KR20220003615A

KR20220003615A - 광대역 임피던스 측정용 강화 처프 여기 신호

Info

Publication number: KR20220003615A
Application number: KR1020217039697A
Authority: KR
Inventors: 브리스 힐; 존 모리슨; 존 피. 크리스토퍼센
Original assignee: 다이넥서스 테크놀러지, 인코포레이티드.
Priority date: 2019-05-02
Filing date: 2020-05-01
Publication date: 2022-01-10
Also published as: JP2022531332A; EP3963345A1; US20230031969A1; WO2020223630A1; EP3963345A4; US12117493B2

Abstract

하나 이상의 주파수 그룹의 시퀀스에서 평균 제곱근 전류 또는 평균 제곱근 전압을 포함하는 여기 신호를 사용하는 디바이스의 AC 임피던스 측정을 수행하기 위한 디바이스 및 방법으로서, 상기 주파수 그룹 각각은 주파수 확산 내에서 하나 이상의 주파수 합을 포함한다.

Description

광대역 임피던스 측정용 강화 처프 여기 신호

본 국제 특허 협력조약 특허 출원은 2019년 5월 2일 출원된 미국 가 특허 출원 번호 62/842,313호를 우선권 기초로 출원하며, 본원 명세서에서 참조로 포함된다.

본 발명은 하나 이상의 주파수 그룹의 시퀀스에서 평균 제곱근 전류 또는 평균 제곱근 전압을 포함하는 여기 신호를 사용하는 장치의 AC 임피던스 측정을 수행하기 위한 장치 및 방법에 대한 것이며, 여기서 상기 주파수 그룹 각각은 주파수 확산 내에서 하나 이상의 더 많은 주파수 합계를 포함한다.

전기화학 전지("EC")는 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 임피던스 측정 장치("IMD")는 전극 표면 및 확산층의 변화에 대한 통찰력을 제공할 수 있는 수명 및 사용의 함수로서 전기화학 전지의 전기화학 공정 거동의 변화를 나타낼 수 있는 측정을 수행한다. 이러한 에너지 저장 장치의 임피던스 스펙트럼의 관심 주파수 범위는 일반적으로 약 0.01Hz에서 약 2kHz의 범위에 걸쳐 있다. 관심 주파수가 매우 낮고 빠른 측정 요구 사항을 충족하는 정상 상태 주파수 응답을 갖는 임피던스 스펙트럼을 얻는 것은 어려울 수 있다. 이 같은 어려움은 관심 주파수가 병렬로 적용되고 관심 범위에 걸쳐 있는 고조파로 제한되는 사인의 합(SOS)으로 구성된 EC 여기 테스트 신호를 사용하여 극복할 수 있다. IMD는 관심 주파수에서 SOS 전류 또는 전압의 여기 시간 기록을 어셈블하고 여기 시간 기록을 구현하여 SOS 전류 또는 전압("여기 신호"라고도 함)으로 EC를 여기하도록 하고, 동시에 EC에 적용된 전류 및 주파수에 대한 전압 응답(또는 전압 및 주파수에 대한 전류 응답)("응답 신호"라고도 함)을 포함하는 응답 시간 기록을 캡쳐한다. 다양한 임피던스 측정 알고리즘을 사용하여, 캡처된 응답 시간 기록을 예를 들면 고조파 보상 동기 감지("HCSD"), 고속 합산 변환("FST"), 시간 크로스 톡 보상(" TCTC") 및 고조파 직교 동기 변환("HOST")을 포함하는 주파수 스펙트럼으로 변환할 수 있다. 여기 시간 기록은 가장 낮은 주파수의 한 주기의 지속 시간을 가질 수 있다. 여기 시간 기록의 시작은 시간 0에서 뒤로 가는 부분("음의 시간 기간이라고도 함)을 더 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어 여기 시간 기록에서 가장 낮은 주파수의 기간의 10%일 수 있다. 결과로 발생하는 임피던스 스펙트럼에 대한 정상 상태 사인파 가정을 효과적으로 만족시키기 위해 임피던스 스펙트럼으로 처리되기 전에, "네가티브 시간"이 캡처된 응답 시간 기록으로부터 버려질 수 있다.

그러나 응답 시간 기록에 SOS의 제곱근("RMS")의 약 3배에 해당하는 로그 파 아티팩트("크레스트 인자"라고도 함)가 포함될 수 있기 때문에 해결되지 않은 오랜 문제가 남아 있다. 이 같은 아티팩트는 식 1에 따라 임피던스 측정의 레졸루션에 영향을 준다.

여기를 위한 여기 시간 기록을 적용한 IMD와 로그 파 아티팩트를 줄이거나 제거한 EC에서 매우 실질적인 이점이 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 실시예의 광의의 목적은 하나 이상의 주파수 그룹의 시퀀스에서 평균 제곱근 전류 또는 평균 제곱근 전압을 포함하는 여기 신호를 사용하여, 테스트 장치를 여기시키는 여기 시간 기록으로 로그 파 아티팩트를 줄이거나 제거하는 AC 임피던스 측정을 수행하는 장치를 제공하는 것이며 - 상기 주파수 그룹 각각은 주파수 스프레드 내의 하나 이상의 주파수의 합계를 포함하고, 여기 시간 기록에 대한 상기 장치 응답의 응답 시간 기록를 기록하며, 하나 이상의 주파수 그룹 각각의 응답 시간 기록의 초기 기간은 응답 시간 기록이 테스트 장치의 임피던스를 결정하기 위해 임피던스 스펙트럼 알고리즘으로 처리되기 전에 버려질 수 있다.

본 발명 실시예의 또 다른 광의의 목적은 하나 이상의 주파수 그룹의 시퀀스에서 평균 제곱근 전류 또는 평균 제곱근 전압 중 하나 이상을 포함하는 여기 신호 기록을 사용하여, 상기 장치를 여기시킴을 포함하는 테스트 장치의 임피던스를 결정하는 방법을 제공하는 것이며 - 상기 주파수 그룹 각각은 주파수 스프레드 내의 하나 이상의 주파수의 합계를 내고, 여기 시간 기록에 대한 상기 장치 응답의 응답 시간 기록를 기록하며, 하나 이상의 주파수 그룹 각각의 응답 시간 기록의 초기 기간은 버리고, 임피던스 스펙트럼 알고리즘을 사용하여 상기 응답 시간 기록을 처리하며, 그리고 상기 장치의 임피던스를 결정함을 포함한다.

본 발명의 또 다른 목적들이 명세서, 도면, 사진 및 청구범위의 여러 다른 영역에 걸쳐 개시된다.

도 1은 X축의 실제 임피던스 대 Y축의 네가티브 가상 임피던스의 배터리 임피던스 플롯을 도시하고, 상기 플롯이 X축, 전하 전달 저항(Rct) 및 워버그(Warburg) 테일로 불리는 저주파 테일을 가로지르는 옴 저항 값(Ro)을 설명한다.
도 2는 배터리 임피던스 플롯(7a. . .7j)으로서 복수의 임피던스를 설명하며, 시간에 따른 배터리 임피던스의 변화를 설명한다.
도 3a는 차량 또는 기타 장치에 배치된 예시적인 임피던스 측정 장치 및 배터리 관리 시스템의 회로를 도시한다.
도 3b는 도 3a에 도시된 프로세서 및 메모리의 확대도이다.
도 4는 모델 테스트 전기 회로 및 해당 테스트 장치의 개략도이다.
도 5는 도 4에 도시된 모델 테스트 회로 또는 테스트 장치의 이상적인 jw 나이퀴스트 임피던스 플롯을 도시한다.
도 6은 모델 테스트 회로를 여기하는데 사용되는 처프 여기 신호의 시뮬레이션된 처프 응답 시간 기록의 실시예를 도시한다.
도 7은 도 5에 도시된 jw 이상적인 스펙트럼 플롯과 중첩된 처프 임피던스 스펙트럼 플롯으로서, 도 6에 도시된 처프 응답 신호로부터 얻은 시뮬레이션된 처프 임피던스 스펙트럼을 도시한다.
도 8은 주파수 각각의 하나의 주기를 갖는 스텝 처프 여기 신호를 포함하는 시뮬레이션된 스텝 처프 여기 기록의 실시예를 도시한다.
도 9는 도 5에 도시된 이상적인 jw 임피던스 스펙트럼과 중첩된 도 8의 실시예의 시뮬레이션된 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 10은 주파수 각각에서 2개의 주기를 갖고 주파수 각각의 첫 번째 주기를 버리는 스텝 처프 여기 신호를 포함하는 스텝 처프 여기 기록의 실시예로부터 발생되는, 도 5에 도시된 이상적인 jw 임피던스 스펙트럼과 중첩된 시뮬레이션된 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 11은 주파수 각각에서 1개의 주기를 갖고 TCTC에 의한 분석을 위해 주파수 각각의 첫 번째 부분을 버리는 스텝 처프 여기 신호를 포함하는 스텝 처프 여기 기록으로부터 발생되는, 도 5에 도시된 이상적인 jw 임피던스 스펙트럼 플롯과 중첩된 시뮬레이션된 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 12는 도 4에 도시된 테스트 장치의 처프 응답 신호를 포함하는 측정된 처프 응답 시간 기록의 실시예를 도시한다.
도 13은 도 12의 처프 주파수 응답의 측정된 크기의 일부를 보여주며 주파수가 증가함에 따라 잡음도 증가함을 보여준다.
도 14는 도 13에 도시된 처프 주파수 응답의 처음 500개 포인트에 대한 도 13의 플롯을 도시한다.
도 15는 EIS 기준 스펙트럼 플롯과 중첩된 도 12의 실시예의 측정된 처프 임피던스 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 16은 주파수 스위프 속도가 절반으로 줄어들고 처프 여기 신호의 지속 시간이 주파수 범위를 유지하면서 두 배가 되는 처프 주파수 응답의 측정된 크기 일 부분을 도시한다.
도 17은 EIS 기준 스펙트럼 플롯과 중첩된 도 16의 실시예의 측정된 처프 임피던스 측정 플롯을 도시한다.
도 18은 도 4에 도시된 테스트 장치의 측정된 스텝 처프 응답 시간 기록(step chirp response time record )의 실시예를 도시한다.
도 19는 EIS 기준 스펙트럼 플롯과 중첩된 도 18의 실시예의 결과적으로 측정된 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 20은 도 4에 도시된 테스트 장치의 측정된 스텝 처프 응답 시간 기록의 다른 실시예를 도시한다.
도 21은 EIS 기준 스펙트럼 플롯과 중첩된 도 20 실시예의 결과적으로 측정된 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 22는 도 4에 도시된 테스트 장치의 측정된 스텝 처프 응답 시간 기록의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 23은 EIS 기준 스펙트럼 플롯과 중첩된 도 22 실시예의 결과적으로 측정된 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 24는 도 4에 도시된 테스트 장치의 측정된 스텝 처프 응답 시간 기록의 다른 실시예를 도시한다.
도 25는 EIS 기준 스펙트럼 플롯과 중첩된 도 24 실시예의 결과적으로 측정된 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 26은 EIS 기준 스펙트럼 플롯과 중첩된 도 24의 실시예의 결과적으로 측정된 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯을 도시하며, 약 0.lmOhm이 스텝 처프 임피던스 스펙트럼의 실제 임피던스로 추가되고, 결국 EIS 기준 스펙트럼 플롯을 오버레이하는 스텝 처프 임피던스 스펙트럼을 초래함을 도시한다.
도 27은 사인(sines)의 합으로 옥타브 고조파 사인파의 수에 대한 로그 파 계수의 플롯을 도시한다.
도 28은 도 4에 도시된 테스트 전기 회로의 시뮬레이션된 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록의 다른 실시예를 도시한다.
도 29는 이상적인 jw 임피던스 스펙트럼 플롯과 중첩된 도 28의 실시예의 결과적인 시뮬레이션된 스텝 그룹 처프 임피던스 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 30은 도 4에 도시된 테스트 전기 회로의 시뮬레이션된 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 31은 이상적인 jw 임피던스 스펙트럼 플롯과 중첩된 도 30의 실시예의 시뮬레이션된 스텝 그룹 처프 임피던스 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 32는 도 4에 도시된 테스트 전기 회로에 적용된 스텝 그룹 처프 측정된 여기 시간 기록의 실시예를 도시한다.
도 33은 EIS 기준 스펙트럼 플롯과 중첩된 도 32의 실시예의 결과적으로 측정된 스텝 그룹 처프 임피던스 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 34는 도 4에 도시된 테스트 전기 회로에 적용된 스텝 그룹 처프 측정된 여기 시간 기록의 다른 실시예를 도시한다.
도 35는 EIS 기준 스펙트럼 플롯과 중첩된 도 34의 실시예의 결과적으로 측정된 스텝 그룹 처프 임피던스 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 36은 도 4에 도시된 테스트 전기 회로에 적용된 스텝 그룹 처프 측정된 여기 시간 기록의 다른 실시예를 도시한다.
도 37은 도 4에 도시된 테스트 전기 회로의 측정된 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록을 도시한다.
도 38은 EIS 기준 임피던스 스펙트럼과 중첩된 도 37의 실시예의 임피던스 스펙트럼의 결과적으로 측정된 스텝 그룹 처프 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 39는 도 4에 도시된 테스트 장치의 측정된 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 40은 EIS 기준 임피던스 스펙트럼과 중첩된 도 39 실시예의 임피던스 스펙트럼의 결과적으로 측정된 스텝 그룹 처프 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 41은 도 4에 도시된 테스트 장치의 측정된 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 42는 EIS 기준 임피던스 스펙트럼과 중첩된 도 41 실시예의 임피던스 스펙트럼의 결과적으로 측정된 스텝 그룹 처프 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 43은 도 4에 도시된 테스트 전기 회로의 시뮬레이션된 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 44는 도 43 실시예의 임피던스 스펙트럼의 결과적인 시뮬레이션된 스텝 그룹 처프 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 45는 도 4에 도시된 테스트 전기 회로의 시뮬레이션된 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 46은 도 45실시예의 임피던스 스펙트럼의 결과적인 시뮬레이션된 그룹 처프 스펙트럼 플롯을 도시한다.
도 47은 도 4에 도시된 테스트 전기 회로의 시뮬레이션된 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 48은 도 47의 표적 주파수를 포함하고 로그 파(rogue wave)를 감소시키기 위한 스텝 그룹 처프 신호의 실시예에 대한 로그 파의 플롯을 도시한다.
도 49는 스텝 처프의 실시예에 대한 여기 시간 기록을 조합하는 방법의 블록 흐름도이다.
도 50은 스텝 그룹 처프의 실시예에 대한 여기 시간 기록을 조합하는 방법의 블록 흐름도이다.
도 51은 스텝 처프 및 스텝 그룹 처프 실시예에 대한 응답 시간 기록을 캡처하는 방법의 블록 흐름도이다.
도 52는 스텝 그룹 처프를 갖는 장치의 고충실도 임피던스 측정의 실시예를 수행하는 방법의 블록 흐름도이다.
도 53은 목표 주파수를 포함하는 스텝 그룹 처프를 갖는 장치(3)의 임피던스 측정을 실시하는 방법의 블록 흐름도이다.

