CN117693882A - 用于电池单元的阻抗测量的系统和方法 - Google Patents

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CN117693882A CN202280050710.8A CN202280050710A CN117693882A CN 117693882 A CN117693882 A CN 117693882A CN 202280050710 A CN202280050710 A CN 202280050710A CN 117693882 A CN117693882 A CN 117693882A
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Abstract

本公开的各方面涉及一种用于对电化学装置充电(或放电)的系统，其中所述系统可包含例如控制器等处理单元，所述处理单元以操作方式与第一存储器和第二存储器耦合。所述第一存储器包含电化学装置的第一测量结果，且所述第二存储器包含所述电化学装置的第二测量结果。所述电化学装置的测量结果，例如电池的电压和电流测量结果可被交错地取样且交替地存储于相应存储器中。所述处理单元根据所述第一测量结果和所述第二测量结果计算对充电信号的阻抗。

Description

用于电池单元的阻抗测量的系统和方法
相关申请的交叉引用
此专利合作条约(PCT)申请涉及且主张2021年7月1日申请的名称为“用于电池单元的阻抗测量的系统和方法(Systems and Methods for Impedance Measurement of aBattery Cell)”的第63/217,660号美国临时申请的优先权，所述申请的全部内容出于所有目的以引用的方式完全并入本文中。
技术领域
本发明的实施例通常涉及用于对一个或多个电池单元充电的系统和方法，且更具体来说，涉及用于确定电池单元的阻抗的方法，所述阻抗确定用于优化充电信号以对一个或多个电池单元充电。
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电平的充电电流，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，但延长了再充电操作，破坏快速恢复服务的基本目标。
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，如同充电速度，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的同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，以及其它因素，本公开的各方面才得以构思和开发。
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。所述方法可包含以下操作：经由处理装置在施加到电化学装置的充电波形的第一周期期间获得电化学装置的第一特性的测量结果；经由处理装置在施加到电化学装置的充电波形的第二周期期间获得电化学装置的第二特性的测量结果，第二周期发生在第一周期之后；以及基于第一特性的测量结果和第二特性的测量结果计算电化学装置的阻抗参数。
本公开的另一方面涉及一种用于对电化学装置充电的系统，其中系统可包含例如控制器等处理单元，所述处理单元以操作方式与第一存储器和第二存储器耦合。存储器可为一些形式的RAM，例如DRAM、SRAM及类似者的相对较小专用循环缓冲器，但其它存储器类型也是可能的，且将存储器划分成不同的存储器块。第一存储器包含电化学装置的第一测量结果，且第二存储器包含电化学装置的第二测量结果。电化学装置的测量结果，例如电池的电压和电流测量结果可交错且交替地存储于相应存储器中。处理单元经配置以根据第一测量结果和第二测量结果计算电化学装置的操作特性，例如对充电信号的阻抗的一些表示。
系统可进一步包含以操作方式与第一存储器和第二存储器耦合的第一多路复用器，其中所述多路复用器经控制以按顺序将第一测量结果存储在第一存储器中且将第二测量结果存储在第二存储器中。因此，举例来说，交错的测量结果可以类似方式交错到相应存储器中。在一个布置中，第一测量结果存储于第一存储器的第一存储器位置中且第二测量结果存储于第二存储器的第二存储器位置中，其中第一存储器位置与第二存储器位置对准。因此，举例来说，利用循环缓冲器或其它各种形式的RAM，系统可存取每一存储器的先出存储器位置，且交错的测量结果将各自可用。在另一实例中，系统可进一步包含以操作方式与模数转换器耦合的第二多路复用器，其中模数转换器以操作方式与第一多路复用器耦合。在此实例中，第二多路复用器经控制以交替地存取第一测量电路以获得第一测量结果和存取第二测量电路以获得第二测量结果，且模数转换器交替地数字化第一测量结果和第二测量结果，且将经数字化测量结果提供到第一多路复用器以按顺序将第一测量结果存储在第一存储器中且将第二测量结果存储在第二存储器中。
在又另一实例中，本公开的各方面涉及一种用于电化学装置的系统，所述系统涉及处理布置，所述处理布置从第一存储器获得第一电流的第一测量结果，即在电化学装置处的充电或放电波形的第一周期期间电化学装置(例如，电池)的第一测量结果，且从第二存储器获得第二电压的第二测量结果，即在电化学装置处的充电或放电波形的第二周期期间电化学装置的第二测量结果，其中第二周期发生在第一周期之后。处理布置基于第一电流的第一测量结果和第二电压的第二测量结果计算电化学装置的阻抗特性。第一测量结果可为响应于施加到电化学装置的充电或放电信号的电流振幅，且第二测量结果可为响应于施加到电化学装置的充电或放电信号的电压振幅，其中控制器根据电流振幅测量结果和对应的电压振幅测量结果计算阻抗比，且基于阻抗比获得电化学装置的阻抗特性。
下文参考以下图式另外详细地描述本公开的这些和其它方面。
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实施例的以下描述中显而易见。图式仅描绘本公开的典型实施例，并且因此不应被视为在范围上具有限制性。
图1A为示出根据一个实施例的用于利用充电信号整形电路对电池单元充电的第一电路的示意图。
图1B为根据一个实施例的电池单元的充电信号和充电信号的分量谐波的信号图。
图1C为根据一个实施例的电池单元的所测量实部阻抗值与施加到电池单元的充电信号的对应频率的曲线图。
图2为根据一个实施例的响应于电压控制的离散充电周期的电池单元两端的电流的所测量变化的信号图。
图3为示出根据一个实施例的用于基于电池单元处的波形的所测量特性在不同时间确定电池单元的阻抗的方法的流程图。
图4A为根据一个实施例的响应于第一所施加电压离散充电周期的电池单元两端的电流的所测量变化的信号图。
图4B为根据一个实施例的响应于第二所施加电压离散充电周期的电池单元两端的电流的所测量变化的信号图。
图4C为根据一个实施例的响应于第三所施加电压离散充电周期的电池单元两端的电流的所测量变化的信号图。
图5为根据一个实施例的响应于电压控制的离散充电周期的电池单元两端的电流的所测量变化的信号图。
图6A为根据一个实施例的响应于电压控制的离散充电周期的电池单元两端的电流的所测量变化的第二信号图。
图6B为根据一个实施例的响应于电压控制的离散充电周期的电池单元两端的电流的所测量变化的第三信号图。
图7为示出根据一个实施例的用于基于所测量阻抗值对电池单元充电的第二电路的示意图。
图8A为根据一个实施例的在用于确定电池单元处的阻抗值的时间块中测量的到电池单元中的电流的信号图。
图8B为根据一个实施例的在用于确定电池单元处的阻抗值的时间块中测量的在电池单元两端的电压的信号图。
图9为示出根据一个实施例的用于基于在不同时间周期取得的电池单元的测量结果确定电池单元的阻抗参数的方法的流程图。
图10为说明其中充电信号的电压和电流测量结果交错以供多路复用存储到相应存储器组中的时间窗口的信号图。
图11为示出可用于实施本公开的实施例的计算系统的实例的图式。
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充电信号的复阻抗的信息且使用此阻抗来优化施加到电池的充电信号是有益的。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充电信号的阻抗。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的充电功率存储在电池中的化学能的量，以及在离散充电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单元的最小实部值或电阻值和/或最小虚部值或电抗阻抗值相关联的一个谐波或多个谐波的充电信号。此充电信号可通过减少由于电池单元的电极处的高阻抗造成的损失能量来提高对电池单元充电时的效率。与电池单元的电极处的高阻抗相关联的充电信号可能导致许多低效率，包含容量损失、热量产生、整个电池单元的电动力活动的不平衡、充电边界处的不合需要的电化学响应以及对电池单元内的材料的损坏，这可能损坏电池且降低电池单元的寿命。此外，随着电容充电和扩散过程的开始，冷启动具有离散充电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周期，这不利地影响单元及其组件的健康。
此外，电池单元的充电状态、温度和其它因素的改变可更改电池单元的电极处的阻抗。因此，在充电期间，电池单元处的阻抗可随着电池单元加热和/或电池单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单元的阻抗特性以外，随着电池单元的阻抗分布的改变，在充电序列的不同时间或阶段测量电池单元的阻抗可进一步改进电池单元的充电。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单元的充电信号确定一个或多个电池单元的复阻抗特性的系统和方法。实施方案可包含测量电池的阻抗以在一些情况下确定定义用于对电池单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充电周期或充电包，但充电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两者。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充电信号。可以多种方式或方法获得电池的阻抗值，包含实部分量值和/或虚部分量值两者。
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，其中幅值表示电池单元两端的电压振幅与通过电池单元的电流振幅的比率，且相位值表示电流与电池单元处的电压超前、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，其中实部分量或值表示电池单元处的电阻，且虚部分量表示电池单元处的电抗。尽管本文中可使用具有实部分量和虚部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单元两端的电压振幅与通过电池单元的电流振幅的比率(或阻抗的幅值)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。在其它情况下，可测量、确定或估计电池单元的不同特性。举例来说，可在电池的充电期间测量或获得电池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/或估计电池的另外其它特性，例如输送的功率、电压测量结果、电流测量结果等。本文中所描述的系统和方法可响应于充电波形且基于充电波形的定义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)的其它代表性值的此类值，且使用此类值定制充电信号。在一个实例中，波形的定制涉及基于一个或多个此类代表性值优化且定义波形的谐波特征。
