(57)【要約】  バッテリ・インピーダンス検査デバイス、回路、システム、および関連する方法について開示する。インピーダンス測定デバイスは、制御信号に応答して、検査バッテリに印加される励起電流信号を生成するように構成された電流ドライバと、この電流ドライバに動作可能に結合されたプロセッサとを含む。プロセッサは、オートレンジ・モードおよび測定モード中に制御信号を生成するように構成される。オートレンジ・モードでは、複数の異なる振幅にわたって励起電流信号を検査バッテリに印加して、各振幅における励起電流信号に対する応答を測定する。測定モードでは、オートレンジ・モードの結果に応答する振幅で、励起電流信号を検査バッテリに印加する。低インピーダンス・バッテリに対して、感度および分解能の向上を、迅速な測定時間と併せて、達成することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インピーダンス測定デバイスであって、
制御信号に応答して検査バッテリに印加される励起電流信号を生成するように構成された電流ドライバと、
前記電流ドライバと動作可能に結合されたプロセッサであって、オートレンジ・モードおよび測定モード中に前記制御信号を生成するように構成される、プロセッサと、
を含み、
前記オートレンジ・モードが、前記励起電流信号を前記検査バッテリに、複数の異なる振幅にわたって印加し、各振幅において前記励起電流信号に対する応答を測定し、
前記測定モードが、前記オートレンジ・モードの結果に応答する振幅で、前記励起電流信号を前記検査バッテリに印加する、インピーダンス測定デバイス。
【請求項２】
請求項１記載のインピーダンス測定デバイスであって、更に、電流ドライバと、前記検査バッテリに印加される前記励起電流信号に応答して電気信号を測定するように構成された信号測定モジュールとを含むプリアンプを含む、インピーダンス測定デバイス。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のインピーダンス測定デバイスにおいて、前記電流ドライバが、約２０よりも大きい総合利得を呈する、インピーダンス測定デバイス。
【請求項４】
請求項３記載のインピーダンス測定デバイスにおいて、前記総合利得が約６０よりも大きい、インピーダンス測定デバイス。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載のインピーダンス測定デバイスにおいて、前記電流ドライバが、少なくとも３つの縦続利得段を含み、前記プロセッサから前記電流ドライバに返送される複数のバック電圧を決定するために、各縦続利得段からの出力が前記プロセッサにフィードバックされる、インピーダンス測定デバイス。
【請求項６】
請求項５記載のインピーダンス測定デバイスにおいて、前記少なくとも３つの縦続利得段が、約−０．１６６の第１利得を呈する第１利得段と、約−２０の第２利得を呈する第２利得段と、約２０の第３利得を呈する第３利得段とを含む、インピーダンス測定デバイス。
【請求項７】
請求項１または請求項２記載のインピーダンス測定デバイスにおいて、前記電流ドライバが、正弦波総和（ＳＯＳ）電流信号または交互正弦波／余弦波（ＡＳＣ）総和信号の内少なくとも１つを生成するように構成される、インピーダンス測定デバイス。
【請求項８】
請求項１または請求項２記載のインピーダンス測定デバイスにおいて、前記電流ドライバが、前記検査バッテリに動作可能に結合されたプル・アップ電流源とプル・ダウン電流源とを含む差動電流源を含む、インピーダンス測定デバイス。
【請求項９】
インピーダンス測定システムであって、
検査バッテリと、
前記検査バッテリに動作可能に結合されたインピーダンス測定デバイスと、
を含み、
前記インピーダンス測定デバイスが、
電流ドライバと、前記検査バッテリと動作可能に結合された信号測定モジュールとを含むプリアンプと、
前記プリアンプと動作可能に結合された電流制御信号生成器と、
前記プリアンプと動作可能に結合されたデータ取得システムと、
前記電流制御信号生成器および前記データ取得システムに動作可能に結合されたプロセッサと、
を含み、前記プロセッサが、
オートレンジ・モード中に前記プリアンプに電流制御信号を送信して、ある範囲の振幅を呈する励起電流信号を前記電流ドライバに生成させるように、前記電流制御信号生成器を制御し、
前記オートレンジ・モード中における前記信号測定モジュールからの前記検査バッテリの応答を分析するように、前記データ取得システムを制御し、
測定中に前記電流制御信号を前記プリアンプに送信して、少なくとも部分的に前記オートレンジ・モード中における前記検査バッテリの応答を分析したことに基づいて、選択された振幅を呈する励起電流信号を前記電流ドライバに生成させるように、前記電流制御信号生成器を制御し、
前記測定モード中に前記信号測定モジュールからの前記検査バッテリの応答を分析して、前記検査バッテリのインピーダンスを判定するように前記データ取得システムを制御する、
ように構成される、インピーダンス測定システム。
【請求項１０】
請求項９記載のインピーダンス測定システムにおいて、前記バッテリが１つ以上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１１】
請求項９記載のインピーダンス測定システムにおいて、前記データ取得システムが、前記検査バッテリのインピーダンスを判定するためにデータ処理方法を実行するインピーダンス計算モジュールを含み、前記データ処理方法が、電圧時間記録または電流時間記録の内少なくとも１つを捕捉し、前記それぞれの時間記録に対する最大目盛よりも高いまたは低い電圧または電流時間記録内にあるサンプルを破棄するように構成される、インピーダンス測定システム。
【請求項１２】
請求項９から１１までのいずれか１項記載のインピーダンス測定システムにおいて、前記データ取得システムが、前記検査バッテリのインピーダンスを判定するためにデータ処理方法を実行するインピーダンス計算モジュールを含み、前記データ処理方法が、時間クロストーク補償（ＴＣＴＣ）方法、調和的直交同期変換（ＨＯＳＴ）方法、高速加算変換（ＦＳＴ）方法、およびトライアッドに基づく一般化高速加算変換（ＧＦＳＴ）方法から成る一群から選択される、インピーダンス測定システム。
【請求項１３】
請求項９から１１までのいずれか１項記載のインピーダンス測定システムであって、更に、前記インピーダンス測定デバイスと動作可能に結合されたリモート・コンピュータを含み、前記リモート・コンピュータが、前記インピーダンス測定デバイスを制御し、前記インピーダンス測定デバイスからインピーダンス・データを受信するように構成される、インピーダンス測定システム。
【請求項１４】
請求項９から１１までのいずれか１項記載のインピーダンス測定システムにおいて、前記プリアンプが、更に、前記電流制御信号生成器と前記電流ドライバとの間に動作可能に結合されたスムージング・フィルタを含む、インピーダンス測定システム。
【請求項１５】
請求項９から１１までのいずれか１項記載のインピーダンス測定システムにおいて、前記励起電流信号が、前記オートレンジ・モードおよび前記測定モードの各々に対して、正弦波総和（ＳＯＳ）電流信号または交互正弦波／余弦波（ＡＳＣ）総和信号の内少なくとも１つを含む、インピーダンス測定システム。
【請求項１６】
請求項９から１１までのいずれか１項記載のインピーダンス測定システムにおいて、前記検査バッテリが、約１ミリオームと５ミリオームとの間の内部インピーダンスを呈する、インピーダンス測定システム。
【請求項１７】
請求項１６項記載のインピーダンス測定システムにおいて、前記インピーダンス測定デバイスが、約１０秒以下の測定時間で少なくとも０．０１ミリオームの分解能を呈する、インピーダンス測定システム。
【請求項１８】
請求項９から１１までのいずれか１項記載のインピーダンス測定システムであって、更に、前記検査バッテリを含む車両を含む、インピーダンス測定システム。
【請求項１９】
請求項１８項記載のインピーダンス測定システムにおいて、前記車両が、更に、インピーダンス測定デバイスを含む、インピーダンス測定システム。
【請求項２０】
検査バッテリのインピーダンス測定方法であって、
オートレンジ・モード中に異なる振幅を呈する複数のパルスを含む励起電流信号を検査バッテリに印加するステップと、
前記複数の異なる振幅にわたって、前記励起電流信号に応答する前記検査バッテリからの電気信号を測定するステップと、
測定モード中に、固定振幅を呈する励起電流信号を前記検査バッテリに印加するステップであって、前記固定振幅が、少なくとも部分的に、前記オートレンジ・モード中に測定された前記電気信号の分析に基づいて設定される、ステップと、
前記測定モード中に、前記固定振幅を呈する励起電流信号に応答した前記検査バッテリからの電気信号を測定して、前記検査バッテリの内部インピーダンスを判定するステップと、
を含む、検査バッテリのインピーダンス測定方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の方法において、前記固定振幅が、前記複数のパルス内において、前記オートレンジ・モード中に前記電気信号において電圧クリッピングが発生したと判定されたときよりも少なくとも１パルス前の振幅に対応する、方法。
【請求項２２】
請求項２０または請求項２１記載の方法において、前記励起電流信号を前記検査バッテリに印加するステップが、約４０Ｖから６０Ｖの間、または約２５０Ｖから３５０Ｖの間の平均中域電圧を呈する検査バッテリに、前記励起電流信号を印加するステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
本願は、係属中の "Device, System, and Method for Measuring Internal Impedance of a Test Battery Using Frequency Response"（周波数応答を使用して検査バッテリの内部インピーダンスを測定するためのデバイス、システム、および方法）と題し２０１６年３月３日に出願された米国特許出願第１５／０６０，１８３号の出願日の権利を主張する。この特許出願をここで引用したことにより、その開示内容の全てが本願にも含まれるものとする。
【０００２】
関連出願
本願は、２０１４年６月４日に出願され、ＵＳ２０１４／０３５８４６２として公開された係属中の米国特許出願第１４／２９６，３２１号に関連がある。米国特許出願第１４／２９６，３２１号は、２０１３年６月４日に出願された米国仮特許出願第６１／８３１，００１号の権利を主張する。また、本願は、２０１５年７月１日に出願された係属中の米国特許出願第１４／７８９，９５９号にも関連がある。以上の特許出願をここで引用したことにより、その各々の開示内容の全体が本願にも含まれるものとする。