본 발명의 수행하기 위한 모드

이제 IMD(1)의 예시적인 예와 장치(3)의 임피던스 측정(2)을 수행하기 위한 IMD(1)를 사용하는 방법을 제공하는 도 1부터 53까지를 참조하여 설명한다. 장치(3)는 예시적인 예로서 전기 회로(4), 전기화학 전지(5)(개별 전지, 모듈 또는 팩인가에 관계없이) 또는 전기화학 전지(5)를 포함하는 전기 회로(4) 또는 구성요소 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 전기화학 전지(5)를 포함하는 전기 회로(4)는 반드시 그런 것은 아니지만 전기화학 전지(5)로부터 전력을 소비하는 부하(6)를 포함할 수 있다.

구성 요소, 회로, 모듈 및 기능은 블록 다이어그램 형식으로 표시될 수 있다. 더욱이, 도시되고 설명된 특정 구현은 단지 예시일 뿐이며 본원 명세서에서 달리 명시되지 않는 한 본 발명 개시를 구현하는 유일한 방법으로 해석되어서는 안 된다. 또한 블록 정의 및 다양한 블록 간의 논리 분할은 특정 구현을 설명한다. 그러나, 본 발명 개시는 수많은 다른 분할 솔루션에 의해 실시될 수 있다. 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 개시 내용을 완전히 이해하기 위해 그러한 세부 사항이 필요하지 않은 경우, 타이밍 고려 사항 등에 관한 세부 사항은 대부분 생략되었다.

당업자는 본 명세서에 개시된 실시 예와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록, 모듈, 회로, 및 알고리즘이 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들 모두의 조합으로서 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 하드웨어와 소프트웨어의 이와 같은 호환성을 명확하게 설명하기 위해 다양한 예시적인 구성 요소, 블록, 모듈, 회로 및 작용이 일반적으로 기능 측면에서 설명된다. 이와 같은 기능이 하드웨어로 구현되는지 소프트웨어로 구현되는지는 전체 시스템에 부과되는 특정 애플리케이션 및 설계 제약 컨디션에 따라 다르다. 당업자는 각각의 특정 애플리케이션에 대해 다양한 방식으로 설명된 기능을 구현할 수 있지만, 이러한 구현 결정은 본원 명세서에서 설명된 실시예의 범위를 벗어나는 것으로 해석되어서는 안 된다.

하드웨어로 구현되는 경우, 본 명세서에 개시된 실시예들은 범용 프로세서, 특수 목적 프로세서, DSP(Digital Signal Processor), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array)로 구현되거나 수행될 수 있다. 또는 다른 프로그래머블 논리 장치, 이산 게이트 또는 트랜지스터 논리, 이산 하드웨어 구성요소, 또는 본원 명세서에서 설명된 기능을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 조합을 포함한다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있지만, 대안으로 프로세서는 임의의 기존 프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러 또는 상태 머신일 수 있다. 본원 명세서에서 설명된 실시예에 대한 프로세스를 수행하기 위한 소프트웨어를 실행할 때 범용 프로세서는 이러한 프로세스를 수행하도록 구성된 특수 목적 프로세서로 간주되어야 한다. 프로세서는 또한 DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 함께 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 임의의 다른 그러한 구성과 같은 컴퓨팅 장치의 조합으로 구현될 수 있다.

또한, 실시 예는 흐름도, 흐름 다이어그램, 구조도, 또는 블록도로서 도시된 프로세스의 관점에서 설명될 수 있다는 점에 유의한다. 흐름도는 운영 행위를 순차적 프로세스로 설명할 수 있지만 이와 같은 행위 중 많은 부분이 다른 순서로 병렬로 또는 실질적으로 동시에 수행될 수 있다. 또한, 운영 행위의 순서는 재배열될 수 있다. 프로세스는 애플리케이션에 따라 방법, 기능, 프로시저, 서브루틴, 서브프로그램 또는 단계에 해당할 수 있다. 또한, 본원 명세서에서 개시된 방법은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들 둘 모두로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능은 컴퓨터 판독 가능 매체에 하나 이상의 명령 또는 코드로서 저장되거나 전송될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 한 장소에서 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체를 모두 포함한다.

"제1", "제2" 등과 같은 지정을 사용하는 본 명세서의 구성 요소에 대한 임의의 언급은 그러한 제한이 명시적으로 언급되지 않는 한 이러한 요소의 수량 또는 순서를 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 이들 지정은 본 명세서에서 둘 이상의 구성 요소 또는 구성 요소의 예를 구별하는 편리한 방법으로서 사용될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 구성 요소에 대한 언급은 2개의 구성 요소만이 사용될 수 있거나 어떤 방식으로든 제1 구성 요소가 제2 구성 요소보다 선행해야 한다는 것을 의미하지 않는다. 또한, 달리 명시되지 않는 한, 구성 요소 세트는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있다.

전기화학 임피던스 분광법. 전기 임피던스 분광법(EIS)에는 자극 신호에 대한 응답 신호 측정이 포함된다. 상기 자극 신호는 전류 자극 신호이거나 응답 신호가 보수인 전압 자극 신호일 수 있다(예를 들면, 자극 신호가 사인의 합("SOS") 제곱근(RMS) 전류 자극 신호(SOS RMS 전류)를 포함하면, 다음에 상기 응답은 전압 응답 신호를 포함하고, 자극 신호가 전압 자극 신호를 포함하는 경우 응답 신호는 전류 응답 신호를 포함한다.) 그런 다음 데이터 처리는 자극 신호 주파수에서 장치의 복소수 임피던스를 계산한다. 이 같은 프로세스는 일반적으로 복소수 임피던스의 어레이를 생성하기 위해 복수의 주파수 각각에서 수행된다. EIS의 통상적인 사용은 일반적으로 약 100kHz 내지 약 10mHz 사이의 주파수 범위를 포함하는 임피던스 측정을 생성하고, 임피던스 측정 파라미터에 따라 수행하는 데 약 10분 내지 약 1시간 범위의 지속시간을 갖는다.

아이리스( iRIS). 인라인 급속 임피던스 분광법("iRIS")은 기존 EIS IMD보다 짧은 시간에 임피던스 측정을 생성할 수 있으며 임피던스 측정 파라미터에 따라 약 1초에서 약 80초 범위의 지속 시간을 가질 수 있다. iRIS 장치는 예로서 약 80초 내에 약 1.6kHz 내지 약 12mHz, 약 10초 내에 약 1.6kHz 내지 약 0.1Hz, 또는 약 1.2초 내에 약 1.6kHz 내지 약 0.8Hz의 임피던스 측정을 수행할 수 있으나; 이것이 통상적인 EIS IMD를 포함하거나 사용하는 특정 실시예를 배제하려는 것은 아니다. 예시적인 예로서, iRIS 장치는 약 0.1mΩ 분해능으로 약 3mΩ까지의 임피던스를 갖는 50V의 전기화학 전지를 측정할 수 있다. 그러나, 전압 임계값이 10V로 감소함에 따라 측정 가능한 임피던스는 약 0.04mΩ 레졸루션으로 약 1mΩ까지로 낮출 수 있다. 그러나 이러한 예시적인 예는 이러한 범위를 벗어나는 측정 가능한 임피던스 또는 분해능을 갖는 실시예를 배제하도록 의도되지 않는다.

임피던스 플롯. 이제 도 1을 주로 참조하면, 임피던스 스펙트럼(7)은 일반적으로 표준 나이퀴스트(Nyquist) 플롯과 유사한 플롯(8)으로 그래픽으로 도시된다. 전기화학 연구자들 사이의 관례에 따라, 이 같은 플롯은 옴(9) 단위의 네가티브 임피던스("허수 임피던스"라고도 함)가 Y축에 표시되고 옴(10) 단위의 포지티브 임피던스("실수 임피던스"라고도 함)만이 X축으로 도시된다는 점에서 다르며, 복수의 주파수(11) 각각은 전기화학 전지(5)를 여기하는 데 사용된다. 옴 저항 값(Ro)은 플롯이 X축과 교차하는 실제 임피던스 값이다(도 1의 예에서 옴 저항은 약 251.2Hz에서 발생함). 중간 주파수 반원은 전하 이동 저항(Rct)이고 저주파 테일은 종종 워버그 테일(Warburg tail)이라 한다.

이제 시간에 따른 전기화학 전지(5)의 임피던스 변화를 보여주는 배터리 임피던스 플롯(7a....7j)으로서 복수의 임피던스 스펙트럼(7)을 도시하는 도 2를 참조한다. 플롯(7a)은 전기화학 전지(5)의 베이스라인 임피던스 측정(2)을 보여준다. 플롯(7b...7d)은 각각 12주, 24주 및 36주가 경과했을 때 배터리(5)의 임피던스 측정(2)을 보여준다. 플롯(7e...7g)은 각각 48주, 60주 및 72주가 경과했을 때 배터리(5)의 임피던스 측정치를 보여준다. 플롯(7h...7j)은 각각 84주, 96주 및 108주 경과 시 전기화학 전지(5)의 임피던스 측정(2)을 보여준다. Rct 또는 Ro 또는 이들의 조합에 해당하는 플롯 내의 반원은 셀 노화에 따라 증가할 수 있으므로 시간이 지남에 따라 플롯 내에서 Rct의 움직임을 분석하여 배터리 상태(건강 상태)를 효과적으로 추정하는 데 사용할 수 있다(7b... 7j).

임피던스 측정 장치. 이제 하나 이상의 임피던스 스펙트럼 알고리즘(16), 싸인 생성기 합산("SOSG")(17), 데이터 수집 시스템("DAS")(18); 하나 이상의 증폭기(12), 연결 안전 회로(20) 및 전원 공급 장치(21)를 구현하는 프로그램 코드(15)를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(14)와 통신하는 프로세서(13)를 포함하는 iRIS 장치일 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없는 예시적인 IMD(1)의 블록도를 도시하는 도 3a 및 3b를 참조한다. 특정 실시 예에서 오토 캘리브레이션(22)은 프로세서(13) 제어하에 포함될 수 있으며, 이 같은 캘리브레이션은 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제10,436,873호에 기술된 바와 같이 수행될 수 있다. 특정 실시 예에서 사용하기에 적합한 예시적인 임피던스 측정 장치(1)는 본원 명세서에서 참조로 포함되는 미국 특허 제10,379,168호에 기술된 바와 같이 제조 및 사용될 수 있다.

응답 신호(24)의 응답 시간 기록(23)을 처리하는 데 유용한 임피던스 스펙트럼 알고리즘(16)의 예는 여기 시간 기록(25)에 모아진 복수의 주파수(11)의 함수로서 임피던스 측정(2)을 결정하며, 여기 신호(26)를 생성하여 테스트 중인 디바이스(3)를 여기시키는 것은 고조파 보상 동기식 검출(HCSD), 고속 합산 변환(FST), 일반화 고속 합산 변환(GFST), 주파수 누화 보상(FCTC), 시간 누화 보상(TCTC), 고조파 직교 동기 변환(HOST), 및 이들의 조합을 포함하며, 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 미국 특허 번호 7,688,036; 7,395,163 B1; 7,675,293 B2; 8,150,643 B1; 8,352,204 B2; 8,762,109 B2; 8,868,363 B2; 및 9,244,130 B2, 그리고 미국 특허 공개 번호 2011/0270559 A1; 2014/0358462 A1; 및 2017/0003354 A1에서 하나 이상의 임피던스 스펙트럼 알고리즘(16)의 구현을 설명한다.