在一个实施方案中，可从正施加到电池的充电波形的离散充电周期或从施加到电池的多个离散充电周期测量或估计电池单元处的阻抗。举例来说，可测量和/或估计电池单元处的充电信号的电压分量和电流分量的振幅分量和时间分量的方面。在另一实例中，可测量和/或估计在多个离散充电周期内或在不同时间处的充电信号的电压分量和电流分量的振幅分量和时间分量的方面。因此，本文中参考在充电波形的一个离散充电周期期间获得的测量结果所论述的方面可类似地应用于在多个离散充电周期内或在充电波形的其它不同时间处获得的测量结果。电压波形和电流波形的振幅分量和时间分量之间的所测量差可用于确定或估计电池单元处的阻抗的幅值、相移值、实部值和/或虚部值。在一个实例中，可根据电荷离散充电周期的前边缘处的差确定实部阻抗值和虚部阻抗值，所述电荷离散充电周期由已知谐波定义，其中在谐波/波形边缘的一个或多个已知点处取得电压波形和电流波形的振幅的差。类似地，阻抗的各方面可从充电波形的其它点处的电压部分和电流部分的振幅测量结果近似。在又其它实施方案中，可基于应用于测量结果的加权值调整充电信号的电压波形和电流波形的各种测量结果。一般来说，可确定或测量充电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单元处的阻抗。在另一实施方案中，可经由数字处理系统获得且分析充电信号的电压部分和电流部分的数百或数千个测量结果。一般来说，波形的更多测量可提供波形对电池单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。
在一个特定情况下，可将充电波形施加到电池单元，且可测量或估计与波形的不同部分相关联的参数。可根据波形的所测量部分计算一个或多个关键阻抗参数。在一些情况下，可经由处理器确定密钥阻抗参数，所述处理器经配置以根据在充电波形的各个区段处的电池单元处的所测量属性计算或估计各种密钥阻抗参数。单独的控制过程可基于关键阻抗参数调整和/或优化充电波形的分量。每一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个或多个进行加权，且可根据加权阻抗值确定分数、误差、概率或其它反馈测量结果。通过调整波形特征，可增加反馈测量，直到达到优化或最高分数为止。当达到优化反馈测量结果时，控制器可基于计算的反馈测量结果控制充电波形。充电波形的控制器可与规则同时或以预定义序列(其可在由编程规则定义的某些触发的情况下被覆写)动作。
在一些情况下，计算或估计电池单元的参数可包含在第一时间块期间获得电池单元的第一特性的测量结果，且将所述测量结果存储在存储装置或存储器装置中，且在晚于所述第一块的第二时间块期间获得电池单元的第二特性的测量结果。举例来说，流动到电池单元中的电流的测量结果可从电流测量电路获得且提供到电路控制器以用于在充电波形的第一时间块期间存储。充电波形可为重复信号，使得充电波形的形状可对于波形的每一时间块都是相同或类似的。在晚于第一时间块的第二时间块处，电池单元两端的电压可由电压测量电路测量且提供到电路控制器以供存储。电池单元可随后使用所存储的测量值以估计电池单元的一些特性或参数。在一个特定实例中，尽管有其它特性，例如所估计功率、虚部阻抗值、电导值、电纳值等，但所存储的测量值可用于估计电池单元的阻抗参数。在确定或计算所估计阻抗的实例中，电路控制器可将电压测量结果除以电流测量结果以估计充电波形的多个时间块内的阻抗。此方法可由具有有限处理能力的电路控制器利用。因此，系统可部署在其中更精密且昂贵的处理器和存储器不一定可用于商业实际应用的环境中。通过存储测量值，电路控制器可以与电路控制器的处理能力匹配的速度处理测量结果。可由电路控制器利用电池单元的所计算或所估计特性来对用于对电池单元充电的充电波形整形或以其它方式更改，如本文中更详细地解释。
本领域中和本文中的术语“电池”和“电池单元”可以各种方式使用，且可指代具有通过电解质分隔的阳极和阴极的个别电芯，以及以各种布置连接的一系列此类电芯。电池或电池单元是一种形式的电化学装置。电池通常包括通过离子导电屏障分隔的反电荷源和第一电极层的重复单元，所述离子导电屏障通常为充满电解质的液体或聚合物薄膜。这些层制作成较薄的，因此多个单元可占用电池的体积，从而以每一堆叠单元增加电池的可用电力。虽然本文论述许多实例适用于电池单元，但应了解，描述的系统和方法可以应用于许多不同类型的电池，从个别电芯到涉及电芯的不同可能的互连的电池，所述互连例如并联、串联以及并联和串联耦合的电芯。举例来说，本文所论述的系统和方法可以应用于包括许多电芯的电池组，所述电芯被布置成提供经界定组电压、输出电流和/或容量。此外，本文所论述的实施方案可以应用于不同类型的电化学装置，例如各种不同类型的锂电池，包含但不限于锂金属和锂离子电池、铅酸电池、各种类型的镍电池和固态电池，仅举几例。本文所论述的各种实施方案也可以应用于不同结构电池布置，例如纽扣或“硬币”型电池、圆柱形电芯、袋式电芯和棱柱形电芯。
图1A为示出根据一个实施例的用于对电池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，所述电源可为电压源或电流源。在一个特定实施例中，电源102为直流(DC)电压源，但还涵盖交流(AC)源。一般来说，电源102供应用于对电池单元104再充电的充电电流。在一些实施方案中，图1A的电路100可包含电源102与电池单元104之间的充电信号整形电路106以对用于对电池单元104充电的充电信号整形。电路控制器110可与充电信号整形电路106通信且将一个或多个输入提供到充电信号整形电路106以控制充电信号的整形和/或定义充电信号的谐波分量。充电整形电路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 forBattery Charging)”的共同申请的美国非临时申请17/232,975中，所述申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
在一些情况下，电路控制器110可控制充电整形电路106以基于电池单元104的一个或阻抗测量结果或其它特性来对充电信号的波形整形。举例来说，可控制充电信号整形电路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单元104的最小实部阻抗值、最小虚部阻抗值、最大电导值、最佳电纳值等相关联的谐波的充电波形。因而，电路控制器110可与连接到电池单元104的阻抗测量电路108通信以测量电芯电压和充电电流，以及例如温度的其它电芯属性，且测量或计算电芯104的电极两端的阻抗。在一个实例中，可基于所施加的波形测量阻抗，且可包含实部值或电阻值和虚部值或电抗值。在另一实例中，可基于所施加波形测量阻抗，且可包含从电压振幅与电流振幅的比率确定的幅值和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，一个或多个电池单元104的阻抗可基于电芯的化学特征的许多物理而变化，包含电芯的数目和配置、电芯的充电状态和/或温度。因而，阻抗测量电路108可由电路控制器110控制以在对电芯的再充电期间以及其它时间确定电池单元104的各种阻抗值，且将测量到的阻抗值提供到电路控制器110。在一些情况下，电池单元104的所测量阻抗的实部分量可由电路控制器提供到充电信号整形电路106，使得来自电源102的能量可成为对应于与电池单元104的最小实部阻抗值相关联的谐波的一个或多个充电波形。在另一实例中，电路控制器110可基于所接收实部阻抗值产生一个或多个控制信号，且将那些控制信号提供到充电信号整形电路106。除了其它功能以外，控制信号可对充电波形整形以包含对应于实部阻抗值的谐波分量。
从常规电力供应器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单元104充电的波形120的序列的实例。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122-128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，包含谐波的幅值和时序，且使用所述经整形信号来对电池单元充电，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17/232,975所解释，由于波形信号120的应用，电池单元104处的阻抗可取决于含于充电信号内的谐波或频率。举例来说，对于所谓的方波信号，信号可包含各自由如关于图1B所介绍的各种频率谐波组成的脉冲序列，而非为设定DC电压电平序列。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单元104处的相对较高阻抗相关联，从而降低对电池单元104充电的方波的效率。因而，产生或整形充电信号以移除或减小电池单元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为示出电池单元104的实部阻抗值(轴134)与包含于施加到电池单元的充电信号中的对应谐波(示出为对数频率轴(轴136))之间的关系的曲线图132。曲线138示出在可作为充电信号施加的充电信号的正弦分量的各种频率下电池单元104的电极两端的实部阻抗值。如所展示，实部阻抗值138可基于充电信号的频率而变化，其中相对较低阻抗以较低频率位于初始较高阻抗之间，且接着实部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。电池单元104的实部阻抗值的曲线138指示对应于标记为fMin的特定充电信号频率142的最小实部阻抗值140。电池单元104的实部阻抗值138的曲线可取决于电芯的许多因素，例如电池化学物质、充电状态、温度、充电信号的组成等。因此，对应于电池单元104的最小实部阻抗值140的频率fMin 142可类似地取决于充电下的特定电池单元104的特性。频率fMin 142可对应于电池单元104的其它方面，例如电池组中的电芯的配置和电池组中的电芯之间的连接。
在一个实施方案中，充电信号整形电路106可响应于来自电路控制器110的一个或多个控制信号而提供与图2中所示出的电荷离散充电周期类似的电荷离散充电周期。图2为根据一个实施例的响应于施加到电池单元的充电信号的电池单元两端的所测量电压202(示出为标记为“V”的实线202)和电池单元处的所测量电流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，充电信号整形电路106可控制电池单元上的电压202或电流204包含经整形前边缘209(有时对应于与电池单元处的阻抗测量结果相关联的谐波)、恒定或接近恒定的主体部分203(其可对应于电源102的电压上限或系统当时可应用于电池的最大电压或电流电平)和急剧下降边缘205。然而，对于电路100的电压控制的变化形式，离散充电周期201的电流204分量可滞后于电压分量202。更特别地，在离散充电周期201的下降边缘205处移除到电池的电压202之后，电池单元处的电流204可能花费一些时间归零。因为电池归零时电流204中的此延迟可将额外低效率添加到整个离散充电周期，特别是在预期具有不存在施加到电池的电压或充电电流的静止周期时，离散充电周期201的一些实施方案可包含充电信号的电压202，所述充电信号经控制以驱动低于与电池单元处的零电流对应的转变电压的电压，其在图2中表示为离散充电周期的部分214。一般来说，转变电压为进入电池的电流被反向的充电信号的电压，且可类似于电池单元的浮充电压。特别地，与没有此瞬时负电压部分的离散充电周期相比，在离散充电周期的下降边缘205之后的一段时间内驱动低于可为零的转变电压的电压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TT 216以使电池单元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，则另一离散充电周期201可施加到电池单元104。在另一情况下，除了在下一个离散充电周期201被施加到电池单元104之前电流204返回到零安培以外，静止电压230可在没有外部控制的情况下稳定。在任一情况下，可能需要最小化或控制在施加另一电荷离散充电周期之前在离散充电周期201结束时发生的放电的量。
