荷周期，所述第一电荷波形的所述测量值是从第一离散电荷周期和与所述第一离散电荷周期不同的第二离散电荷周期获得的。
12.根据权利要求3所述的方法，其更包括：
计算所述电荷波形的所述前边缘部分的质心，所述电化学装置的所述复阻抗特性进一步基于所述前边缘部分的所述所计算的质心。
13.根据权利要求3所述的方法，其更包括：
计算所述电荷波形的所述主体部分的质心，所述电化学装置的所述复阻抗特性进一步基于所述主体部分的所计算的所述质心。
14.一种对电化学装置充电的方法，其包括：
针对用于对电化学装置充电的电荷波形，所述电荷波形包括限定的谐波分量；
响应于所述电荷波形而获得指示流向所述电化学装置的电流的代表值，所获得的所述代表值与所述限定的谐波分量相关；以及
基于所述代表值更改所述电荷波形的属性。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述代表值为阻抗、导纳和功率中的至少一者。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述电荷波形包含成形的前边缘。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述代表值为阻抗，所述成形的前边缘与基于在所述电化学装置的频率和所述阻抗与所述电荷波形的所述成形的前边缘的频率之间的关系而限定的频率相关联。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述代表值为基于所述频率的所述阻抗，且其中更改所述属性包括更改所述成形的前边缘的频率属性以减小所述电化学装置对所述电荷波形的所述阻抗。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述代表值为阻抗，所述电荷波形限定主体部分，所述阻抗与所述主体部分相关联，且更改所述电荷波形的所述属性包括基于所述阻抗更改所述主体部分的周期。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述主体部分的更改的所述周期是基于将所述主体部分的所述阻抗维持在阈值内。
21.根据权利要求14所述的方法，其中所述代表值为阻抗，所述电荷波形限定主体部分，所述阻抗与所述主体部分相关联，且更改所述电荷波形的所述属性包括更改前边缘谐波的频率以减小与所述主体部分相关联的所述阻抗。
22.根据权利要求14所述的方法，其中所述电荷波形限定具有电压分量和电流分量的后边缘，在所述电荷波形的所述电流分量达到零之后应用下一电荷波形。
23.根据权利要求14所述的方法，其中响应于所述电荷波形而获得指示流向所述电化学装置的所述电流的所述代表值包括获得在所述电荷波形的电压分量与电流分量之间的比率以确定阻抗的实分量。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述比率与所述电荷波形的所述电压分量的前边缘谐波的峰值相关联。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述比率与所述电荷波形的主体部分的值相关联。
26.根据权利要求23所述的方法，其更包括：
获得所述电荷波形的所述电压分量的谐波点处的所述比率；以及
基于在所述电压分量的所述谐波点与所述电流分量的相关点之间的时间差来确定所述阻抗的虚分量。
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