(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスであって、
差動電流源を含む正弦波総和（ＳＯＳ）電流励起回路であって、前記差動電流源は、エネルギ貯蔵セルの正端子および負端子から、前記差動電流源に結合された接地端子を電気的に分離するように構成され、前記ＳＯＳ電流励起回路は、前記エネルギ貯蔵セルにＳＯＳ信号を印加するように構成され、前記ＳＯＳ信号は、複数の正弦波電流信号を加算した信号であり、前記複数の正弦波電流信号の各々は、複数の異なる周波数のうちの１つにおいて振動する信号である、ＳＯＳ電流励起回路と、
前記ＳＯＳ電流励起回路、前記正端子、および前記負端子に動作可能に結合するように構成された制御回路と、
を含み、前記制御回路は、
前記ＳＯＳ電流励起回路に前記ＳＯＳ信号を生成させるように構成されたＳＯＳ制御モジュールと、
前記エネルギ貯蔵セルの前記正端子および負端子上において電気信号を測定するように構成された少なくとも１つの信号測定モジュールと、
前記少なくとも１つの信号測定モジュールによって測定された電気信号を使用して、前記ＳＯＳ信号の周波数毎に前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するように構成されたインピーダンス計算モジュールと、
を含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
【請求項２】
請求項１記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスにおいて、前記複数の異なる周波数が、当該複数の異なる周波数の内最も低い周波数の整数高調波周波数を含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
【請求項３】
請求項２記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスにおいて、前記ＳＯＳ信号の複数の正弦波電流信号が、前記複数の異なる周波数の連続する周波数毎に、交流正弦および余弦電流信号を含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
【請求項４】
請求項１記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスであって、更に、前記ＳＯＳ電流励起回路と前記エネルギ貯蔵セルとの間に動作可能に結合された高電圧バッファを含み、前記高電圧バッファが、前記ＳＯＳ信号の少なくとも一部を搬送する前記ＳＯＳ電流励起回路の少なくとも１本の信号線を、前記正端子と前記負端子との間における直流電圧電位差から電気的に分離するように構成される、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
【請求項５】
請求項４記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスにおいて、前記高電圧バッファが、前記差動電流源の少なくとも１つと、前記エネルギ貯蔵セルの正端子および負端子の内の少なくとも１つとの間に動作可能に結合された高電圧遮断キャパシタを含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
【請求項６】
請求項１記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスにおいて、前記差動電流源が、前記エネルギ貯蔵セルに電流を流入させるように構成されたプッシュ電流源と、前記エネルギ貯蔵セルから電流をプルするように構成されたプル電流源とを含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
【請求項７】
請求項６記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスにおいて、前記プッシュ電流源が、前記プル電流源と少なくとも実質的に同じ電流を供給するように構成される、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
【請求項８】
請求項１記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスにおいて、前記差動電流源が、約６０ボルト直流よりも大きな直流電圧電位出力を有するエネルギ貯蔵セルを介して、前記ＳＯＳ信号を供給するように構成される、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
【請求項９】
請求項１記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイスにおいて、前記差動電流源が、少なくとも約３００ボルト直流の直流電圧電位出力を有するエネルギ貯蔵セルを介して、前記ＳＯＳ信号を供給するように構成される、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定デバイス。
【請求項１０】
エネルギ貯蔵セルのインピーダンス測定方法であって、
インピーダンス測定デバイスの正弦波総和（ＳＯＳ）電流励起回路によって、ＳＯＳ信号を前記エネルギ貯蔵セルに印加するステップであって、前記ＳＯＳ電流励起回路は、差動電流源を含み、前記差動電流源は、前記エネルギ貯蔵セルの正端子および負端子から、前記差動電流源に結合された接地端子を電気的に分離するように構成され、前記ＳＯＳ信号は、複数の正弦波電流信号を加算した信号であり、前記正弦波電流信号の各々は、複数の異なる周波数のうちの１つにおいて振動する信号である、ステップと、
前記正端子および前記負端子に結合された、前記インピーダンス測定デバイスの少なくとも１つの信号測定モジュールによって、前記エネルギ貯蔵セルの前記正端子および前記負端子において電気信号を測定するステップと、