【０００３】
連邦支援研究または開発に関する言明
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。
【０００４】
分野
本開示の実施形態は、電気化学セルのような、エネルギ貯蔵セルのインピーダンス測定用装置、システム、および方法に関し、更に特定すれば、エネルギ貯蔵セルの健全性状態(state of health)の分析に関する。
【背景技術】
【０００５】
再充電可能バッテリにおける電極に対する化学変化は、バッテリの容量、電荷保持の期間、充電時間、およびその他の機能的パラメータの劣化を起こす原因となるおそれがある。バッテリの劣化は、このバッテリの寿命にわたって蓄積する可能性がある。環境要因（例えば、高い温度）および機能的要因（例えば、不適切な充電および放電）が、バッテリの劣化を加速させる場合もある。再充電可能バッテリ電力を頼りにするシステムの操作員は、彼らが使用するバッテリの劣化を監視することを望むのはもっともである(may)。バッテリ劣化指標の１つに、バッテリ・インピーダンスの増大がある。
【０００６】
図１は、新しい(fresh)バッテリのインピーダンスのプロット１０２、および経年変化したバッテリのインピーダンスのプロット１０４であり、電気化学インピーダンス測定（ＥＩＭ：Electrochemical Impedance Measurement）システムを使用して、様々な異なる周波数において測定したものである。Ｙ軸は、図１にプロットした複数の異なる周波数に対する虚インピーダンスであり、Ｘ軸は実インピーダンスである。図１に示すように、経年変化したバッテリ（プロット１０４）は、異なる周波数の各々において、新しいバッテリ（プロット１０２）よりも高いインピーダンスを呈する。再充電可能バッテリを頼りにするシステムの操作員は、障害が発生する前にバッテリ交換が必要であることを判断するために、図１のインピーダンス・データのようなインピーダンス・データを使用することができる。このような、先取りした交換によって、バッテリ切れ(battery failure)の場合に発生するおそれがあり費用がかかる遅延や設備損傷を防止することができる。また、バッテリの継続的信頼性(continued reliability)について知識があれば、未だかなりの寿命が残っているバッテリを不必要に交換することに伴う出費を防ぐこともできる。
【０００７】
既存のインピーダンス測定システムは、約５００ｍＡの励起電流範囲において動作するときには、約０．１ミリオームの分解能を有する。その結果、既存のインピーダンス測定システムは、１０ミリオームの内部インピーダンスを呈する検査バッテリのインピーダンスであれば、適度な分解能で判定することができよう。既存のインピーダンス測定システムの分解能のために、もっと低い内部インピーダンス（例えば、１ミリオーム）を呈するバッテリを検査する能力(ability)が限定される場合がある。他のインピーダンス測定方法（例えば、電気化学インピーダンス分光法）には、高い分解能を達成するものもあるが、測定値を得るために約１０分程度の時間を要する等、チューニングに時間がかかりすぎる(slow)場合がある。
【発明の概要】
【０００８】
本明細書において開示するのは、インピーダンス測定デバイスである。このインピーダンス測定デバイスは、制御信号に応答して検査バッテリに印加される励起電流信号を生成するように構成された電流ドライバと、電流ドライバと動作可能に結合されたプロセッサとを含む。プロセッサは、オートレンジ・モード(auto-ranging mode)および測定モード中に制御信号を生成するように構成される。オートレンジ・モードでは、複数の異なる振幅にわたって励起電流信号を検査バッテリに印加し、各振幅において励起電流信号に対する応答を測定する。測定モードでは、オートレンジ・モードの結果に応答する振幅で、励起電流信号を検査バッテリに印加する。
【０００９】
ある実施形態では、インピーダンス測定システムを開示する。このインピーダンス測定システムは、検査バッテリと、この検査バッテリに動作可能に結合されたインピーダンス測定デバイスとを含む。インピーダンス測定デバイスは、電流ドライバと検査バッテリと動作可能に結合された信号測定モジュールとを含むプリアンプ(preamplifier)と、プリアンプと動作可能に結合された電流制御信号生成器と、プリアンプと動作可能に結合されたデータ取得システムと、電流制御信号生成器とデータ取得システムとに動作可能に結合されたプロセッサとを含む。プロセッサは、オートレンジ・モード中にプリアンプに電流制御信号を送信して電流ドライバに振幅範囲を呈する励起電流信号を生成させるように電流制御信号生成器を制御し、オートレンジ・モード中における信号測定モジュールからの検査バッテリの応答を分析するように、データ取得システムを制御し、測定中にプリアンプに電流制御信号を送信し、オートレンジ・モード中における検査バッテリの応答を分析することに少なくとも部分的に基づいて、電流ドライバに、選択された振幅を呈する励起電流信号を生成させるように電流制御信号生成器を制御し、測定モード中における信号測定モジュールからの検査バッテリの応答を分析して検査バッテリのインピーダンスを判定するように、データ取得システムを制御するように構成される。
【００１０】
ある実施形態では、検査バッテリのインピーダンス測定方法を開示する。この方法は、オートレンジ・モード中に異なる振幅を呈する複数のパルスを含む励起電流信号を検査バッテリに印加するステップと、複数の異なる振幅にわたって励起電流信号に応答した検査バッテリからの電気信号を測定するステップと、測定モード中に固定振幅を呈する励起電流信号を検査バッテリに印加するステップであって、固定振幅が、少なくとも部分的に、オートレンジ・モード中に測定された電気信号の分析に基づく、ステップと、測定モード中において固定振幅を呈する励起電流信号に応答した検査バッテリからの電気信号を測定して、検査バッテリの内部インピーダンスを判定するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、電気化学インピーダンス測定システムを使用して様々な異なる周波数で測定した、新しいバッテリのインピーダンス・プロット、および経年変化したバッテリのインピーダンス・プロットである。
【図２】図２は、本開示の実施形態にしたがって、検査バッテリのリアル・タイム・インピーダンス・スペクトル測定を実行するように構成されたインピーダンス測定システムの簡略ブロック図である。
【図３】図３は、図２のインピーダンス測定システムのインピーダンス測定デバイスから選択した特徴の簡略ブロック図である。
【図４】図４は、図３の電流ドライバの簡略ブロック図である。
【図５】図５は、図２および図３のプリアンプの信号測定モジュールの回路図を示す。
【図６】図６は、本開示の実施形態にしたがって、バッテリ・インピーダンス測定システムを動作させる方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の詳細な説明では、添付図面を参照する。添付図面は、明細書の一部を形成し、その中には、本開示を実施することができる具体的な実施形態を例示として示す。これらの実施形態は、当業者が本開示を実施することを可能にするために、十分に詳しく記載されている。しかしながら、詳細な説明および具体的な例は、本開示の実施形態の例を示すのではあるが、限定ではなく例示として示されることは理解されてしかるべきである。本開示から、本開示の範囲内に入る種々の置換、変更、追加、再構成、またはその組み合わせも、当業者には行うことができ、当業者には明白であろう。
【００１３】
慣例にしたがって、図面に示す種々の構造(features)は、同じ拡縮率で描かれていない場合もある。本明細書において提示する図は、いずれの特定の装置（例えば、デバイス、システム等）や方法も、その実際の外観(view)であることは意図しておらず、単に、本開示において種々の実施形態を説明するために採用した理想的な表現であるに過ぎない。したがって、種々の構造の寸法は、明確化のために任意に拡大または縮小される場合もある。加えて、図面の一部は、明確化のために簡略化される場合もある。つまり、図面は、所与の装置のコンポーネントの全てを図示するのでも、特定の方法の全ての動作を図示するのでもない。
【００１４】
本明細書において説明する情報および信号は、種々の異なる技術および技法の内任意のものを使用して表現することができる。例えば、この説明全体にわたって言及されると考えられるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場または粒子、光場または粒子、あるいはこれらの任意の組み合わせで表されてもよい。提示および説明の明確化のために、ある図面は信号を１つの信号として例示することもある。尚、信号が信号のバスを表す場合もあることは、当業者には理解されてしかるべきである。この場合、バスは種々のビット幅を有することができ、本開示は、１つのデータ信号を含む任意の数のデータ信号上でも実現することができる。
【００１５】
本明細書において開示する実施形態と関連して説明する種々の例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズム・アクト(algorithm act)は、電子ハードウェア、コンピュータ・ソフトウェア、または双方の組み合わせとして実現することができる。このハードウェアおよびソフトウェアの相互交換可能性を明確に図示するために、種々の例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびアクトについては、それらの機能に関して総合的に説明する。このような機能がハードウェアとして実現されるのかまたはソフトウェアとして実現されるのかは、システム全体に課せられる個々の用途および設計制約に依存する。当業者であれば、説明する機能を、特定の用途毎に種々の方法で実現することができようが、このような実現の決定は、本明細書において説明する開示の実施形態の範囲からの逸脱を起こすと解釈してはならない。
【００１６】