IMD(1)는 반드시 그런 것은 아니지만 USB(Universal Serial Bus) 인터페이스(28) 또는 하드와이어 직렬 인터페이스, 하드와이어 병렬 인터페이스 및 무선 인터페이스(예를 들면, WI-FI®, ZIGBEE®, BLUETOOTH®)와 같은 인터페이스를 통해 원격 컴퓨터(27)(또는 컴퓨터가 IMD(1)에 로컬이거나 통합될 수 있음)를 포함할 수 있다. 특정 실시 예에서, 원격 컴퓨터(27)는 테스트 중인 장치(3)의 임피던스 측정(2)을 수행하기 위해 IMD(1)를 제어하는 데 필요한 구성요소의 전부 또는 일부를 포함할 수 있다.

프로세서(13)(IMD(1)에 통합되거나 원격 컴퓨터(27)에 포함됨)는 제어 임피던스 측정 파라미터(29) 에 따라 DAS(18), SOSG(17) 및 전치 증폭기(10)를 동기화하고 제어할 수 있으며, 임피던스 측정 명령(30)을 생성하여 프로그램 코드(16)에 의해 지시된 IMD(1)를 작동한다. 특정 실시 예에서, 프로세서(13)는 원하는 임피던스 측정 파라미터(29) 및 임피던스 측정 명령(30)을 다운로드하고 다양한 임피던스 측정 데이터(31)를 업로드하기 위해 원격 컴퓨터(27)를 간섭할 수 있다. 비제한적인 예로서, 프로세서(13) 또는 메모리(14)는 원하는 임피던스 스펙트럼 알고리즘(16)을 사용하여 처리될 때까지 여기 시간 기록(25) 및 응답 시간 기록(24)을 유지할 수 있다.

프로세서(13)는 다운로드된 임피던스 측정 명령(29) 및 임피던스 측정 파라미터(30)를 수용하고 원격 컴퓨터(27)의 지시 하에 보관된 임피던스 측정 데이터(31)를 원격 컴퓨터(27)로 업로드 하도록 구성될 수 있다. 또한 IMD(1)는 임피던스 측정 파라미터(29) 및 임피던스 측정 명령(30)을 IMD(1)로 입력할 목적으로 원격 컴퓨터(27) 또는 IMD(1)의 사용자 인터페이스("GUI")(32) 내 휴먼 인터액션을 통해 제어될 수 있다.

임피던스 측정(2)이 트리거 되면 DAS(18)는 전원 공급 장치(21)로 전원 공급 신호(33)를 보내 DC 전압 증폭기(19)와 연결 안전 회로(20)에 전원을 공급할 수 있다. 예시적인 예에서, 테스트 중인 장치(3)는 전기화학 전지(5)("배터리")이고 DC 배터리 전압(34)은 배터리 응답 증폭기(35)에 의해 측정될 수 있고 DC 배터리 전압(34)의 배터리 전압 아날로그 신호(36)로서 DAS(18)로 입력된다. DAS(18) 또는 프로세서(13)는 DC 배터리 전압(36)의 배터리 전압 아날로그 신호(36)를 디지털화할 수 있고 디지털화된 결과를 원격 컴퓨터(27)로 보낼 수 있다.

여기 신호(26) 및 이 같은 특정 실시 예에서 SOS 전류(37)가 테스트 중인 배터리(5)를 자극하며, 응답 신호(24) 및 이 같은 실시 예에서 단자에서 SOS 전압 응답(38)은 배터리(5)의 내부 임피던스에 작용하는 SOS 전류(37)의 SOS 전압 응답(24) 플러스 DC 배터리 전압(34)을 포함한다. 이 같은 SOS 전압 응답(38)은, 캡처 및 처리될 때, 응답 신호(24)의 임피던스 스펙트럼(7)을 생성한다. SOS 전압 응답(38)을 정확하게 감지하기 위해 SOS 전압 응답(38)을 측정하기 전에 DC 배터리 전압(34)이 감산되며, 아날로그-디지털 변환기(39)가 응답 신호(24)에 집중할 수 있도록 하여서, 정확도를 크게 향상시킬 수 있다. DC 배터리 전압(34)의 이와 같은 감산은 테스트 중인 배터리(5)로 자극 신호(26)(예를 들면, SOS 전류(37))를 인가하기 전에 DC 배터리 전압(34)을 측정함으로써 달성될 수 있으며, DC 배터리 전압(34)과 SOS 전압 응답(38)의 합계로부터 배터리 응답 증폭기(35)에 의해 벅 바이어스 전압(41)을 생성하기 위해 컴퓨터 생성 벅 전압 신호(40)를 피드 백하여서, 대응하는 응답 신호(24)(예를 들어, SOS 전압(38))만을 생성하도록 한다.

원격 컴퓨터(27) 또는 프로세서(13)는 연결 신호(42)를 연결 안전 회로(20)로 보내어서 배터리(5)를 DC 전압 증폭기(19)의 전류 증폭기(43)로 연결할 수 있다. DC 전압 증폭기(19)가 배터리(5)에 연결된 상태에서, 원격 컴퓨터(27) 또는 프로세서(13)는 배터리 임피던스 측정 신호(44)를 DC 전압 증폭기(19)로 보낸다.

임피던스 측정 신호(44)는 평활화 필터(45)를 사용하여 평활화될 수 있으며, 그 다음 전류 드라이버(43)로 공급되어서, 신호를 SOS 전류(37)와 같은 여기 신호(26)로 변환한다. 배터리 응답 증폭기(35)는 DC 배터리 전압(34)을 감지하고 벅 바이어스 전압(41)을 감산하여서 DAS(18)에 의해 디지털화될 수 있는 배터리 응답 신호(24)가 되도록 한다. 상기 캡처된 임피던스 측정 시간 기록(23)은 하나 이상의 스펙트럼 알고리즘(16)을 사용하여 처리되어 임피던스 플롯(8)으로 변환될 수 있는 임피던스 스펙트럼(7)을 생성하도록 한다.

예시적인 실시 예로서, IMD(1)는 시작 주파수가 0.1Hz일 때 FST의 경우 최소 15개의 분해능 주파수와 GFST(트리아드 기반) 또는 HCSD의 경우 11개의 주파수로 배터리 임피던스 스펙트럼(7)을 처리할 수 있다. 또한 IMD(1)는 옥타브 기반 FST의 경우 1과 2 사이 트리아드 기반 GFST의 경우 1과 3 사이의 디더 스텝으로 높은 스펙트럼 해상도의 디더 기능(46)을 지원할 수 있다. 적절한 결과를 위해 캡처된 응답 시간 레코드(23)는 가장 낮은 주파수의 한 주기만큼 낮을 수 있으며, IMD(1)는 약 10mHz만큼 낮은 시작 주파수(47) 또는 약 10kHz만큼 높은 정지 주파수(48)로 응답 시간 기록(23)을 처리할 수 있다. 그러나, 이들 예시적인 예는 더 낮은 시작 주파수 또는 더 높은 정지 주파수를 가질 수 있는 실시예를 배제하도록 의도되지 않는다.

SOSG(17)는 프로세서(13) 또는 원격 컴퓨터(27)의 제어 하에 DC 전압 증폭기(19)에 대한 입력으로서 SOS의 0차 유지 합성을 생성할 수 있다. 비제한적인 예로서, 아날로그-디지털 변환기(43)에 대한 샘플 레이트(49)는 최고 여기 신호 주파수(11)의 100배 이상으로 구성될 수 있고 DC 전압 증폭기(19) 내 평활화 필터(45)와 호환 가능하다.

일 실시 예에서, 프로세서(13)의 제어 하에 있는 SOSG(17)는 DAS(18)에 의해 사용될 샘플 클록(50)을 합성할 수 있다. FST는 SOS 여기 신호(24)의 가장 높은 주파수와 옥타브 고조파 샘플링 주파수를 필요로 하며, 최소 4배 더 높다. 트리아드 기반 GFST는 SOS 여기 신호(24)의 가장 높은 주파수를 갖는 트리아드 고조파이고 적어도 9배 더 높은 트리아드 샘플링 주파수를 필요로 한다. SOSG(17)는 평활 필터(45)로의 DAC 출력을 위한 프로그래밍 가능한 신호 레벨을 포함할 수 있으며, 이를 통해 프로세서(13)가 테스트 중인 배터리(5)에 대한 SOS RMS 전류(37)의 레벨을 제어할 수 있도록 한다.

DAS(18)는 16비트 분해능으로 구성될 수 있으며 SOSG(17)로부터 외부 샘플 클록(50)을 수용할 수 있다. DAS(18)는 테스트 중인 배터리(5)에 대한 SOS 전류 신호(37)와 같은 여기 신호(26)의 적용과 동시에 데이터 획득을 시작하기 위해 프로세서(13)로부터 인에이블 신호를 받아들일 수 있다. DAS(18)는 디지털화를 위해 DC 전압 증폭기(19)에 의해 조절된 아날로그 배터리 전압 신호(36)를 받아들일 수 있다. DAS(18)는 메모리(14)로 업로드하기 위한 디지털화된 배터리 전압 신호(36)의 샘플을 유지하기 위한 버퍼 메모리를 포함할 수 있다. 상기 획득된 샘플(51) 각각은 스펙트럼 알고리즘(16)으로 입력되는 응답 시간 기록(23)의 일부가 될 수 있다.

배터리(5)의 임피던스 측정(2) 중에 생성된 임피던스 스펙트럼(7)은 프로세서(13) 또는 원격 컴퓨터(27)로 적절한 형식(예시로서, 쉼표로 구분된 값)(CSV)으로 전달될 수 있다. 개별 임피던스 스펙트럼(7) 각각은 타임 스탬프(52), 정보 헤더(53), 자극 신호 주파수(11), 실제 임피던스(10), 허수 임피던스(9), 그리고 임피던스 스펙트럼(7)에 대한 DC 배터리 전압(34), SOS RMS 전류(37); 크기 및 위상 교정 상수(54) 중 하나 이상을 더욱 포함할 수 있다.

인라인 고속 임피던스 분광법(iRIS®). 다시, 도 3을 주로 참조하면 IMD(1) 또는 iRIS 장치의 특정 실시예는 테스트 중 장치(3), 전기 회로(4), 전기화학 전지(5), 또는 기타 장치, 또는 컴포넌트의 임피던스 스펙트럼(7)을 1초 이내에 측정할 수 있다. iRIS 장치(1)는 가장 낮은 주파수(11)의 한 주기 내에서 SOS 전류(37)와 같은 여기 신호(26)의 모든 컴포넌트 자극 신호 주파수(11)를 병렬로 측정하도록 구성할 수 있다. 일 실시 예에서, 시작 주파수(47)가 약 0.1Hz를 포함하는 때, iRIS 장치(1)는 FST의 경우 적어도 15개 주파수(11)의 해상도를 갖는 그리고 GFST(트리아드 기반에서)의 경우 11개 주파수(11)를 갖는 배터리 임피던스 스펙트럼(7)을 처리할 수 있다. 또한, Iris 장치(1)는 옥타브 기반 FST에 대해 1 및 2 범위에서 발생하는 그리고 트리아드 기반 GFST에 대해1 및 3 범위에서 발생하는 디더 스텝(dither steps)으로 높은 스펙트럼 해상도의 디더 기능(46)을 지원할 수 있다. 응답 시간 기록(25)은 최저 주파수(11)의 한 주기를 포함할 수 있지만 반드시 그런 것은 아니며 IMD(1)(iRIS 장치)는 전술한 바와 같이 약 10mHz만큼 낮은 시작 주파수(47) 또는 약 10kHz만큼 높은 정지 주파수(48)를 갖는 SOS 전압 응답(38)과 같이, 응답 신호(24)를 처리할 수 있지만 반드시 그런 것은 아니다.

처 프(chirp). 이제 도 4 내지 도 7을 참조하면, 특정 실시 예에서, 낮은 주파수로 시작하고 높은 주파수로 끝나는 램프("처프(26A)"라고 함)로서 주파수가 연속적으로 변조된 단일 사인파를 포함하는 여기 신호(26)를 사용하여 테스트 중인 장치(3)를 여기시키기 위해 여기 시간 기록(25)이 어셈블될 수 있다. 따라서, 처프(26A)를 생성하는 여기 시간 기록(25)을 사용하는 IMD(1)는 여기 신호(26) 또는 응답 신호(24)에서 정현파 정상 상태를 달성할 수 없다. 여기 시간 기록(25)이 로그 주파수 확산으로 처프(26A)를 구현할 때 처프 응답 신호(26A)의 FFT에 대한 처프 여기 신호(26A)의 FFT 비율은 정상 상태 시스템에 접근한다. 로그 기반 2 처프(log base 2 chirp)(26A) 형태의 이 같은 접근 방식은 시뮬레이션을 통해, 그리고 측정 데이터를 생성하기 위해 실행 가능한 축소를 통해 평가되었다. 로그 기반 2 처프의 예는 40kHz의 샘플 주파수와 2kHz에서 시작하여 총 15개의 주파수(11)에 대한 옥타브 단위로 감소하는 주파수 확산을 생성하는 처프 여기 시간 레코드(25A)를 어셈블하는 IMD(1)에 의해 수행될 수 있다. 처프(26A)의 지속 시간은 약 10초이며, 데이터 포인트 수는 약 400,000개가 수집된다. 로그 기반 2 처프의 이산 관계에 대한 표현이 식 2로 제공된다. 여기서 V_P 는 처프신호의 피크, f_START는 시작 주파수, α는 원하는 스위프에 대한 스케일 팩터,

는 시간 단계이다.