前記インピーダンス測定デバイスのインピーダンス計算モジュールによって、前記測定した電気信号を使用して、前記複数の異なる周波数の各々において、前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するステップと、
を含む、エネルギ貯蔵セルのインピーダンス測定方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法において、前記少なくとも１つの信号測定モジュールによって前記正端子および前記負端子において電気信号を測定するステップが、
前記エネルギ貯蔵セルの正端子および負端子間にかかる前記ＳＯＳ信号に対する電圧電位応答を測定するステップと、
前記エネルギ貯蔵セルを通過する前記ＳＯＳ信号に対する電流応答を測定するステップと、
を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、前記インピーダンス計算モジュールによって前記複数の異なる周波数の各々において前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するステップが、前記測定した電圧電位応答の内、前記複数の異なる周波数の各々に対応する部分を、前記測定した電流応答の内、前記複数の異なる周波数の同じものに対応する部分で除算するステップを含む、方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、前記インピーダンス計算モジュールによって前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するステップが、前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するように構成された制御回路を較正することなく、前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するステップを含む、方法。
【請求項１４】
請求項１０記載の方法であって、更に、高電圧バッファを介して前記差動電流源に結合された単一分路に少なくとも１つのＳＯＳ信号を印加することによって、前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するように構成された制御回路を較正するステップを含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、前記制御回路を較正するステップが、
前記ＳＯＳ電流励起回路によって、第１振幅を有する第１ＳＯＳ信号を前記単一分路に印加するステップと、
前記少なくとも１つの信号測定モジュールによって、第１ＳＯＳ信号に対する前記単一分路の応答を測定するステップと、
前記ＳＯＳ電流励起回路によって、前記第１振幅を有する第１直交ＳＯＳ信号を前記単一分路に印加するステップであって、前記第１直交ＳＯＳ信号は、前記第１ＳＯＳ信号の任意の正弦信号を余弦信号に、前記第１ＳＯＳ信号の任意の余弦信号を正弦信号に変更することによって表される前記第１ＳＯＳ信号のバージョンである、ステップと、
前記少なくとも１つの信号測定モジュールによって、前記第１直交ＳＯＳ信号に対する前記単一分路の応答を測定するステップと、
を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、前記制御回路を較正するステップが、更に、
前記ＳＯＳ電流励起回路によって、前記第１振幅とは異なる第２振幅を有する第２ＳＯＳ信号を前記単一分路に印加するステップと、
前記少なくとも１つの信号測定モジュールによって、前記第２ＳＯＳ信号に対する前記単一分路の応答を測定するステップと、
前記ＳＯＳ電流励起回路によって、前記第２振幅を有する第２直交ＳＯＳ信号を前記単一分路に印加するステップであって、前記第２直交ＳＯＳ信号は、前記第２ＳＯＳ信号の任意の正弦信号を余弦信号に、前記第２ＳＯＳ信号の任意の余弦信号を正弦信号に変更することによって表される前記第２ＳＯＳ信号のバージョンである、ステップと、
前記少なくとも１つの信号測定モジュールによって、前記第２直交ＳＯＳ信号に対する前記単一分路の応答を測定するステップと、
を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１０記載の方法において、前記ＳＯＳ信号を印加するステップが、前記ＳＯＳ電流励起回路によって、前記複数の異なる周波数の内最も低い周波数の１回の周期の間に前記ＳＯＳ信号を印加するステップを含む、方法。
【請求項１８】
エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路であって、
差動電流源であって、
エネルギ貯蔵セルの正端子に動作可能に結合するように構成されたプッシュ電流源と、
前記エネルギ貯蔵セルの負端子に動作可能に結合するように構成されたプル電流源と、
前記プッシュ電流源と前記プル電流源との間に動作可能に結合された前記差動電流源の接地端子と、
を含む、差動電流源と、
前記プッシュ電流源および前記プル電流源の少なくとも１つに動作可能に結合され、前記プッシュ電流源および前記プル電流源の前記少なくとも１つを、前記エネルギ貯蔵セルによって供給される直流電圧から電気的に分離するように構成された高電圧バッファと、
を含み、
前記差動電流源は、前記エネルギ貯蔵セルの前記正端子および前記負端子を通して前記エネルギ貯蔵セルに正弦波総和（ＳＯＳ）信号を印加するように構成され、前記ＳＯＳ信号は、複数の正弦波電流信号を加算した信号である、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路。
【請求項１９】
