JP2018523814A - エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定装置、方法、および関連システム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2015年7月1日に出願された米国特許出願第14/789,959号、 "ENERGY STORAGE CELL IMPEDANCE MEASURING APPARATUS, METHODS AND RELATED SYSTEMS"( エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定装置、方法、および関連システム)の出願日の権利を主張する。また、本願は、2012年4月3日に出願された米国特許出願第13/438,741号にも関係があり、米国特許出願第13/438,741号は、現在では、2016年1月26日に発行された米国特許第9,244,130号となっている。米国特許出願第13/438,741号は、2008年6月30日に出願された米国特許出願第12/217,013号の継続出願であり、米国特許出願第12/217,013号は、現在では、2012年4月3日に発行された米国特許第8,150,643号となっている。米国特許出願第12/217,013号は、2007年7月5日に出願された米国特許出願第11/825,629号の一部継続出願であり、米国特許出願第11/825,629号は、現在では、2008年7月1日に発行された米国特許第7,395,163号となっている。米国特許出願第11/825,629号は、2005年12月20日に出願され、現在では放棄されている米国特許出願第11/313,546号の継続出願であり、米国特許出願第11/313,546号は、2004年12月20日に出願された米国仮特許出願第60/637,969号および2005年10月7日に出願された第60/724,631号の優先権を主張する。また、本願は、2010年6月11に出願された米国特許出願第12/813,750号にも関係があり、米国特許出願第12/813,750号は、現在では2014年10月21日に発行された米国特許第8,868,363号となっている。米国特許第8,868,363号は、2009年6月11に出願された米国仮特許出願第61/186,358号の優先権を主張する。更に、本願は、2010年5月3日に出願された米国特許出願第12/772,880号にも関係があり、米国特許出願第12/772,880号は、現在では、2010年10月28日に発行された米国特許第8,352,204号となっている。米国特許出願第12/772,880号は、2008年6月30日に出願された米国特許出願第12/217,013号の一部継続出願であり、米国特許出願第12/217,013号は、現在では、2012年4月3日に発行された米国特許第8,150,643号となっている。更に、本願は、2011年5月3日に出願された米国特許出願第13/100,170号にも関係があり、米国特許出願第13/100,170号は、2010年5月3日に出願された米国仮特許出願第61/330,766号の優先権を主張する。更に、本願は、2011年5月3日に出願された米国特許出願第13/100,184号にも関係があり、米国特許出願第13/100,184号は、現在では、2014年6月24日に発行された米国特許第8,762,109号となっている。米国特許出願第13/100,184号は、2010年5月3日に出願された米国仮特許出願第61/330,733号の優先権を主張する。以上の出願および特許の各々の開示内容は、ここで引用したことにより、全ての図、表、および図面を含むその内容全体が本願にも含まれるものとする。
本発明は、米国エネルギ省によって授与された契約第DE−AC07−05−ID14517号の下で、政府支援によって行われた。政府は、本発明において一定の権利を保有する。
本開示は、インピーダンス測定装置および方法に関し、特に、再充電可能サービス(rechargeable service)に採用されるエネルギ貯蔵セル(energy storage cell)、およびこのようなセルを含むシステムにおけるインピーダンス測定に関する。具体的な用途には、比較的高い電圧のエネルギ貯蔵セルのインピーダンス測定が含まれるが、これに限定されるのではない。
SOS電流励起回路400は、SOS制御信号302を制御回路300から受け取り、SOS信号404を生成するように構成することができる。SOS電流励起回路400は、SOS信号404をエネルギ貯蔵セル210に印加するように構成することができる。ある実施形態では、SOS電流励起回路400は、高電圧バッファ500を介してSOS信号404をエネルギ貯蔵セル210に印加するように構成されてもよい。尚、エネルギ貯蔵セル210のインピーダンスは、ある実施形態では、高電圧バッファ500を使用せずに判定できることは注記してしかるべきである。非限定的な一例として、2012年4月3日に出願されたMorrison et al,の米国特許出願公開第2012/0262186号は、このような高電圧バッファ500を使用せずに、エネルギ貯蔵デバイスのインピーダンスを測定することを開示している。この特許出願公開をここで引用したことにより、その内容が本願にも含まれるものとする。
Claims (26)
- エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスであって、
差動電流源を含み、エネルギ貯蔵セルの正端子および負端子から、前記差動電流源の接地端子を分離するように構成された正弦波総和(SOS)電流励起回路であって、前記エネルギ貯蔵セルを介してSOS信号を印加するように構成され、前記SOS信号が複数の正弦波電流信号の総和を含み、前記複数の正弦波電流信号の各々が、複数の異なる周波数の内異なる1つにおいて発振する、SOS電流励起回路と、
前記SOS電流励起回路、前記正端子、および前記負端子に動作可能に結合するように構成された制御回路と、
を含み、前記制御回路が、