2kHz(fend)에서 끝나고 시작 주파수로 감소하는 M=15 인 주파수에 대한 로그 베이스 2가 정해지면 다음과 같이 식이 주어진다:

이제 로그 베이스 2 처프 평가에 사용되는 모델 테스트 회로(4)의 개략도를 나타내는 도 4를 주로 참조한다. 모델 테스트 회로(4)는 리튬 이온 배터리의 내부 임피던스와 실질적으로 동일한 임피던스를 갖는다. 예를 들어 테스트 회로에 대한 재귀 모델은 다음 파라미터로 구현되었다.

R1, R2, R₃= 15 mOhms; 그리고

C1 = 9F.

이제 예제 파라미터 값을 기반으로 모델 테스트 회로(4)의 이상적인 jw 나이퀴스트 플롯(8D)을 도시하는 도 5를 주로 참조한다. 스펙트럼은 15옥타브씩 감소된 2kHz의 고주파 범위에 걸쳐 표시된다.

이제 도 6을 참조하면, IMD(1)는 RMS 전류가 V _P =0.707을 산출하는 500 mA 로 설정된 식 2로 표현되는 처프 여기 신호(26A)를 포함하는 처프 여기 시간 기록(25A)을 사용하여 여기 시간 기록(25)을 어셈블하였다. IMD(1)는 처프 여기 신호(26A)를 사용하여 모델 테스트 회로(4)를 여기하고 처프 응답 신호(24A)를 캡처했다. 도 6은 입력 처프 여기 신호(26A)의 처프 응답 시간 기록(23A)의 플롯을 도시한다. 응답 시간 기록(23A)의 FFT 대 입력 처프 여기 시간 기록(25A)의 FFT 비율은 임피던스 스펙트럼을 포함한다. 처프 응답 신호(24A)가 약 10초를 포함한다고 가정하면, FFT 주파수 분해능은 약 0.1Hz이다. 추가적으로, 샘플 주파수가 약 40kHz로 설정되면 나이퀴스트 주파수는 약 50Hz 미만의 모델 테스트 회로(4)의 임피던스 스펙트럼과 함께 약 20kHz로 구성된다.

이제 도 7을 참조하면, 처프 여기 신호(26A)에서 얻은 처프 임피던스 스펙트럼(7A)은 도 5에 도시된 jw 이상적인 스펙트럼 플롯(8D)과 중첩될 수 있으며, 이는 플롯 간에 상당한 일치를 보여준다. 그러나 신호 대 잡음비(S/N)가 낮은 시스템에서 임피던스 측정을 위해 처프 여기 신호(26A)를 사용하면 특정 애플리케이션에서 충분한 정밀도, 재현성 또는 신뢰성을 갖지 않을 수 있는 데이터를 생성하지 않거나 혹은 그 같은 데이터를 생성할 수 있다.

스텝 처프. 이제 도 8 내지 도 11을 일반적으로 참조하면, 특정 실시 예에서, 여기 시간 기록(25)은 스텝 처프 여기 신호(26B)(또한 a"스텝 처프"라고도 함)를 생성하기 위해 스텝 처프 여기 시간 기록(25B)으로서 어셈블될 수 있다. 스텝 처프(26B)는 다음 주파수가 시작되기 전에 하나의 전체 기간이 경과하는 적어도 하나의 전체 기간의 단계를 포함하고 주파수가 낮은 주파수에서 진행되어서 옥타브 고조파로서 고주파로 스테핑한다. TCTC 알고리즘은 반드시 필요한 것은 아니지만 평균화를 통해 노이즈를 완화하는 "최소 제곱"에 기반한 스텝 처프 응답 시간 기록(23B)을 처리하는 데 사용할 수 있다. 스텝 처프(26B)의 예시적인 예에서, 동일한 재귀 모델 테스트 회로(4)가 동일한 샘플 레이트 및 주파수 범위를 갖는 도 4에 도시된다. 그러나 신호 VP는 다음을 산출하는 1A로 설정되었다.

이제 스텝 처프 여기 시간 기록(25B)을 나타내는 도 8을 주로 참조하면, 스쳅 처프 여기 신호(26B)는 도 6(16.5초 대 10초)에 도시된 처프 여기 신호(26A)의 지속 시간보다 더 긴 지속 시간을 갖는다. 첫 번째 베이스라인 시뮬레이션에서 각 주기는 정상 상태 사인파가 유효하다는 가정 하에 알려진 단일 주파수를 기반으로 TCTC로 처리되었다.

이제 도 9를 참조하면, 도 5에 도시된 이상적인 jw 임피던스 스펙트럼(8D)과 중첩된 제1베이스라인 시뮬레이션의 결과 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8B)을 도시한다. 상기 중첩된 플롯은 정상 상태의 가정이 유효하지 않을 수 있음을 입증한다.

이제 도 10을 참조하면, 제2 베이스라인 시뮬레이션에서, 스텝 처프(26B)는 주파수 각각(11)의 두 주기를 포함하고 TCTC에 의한 프로세스는 두 주기 중 두 번째 주기만 포함하였다. 도 5에 도시된 이상적인 jw 임피던스 스펙트럼(8D)과 중첩된 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8B)은 근접한 일치를 입증하며, 따라서 정상 상태 가정은 유효를 유지하며 더 높은 주파수에서만 불일치를 나타낸다. 그러나 주파수 각각의 두 주기를 사용할 때의 단점은 스텝 처프 응답 시간 기록(23B)의 지속 시간이 두 배로 늘어난다는 것이다.

특정 실시 예에서, IMD(1)는 가장 낮은 주파수 한 주기의 분석을 위해 여기 신호 지속 시간을 갖는 주파수 범위에 걸쳐 옥타브 고조파인 주파수(11)를 갖는 SOS 여기 신호(26)를 포함하는 여기 시간 기록(25)을 어셈블한다. 정상 상태의 가정을 가능하게 하기 위해 SOS 여기 신호(26)의 시작 부분에서 응답 시간 기록(23)의 일부는 일반적으로 신호 지속 시간의 10%인 네가티브 시간 부분(55)을 포함한다. 처리되지 않은 이 같은 "네가티브 시간" 부분(55)은 정상 상태 가정을 가능하게 한다. 데이터 처리는 HCSD에의해 달성될 수 있다. 그러나 HCSD는 성공적인 데이터 처리를 위해 시간 기록의 하나 이상의 전체 기간의 정수(integer number)를 필요로 한다. 스텝 처프(26B)와 함께 사용되는 임피던스 스펙트럼 알고리즘(16)은 또한 주파수 각각의 전체 주기 미만의 처리를 가능하게 하는 TCTC일 수 있다.

따라서, 도 11을 참조하면, 스텝 처프(26B)의 특정 실시 예에서, 스텝 처프 여기 시간 기록(25B)은 주파수(11) 각각의 단일 주기를 포함하지만 스텝 처프 응답 시간 기록(23B)의 처리는 주파수(11) 각각의 각 주기의 일부만을 포함하고, 여기서 주파수(11) 각각의 주기의 초기 부분(56)은 폐기될 수 있고 처리는 주파수(11) 각각의 각 주기의 끝 부분만을 포함한다. 주파수 각각의 각 주기의 폐기된 초기 부분(56)은 정상 상태 가정을 설정한다. 도 11의 예시적인 예에서, 계단형 처프(26A)의 실시예는 주파수(11) 각각의 단 하나의 주기를 포함하고 주파수(11) 각각의 주기의 약 30%를 포함하는 초기 부분(56)은 설정을 위해 폐기될 수 있다. 도 5에 도시된 이상적인 임피던스 jw 스펙트럼 플롯(8D)과 중첩된 결과 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯은 상기 설명되고 도 10에서 도시한 바와 같이 그 같은 결과가 주파수 각각의 두 주기를 활용하고 두 주기 중 제1 주기를 버리는 실시예에 대해 실질적으로 동일하다는 것을 증명한다. 주파수 각각의 주기의 초기 부분(56)을 버리고 TCTC를 사용하여 처리되는 스텝 처프(26B)의 실시예는 정상 상태의 가정을 수용한다. 그러나, 이 같은 예시적인 예는 주파수(11) 각각의 각 주기의 폐기된 초기 부분(56)이 30%보다 작거나 큰 스텝 처프(26B)의 실시예를 배제하지 않으며 애플리케이션에 따라 폐기된 초기 주파수 각각의 각 주기의 부분(56)은 약 5% 내지 약 80% 범위에서 점진적으로 발생한다.

FFT 고속 푸리에 변환

처프와 스텝 처프를 사용한 임피던스 측정의 실시 예

처프(26A) 및 스텝 처프(26B)를 사용한 임피던스 측정(2)의 예시적인 예는 위에서 설명한 바와 같이 IMD(1)를 사용하여 수행되었다. 처프(26A) 및 스텝 처프(26B) 모두에 대해 여기 전류의 RMS는 약 500mA였으며, 그렇지 않으면 여기 신호(26)의 모든 파라미터가 실질적으로 위에서 설명한 대로 설정되었다. 물리적 테스트 장치(3)는 위에서 설명하고 도 4에 도시된 모델 테스트 회로(4)와 실질적으로 동일하거나 동등하다. 모든 예시적인 임피던스 측정에 사용된 테스트 장치(3)에 대한 기준 EIS 스펙트럼(8E)이 솔라트론 포텐시오스타트 아연도노스타트(Solartron Potentiostat Galvanostat) 기기를 사용하여 얻어졌다. 테스트 장치(3)의 공칭 파라미터는 R1=15mOhm, R2=15mOhm, R3=15mOhm, C1=9F이었다. 임피던스 측정(2)은 테스트 장치(3)로 수행한 것과 동일한 측정 조건으로 알려진 값의 션트(57)로 측정을 수행함으로써 IMD(1)의 이득 및 주파수 응답을 설명하기 위해 보정되었다. 상기 션트(57)로부터의 션트 응답 시간 기록(58)은 션트 값으로 정규화되었다. 테스트 장치(3) 및 션트(57)에 대한 응답 시간 기록(23)을 정규화하고 주파수 영역으로 변환하고 비율이 테스트 장치(3)의 측정된 임피던스(2)로 기록 되었다.

처프를 사용한 임피던스 측정의 실시 예

처프(26A)를 사용한 예시적인 측정에는 2kHz에서 시작하여 10초 동안 옥타브 단위로 감소하는 15개의 주파수를 갖는 약 500mA RMS의 RMS 여기 전류를 생성한 처프 여기 시간 기록(25A)이 포함되었다. 처프 내의 주파수 범위는 약 0.1Hz ~ 약 2000Hz로서, 20kHz의 나이퀴스트 주파수 충분히 이내이다. 2번의 측정이 되며, 그 첫 번째는 션트(57)를 사용하고 그 두 번째는 물리적 테스트 장치(3)를 사용하여 측정이 수행했다. IMD(1)는 시간 기록을 .csv 파일로 캡처했다. 두 .csv 파일 모두 소프트웨어 도구로 사후 처리되었다. 션트(57) 처프 응답 시간 기록(58A)은 션트 값으로 정규화되고 FFT를 사용하여 주파수 영역으로 처리되었다. 테스트 장치(3) 처프 응답 시간 기록(23A)도 FFT로 처리되었다.

처프 실시 예 I

이제 도 12부터 15까지를 참조하면, 처프의 첫 번째 예는 처프 응답 시간 기록(23A)의 플롯을 도시하며, 도 12에 도시된 바와 같은, 테스트 장치(3)의 처프 응답 신호(24A)를 포함한다. 처프 응답 시간 기록(23A)의 FFT와 션트 정규화 시간 기록의 FFT 간의 비율은 도 13의 예에 도시한 바와 같이, 주파수에 대한 진폭으로 도시된 시간 기록의 처음 20,000개 포인트의 측정된 임피던스(2)를 얻기 위해 생성되었다. 도 13은 처프 주파수 응답 시간 기록(23A)의 진폭에서의 잡음이 주파수에 따라 증가함을 보여준다. 그러나 테스트 장치 응답의 주요 부분은 100Hz보다 훨씬 낮으므로 도 14는 도 13과 동일한 플롯을 도시하지만 처프 주파수 응답(23A)의 처음 500개 포인트만 사용한다. 도 14에서 잡음은 감소하지만 주파수에 따라 여전히 증가한다. 도 15는 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8A)과 EIS 기준 스펙트럼 플롯(8E)을 중첩한다. 상기 플롯은 저주파에서 밀접하게 일치하고 고주파에서 노이즈가 증가함을 입증한다.

처프 실시 예 II

이제 도 16 및 17을 참조하면, 처프(26A)의 두 번째 예는 주파수 스위프 속도가 약 절반이고 처프 여기 신호(26A)는 약 2배가 되어 거의 동일한 주파수 범위를 유지하는 것을 제외하면, 처프(26A)의 첫 번째 예와 동일함을 유지한다. 도 16은 약 50Hz에 대한 임피던스 크기 처프 주파수 응답(23A)을 나타내고 도 17은 EIS 기준 스펙트럼 플롯(8E)과 중첩된 처프 임피던스 측정 플롯(8A)을 나타낸다. 처프 응답 시간 기록(25A)은 주파수 영역에서 20초이므로, 주파수 단계는 0.05Hz이며, 따라서 FFT 결과로부터 적용 가능한 주파수는 0.05Hz가 처프 주파수 범위 내에 있지 않기 때문에 첫 번째 데이터 포인트를 제외한다. 도 17에서 볼 수 있듯이 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8A)과 EIS 기준 스펙트럼 플롯(8E) 사이의 일치가 개선된다. 그러나 더 높은 주파수에서는 여전히 잡음이 증가한다.