請求項１８記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路において、前記プッシュ電流源および前記プル電流源が、各々、演算増幅器電流源を含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路。
【請求項２０】
請求項１８記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路において、前記高電圧バッファが、
前記プッシュ電流源と前記正端子との間、および
前記プル電流源と前記負端子との間、
の内少なくとも一方において動作可能に結合された少なくとも１つのキャパシタを含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路。
【請求項２１】
請求項２０記載のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路において、前記高電圧バッファが、前記少なくとも１つのキャパシタをプリチャージするように構成されたプリチャージ制御回路を含む、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路。
【請求項２２】
インピーダンス測定システムであって、
１つ以上のエネルギ貯蔵セルと、
前記１つ以上のエネルギ貯蔵セルに動作可能に結合されたエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システムと、
を含み、
前記エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システムは、
差動電流源を含む正弦波総和（ＳＯＳ）電流励起回路であって、前記差動電流源は、前記エネルギ貯蔵セルから前記差動電流源の接地端子を電気的に分離するように構成され、前記ＳＯＳ電流励起回路は、前記１つ以上のエネルギ貯蔵セルにＳＯＳ信号を印加するように構成され、前記ＳＯＳ信号は、複数の正弦波電流信号を加算した信号であり、前記複数の正弦波電流信号の各々は、複数の異なる周波数のうちの１つにおいて振動する信号である、ＳＯＳ電流励起回路と、
前記ＳＯＳ電流励起回路および前記１つ以上のエネルギ貯蔵セルに動作可能に結合された制御回路であって、
前記ＳＯＳ電流励起回路を制御し、
前記ＳＯＳ信号に応答する前記１つ以上のエネルギ貯蔵セルの端子において電気信号を測定し、
前記エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算する、
ように構成された、制御回路と、
を含む、インピーダンス測定システム。
【請求項２３】
請求項２２記載のインピーダンス測定システムにおいて、前記１つ以上のエネルギ貯蔵セルが複数のエネルギ貯蔵セルを含む、インピーダンス測定システム。
【請求項２４】
請求項２３記載のインピーダンス測定システムであって、更に、前記エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システムを前記複数のエネルギ貯蔵セルに選択的に動作可能に結合するように構成されたスイッチング・ネットワークを含む、インピーダンス測定システム。
【請求項２５】
請求項２２記載のインピーダンス測定システムであって、更に、前記１つ以上のエネルギ貯蔵セルを含む(include)自動車を含む(comprise)、インピーダンス測定システム。
【請求項２６】
請求項２５記載のインピーダンス測定システムにおいて、前記自動車が、更に、前記エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システムを含む、インピーダンス測定システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
優先権主張
本願は、２０１５年７月１日に出願された米国特許出願第１４／７８９，９５９号、 "ENERGY STORAGE CELL IMPEDANCE MEASURING APPARATUS, METHODS AND RELATED SYSTEMS"（ エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定装置、方法、および関連システム）の出願日の権利を主張する。また、本願は、２０１２年４月３日に出願された米国特許出願第１３／４３８，７４１号にも関係があり、米国特許出願第１３／４３８，７４１号は、現在では、２０１６年１月２６日に発行された米国特許第９，２４４，１３０号となっている。米国特許出願第１３／４３８，７４１号は、２００８年６月３０日に出願された米国特許出願第１２／２１７，０１３号の継続出願であり、米国特許出願第１２／２１７，０１３号は、現在では、２０１２年４月３日に発行された米国特許第８，１５０，６４３号となっている。米国特許出願第１２／２１７，０１３号は、２００７年７月５日に出願された米国特許出願第１１／８２５，６２９号の一部継続出願であり、米国特許出願第１１／８２５，６２９号は、現在では、２００８年７月１日に発行された米国特許第７，３９５，１６３号となっている。米国特許出願第１１／８２５，６２９号は、２００５年１２月２０日に出願され、現在では放棄されている米国特許出願第１１／３１３，５４６号の継続出願であり、米国特許出願第１１／３１３，５４６号は、２００４年１２月２０日に出願された米国仮特許出願第６０／６３７，９６９号および２００５年１０月７日に出願された第６０／７２４，６３１号の優先権を主張する。また、本願は、２０１０年６月１１に出願された米国特許出願第１２／８１３，７５０号にも関係があり、米国特許出願第１２／８１３，７５０号は、現在では２０１４年１０月２１日に発行された米国特許第８，８６８，３６３号となっている。米国特許第８，８６８，３６３号は、２００９年６月１１に出願された米国仮特許出願第６１／１８６，３５８号の優先権を主張する。