如上文所提及，电路控制器110可控制阻抗测量电路108以测量电池单元104处的阻抗，且使用此类测量结果控制充电信号整形电路106基于所测量阻抗产生一个或多个额外或未来的电荷离散充电周期。确切地说，因为电池单元104处的阻抗可对应于充电信号的谐波，所以可以通过将充电信号中的谐波限制为在或接近频率fMin 142下的那些谐波和/或对与那些频率对应的前边缘整形来提高对电池单元充电的效率。为了产生此充电信号，图1A的电路可配置或设计成在离散充电周期期间或在多个离散充电周期内的各个点处获得电池单元104处的阻抗值以确定电池单元104的阻抗分布且调整额外或未来的充电周期作为响应。在其它实例中，电路控制器110可控制阻抗测量电路108以获得电池单元104和/或施加到电池单元的充电信号的其它特性，且使用所获得特性来估计电池单元处的阻抗。举例来说，可基于由阻抗测量电路108在电池单元处测量的电压波形202和/或电流波形204的振幅和时间特征来测量或估计电池单元104的阻抗值。此外，可在一个所施加离散充电周期或多个所施加离散充电周期的不同区段处测量波形202、204的振幅特征和时间特征以确定或估计电池单元104处的阻抗。电池单元104的所确定或所估计阻抗值可接着由电路控制器110使用以调整充电信号的未来离散充电周期201，以提高对电池单元104充电时充电信号的效率。
图3为示出根据一个实施例的用于基于电池单元处的波形的所测量特性而在不同时间确定电池单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提供的一个或多个控制信号。然而，电路100的其它组件可执行方法300的操作中的一个或多个。此外，可通过一个或多个硬件组件、一个或多个软件程序或硬件与软件组件的组合获得波形的测量结果。此外，可不执行所描述的操作中的一个或多个，且可以任何次序执行操作。
从操作302开始，阻抗测量电路108可在离散充电周期施加到电池单元104期间的不同时间获得电池单元104处的电压波形和电流波形的振幅测量结果和/或时间测量结果。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，可通过充电信号整形电路106将电压波形(例如，波形202)或电流波形(例如，波形204)提供到电池单元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控制电池单元104的再充电。在替代实施方案中，电路100可包含电流控制的组件，使得电流波形由充电信号整形电路106整形以对电池单元104再充电。不管所施加的波形的类型如何，可在不同时间且响应于施加到电池单元的离散充电周期确定或测量电池104处的电压和电池处的所测量电流。在一个实施方案中，阻抗测量电路108可获得第一电压测量结果V0，且可在第一时间218获得第一电流测量结果I0。在一个实施方案中，第一时间218可与在将离散充电周期201施加到电池单元104之前电池单元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可为电池单元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的表示值可按比例调整和叠加，使得信号可在相同曲线中示出，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(在一些情况下大于或小于零值)。
可在对应于离散充电周期201的波形的稍后时间获得额外电压和电流测量结果。特别地，阻抗测量电路108可测量电压波形202的前边缘209的峰值处的电压V1 220。另外，阻抗测量电路108可测量初始电压测量结果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可用于确定电池单元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可测量初始电流测量结果I0与出现电流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。可在离散充电周期201的下降边缘205处获得电压波形202和电流波形204的额外振幅值。特别地，阻抗测量电路108可在离散充电周期201的下降边缘205出现时测量电压V2 212和电流I2224。一般来说，由于电池单元104处的阻抗，将离散充电周期201的不到全部的电压202转换成充电电流204，使得电池单元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仍可取得额外时间测量结果。在一种情况下，当电流波形204返回到零安培时，可获得初始电压测量结果V0与出现电压V3的时间之间的电压V3和时间差T2226。在一些情况下，时间差T2 226可称为衰减时间，作为使电流波形204达到零安培的时间的度量。在一些情况下，电压V3可低于电池单元104的转变电压以帮助将电流驱动到零安培。然而，可控制电池单元104的充电信号以等待直到电池单元104处的电压和电流返回到与零安培和电池单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可进一步测量初始电压测量结果V0与电压电压波形202返回到转变电压且电流波形204返回到零安培的时间之间的时间差T3 228。在一些情况下，可在为电池单元104产生额外离散充电周期之前将额外静止周期添加到充电信号以防止充电信号的低效率。
应了解，电压波形202和电流波形204的任何数目和类型的特性可由阻抗测量电路108或电路控制器110测量或确定。举例来说，可测量电压波形202的其它振幅和/或电流波形204的振幅，且可确定此类振幅出现的时间差。此外，进行测量的离散充电周期201的点可取决于电路100对离散充电周期的整形，因为测量可用于确定经整形充电周期的特性，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可基于充电波形201的所测量特性来计算或估计电池单元的一个或多个阻抗特性。此外，电池单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充电周期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处测量的振幅值的比率以估计离散充电周期201的前边缘部分209的峰值处的实部阻抗值或阻抗幅值。在一个实施方案中，可基于ZR_EDGE＝(V0-V1)/(I0-I1)计算峰值处的实部阻抗值210。以类似方式，阻抗测量电路108可确定V2 212和I2224的振幅值的比率以通过等式ZR_BODY＝(V0-V2)/(I0-I2)估计离散充电周期201的主体部分结束时的实部阻抗值或阻抗幅值。然而，所估计的实部阻抗ZR_BODY可近似为离散充电周期201的取得测量结果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，因为离散充电周期201的前边缘209可包括单个谐波。
以类似方式，可确定或估计电池单元104的复阻抗的相移值、电抗值或虚部值。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充电周期201的前边缘209部分的峰值处的虚部阻抗值208。在一些情况下，可通过在衰减持续时间TT 216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处的阻抗的虚部分量可与离散充电周期201的衰减部分的持续时间TT 216相关，使得可基于所测量持续时间TT 216估计虚部分量。一般来说，可基于施加到电池单元104的离散充电周期201的任何数目个测量结果来确定或估计电池单元104的阻抗的许多方面。
在操作306中，电路控制器110可将所计算或所确定的阻抗特性中的一个或多个应用于一个或多个离散充电周期参数控制器以确定对提供到电池单元104的充电信号的离散充电周期的形状的调整。特别地，控制器可利用阻抗测量结果或估计值作为控制器的输入。在一些情况下，可对所确定的阻抗值进行加权以相对于其它测量结果或估计值调整测量的效果。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，离散充电周期参数控制器可调整充电波形201的各方面以实现优化的充电波形形状。举例来说，单独的波形参数控制器可配置成调整或优化充电波形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充电周期201的前边缘部分209的谐波的控制器、优化离散充电周期的主体部分203的持续时间的控制器、优化离散充电周期的衰减部分214的底部处的最低电压幅值的控制器，和/或在产生新的离散充电周期之前优化离散充电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来确定离散充电周期201的前边缘部分209的谐波。还可由一个或多个控制器优化离散充电周期的其它方面或特性。每一离散充电周期参数控制器可接收充电波形201的阻抗测量结果或估计值、电压测量结果、电流测量结果等的方面。此外，每一控制器可调整施加到输入的加权以产生离散充电周期201的对应部分的最高优化值或最小化对电池单元104的损坏，如下文更详细地解释。此优化可由离散充电周期参数控制器单独地或同时地发生。在一个实施方案中，控制器可基于一个或多个规则依序执行以确定执行的序列。此外，可基于从充电波形201的测量中获得的一个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可控制充电信号整形电路106以基于来自离散充电周期参数控制器的输出产生离散充电周期。一般来说，来自离散充电周期参数控制器的输出提供优化的离散充电周期201以用于将电荷施加到电池单元，同时最小化或减小电池单元电极处的阻抗。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充电周期的形状，从而优化充电信号。举例来说，对应于离散充电周期201的前边缘209的谐波的离散充电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的一个或多个控制信号以调整离散充电周期的前边缘的谐波，从而对应于控制器的输出。可基于离散充电周期参数控制器的输出类似地控制离散充电周期的其它方面，例如离散充电周期的持续时间和低于离散充电周期的衰落部分的转变电压的电压。以此方式，电池单元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单元的充电波形的形状。
在一些情况下，除了所测量或所估计的阻抗值以外，电路控制器110还可考虑充电状态或其它特性，以控制充电信号整形电路106基于上文所获得的阻抗测量结果产生离散充电周期。举例来说，电池单元104可由电路控制器110确定为在充电会话开始时具有低于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充电周期期间的阻抗测量或确定之后，电路控制器110可控制离散充电周期产生电路以响应于所确定阻抗调整离散充电周期。举例来说，随后的离散充电周期可经控制以具有与图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单元104的充电开始的确定，可控制后续离散充电周期201的正弦前边缘209以匹配高于与电池单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期间电池单元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)、所测量的实部阻抗(Zr)、所计算的模量阻抗(Zmod)或任何其它基于阻抗的测量结果或计算值的12％内。
