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CN107923945B - 能量存储电池阻抗测量设备、方法及相关系统 - Google Patents

能量存储电池阻抗测量设备、方法及相关系统 Download PDF

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CN107923945B CN201680039409.1A CN201680039409A CN107923945B CN 107923945 B CN107923945 B CN 107923945B CN 201680039409 A CN201680039409 A CN 201680039409A CN 107923945 B CN107923945 B CN 107923945B
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Abstract

本发明公开能量存储电池阻抗测试装置、电路及相关方法。能量存储电池阻抗测量装置包括包含差分电流源的正弦波总和(SOS)电流激励电路，该差分电流源被配置成将差分电流源的接地端子与能量存储电池的正极端子和负极端子隔离。方法包括利用SOS电流激励电路将包括正弦电流信号总和的SOS信号施加到能量存储电池，正弦电流信号中的每一个在多个不同频率的不同频率处振荡。方法还包括测量能量存储电池的正极端子和负极端子处的电信号，并且使用测量的电信号来计算在多个不同频率中的每一个处的能量存储电池的阻抗。

Description

能量存储电池阻抗测量设备、方法及相关系统
优先权要求
本申请要求于2015年7月1日提交的序列号为14/789,959的美国专利申请“能量存储电池(cell)阻抗测量设备、方法及相关系统”的提交日期的权益。本申请还涉及于2012年4月3日提交的序列号为13/438,741的美国专利申请，即现在为于2016年1月26日公布的专利号为9,244,130的美国专利，其为于2008年6月30日提交的序列号为12/217,013的美国专利申请的继续申请，即现在为2012年4月3日公布的专利号为8,150,643的美国专利，其为于2007年7月5日提交的序列号为11/825,629的美国专利申请的部分继续申请，即现在为于2008年7月1日公布的专利号为7,395,163的美国专利，其为于2005年12月20日提交的序列号为11/313,546美国专利申请的继续申请，即现在已放弃，其要求于2004年12月20日提交的序列号为60/637,969的美国临时专利申请和于2005年10月7日提交的序列号为60/724,631的美国临时专利申请的权益。本申请还涉及于2010年6月11日提交的序列号为12/813,750的美国专利申请，即现在为于2014年10月21日公布的专利号为8,868,363的美国专利，其要求于2009年6月11日提交的序列号为61/186,358的美国临时专利申请的优先权；并且本申请还涉及于2010年5月3日提交的序列号为12/772,880的美国专利申请，即现在为2010年10月28日公布的专利号为8,352,204的美国专利，其为于2008年6月30日提交的序列号为12/217,013的美国专利申请的部分继续申请，即现在为于2012年4月3日公布的专利号为8,150,643的美国专利；并且本申请还涉及于2011年5月3日提交的序列号为13/100,170的美国专利申请，其要求于2010年5月3日提交的序列号为61/330,766的美国临时专利申请的优先权；并且本申请还涉及于2011年5月3日提交的序列号为13/100,184的美国专利申请，即现在为于2014年6月24日公布的专利号为8,762,109的美国专利，其要求于2010年5月3日提交的序列号为61/330,733的美国临时专利申请的优先权。包括所有图片、表格和附图的前述申请和专利中的每一个的公开通过引用整体并入本文。
关于联邦资助的研究或开发的声明
本发明基于由美国能源部授予的编号为DE-AC07-05-ID14517的合同在政府支持下完成。政府对本发明享有一定的权利。
技术领域
本公开涉及用于阻抗测量的设备和方法，并且更特别地，涉及在可充电服务中采用的能量存储电池中的阻抗测量以及包括这样的电池的系统。具体应用而非限制包括相对高电压能量存储电池的阻抗测量。
背景技术
充电电池中电极的化学变化可能导致电池容量和其它功能参数劣化(degradation)。电池劣化可能在电池的寿命中累积。环境因素(例如，高温)和功能因素(例如，不适当的充电和放电)可能加速电池劣化。依靠于可再充电电池电力的系统的操作者可能期望监控他们使用的电池的劣化。
电池劣化的一个指标是电池阻抗的增加。图1是使用电化学阻抗测量(EIM)系统在若干不同的频率处测量的新电池的阻抗(实部和虚部)曲线102(与奈奎斯特(Nyquist)曲线相似)和老化电池的阻抗曲线104。如图1所示，老化电池在不同的频率中的每一个处显示比新电池更高的阻抗。依赖于可再充电电池的系统的操作者可以使用诸如图1的EIM数据的阻抗数据来确定在发生故障之前需要更换电池。这种抢先式替换可以防止在电池故障的情况下可能发生的昂贵的延迟和财产损失。并且，关于电池的持续可靠性的知识可以防止与不必要地更换仍然剩有相当长的寿命的电池相关联的花费。
EIM系统使用波特(Bode)分析技术来表征电化学过程的阻抗。波特分析技术是一个成熟且已被证实的技术。在EIM系统中，正在评估的电池以单一频率的AC电流来激励，并且响应被测量。该过程在感兴趣的频率范围上被重复，直到获得阻抗的频谱。由于该过程是串联的(serial)(例如，针对感兴趣的不同频率中的每一个单独地且顺序地测量阻抗)，因此EIM方法是有效的，但却是耗时的。
使用带宽受限噪声作为对电池的激励电流的并联方法可以在较短时间内获得类似的电池阻抗信息。系统对噪声的响应经由相关性(correlation)和快速傅立叶变换(FFT)算法来处理，并且许多这样的响应被平均。结果是在期望的频率范围上的响应的频谱。许多响应的平均使得该过程有点串联(例如，单独的激励被顺序地施加到电池上，并且各个响应被测量)。因此，与以上讨论的EIM系统类似，该过程也是有点费时的。另一种技术是根据各自不同频率处的正弦波的总和来组合电流噪声波形。作为时间记录的系统响应利用FFT算法来获取并处理。为了降低噪声，波形的多个时间记录被处理并且它们的结果光谱被平均。由于该过程同样有点串联，因此也有点费时。
发明内容
本文在一些实施例中公开包括正弦波(SOS)电流激励电路和控制电路的总和的能量存储阻抗测量装置。SOS电流激励电路包括差分电流源(differential currentsources)，该差分电流源被配置成将差分电流源的接地端子与能量存储电池的正极端子和负极端子隔离。SOS电流激励电路被配置成通过能量存储电池施加SOS信号。SOS信号包括多个正弦电流信号的总和。多个正弦电流信号中的每一个在多个不同频率中的不同频率处振荡。控制电路被配置成可操作地联接到SOS电流激励电路、正极端子和负极端子。控制电路包括SOS控制模块、至少一个信号测量模块和阻抗计算模块。SOS控制模块被配置成使SOS电流激励电路产生SOS信号。至少一个信号测量模块被配置成测量电池单元的正极端子和负极端子上的电信号。阻抗计算模块被配置成使用由至少一个信号测量模块测量的电信号来针对SOS信号的每个频率计算电池的阻抗。