스텝 처프를 사용한 임피던스 측정의 실시 예

이제 스텝 처프(26B)를 사용한 예시적인 측정을 도시하는 도 18 내지 26을 참조하면, 첫 번째 스텝 처프 예에서 15개의 주파수를 갖는 약 500mA의 RMS 여기 전류를 생성한 스텝 처프 여기 시간 기록(25B)이 포함된다. 두 번째 스텝 처프 실시 예의 18개 주파수는 각각 고조파 옥타브로 2kHz로부터 감소한다. 동일한 스텝 처프 여기 시간 기록(25B)을 사용하는 임피던스 측정(2)은 위에서 설명한 션트(57) 및 테스트 장치(3)에서 수행했다. 상기 임피던스 측정값(2)은 사후 처리를 위해 .csv 파일에 보관되었다. TCTC는 위에서 설명한 대로 주파수 각각의 주기의 초기 부분(56)을 폐기하여 검증된 정상 상태 가정으로 .csv 데이터를 처리하는 데 사용되었다. 첫 번째 및 두 번째 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8B) 각각에 대한 사후 처리 결과는 EIS 기준 스펙트럼 플롯(8E)과 중첩되었다.

스텝 처프 실시 예 I

이제 도 18 및 19를 참조하면, 테스트 장치(3)의 스텝 처프 응답 시간 기록(23B)을 설명하며, 그리고 결과적인 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8B)이 스텝 처프(26B) 첫 번째 실시 예의 EIS 기준 스펙트럼 플롯(도 8E)과 중첩됨을 또한 설명한다. 도 19는 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8B)과 EIS 기준 스펙트럼 플롯(8E) 사이에 상당한 일치가 있음을 입증한다; 다만 노이즈는 더 높은 주파수에서 증가한다. 그러나 2000Hz의 주파수는 주기당 20개의 데이터 포인트만 포함하고, 스텝 처프(26B)는 주파수당 하나의 주기만 포함한다. 상기 노이즈는 더 높은 주파수에서 노이즈를 평균화하기에 충분한 데이터 포인트를 포함함에 의해 수정될 수 있다. 이것은 샘플링 속도를 약 40kHz 이상으로 높이거나 주기 수를 증가시킴에 의해 달성될 수 있다.

스텝 처프 실시 예 II

이제, 도 20 및 21을 참조하면, 2kHz에서 18개의 주파수가 고조파 옥타브로 감소한다는 점을 제외하고는, 각각 테스트 장치(3)의 스텝 처프 응답 시간 기록(23B), 그리고 스텝 처프 여기 시간 기록(25B)이 스텝 처프의 첫 번째 실시 예에서와 동일하게 유지되는 스텝 처프 두 번째 실시 예의 EIS 기준 스펙트럼 플롯(8E)과 중첩되는 결과 발생 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8B)를 설명한다. 도 20은 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8B)과 EIS 기준 스펙트럼 플롯(8E) 사이에 상당한 일치가 있음을 입증한다; 다만 노이즈는 더 높은 주파수에서 여전히 증가한다. 상기 노이즈는 더 높은 주파수에서 샘플 속도를 증가시키거나 추가 주기를 포함함에 의해 수정될 수 있다. 더욱 높은 주파수에서 더욱 많은 주기를 추가시킴은 전체 테스트 지속시간을 상당히 중가 시키지는 않는다.

스텝 처프 실시 예 III

이제, 도 22 및 23을 참조하면, 2kHz에서 15개의 주파수가 고조파 옥타브로 감소하며, 추가 주기가 감소 수 20, 10, 5, 3, 2, 1로 더욱 높은 주파수에서 추가되고 가장 낮은 주파수로 내려간다는 점을 제외하고는, 각각 테스트 장치(3)의 스텝 처프 응답 시간 기록(23B), 그리고 스텝 처프 여기 시간 기록(25B)이 스텝 처프(26B)의 첫 번째 및 두 번째 실시 예에서와 동일하게 유지되는 스텝 처프(26B) 세 번째 실시 예의 EIS 기준 스펙트럼 플롯(8E)과 중첩되는 결과 발생 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8B)를 설명한다. 도 23은 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8B)과 EIS 기준 스펙트럼 플롯(8E) 사이에 상당한 일치가 있으며 더 높은 주파수에서 추가된 추가 주기가 더 높은 주파수에서 노이즈를 상당히 줄일 수 있음을 입증한다. .

스텝 처프 실시 예 IV

이제, 도 24및 25 참조하면, 2kHz에서 15개의 주파수가 고조파 옥타브로 감소하며, 추가 주기가 감소 수 20, 10, 5, 3, 2, 1로 더욱 높은 주파수에서 추가되고 가장 낮은 주파수로 내려간다는 점을 제외하고는, 각각 테스트 장치(3)의 스텝 처프 응답 시간 기록(23B), 그리고 스텝 처프 여기 시간 기록(25B)이 스텝 처프(26B)의 이전 실시 예에서와 동일하게 유지되는 스텝 처프(26B) 네 번째 실시 예의 EIS 기준 스펙트럼 플롯(8E)과 중첩되는 결과 발생 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8B)을 설명한다. 도 25은 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8B)과 EIS 기준 스펙트럼 플롯(8E) 사이에 상당한 일치가 있으며 더 높은 주파수에서 추가된 추가 주기가 더 높은 주파수에서 노이즈를 상당히 줄일 수 있음을 입증한다.

이제 도 26을 참조하면 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8B)과 EIS 기준 스펙트럼 플롯(8E) 사이의 남은 오프셋은 스텝 처프 임피던스 스펙트럼의 실제 임피던스에 약 0.lmOhm을 추가하여 해결될 수 있으며, 이는 결국EIS 기준 스펙트럼 플롯(8E)을 오버레이하는 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8B)을 초래한다. 0.1mOhm 오프셋은 두 측정 간의 접촉 저항 차이로 인한 것일 수 있다.

스텝 그룹 처프

이제 도 27을 참조하면, 로그 파(rogue wave)는 신호 피크/신호 RMS로 정의된다. 단일 피크 진폭(VP = 1)을 갖는 단일 사인파의 경우 로그 파는 1.414이다. 상기 설명한 바와 같은 스텝 처프(26B)는 시간 기록 지속시간과 최소 로그 파 사이에서 절충을 이룬다. 예시적인 예로서, 스텝 처프 여기 시간 기록(25B)이 있는 스텝 처프(26B)에서 각 주파수에 대해 하나의 주기를 갖는 고조파 옥타브에 의해 2kHz에서 스텝 다운되는 16개의 주파수를 포함하며, 스텝 처프 시간 기록(25B)의 지속 시간은 약 32.75초가 될 수 있고, 약 1.414의 로그 파를 포함한다. 개별 주파수를 사인의 합으로 합산하면 시간 기록 지속 시간이 줄어들 수 있지만, 로그 파가 증가할 수 있다. 도 27은 로그 파대 SOS내에서 옥타브 고조파 사인파 수를 도시한 것이다.

도 27의 플롯에서 입증되듯이, SOS 내에서 옥타브 고조파 분리가 있는 4개의 사인파를 포함함은 주파수 그룹(59)("스텝 그룹" 또는 "그룹 처프(26C)"라고도 함)에서 순차적 스테핑을 위해 여기 신호(26)에서 활용될 수 있으며, 로그 파 팩터 내에 로컬 최소값이 있으므로 단일 사인파로서 스테핑하지 않는다. 그러나, 4개의 사인파의 예시적인 예는 고조파 또는 비고조파 분리가 있는 그룹을 포함하여 SOS 내에 4개 미만(예시 2 또는 3) 또는 4개 이상(예시, 8, 12, 16??)을 갖는 주파수 그룹(59)을 포함하는 다른 실시 예를 배제하지 않는다. 주파수 그룹(59)에서 4개의 사인파를 사용하는 예시에서 로그 파 팩터는 1.75이다. 특정 실시 예에서, 그룹 처프(26C)는 더 높은 주파수에서 추가 주기를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 2kHz를 포함하는 최고 높은 주파수 그룹은 20개의 주기를 포함할 수 있다. 4개의 주파수 그룹(59)에 대해 2Hz로부터 16개의 주파수가 감소하고 가장 높은 주파수 그룹(59)은 약 17.55초의 지속 시간으로 20개의 주기를 갖는다.

이제, 도 28 내지 도 35를 참조하면, 그룹 처프(26C)의 예시적인 예는 4개의 주파수(11)를 갖는 각 주파수 그룹(59)을 갖는 16개의 주파수(11)를 기반으로 구현되었다. 시뮬레이션 테스트 전기 회로(4)는 그룹 처프(26C)의 처음 두 가지 예 각각에 사용되었다. 그룹 처프(26C)의 첫 번째 예는 고조파 옥타브에 의해 0.05Hz로부터 증가된 스텝 그룹 처프 여기 시간 기록(25C)을 구현했으며 각 주파수 그룹(59) 내에 4개의 주파수가 있는 16개의 주파수를 포함한다. 스텝 그룹 처프(26C)의 두 번째 예는 각 주파수 그룹(59) 내에 4개의 주파수가 있는 16개의 주파수(11)를 포함하도록 고조파 옥타브에 의해 2kHz로부터 스텝 다운된 스텝 그룹 처프 여기 시간 기록(25C)을 구현 하였다. 두 예에서, 가장 높은 다른 주파수 그룹은 그룹 내에서 가장 낮은 주파수의 20개 주기를 포함했다. 다음으로 높은 주파수 그룹은 그룹 내에서 가장 낮은 주파수의 5개 주기를 포함했다. 끝에서 두 번째 주파수 그룹은 그룹 내에서 가장 낮은 주파수의 세 주기를 포함했다. 가장 낮은 주파수 그룹은 그룹 내에서 가장 낮은 주파수의 1주기를 포함하였다. 각 예에서 TCTC는 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)을 처리하는 데 사용되었으며 정상 상태 가정은 각 주파수 그룹(59)에서 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)의 초기 부분(56)(약 20%; 상황에 따라 더 많거나 더 적은 부분이 삭제될 수 있음)을 삭제하여 실현되었다.

스텝 그룹 처프 실시 예 I. 이제, 도 28 및 29를 참조하며, 스텝 그룹 처프(26C)의 첫 번째 시뮬레이션에서, 도 28은 스텝 그룹 처프 SOS 전류 여기 신호(26C)에 대한 테스트 전자 회로(4)의 스텝 그룹 처프 응답 신호(24C)의 스텝 처프 응답 시간 기록(23C)을 도시하며, 도 29는 이상적인 jw 임피던스 스펙트럼 플롯(8D)과 중첩된 테스트 전자 회로(4)의 TCTC 처리된 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)의 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8C)을 도시한다.

스텝 그룹 처프 실시 예 II. 이제, 도 30 및 31을 참조하며, 그룹 처프(26C)의 두 번째 시뮬레이션에서, 도 30은 테스트 전자 회로(4)의 스텝 그룹 처프 응답 신호(24C)의 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)을 도시하며, 도 31은 이상적인 jw 임피던스 스펙트럼 플롯(8D)과 중첩된 테스트 전자 회로(4)의 TCTC 처리된 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)에 대한 스텝 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8C)을 도시한다.

스텝 그룹 처프(26C)를 사용하는 테스트 장치(3)의 임피던스 측정(2)의 예시적인 예는 위에서 설명한 바와 같이 IMD(1)를 사용하여 수행되었다. 여기 전류의 RMS는 약 500mA였으며, 그렇지 않으면 여기 신호(26)의 모든 파라미터가 실질적으로 위에서 설명한 대로 설정되었다. 테스트 장치(3)는 위에서 설명하고 도 4에 도시된 테스트 장치(3)와 동등하거나 실질적으로 동등하다. 테스트 장치(3)의 모든 예시적인 임피던스 측정에 사용된 EIS 기준 스펙트럼 플롯(8E)은 솔라트론 포텐시오스타트 아연도노스타트(Solartron Potentiostat Galvanostat) 기기를 사용하여 얻은 데이터 플롯이었다. EC에 대한 공칭 파라미터는 R1=15mOhm, R2=15mOhm, R3=15mOhm, C1=9F이었다. 임피던스 측정(2)은 테스트 장치(3)로 수행한 것과 실질적으로 동일한 측정 조건으로 알려진 값의 션트(57)로 측정을 수행함으로써 IMD(1)의 이득 및 주파수 응답을 설명하기 위해 보정되었다. 상기 션트(57)로부터 션트 응답 시간 기록(58)은 션트 값으로 정규화되었다. 스텝 그룹 응답 시간 기록(23C)과 정규화된 션트 응답 시간 기록(58)은 주파수 영역으로 변환되고 비율이 테스트 장치(3)의 측정된 임피던스로 기록되었다.