电路控制器110可接着施加倾斜或成形用于离散充电周期201的主体部分203的恒定电压。在主体部分期间，在一些情况下，电流可继续上升，因为电池单元104内的扩散过程可能仍为瞬时的。在此类情况下，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。此可提供电流以在主体203的末端返回到主体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电芯内组件之间的电压梯度的增加。在离散充电周期201的后边缘205处，电流可滞后于电压信号，但可最终下降到零幅值。在一些情况下，电流下降到零幅值的周期216可被控制在可接受周期(例如，前边缘周期的15％)内。在其它情况下，当在离散充电周期201的后边缘232之后返回到零安培时，电流可能不受控制。此可为电池单元104的给定目标充电速率提供较低峰值电压和峰值电流，这可最小化电池单元104中的极化、气体析出和温度增加。离散充电周期之间的合适的静止周期可基于充电信号的前边缘209和主体203的持续时间，且可被施加以允许电池单元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，电池单元104的阻抗可变得对离散充电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可调整离散充电周期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，对离散充电周期的这些更改可导致电池单元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接近离散充电周期201的后边缘205处的零。为了减少电流稳定到指示电芯的去极化的零安培所必需的时间，在离散充电周期201的末端处的电压下降214可减少到多达2.6V，而不是如上所述返回到电芯的浮动电压。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。
在电池单元104的最大可允许平均电压(约80％ SOC)附近，电池单元的阻抗可能需要前边缘209的频率与离散充电周期201的主体203的频率之间的较小变化。在此情况下，离散充电周期201可控制在与最小阻抗的22％偏差内。由于电池单元104的阳极和阴极分别接近锂浓度的上限和下限，因此电池单元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。对离散充电周期201的调整允许充电系统在较低极化且没有过度热量、电化学副反应或容量损失的情况下维持有效充电。
在其它情况下，可利用微控制器或其它基于数字的测量系统来计算电池单元104的阻抗且控制充电波形201作为响应。特别地，电压信号，例如电压信号202的三个电压测量结果可通过微控制器获得，且可获得电流信号204的三个电流测量结果。测量结果可在时域中在时域中同时获得，且可因此用于计算两个阻抗值Z1和Z2。举例来说，可在离散充电周期的时域内同时获得测量结果V1和I1。还可获得波形202、204的额外测量结果，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充电信号的一个或多个特征或方面，且可由控制电路110利用以控制电路100的各方面以相应地整形充电信号，从而从受控制波形的组合中产生优化的充电信号。
在许多情况下，通过电池单元104的电流对应于离散充电周期(对于电压控制的离散充电周期)的电压的形状和特性。图4A为施加到电池的离散充电周期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，离散充电周期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清晰边缘。然而，由于电池单元104处的阻抗与前边缘谐波相关联，电池单元处的电流(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。由于电池单元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，离散充电周期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，可在离散充电周期402的主体部分407中将电压408控制为恒定值。然而，由于电池单元104的阻抗，离散充电周期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。图4A中的电压信号408与电流信号410之间的偏差示出电池单元104处的阻抗的实部分量或幅值的近似值，且响应于所施加电压408的前边缘的电流信号中的延迟表示阻抗的虚部分量或相移。电压分量408和电流分量410的标绘图可按比例调整和叠加以产生图4A-4C的信号图。主体区段407中电流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充电周期的主体部分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，在一些情况下，可监测和/或测量主体部分407期间离散充电周期402的电流分量410的向下斜率，且离散充电周期的后边缘部分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。在离散充电周期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充电周期相比，以更快速率将电流414驱动到零安培。
在图4B所示出的离散充电周期422的另一情况下，离散充电周期422的前边缘425可由前边缘区段425期间的相对较低频率谐波(相对于图4A的离散充电周期的不太急剧的速率)来限定。较低频率谐波前电压边缘与较低阻抗相关联，所述较低阻抗由离散充电周期422的电流426部分在振幅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的转变不太剧烈，同样相对于图4A的离散充电周期，电流部分430中的顶点可类似地不太明显，使得电流振幅和/或形状更接近地反映主体部分期间的电压形状。如图4A的离散充电周期中所示出的离散充电周期422的后部分429中的类似电压暂降432可存在于图4B的离散充电周期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中所示出的离散充电周期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的谐波相比更低频率的谐波来限定。在此情况下，与图4A和4B的离散充电周期相比，离散充电周期的电流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，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由于电池单元104内的扩散过程而维持恒定而逐渐减小。此离散充电周期442实例还可包含离散充电周期442的后部分449中的电压暂降452以驱动电流454到零安培。
对离散充电周期整形以对电池单元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的离散充电周期402可在电压快速达到峰值时提供大量充电功率，使得离散充电周期接近方波形状。然而，离散充电周期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单元104处的较大阻抗，导致电池充电的较大低效率。替代地，尽管图4C的离散充电周期442可减小或最小化由于较慢前边缘445而在电池单元104处提供高阻抗的离散充电周期内的谐波，但在此离散充电周期442中提供到电池单元104的平均功率的量(对应于离散充电周期下的区域)小于图4A和图4B的离散充电周期。因此，与其它充电信号相比，阻抗可减小，但更少功率被输送到电池单元104以对电芯充电。图4B的离散充电周期422提供电池单元充电期间阻抗与功率输送的对比考虑之间的平衡。
为了实现阻抗与功率输送的考虑因素之间的平衡，电路控制器110可监测或测量电池单元104处的阻抗，且调整离散充电周期的形状，包含其任何分量作为响应。在一些情况下，系统可估计上文所描述的测量中的一个或多个，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示出离散充电周期501，其可为用于对电池单元104充电的充电信号的一部分。信号图501类似于上文关于图2所描述的离散充电周期201，包含沿着离散充电周期的点的指示(对于离散充电周期501的电压分量502和离散充电周期的电流分量503)。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。这些测量结果可用于确定电池单元104在沿着离散充电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结果中的一个或多个，而非这些点中的一个或多个处的离散测量结果。
举例来说，可在离散充电周期501的前边缘部分与离散充电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。可类似地在离散充电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单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、电流或时间测量结果中的一个或多个，以提高电池单元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可在充电信号的前边缘部分期间获得电压分量502的电压测量结果的变化率和电流分量503的电流测量结果的变化率。分量的变化率可能与对应充电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，离散充电周期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，还可确定离散充电周期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充电周期的前边缘部分转变到主体部分的时间。特别地，由于离散充电周期的前边缘为正弦形状，因此可假设拐点507和509出现在离散充电周期501的前边缘的中点。因此，电路控制器110可接着在对于离散充电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估计从离散充电周期501的前边缘到主体部分的转变点522或520。电路控制器110可基于此估计获得点520处的电压测量结果和点522处的电流测量结果。这些所估计(或所计算)时间处的电压和电流的测量结果可用于确定ZR_EDGE和/或ZIMG_EDGE，或本文中所论述的任何其它阻抗测量结果。
在另一实例中，电路控制器110可在计算电池单元104处的阻抗时接受电压和/或电流测量中的一定量的误差。举例来说，对于电压控制的离散充电周期504，电路控制器110可确定点520为受控制的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的时间处或在从其起的某一固定时间延迟处获得电流测量结果，而非估计离散充电周期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V1和电流测量结果在同一时间或在之后的时间的比较中存在电池单元104处的阻抗值中的一些误差，但当测量电池单元104处的阻抗时，此误差可被电路控制器110接受。通过获得电流分量从充电信号501的前边缘部分到主体部分的转变点处的电压测量结果，可针对电流控制的离散充电周期利用类似方法。