本文在一些实施例中公开一种测量能量存储电池的阻抗的方法。方法包括利用包括差分电流源的SOS电流激励电路将包括正弦电流信号的总和的正弦波总和(SOS)信号施加到能量存储电池。正弦电流信号中的每一个在多个不同频率中的不同频率处振荡。方法还包括测量能量存储电池的正极端子和负极端子处的电信号。方法进一步包括使用测量的电信号来计算多个不同频率中的每一个处的能量存储电池的阻抗。
本文在一些实施例中公开包括差分电流源和高电压缓冲器的能量存储电池阻抗测量电路。差分电流源包括：推电流源(push current source)，其被配置成可操作地联接到能量存储电池的正极端子；拉电流源(pull current source)，其被配置成可操作地联接到能量存储电池的负极端子；以及差分电流源的接地端子，其可操作地联接在推电流源和拉电流源之间。高电压缓冲器可操作地联接到推电流源和拉电流源中的至少一个。高电压缓冲器被配置成将推电流源和拉电流源中的至少一个与由能量存储电池提供的直流电压隔离。差分电流源被配置成通过能量存储电池的正极端子和负极端子施加正弦波总和(SOS)信号。
本文在一些实施例中公开阻抗测量系统。阻抗测量系统包括一个或多个能量存储电池，以及可操作地联接到一个或多个能量存储电池的能量存储电池阻抗测量系统。能量存储电池阻抗测量系统包括包含差分电流源的正弦波总和(SOS)电流激励电路。SOS电流激励电路被配置成将SOS信号施加到一个或多个能量存储电池。SOS信号包括多个正弦电流信号的总和。多个正弦电流信号中的每一个包括多个不同频率中的不同频率。能量存储电池阻抗测量系统还包括可操作地联接到SOS电流激励电路和一个或多个能量存储电池的控制电路。控制电路被配置成控制SOS电流激励电路，响应于SOS信号测量一个或多个能量存储电池的端子处的电信号，并且计算能量存储电池的阻抗。
附图说明
图1是使用电化学阻抗测量(EIM)系统在若干不同的频率处测量的新电池的阻抗曲线和老化电池的阻抗曲线；
图2是能量存储电池阻抗测量系统的简化框图；
图3A是图2的控制电路的简化框图；
图3B是根据本公开的一些实施例的图2的控制电路的另一简化框图；
图4A是图2的SOS电流激励电路的简化电路示意图；
图4B是图4A的SOS电流激励电路的简化等效电路示意图；
图5是根据图2的高电压缓冲器的单耦合电容器实施例，可操作地联接到图4B的SOS电流激励电路和图2的能量存储电池的高电压缓冲器的简化电路示意图；
图6是根据图2的高电压缓冲器的双耦合电容器实施例，可操作地联接到图4B的SOS电流激励电路和图2的能量存储电池的高电压缓冲器的简化电路示意图；
图7是示出测量能量存储电池的阻抗的方法的简化流程图；
图8是示出校准图2的能量存储电池阻抗测量系统的控制电路的示例方法的简化流程图；以及
图9是阻抗测量系统的简化框图。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考附图，该附图形成其一部分并且其中通过图示的方式示出了其中可以实施本公开的具体实施例。足够详细地描述这些实施例以使本领域的普通技术人员能够实施本公开。然而，应当理解的是，详细描述和具体示例虽然指示本公开的实施例的示例，但是仅作为说明而不是作为限制来给出。根据本公开，各种替换、变型、添加、重新排列或其组合可以在本公开的范围内作出并且对于本领域的普通技术人员将变得显而易见。
根据惯例，附图中所示的各种部件(features)可以不按比例绘制。本文呈现的图示并不意味着是任何特定设备(例如，装置、系统等)或方法的实际视图，而仅是被用来描述本公开的各种实施例的理想化的代表。因此，为了清楚起见，各种部件的尺寸可以任意扩大或缩小。另外，为了清楚起见，附图中的一些可以被简化。因此，附图可以不描绘给定设备的所有组件或特定方法的所有操作。
本文描述的信息和信号可以使用各种不同工艺和技术中的任何一种来表示。例如，在整个说明书中可以提及的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和码片可以通过电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或其任何组合来表示。为了清晰呈现和描述，一些附图可以将信号示为单个信号。本领域的普通技术人员应当理解，信号可以表示信号的总线，其中总线可以具有各种位宽度，并且本公开可以在包括单个数据信号的任何数量的数据信号上实施。
结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法行为(acts)可以被实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚说明硬件和软件的这种可互换性，通常根据其功能性来描述各种说明性的部件、块、模块、电路和行为。这种功能性是被实施为硬件还是软件取决于施加在整个系统上的特定应用和设计约束。本领域技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式实施描述的功能性，但是这种实施决定不应当被解释为导致脱离本文所述的本公开的实施例的范围。
另外，注意的是，本实施例可以根据被描绘为流程图、流程图、结构图或框图的进程来描述。虽然流程图可以将操作行为描述为顺序进程，但是这些行为中的许多行为可以以并行或基本同时的另一顺序来执行。另外，行为的次序可以被重新排列。进程可以对应于方法、功能、过程、子程序、子程序等。此外，本文公开的方法可以以硬件、软件或两者来实施。如果以软件实施，则功能可以被存储或传输作为计算机可读介质上的一个或多个计算机可读指令(例如，软件代码)。计算机可读介质可以包括计算机存储介质和包括便于将计算机程序从一个地方传输到另一个地方的任何介质的通信介质。计算机可读介质可以包括易失性和非易失性存储器，诸如例如磁和光存储装置，诸如例如硬盘驱动器、磁盘驱动器、磁带、CD(光盘)、DVD(数字多功能光盘或数字视频光盘)、固态存储装置(固态硬盘)以及其它类似的存储装置。
应当理解的是，本文对使用诸如“第一”、“第二”等名称的元件的任何参考不限制这些元件的数量或顺序，除非明确说明这样的限制。相反，这些名称可以在本文用作区分两个或更多个元件或元件的示例的便利方法。因此，对第一元件和第二元件的参考不意味着仅采用两个元件或者第一元件必须以某种方式先于第二元件。并且，除非另有说明，否则一组元件可以包括一个或多个元件。
本文描述的元件可以包括相同元件的多个示例。这些元件可以由数字指示符(例如，500)统一指示，并且具体地由跟有字母的数值指示符(例如，500A)的数字指示符指示。为了便于描述，对于大部分，元件编号指示符以元件被引入或最充分讨论的附图的编号开始。因此，例如，图1上的元件标识符将大部分为数字格式1xx，并且图3上的元件将大部分为数字格式3xx。
如本文所使用的，术语“能量存储电池(energy storage cell)”和“能量存储电池(energy storage cells)”是指可充电的电化学电池，其将化学能转换成能量存储电池的正极端子和负极端子之间的直流电压电位。术语“电池组”、“电池”和“电池组单元”在本文中可以与术语“能量存储电池”互换使用。