스텝 그룹 처프 실시 예 III. 이제 도 32 및 33을 참조하며, 스텝 그룹 처프의 세 번째 예에서, 스텝 그룹 여기 시간 기록(25C)은 그룹 처프(26C)의 첫 번째 및 두 번째 시뮬레이션에서 사용된 것과 동일하며, 16개의 주파수를 갖는 500mA의 RMS 여기 전류는 물리적 테스트 장치(3) 및 50mOhm 션트(57)에 가해지는 0.05Hz 로부터 스텝 업 된다. 상기 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)은 그룹 처프(26C)의 첫 번째 및 두 번째 시뮬레이션에서 수행된 것과 같이 TCTC로 캡처 및 처리되었다. 도 32는 스텝 그룹 처프 여기 신호(57B)의 플롯을 포함하는 스텝 그룹 여기 시간 기록(57A)을 도시하고, 도 33은 EIS 기준 임피던스 스펙트럼 플롯(8E)과 중첩된 TCTC를 사용하여 처리된 테스트 장치(3)의 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)의 그룹 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8C)을 도시한다. 약 +0.5mOhm의 오프셋이 그룹 처프 SOS 임피던스 스펙트럼(8C)에 추가되어 결국 EIS 임피던스 기준 스펙트럼 플롯(8E)과 실질적으로 일치한다.

스텝 그룹 처프 실시 예 IV. 이제 도 34 및 35를 참조하며, 스텝 그룹 처프(26C)의 네 번째 예에서, 스텝 그룹 처프 여기 시간 기록(25C)이 스텝 그룹 처프(26C)의 이전 예에서 사용된 것과 같으며, 16개 주파수가 있는 500mA의 RMS 여기 전류가 테스트 장치(3) 및 50mOhm 션트(57)에 적용된 2000Hz로부터 낮아졌다. 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)은 실질적으로 스텝 그룹 처프(26C)의 이전 예에서 수행된 것과 같이 TCTC로 캡처 및 처리되었다. 도 34는 스텝 그룹 처프 여기 신호(57B)를 포함하는 스텝 그룹 처프 여기 시간 기록(57A)을 도시하고, 도 35는 EIS 기준 임피던스 스펙트럼 플롯(8E)과 중첩된 TCTC를 사용하여 처리된 테스트 장치(3) 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)의 그룹 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8C)을 도시한다.

위의 예에서 입증된 바와 같이, 스텝 그룹 처프(26C)는 전기 테스트 회로(4)와 물리적 테스트 장치(3)를 사용하는 분석 시뮬레이션 모두에서 유리한 결과로 수행될 수 있다. 특정 실시 예에서, SOS 처프 그룹 응답 신호(24C) 각각의 초기 부분(56)은 정상 상태 가정 및 TCTC로 처리된 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)을 검증하기 위해 버려질 수 있다. 또한 실시 예에서는 도 27에 도시된 로그 파에 대한 4개의 주파수를 포함하는 로컬 최소값을 활용했으나, 이것이 애플리케이션에 기초한 다른 주파수 확산을 사용하는 실시 예의 사용을 배제함을 의도하지는 않는다.

스텝 그룹 처프(26C)의 추가 예시적인 예는 500mA의 RMS 여기 전류에서 스텝 그룹 처프 여기 신호(26C)를 생성하기 위해 스텝 그룹 처프 여기 시간 기록(25C)을 기반으로 IMD(1)에 의해 구현되었으며, 약 0.125Hz로부터 약 1638.4Hz의 범위에서 발생하는 18개의 주파수를 포함하며, 처음 4개의 주파수 그룹(59)은 4개의 주파수를 포함하고 다섯 번째 주파수 그룹은 더 높은 주파수에서 추가 주기가 갖는 2개의 주파수를 포함한다. 도 36은 초 단위의 시간에 따른 스텝 그룹 처프 여기 신호(57B)의 플롯을 도시한다. 18개의 주파수를 갖는 SOS는 3.17의 로그 파 팩터를 생성하지만 각 그룹 내에서 2개 또는 4개의 주파수를 갖는 주파수 그룹은 도 21에 도시된 것처럼 약 1.7의 로그 파 팩터를 갖는다.

스텝 그룹 처프 실시 예 V. 이제 테스트 장치(3)의 EIS 기준 임피던스 스펙트럼(8E)과 중첩된 TCTC를 사용하여 처리된 테스트 장치(3)의 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)을 위해, 초 단위 시간에 따른 테스트 장치 전압 응답(24C)의 플롯과 임피던스 스펙트럼(7)의 나이퀴스트 스텝 처프 스펙트럼 플롯(8C)을 각각 도시하는 도 37 및 38을 참조하며, 이는 그룹 처프(26C)를 사용하여 수행된 테스트 장치 임피던스 측정(2)이 테스트 장치(3)에 대한 EIS 기준 임피던스 스펙트럼(8E)과 결국 실질적으로 일치함을 입증한다. 스텝 그룹 처프 시간 응답 시간 기록(23C)이 TCTC를 사용하여 처리되었으며 정상 상태 가정은 주파수 그룹(59) 각각의 스텝 처프 응답 시간 기록(23C)의 초기 부분(56)을 삭제하여 달성되었다(도 36 내지 41의 예에서, 초기 부분(56)은 20%의 초기 부분을 포함한다).

스텝 그룹 처프 실시 예 VI. 이제 도 39 및 40을 참조하면, 스텝 그룹 처프(26C)의 추가 예시가 10년당 7개의 고조파 주파수(11)를 생성하도록 구성된 10년에 걸친 고조파 주파수 스위프를 기반으로 IMD(1)에 의해 구현되었다: 1, 2, 3, 4, 5, 7, 9 및 500Ma의 RMS 여기 전류로 여기 신호를 생성하기 위해 스텝 그룹 처프 여기 시간 기록(25C)을 어셈블링함이 10년 각각마다 시작 주파수를 갖는 4개의 10년 단위를 포함하며: 0.1, 1, 10, 100은 총 28개의 주파수를 생성한다. 그룹 SOS 로그 파 상수는 2.657이다.

이러한 주파수 그룹에 대한 주파수 분포 계수는 다음과 같습니다.

스텝 그룹 처프 분리가 없으면 28개 주파수에 대한 전체 SOS 여기의 분포 계수는 다음과 같다:

그룹 처프 시간 응답 시간 기록(23C)은 TCTC를 사용하여 처리되었으며 정상 상태 가정은 주파수 그룹(59) 각각의 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C) 초기 부분(56)을 삭제하여 달성되었다(도 39 및 40의 예에서 상기 초기 부분은 20%의 초기 부분을 포함한다).

도 39는 위에서 설명한 바와 같이 그룹 처프 SOS 전류 응답 신호(24C)의 그룹 처프 응답 시간 기록(25C)의 플롯을 도시하고, 도 40은 TCTC에 대한 임피던스 스펙트럼의 나이퀴스트 스텝 그룹 처프 플롯(8C)을 도시하며, TCTC는 EIS 기준 스펙트럼 플롯(8E)과 중첩된 테스트 장치(3)의 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)을 처리하였다. 도 40은 테스트 장치(3)에 대한 EIS 기준 임피던스 스펙트럼 플롯(8E)과의 실질적인 일치를 입증한다.

스텝 그룹 처프 실시 예 VII . 이제, 도 41 및 42를 참조하며, 스텝 그룹 처프(26C)의 또 다른 예시적인 예가 총 29개의 주파수에 대해

의 팩터로 분리된 주파수 설정에 기초하여 IMD(1)에 의해 구현되었다. 이것이 고조파 주파수 스윕을 포함하지 않을 수 있지만, IMD(1)는 스텝 그룹 처프 여기 시간 기록(25C)을 어셈블하여, 옥타브 고조파를 달성하기 위해 다른 모든 주파수의 주파수 그룹(59)으로 구성된, 500 Ma의 RMS 여기 전류로 스텝 그룹 여기 신호(26C)를 생성하도록 할 수 있다. 따라서 각 그룹에 할당된 주파수 시퀀스는 다시 포맷되어서, 각 주파수 그룹 내에서 옥타브 고조파 분리를 유지하면서 원하는 29개의 주파수 확산을 달성하도록 한다. 시간 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)은 TCTC를 사용하여 처리되었으며 정상 상태 가정은 각 주파수 그룹(59)의 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)의 초기 부분(56)을 삭제하여 달성되었다( 도 41 및 42의 예에서, 초기 부분(56)은 20%의 초기 부분(56)을 포함한다).

이제 테스트 장치(3)에 대한 스텝 그룹 처프 응답 시간(23C)을 도시하는 도 41과 EIS 기준 임피던스 스펙트럼 플롯(8E)과 중첩된 스텝 그룹 처프 임피던스 스펙트럼 플롯(8C)을 도시하는 도 42를 참조한다. 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)은 약 3의 로그 파 그리고

의 주파수 분산 팩터를 갖는 16개 주파수의 20개 HCSD SOS시간 기록에 상응하는 지속 시간을 갖는다. 이에 비해 스텝 그룹 처프(26C) 접근 방식은 약 1.7의 로그 파 팩터와 약 0.7의 주파수 분포 팩터를 산출한다. 이는 상당한 개선을 포함하지만 이 접근 방식은 시간 기록을 두 배로 늘린다.

스텝 그룹 처프 실시 예 VIII 및 IX. 이제, 도 43 내지 도 48을 참조하면, 특정 실시 예에서, 시간 기록으로 더 긴 지속기간을 희생시키면서 스텝 그룹 처프(26C)를 사용하여 매우 충실도가 높은 임피던스 스펙트럼이 또한 달성될 수 있다. 예를 들어, 이전 예제 VII의 루트 2 분리는 43개의 주파수에 대해 2의 세제곱근

으로 증가할 수 있으며, 여기서 모든 세 번째 주파수는 옥타브 고조파이다. 선택적으로, 스텝 그룹 처프 여기 신호(26C)는 주파수 10년당 포인트의 사용자가 선택한 수를 기반으로 개선될 수 있다. 예를 들어, 0.1과 2kHz 사이의 주파수가 10년당 10포인트이면 선형 스케일에서 38개의 주파수(11) 또는 로그 스케일에서 39개의 주파수가 된다. 주파수 그룹(59)은 두 경우 모두(위에서 설명한 대로) 로그 파가 최소화되도록 선택된다. TCTC를 사용하여 스텝 그룹 처프 응답 시간 기록(23C)을 처리하면 주파수 그룹 내 주파수 사이의 고조파 분리가 필요하지 않을 수 있다.

특정 실시 예에서, 스텝 그룹 처프 여기 시간 기록(26C)은 오프셋 주파수 그룹(60)으로 보충될 수 있다. 예시적인 예로서, 스텝 그룹 처프 여기 시간 기록(25C)은 각각 4개의 주파수를 포함하는 4개의 그룹(59) 및 2개의 주파수를 포함하는 제5 주파수 그룹(59)을 포함하는 옥타브 고조파 분리를 갖는 18개의 주파수를 포함할 수 있으며, 여기서 추가 충실도가 필요한 경우(예를 들어, 약 1Hz에서), 2의 제곱근에 의한 오프셋(0.28Hz, 0.57Hz, 1.13Hz, 2.26Hz)인, 오프셋 주파수 그룹(60)이 두 번째 주파수 그룹(0.2Hz, 0.4Hz, 0.8Hz 및 1.6Hz) 다음에 스텝 그룹 처프 여기 시간 기록(25C)으로 추가될 수 있다. 관심 범위에서 충분한 충실도를 보장하기 위해 추가 오프셋 그룹(60)을 추가할 수도 있다.

다시, 도 43 내지 도 48을 참조하면, 이 예시적인 스텝 그룹 처프(26C)는 도 4에 도시된 바와 같이 재귀 모델 전기 회로(4)를 사용하였으며, IMD(1)는 4개의 주파수 그룹으로 구성된 16개의 주파수를 포함하는 실시 예 VIII(도 43 및 44)에 대한 스텝 그룹 처프 여기 기록(25C)을 어셈블 하였고, 상기 4개의 주파수 그룹 각각은 파고 율(crest factor)에 대한 로컬 최소값의 이점을 제공하기 위해 4개의 주파수를 갖는다. 상기 16개의 주파수(11)는 0.0125Hz에서 시작하여 409.2Hz에서 끝나는 옥타브 고조파를 포함한다. 실시 예 IX(도 45 및 46)에서, IMD(1)는 옥타브 고조파로서 처음 2개의 주파수 그룹(59), 세 번째 주파수 그룹(59), 네 번째 주파수 그룹(59) 그리고 마지막 2개의 주파수 그룹(59)를 포함하는 고 해상도 그룹 처프에 대한 스텝 그룹 처프 시간 여기 기록(25C)을 어셈블하였으며, 상기 세 번째 주파수 그룹(59)은 두 번째 주파수 그룹(59)에 있는 주파수(11)가 2내지 1/3 거듭제곱으로 조정된 오프셋 주파수(60)를 포함하고, 상기 네 번째 주파수 그룹(59)은 두 번째 주파수 그룹(59)에 있는 주파수가 2내지 1/3 거듭제곱으로 조정된 오프셋 주파수를 포함하며, 그리고 상기 마지막 2개의 주파수 그룹(59)은 총 24개 주파수에 대한 옥타브 고조파의 연속이었다. 상기 재귀 모델 테스트 회로(4) 스텝 그룹 칩 응답 시간 기록(23C)은 실시 예(도 43 및 45) 각각에 대해 획득되었고 TCTC를 사용하여 처리되었다. 실시 예 각각의 모델 테스트 전기 회로(4)의 jw 나이퀴스트 플롯(8D)은 도 44 및 46에 각각 도시되어 있다. 이 같은 예시적인 예에서, 고해상도 스텝 그룹 처프(26C)의 사용에 대한 유일한 단점은 약 15초의 시간 기록이 증가할 수 있다는 것이다. 파고 율과 주파수 분포율은 거의 동일하게 유지되었다.