在又另一情况下，离散充电周期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，离散充电周期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。由于离散充电周期601为单个谐波，因此可准确地确定离散充电周期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充电周期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。低阻抗通过离散充电周期的主体部分中的信号的电压分量与电流分量之间的很少或无分隔来例示。
在图6B中所示出的另一情况下，可控制电压部分616以对于离散充电周期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单元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可将离散充电周期616的电压部分控制为贝塞尔函数以在小于电池单元104的离散充电周期中的各者处出现。举例来说，贝塞尔函数离散充电周期610可在每100或1000个离散充电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充电周期处输送的功率。
在又另一例子中且返回到图5，电路控制器110可计算离散充电周期501的各部分或区段的累积阻抗。举例来说，电路控制器110可获得沿着离散充电周期的前边缘部分的若干点的电压测量结果和电流测量结果。可同时发生对应电压测量和电流测量。因此，尽管离散充电周期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结果和电流测量结果以估计在沿着离散充电周期501的前边缘曲线的若干点处的实部阻抗值或阻抗幅值。可对沿着前边缘的不同点处的阻抗测量结果进行求和以在离散充电周期501的整个前边缘期间获得电池单元104的实部阻抗。以类似方式，可在沿着离散充电周期501的前边缘的不同点处获得两个分量502、503的水平对应的测量结果。举例来说，可获得特定电压测量结果与对应电流测量结果的出现之间的时间，且可从所测量的值和时间延迟来近似电池单元104的虚部阻抗值或阻抗相移值。可对一系列此类虚部阻抗测量结果进行求和以在前边缘部分期间获得电池单元104的累积虚部阻抗。可对离散充电周期501的主体部分执行类似方法。可随后利用对离散充电周期501的部分的电池单元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可分析离散充电周期501的前边缘的其它特征且调整未来离散充电周期作为响应。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，且将测量结果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，离散充电周期501的前边缘部分可包含来自实部正弦波形状的异常。可通过所产生的离散充电周期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进行对未来离散充电周期的调整以更好地近似实例正弦波信号。可对离散充电周期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充电信号的电压和电流部分的数百或数千个测量结果以形成电池单元104的离散充电周期。在一个特定实例中，可经由时间与频率之间的域变换来分析离散充电周期的点。在此实例中，离散充电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定义。相反，可控制离散充电周期以呈现更任意的形状。此外，离散充电周期之间的静止周期可能受到相同分析，且边缘、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充电周期(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。这些因素中的一个或多个可允许一些变换比FFT更快或更好地处理。通过将离散充电周期数据变换到频域中，可暴露和操控离散充电周期内的个别谐波的幅值以产生多谐波离散充电周期。特别地，可独立地分析从离散充电周期的变换获得的各谐波，比较电压和电流，以确定各谐波对电池单元104处的阻抗、功率、峰值电压和电流的独立贡献。举例来说，在电池单元104处具有相对较高阻抗质量的谐波可在幅值上减小，且其它谐波可增加，以产生离散充电周期201的谐波的更理想集合。修改的变换可接着逆变换回到时域中，产生具有较低总阻抗的新的离散充电周期，所述新的离散充电周期可作为改进的离散充电周期应用。此外，在一些例子中，可对变换的离散充电周期执行选通以独立地分析离散充电周期的个别区段，其中重新接合各逆变换的区段以产生完整离散充电周期的改进形式。
更具体地，选通变换的离散充电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，离散充电周期可划分为五段，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。当波的区段在幅值或谐波含量(例如主体与静止周期)上为重度多模态时尤其有用。选通过程可提供阻抗的虚部和实部分量的更精确估计，且可用于分析/减少由于电池单元104的阻抗而在离散充电周期中可能出现的振荡。选通还可为调整离散充电周期的总周期的机制提供基础。举例来说，离散充电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以外，还可基于从充电波形获得的测量结果来确定其它计算。举例来说，可获得波形的多个离散充电周期的电压波形202和/或电流波形207的多个测量结果且对其求和以产生多个离散充电周期的平均阻抗值。在一个实例中，具有经过时间Δt的多个离散充电周期的前边缘部分的总阻抗可通过以下确定：
类似地，具有经过时间Δt的多个离散充电周期的主体部分的总阻抗可通过以下确定：
还可根据从多个离散充电周期或充电波形的其它部分获得的测量结果确定其它阻抗计算。举例来说，一个或多个离散充电周期的主体部分203的最大阻抗可通过以下确定：
所测量的值(i)在主体部分的开始到主体部分的结束之间。一个或多个离散充电周期的主体部分203的阻抗的δ平均值可通过以下确定：
此外，一个或多个离散充电周期的主体部分203的阻抗的δ最小值可通过以下确定：
所测量的值(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充电周期中的噪声，可从一个或多个质心计算来近似阻抗测量结果。更特别地，离散充电周期的不同部分(例如，图2的离散充电周期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，可计算离散充电周期201的前边缘部分的质心和离散充电周期的主体部分的质心。这些质心点可被电路控制器110用作离散充电周期的那些部分的阻抗测量结果且可被最小化以提高到电池单元104的所施加离散充电周期的效率。举例来说，离散充电周期201的前边缘部分的电压分量202的质心可根据以下计算：
/>
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：
以类似方式，离散充电周期201的主体部分203的电压分量的质心可根据以下计算：
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结果和最小测量结果。主体部分的电流分量204的质心可根据以下计算：
根据所计算的质心点，前边缘部分的实部阻抗值和虚部阻抗值可根据以下计算：
且前边缘的质心阻抗模量可根据以下计算：
主体部分的实部阻抗值和虚部阻抗值可根据以下计算：
且主体部分的质心阻抗模量可根据以下计算：
尽管上文论述为计算离散充电周期的前边缘部分的实部阻抗值和虚部阻抗值，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充电周期。利用质心计算来验证离散充电周期的前边缘部分的其它估计可提高用于形成额外离散充电周期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种或多种获得的所估计阻抗和基于质心计算的所估计阻抗可具有特定加权值。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充电周期中的噪声的量。
上述质心方程利用连续积分函数来确定波形部分的质心。在另一实例中，可计算近似充电波形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，下文提供的方程只是可执行的质心计算的一个集合的实例。举例来说，确定离散充电周期201的前边缘部分的电压分量202的质心的上述方程可计算如下：
其中
类似地，确定离散充电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：
前边缘的电流分量207的质心可根据以下计算：
其中
类似地，确定离散充电周期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：
以类似方式，离散充电周期201的主体部分203的电压分量的质心可根据以下计算：
其中
确定离散充电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：
离散充电周期201的主体部分203的电流分量207的质心可根据以下计算：
其中
/>
类似地，确定离散充电周期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：
如上所述，可根据所计算的质心点计算前边缘部分的实部阻抗值和/或虚部阻抗值，例如：
对于前边缘部分的电阻计算，以及：
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计算主体部分的实部阻抗值和/或虚部阻抗值，例如：
对于主体部分的电阻计算，以及：
对于前边缘的时间比边缘质心。
一些电池充电环境可包含以上计算和操作可受限制的组件。举例来说，用于充电电路100的电路控制器110可包含处理装置，对于所述处理装置，快速和多变量计算可能不可用。在此类情况下，在多个时间周期内取得的测量结果可由电路控制器110获得且由电路控制器组合以测量或估计充电电路的电池单元104的特性或参数。图7-8B中示出获得电池单元104的方面的测量结果和组合此类测量结果的一个实例。更具体地说，图7为示出根据一个实施例的用于基于所测量阻抗值对电池充电的电路的示意图，图8A为在时间块中测量的到电池单元中的电流的信号图，且图8B为在时间块中测量的在电池单元两端的电压的信号图。如下文更详细地解释，充电电路可在不同时间块处获得电池104处的电流和电压测量结果，且组合测量结果的各方面以估计电池单元104的特性，例如电池处的所估计功率或电池的一个或多个阻抗参数。用于处理测量结果的此方法可在任一时间减少电路控制器110上的处理负担，同时仍获得用于对电池的充电波形整形的阻抗参数。