如本文所使用的，术语“正弦波”和“正弦”是指至少基本上根据正弦函数或余弦函数(例如，具有各种量值和相移)而随时间振荡的电信号(例如，电流和电压电位)。对本领域的普通技术人员显而易见的是，由于正弦和余弦仅是彼此的相移版本，因此任何给定的正弦信号都可以等同地表示为正弦函数或余弦函数。正弦信号在本文中被公开为被施加到能量存储电池和分流器(例如，用于校准目的的已知电阻值的电阻器)。在一些情况下，这些正弦信号在本文中更具体地被称为正弦信号或余弦信号。当正弦信号首先被断言到导电线路(例如，正极电池端子或负极电池端子、电路板上的导电迹线、电线等)时，对正弦信号和余弦信号的这些具体参考可以指示这样的信号相对于时间的相位。
如本文所使用的，术语“正弦波总和”(“SOS”)是指根据正弦信号的总和振荡的电信号。SOS信号可以包括正弦信号的总和、余弦信号的总和或其组合。例如，谐波正交同步变换(HOST)SOS可以包括基本正弦信号，其具有与具有基频的连续整数谐波频率的一个或多个正弦信号相加的基频，并且在每个连续谐波的正弦信号和余弦信号(或其一些相移版本)之间交替。在HOST SOS中一起求和的谐波正弦信号的正交特性可以用来减少或消除过多的瞬变。
图2是能量存储电池阻抗测量系统200的简化框图。能量存储电池阻抗测量系统200可以包括可操作地联接到SOS电流激励电路400和能量存储电池210的控制电路300。能量存储电池阻抗测量系统200还可以包括可操作地联接在SOS电流激励电路400和能量存储电池210之间的高电压缓冲器500。
控制电路300可以被配置成控制SOS电流激励电路400。作为非限制性示例，控制电路300可以被配置成将SOS控制信号302施加到SOS电流激励电路400，以控制由SOS电流激励电路400输出的SOS信号404。SOS控制信号302可以被选择以使SOS电流激励电路400提供SOS信号404，其包括具有用于测试能量存储电池210的阻抗的感兴趣的多个不同频率的多个不同电流信号(例如，HOST SOS信号)的总和。在一些实施例中，SOS控制信号302可以包括在SOS电流激励电路400的输出处与SOS信号404的期望电流信号成比例的电压信号。因此，SOS控制信号302可以包括SOS电压信号。
控制电路300还可以可操作地联接到能量存储电池210并且被配置成响应于施加到能量存储电池210的端子的SOS信号404来测量能量存储电池210的端子处的电信号216。控制电路300可以被配置成使用测量的电信号216在SOS信号的频率处计算能量存储电池210的阻抗。以该方式，控制电路300可以被配置成与SOS电流激励电路400一起工作以在多个不同的频率处基本上同时测试能量存储电池210的阻抗。
在一些实施例中，控制电路300可以被配置成测量能量存储电池210对SOS信号404的电压响应和电流响应，并且将测量的电压响应除以测量的电流响应以获得能量存储电池210的阻抗响应。在这样的实施例中，由于能量存储电池210的阻抗可以通过将测量的电压除以测量的电流来确定，因此可以不需要校准。
在一些实施例中，控制电路300可以被配置成仅测量能量存储电池210对SOS信号404的电压响应。在这样的实施例中，可能需要校准来确定能量存储电池210的阻抗。作为非限制性示例，以下参照图8讨论单分流校准的方法。在一些实施例中，可以使用多个分流器(例如，电阻分流器)校准来解释信号的实部和虚部。
下面将参照图3A和3B来讨论关于控制电路300的更多细节。
SOS电流激励电路400可以被配置成从控制电路300接收SOS控制信号302并且生成SOS信号404。SOS电流激励电路400可以被配置成将SOS信号404施加到能量存储电池210。在一些实施例中，SOS电流激励电路400可以被配置成通过高电压缓冲器500将SOS信号404施加到能量存储电池210。应当注意的是，在一些实施例中，能量存储电池210的阻抗可以在没有高电压缓冲器500的情况下被确定。作为非限制性示例，于2012年4月3日提交的莫里森(Morrison)等人的申请号为2012/0262186的美国专利公开公开了在没有这种高电压缓冲器500的情况下测量能量存储装置的阻抗，其全部公开通过引用并入本文。
SOS信号404可以包括具有对能量存储电池210阻抗测量的感兴趣的频率的正弦电流信号的总和。在一些实施例中，SOS电流激励电路400可以包括差分电流源，该差分电流源包括被配置成将电流推入能量存储电池210的推电流源和被配置成从能量存储电池210拉出电流的拉电流源。如将在下文参照图6更详细讨论的，推电流源和拉电流源可以各自包括运算放大器电流源，并且形成平衡差分电流源。
高电压缓冲器500可以被配置成将提供SOS信号404的SOS电流激励电路400的至少一个信号线与由能量存储电池210提供的直流电压隔离。因此，SOS电流激励电路400的模拟接地可以与能量存储电池210的电力端子电隔离。因此，包含在SOS电流激励电路400中的敏感电子器件可以不暴露于由能量存储电池210产生的直流电压电位的极端(extremes)。并且，与模拟接地在SOS电流激励电路400外部延伸的情况相比，SOS电流激励电路400可能受到较少的噪声。
高电压缓冲器500还可以被配置成将SOS信号404传递到能量存储电池210。在一些实施例中，高电压缓冲器500可以包括高通滤波器。在一些实施例中，高电压缓冲器500可以包括可操作地串联在SOS电流激励电路400和能量存储电池210之间的至少一个电容器。
在操作中，控制电路300可以将SOS控制信号302提供给SOS电流激励电路400。SOS控制信号302可以使SOS电流激励电路400输出SOS信号404(例如，HOST SOS信号)。高电压缓冲器500可以将SOS信号404传递到能量存储电池210的端子，同时从由能量存储电池210产生的直流电压电位缓冲SOS电流激励电路400。响应于SOS信号404的能量存储电池210的端子处的电信号216(例如，电压响应、电流响应或其组合)可以由控制电路300测量。控制电路300可以通过分析电信号216来确定SOS信号404的多个频率中的每一个处的能量存储电池210的阻抗。
图3A是图2的控制电路300的简化框图。控制电路300可以包括SOS控制模块310、数模转换器(DAC)320、平滑滤波器330、信号测量模块340和阻抗计算模块350。SOS控制模块310可以被配置成生成数字SOS信号312，该数字SOS信号312包括具有对能量存储电池210(图2)的阻抗测量感兴趣的多个不同频率的正弦波的总和。数字SOS信号312可以至少以数字SOS信号312的多个不同频率中的最高频率的奈奎斯特速率采样。数字SOS信号312还可以表示数字SOS信号312的多个不同频率中的最低频率的至少一个时间段。SOS控制模块310可以被配置成将数字SOS信号312提供给DAC 320。
DAC 320可以被配置成将数字SOS信号312转换成波纹SOS信号324。如本领域普通技术人员应当理解，诸如数字SOS信号312的数字信号仅能够表现不连续的信号电平(levels)的离散集合。因此，当数字信号被转换为模拟信号时，模拟等效表现为逐级波动或“波纹”波动。因此，由DAC 320提供的波纹SOS信号324可以表现为逐级波动。DAC 320可以被配置成将波纹SOS信号324提供给平滑滤波器330。