스텝 처프(26B) 및 스텝 그룹 처프(26C)를 감안하여 더욱 광 범위의 주파수가 고려될 수도 있다. 더 높은 주파수는 정확한 임피던스 계산을 위해 충분한 데이터 포인트를 캡처하기 위해 복수의 주기가 필요할 수 있다. 임피던스 계산에서 우수한 신호 대 잡음비를 달성하기에 충분한 데이터 포인트가 있는 경우 주파수가 낮을수록 샘플링 속도가 감소할 수 있다. 예를 들어, 0.00125Hz의 최소 주파수가 사용될 수 있다(이전 예의 0.0125Hz보다 낮은 크기). 2 분리의 세제곱근을 주파수 그룹 각각에서 4개의 주파수로 구성된 주파수 그룹으로 가정하면, 여기 시간 기록은 1651.4Hz를 통해 62개의 주파수를 생성한다. 시간 기록은 2560초(42.7분) 지속 시간을 갖게 될 것이다.

다른 실시 예에서, 스텝 그룹 처프 여기 시간 기록(25C) 내의 주파수 그룹(59)의 시퀀스는 주파수 그룹(59)의 시퀀스 내에 포함된 하나 이상의 미리 선택된 표적 주파수(61)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 임피던스 측정은 42Hz에서 시작 주파수가 0.0125Hz이고 종료 주파수가 2kHz에 가까운 미리 선택된 표적 주파수(61)를 갖는다. 42Hz의 표적 주파수(61)를 포함하거나 이에 가장 가까운 주파수 그룹(59)은 예시적인 예에서 42Hz를 포함하도록 시프트될 수 있다. 옥타브 고조파 분리를 가정하면, 42Hz의 표적 주파수(61)에 가장 가까운 주파수 그룹에는 주파수 51.2Hz, 102.4Hz, 204.8Hz 및 409.6Hz가 포함된다. 이 같은 주파수 그룹은 42Hz, 84Hz, 168Hz 및 336Hz를 포함하는 새로운 주파수 그룹을 공식화하기 위해 0.82의 스케일링 팩터만큼 시프트될 수 있다. 또한, 표적 주파수(61)가 도 2에 도시된 바와 같이 장치(3)의 사용 및 사용 연수의 함수로 시프트되는 경향이 있는 경우, 임피던스 스펙트럼은 시간에 따라 주기적으로 생성될 수 있고 임피던스 스펙트럼은 계산된 임피던스 데이터 또는 등가 회로 모델링을 직접 관찰하여 분석됨으로써, 상기 시프트를 식별하고 표적 주파수(61)를 조정하여 드리프트로 인한 누적 오류를 완화하도록 한다.

스텝 그룹 처프 실시 예 XI. 이제, 도 47 및 48을 참조하면, 특정 실시 예에서, 임피던스 측정(2)(예를 들어, 30개의 주파수) 내에 포함될 주파수(11)의 최대 수는 미리 선택될 수 있고, 여기 시간 기록(25)이 주파수 사이의 간격을 결정하는 데 사용될 수 있는, 42Hz(이 경우 16개 주파수)의 예시적인 표적 주파수(61)에 도달하는 데 필요한 총 주파수 수를 계산하기 위해 대수 스케일을 사용하여 어셈블 될 수 있다. 결과로 발생되는 여기 시간 기록(25)은 16번째 주파수에서 42Hz를 생성하고 최대 1857.3Hz의 총 23개 주파수를 포함한다. 도 48에서 도시한 바와 같이, 23번째 주파수의 로그 파(Peak/RMS)는 3.8273이고 7번째 주파수의 로컬 최소값은 2.03이다. 따라서 이 같은 접근 방식은 스텝 그룹 처프와 함께 사용될 수 있으며, 주파수 그룹 각각이 7개의 주파수를 포함하고 TCTC를 사용하여 처리될 수 있다. 또한, 표적 주파수(61)가 도 2에 도시된 바와 같이 장치(3)의 사용 및 사용 연도의 함수로 시프트 되는 경향이 있는 경우, 임피던스 스펙트럼은 시간에 따라 주기적으로 생성될 수 있고 상기 임피던스 스펙트럼은 계산된 임피던스 데이터 또는 등가 회로 모델링을 직접 관찰하여 분석되어서 드리프트로 인한 누적 오류를 완화하도록 시프트를 식별하고 표적 주파수(61)를 조정하도록 한다.

혼합 스텝 처프 및 스쳅 그룹 처프 특정 실시 예에서, 스텝 처프(26B) 및 스텝 그룹 처프(26C) 시퀀스를 결합함으로써 시퀀스에 하나 이상의 특정 표적 주파수(61)를 포함하는 것이 유용할 수 있다. 이 같은 접근 방식에서 스텝 처프 그룹 처프 여기 시간 기록(25)은 필요한 상한 및 하한 주파수 제한을 기반으로 어셈블 될 수 있다. 결과적인 여기 시간 기록(25)은 스텝 처프(26B) 단일 주파수가 산재된 스텝 그룹 처프(26C) 주파수 그룹(59)을 포함할 것이다. 이 같은 접근 방식은 더 긴 기간의 시간 기록을 필요로 할 수 있지만 진단 목적을 위해 미리 선택된 관심 주파수 세트에 유용할 수 있다. 이 경우 임계점에서 향상된 측정 정확도를 위해 표적 주파수에서 복수의 주기를 수행할 수 있다. 또한, 표적 주파수가 도 2에 도시된 바와 같이 사용 연도 및 사용의 함수로 시프트 하는 경향이 있는 경우, 전체 스펙트럼 알고리즘 분석이 사용되어, 시프트를 식별하고 표적 주파수를 조정하여 드리프트로 인한 누적 오류를 완화하고, 그에 따라 여기 신호를 조정할 수 있다.

이제, 도 49를 참조하면, 실시 예는 주파수 범위 지정(B1), 주파수 범위의 주파수 간 분리 지정(B2), 주파수 별 주기 수(B3), 주파수 별 샘플링 속도 식별(B4), 주파수 별 수집 데이터 포인트 수 식별(B5), 응답 시간 기록 분석 알고리즘 결정(B6), TCTC 선택(B7) 또는 HCSD 선택(B8)하고 HCSD인 경우 주파수 각각으로 네가티브 시간 주기를 추가(B9), 주파수 시퀀스를 연속적인 여기 시간 기록 내로 결합(B10), 그리고 예를 들어 전기화학 전지와 같은 테스트 장치(3)의 스텝 처프 임피던스 측정에 대한 여기 시간 기록을 생성(B11) 중 하나 이상을 포함하는 스텝 처브에 대한 여자 시간 기록을 어셈블 하는 방법을 포함한다.

이제, 도 50을 참조하면, 실시 예는 주파수 범위 지정(B12), 주파수 범위 내 주파수 간 분리 지정(B13), 주파수 그룹 마다 주파수 수를 지정(B14) - 그룹당 주파수 수를 지정하는 단계는 로그 파를 최소화하기 위해 그룹당 주파수들을 선택하는 단계(B15)를 더 포함할 수 있음; 각 주파수 그룹에 대한 샘플 속도 식별(B16), 주파수 그룹 각각에 대해 수집된 데이터 포인트의 수 식별(B17), 주파수 그룹 각각에서 충분한 수의 샘플이 수집되었는지 결정(B18), 그렇지 않은 경우 추가 수집된 샘플 수가 불충분한 주파수 그룹에 대한 추가의 기간을 추가(B19); 응답 시간 기록 분석 알고리즘 결정(B20), TCTC 선택(B21) 또는 HCSD 선택(B22), HCSD인 경우 주파수 그룹 각각으로 네가티브의 시간 주기 추가(B23), 연속 여기 시간 기록 내로 주파수 시퀀스를 결합(B24) 및 예를 들어 전기화학 전지와 같은 테스트 장치(3)의 그룹 처프 임피던스 측정을 위한 여기 시간 기록을 생성(B25)하는 단계를 포함한다.

이제, 도 51을 참조하면, 실시예는 응답 시간 기록을 캡쳐하는 방법을 포함하며, 이 같은 방법은 테스트 중인 장치(26)의 상기 응답 신호의 샘플 속도를 식별, 응답 신호에서 수집된 샘플의 수를 식별(B27), 테스트 중인 EC의 응답 시간 기록 캡처(B28), 임피던스 측정 완료 여부 결정(B29), 그 결정이 긍정인 경우 응답 시간 기록의 데이터 캡처 중지(B30), 그리고 그 결정이 부정인 경우 샘플 속도가 변경되어야 하는 가 여부 결정(B31), 그리고 응답이 노(no)인 경우 응답 시간 기록을 캡처(B28), 그리고 응답이 예(yes)인 경우 샘플 속도를 식별(B26)하는 단계 중 하나 이상을 포함한다.

이제 도 52를 참조하면, 실시 예는 다음 중 하나 이상을 포함하는 스텝 그룹 처프가 있는 장치의 임피던스 측정을 수행하는 방법을 포함한다: 주파수 범위를 지정하고, 주파수 범위 내 주파수 간의 분리를 지정하며, 그리고 주파수 그룹당 주파수 수를 지정함을 포함하는, 주파수 그룹을 어셈블 하는 단계(B12)로서, 그룹당 주파수의 수를 지정하는 단계는 로그 파를 최소화하기 위해 그룹당 주파수를 선택하는 단계(B33), 주파수 그룹 시프트로 주파수 그룹을 보완하는 단계(B34), 주파수 그룹 시프트 및 주파수 그룹 시프트 위치에 대한 측정 파라미터를 결정하여, 관심 주파수에서 충분한 충실도를 획득하도록 하는 단계(B35)를 더욱 포함하며, 주파수 그룹 각각에 대한 샘플 속도 식별, 주파수 그룹 각각에 대해 수집된 데이터 포인트의 수 식별, 주파수 그룹 각각에서 충분한 수의 샘플이 수집되었는가를 결정, 그리고 그 결정이 '노(no)'라면 수집된 샘플 수가 불충분한 주파수 그룹에 추가 주기를 추가하고, 예를 들어 TCTC 또는 HCSD와 같은 임피던스 스펙트럼 알고리즘을 선택하고, HCSD인 경우 주파수 그룹 각각으로 네가티브의 시간 주기를 추가하며, 연속 여기 시간 기록 내로 주파수 시퀀스를 결합하며, 예를 들어 전기화학 전지와 같은 테스트 장치의 고 충실도 그룹 처프 임피던스 측정을 위한 여기 시간 기록 생성(B36)하고, 하나 이상의 주파수 그룹 시퀀스 내에 평균 제곱근 전류 또는 제곱 근 전압을 포함하는 여기 시간 기록을 사용하여 테스트 장치를 여기 시키며, 여기서 상기 주파수 그룹 각각은 주파수 스프레드 내에 하나 이상의 주파수 합산(B37), 테스트 장치의 응답에 대한 응답 시간 기록을 여기 시간 기록으로 기록(B38), 상기 하나 이상의 주파수 그룹 각각의 상기 응답 시간 기록의 초기 기간을 버림, 그리고 테스트 장치(3)의 임피던스를 결정하기 위해 임피던스 스펙트럼 알고리즘을 사용하여 응답 시간 기록을 처리(B40)하는 단계를 .포함한다.

이제 도 53을 참조하면, 실시 예는 다음 중 하나 이상을 포함하는 스텝 그룹 처프를 사용하여 장치(3)의 고 충실도 임피던스 측정을 수행하는 방법을 포함한다: 주파수 범위를 지정하고, 주파수 범위 내 주파수 간의 분리를 지정하며, 그리고 주파수 그룹당 주파수 수를 지정함을 포함하는, 주파수 그룹을 어셈블 하는 단계(B41)로서, 그룹 당 주파수 수를 지정함이 로그 파를 최소화하기 위해 그룹당 주파수를 선택하는 단계(B42), 하나 이상의 표적 주파수를 식별하는 단계(B43), 표적 주파수에 가장 가깝거나 포함하는 주파수 그룹을 식별하는 단계(B44); 표적 주파수를 포함하기 위해 표적 주파수에 가장 가까운 주파수 그룹을 시프트 하거나, 표적 주파수를 포함하기 위해 표적 주파수에 가장 가까운 주파수 그룹을 보완하는 단계(B45), 추가 표적 주파수 식별하는 단계(B46), 만약 식별이 긍정, 예(yes)인 경우 절차(B44) 및 (B45)를 반복하는 단계, 만약 식별이 부정, 아니요(no)인 경우, 테스트 장치(3)의 그룹 처프 임피던스 측정을 위한 여자 시간 기록 생성하는 단계(B47), 평균 제곱근 전류 또는 평균 제곱근 전압을 하나 이상의 주파수 그룹 순서대로 포함하는 여자 시간 기록을 사용하여 테스트 장치(3)를 여기하는 단계(exciting)를 포함한다. 여기서 하나 이상의 주파수 그룹은 표적 주파수를 포함하고, 상기 주파수 그룹 각각은 주파수 확산 내의 하나 이상의 주파수의 합산을 포함하고(B48), 상기 여기 시간 기록(B49)으로 테스트 장치(3) 응답의 응답 시간 기록을 기록하며(B49), 상기 하나 이상의 주파수 그룹 각각의 상기 응답 시간 기록의 초기 기간을 버리며(B50), 그리고 테스트 장치(3)의 임피던스를 결정하기 위해 임피던스 스펙트럼 알고리즘을 사용하여 응답 시간 기록을 처리하고(B51), 표적 주파수(B52)의 시프트를 평가하며, 그 평가가 긍정, 예(yes)이면, 다음 측정 시퀀스에 대한 여기 시간 기록(B53)의 표적 주파수를 조정함을 포함한다.