如上文所指出，图7为示出用于基于在一段时间内获得的电池的测量结果对电池704充电的电路700的示意图。电路700可包含上文参考图1A的充电电路100所描述的元件，包含电力供应器702、电路控制器706和电池704。如上文所解释，电路控制器706可将一个或多个控制信号730、732提供到电路(例如，电路724)的元件，以对来自电力供应器702的电流或电压信号整形以对电池单元704充电。虽然在充电的上下文中论述，但所论述的系统和方法的方面还可适用于放电控制。另外，虽然可使用术语充电或放电信号，但在一些情形中，可将预期获得电流或电压响应(可根据其确定阻抗特性)的探测信号施加到电池，且取决于是否分别将一些能量施加到电池或施加来自电池的一些能量，可将此类探测信号视为充电或放电信号。电路控制器706可通过现场可编程门阵列(FPGA)装置、微控制器、专用集成电路(ASIC)或任何其它可编程处理装置实施，其中在额外处理能力受到限制或不必要且成本利润重要的一些应用中，特别识别的装置具有可能更具成本效益的性能。在一个实施方案中，电路控制器706可包含控制器的充电信号整形发生器710功能块，所述发生器用以确定待施加到电池单元704的充电信号的形状。在一些情况下，电路控制器706的充电信号整形发生器710可从电池单元电流测量电路708和/或电池单元电压测量电路726接收电池单元的特性的测量结果以用于确定阻抗，所述阻抗又用于确定充电信号的形状。在一个特定实施方案中，电路控制器706可包含用于接收和存储电池单元特性的测量结果以用于与电池704相关联的阻抗参数的组合和计算的组件。在另一实施方案中，电路控制器706可利用电池特性的所存储测量结果来计算或估计电池704的功率电平，以及电池的其它参数。
如所提及，电路700可包含一个或多个组件以对用于对电池704充电的充电信号整形。在所展示的特定实施方案中，电路700可包含串联连接到电力供应器702的输出734的第一开关元件(例如，晶体管712)和第二开关元件(例如，晶体管714)。第一晶体管712可从信号整形发生器710接收输入信号，例如脉宽调制(PWM)控制信号730以操作第一晶体管712作为开关装置或组件。一般来说，第一晶体管712可为任何类型的晶体管，例如FET，或用于可控制地将第一电感器716连接到电力供应器702的输出734的任何类型的可控制开关元件。举例来说，第一晶体管712可以是FET，其具有连接到第一电感器716的漏极节点、连接到电力供应器702的源极以及从电路控制器接收控制信号730的栅极。控制信号730可由电路控制器706提供以作为开关控制第一晶体管712的操作，所述开关在闭合时将第一电感器716连接到电力供应器702，使得来自电力供应器的充电信号流过第一电感器716。第二晶体管714可接收第二输入信号732且也可以在节点736处连接到第一晶体管712的漏极。在一些情况中，第二输入信号732可以是与到第一晶体管712的第一控制信号730相反的PWM信号。然而，当第一晶体管712闭合以将第一电感器716连接到电力供应器702时，第二晶体管714断开。当第一晶体管712断开时，相反地，第二晶体管714闭合，从而将节点726和第一电感器716接地。一般来说，在节点736处提供充电信号序列，所述充电信号序列在施加到电感器716且取决于任何给定实施方案而施加到电路724的其它组件时，可对施加到电池704的任何充电信号的各种方面整形。在一些情况下，充电信号的前边缘以及充电信号的其它方面经定义以基于本文中所论述的阻抗以一频率近似正弦曲线的一部分。虽然本文中将第一控制信号730和第二控制信号732描述为相反信号以控制晶体管进入相反状态，但用于控制开关元件712、714的其它技术也可以用电路700实施。电感器值、电容器值、致动晶体管的时间和频率以及其它因数可以是定制的，以产生波形并且特定地是具有到电池的受控谐波以对电池充电的波形。
除了第一电感器716之外，其它组件可包含于电路700中，统称为电路的“滤波器”724部分。特定来说，电路700可包含连接在电力供应器734的输出与接地之间的第一电容器722。第二电容器720可连接在第一电感器716(在节点738处)与接地之间。第二电感器718可连接在节点738与电池单元704的阳极之间。大体来说，电路700的滤波器724可操作以限定充电信号的形状和/或阻止施加到电池单元704的充电信号的快速改变。举例来说，在基于控制信号730闭合第一晶体管712后，第一电感器716和第二电感器718可阻止传输到电池单元704的电流的快速增加。电流的此快速增加可能损坏电池单元704或以其它方式对电池单元的寿命不利。此外，电感器可对施加到电池的波形整形，且对施加到电感器的信号的控制可提供波形的受控整形。在另一实例中，在第一晶体管712闭合时，电容器720可存储来自电力供应器702的能量。在断开第一晶体管712之后，电容器720可通过第二电感器718将电流提供到电池单元704以抵抗到电池的电流的立即下降，且可类似地用以可控制地对施加到电池的波形整形。
应了解，充电电路700中可以包含更多或更少组件。举例来说，滤波器电路724的一个或多个组件可按需要移除或更改以对到电池单元704的充电信号进行滤波。许多其它类型的组件和/或组件配置也可以包含或与充电电路700相关联。确切地说，图7的电路700只是电池单元充电电路700和本文中所描述的用于分析阻抗以用于产生或以其它方式确定控制信号730、732以用于对充电信号整形的技术的一个实例。
如上文所描述，电路控制器706的信号整形发生器710可基于电池704的反馈测量结果控制充电信号的形状。因而，电路700可包含用以测量到电池单元中的电流(例如，使用与将充电电流施加到电池的串联的小电阻器728测量)的电流测量电路708，以及测量跨越电池704的端子的电压的电压测量电路726。可将这些测量结果提供到信号整形发生器710，所述信号整形发生器可经由控制信号730、732控制第一晶体管712和第二晶体管714以调整到电池704的充电信号的形状。换句话说，信号整形发生器710可基于从电流测量电路708和/或电压测量电路726接收的测量结果，塑形或以其它方式限定传输到电池单元704的充电信号的形状，如下文更详细地解释。
信号整形发生器710可在与由电压测量电路726获得的测量结果不同的时间处理由电流测量电路708获得的测量结果，以计算或估计电池704的阻抗参数。为了以此方式处理电池单元特性测量，电路控制器706可包含额外测量处理组件，例如多路复用器装置A740、模数转换器742、多路复用器装置B 744和一个或多个存储器组件(例如，存储器组件A746和存储器组件B 748)。电路控制器706还可包含更多或更少组件，且一些组件可组合成单一组件，例如存储器装置746、748可为单一存储器装置或可为独立存储器结构内的存储器位置。下文更详细地论述电路控制器706的各种组件的操作。
在一些情况下，电路控制器706可控制电路700的一个或多个组件以利用在不同时间取得的电池特性的测量结果，以响应于施加到电池单元的充电信号而确定或估计电池704的一个或多个阻抗参数。举例来说，图8A示出限定提供到电池704的充电波形的一系列电荷能量包的电流分量800，其可基于电路控制器710对充电电路700组件的控制。电流分量800示出为在y轴802为电流值且x轴824为时间的曲线图上。一般来说，充电波形包含在多个时间块上重复的电流分量800。在此实例中，存在各自具有经谐波调谐或以其它方式整形的前边缘的不同宽度的三个能量包812、814、816，其中三个包重复时间块。信号图示出在四个时间周期块，即周期块A 804、周期块B 806、周期块C808和周期块D 810内的充电波形的电流分量800。每一时间块的周期持续时间PA-PD可为相同持续时间或花费相同时间量。另外，电路控制器706可被编程或以其它方式经配置以产生重复充电波形，其中重复充电波形的每一周期在其中一个周期持续时间期间发生。举例来说且如图8A中所示，电路控制器706可控制充电电路700的其它组件以在充电波形的框A 804期间产生第一充电信号812，后面是第二充电信号814，再后面是第三充电信号816。充电信号812-816中的每一个可与同一块804内的其它充电信号具有不同的持续时间。因此，充电信号812可具有第一持续时间，充电信号814可具有不同于第一持续时间的第二持续时间，且充电信号816又可具有第三持续时间。此外，各种实例充电波形可取决于阻抗而变化。
对于充电波形的每一时间块804-810，可出现相同或类似充电波形模式。举例来说，可在时间块B 806、时间块C 808和时间块D 810期间重复相同的充电信号812-816。尽管图8A中仅示出四个时间块，但是应了解，充电波形可在电池单元704的充电过程期间重复任何次数。在任何给定时间块中，可存在更多或更少的充电信号，且任何块或充电波形的持续时间都可变化。充电波形的形状和数目还可因块不同而不同。并且，每一充电信号可对应于先前或多个先前时间块中的充电信号。举例来说，时间块C 808的充电信号818可类似于或相同于时间块A 804的充电信号812，时间块C的充电信号820可类似于或相同于时间块A的充电信号814，且时间块C的充电信号822可类似于或相同于时间块A的充电信号816。一般来说，且在所说明的实例中，时间块804-810内的每一信号类似于或相同于前一块，使得充电波形包括充电信号的重复模式。应了解，信号展示为具有经整形前边缘，所述经整形前边缘说明经谐波调谐的经整形信号块。举例来说，任何给定块都可包含特定谐波分量，且每一特定谐波分量的前边缘还可经整形。这些经谐波调谐的块可在每一时间块804-810内重复。在一些情况下，出于评估呈现谐波的阻抗的目的，方形或其它清晰的边缘脉冲可与相当低的能量含量一起使用且具有短暂的持续时间。
图8A的信号图示出经施加以对电池单元704充电的充电信号的充电分量800。类似地，图8B示出根据一个实施例的在用于确定电池单元处的阻抗值的时间块中测量的在电池单元两端的电压850的信号图。类似于上文所论述的电流分量800，电压分量850示出为在y轴852为电压值且x轴868为时间的曲线图上。充电波形的电压分量850在相同多个时间块，即周期块A 854、周期块B 856、周期块C 858和周期块D 860上重复。充电波形的电压分量850包含与电流分量800大体上相同的形状，使得电压分量为用于每一时间块854-860的重复信号。因而，将在电流分量800和电压分量850两者中反映充电波形的不同形状。
除了充电波形的电流分量800之外，图8A还示出如响应于充电波形而从电流测量电路708获得的测量的到电池单元704中的电流。举例来说，在充电信号812期间，电流测量电路708可获得电流测量结果I1。类似地，在充电信号814期间，电流测量电路可获得电流测量结果I2，且在充电信号816期间，电流测量电路可获得电流测量结果I3。以类似方式，电流测量电路708可在时间块C 818的充电信号818期间获得电流测量结果I4、在充电信号820期间获得电流测量结果I5且在充电信号822期间获得电流测量结果l6。虽然未在图8A的信号图中示出，但电流测量电路706还可在时间块B 806和时间块D 810的充电信号期间进行电流测量。
以类似方式，图8B示出如响应于充电波形从电压测量电路726获得的测量的在电池单元704两端的电压。举例来说，电压测量电路726可在时间块B 856的充电信号862期间获得电压测量结果V1，电流测量电路可获得电压测量结果V2，且在充电信号866期间获得电压测量结果V3。虽然未在图8B的信号图中示出，但电压测量电路726还可在时间块A 854、时间块C 858和时间块D 860的充电信号期间进行电压测量。
图8A和8B中所示出的信号图为可通过电路700获得的电流和电压测量结果的一个实例，但所述电路可实施或执行其它实例。举例来说，电路700可经配置以在充电波形的块A期间获得电压测量结果且在块B期间获得电流测量结果。在另一实例中，电路700可经配置以在充电波形的任何块中获得电压值和电流值两者。另外，所获得的测量结果不需要在后续块之间交替。举例来说，可针对一系列连续块(例如，块A和块B)获得电压测量结果，且可针对一个或多个后续块(例如，块C和块D)获得电流测量结果。另外，可按任何次序获得测量结果。举例来说，可在时间块A中获得电压测量结果，接着在时间块B和时间块C中获得电流测量结果，以及在时间块D中获得另一电压测量结果。一般来说，任何电池单元特性都可在充电波形的任何时间块中测量且存储于存储器装置746、748中。可按任何次序或顺序获得此类测量结果以为电路控制器706在确定或估计电池单元704的操作参数方面提供处理灵活性。