平滑滤波器330可以被配置成平滑波纹SOS信号324以提供平滑的SOS控制信号302。作为非限制性示例，平滑滤波器330可以包括被配置成平滑波纹SOS信号324的逐级波动的低通滤波器。SOS控制信号302可以被提供给SOS电流激励电路400(图2)。
如本领域普通技术人员应当理解的，滤波器可以改变周期性信号的幅度、相位或其组合。还应当理解的是，滤波器可以以不同的方式改变以不同频率振荡的信号的不同分量的幅度和相位。因此，SOS控制信号302的不同频率分量中的每一个可以至少部分地由于平滑滤波器330根据数字SOS信号312的不同频率分量的相应幅度和频率在幅度、频率或其组合中改变。
在一些实施例中，平滑滤波器330的属性可以是已知的以分析地估计平滑滤波器330的频率响应。在一些实施例中，可以使用校准来确定对平滑滤波器330的频率响应。SOS控制模块310可以使用平滑滤波器330的频率响应来考虑平滑滤波器330预期施加在控制信号302的不同频率分量上的幅度、相位或其组合的预期变化。SOS控制模块310可以在生成数字SOS信号312时补偿预期的变化。换言之，SOS控制模块310可以被配置成预先强调数字SOS信号312以补偿平滑滤波器330的响应。作为非限制性示例，如果平滑滤波器330预期将波纹SOS信号324的第一频率分量衰减并移位已知量，则SOS控制模块310可以预先增加幅度并将数字SOS信号312的相应第一频率分量的相位移动已知量以补偿预期的变化。
一旦SOS控制信号302已经被提供给SOS电流激励电路400，并且相应的SOS信号404(图2)被施加到能量存储电池210，信号测量模块340可以测量能量存储电池210的端子处的电信号216。作为非限制性示例，信号测量模块340可以被配置成测量能量存储电池210对SOS信号404的电压响应、能量存储电池210对SOS信号404的电流响应或其组合。信号测量模块340可以被配置成将指示能量存储电池210的测量的响应的阻抗计算模块350测量的信号数据342提供给SOS信号404。
阻抗计算模块350可以被配置成使用来自信号测量模块340的测量的信号数据342来计算能量存储电池210的确定的阻抗。作为非限制性示例，测量的信号数据可以包括能量存储电池210对SOS信号404(图2)的电压响应和电流响应两者。阻抗计算模块350可以被配置成将电压响应除以SOS信号404的多个不同频率中的每一个的电流响应以确定多个不同频率中的每一个的阻抗。
并且，作为非限制性示例，测量的信号数据342可以仅包括能量存储电池210对SOS信号404的电压响应。阻抗计算模块350可以被配置成使用来自控制电路300的先前或后续的校准的电压响应和校准数据来估计电流响应。已知的校准响应可以通过将SOS信号404施加到已知阻抗的一个或多个分流器并且测量并存储包括一个或多个分流器对SOS信号404的响应的校准数据来测量。例如，以下参照图8讨论使用单个分流器校准控制电路300的方法。
阻抗计算模块350可以被配置成提供或存储阻抗数据，该阻抗数据包括在包括在数字SOS信号312中的频率(即，包括在波纹SOS信号324、SOS控制信号302和SOS信号404中的相同频率)的每一个处的能量存储电池210的确定的阻抗。在一些实施例中，阻抗数据可以(例如，在能量存储电池阻抗测量系统200的电子显示器上以列表形式、以绘图形式、以表形式等)被显示给能量存储电池阻抗测量系统200(图2)的使用者。在一些实施例中，阻抗数据可以被自动处理以确定能量存储电池210是否应当被更换，并且可以向用户通知自动确定。在一些实施例中，阻抗数据可以被自动处理以确定对能量存储电池210剩余多少寿命的估计。可以通过控制电路300(例如，通过可操作地联接到数据存储装置370(图3B)的处理元件360)本地地、通过被配置成与控制电路300通信的计算装置(例如，个人计算机、平板、智能电话、服务器、汽车计算机、其它计算装置等)远程地、或者通过其组合来执行这种自动处理。
图3B是根据本公开的一些实施例的图2的控制电路300的另一简化框图。在一些实施例中，控制电路300可以包括可操作地联接到至少一个数据存储装置370的至少一个处理元件360。数据存储装置370可以包括被配置成指示至少一个处理元件360执行以下中的至少一个的功能的计算机可读指令：SOS控制模块310、数字模拟转换器320、平滑滤波器330、信号测量模块340以及阻抗计算模块350。
至少一个处理元件360可以包括被配置成执行存储在至少一个数据存储装置370中的计算机可读指令的电路。作为非限制性示例，至少一个处理元件360可以包括微控制器、中央处理单元(CPU)、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、其它处理元件以及其组合。在一些实施例中，至少一个处理元件360可以被实施为与至少一个数据存储装置370相同的半导体封装(例如，具有机载存储器的微控制器等)。在一些实施例中，至少一个处理元件360可以被实施为与至少一个数据存储装置370独立的封装。
至少一个数据存储装置370可以包括易失性数据存储装置(例如，随机存取存储器(RAM))或非易失性(例如，只读存储器(ROM))数据存储装置。作为非限制性示例，至少一个数据存储装置370可以包括闪速存储器、硬盘、固态硬盘、云存储装置、电可编程只读存储器(EPROM)、其它数据存储装置及其组合。
在一些实施例中，控制电路300可以包括一个或多个硬件实施的模块。作为非限制性示例，SOS控制模块310、DAC 320、平滑滤波器330、信号测量模块340和阻抗计算模块350中的至少一个可以被实施为硬件(例如，片上系统(SoC)、专用集成电路(ASIC)、由分立电路部件构建的电路等)。
图4A是图2的SOS电流激励电路400的简化电路示意图。图4B是图4A的SOS电流激励电路400的简化等效电路示意图。一起参照图4A和图4B，SOS电流激励电路400可以包括推电流源410和拉电流源420(即，推挽式电流驱动器，在本文中也被称为“差分电流源”410、420)。推电流源410可以被配置成将电流IPUSH推入能量存储电池210(图2)，并且拉电流源420可以被配置成从能量存储电池210拉出电流IPULL(例如，通过高电压缓冲器500)。如从图4B显而易见的，SOS电流激励电路400的模拟接地端子GND在推电流源410和拉电流源420之间浮置，从而将模拟接地端子GND与能量存储电池210的端子隔离。推电流源410和拉电流源420可以是高阻抗电流源。因此，SOS电流激励电路400可以是完全高阻抗接地隔离的。
推电流源410和拉电流源420可以被配置成接收SOS控制信号302并器将SOS信号404提供给高电压缓冲器500。如将在下文更详细地讨论的，SOS信号404可以包括与SOS控制信号302的电压电势成比例的电流信号。
在一些实施例中，推电流源410可以包括在运算放大器电流源配置中可操作地联接到电阻器RINA1，RINA2，RFA1，RFA2和RSA的运算放大器412。输入电阻器RINA1和RINA2可以分别可操作地联接到运算放大器412的反相输入端和非反相输入端。运算放大器412的非反相输入端可以被配置成通过电阻器RINA2接收SOS控制信号302。运算放大器412的反相输入端可以通过电阻器RINA1可操作地联接到模拟接地GND。电阻器RINA1和RINA2可以被选择为具有相同的电阻值RINA。