加えて、フローチャート(flowchart)、流れ図(flow diagram)、構造図、またはブロック図として図示されるプロセスの観点から、実施形態について説明できることも注記しておく。フローチャートは、動作的アクト(operational acts)を連続プロセスとして説明することもあるが、これらのアクトの多くは、別のシーケンスで実行すること、並列に実行すること、または実質的に同時に実行することができる。加えて、アクトの順序を並び替えてもよい。プロセスは、方法、機能、手順、サブルーチン、サブプログラム等に対応することもできる。更に、本明細書において開示する方法は、ハードウェア、ソフトウェア、または双方で実現することもできる。ソフトウェアで実現される場合、機能は、コンピュータ読み取り可能媒体上において１つ以上のコンピュータ読み取り可能命令（例えば、ソフトウェア・コード）として格納または送信することができる。コンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータ記憶媒体および通信媒体の双方を含むことができ、通信媒体は、１つの場所から他の場所へのコンピュータ・プログラムの転送を容易にする任意の媒体を含む。コンピュータ読み取り可能媒体は、例えば、ハード・ドライブ、ディスク・ドライブ、磁気テープ、ＣＤ（コンパクト・ディスク）、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスクまたはディジタル・ビデオ・ディスク）、ソリッド・ステート記憶デバイス（ソリッド・ステート・ドライブ）、およびその他の同様の記憶デバイスのような、例えば、磁気および光記憶デバイスのような、揮発性および不揮発性メモリを含むことができる。
【００１７】
尚、本明細書において「第１」、「第２」等のような指定を使用してエレメントに言及する場合はいずれも、これらのエレメントの量や順序の限定が明示的に述べられていなければ、そのように限定されないことは、理解されてしかるべきである。逆に、このような指定は、本明細書では、２つ以上のエレメント間、または１つのエレメントのインスタンス間において区別する便利な方法として使用することができる。つまり、第１および第２エレメントに言及する場合、２つのエレメントだけがそこで使用されればよいことを意味するのではなく、何らかの理由で第１エレメントが第２エレメントに先立たなければならないことを意味するのでもない。また、特に明記しないかぎり、１組のエレメントは１つ以上のエレメントを含むことができる。例えば、抵抗器、キャパシタ、トランジスタというような回路エレメントについて記載するとき、回路エレメントの符号(designator)は、エレメント種別符号（例えば、Ｒ、Ｃ、Ｍ）から始まり、その後に数値指示(numeric indicator)が続く。
【００１８】
本明細書において使用する場合、「エネルギ貯蔵セル」(cell)および「複数のエネルギ貯蔵セル」(cells)という用語は、化学エネルギを、エネルギ貯蔵セルの正端子と負端子との間にかかる直流電圧電位に変換する再充電可能な電気化学セルを指す。「バッテリ」、「セル」、および「バッテリ・セル」という用語は、各々、本明細書では「エネルギ貯蔵セル」という用語と相互交換可能に使用することができる。
【００１９】
本明細書において使用する場合、「中域電圧」(mid-range voltage)という用語は、５０Ｖ近辺の範囲内にある電圧を意味する。つまり、中域電圧は、約４０Ｖから約６０Ｖの平均電圧を含むことができ、所与のシステムに対して望まれる許容度に応じて、約９０％から９９％のばらつきがある。
【００２０】
本明細書において使用する場合、「高域電圧」(high-range voltage)という用語は、３００Ｖ近辺の範囲内にある電圧を意味する。つまり、高域電圧は、約２５０Ｖから３５０Ｖの平均電圧を含むことができ、所与のシステムに対して望まれる許容度に応じて、約９０％から９９％のばらつきがある。
【００２１】
本明細書において使用する場合、「正弦波」(sinusoid)および「正弦波状の」(sinusoidal)という用語は、少なくとも実質的に正弦関数または余弦関数にしたがってときの経過と共に発振する電気信号（例えば、電流および電圧電位）を指す（例えば、種々の大きさおよび位相ずれを有する）。当業者には容易に分かるであろうが、任意の所与の正弦波信号は、正弦関数または余弦関数のいずれかとして、等価的に表現することができる。何故なら、正弦および余弦は単に互いの位相ずれバージョンに過ぎないからである。正弦波信号は、本明細書では、エネルギ貯蔵セルおよび分路（例えば、較正目的のための既知の抵抗値の抵抗器）に印加されるものとして開示する。場合によっては、これらの正弦波信号は、本明細書ではより具体的に、正弦信号または余弦信号のいずれかと呼ぶこともある。正弦信号および余弦信号に対するこれらの具体的な言及は、正弦波信号が最初に導通線(conductive line)（例えば、バッテリの正または負端子、回路ボード上の導線トレース、ワイヤ等）にアサートされた時点に対する、このような信号の位相を示すこともできる。
【００２２】
本明細書において使用する場合、「正弦波の総和」（「ＳＯＳ」）という用語は、正弦波信号の総和にしたがって発振する電気信号を指す。ＳＯＳ信号は、正弦信号の総和、余弦信号の総和、またはこれらの組み合わせを含むことができる。例えば、高調波直交同期変換（ＨＯＳＴ：harmonic orthogonal synchronous transform）ＳＯＳ信号は、基本周波数を有する基本正弦波信号と、これに加算された１つ以上の正弦波信号とを含むことができる。１つ以上の正弦波信号は、基本周波数の連続整数高調波周波数を有し、連続する高調波毎に正弦信号と余弦信号（または、その何らかの位相ずれバージョン）との間で交替する。ＨＯＳＴ  ＳＯＳにおいて互いに加算された高調波正弦波信号の直交性が、過度な過渡を低減または排除する役割を果たすことができる。本明細書ではＳＯＳ信号を引用して例を示すが、本開示の実施形態は、交互正弦波／余弦波（ＡＳＣ：alternating sines, cosines）総和信号を含む、他の種類の励起信号を使用することも想定している。
【００２３】
図２は、本開示の実施形態にしたがって、検査バッテリ２０５のリアル・タイム・インピーダンス・スペクトル測定を実行するように構成されたインピーダンス測定システム２００の簡略ブロック図である。検査バッテリ２０５は被検査バッテリを指し、エンド・ユーザによってデプロイされ使用されている実際のバッテリであってもよい。インピーダンス測定システム２００は、検査バッテリ２０５に動作可能に結合されたインピーダンス測定デバイス（ＩＭＤ）２００（インピーダンス測定ボックス（ＩＭＢ）と呼ばれることもある）を含むことができる。ＩＭＤ２１０は、プロセッサ２１２と、データ取得システム（ＤＡＳ）２１４と、ＳＯＳ生成器（ＳＯＳＧ）２１６と、プリアンプ２１８と、電源２２２とを含むことができる。ＩＭＤ２１０は、種々の異なる環境およびバッテリ種別でも、バッテリの健全性(health)を現場で監視できるように、使用することができる。一例として、１つ以上のエネルギ貯蔵セルを含むバッテリを有する自動車またはその他の車両内にインピーダンス測定システム２００を組み込むこともできる。このような車両は、電気車両またはハイブリッド車両を含んでもよい。また、本開示の実施形態は、非限定的な例として、太陽光、風力、波動エネルギ生成システムに動作可能に結合されたエネルギ貯蔵セルと関連付けてというようにして、車両以外の用途において採用できることも考えられる。
【００２４】
ＳＯＳＧ２１６は、プリアンプ２１８によって出力されるＳＯＳ電流信号を制御するためのＳＯＳ制御信号を、プリアンプ２１８に生成するように構成することができる。ＳＯＳ制御信号は、検査バッテリ２０５のインピーダンスを検査するために、複数の異なる対象周波数を有する複数の異なる電流信号の総和を含むＳＯＳ電流信号を、プリアンプ２１８に供給させるように選択することができる。ある実施形態では、ＳＯＳ制御信号は、プリアンプ２１８によって出力されるＳＯＳ電流信号に望まれる電流に比例する電圧信号を含むことができる。したがって、ＳＯＳ制御信号はＳＯＳ電圧信号を含むことができる。ここではＳＯＳ信号を一例として使用し、ＳＯＳＧ２１６は、検査バッテリ２０５に印加される他の種類の励起電流信号を制御するように構成された励起電流制御信号生成器であってもよい。つまり、ここでは、ＳＯＳ信号は、検査バッテリ２０５に印加することができる信号の非限定的な例として使用されている。
【００２５】
ＩＭＤ２１０は、検査バッテリ２０５の端子に印加されたＳＯＳ電流信号に応答して、検査バッテリ２０５の端子において電気信号２０６を測定するように構成することができる。プリアンプ２１８は、検査バッテリ２０５から電気信号２０６を受け取ったことに応答して、バッテリ応答信号（例えば、電圧応答および／または電流応答）を測定するように構成することができる。ＤＡＳ２１４は、バッテリ応答信号を受け取り、ＳＯＳ制御信号の周波数における検査バッテリ２０５のインピーダンスを計算するように構成することができる。このように、ＩＭＤ２１０は、実質的に同時に、複数の異なる周波数において検査バッテリ２０５のインピーダンスを検査するように構成することができる。
【００２６】
ある実施形態では、ＤＡＳ２１４は、測定した電圧応答を測定した電流応答で除算して、検査バッテリ２０５のインピーダンス応答を求めることもできる。このような実施形態では、検査バッテリ２０５のインピーダンスは測定電圧を測定電流で除算することによって判定することができるので、較正を不要にすることができる。ある実施形態では、ＤＡＳ２１４は、ＳＯＳ電流信号３５６（図３）に対する検査バッテリ２０５の電圧応答だけを測定するように構成することもできる。このような実施形態では、検査バッテリ２０５のインピーダンスを判定するために較正を必要とする可能性がある。信号の実部および虚部を考慮に入れるために使用することができる様々な較正方法（例えば、単一分路較正(single-shunt calibration)、多重分路較正(multiple shunt calibration)等）が考えられる。単一分路法では、ときの経過にわたる測定値の標準偏差を判定することができ、次いで、既知の単一分路抵抗の時間記録にわたるその測定値の標準偏差に対する比率を方程式で表す(equate)ことによって、未知の分路抵抗を判定することができる。
【００２７】