前記SOS電流励起回路に前記SOS信号を生成させるように構成されたSOS制御モジュールと、
前記エネルギ貯蔵セルの前記正端子および負端子上において電気信号を測定するように構成された少なくとも1つの信号測定モジュールと、
前記少なくとも1つの信号測定モジュールによって測定された電気信号を使用して、前記SOS信号の周波数毎に前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するように構成されたインピーダンス計算モジュールと、
を含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。 - 請求項1記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスにおいて、前記複数の異なる周波数が、当該複数の異なる周波数の内最も低い周波数の整数高調波周波数を含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
- 請求項2記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスにおいて、前記SOS信号の複数の正弦波電流信号が、前記複数の異なる周波数の連続する周波数毎に、交流正弦および余弦電流信号を含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
- 請求項1記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスであって、更に、前記SOS電流励起回路と前記エネルギ貯蔵セルとの間に動作可能に結合された高電圧バッファを含み、前記高電圧バッファが、前記SOS信号の少なくとも一部を搬送する前記SOS電流励起回路の少なくとも1本の信号線を、前記正端子と前記負端子との間における直流電圧電位差から分離するように構成される、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
- 請求項4記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスにおいて、前記高電圧バッファが、前記差動電流源の少なくとも1つと、前記エネルギ貯蔵セルの正端子および負端子の内の少なくとも1つとの間に動作可能に結合された高電圧遮断キャパシタを含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
- 請求項1記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスにおいて、前記差動電流源が、前記エネルギ貯蔵セルに電流を流入させるように構成されたプッシュ電流源と、前記エネルギ貯蔵セルから電流をプルするように構成されたプル電流源とを含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
- 請求項6記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスにおいて、前記プッシュ電流源が、前記プル電流源と少なくとも実質的に同じ電流を供給するように構成される、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
- 請求項1記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスにおいて、前記差動電流源が、約60ボルト直流よりも大きな直流電圧電位出力を有するエネルギ貯蔵セルを介して、前記SOS信号を供給するように構成される、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
- 請求項1記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスにおいて、前記差動電流源が、少なくとも約300ボルト直流の直流電圧電位出力を有するエネルギ貯蔵セルを介して、前記SOS信号を供給するように構成される、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
- エネルギ貯蔵セルのインピーダンス測定方法であって、差動電流源を含む正弦波総和(SOS)電流励起回路によって、正弦波電流信号の総和を含む正弦波総和(SOS)信号をエネルギ貯蔵セルに印加するステップであって、前記正弦波電流信号の各々が、複数の異なる周波数の内異なる1つにおいて発振する、ステップと、
前記エネルギ貯蔵セルの正端子および負端子において電気信号を測定するステップと、
前記測定した電気信号を使用して、前記複数の異なる周波数の各々において、前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するステップと、
を含む、エネルギ貯蔵セルのインピーダンス測定方法。 - 請求項10記載の方法において、前記正端子および前記負端子において電気信号を測定するステップが、
前記エネルギ貯蔵セルの正端子および負端子間にかかる前記SOS信号に対する電圧電位応答を測定するステップと、
前記エネルギ貯蔵セルを通過する前記SOS信号に対する電流応答を測定するステップと、
を含む、方法。 - 請求項11記載の方法において、前記複数の異なる周波数の各々において、前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するステップが、前記測定した電圧電位応答の内、前記複数の異なる周波数の各々に対応する部分を、前記測定した電流応答の内、前記複数の異なる周波数の同じものに対応する部分で除算するステップを含む、方法。
- 請求項12記載の方法において、前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するステップが、前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するように構成された制御回路を較正することなく、前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するステップを含む、方法。