运算放大器412的反相输入端还可以通过电阻器RFA1可操作地联接到运算放大器412的输出端。运算放大器412的非反相输入端可以通过电阻器RFA2和RSA可操作地联接到运算放大器412的输出端。RFA1和RFA2的电阻可以被选择为具有相同的电阻值RFA。推电流源410的输出端可以位于电阻器RFA2和RSA之间。因此，SOS信号404的推部可以在电阻器RFA2和RSA之间被提供。如此配置，由推电流源410提供的SOS信号404的推部可以被表达为：
其中IPUSH是由推电流源410提供的电流，并且VSOS CONTROL是SOS控制信号302的电压电位。通过检查该表达式可以看出，IPUSH与VSOS CONTROL成正比。
在一些实施例中，拉电流源420可以包括在运算放大器电流源配置中可操作地联接到电阻器RINB1、RINB2、RFB1、RFB2和RSB的运算放大器422。输入电阻器RINB1和RINB2可以分别可操作地联接到运算放大器422的反相输入端和非反相输入端。运算放大器422的反相输入端可以被配置成通过电阻器RINB1接收SOS控制信号302。运算放大器422的非反相输入端可以通过电阻器RINB2可操作地联接到模拟接地GND。电阻器RINB1和RINB2可以被选择为具有相同的电阻值RINB。
运算放大器422的反相输入端还可以通过电阻器RFB1可操作地联接到运算放大器422的输出端。运算放大器412的非反相输入端可以通过电阻器RFB2和RSB可操作地联接到运算放大器412的输出端。RFB1和RFB2的电阻可以被选择为具有相同的电阻值RFB。拉电流源420的输出端可以位于电阻器RFB2和RSB之间。因此，SOS信号404的拉部IPULL可以由电阻器RFB2和RSB之间的节点拉出。如此配置，由拉电流源420拉出的SOS信号404的拉部IPULL可以被表达为：
其中IPULL是由拉电流源420拉出的电流，并且VSOS CONTROL是SOS控制信号302的电压电位。从检查该表达式显而易见的是，IPULL与VSOSCONTROL成正比。
如从图4B显而易见的是，推电流源410和拉电流源420(即，通过高电压缓冲器500和能量存储电池210)可操作地串联。本领域的普通技术人员将理解，诸如推电流源410和拉电流源420的可操作地串联的电流源必须都在相同方向上提供相同量的电流。因此，电阻值RINA、RINB、RFA、RFB、RSA和RSB可以选择以使IPUSH等于IPULL。
本领域普通技术人员还将理解，可能难以将推电流源410的部件与拉电流源420的部件精确匹配。为了补偿该问题，额外的电阻器RCA和RCB可以分别可操作地并联地跨接在推电流源410和拉电流源420上。额外的电阻器RCA和RCB可以被配置成使得由推电流源410和拉电流源420之间的失配导致的额外电流通过额外的电阻器RCA和RCB消耗到地面。并且，由于电阻器RSA和RSB的值不被化为以上用于IPULL和IPUSH的等式的因子，因此可以调节RSA和RSB的值，而不在推电流源410和拉电流源420之间产生失配。因此，在一些实施例中，电阻器RSA和RSB可以被设置为电位计，其可以凭经验被调整，直到推电流源410和拉电流源420实现充分匹配。
假设推电流源410和拉电流源420平衡良好，则在推电流源410和拉电流源420之间可以基本上均匀地分担向能量存储电池210施加SOS电流(并且结果为SOS电压)的负荷。因此，差分电流源410、420上的应力可以被平衡。
并且，如先前所讨论的，SOS电流激励电路400可以是完全高阻抗接地隔离的。因此，模拟接地端子GND可以与能量存储电池210的端子隔离，从而保护模拟接地端子GND免受能量存储电池210的高直流电流源电压电位的影响，以及免受可能影响能量存储电池210的端子的外部噪声源的影响。
图5是根据图2的高电压缓冲器500的单耦合电容器实施例，可操作地联接到图4B的SOS电流激励电路400和图2的能量存储电池210的高电压缓冲器500A的简化电路示意图。高电压缓冲器500A可以包括被配置成可操作地联接在SOS电流激励电路400的推电流源410和能量存储电池210的正极端子212之间的高电压隔流电容器(high voltage blockingcapacitor)C1。高电压隔流电容器C1可以被配置成防止来自能量存储电池210的直流电流通过差分电流源410、420循环。高电压隔流电容器C1还可以被配置成防止由能量存储电池210提供的全部直流电流供给电压电位被施加到差分电流源410、420(即，由于差分电流源410,420仅是联接到能量存储电池210的端子212、214中的一个的直流电流)。在一些实施例中，高电压隔流电容器C1可以以相似的效果替代地可操作地联接在能量存储电池210的拉电流源420和负极端子214之间。
在差分电流源410、420已经高阻抗接地隔离并且另外直流电流通过高压缓冲器500A与能量存储电池210的端子212、214中的一个隔离的情况下，能量存储电池210可以具有相对较大的直流电流源电压电位，而不将过大的应力施加到差分电流源410、420。因此，差分电流源410、420和高电压缓冲器500A可以用于测量具有比传统阻抗测量系统能够测量的能量存储电池210更大的直流电流源电压电位的能量存储电池210的阻抗。作为非限制性示例，可以测量具有大于约六十(60)伏特的直流电压源电压的能量存储电池210的阻抗。并且，作为非限制性示例，可以测量具有至少约三百(300)伏特的直流电压源电压的能量存储电池210的阻抗。
高电压缓冲器500A还可以包括可操作地联接在能量存储电池210的正极端子212和负极端子214两端的电阻器R1。电阻器R1可以被配置成为存储在高电压隔流电容器C1上的电荷提供放电路径。
高电压缓冲器500A还可以包括预充电控制电路S2a、S2b、S1、RCHG，其被配置成对高电压隔流电容器C1预充电。预充电控制电路S2a、S2b、S1、RCHG可以包括：开关S2a，其可操作地联接到推电流源410；开关S2b，其可操作地联接到拉电流源420；以及控制开关S1，其与预充电电阻器RCHG可操作地串联，被配置成通过预充电电阻器RCHG将能量存储电池210的高压隔流电容器C1和开关S2之间的节点选择性地可操作地联接到负极端子214。
在高压隔流电容器C1的预充电操作中，控制开关S1可以闭合，并且开关S2a和S2b可以打开。因此，高压隔流电容器C1可以利用闭锁电压(blocking voltage)充电。当预充电操作完成时，控制开关S1可以打开，并且开关S2a和S2b可以闭合，使得SOS信号404被施加到能量存储电池210，并且执行测量。在完成测量时，可以执行高压隔流电容器C1的放电操作，并且可以打开开关S2a和S2b。额外的开关(未示出)可以将能量存储电池210与高压隔流电容器C1断开，高压隔断电容器C1可以被放电。