ＩＭＤ２１０は、バッテリ・インピーダンス・スペクトル・データ２２５を生成するために、データ処理方法（例えば、アルゴリズム）を利用することができる。インピーダンス・スペクトル・データ２２５は、ＩＭＤ２１０からリモート・コンピュータ２３０に送信することができる。インピーダンス・スペクトル・データ２２５は、任意の適したフォーマット（例えば、コンマ区切り値（ＣＳＶ）フォーマット）でフォーマットすることができる。個々のスペクトルは、各々、時間スタンプおよび情報ヘッダを含み、インピーダンス・スペクトル・データ２２５は周波数、インピーダンスの実部、インピーダンスの虚部、およびそのスペクトルに対する共通モード・バッテリ電圧を含むことができる。インピーダンス・スペクトル・データ２２５と共にリモート・コンピュータ２３０に送信することができる追加データには、ＳＯＳ  ＲＭＳ電流、ならびに大きさおよび位相較正定数が含まれる。リモート・コンピュータ２３０は、パーソナル・コンピュータ、タブレット・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、スマート・フォン、サーバ、車両コンピュータ（例えば、中央処理ユニット）、またはその他の適したコンピューティング・デバイスを含むことができる。
【００２８】
ユーザは、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）インターフェース、ハードワイヤ・シリアル・インターフェース、ハードワイヤ・パラレル・インターフェース、ワイヤレス・インターフェース（例えば、ＷｉＦｉ、ＺＩＧＢＥＥ（登録商標）、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標））、またはその他の適したインターフェースというような、インターフェースを介して、コマンド２３５を使用してリモート・コンピュータ２３０からＩＭＤ２１０を制御することができる。例えば、制御制約をＩＭＤ２１０に入力する、埋め込みシステム診断、較正を実行する、または人手によるインピーダンス・スペクトル取得を実行する目的のために、リモート・コンピュータ２３０またはＩＭＤ２１０上でヒューマン・インターフェースを介してＩＭＤ２１０を制御することができるのでもよい。ＩＭＤ２１０は、ＳＯＳ制御信号内の周波数毎に最小限の三点大きさおよび位相較正(three-point magnitude and phase calibration)を実施する(implement)ことができる。
【００２９】
プロセッサ２１２は、ＤＡＳ２１４、ＳＯＳＧ２１６、およびプリアンプ２１８を同期させ制御するように構成することができる。ある実施形態では、リモート・コンピュータ２３０によって指令される１組のスケジュールおよび／または制御パラメータにしたがって、測定を実行することができる。非限定的な例として、プロセッサ２１２はリモート・コンピュータ２３０とインターフェースして、所望のパラメータおよびコマンドをダウンロードし、種々の測定データをアップロードすることができる。非限定的な例として、プロセッサ２１２、またはメモリのような図示しない他のデバイスが、取得したバッテリ応答時間記録を処理するまでそれを保持するため、所望数のバッテリ・インピーダンス・スペクトルを保管の目的で保持するため、システム制御およびインターフェース・ソフトウェアを保持するため、高分解能ＳＯＳサンプルを保持するため、そしてインピーダンス・スペクトル制御パラメータを保持するために、適当なバッファ・メモリを含むことができる。更に、プロセッサ２１２は、リモート・コンピュータ２３０の指揮の下で、ダウンロードしたインピーダンス・スペクトル制御および較正パラメータを受け入れ、保管したバッテリ・インピーダンス・スペクトル・データをリモート・コンピュータ２３０にアップロードするように構成することもできる。
【００３０】
動作において、測定が実行されるとき、ＤＡＳ２１４はディジタル信号（「起動」）を電源２２２に送り、電源２２２にシステムの残り部分（例えば、プリアンプ２１８）を起動させる。電気信号２０６をプリアンプ２１８によって測定し、ＤＡＳ２１４にアナログ信号「バッテリ電圧」として入力することができる。ＤＡＳ２１４またはプロセッサ２１２の内少なくとも１つが電圧をディジタル化することができ、このディジタル化した結果をリモート・コンピュータ２３０に送ることができる。次いで、リモート・コンピュータ２３０またはプロセッサ２１２の内少なくとも１つが、測定されたＤＣバッテリ電圧を処理し、ＤＡＳ２１４を使用して一連のディジタル信号（例えば、「バック信号」(Buck Signal)、「バックＤ／Ａ制御」等）をプリアンプ２１８に送り、検査バッテリ２０５の応答全体から、ＤＣ電圧応答から差し引くＤＣバイアス電圧を生成することができる。以下で図５を参照して更に論ずるが、更に利得が高い信号を達成し測定分解能向上のために使用するために、低バック信号および高バック信号を生成することができる。
【００３１】
プリアンプ２１８が検査バッテリ２０５に接続されており、リモート・コンピュータ２３０またはプロセッサ２１２の内少なくとも１つが、例えば、ＳＯＳ制御信号またはその他の適した測定信号のような測定信号をプリアンプ２１８に送る。検査バッテリ２０５がＳＯＳ電流によって励起されると、その端子に現れる電圧は、バッテリ電圧に、検査バッテリ２０５の内部インピーダンスに作用するＳＯＳ電流のあらゆる電圧降下を加算した値となればよい。捕捉(capture)して処理したときに、検査バッテリ２０５に対するバッテリ・インピーダンスのスペクトルを発生する(yield)のはこのＳＯＳ電圧降下である。課題を挙げるとすれば、バッテリ電圧がＳＯＳ電圧降下よりも大きさが２桁も大きくなる可能性があることであろう。つまり、この信号を精度高く検出するためには、ＳＯＳ電圧降下を測定する前にバッテリ電圧を減算すればよく、Ａ／Ｄ変換器の全ての分解能のビットが所望の信号に集中し精度を大幅に高めることを可能にする。このバッテリ電圧の減算は、ＳＯＳ電流の印加前にバッテリ電圧を測定し、次いでコンピュータが生成するバック電圧をフィードバックし、差動増幅器によってこのバック電圧を総バッテリ電圧から減算することによって遂行され、ＳＯＳ電圧だけを得ることができる。
【００３２】
一実施形態では、ＳＯＳＧ２１６は、プロセッサ２１２の制御下において、ＤＡＳ２１４によって使用されるサンプル・クロックを合成するように構成することができる。サンプル・クロック周波数は、使用されるデータ処理方法に応じて異なってもよいレートで選択することができる。ＳＯＳＧ２１６は、スムージング・フィルタ３０６（図３）へのＤＡＣ出力に対してプログラム可能な信号レベルを有することができ、これによってプロセッサ２１２は検査バッテリ２０５へのＳＯＳ  ＲＭＳ電流レベルを制御することが可能になる。ＳＯＳＧ２１６は、プロセッサ２１２の制御下において、測定モードだけでなく、オートレンジ・モードでも動作するように構成することができる。オートレンジ・モードは、測定モードに先立って、測定モードの間ＳＯＳ電流に使用すべきＳＯＳ電流振幅を決定するために行うことができる。オートレンジ・モードおよび測定モードについては、以下で図６に関して更に論ずる。
【００３３】
ＤＡＳ２１４は、所望の分解能（例えば、１６ビット、３２ビット等）で、例えば、１ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲にわたることができるクロック周波数を有する外部サンプル・クロックをＳＯＳＧ２１６から受け入れるように構成することができる。ＤＡＳ２１４は、イネーブル信号をプロセッサ２１２から受け入れ、そのオートレンジ・モードまたはその測定モードの間、検査対象の検査バッテリ２０５へのＳＯＳ電流信号の印加と同時に、データを取得し始めることができる。ＤＡＳ２１４は、プリアンプ２１８によってディジタル化のために調整された(conditioned)アナログ・バッテリ電圧信号を受け入れることができる。ＤＡＳ２１４は、ディジタル化したバッテリ電圧信号のサンプルを保持しメモリ（図示せず）にアップロードするためのバッファ・メモリを含むことができる。取得されたサンプルの各々は、データ処理方法に入力される時間記録アレイ(time record array)の一部になることができる。加えて、ＤＡＳ２１４は、ＳＯＳ電流の印加に先立って、ＤＣ電圧の測定値および検査バッテリ２０５のケース温度を取得することができる。
【００３４】
ある実施形態では、ＳＯＳ電流リードは撚り線対として構成され、ヒューズで保護されてもよい。プリアンプ２１８は、最大差動バッテリ電圧検知(full differential battery voltage sense)を利用することができ、ＳＯＳ電流励起に対するバッテリ応答から、共通モードのバッテリ電圧を除外する(bias out)方法を組み込むことができる。この除外(biasing)によって、ＤＡＳ２１４の最大分解能を、平均バッテリ電圧ではなく、ＳＯＳ電流に対する検査バッテリの応答に集中させることを可能にすると言える。
【００３５】
プリアンプ２１８の入力信号は、ＳＯＳＧ２１６からのゼロ次ホールドＳＯＳ制御信号とすることができる。プリアンプ２１８は、スムージング・フィルタ３０６（図３）としてアクティブ・バターワース・ローパス・フィルタを含み、８ｋＨｚにおいて約１ｄＢの減衰、およびゼロ次ホールドＳＯＳ信号(zero order hold upon the SOS signal)によって導入される周波数に対して６０ｄＢの減衰を含むことができる。次いで、ＳＯＳ制御信号を電流ドライバ３０８（図３）に供給することができ、電流ドライバ３０８はＳＯＳ制御信号を、検査バッテリ２０５に供給される電流（例えば、「ＳＯＳ電流」）に変換する。プリアンプ２１８の信号測定モジュール３１０（図３）は、バッテリ電圧を検出し、ＤＣバック電圧を減算してバッテリ応答にすることができ、このバッテリ応答をＤＡＳ２１４によってディジタル化することができる。結果的に得られたバッテリ応答は、インピーダンス・スペクトルを生成するために本明細書において論じられる種々のデータ処理方法によって使用することができる。
【００３６】
ある実施形態では、随意の接続回路（図示せず）を、プリアンプ２１８と検査バッテリ２０５との間に含ませて、ＳＯＳ電流信号を供給するプリアンプ２１８の少なくとも１本の信号線を、検査バッテリ２０５によって発生される直流電圧から分離することもできる。その結果、プリアンプ２１８に含まれる敏感な電子回路を、検査バッテリ２０５によって発生される直流電圧電位の極値に晒さないで済む。また、プリアンプ２１８は、アナログ接地がプリアンプ２１８の外部に延びる場合よりも少ないノイズを受けるだけで済む。その結果、検査バッテリ２０５への接続は、ＳＯＳ電流信号が検査バッテリ２０５に送られていないときは、切断することができる。プリアンプ２１８と検査バッテリ２０５との間に結合されたリレーを使用するこのような随意の接続回路の例が、２０１４年６月４日に出願され、"Apparatuses and Methods for Testing Electrochemical Cells by Measuring Frequency Response"（周波数応答を測定することにより電気化学セルを検査する装置および方法）と題する米国特許出願公開第２０１４／０３５８４６２号に記載されている。既に説明したように、この出願を以上で引用したことによって、その開示内容全体が本願にも含まれるものとする。