另外，尽管本文中论述为测量到电池单元704中的电流(利用电流测量电路708)且测量电池单元两端的电压(利用电压测量电路726)，但可通过电路控制器706测量和存储任何电池单元特性以用于确定充电波形形状。举例来说，可将其它测量电路或装置(例如，电力测量装置、阻抗测量装置等)包含于电路700中，且除电流和/或电压测量结果之外或代替电流和/或电压测量结果，可将来自其它装置的输出提供到电路控制器706。可在如本文所描述的任何数目的时间块(包含交替时间块或连续时间块)内获得额外电池特性测量结果。此外，电池单元特性的确定或估计可包含用以产生可用于对充电波形整形的任何数目的电池单元特性的任何数目的所获得测量结果。
如在图7的电路700中所示出，电流测量电路708和电压测量电路726可将所获得的测量结果提供到电路控制器706，以用于计算或估计电池单元704的阻抗或其它操作特性。然而，一些电路控制器706可缺乏以测量结果提供的速度执行计算的处理能力。类似地，在一些切实可行的实施方案中，可能不指定相对更精密且昂贵的处理器，且因此有必要在无此类处理器的情况下处理测量结果。此类电路控制器706可经配置以执行图9中所示出的方法900的一个或多个操作。具体地说，图9为示出根据一个实施例的用于基于在不同时间周期取得的电池单元的测量结果确定电池单元的操作特性的方法900的流程图。可由充电电路700的电路控制器706执行或执行一个或多个操作，但充电电路的其它组件或除充电电路之外还可执行方法900的一个或多个操作。可通过软件程序、一个或多个硬件组件或软件与硬件组件的组合来执行此类操作。
从操作902开始，电路控制器706可经配置以在充电波形的第一周期期间接收第一电池单元特性的测量结果。举例来说，电流测量电路708可在时间块A 804的充电信号812期间获得电流测量结果I1，且将电流测量结果提供到电路控制器706。在一个可能的布置中，控制器可轮询或以其它方式主动地从电流测量电路获得测量结果。在一个例子中，控制器706可存取电流测量结果I，且可将其提供或传输到电路控制器706的多路复用器装置A740。多路复用器装置A 740可由电路控制器706控制以接收电流测量结果I1且提供测量结果到模数转换器(ADC)742的直通。控制多路复用器装置A740以允许电流测量结果的直通可阻止值从电压测量电路726传输到ADC 742。ADC 742可将模拟电流测量结果转换成数字值。另外，电路控制器706可控制多路复用器装置B 744允许ADC 742的输出的直通存储在存储器A 746中。存储器A 746可为任何类型的存储器装置，且在一些情况下可操作为测量值的先进先出堆栈。电路控制器706可在时间块，例如块A 804期间接收和存储一个或多个此类电流测量结果。举例来说，在充电信号814期间的电流测量结果I2和在充电信号816期间的电流测量结果I3还可由电路控制器706提供和存储在存储器A 746中。
在操作904处，电路控制器706可经配置以在充电波形的第二稍后周期期间接收第二电池单元特性的测量结果。举例来说，电压测量电路726可在时间块B 856的充电信号862期间获得电压测量结果V1，且将所述电压测量结果提供到电路控制器706。电压测量结果V1可沿着与电流测量结果相同的路径提供，即，通过电路控制器706的多路复用器装置A 740、ADC 742和多路复用器装置B 744。电路控制器706可将一个或多个控制信号提供到多路复用器装置A 740、ADC 742和多路复用器装置B 744以控制电压测量结果到存储器装置B 748的流动，且在一些情况下，阻止值在时间块B 856期间从电流测量电路708传输到ADC 742。存储器B 748可为任何类型的存储器装置，且在一些情况下可操作为测量值的先进先出堆栈。因此，可在时间块B 856期间接收电压测量值，所述时间块发生在接收和存储电流测量结果的时间块A 804之后。电路控制器706还可在时间块期间接收并存储多个电压测量结果，例如，在充电信号862期间接收并存储电压测量结果V2和在充电信号866期间接收并存储电压测量结果V3。
实际上，控制器通过多路复用器740的控制，控制器在电流测量结果与电压测量结果之间交替。交替的电流测量结果和电压测量结果通过ADC 742馈送，且第二多路复用器744的控制交替地将电流测量结果和电压测量结果的数字值存储在存储器A(746)和存储器B(748)中。在一些情况下，模数转换可在测量电路处发生，在此情况下，可不使用ADC 742。在此情况下，通过单个多路复用器的控制的数字测量结果可交替地存储在存储器A和存储器B中。在此情况下，可能仅单个多路复用器存在于控制器706中或作为到所述控制器的输入。
通过对电流测量结果和电压测量结果的交替存取以及以类似方式交替地在两个存储器中存储值，在存储器中对准测量值以用于进一步处理以确定阻抗或其它值。举例来说，系统可首先从块A中抽取一个或多个电流测量结果且将所述一个或多个值存储在存储器A中。存储器在本文中描述为不同的存储器装置，但应认识到，第一存储器和第二存储器可为同一存储器装置的分区。系统接着可从块B中抽取一个或多个电压测量结果且将所述一个或多个值存储在存储器B中。一个或多个块A电流测量结果存储在依序存储器位置中。一个或多个块B电压测量结果存储在依序存储器位置中。存储器A和B的大小和类型可相同，且因此电流测量结果和电压测量结果在存储器中对准。以此方式，当控制器存取存储器A和存储器B以使用相应测量结果执行计算时，相应测量结果借助于存取协调、存储器存储和布置自动对准。因此，如果针对电流从每一个块A开始且接着针对电压从每一个块B处理三个测量结果，那么将第一电流值I1存储在存储器A的存储器位置中，将第一电压值V1存储在存储器B的同一存储器位置中，且因此对于后续电流测量结果和电压测量结果以此类推。因而，与电压测量结果V1相比，为了使用电流测量结果I1获得阻抗，系统仅需要存取存储器A和B中的每一个中的同一存储器位置，且将借助于值加载在相应存储器中的方式使正确的比较值自动处于同一存储器位置中。
图10示出交错电压和电流取样的实例，其中交替电压测量结果和电流测量结果可交替地存储于相应存储器中。因此，一个存储器将具有电压测量结果序列，且其它存储器将具有电流测量结果序列。在此实例中，充电信号1000的形状类似于上文关于图2所描述的那些充电信号，另外，系统在电压和电流的离散测量结果的测量和存储之间交替。因而，返回参考图8A和8B，块将仅包括在离散时间点处的电流或电压的单一测量结果。参考图10，例如，在第一取样窗口1002中，电流测量结果ISn与电压测量VSn交错。因而，电流测量结果IS1将存储在第一存储器中，且接着电压测量结果VS1将存储在第二存储器中。每一相应测量结果存储在如本文别处所论述的相应存储器的相同存储器位置中。电流测量结果和电压测量结果的交错以及相应存储装置接着可在第一取样窗口的时间期间继续进行。返回参考图2，第一取样窗口覆盖经谐波调谐或以其它方式整形的前边缘209(1009)转变到主体部分203(1003)时之间的窗口时间。
在确定阻抗方面，系统将电压与电流进行比较，如关于图2-6所论述。系统还可使用时间窗口期间的电压测量结果的平均值与在相同时间窗口期间的电流测量结果的平均值相比来计算阻抗，其中在图10中展示求取平均值计算。在另一实例中，系统可使用在时间窗口期间测量的电压和电流值中的最大电压值与最大电流值相比来计算阻抗，其中还在图10中展示最大化公式。
如上所述，可在不同时间处相对于充电信号的应用计算阻抗。在图10的实例中，除了在从前边缘到主体部分的转变处的取样窗口之外，还可在充电信号转变到零时限定第二取样时间窗口1004，和/或可在充电信号之间的静止周期1005期间限定第三取样时间窗口1006。在一个特定实例中，无论是响应于负电压转折(blip)(例如，低于端电压)还是另外在充电电流在电压信号结束时转变到零安培之后，当到电池的电流已经稳定为零时，可在紧接在充电信号前的时间期间限定第三取样时间窗口。
更详细地并且再次参考图9，在操作906中，电路控制器706可从存储器A 746获得第一电池单元特性的测量结果且从存储器B 748获得第二电池单元特性的测量结果。在FIFO或更一般来说可被视为两个存储器的循环缓冲器布置的情况下，每一存储器队列中的相应测量结果存在于控制器存取以执行计算的存储器位置处。继续以上实例，电路控制器可因此从存储器A 746获得电流测量结果I1且从存储器B 748获得电压测量结果V1。在FIFO布置中，电流测量结果I1和电压测量结果V2在相应存储器A和B中的相同相应存储器位置处变得可用。尽管论述为电流测量结果为第一电池单元特性且电压测量结果为第二电池单元特性，但电路控制器706可在任何时间获得且存储任何电池单元特性。此外，在一些情况下，电路控制器706可在存储之前或之后对所接收的电池单元特性测量结果中的一个或多个求取平均值。举例来说，电路控制器706可对在时间块A 804期间接收到的电流值I1、I2和I3求取平均值，以确定在时间块期间的平均电流。求取平均值可发生在加载存储器中的个别值之前或在存取值之后。在另一实例中，电路控制器706可对来自不同时间块的测量值，例如来自时间块B 856的电压值V1和来自时间块D 860的电压V4求取平均值。一般来说，电路控制器706可在从存储器装置746、748检索值之后或存储在存储器装置中之前即刻对来自任何数目的时间块的任何数目的测量值求取平均值。
在操作908中，电路控制器706可根据从存储器746、748获得的测量值确定所估计的电池单元特性或值。举例来说，电路控制器706可利用所存储的电流值和电压值来估计电池单元704的阻抗参数。在一些情况下，可将所获得的测量值提供到信号整形发生器710以用于产生充电电路700的控制信号。在其它情况下，电路控制器706可根据所存储的测量值计算电池单元704的所估计特性，且响应于所估计特性控制信号整形发生器710。无论如何，电路控制器706可通过基于所估计的电池单元特性值控制充电电路700的一个或多个组件而对电池单元704的充电信号整形，所述所估计的电池单元特性值是根据所存储的测量值确定的。此外，可在重复充电信号的不同块期间测量测量结果，以允许电路控制器706以电路控制器能够达到的速度处理测量结果。
尽管上文参考图8A和8B的方波充电信号所论述，但以上描述可同样适用于较不均匀的充电波形。实际上，充电波形可包括可具有任何形状和持续时间的重复的一系列充电信号，在所述持续时间期间可在电池单元704处获得电流测量结果和/或电压测量结果。在一些情况下，电流测量电路708可对全部或一部分时间块内所测量的电流求取平均值，和/或电压测量电路726可对一部分时间块的全部内所测量的电压求取平均值。
图11为示出可用于实施上文所公开的网络的实施例的计算装置或计算机系统1100的实例的框图。具体地说，图11的计算装置为执行上文所描述的操作中的一个或多个的控制器的一个实施例。计算机系统(系统)包含一个或多个处理器1102-1106。处理器1102-1106可包含高速缓存器(未展示)的一个或多个内部层级和用以引导与处理器总线1112的交互的总线控制器或总线接口单元。也被称为主机总线或前端总线的处理器总线1112可用于将处理器1102-1106与系统接口1114耦合。系统接口1114可连接到处理器总线1112以使系统1100的其它组件与处理器总线1112介接。例如，系统接口1114可包含用于将主存储器1116与处理器总线1112介接的存储器控制器1118。主存储器1116通常包含一个或多个存储卡和控制电路(未展示)。系统接口1114还可包含使一个或多个I/O桥接器或I/O装置与处理器总线1112介接的输入/输出(I/O)接口1120。如所示出，一个或多个I/O控制器和/或I/O装置可与I/O总线1126连接，例如I/O控制器1128和I/O装置1130。
I/O装置1130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1102-1106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1102-1106且用于控制显示装置上光标的移动。