更に、本願は、２０１０年５月３日に出願された米国特許出願第１２／７７２，８８０号にも関係があり、米国特許出願第１２／７７２，８８０号は、現在では、２０１０年１０月２８日に発行された米国特許第８，３５２，２０４号となっている。米国特許出願第１２／７７２，８８０号は、２００８年６月３０日に出願された米国特許出願第１２／２１７，０１３号の一部継続出願であり、米国特許出願第１２／２１７，０１３号は、現在では、２０１２年４月３日に発行された米国特許第８，１５０，６４３号となっている。更に、本願は、２０１１年５月３日に出願された米国特許出願第１３／１００，１７０号にも関係があり、米国特許出願第１３／１００，１７０号は、２０１０年５月３日に出願された米国仮特許出願第６１／３３０，７６６号の優先権を主張する。更に、本願は、２０１１年５月３日に出願された米国特許出願第１３／１００，１８４号にも関係があり、米国特許出願第１３／１００，１８４号は、現在では、２０１４年６月２４日に発行された米国特許第８，７６２，１０９号となっている。米国特許出願第１３／１００，１８４号は、２０１０年５月３日に出願された米国仮特許出願第６１／３３０，７３３号の優先権を主張する。以上の出願および特許の各々の開示内容は��ここで引用したことにより、全ての図、表、および図面を含むその内容全体が本願にも含まれるものとする。
【０００２】
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。
【０００３】
背景技術
本開示は、インピーダンス測定装置および方法に関し、特に、再充電可能サービス(rechargeable service)に採用されるエネルギ貯蔵セル(energy storage cell)、およびこのようなセルを含むシステムにおけるインピーダンス測定に関する。具体的な用途には、比較的高い電圧のエネルギ貯蔵セルのインピーダンス測定が含まれるが、これに限定されるのではない。
【０００４】
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、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したいと望むこともあるであろう。
【０００５】
バッテリ劣化の指標の１つは、バッテリ・インピーダンスの増大である。図１は、新しい(fresh)バッテリのインピーダンス(実および虚）のプロット１０２（ナイキスト・プロットと同様）、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、電子化学インピーダンス測定（ＥＩＭ）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。図１に示すように、経年変化したバッテリは、新しいバッテリよりも高いインピーダンスを、異なる周波数の各々において示す。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と判断するために、図１のＥＩＭ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。
【０００６】
ＥＩＭシステムは、電子化学プロセスのインピーダンスを特徴付けるために、ボーデ解析技法(Bode analysis technique)を使用する。ボーデ解析技法は、定着し実証された技法である。ＥＩＭシステムでは、評価対象のバッテリを、１つの周波数のＡＣ電流で励起し、応答を測定する。このプロセスは、インピーダンスのスペクトルが得られるまで、対象の周波数範囲にわたって繰り返される。ＥＩＭ方法は有効であるが、時間がかかる。何故なら、このプロセスは直列である(serial)からである（例えば、異なる対象の周波数の各々についてインピーダンスを別個にそして順次測定する）。
【０００７】
バッテリに対する励起電流として帯域幅制限ノイズを使用する並列手法は、同様のバッテリ・インピーダンス情報を、もっと短時間で得ることができる。ノイズに対するシステム応答を、相関付けおよび高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムによって処理し、多くのこのような応答の平均を取る。その結果、所望の周波数範囲にわたる応答のスペクトルが得られる。多くの応答の平均を取ることにより、このプロセスはいくらか直列になる（例えば、別個の励起をバッテリに順次印加し、それぞれの応答を測定する）。その結果、このプロセスも、先に論じたＥＩＭシステムと同様、いくらか時間がかかる。他の技法では、各々異なる周波数における正弦波の総和から、電流ノイズ波形を組み立てるものがある。時間記録(time record)としてのシステム応答を取得し、ＦＦＴアルゴリズムによって処理する。ノイズを低減するために、複数の波形の時間記録を処理し、それらから得られたスペクトルの平均を取る。このプロセスも同様にいくらか直列的であり、したがって、いくらか時間がかかる。
【発明の概要】
【０００８】
本明細書において開示する実施形態には、正弦波総和（ＳＯＳ：sum of sinusoids)電流励起回路と、制御回路とを含むエネルギ貯蔵インピーダンス測定デバイス(energy storage impedance measuring device)がある。ＳＯＳ電流励起回路は、差動電流源を含み、この差動電流源は、差動電流の接地端子を、エネルギ貯蔵セルの正端子および負端子から分離する(isolate)ように構成される。ＳＯＳ電流励起回路は、ＳＯＳ信号をエネルギ貯蔵セルに(through)印加するように構成される。ＳＯＳ信号は、複数の正弦波電流信号の総和を含む。複数の正弦波電流信号の各々は、複数の異なる周波数の内異なる１つにおいて発振する。制御回路は、ＳＯＳ電流励起回路、正端子、および負端子に動作可能に結合するように構成される。制御回路は、SOS制御モジュールと、少なくとも１つの信号測定モジュールと、インピーダンス計算モジュールとを含む。ＳＯＳ制御モジュールは、ＳＯＳ電流励起回路にＳＯＳ信号を生成させるように構成される。少なくとも１つの信号測定モジュールは、バッテリ・セルの正端子および負端子上において電気信号を測定するように構成される。インピーダンス計算モジュールは、少なくとも１つの信号測定モジュールによって測定された電気信号を使用して、ＳＯＳ信号の周波数毎に、バッテリのインピーダンスを計算するように構成される。