【００３７】
図３は、図２のインピーダンス測定システム２００のＩＭＤ２１０から選択した特徴を簡略化したブロック図である。図３に示すように、ＩＭＤ２１０は、ＳＯＳ制御モジュール３０２、ディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）３０４、スムージング・フィルタ３０６、信号測定モジュール３１０、およびインピーダンス計算モジュール３１２を含むことができる。ＳＯＳＧ２１６は、ＳＯＳ制御モジュール３０２およびＤＡＣ３０４を組み込んでもよい。プリアンプ２１８は、スムージング・フィルタ３０６、電流ドライバ３０８、および信号測定モジュール３１０を組み込んでもよい。ＤＡＳ２１４は、インピーダンス計算モジュール３１２を組み込んでもよい。
【００３８】
ＳＯＳ制御モジュール３０２は、ディジタルＳＯＳ信号３５０を生成するように構成することができる。ＳＯＳ信号３５０は、検査バッテリ２０５（図２）のインピーダンス測定に関係する複数の異なる周波数を有する正弦波の総和を含む。ディジタルＳＯＳ信号３５０は、ディジタルＳＯＳ信号３５０の複数の異なる周波数の内最も高い周波数の少なくともナイキスト・レートでサンプリングすればよい。また、ディジタルＳＯＳ信号３５０は、ディジタルＳＯＳ信号３５０の複数の異なる周波数の内最も低い周波数の少なくとも１周期を表すことができる。ＳＯＳ制御モジュール３０２は、ディジタルＳＯＳ信号３５０をＤＡＣ３０４に供給するように構成することができる。
【００３９】
ＤＡＣ３０４は、ディジタルＳＯＳ信号３５０を、プリアンプ３１８に送信されるアナログ信号に変換するように構成することができる。当業者には当然理解されようが、ディジタルＳＯＳ信号３５０のようなディジタル信号は、離散した１組の不連続信号レベルを示す(manifest)ことしかできない。その結果、ディジタル信号がアナログ信号に変換されるとき、アナログの同等物は、階段状の、または「途切れ途切れの」(choppy)変動を呈してもよい。つまり、ＤＡＣ３０４によって生成されたアナログ信号は、階段状の変動を呈する途切れ途切れのＳＯＳ信号３５２であってもよい。この途切れ途切れのＳＯＳ信号３５２は、プリアンプ２１８内部にあるスムージング・フィルタ３０６によって受け取られればよい。ある実施形態では、スムージング・フィルタ３０６はＳＯＳG２１６内部に組み込まれてもよい。
【００４０】
スムージング・フィルタ３０６は、途切れ途切れのＳＯＳ信号３５２を「平滑化」して、滑らかなＳＯＳ制御信号３５４を供給するように構成することができる。非限定的な例として、スムージング・フィルタ３０６は、途切れ途切れのＳＯＳ信号３５２の階段状変動を平滑化するように構成されたローパス・フィルタを含むのでもよい。滑らかなＳＯＳ制御信号３５４は、電流ドライバ３０８に供給することができる。滑らかなＳＯＳ制御信号３５４が電流ドライバ３０８に供給されたことに応答して、電流ドライバ３０８は対応するＳＯＳ電流信号（図２）を検査バッテリ２０５に送信することができる。
【００４１】
当業者には当然認められようが、フィルタは周期的信号の大きさ、位相、またはこれらの組み合わせを変化させることができる。また、フィルタは異なる周波数において発振する信号の異なる成分の大きさおよび位相を、異なる方法で変化させることができることも認められてしかるべきである。したがって、滑らかなＳＯＳ制御信号３５４の異なる周波数成分の各々の大きさ、周波数、またはこれらの組み合わせを、ディジタルＳＯＳ信号３５０の異なる周波数成分の対応する大きさおよび周波数から、少なくとも部分的にスムージング・フィルタ３０６によって変化させることができる。
【００４２】
ある実施形態では、スムージング・フィルタ３０６の周波数応答を分析的に推定するために、スムージング・フィルタ３０６のプロパティ(property)が知られているとよい。ある実施形態では、スムージング・フィルタ３０６に対する周波数応答を判定するために、較正を使用することができる。ＳＯＳ制御モジュール３０２は、スムージング・フィルタ３０６の周波数応答を使用して、スムージング・フィルタ３０６がＳＯＳ制御信号３５４の異なる周波数成分に課すると予測される、大きさ、位相、またはこれらの組み合わせの予測変化を考慮に入れることができる。ＳＯＳ制御モジュール３０２は、ディジタルＳＯＳ信号３５０を生成するとき、これらの予測変化を補償することができる。言い換えると、ＳＯＳ制御モジュール３０２は、スムージング・フィルタ３０６の応答を補償するために、ディジタルＳＯＳ信号３５０をプリエンファシスする(pre-emphasize)ように構成することができる。非限定的な一例として、スムージング・フィルタ３０６が途切れ途切れのＳＯＳ信号３５２の第１周波数成分を既知の量だけ減衰およびシフトすることが予測される場合、ＳＯＳ制御モジュール３０２は、予測される変化を補償するために、先取りして、既知の量だけディジタルＳＯＳ信号３５０の対応する第１周波数成分の大きさを増大し位相をシフトすることができる。
【００４３】
信号測定モジュール３１０は、検査バッテリ２５０の端子における電気信号２０６を測定するように構成することができる。非限定的な一例として、信号測定モジュール３１０は、ＳＯＳ信号に対する検査バッテリ２０５の電圧応答、ＳＯＳ信号に対する検査バッテリ２０５の電流応答、またはこれらの組み合わせを測定するように構成することができる。信号測定モジュール３１０は、ＳＯＳ信号に対する検査バッテリ２０５の測定応答を示す測定信号データ３６０をインピーダンス計算モジュール３１２に供給するように構成することができる。
【００４４】
インピーダンス計算モジュール３１２は、信号測定モジュール３１０からの測定信号データ３６０を使用して、判定された検査バッテリ２０５のインピーダンス（インピーダンス・データ３６２）を計算するように構成することができる。非限定的な一例として、測定信号データ３６０は、ＳＯＳ電流信号３５６（図２）に対する検査バッテリ２０５の電圧応答および電流応答の双方を含むのでもよい。インピーダンス計算モジュール３１２は、ＳＯＳ電流信号３５６の複数の異なる周波数毎に、電圧応答を電流応答で除算して、複数の異なる周波数毎にインピーダンス・データ３６２を判定するように構成することができる。
【００４５】
また、非限定的な一例として、測定信号データ３６０は、ＳＯＳ電流信号３５６に対する検査バッテリ２０５の電圧応答のみを含むのでもよい。インピーダンス計算モジュール３１２は、電圧応答、および制御回路の以前のまたは今後の較正からの較正データを使用して、電流応答を推定するように構成することができる。ＳＯＳ電流信号３５６を既知のインピーダンスの１つ以上の分路に印加し、ＳＯＳ電流信号３５６に対する１つ以上の分路の応答を含む較正データを測定および格納することによって、既知の較正応答を測定することができる。
【００４６】
インピーダンス計算モジュール３１２は、ディジタルＳＯＳ信号３５０に含まれる周波数（即ち、途切れ途切れのＳＯＳ信号３５２、ＳＯＳ制御信号３５４、およびＳＯＳ電流信号３５６に含まれる同じ周波数）の各々において判定された検査バッテリ２０５のインピーダンスを含むインピーダンス・データ３６２を供給または格納するように構成することができる。ある実施形態では、インピーダンス・データ３６２をインピーダンス計算システム２００（図２）のユーザに表示することができる（例えば、インピーダンス測定システム２００の電子ディスプレイ上において、リスト形態、グラフ形態、表形態等で）。ある実施形態では、インピーダンス・データ３６２を自動的に処理して、検査バッテリ２０５を交換すべきか否か判定することもでき、この自動判定をユーザに通知することができる。ある実施形態では、インピーダンス・データ３６２を自動的に処理して、検査バッテリ２０５に残っている寿命がどのくらいかという推定値を判定することもできる。このような自動処理は、インピーダンス測定システム２００によってローカルに実行することができ、インピーダンス測定システム２００と通信するように構成されたコンピューティング・デバイス（例えば、リモート・コンピュータ２３０）によってリモートに実行することができ、またはこれらの組み合わせも可能である。検査バッテリ２０５を交換すべきことをＩＭＤ２１０が検出したときに、警報（例えば、視覚的、可聴、またはこれらの組み合わせ）を発することもできる。
【００４７】
図４は、図３の電流ドライバ３０８の簡略ブロック図である。ある実施形態では、電流ドライバ３０８は差動電流源を含むことができる。差動電流源は、プッシュ電流源４１０とプル電流源４２０とを含み、これらはＳＯＳ制御信号３５４を受け取り（例えば、スムージング・フィルタ３０６（図３）を介して）、検査バッテリ２０５に供給されるＳＯＳ電流信号３５６を生成するように構成される。ＳＯＳ電流信号３５６は、ＳＯＳ制御信号３５４の電圧電位に比例する電流信号を含むことができる。先に論じたように、ＳＯＳ電流信号３５６は、検査バッテリ２０５のインピーダンス測定に関係する周波数を有する正弦波電流信号の総和を含むことができる。
【００４８】
プッシュ電流源４１０は、電流ＩＰＵＳＨを検査バッテリ２０５にプッシュするように構成することができ、プル電流源４２０は、検査バッテリ２０５からの電流ＩＰＵＬＬをプルするように構成することができる。電流ドライバ３０８のアナログ接地端子ＧＮＤは、プッシュ電流源４１０とプル電流源４２０との間でフローティング状態となり、アナログ接地端子ＧＮＤを検査バッテリ２０５の端子から分離することができる。プッシュ電流源４１０およびプル電流源４２０は、高インピーダンス電流源であるとよい。その結果、ＳＯＳ電流励起回路を完全に高インピーダンス接地分離(fully high impedance ground isolated)することができる。その結果、システムのアナログ接地ＧＮＤをＩＭＤ２１０（図２）の内部に移動させることができ、多くの従来のシステムにおけるよりも強力にノイズから遮蔽される。加えて、演算増幅器４１２、４２２に給電する電流源の電圧を均衡化することができ（例えば、±３０Ｖで）、これによって更に電源２２２（図２）からのノイズを低減することができる。電流ドライバ３０８の電圧が均衡化された結果、検査バッテリ２０５が逆向きに接続された場合に電流ドライバ３０８を保護するプロテクタを不要にすることができる。
【００４９】