系统1100可包含被称为主存储器1116的动态存储装置或随机存取存储器(RAM)，或耦合到处理器总线1112以用于存储待由处理器1102-1106执行的信息和指令的其它计算机可读装置。主存储器1116还可用于在由处理器1102-1106执行指令期间存储临时变量或其它中间信息。系统1100可包含耦合到处理器总线1112以用于存储用于处理器1102-1106的静态信息和指令的只读存储器(ROM)和/或其它静态存储装置。图11中所示的系统仅是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的实例。
根据一个实施例，可响应于处理器1104执行主存储器1116中所含有的一个或多个指令的一个或多个序列而由计算机系统1100执行上述技术。这些指令可从例如存储装置的另一机器可读媒体读取到主存储器1116中。执行主存储器1116中含有的指令序列可使处理器1102-1106执行本文所描述的过程步骤。在替代实施例中，可使用电路系统来代替软件指令或与软件指令结合。因此，本公开的实施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。
本公开的实施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利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例性实施例进行各种修改和添加。举例来说，虽然上文所描述的实施例涉及特定特征，但本发明的范围还包含具有特征的不同组合的实施例和不包含所有所描述特征的实施例。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。描述许多特定细节以提供对本公开的透彻理解。然而，在某些情况下，未对众所周知或常规的细节进行描述，以免混淆描述。在本公开中对一个实施例或实施例的引用可以是对相同实施例或任何实施例的引用；并且，此类引用意指实施例中的至少一个实施例。
对“一个实施例(one embodiment)”或“实施例(an embodiment)”的引用意味着结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本公开的至少一个实施例中。在本说明书中各个地方出现的短语“在一个实施例中”不一定全部指代同一个实施例，也不是与其它实施例相互排斥的单独实施例或替代性实施例。此外，描述了可以由一些实施例但不由其它实施例展现的各种特征。
在本公开的上下文内以及在使用每个术语的具体上下文中，本说明书中使用的术语通常具有它们在本领域中的普通含义。对于在本文所讨论的术语中的任何一个或多个术语，可以使用替代性语言和同义词，并且不管术语是否在本文详细说明或讨论，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。对一个或多个同义词的详述并不排斥其它同义词的使用。本说明书中任何地方使用的实例(包含本文所讨论的任何术语的实例)仅是说明性的并且不旨在进一步限制本公开或任何示例术语的范围和含义。同样地，本公开不限于在本说明书中给出的各种实施例。
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实施例的仪器、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，其决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如本公开涉及的领域的普通技术人员通常理解的含义。在有冲突的情况下，应以本文件(包含定义)为准。
本公开的另外特征和优点将在随后的描述中阐述并且在某种程度上将根据描述而变得明显或者可以通过实践本文公开的原理来进行了解。本公开的特征和优点可以借助于所附权利要求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而变得更为充分地显而易见，或者可以通过实践本文所阐述的原理了解。

Claims (27)

1.一种用于监测电化学装置的方法，所述方法包括：
经由处理装置在电化学装置处的波形的第一周期期间获得所述电化学装置的第一特性的测量结果；
经由所述处理装置在所述电化学装置处的波形的第二周期期间获得所述电化学装置的第二特性的测量结果，所述第二周期发生在所述第一周期之后；以及
基于所述第一特性的所述测量结果和所述第二特性的所述测量结果计算所述电化学装置的操作特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一特性为流动到所述电化学装置的充电电流，且所述第二特性为所述电化学装置两端的电压。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述操作特性为所述电化学装置的阻抗参数，所述阻抗参数用于对提供流动到所述电化学装置的所述充电电流的充电波形进行谐波调谐。
4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
在第一存储装置中存储所述第一特性的所述测量结果，且在第二存储装置中存储所述第二特性的所述测量结果。
5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括：
在所述充电波形的所述第二周期之后从所述第一存储装置检索所述第一特性的所述测量结果，且从所述第二存储装置检索所述第二特性的所述测量结果。
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
控制充电电路对所述充电波形整形以包括重复充电信号，其中每一充电信号发生在所述充电波形的一周期内。
7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
在施加到所述电化学装置的所述充电波形的第三周期期间获得所述电化学装置的所述第一特性的第二测量结果；以及
对所述第一特性的所述测量结果和所述第一特性的所述第二测量结果求取平均值。
8.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
基于所述电化学装置的所计算的所述操作特性更改所述充电波形的属性。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述充电波形定义主体部分，所述操作特性与所述主体部分相关联，且更改所述充电波形的所述属性包括基于所述操作特性更改所述主体部分的周期。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述主体部分的所更改的周期是基于将所述主体部分的阻抗维持在阈值内。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述充电波形定义主体部分，所述操作特性与所述主体部分相关联，且更改所述充电波形的所述属性包括更改前边缘谐波的频率以调制与所述主体部分相关联的阻抗。
12.根据权利要求3所述的方法，其中所述阻抗参数包括实部阻抗值、虚部阻抗值、幅值阻抗值或相移阻抗值或导纳值中的至少一个。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述充电波形定义前边缘，所述操作特性与所述前边缘相关联，且更改所述充电波形的所述属性包括更改前边缘谐波的频率以调制与所述前边缘相关联的阻抗。
14.一种用于电化学装置的系统，所述系统包括：
处理单元，其以操作方式与第一存储器和第二存储器耦合，所述第一存储器包含电化学装置的第一测量结果，且所述第二存储器包含所述电化学装置的第二测量结果，所述处理单元经配置以根据所述第一测量结果和所述第二测量结果计算所述电化学装置的操作特性。
15.根据权利要求14所述的系统，其进一步包括以操作方式与所述第一存储器和所述第二存储器耦合的第一多路复用器，所述多路复用器经控制以按顺序将所述第一测量结果存储在所述第一存储器中且将所述第二测量结果存储在所述第二存储器中。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述第一测量结果存储于所述第一存储器的第一存储器位置中且所述第二测量结果存储于所述第二存储器的第二存储器位置中，其中所述第一存储器位置与所述第二存储器位置对准。
17.根据权利要求16所述的系统，其进一步包括以操作方式与模数转换器耦合的第二多路复用器，所述模数转换器以操作方式与所述第一多路复用器耦合，所述第二多路复用器经控制以交替地存取第一测量电路以获得所述第一测量结果和存取第二测量电路以获得所述第二测量结果，所述模数转换器交替地数字化所述第一测量结果和所述第二测量结果，且将经数字化测量结果提供到所述第一多路复用器以按顺序将所述第一测量结果存储在所述第一存储器中且将所述第二测量结果存储在所述第二存储器中。
18.根据权利要求14所述的系统，其中所述操作特性为阻抗。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述第一测量结果为响应于施加到所述电化学装置的充电信号的电流测量结果，且所述第二测量结果为响应于施加到所述电化学装置的充电信号的电压测量结果，控制器根据电流振幅测量结果和对应的电压振幅测量结果计算阻抗比，且基于所述阻抗比获得所述电化学装置的所述阻抗。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述阻抗包括实部阻抗值、虚部阻抗值、幅值阻抗值或相移阻抗值中的至少一个。
21.根据权利要求19所述的系统，其中充电信号包括离散充电周期，所述离散充电周期包括经谐波调谐的前边缘部分和在所述前边缘部分之后的与所述前边缘部分不同的主体部分。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述经谐波调谐的前边缘为基于阻抗的频率下的正弦形状。
23.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一测量结果为响应于施加到所述电化学装置的充电信号的电流测量结果，且所述第二测量结果为响应于施加到所述电化学装置的充电信号的电压测量结果，所述系统进一步在时间窗口中测量与多个额外电压测量结果交错的多个额外电流测量结果。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述处理单元获得所述时间窗口中的所述电流测量结果的平均值和所述电压测量结果的平均值，且根据所述电流测量结果的所述平均值和所述电压测量结果的所述平均值计算所述电化学装置的与阻抗有关的所述操作特性。
25.根据权利要求23所述的系统，其中所述处理单元分别从所述时间窗口中的所述电流测量结果和电压测量结果获得最大电流测量结果和最大电压测量结果，且根据所述最大电流测量结果和所述最大电压测量结果计算所述电化学装置的与阻抗有关的所述操作特性。
26.一种用于电化学装置的系统，所述系统包括：
处理布置，其从第一存储器获得第一电流的第一测量结果，即在电化学装置处的充电或放电波形的第一周期期间所述电化学装置的所述第一测量结果；
所述处理单元进一步从第二存储器获得第二电压的第二测量结果，即在所述电化学装置处的充电或放电波形的第二周期期间所述电化学装置的所述第二测量结果，所述第二周期发生在所述第一周期之后；且
所述处理单元进一步基于所述第一电流的所述第一测量结果和所述第二电压的所述第二测量结果计算所述电化学装置的阻抗特性。
27.根据权利要求26所述的系统，其中所述第一测量结果为响应于施加到所述电化学装置的充电或放电信号的电流振幅，且所述第二测量结果为响应于施加到所述电化学装置的充电或放电信号的电压振幅，控制器根据电流振幅测量结果和对应的电压振幅测量结果计算阻抗比，且基于所述阻抗比获得所述电化学装置的所述阻抗特性。
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