【０００９】
本明細書において開示する実施形態には、エネルギ貯蔵セルのインピーダンス測定方法がある。この方法は、異なる電流源を含むＳＯＳ電流励起回路によって、正弦波電流信号の総和を含む正弦波総和（ＳＯＳ）信号をエネルギ貯蔵セルに印加するステップを含む。正弦波電流信号の各々は、複数の異なる周波数の内異なる１つにおいて発振する。また、この方法は、エネルギ貯蔵セルの正端子および負端子において、電気信号を測定するステップも含む。更に、この方法は、測定した電気信号を使用して、複数の異なる周波数の各々において、エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するステップも含む。
【００１０】
本明細書において開示する実施形態には、差動電流源と高電圧バッファとを含むエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定回路がある。差動電流源は、エネルギ貯蔵セルの正端子に動作可能に結合するように構成されたプッシュ電流源と、エネルギ貯蔵セルの負端子に動作可能に結合するように構成されたプル電流源と、プッシュ電流源とプル電流源との間に動作可能に結合された、差動電流源の接地端子とを含む。高電圧バッファは、プッシュ電流源およびプル電流源の少なくとも１つに動作可能に結合される。高電圧バッファは、プッシュ電流源およびプル電流源の少なくとも１つを、エネルギ貯蔵セルによって供給される直流電圧から分離するように構成される。差動電流源は、エネルギ貯蔵セルの正端子および負端子を通して正弦波総和（ＳＯＳ）信号を印加するように構成される。
【００１１】
本明細書において開示する実施形態には、インピーダンス測定システムがある。このインピーダンス測定システムは、１つ以上のエネルギ貯蔵セルと、この１つ以上のエネルギ貯蔵セルに動作可能に結合されたエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システムとを含む。エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システムは、差動電流源を含む正弦波総和（ＳＯＳ）電流励起回路を含む。ＳＯＳ電流励起回路は、ＳＯＳ信号を１つ以上のエネルギ貯蔵セルに印加するように構成される。ＳＯＳ信号は、複数の正弦波電流信号の総和を含む。複数の正弦波電流信号の各々は、複数の異なる周波数の内異なる１つを含む。また、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システムは、ＳＯＳ電流励起回路および１つ以上のエネルギ貯蔵セルに動作可能に結合された制御回路も含む。この制御回路は、ＳＯＳ電流励起回路を制御し、ＳＯＳ信号に応答する１つ以上のエネルギ貯蔵セルの端子において電気信号を測定し、エネルギ貯蔵セルのインピーダンスを計算するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、電子化学インピーダンス測定（ＥＩＭ）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、新しいバッテリのインピーダンスの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のプロットである。
【図２】図２は、エネルギ貯蔵セル・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３Ａ】図３Ａは、図２の制御回路の簡略ブロック図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本開示のある実施形態による、図２の制御回路の他の簡略ブロック図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図２のＳＯＳ電流励起回路の簡略回路模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４ＡのＳＯＳ電流励起回路の簡略等価回路模式図である。
【図５】図５は、図２の高電圧バッファの単一キャパシタ結合型とした実施形態による、図４ＢのＳＯＳ電流励起回路および図２のエネルギ貯蔵セルに動作可能に結合された高電圧バッファの簡略回路模式図である。
【図６】図６は、図２の高電圧バッファの二重キャパシタ結合型とした実施形態による、図４ＢのＳＯＳ電流励起回路および図２のエネルギ貯蔵セルに動作可能に結合された高電圧バッファの簡略回路模式図である。
【図７】図７は、エネルギ貯蔵セルのインピーダンス測定方法を示す簡略フローチャートである。
【図８】図８は、図２のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システムの制御回路を較正する方法例を示す簡略フローチャートである。
【図９】図９は、インピーダンス測定システムの簡略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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されてもよい。例えば、この説明全体にわたって引用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。
【００１６】