ある実施形態では、プッシュ電流源４１０は、抵抗器ＲＩＮＡ１、ＲＩＮＡ２、ＲＦＡ１、ＲＦＡ２、およびＲＳＡに動作可能に結合された演算増幅器４１２を、演算増幅器電流源構成で含むことができる。入力抵抗器ＲＩＮＡ１およびＲＩＮＡ２は、それぞれ、演算増幅器４１２の反転入力および非反転入力に、動作可能に結合することができる。演算増幅器４１２の非反転入力は、抵抗器ＲＩＮＡ２を介してＳＯＳ制御信号３５４を受け取るように構成することができる。演算増幅器４１２の反転入力は、抵抗器ＲＩＮＡ１を介して、アナログ接地ＧＮＤに動作可能に結合することができる。抵抗器ＲＩＮＡ１およびＲＩＮＡ２は、同じ抵抗値ＲＩＮＡを有するように選択するとよい。
【００５０】
また、演算増幅器４１２の反転入力は、抵抗器ＲＦＡ１を介して、演算増幅器４１２の出力にも動作可能に結合することができる。演算増幅器４１２の非反転入力は、抵抗器ＲＦＡ２およびＲＳＡを介して、演算増幅器４１２の出力に動作可能に結合することができる。ＲＦＡ１およびＲＦＡ２の抵抗は、同じ抵抗値ＲＦＡを有するように選択するとよい。プッシュ電流源４１０の出力は、抵抗器ＲＦＡ２およびＲＳＡの間に位置付けることができる。したがって、ＳＯＳ電流信号３５６のプッシュ部分は、抵抗器ＲＦＡ２およびＲＳＡの間に供給することができる。このように構成することによって、プッシュ電流源４１０によって供給されるＳＯＳ電流信号３５６のプッシュ部分は、次のように表すことができる。
【００５１】
【数１】
2019508697.tif 000003
【００５２】
ここで、ＩＰＵＳＨは、プッシュ電流源４１０によって供給される電流であり、ＶＳＯＳＣＯＮＴＲＯＬは、ＳＯＳ制御信号３０２の電圧電位である。この式を調べることによって分かるように、ＩＰＵＳＨはＶＳＯＳＣＯＮＴＲＯＬに比例する。
【００５３】
ある実施形態では、プル電流源４２０は、演算増幅器電流源構成で抵抗器ＲＩＮＢ１、ＲＩＮＢ２、ＲＦＢ１、ＲＦＢ２、およびＲＳＢに動作可能に結合された演算増幅器４２２を含むことができる。入力抵抗器ＲＩＮＢ１およびＲＩＮＢ２は、それぞれ、演算増幅器４２２の反転入力および非反転入力に動作可能に結合することができる。演算増幅器４２２の反転入力は、抵抗器ＲＩＮＢ１を介して、ＳＯＳ制御信号３５４を受け取るように構成することができる。演算増幅器４２２の非反転入力は、抵抗器ＲＩＮＢ２を介して、アナログ接地ＧＮＤに動作可能に結合することができる。抵抗器ＲＩＮＢ１およびＲＩＮＢ２は、同じ抵抗値ＲＩＮＢを有するように選択するとよい。
【００５４】
また、演算増幅器４２２の反転入力は、抵抗器ＲＦＢ１を介して、演算増幅器４２２の出力に動作可能に結合することができる。演算増幅器４１２の非反転入力は、抵抗器ＲＦＢ２およびＲＳＢを介して、演算増幅器４２２の出力に動作可能に結合することができる。ＲＦＢ１およびＲＦＢ２の抵抗は、同じ抵抗値ＲＦＢを有するように選択するとよい。プル電流源４２０の出力は、抵抗器ＲＦＢ２およびＲＳＢの間に位置することができる。したがって、ＳＯＳ電流信号３５６のプル部分ＩＰＵＬＬは、抵抗器ＲＦＢ２およびＲＳＢの間にあるノードから(from by)流出させることができる。このように構成すると、プル電流源４２０によってプルされるＳＯＳ電流信号３５６のプル部分ＩＰＵＬＬは、次のように表すことができる。
【００５５】
【数２】
2019508697.tif 000004
【００５６】
ここで、ＩＰＵＬＬは、プル電流源４２０によってプルされる電流であり、ＶＳＯＳＣＯＮＴＲＯＬは、ＳＯＳ制御信号３５４の電圧電位である。この式の調査から明らかなように、ＩＰＵＬＬはＶＳＯＳＣＯＮＴＲＯＬに比例する。
【００５７】
プッシュ電流源およびプル電流源を含む構成に関する追加の詳細は、２０１５年７月１日に出願され"Apparatuses and Methods for Testing Electrochemical Cells by Measuring Frequency Response"（周波数応答を測定することによって電気化学セルを検査する装置および方法）と題する米国特許出願第１４／７８９，９５９号に記載されている。既に説明したように、この出願を以上で引用したことにより、その開示内容全体が本願にも含まれるものとする。ある実施形態では、電流ドライバ３０８が、図４のプッシュ−プル電流ドライバの代わりに、シングル・エンド電流ドライバを含んでもよい。シングル・エンド電流ドライバの例は、２０１４年６月４日に出願され"Apparatuses and Methods for Testing Electrochemical Cells by Measuring Frequency Response"（周波数応答を測定することによって電気化学セルを検査する装置および方法）と題する米国特許出願公開第２０１４／０３５８４６２号に記載されている。 既に説明したように、この出願を以上で引用したことにより、その開示内容全体が本願にも含まれるものとする。
【００５８】
図５は、図２および図３のプリアンプ２１８の信号測定モジュール３１０の回路図を示す。信号測定モジュール３１０は、高域電圧システム（例えば、約３００Ｖ）だけでなく、中域電圧システム（例えば、約５０Ｖ）との使用にも適していると言える。他の電圧範囲も考えられる。信号測定モジュール３１０は、第１利得段（演算増幅器５１０）、および第１利得段から縦続する追加の利得段（演算増幅器５２０、５３０）として動作的に結合された複数の演算増幅器５１０、５２０、５３０を含む。第１利得段は第１利得（利得Ａ）を呈し、第２利得段は第２利得（利得Ｂ）を呈し、第３利得段は第３利得（利得Ｃ）を呈する。
【００５９】
検査バッテリ２０５は、減衰器として動作する第１増幅器５１０に接続することができる。図５に示すように、検査バッテリ２０５の正端子を第１増幅器５１０の反転入力に結合することができ（例えば、抵抗器Ｒ１を介して）、検査バッテリ２０５の負端子を第１増幅器５１０の非反転入力に結合することができる（例えば、抵抗器Ｒ２、Ｒ３の分圧器を介して）。第１増幅器５１０の出力（即ち、出力Ａ）をＤＡＳ２１４（図２）に戻すことができる。抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４の値は、所望の利得Ａに合わせて選択することができる。ある実施形態では、利得Ａは約−０．１６６である。つまり、ＤＡＳ２１４に出力Ａとして送られる電圧は、５０Ｖのバッテリに対して、約±１０Ｖの範囲内にすることができる。３００Ｖのバッテリでは、ＤＡＳ２１４に出力Ａとして送られる電圧は、約±６０Ｖの範囲内にすることができる。
【００６０】
第２増幅器５２０は、バッテリ電圧を調整し、ＤＡＳ２１４から受け取られる低いバック信号との比較に適した電圧を設定するために使用することができる。具体的には、第２増幅器５２０は、その反転入力において、第１増幅器５１０から出力（即ち、出力Ａ）を受け取り（例えば、抵抗器Ｒ５を介して）、その非反転入力において、ＤＡＳ２１４からバック信号を受け取る（例えば、抵抗器Ｒ６、Ｒ７の分圧器を介して）ことができる。第２増幅器５２０の出力（即ち、出力Ｂ）は、ＤＡＳ２１４に戻すことができる。抵抗器Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、およびＲ８の値は、所望の利得Ｂに合わせて選択することができる。ある実施形態では、利得Ｂは約−２０（例えば、−１９，８５）である。つまり、ＤＡＳ２１４に出力Ｂとして送られる電圧は、５０Ｖのバッテリに対して約±２００Ｖの範囲内にすることができる（利得Ａが約−０．１６６であると仮定する）。３００Ｖのバッテリに対して、ＤＡＳ２１４に出力Ｂとして送られる電圧は、約±１．２ｋＶの範囲内にすることができる（利得Ａが約−０．１６６であると仮定する）。
【００６１】
第３増幅器５３０は、バッテリ電圧を調整し、ＤＡＳ２１４からのバック信号との比較に適した電圧を設定するために使用することができる。具体的には、第３増幅器５３０は、その非反転入力において、第２増幅器５２０からの出力（即ち、出力Ｂ）を受け取り（例えば、抵抗Ｒ９／Ｒ１０およびＲ１１の分圧器を介して）、その反転入力において、ＤＡＳ２１４からのバック信号を受け取る（例えば、抵抗器Ｒ１３、Ｒ１４の分圧器を介して）ことができる。第３増幅器５３０の出力（即ち、出力Ｃ）は、ＤＡＳ２１４に戻すことができる。抵抗器Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、およびＲ１４の値は、所望の利得Ｃに合わせて選択することができる。ある実施形態では、利得Ｃは約＋２０（例えば、＋１９．９５）である。つまり、ＤＡＳ２１４に出力Ｃとして送られる電圧は、５０Ｖのバッテリに対して、約±４ｋＶの範囲内にすることができる（利得Ａが約−０．１６６であり、利得Ｂが約−２０であると仮定する）。３００Ｖのバッテリに対して、ＤＡＳ２１４に出力Ｃとして送られる電圧は、約±２４ｋＶの範囲内にすることができる（利得Ａが約−０．１６６であり、利得Ｂが約−２０であると仮定する）。
【００６２】
信号測定モジュール３１０の総合利得は、利得Ａ、Ｂ、Ｃの各々の積にすることができる。つまり、利得Ａ≒−０．１６６、利得Ｂ≒−２０、および利得Ｃ≒＋２０であるとき、総合利得は約＋６６（例えば、６６．４）となる。多くの従来のシステム（約１７程度であった）と比較すると、総合利得を高くすることができ、この利得増大（例えば、約４倍）は、信号測定モジュール３１０の感度向上および分解能向上に寄与することができる。信号測定モジュール３１０の利得段において少なくとも２つのバイアス電圧フィードバック・ラインを有することによって、総合利得を安全に高めることが可能になると言える。
【００６３】
出力Ａ、出力Ｂ、および出力Ｃは、各々、バック信号を生成するときにフィードバックのためにＤＡＳ２１４に送信することができる。ＤＡＳ２１４は、出力Ａ、出力Ｂ、および出力Ｃから受け取ったフィードバックに応答して、バック信号の生成を適合させるように構成することができる。バック信号は、ＤＡＳ２１４から、信号測定モジュール３１０の第２利得段および第３利得段の各々において受け取ることができる。具体的には、第２増幅器５２０は、その非反転入力において、低いバック信号を受け取ることができ、第３増幅器５３０は、その反転入力において、高いバック信号を受け取ることができる。その結果、低いバック信号は、第２増幅器５２０がその出力（出力Ｂ）を生成するために第１増幅器５１０の出力（出力Ａ）と比較する電圧を定めるために使用される。加えて、高いバック信号は、第３増幅器５３０がその出力（出力Ｃ）を生成するために第２増幅器５２０の出力（出力Ｂ）と比較する電圧を定めるために使用される。
【００６４】