在一些实施例中(例如，在期望测量能量存储电池210的电压响应VCELL和电流响应ICELL的实施例中)，高电压缓冲器500A还可以包括可操作地联接到能量存储电池210的正极端子212和负极端子214中的一个的电流测量电阻器RMEAS。在图5所示的实施例中，测量电阻器RMEAS可操作地联接到能量存储电池210的正极端子212。电流测量电阻器RMEAS可以具有已知的电阻值以使得能够测量通过能量存储电池210的端子212、214的电流ICELL。例如，可以测量电流测量电阻器RMEAS两端的电压VMEAS，并且可以通过将电压电位VMEAS除以电流测量电阻器RMEAS的已知电阻值来计算电流ICELL。在一些实施例中，与其它系统电阻(例如，能量存储电池210的电阻部件、差分电流源410、420的源电阻、高电压隔流电容器C1的寄生电阻等)相比，电流测量电阻器RMEAS的电阻值可以被选择为相对较小，以降低电流测量电阻器RMEAS对能量存储电池210的端子212、214处的电信号216的影响。作为非限制性示例，电流测量电阻器RMEAS的电阻值可以是大约五十(50)毫欧姆(mΩ)。
图6是根据图2的高电压缓冲器500的双耦合电容器实施例，可操作地联接到图4B的SOS电流激励电路400和图2的能量存储电池210的高电压缓冲器500B的简化电路示意图。除了高电压缓冲器500B包括可操作地联接在SOS电流激励电路400的拉电流源420和能量存储电池210的负极端子214之间的额外的高电压隔流电容器C2之外，高电压缓冲器500B可以类似于图5的高电压缓冲器500A。
高电压缓冲器500B相对于图5的高电压缓冲器500A的优点包括差分电流源410、420与能量存储电池210的完全直流电流解耦(decouple)(即，由于电容器C1和C2使SOS电流激励电路400与能量存储电池210的两个端子212、214的直流电压电位解耦)。然而，高电压缓冲器500B的高压隔流电容器C1和C2有效地可操作地彼此串联。因此，假定高压隔流电容器C1和C2的电容值大致相同，则总电容将是高压隔流电容器C1和C2的电容值的一半。因此，可操作地联接到高电压缓冲器500B的差分电流源410、420可能需要支持大约为可操作地联接到图5的高电压缓冲器500A的差分电流源410、420可能需要支持的电压电位的两倍的电压电位。在使用图6的高电压缓冲器500B和图5的高电压缓冲器500A之间选择时，应当权衡这些设计考虑因素。
图7是示出测量能量存储电池210(图2)的阻抗的方法的简化流程图700。一起参照图2和图7，在操作710处，方法可以包括利用包括差分电流驱动器410、420(图4A和图4B)的SOS电流激励电路400将SOS信号404施加到能量存储电池210。在一些实施例中，施加SOS信号404可以包括施加HOST SOS信号。在一些实施例中，将SOS信号404施加到能量存储电池210可以包括通过高压缓冲器500、500A、500B将SOS信号404施加到能量存储电池210。在一些实施例中，施加SOS信号404可以包括利用SOS控制模块310(图3A)生成数字SOS信号312(图3A)、利用数字-模拟转换器320(图3A)将数字SOS信号312转换成波纹SOS信号324(图3A)、利用平滑滤波器330(图3A)平滑波纹SOS信号324以生成SOS控制信号302、以及将SOS控制信号302施加到SOS电流激励电路400。
在操作720处，方法可以包括测量包括能量存储电池210的端子212、214(图5，6)处的电压响应VCELL的电信号216。在一些实施例中，测量电信号216可以包括利用控制电路300的信号测量模块340(图3A)测量电信号216、以及将测量的信号数据342输出到控制电路300的阻抗计算模块350(图3A)。
在一些实施例中，在操作730处，方法可以包括校准用于测量电信号216的控制电路300(例如，使用校准以下参照图8讨论的控制电路300的单分流器方法、使用多分流器校准，如2012年在哥圣地亚由国际自动化协会举办的第58届国际仪器研讨会上由W.H.Morrison、J.L.Morrison、J.P.Christophersen、P.A.Bald发表的高级能量存储复杂阻抗谱测量的高级校准程序(W.H.Morrison，J.L.Morrison，J.P.Christophersen，P.A.Bald，An Advanced Calibration Procedure for Complex Impedance Spectrum Measurementsof Advanced Energy Storage，San Diego:The International Society of Automation，2012.58thInternational Instrumentation Symposium)中所讨论的，其全部公开通过引用整体并入本文)。在这样的实施例中，在操作740处，操作可以包括根据电压响应VCELL以及由在操作730处执行的校准得到的校准数据来估计能量存储电池210的电流响应ICELL。
在一些实施例中，可能不需要校准控制电路300。在这样的实施例中，在操作750处，方法可以包括测量能量存储电池210对SOS信号404的电流响应ICELL(例如，通过测量与能量存储电池210的端子212、214串联的已知电阻器RMEAS两端的电压VMEAS，如图5和图6所示，并且将电压VMEAS除以电阻RMEAS的已知值)。
如先前参照操作730和740所讨论的，可以使用电压响应VCELL和校准数据来估计电流响应ICELL，或者如参照操作750所讨论的，可以测量电流响应ICELL。无论是估计还是测量，电流响应ICELL可以基本上相同。如果估计ICELL，则可能需要校准，但可能仅需要单次测量(以测量VCELL)。另一方面，如果测量ICELL，则不需要校准，但是可能需要额外的测量(以测量VMEAS)。在通过操作730和740或通过操作750确定是否执行方法时，应当考虑这些优点和缺点。
在操作760处，方法可以包括使用电压响应VCELL和电流响应ICELL来计算能量存储电池210的阻抗。作为非限制性示例，可以通过将与SOS信号404的多个不同频率中的每一个相对应的电压响应VCELL的频率分量除以电流响应ICELL的相应频率分量来计算能量存储电池210的阻抗。在一些实施例中，计算能量存储电池210的阻抗包括使用控制电路300的阻抗计算模块350(图3A)来计算能量存储电池210的阻抗。
图8是示出校准图2的能量存储电池阻抗测量系统200的控制电路300的示例方法的简化流程图800。一起参照图2和图8，在操作810处，方法可以包括将单个分流器可操作地联接到能量单元阻抗测量系统200。单个分流器可以以如以上(图5和图6)所讨论的能量存储电池210(例如，通过高电压缓冲器500)可操作地联接到推电流源410和拉电流源420相同的方式可操作地联接到推电流源410和拉电流源420。单个分流器可以包括已知电阻的单个电阻分流器。
在操作820处，方法可以包括将SOS信号404和正交SOS信号(未示出)施加到分流器，以及测量分流器对SOS信号404和正交SOS信号的响应以确定平滑滤波器330(图3A)的响应。如本文所使用的，术语“正交SOS信号”是指可以通过将SOS信号404的任何正弦信号改变为余弦信号以及将SOS信号404的任何余弦信号改变为正弦信号来表达的SOS信号404的版本。例如，如果SOS信号404可以用ISOS SIGNAL＝sin(ωt)+cos(2ωt)+sin(3ωt)来描述，则相应的正交SOS信号可以被表达为IORTHOGONAL SOS＝cos(ωt)+sin(2ωt)+cos(3ωt)。SOS信号404和正交SOS信号都可以包括对测量能量存储电池210的阻抗的感兴趣的频率中的每一个。