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。
【００１７】
加えて、フローチャート、流れ図、構造図、またはブロック図として図示されるプロセスに関して実施形態を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、他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。
【００１８】
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を引用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、１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エレメントに対する引用は、２つのエレメントだけがそこで使用されればよいことも、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も意味しない。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。
【００１９】
本明細書において説明するエレメントは、同じエレメントの複数のインスタンスを含む場合がある。これらのエレメントは、数値指定(numerical designator)（例えば、５００）によって包括的に示すことができ、更に、文字が後に続く数値指示(numerical indicator)（例えば、５００Ａ）によって特定的に示すこともできる。説明を続けやすくするために、殆どの場合、エレメントの数値指示(number indicator)は、それらのエレメントが導入された図面、またはそれらのエレメントが最も詳しく論じられている図面の番号から始まる。したがって、例えば、図１におけるエレメントの識別子は、殆どの場合、１ｘｘという数値書式となり、図３におけるエレメントの識別子は、殆どの場合、３ｘｘという数値書式となる。
【００２０】
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、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。
【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（例えば、種々の振幅および位相ずれを有する）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。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引用は、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）にアサートされたときに対する、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は、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。
【００２３】
図２は、エネルギ貯蔵セル・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。エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００は、ＳＯＳ電流励起回路４００およびエネルギ貯蔵セル２１０に動作可能に結合された制御回路３００を含むことができる。また、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００は、ＳＯＳ電流励起回路４００とエネルギ貯蔵セル２１０との間に動作可能に結合された高電圧バッファ５００も含むことができる。
【００２４】
制御回路３００は、ＳＯＳ電流励起回路４００を制御するように構成することができる。非限定的な例として、制御回路３００は、ＳＯＳ電流励起回路４００によって出力されるＳＯＳ信号４０４を制御するために、ＳＯＳ制御信号３０２をＳＯＳ電流励起回路４００に印加するように構成することができる。ＳＯＳ制御信号３０２は、エネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンスを検査するために、対象の複数の異なる周波数を有する複数の異なる電流信号（例えば、ＨＯＳＴ  ＳＯＳ信号）の総和を含むＳＯＳ信号４０４を、ＳＯＳ電流励起回路４００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３０２は、ＳＯＳ電流励起回路４００の出力におけるＳＯＳ信号４０４に対して所望の電流信号に比例する電圧信号を含むのでもよい。したがって、ＳＯＳ制御信号３０２はＳＯＳ電圧信号を含んでもよい。
【００２５】
また、制御回路３００は、エネルギ貯蔵セル２１０に動作可能に結合し、エネルギ貯蔵セル２１０の端子に印加されたＳＯＳ信号４０４に応答するエネルギ貯蔵セル２１０の端子において、電気信号２１６を測定するように構成することができる。制御回路３００は、測定した電気信号２１６を使用して、ＳＯＳ信号の周波数においてエネルギ貯蔵セル２１０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、制御回路３００は、ＳＯＳ電流励起回路４００と協働して、複数の異なる周波数においてエネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンスを実質的に同時に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、制御回路３００は、ＳＯＳ信号４０４に対するエネルギ貯蔵セル２１０の電圧応答および電流応答を測定し、測定した電圧応答を測定した電流応答で除算して、エネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンス応答を求めるように構成されてもよい。このような実施形態では、エネルギ貯蔵セル２１０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。