이상에서 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 기본 개념은 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 본 발명은 처프, 스텝 처프 또는 그룹 처프 여기 신호, 또는 최상의 모드를 포함한 이들의 조합을 사용하는 배터리 팩, 모듈 또는 셀 또는 이들의 조합 또는 구성요소와 같은 전기화학 셀의 신속한 광대역 임피던스 측정을 제공하기 위해 임피던스 분광법을 수행하도록 구성된 IMD의 수많은 다양한 실시 예를 포함한다..

이와 같이, 설명에 의해 개시되거나 본 출원을 수반하는 도면 또는 표에 도시된 본 발명의 특정 실시양태 또는 요소는 제한하려는 의도가 아니라, 오히려 본 발명에 의해 일반적으로 포함되는 다수의 다양한 실시양태 또는 다음으로 포함되는 균등 물을 예시한다. 특정 요소와 관련하여. 또한, 본 발명의 단일 실시 예 또는 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 가능한 모든 실시 예 또는 요소를 명시적으로 설명하지 않을 수 있으며, 많은 대안이 설명과 도에 의해 암시적으로 공개된다.

장치의 각 구성 요소 또는 방법의 각 단계는 장치 용어 또는 방법 용어로 설명될 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 용어는 본 발명이 수여 받을 수 있는 암시적으로 광범위한 범위를 명시하기 위해 원하는 경우 대체될 수 있다. 한 가지 예로서, 본 발명 방법의 모든 단계는 조치, 해당 조치를 취하기 위한 수단 또는 해당 조치를 유발하는 구성 요소로 공개될 수 있음을 이해해야 한다. 유사하게, 본 발명 장치의 각 구성 요소는 물리적 구성 요소 또는 그 물리적 구성 요소가 용이하게 하는 동작으로 개시될 수 있다. 한 가지 예로서, "임피던스 측정"의 공개는 명시적으로 논의되었는지 여부와 상관없이 "임피던스 측정" 행위의 공개를 포함하는 것으로 이해되어야 하며, 반대로 "임피던스 측정" 행위의 효과적인 공개가 있었다면 측정", 이러한 개시는 "임피던스 측정" 및 심지어 "임피던스 측정을 위한 수단"의 개시를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 구성 요소 또는 단계에 대한 이러한 대체 용어는 설명에 명시적으로 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 사용된 각 용어에 대해, 본 출원에서의 그 활용이 그러한 해석과 일치하지 않는 한, 일반적인 사전 정의는 Merriam-Webster의 Collegiate Dictionary에 포함된 각 용어에 대한 설명에 포함되는 것으로 이해되어야 하며, 정의 각각은 본원 명세서에서 참조로 포함된다.

본원 명세서에서 모든 숫자 값은 명시적으로 표시되는지 여부에 관계없이 "약"이라는 용어에 의해 수정된 것으로 가정한다. 본 발명의 목적을 위해, 범위는 "약" 하나의 특정 값으로부터 "약" 다른 한 특정 값으로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 다른 실시 예는 하나의 특정 값에서 다른 특정 값까지를 포함한다. 엔드 포인트에 의한 수치 범위의 개시는 그 범위 내에 포함된 모든 수치 값을 포함한다. 1에서 5까지의 숫자 범위는 예를 들어 숫자 값 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 5 등을 포함한다. 범위 각각의 엔드 포인트는 다른 엔드 포인트와 관련하여 그리고 다른 엔드 포인트와는 독립적으로 모두 중요하다는 것이 더욱 이해될 것이다. 한 값이 "약"을 사용하여 근사치로 표현될 때, 특정 값은 다른 실시 예를 형성함을 이해할 것이다. 용어 "약"은 일반적으로 당업자가 인용된 수치 값과 동등하거나 동일한 기능 또는 결과를 갖는 것으로 간주할 수치 값의 범위를 지칭한다. 유사하게, "실질적으로"는 전적으로는 아니지만 대체로 동일한 형태, 방식 또는 정도를 의미하고 특정 요소는 당업자가 동일한 기능 또는 결과를 갖는 것으로 간주하는 구성 범위를 가질 것이다. 특정 요소가 "실질적으로"를 사용하여 근사치로 표현되는 경우, 특정 구성 요소가 다른 실시 예를 형성함을 이해할 수 있을 것이다.

더욱이, 본 발명의 목적을 위해, 용어 "a" 또는 "an"은 달리 제한되지 않는 한 그 엔티티 중 하나 이상을 지칭한다. 이와 같이, 용어 "a" 또는 "an", "하나 이상" 및 "적어도 하나"는 본 명세서에서 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다.

따라서 출원인은 최소한 다음을 주장하는 것으로 이해해야 한다: i) IMD 각각, ii) 공개되고 설명된 IMD를 여기하는 관련 방법, iii) 이러한 각 장치 및 방법 각각의 유사하고 동등하며 암묵적인 변형, iv) 도시, 공개 또는 설명된 기능 각각을 달성하는 대안적 실시 예, v) 본원 명세서에서 개시 및 설명된 기능을 달성하기 위해 암시적인 것으로 도시된 각각의 기능을 달성하는 대안적 설계 및 방법, vi) 개별적이고 독립적인 발명으로 표시된 각 특징, 구성 요소 및 단계, vii) 본원 명세서에서 공개된 다양한 시스템 또는 구성 요소에 의해 향상된 응용 프로그램, viii) 이러한 시스템 또는 구성 요소에 의해 생성된 결과 제품, ix) 동반하는 실시 예 어느 하나와 관련하여 앞에서 이제까지 설명된 것과 같은 방법 및 장치, x) 개시된 이전 구성 요소 각각의 다양한 조합 및 순열.

이 발명 특허 출원의 배경 섹션은 본 발명이 속하는 기술 분야에 대한 설명을 제공한다. 이 섹션은 또한 본 발명의 대상이 되는 기술 상태에 대한 정보, 종래 기술 문제 또는 우려 사항과 관련하여 유용한 청구된 발명의 특정 미국 특허, 특허 출원, 간행물 또는 주제를 통합하거나 포함할 수 있다. 본원 명세서에서 인용되거나 통합된 미국 특허, 특허 출원, 간행물, 진술 또는 기타 정보가 본 발명과 관련된 선행 기술로 해석, 해석 또는 인정되는 것으로 간주되지는 않는다.

본원 명세서에 기재된 청구항이 있는 경우, 본 발명 설명의 일부로 참조로 포함되며, 출원인은 이러한 청구항의 포함된 내용 전체 또는 일부를 청구범위 또는 그 구성 요소 또는 구성요소의 일부 또는 전부를 지지하기 위해 추가 설명으로 사용할 권리를 명시적으로 보유하며, 출원인은 추가로 그러한 청구범위 또는 그 구성 요소 또는 구성요소의 포함된 내용의 일부 또는 전부를 상세한 설명에서 청구범위로 또는 그 반대로 이동할 권리를 명시적으로 유보하며, 이는 본 발명이 적용되는 계속, 분할 또는 계속에 의해 보호가 필요한 경우 적용되며, 본 발명의 문제를 정의하거나 그에 따른 수수료 감소의 혜택을 얻거나 준수하기 위해 필요한 경우, 국가 또는 조약의 특허법, 규칙 또는 규정 및 기준에 포함된 해당 내용에 적용된다.

또한, 본 명세서에 기재된 청구범위가 있는 경우, 본 발명의 바람직한 실시예의 제한된 수의 범위를 설명하기 위한 것이며 본 발명의 가장 광범위한 실시 예 또는 청구될 수 있는 본 발명의 실시 예 완전한 목록으로 해석되어서는 안 된다. 출원인은 계속, 분할 또는 부분 계속 또는 유사 출원의 일부로 위에 명시된 설명을 기반으로 추가 청구범위를 개발할 권리를 포기하지 않는다.

Claims

디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법으로서,
하나 이상의 주파수 그룹의 시퀀스에서 평균 제곱근 전류 또는 평균 제곱근 전압을 포함하는 여기 시간 기록을 사용하여 상기 디바이스를 여기시키고, 상기 하나 이상의 주파수 그룹 각각은 주파수 확산 내의 하나 이상의 주파수의 합을 포함하는 단계;
상기 여기 시간 기록에 대한 상기 디바이스 응답의 응답 시간 기록을 기록하는 단계;
상기 하나 이상의 주파수 그룹들 각각의 상기 응답 시간 기록의 초기 시간 부분을 버리는 단계; 임피던스 스펙트럼 알고리즘을 사용하여 상기 응답 시간 기록을 처리하는 단계; 그리고
상기 디바이스의 임피던스를 결정하는 단계를 포함하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 여기 시간 기록은 상기 하나 이상의 주파수 그룹을 포함하는 상기 평균 제곱근 전류 또는 평균 제곱근 전압의 연속적인 여기를 포함하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법..
제1항에 있어서, 주파수 그룹 각각의 상기 여기 시간 기록은 복수의 주파수 및 상기 주파수 그룹 내의 상기 복수의 주파수 내에서 가장 낮은 주파수의 적어도 하나의 기간의 지속기간을 포함하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 주파수 그룹 각각의 상기 여기 시간 기록은 하나의 주파수 및 상기 주파수의 적어도 하나의 주기의 지속기간을 포함하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 임피던스 스펙트럼 알고리즘은 시간 크로스 톡(time cross talk) 보상을 포함하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 주파수 그룹 각각의 상기 여기 시간 기록은: 고조파 분리 및 상기 주파수의 적어도 한 주기의 지속시간을 갖는 하나 이상의 주파수; 그리고
상기 주파수의 상기 적어도 하나의 주기 이전의 네가티브 시간 주기를 포함하는. 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제6항에 있어서, 상기 임피던스 스펙트럼 알고리즘은 고조파 보상 동기 검출을 포함하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 주파수 그룹들 각각으로부터 버려진 상기 응답 시간 기록의 상기 초기 기간은 상기 그룹 내에서 상기 최저 주파수 기간의 50% 미만의 범위 내에서 발생하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 여기 시간 기록은 적어도 하나의 표적 주파수를 갖는 적어도 하나의 주파수 그룹을 포함하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 주파수 그룹은:
하나 이상의 기본 주파수 그룹 - 상기 기본 주파수 그룹 각각은 상기 주파수 확산 내의 상기 하나 이상의 주파수의 합을 포함함 -;
하나 이상의 오프셋 주파수 그룹 - 상기 오프셋 주파수 그룹의 각각은 상기 주파수 확산 내의 상기 하나 이상의 주파수의 합을 포함하고, 상기 하나 이상의 오프셋 주파수 그룹은 상기 하나 이상의 기본 주파수 그룹과 관련하여 시프트됨-을 포함하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제9항에 있어서, 상기 디바이스의 임피던스 스펙트럼 시프트를 결정함에 기초하여 상기 적어도 하나의 표적 주파수를 수정함을 더욱 포함하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제11항에 있어서, 계산된 임피던스 데이터에 직접 기초하여 상기 임피던스 스펙트럼 시프트를 결정함을 더욱 포함하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제11항에 있어서, 등가 회로 모델링에 직접 기초하여 상기 임피던스 스펙트럼 시프트를 결정함을 더욱 포함하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제11항에 있어서, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 상기 방법은 미리 정의된 임피던스 스펙트럼 시프트 임계값을 초과함에 기초하여 반복되는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제10항에 있어서, 상기 여기 시간 기록은 적어도 하나의 표적 주파수를 갖는 적어도 하나의 주파수 그룹을 포함하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제15항에 있어서, 상기 임피던스 스펙트럼 시프트에 기초하여 상기 표적 주파수를 조정함을 더욱 포함하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 주파수 그룹은 최소화된 로그 파에 기초하여 결정되는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 응답 시간 기록의 샘플 속도가 상기 하나 이상의 주파수 그룹 내에서 상기 하나 이상의 주파수의 가장 낮은 주파수의 주기에 기초하여 조정되고, 상기 응답 시간 기록의 샘플 속도는 최저 주파수 주기가 증가함에 따라 감소하고, 상기 응답 시간 기록의 상기 샘플 속도는 상기 주파수 그룹이 상기 하나 이상의 주파수 그룹 내에서 상기 최저 주파수 주기가 감소함에 따라 증가하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 주파수 그룹 각각 내의 상기 주파수 확산은 옥타브 고조파를 포함하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 주파수 그룹 각각 내의 주파수 확산은 비옥타브 고조파를 포함하고 상기 임피던스 스펙트럼 알고리즘은 시간 크로스 톡 보상을 포함하는, 디바이스의 임피던스를 결정하기 위한 방법.