図６は、本開示の実施形態にしたがってバッテリのインピーダンス測定システムを動作させる方法を示すフローチャート６００である。インピーダンス測定システムは、オートレンジ・モードおよび測定モードで動作することができる。オートレンジ・モードは、より広い(broader)範囲のインピーダンスを呈する種々のバッテリにわたって、ＩＭＤが動作することを可能にすると言える。動作６１０において、ＩＭＤは検査バッテリに対してオートレンジ機能を実行して、測定モードの間に使用する電流振幅を決定することができる。動作６２０において、ＩＭＤは検査バッテリに対して測定を実行し、検査バッテリの健全性をインピーダンス測定システムに知らせることができるインピーダンス測定値を判定することができる。ＩＭＤのプロセッサは、測定モードに入る前に電流励起信号のオートレンジを実行するようにＳＯＳＧを制御するように構成することができる。一例として、電流励起信号のオートレンジを行うとよいのは、プリアンプの信号測定モジュールによって所望のバック電圧が得られた(achieved)後であるが、測定モード中にインピーダンス測定を実行する前である。
【００６５】
図３を考慮して動作６１０について具体的に言及すると、ＳＯＳＧ２１６は、電流ドライバ３０８に、ＳＯＳ電流信号３５６を、振幅が増大または減少するパルスとして生成させることができる。例えば、第１パルスは第１振幅を呈するのでもよく、第２パルスが第２振幅を呈するのでもよく、第３パルスが第３振幅を呈するのでもよい等である。ある実施形態では、パルスの振幅は順次増大してもよく、一方他の実施形態では、パルスの振幅は最大値から開始して順次減少するのでもよい。更に他の実施形態では、振幅は異なる大きさであってもよいが、必ずしも順番でなくてもよい。ある実施形態では、正弦波の１周期（例えば、１００Ｈｚ）にわたってパルスのシーケンスを生成する(perform)のでもよい。これらのオートレンジ・パルスに対する電圧応答をＤＡＳ２１４によって分析することができ、測定フェーズ中にどのＳＯＳ電流レベルを使用するか決定するために、この電圧応答を使用することができる。ある実施形態では、ＤＡＳ２１４は、パルスのシーケンスにおけるどのパルスが、測定信号において電圧クリッピング(voltage clipping)が発生する前の最後のパルスであったか判定することができる。ある実施形態では、ＲＭＳ励起電流の迅速な決定を可能にするために、パルスは１Ｈｚよりも高い正弦波の１周期を超えそしてナイキスト周波数未満にするとよい。時間クロストーク補償（ＴＣＴＣ：time crosstalk compensation）法を採用する実施形態では、ＲＭＳ励起を控えめに選択するとよい。何故なら、捕捉された時間記録における飽和がインピーダンス測定値を劣化させる(corrupt)おそれがあるからである。
【００６６】
図３を考慮して動作６２０について具体的に言及すると、プロセッサ２１２は、少なくとも部分的にオートレンジ・モードの結果に基づいて、その測定モード中にＳＯＳ電流信号３５６を生成するように、ＳＯＳＧ２１６に電流ドライバ３０８を制御させるように構成される。ある実施形態では、プロセッサ２１２は、オートレンジ・モード中に測定されたバッテリ電圧の電圧クリッピングの前に最大の振幅を有するＳＯＳ電流信号３５６を発生させた、ＳＯＳＧ２１６に対する設定値を使用することができる。先行技術の従来の(prior conventional)ＩＭＤは固定電流レベル（例えば、０．５ＡＲＭＳ）を有することが多く、電圧クリッピングを安全に回避するためにこの固定電流レベルを低下させるが、本開示の実施形態は、可変電流レベルおよび高い利得(increased gain)を有することができるので、ＩＭＤは、測定モードの間、電圧クリッピングを回避しつつも、そのピーク性能に一層忠実に動作することができる。その結果、励起電流に対して可能な最大電流振幅は、電圧クリッピングが回避されることを確保する固定値に制限されるのではなく、ハードウェアがサポートするもの（例えば、２ＲＡＭＳ、３ＡＲＭＳ、４ＡＲＭＳ等）によって制限されればよい。つまり、オートレンジ機能(auto-ranging feature)は、ある範囲の可能な電流振幅から、測定モード中にどの電流振幅を使用するか決定するために使用することができる。
【００６７】
測定モードの間、電気信号２０６（図２）から検査バッテリ２０５のインピーダンスを判定するために、多数の異なるデータ処理方法を採用することができる。一例として、ＤＡＳ２１４によって使用されるデータ処理方法は、例えば、２０１４年６月２４日に発行され、"Crosstalk Compensation in Analysis of Energy Storage Devices"（エネルギ貯蔵デバイスの分析におけるクロストーク補償）と題する米国特許第８，７６２，１０９号に記載されているような、時間クロストーク補償（ＴＣＴＣ）方法を含むことができる。ある実施形態では、ＤＡＳ２１４によって使用されるデータ処理方法は、例えば、 ２０１５年７月１日に出願され、"Apparatuses and Methods for Testing Electrochemical Cells by Measuring Frequency Response"（ 周波数応答を測定することによって電気化学セルを検査する装置および方法）と題する米国特許出願第１４／７８９，９５９号に記載されているような、ＨＯＳＴ方法を含むことができる。既に説明したように、この出願を以上で引用したことにより、その開示内容全体が本願にも含まれるものとする。ある実施形態では、２０１２年４月３日に発行され、"Method of Detecting System Function by Measuring Frequency Response"（周波数応答を測定することによってシステム機能を検出する方法）と題する米国特許第８，１５０，６４３号に開示されている高速加算変換（ＦＳＴ）方法。ある実施形態では、ＤＡＳ２１４によって使用されるデータ処理方法は、２０１３年１月８日に発行され、"Method of Detecting System Function by Measuring Frequency Response"（周波数応答を測定することによってシステム機能を検出する方法）と題する米国特許第８，３５２，２０４号に記載されているトライアッドに基づく一般化高速加算変換（ＧＦＳＴ：triads based Generalized Fast Summation Transformation）方法を含むことができる。以上の出願をここで引用したことにより、その開示内容全体が本願にも含まれるものとする。また、修正ＴＣＴＣおよびＨＯＳＴ方法を含む他の方法も考えられる。
【００６８】
データ処理方法は、オーバーレンジ飽和(over-range saturation)に耐えるように構成することができる。例えば、バッテリ電圧に対して捕捉した時間記録を信号飽和について調べるのでもよく、最大目盛電圧よりも高いまたは低い電圧時間記録内にあるあらゆるサンプルを破棄すればよい。加えて、電流時間記録内において最大目盛電流よりも高いまたは低いために破棄されたサンプルに、電流時間記録内において同じ条件を適用することができる。その結果、データ処理方法は、削除されたデータ点を補償するように構成することができる。
【００６９】
一例として、データ処理方法の中には、オクターブ調和的(octave harmonic)である周波数拡散を有するＳＯＳ信号に基づくものがある（例えば、ＨＯＳＴ）。このようなＨＯＳＴ方法では、周波数拡散は、１、２、３、４、５、７、９というように、１デカードにわたって調和的である。ある実施形態では、ＨＯＳＴ方法は、周波数間において、正弦および余弦の間で交互する場合もある。その結果、調和的である拡散、正弦、余弦交替(alternation)によって、周波数間に特別なレベルの直交性が得られる。加えて、電圧および電流時間記録の双方が取得され、ＨＯＳＴ方法を使用して処理されて周波数ドメインになると、特定の周波数における電圧応答の電流応答に対する比率が、その周波数におけるインピーダンスになる。つまり、ＨＯＳＴ方法を使用する測定は、自己較正することができ、双方の測定は同じスムージング・フィルタに対して応答しているので、スムージング・フィルタのプリエンファシスも不要にすることができる。
【００７０】
先に論じたように、ＨＯＳＴ方法は、純粋なＳＯＳ信号の代わりに、交互正弦波／余弦波（ＡＳＣ）総和信号を採用することができる。測定デカードにわたって拡散する周波数が過度に細かい場合、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）は、多数の周波数間で分割した信号パワーとなり、その結果、各周波数に対する信号対ノイズ比が低下するおそれがある。これらの方法の導出のために、所与の数Ｍ、および周波数の拡散ｆＫと仮定することができ、ここで、ｆＭ≦２０００Ｈｚである。ＨＯＳＴ方法については、検査バッテリを励起するためにＡＳＣ電流信号が使用され、この電流励起信号は式（１）で示される。
【００７１】
【数３】
2019508697.tif 000005
【００７２】
ここで、ＩPは各周波数におけるピーク電流であり、Δｔはサンプル時間刻みであり、ＩＡＳＣはコンピュータが生成した電流である。捕捉された電圧時間記録は式（２ａ）で示され、捕捉された電流時間記録は式（２ｂ）で示される。
【００７３】
【数４】
2019508697.tif 000006
【００７４】
ここで、ＲＩＯは電流測定システムにおける任意のＤＣオフセットを表し(account for)、Ｉ２ｊはｆ２ｊ正弦波周波数の振幅であり、Ｉ２ｊ−１はｆ２ｊ−１余弦波周波数であり、ΦＩ２ｊはｆ２ｊ正弦波周波数の位相であり、ΦＩ２ｊ−１はｆ２ｊ−１余弦波周波数の位相である。
【００７５】
【数５】
2019508697.tif 000007
【００７６】
ここで、ＲVＯは電圧測定システムにおけるあらゆるＤＣオフセットを構成し(account for)、Ｖ２ｊはｆ２ｊ正弦波周波数の振幅であり、Ｖ２ｊ−１はｆ２ｊ−１余弦波周波数であり、ΦＶ２ｊはｆ２ｊ正弦波周波数の位相であり、ΦＶ２ｊ−１はｆ２ｊ−１余弦波周波数の位相である。
【００７７】
式（２ａ）および式（２ｂ）は、不特定の(generic)時間記録については式（３）として解くことができる。
【００７８】
【数６】
2019508697.tif 000008
【００７９】
これは、行列型式に変換し、更に次のように簡略化することができる。
【００８０】
【数７】
2019508697.tif 000009
【００８１】
ここで、
【００８２】
【数８】
2019508697.tif 000010
【００８３】
そして、
【００８４】
【数９】