在一些实施例中，SOS信号404可以包括HOST SOS信号，并且正交SOS信号可以是相应的正交HOST SOS信号。在一些实施例中，SOS信号404可以包括正弦的总和，并且正交SOS信号可以包括余弦的总和。在一些实施例中，SOS信号404可以包括余弦的总和，并且正交SOS信号可以包括正弦的总和。在本公开的范围内，其它SOS信号404和正交SOS信号也可以被施加到分流器。
在操作830处，方法可以包括(例如，向图3A的SOS控制模块310)确定并施加预加重参数以补偿平滑滤波器330的确定的响应。例如，控制电路300(图3A)可以被配置成为SOS信号404和正交SOS信号的每个频率分量来确定幅度响应和相位响应。SOS控制模块310可以被配置成在下面的操作840、850和860中施加SOS信号404和正交SOS信号时补偿这些幅度响应和相位响应中的每一个。
在操作840处，方法可以包括将都具有第一幅度的第一SOS信号和第一正交SOS信号施加到分流器，并测量分流器对第一SOS信号和第一正交SOS信号两者的第一响应。
在操作850处，方法可以包括将具有不同于第一幅度的第二幅度的第二SOS信号和第二正交SOS信号施加到分流器，并测量分流器对第二SOS信号和第二正交SOS信号两者的第二响应。作为非限制性示例，第二幅度可以是第一幅度的一半。
在操作860处，方法可以包括将具有不同于第一幅度和第二幅度的第三幅度的第三SOS信号和第三正交SOS信号施加到分流器，并测量分流器对第三SOS信号和第三正交SOS信号两者的第三响应。在一些实施例中，第三幅度可以是第一幅度的两倍。
一些传统校准技术利用具有覆盖测试能量存储电池的预期阻抗值的范围的不同电阻值和电抗值的多个不同分流器。相反，图8所示的方法通过调整施加到单个分流器的SOS电流来模拟多个分流器。在图8所示的示例中，模拟六个分流器(三个不同的电阻分流器和三个不同的电抗分流器)。具体地，施加第一SOS信号(操作840)对应于第一模拟电阻，施加第二SOS信号(操作850)对应于第一模拟电阻的一半电阻的第二模拟电阻，并且施加第三SOS信号(操作860)对应于第一模拟电阻的电阻的两倍的第三模拟电阻。因此，通过调整第一SOS信号的幅度，可以按比例改变分流器的模拟电阻值。
类似地，第一正交SOS信号、第二正交SOS信号和第三正交SOS信号可以对应于三个不同的模拟电抗值。可以通过提供正交的SOS信号利用电阻分流器来模拟在相对较低的频率处的相对较低电平的容抗，并且可以通过改变施加的正交SOS信号的大小来改变模拟电抗值。
应当理解图8的示例是示例，而不是限制。在本公开的范围内，可以使用模拟对于给定能量存储电池预期的模拟阻抗值的无限数量的排列的SOS信号和正交SOS信号(例如，不限于第一SOS信号、第二SOS信号和第三SOS信号以及第一正交SOS信号、第二正交SOS信号和第三正交SOS信号)的无限数量的不同排列。
图9是阻抗测量系统900的简化框图。阻抗测量系统900可以包括可操作地联接到一个或多个能量存储电池910-1、......、910-N(有时在下文中通常被单独地称为“能量存储电池”910，并且一起被称为“能量存储电池”910)。能量存储电池阻抗测量系统200可以与以上参照图2所讨论的类似。例如，能量存储电池阻抗测量系统200可以包括控制电路300、包括差分电流源410、420(图4A和4B)的SOS电流激励电路400、以及高电压缓冲器500。能量存储电池阻抗测量系统200可以被配置成将SOS信号404提供给能量存储电池910的端子，并且测量端子的电信号216(例如，电压响应、电流响应等)。能量存储电池阻抗测量系统200可以被配置成使用电信号216来确定能量存储电池910的阻抗。
在一些实施例中，能量存储电池阻抗测量系统200可以通过开关网络930可操作地联接到能量存储电池910。如果能量存储电池910包括多个能量存储电池，则开关网络930可以被配置成选择性地(手动地或自动地)将能量存储电池阻抗测量系统200可操作地联接到能量存储电池910中的一个。
因此，开关网络930可以被配置成使能量存储电池阻抗测量系统200能够一次一个地测量能量存储电池900的阻抗。然而，在一些实施例中，可以不使用开关网络930，并且能量存储电池阻抗测量系统200可以(例如，单独地)可操作地联接到能量存储电池910中的每一个。在一些实施例中，能量存储电池阻抗测量系统200可以包括多个能量存储电池阻抗测量系统200，每个能量存储电池阻抗测量系统200可操作地联接到能量存储电池910中的一个。在一些实施例中，单个能量存储电池阻抗测量系统910可以可操作地联接到能量存储电池910中的每一个，并且被配置成在不同的时间处将SOS信号404选择性地施加到能量存储电池910中的每一个并且从能量存储电池910中的每一个测量所得到的电信号216。
在一些实施例中，能量存储电池阻抗测量系统200可以包括可操作地联接到能量存储电池阻抗测量系统200的计算装置920。计算装置920可以包括外部计算装置(例如，个人计算机、膝上型计算机、汽车中央处理单元、平板计算机、智能电话等)。在一些实施例中，计算装置920可以被配置成执行控制电路300(图3A)的功能中的至少一些。例如，计算装置920可以被配置成接收测量的信号数据342(图3A)，并且使用测量的信号数据342来计算能量存储电池910的阻抗。在一些实施例中，计算装置920可以被配置成进一步处理由控制电路300提供的阻抗数据358。作为非限制性示例，计算装置920可以利用软件修改以使得用户能够交互地查看曲线、生成报告以及与由能量存储电池阻抗测量系统200的控制电路300提供的阻抗数据358(图3A)相关联的其它操作。
在一些实施例中，可能期望多个能量存储电池910。作为非限制性示例，一些电动汽车或混合动力汽车可以受益于多个能量存储电池910系统。
在一些实施例中，由一个或多个能量存储电池910供电的设备可以包括能量存储电池阻抗测量系统200，以能够原位监控能量存储电池910的健康状况。作为非限制性示例，汽车可以包括能量存储电池阻抗测量系统200和能量存储电池910。当能量存储电池阻抗测量系统200检测能量存储电池910中的一个应当被替换时，可以提供警告(例如，视觉、听觉或其组合)。
虽然已经结合附图描述了某些说明性实施例，但是本领域的普通技术人员将认识和理解，由本公开所涵盖的实施例不限于本文明确示出和描述的那些实施例。相反，在不脱离由本公开涵盖的实施例的范围的情况下，诸如在下文中要求保护的包括合法的等同物的那些实施例，可以对本文描述的实施例进行许多添加、删除和变型。另外，来自一个公开的实施例的特征可以与另一公开的实施例的特征组合，而仍然被本公开所涵盖。

Claims (26)

1.一种能量存储电池阻抗测量装置，其包括：
正弦波总和电流激励电路，即SOS电流激励电路，其包括差分电流源，被配置成将所述差分电流源的接地端子与所述能量存储电池的正极端子和负极端子隔离，所述SOS电流激励电路被配置成通过所述能量存储电池施加SOS信号，所述SOS信号包括多个正弦电流信号的总和，所述多个正弦电流信号中的每一个在多个不同频率中的不同频率处振荡；以及
控制电路，其被配置成可操作地联接到所述SOS电流激励电路、所述正极端子和所述负极端子，所述控制电路包括：
SOS控制模块，其被配置成使所述SOS电流激励电路产生所述SOS信号；