- 請求項10記載の方法であって、更に、既知の抵抗の単一分路を使用して、前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するように構成された制御回路を較正するステップを含む、方法。
- 請求項14記載の方法において、前記制御回路を較正するステップが、
第1振幅を有する第1SOS信号を前記単一分路に印加するステップと、
第1SOS信号に対する前記単一分路の応答を測定するステップと、
前記第1振幅を有する第1直交SOS信号を前記単一分路に印加するステップと、
前記第1直交SOS信号に対する前記単一分路の応答を測定するステップと、
を含む、方法。 - 請求項15記載の方法において、前記制御回路を較正するステップが、更に、
前記第1振幅とは異なる第2振幅を有する第2SOS信号を前記単一分路に印加するステップと、
前記第2SOS信号に対する前記単一分路の応答を測定するステップと、
前記第2振幅を有する第2直交SOS信号を前記単一分路に印加するステップと、
前記第2直交SOS信号に対する前記単一分路の応答を測定するステップと、
を含む、方法。 - 請求項10記載の方法において、前記SOS信号を印加するステップが、前記複数の異なる周波数の内最も低い周波数の1回の周期の間に前記SOS信号を印加するステップを含む、方法。
- エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路であって、
差動電流源であって、
エネルギ貯蔵セルの正端子に動作可能に結合するように構成されたプッシュ電流源と、
前記エネルギ貯蔵セルの負端子に動作可能に結合するように構成されたプル電流源と、
前記プッシュ電流源と前記プル電流源との間に動作可能に結合された前記差動電流源の接地端子と、
を含む、差動電流源と、
前記プッシュ電流源および前記プル電流源の少なくとも1つに動作可能に結合され、前記プッシュ電流源および前記プル電流源の前記少なくとも1つを、前記エネルギ貯蔵セルによって供給される直流電圧から分離するように構成された高電圧バッファと、
を含み、
前記差動電流源が、前記エネルギ貯蔵セルの正端子および負端子を通して正弦波総和(SOS)信号を印加するように構成される、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路。 - 請求項18記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路において、前記プッシュ電流源および前記プル電流源が、各々、演算増幅器電流源を含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路。
- 請求項18記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路において、前記高電圧バッファが、
前記プッシュ電流源と前記正端子との間、および
前記プル電流源と前記負端子との間、
の内少なくとも一方において動作可能に結合された少なくとも1つのキャパシタを含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路。 - 請求項20記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路において、前記高電圧バッファが、前記少なくとも1つのキャパシタをプリチャージするように構成されたプリチャージ制御回路を含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路。
- インピーダンス測定システムであって、
1つ以上のエネルギ貯蔵セルと、
前記1つ以上のエネルギ貯蔵セルに動作可能に結合されたエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システムと、
を含み、
前記エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システムが、
差動電流源を含む正弦波総和(SOS)電流励起回路であって、前記1つ以上のエネルギ貯蔵セルにSOS信号を印加するように構成され、前記SOS信号が複数の正弦波電流信号の総和を含み、前記複数の正弦波電流信号の各々が、複数の異なる周波数の内異なる1つを含む、SOS電流励起回路と、
前記SOS電流励起回路および前記1つ以上のエネルギ貯蔵セルに動作可能に結合された制御回路であって、
前記SOS電流励起回路を制御し、
前記SOS信号に応答する前記1つ以上のエネルギ貯蔵セルの端子において電気信号を測定し、
前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算する、
ように構成された、制御回路と、
を含む、インピーダンス測定システム。 - 請求項22記載のインピーダンス測定システムにおいて、前記1つ以上のエネルギ貯蔵セルが複数のエネルギ貯蔵セルを含む、インピーダンス測定システム。
- 請求項23記載のインピーダンス測定システムであって、更に、前記エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システムを前記複数のエネルギ貯蔵セルに選択的に動作可能に結合するように構成されたスイッチング・ネットワークを含む、インピーダンス測定システム。
- 請求項22記載のインピーダンス測定システムであって、更に、前記1つ以上のエネルギ貯蔵セルを含む(include)自動車を含む(comprise)、インピーダンス測定システム。
- 請求項25記載のインピーダンス測定システムにおいて、前記自動車が、更に、前記エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システムを含む、インピーダンス測定システム。
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