2019508697.tif 000011
【００８５】
次いで、式（２ａ）および（２ｂ）を解くために式（４）を使用することができ、その結果、ｉ番目の周波数におけるバッテリ・インピーダンスは近似的に次のように表すことができる。
【００８６】
【数１０】
2019508697.tif 000012
【００８７】
式（５）は、Ｎ個の残ったサンプルがＮ＞（２Ｍ＋１）となるような場合に、サンプルがプラスまたはマイナス最大目盛電圧または電流であるときに破棄された捕捉時間記録からのサンプルで動作することができる。ある実施形態では、二次バターワース・ロー・パス・フィルタをスムージング・フィルタ（図３）に選択するとよく、その結果、ローパス・フィルタの伝達関数Ｈ（ｓ）は次のように表すことができる。
【００８８】
【数１１】
2019508697.tif 000013
【００８９】
ある実施形態では、伝達関数Ｈ（ｓ）のカットオフ周波数には、１Ｈｚまたはその他の適した周波数を選択することができる。励起電流信号は、励起電流信号内において最も高い周波数（例えば、２ｋＨｚ）よりも高いナイキスト周波数を有するものを選択することができる。励起電流の周波数を選択することにより、オートレンジ・モード中に実行される分析に基づいて、励起電流信号の振幅を選択することができる。次いで、測定モードにおいて、図５に関して先に説明した利得の増大と共に、この励起電流信号を使用することができる。
【００９０】
励起電流振幅の増大および利得の増大の組み合わせの結果、既存のＩＭＤよりも感度および分解能を向上させることができる。感度および分解能の向上は、暫定的検査に基づくと、約１０から１５倍になると言って差し支えない。本明細書において論じた特徴の結果、ＩＭＤは、低インピーダンス（例えば、約１ミリオームから５ミリオームの間、約１ミリオーム未満等）を呈する高電力バッテリ・セルの内部インピーダンスを測定するように構成しつつ、高分解能（例えば、少なくとも約０．０１ミリオーム）および迅速な測定（例えば、１０秒以下）を維持することができる。このような特性は、ＩＭＤを使用する従来の方法（低インピーダンスに対して分解能に限界がある）、および電気化学インピーダンス分光分析を使用するもの（測定が遅い）に対する改善となる。
【００９１】
追加の実施形態は以下を含む。
実施形態１．インピーダンス測定デバイスであって、制御信号に応答して検査バッテリに印加される励起電流信号を生成するように構成された電流ドライバと、電流ドライバと動作可能に結合されたプロセッサであって、オートレンジ・モードおよび測定モード中に制御信号を生成するように構成される、プロセッサとを含み、オートレンジ・モードは、励起電流信号を検査バッテリに、複数の異なる振幅にわたって印加し、各振幅において励起電流信号に対する応答を測定し、測定モードは、オートレンジ・モードの結果に応答する振幅で、励起電流信号を検査バッテリに印加する。
【００９２】
実施形態２。実施形態１のインピーダンス測定デバイスであって、更に、電流ドライバと、検査バッテリに印加される励起電流信号に応答して電気信号を測定するように構成された信号測定モジュールとを含むプリアンプを含む。
【００９３】
実施形態３。実施形態１または実施形態２のインピーダンス測定デバイスにおいて、電流ドライバが約２０よりも大きい総合利得を呈する。
実施形態４。実施形態３のインピーダンス測定デバイスにおいて、総合利得が約６０よりも大きい。
【００９４】
実施形態５。実施形態２から４までのいずれかのインピーダンス測定デバイスにおいて、電流ドライバが少なくとも３つの縦続利得段を含み、プロセッサから電流ドライバに返送される複数のバック電圧を決定するために、各縦続利得段からの出力がプロセッサにフィードバックされる。
【００９５】
実施形態６。実施形態５のインピーダンス測定デバイスにおいて、少なくとも３つの縦続利得段が、約−０．１６６の第１利得を呈する第１利得段と、約−２０の第２利得を呈する第２利得段と、約２０の第３利得を呈する第３利得段とを含む。
【００９６】
実施形態７。実施形態１から６までのいずれかのインピーダンス測定デバイスにおいて、電流ドライバが、正弦波総和（ＳＯＳ）電流信号または交互正弦波／余弦波（ＡＳＣ）総和信号の内少なくとも１つを生成するように構成される。
【００９７】
実施形態８。実施形態１から７までのいずれかのインピーダンス測定デバイスにおいて、電流ドライバが、検査バッテリに動作可能に結合されたプル・アップ電流源とプル・ダウン電流源とを含む差動電流源を含む。
【００９８】
実施形態９。インピーダンス測定システムであって、検査バッテリと、検査バッテリに動作可能に結合されたインピーダンス測定デバイスとを含み、インピーダンス測定デバイスが、電流ドライバと、検査バッテリと動作可能に結合された信号測定モジュールとを含むプリアンプと、プリアンプと動作可能に結合された電流制御信号生成器と、プリアンプと動作可能に結合されたデータ取得システムと、電流制御信号生成器およびデータ取得システムに動作可能に結合されたプロセッサとを含み、このプロセッサが、オートレンジ・モード中にプリアンプに電流制御信号を送信して、ある範囲の振幅を呈する励起電流信号を電流ドライバに生成させるように電流制御信号生成器を制御し、オートレンジ・モード中における信号測定モジュールからの検査バッテリの応答を分析するように、データ取得システムを制御し、測定中に電流制御信号をプリアンプに送信して、少なくとも部分的にオートレンジ・モード中における検査バッテリの応答を分析したことに基づいて、選択された振幅を呈する励起電流信号を電流ドライバに生成させるように電流制御信号生成器を制御し、測定モード中に信号測定モジュールからの検査バッテリの応答を分析して、検査バッテリのインピーダンスを判定するようにデータ取得システムを制御するように構成される。
【００９９】
実施形態１０。実施形態９のインピーダンス測定システムにおいて、バッテリが１つ以上のエネルギ貯蔵セルを含む。
実施形態１１。実施形態９または実施形態１０のインピーダンス測定システムにおいて、データ取得システムが、検査バッテリのインピーダンスを判定するためにデータ処理方法を実行するインピーダンス計算モジュールを含み、データ処理方法が、電圧時間記録または電流時間記録の内少なくとも１つを捕捉し、それぞれの時間記録に対する最大目盛よりも高いまたは低い電圧あるいは電流時間記録内にあるサンプルを破棄するように構成される。
【０１００】
実施形態１２。実施形態９から１１までのいずれかのインピーダンス測定システムにおいて、データ取得システムが、検査バッテリのインピーダンスを判定するためにデータ処理方法を実行するインピーダンス計算モジュールを含み、データ処理方法が、時間クロストーク補償（ＴＣＴＣ）方法、調和的直交同期変換（ＨＯＳＴ）方法、高速加算変換（ＦＳＴ）方法、およびトライアッドに基づく一般化高速加算変換（ＧＦＳＴ）から成る一群から選択される
実施形態１３。実施形態９から１２までのいずれかのインピーダンス測定システムであって、更に、インピーダンス測定デバイスと動作可能に結合されたリモート・コンピュータを含み、リモート・コンピュータが、インピーダンス測定デバイスを制御し、インピーダンス測定デバイスからインピーダンス・データを受信するように構成される。
【０１０１】
実施形態１４。実施形態９から１３までのいずれかのインピーダンス測定システムにおいて、プリアンプが、更に、電流制御信号生成器と電流ドライバとの間に動作可能に結合されたスムージング・フィルタを含む。
【０１０２】
実施形態１５。実施形態９から１４までのいずれかのインピーダンス測定システムにおいて、励起電流信号が、オートレンジ・モードおよび測定モードの各々に対して、正弦波総和（ＳＯＳ）電流信号または交互正弦波／余弦波（ＡＳＣ）総和信号の内少なくとも１つを含む。
【０１０３】
実施形態１６。実施形態９から１５までのいずれかのインピーダンス測定システムにおいて、検査バッテリが、約１ミリオームと５ミリオームとの間の内部インピーダンスを呈する。
【０１０４】
実施形態１７。実施形態９から１６までのいずれかのインピーダンス測定システムにおいて、インピーダンス測定デバイスが、約１０秒以下の測定時間で少なくとも０．０１ミリオームの分解能を呈する。
【０１０５】
実施形態１８。実施形態９から１７までのいずれかのインピーダンス測定システムであって、更に、検査バッテリを含む車両を含む。
実施形態１９。実施形態１８のインピーダンス測定システムにおいて、車両が、更に、インピーダンス測定デバイスを含む。
【０１０６】
実施形態２０。検査バッテリのインピーダンス測定方法であって、オートレンジ・モード中に異なる振幅を呈する複数のパルスを含む励起電流信号を検査バッテリに印加するステップと、複数の異なる振幅にわたって、励起電流信号に応答する検査バッテリからの電気信号を測定するステップと、測定モード中に、固定振幅を呈する励起電流信号を検査バッテリに印加するステップであって、固定振幅が、少なくとも部分的に、オートレンジ・モード中に測定された電気信号の分析に基づいて設定される、ステップと、測定モード中に、固定振幅を呈する励起電流信号に応答した検査バッテリからの電気信号を測定して、検査バッテリの内部インピーダンスを判定するステップとを含む。
【０１０７】
実施形態２１。実施形態２０の方法において、固定振幅が、複数のパルス内において、オートレンジ・モード中に電気信号において電圧クリッピングが発生したと判定されたときよりも少なくとも１パルス前の振幅に対応する。
【０１０８】
実施形態２２。実施形態２０または実施形態２１の方法において、励起電流信号を検査バッテリに印加するステップが、約４０Ｖから６０Ｖの間、または約２５０Ｖから３５０Ｖの間の平均中域電圧を呈する検査バッテリに、励起電流信号を印加するステップを含む。
【０１０９】
以上、図に関連付けて特定の例示的な実施形態について説明したが、本開示によって包含される実施形態は、以上で明示的に示し説明した実施形態には限定されないことは、当業者には認識および評価される(recognize and appreciate)であろう。逆に、本明細書において説明した実施形態に対して、以下に特許請求するような、本開示によって包含され法的な均等物を含む実施形態の範囲から逸脱することなく、多くの追加、削除、および変更を行うこともできる。加えて、１つの開示された実施形態からの特徴を、他の開示された実施形態の特徴と組み合わせてもよく、それでも本開示によって包含されることに変わりはない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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