至少一个信号测量模块，其被配置成测量所述能量存储电池的所述正极端子和所述负极端子上的电信号；以及
阻抗计算模块，其被配置成使用由所述至少一个信号测量模块测量的所述电信号来针对所述SOS信号的每个频率计算所述能量存储电池的阻抗。
2.根据权利要求1所述的能量存储电池阻抗测量装置，其中所述多个不同频率包括所述多个不同频率的最低频率的整数谐波频率。
3.根据权利要求2所述的能量存储电池阻抗测量装置，其中所述SOS信号的所述多个正弦电流信号包括用于所述多个不同频率的每个连续频率的交替的正弦电流信号和余弦电流信号。
4.根据权利要求1所述的能量存储电池阻抗测量装置，其进一步包括可操作地联接在所述SOS电流激励电路和所述能量存储电池之间的高电压缓冲器，所述高电压缓冲器被配置成将承载所述SOS信号的至少一部分的所述SOS电流激励电路的至少一个信号线与所述正极端子和所述负极端子之间的直流电压电位差隔离。
5.根据权利要求4所述的能量存储电池阻抗测量装置，其中所述高电压缓冲器包括可操作地联接在所述差分电流源中的至少一个与所述能量存储电池的所述正极端子和所述负极端子中的至少一个之间的高压隔流电容器。
6.根据权利要求1所述的能量存储电池阻抗测量装置，其中所述差分电流源包括被配置成将电流推入所述能量存储电池的推电流源和被配置成从所述能量存储电池拉出电流的拉电流源。
7.根据权利要求6所述的能量存储电池阻抗测量装置，其中所述推电流源被配置成提供与拉电流源至少基本相同的电流。
8.根据权利要求1所述的能量存储电池阻抗测量装置，其中所述差分电流源包括被配置成通过具有大于约六十(60)伏特直流的直流电压电位输出的能量存储电池单元提供所述SOS信号。
9.根据权利要求1所述的能量存储电池阻抗测量装置，其中所述差分电流源包括被配置成通过具有至少约三百(300)伏特直流的直流电压电位输出的能量存储电池单元提供所述SOS信号。
10.一种测量能量存储电池的阻抗的方法，所述方法包括：
利用阻抗测量装置的正弦波总和电流激励电路，即SOS电流激励电路将SOS信号施加到能量存储电池，所述SOS电流激励电路包括差分电流源，被配置成将所述差分电流源的接地端子与所述能量存储电池的正极端子和负极端子隔离，所述SOS信号包括多个正弦电流信号的总和，所述正弦电流信号中的每一个在多个不同频率中的不同频率处振荡；
利用联接到所述正极端子和所述负极端子的所述阻抗测量装置的至少一个信号测量模块来测量所述能量存储电池的所述正极端子和所述负极端子处的电信号；以及
使用所述测量的电信号利用所述阻抗测量装置的阻抗计算模块来计算所述多个不同频率中的每一个处的所述能量存储电池的阻抗。
11.根据权利要求10所述的方法，其中利用所述至少一个测量模块来测量所述正极端子和所述负极端子处的电信号包括：
测量对所述能量存储电池的所述正极端子和所述负极端子两端的所述SOS信号的电压响应；以及
通过所述能量存储电池测量对所述SOS信号的电流响应。
12.根据权利要求11所述的方法，其中利用阻抗计算模块来计算所述多个不同频率中的每一个处的所述能量存储电池的所述阻抗包括：将对应于所述多个不同频率中的每一个的所述测量的电压电位响应的部分除以对应于所述多个不同频率中的相同频率的所述测量的电流响应的部分。
13.根据权利要求12所述的方法，其中利用阻抗计算模块来计算所述能量存储电池的所述阻抗包括计算所述能量存储电池的所述阻抗，而不校准被配置成计算所述能量存储电池的所述阻抗的控制电路。
14.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括使用已知电阻的单个分流器来校准被配置成计算所述能量存储电池的所述阻抗的控制电路。
15.根据权利要求14所述的方法，其中校准所述控制电路包括：
利用所述SOS电流激励电路将具有第一幅度的第一SOS信号施加到所述单个分流器；
利用所述至少一个信号测量模块来测量所述单个分流器对所述第一SOS信号的响应；
利用所述SOS电流激励电路将具有所述第一幅度的第一正交SOS信号施加到所述单个分流器；以及
利用所述至少一个信号测量模块来测量所述单个分流器对所述第一正交SOS信号的响应。
16.根据权利要求15所述的方法，其中校准所述控制电路进一步包括：
利用所述SOS电流激励电路将具有不同于所述第一幅度的第二幅度的第二SOS信号施加到所述单个分流器；
利用所述至少一个信号测量模块来测量所述单个分流器对所述第二SOS信号的响应；
利用所述SOS电流激励电路将具有所述第二幅度的第二正交SOS信号施加到所述单个分流器；以及
利用所述至少一个信号测量模块来测量所述单个分流器对所述第二正交SOS信号的响应。
17.根据权利要求10所述的方法，其中利用所述SOS电流激励电路施加所述SOS信号包括在所述多个不同频率的最低频率的单个时间段内施加所述SOS信号。
18.一种能量存储电池阻抗测量电路，其包括：
差分电流源，其包括：
推电流源，其被配置成可操作地联接到能量存储电池的正极端子；
拉电流源，其被配置成可操作地联接到所述能量存储电池的负极端子；以及
所述差分电流源的接地端子，其可操作地联接在所述推电流源和所述拉电流源之间；以及
高电压缓冲器，其可操作地联接到所述推电流源和所述拉电流源中的至少一个并且被配置成将所述推电流源和所述拉电流源中的所述至少一个与由所述能量存储电池提供的直流电压隔离；
其中所述差分电流源被配置成通过所述能量存储电池的所述正极端子和所述负极端子施加正弦波总和(SOS)信号。
19.根据权利要求18所述的能量存储电池阻抗测量电路，其中所述推电流源和所述拉电流源各自包括运算放大器电流源。
20.根据权利要求18所述的能量存储电池阻抗测量电路，其中所述高电压缓冲器包括至少一个电容器，所述至少一个电容器可操作地联接在以下的至少一个之间：
所述推电流源和所述正极端子；以及
所述拉电流源和所述负极端子。
21.根据权利要求20所述的能量存储电池阻抗测量电路，其中所述高电压缓冲器包括被配置成对所述至少一个电容器预充电的预充电控制电路。
22.一种阻抗测量系统，其包括：
一个或多个能量存储电池；以及
能量存储电池阻抗测量系统，其可操作地联接到所述一个或多个能量存储电池，所述能量存储电池阻抗测量系统包括：
正弦波总和电流激励电路，即SOS电流激励电路，其包括差分电流源，所述SOS电流激励电路被配置成将SOS信号施加到所述一个或多个能量存储电池，所述SOS信号包括多个正弦电流信号总和，所述多个正弦电流信号中的每一个包括多个不同频率中的不同频率；以及
控制电路，其可操作地联接到所述SOS电流激励电路和所述一个或多个能量存储电池，所述控制电路被配置成：
控制所述SOS电流激励电路；
响应于所述SOS信号测量所述一个或多个能量存储电池的端子处的电信号；以及
计算所述能量存储电池的阻抗。
23.根据权利要求22所述的阻抗测量系统，其中所述一个或多个能量存储电池包括多个能量存储电池。
24.根据权利要求23所述的阻抗测量系统，其进一步包括开关网络，其被配置成将所述能量存储电池阻抗测量系统选择性地可操作地联接到所述多个能量存储电池。
25.根据权利要求22所述的阻抗测量系统，其进一步包括汽车，其包括一个或多个能量存储电池。
26.根据权利要求25所述的阻抗测量系统，其中所述汽车进一步包括所述能量存储电池阻抗测量系统。
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