【００２７】
ある実施形態では、制御回路３００は、ＳＯＳ信号４０４に対するエネルギ貯蔵セル２１０の電圧応答だけを測定するように構成されてもよい。このような実施形態では、エネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンスを判定するために、較正が必要とされることもある。非限定的な一例として、以下で図８を参照して単一分路較正方法(method of single-shunt calibration)について論ずる。ある実施形態では、信号の実部および虚部を考慮するために、多重分路(multiple shunt)（例えば、抵抗性分路）較正を使用することもできる。
【００２８】
制御回路３００に関する更なる詳細については、図３Ａおよび図３Ｂを参照して以下で論ずる。
ＳＯＳ電流励起回路４００は、ＳＯＳ制御信号３０２を制御回路３００から受け取り、ＳＯＳ信号４０４を生成するように構成することができる。ＳＯＳ電流励起回路４００は、ＳＯＳ信号４０４をエネルギ貯蔵セル２１０に印加するように構成することができる。ある実施形態では、ＳＯＳ電流励起回路４００は、高電圧バッファ５００を介してＳＯＳ信号４０４をエネルギ貯蔵セル２１０に印加するように構成されてもよい。尚、エネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンスは、ある実施形態では、高電圧バッファ５００を使用せずに判定できることは注記してしかるべきである。非限定的な一例として、２０１２年４月３日に出願されたＭｏｒｒｉｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ，の米国特許出願公開第２０１２／０２６２１８６号は、このような高電圧バッファ５００を使用せずに、エネルギ貯蔵デバイスのインピーダンスを測定することを開示している。この特許出願公開をここで引用したことにより、その内容が本願にも含まれるものとする。
【００２９】
ＳＯＳ信号４０４は、エネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンス測定のために、対象の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。ある実施形態では、ＳＯＳ電流励起回路４００は差動電流源を含むのでもよい。差動電流源は、電流をエネルギ貯蔵セル２１０に流入させる(push)ように構成されたプッシュ電流源と、エネルギ貯蔵セル２１０から電流を流出させる(pull)ように構成されたプル電流源とを含む。プッシュ電流源およびプル電流源は、各々、演算増幅器電流源を含み、図６を参照して以下で更に詳しく論ずるように、平衡差動電流源(balanced differential current source)を形成することができる。
【００３０】
高電圧バッファ５００は、ＳＯＳ信号４０４を供給するＳＯＳ電流励起回路４００の少なくとも１本の信号線を、エネルギ貯蔵セル２１０によって生成される(sourced)直流電圧から分離するように構成することができる。したがって、ＳＯＳ電流励起回路４００のアナログ接地を、エネルギ貯蔵セル２１０の電力端子から電気的に分離することができる。その結果、ＳＯＳ電流励起回路４００に含まれる敏感な電子部品を、エネルギ貯蔵セル２１０によって生成される直流電圧電位の極値(extremes)に露出させずにおくことができる。また、ＳＯＳ電流励起回路４００が受けるノイズを、アナログ接地をＳＯＳ電流励起回路４００の外側に延ばした場合よりも、少なくすることができる。
【００３１】
また、高電圧バッファ５００は、ＳＯＳ信号４０４をエネルギ貯蔵セル２１０に受け渡すように構成することもできる。ある実施形態では、高電圧バッファ５００はハイ・パス・フィルタを含んでもよい。ある実施形態では、高電圧バッファ５００は、ＳＯＳ電流励起回路４００とエネルギ貯蔵セル２１０との間に直列に動作可能に結合された少なくとも１つのキャパシタを含んでもよい。
【００３２】
動作において、制御回路３００はＳＯＳ制御信号３０２をＳＯＳ電流励起回路４００に供給することができる。ＳＯＳ制御信号３０２は、ＳＯＳ電流励起回路４００に、ＳＯＳ信号４０４（例えば、ＨＯＳＴ  ＳＯＳ信号）を出力させることができる。高電圧バッファ５００は、ＳＯＳ信号４０４をエネルギ貯蔵セル２１０の端子に受け渡しつつ、ＳＯＳ電流励起回路４００を、エネルギ貯蔵セル２１０によって生成される直流電圧電位から保護する(buffer)ことができる。ＳＯＳ信号４０４に応答したエネルギ貯蔵セル２１０の端子における電気信号２１６（例えば、電圧応答、電流応答、またはその組み合わせ）を、制御回路３００によって測定することができる。制御回路３００は、電気信号２１６を分析することによって、ＳＯＳ信号４０４の複数の周波数の各々において、エネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンスを判定することができる。
【００３３】
図３Ａは、図２の制御回路３００の簡略ブロック図である。制御回路３００は、ＳＯＳ制御モジュール３１０、ディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）３２０、平滑化フィルタ３３０、信号測定モジュール３４０、およびインピーダンス計算モジュール３５０を含むことができる。ＳＯＳ制御モジュール３１０は、ディジタルＳＯＳ信号３１２を生成するように構成することができる。ディジタルＳＯＳ信号３１２は、エネルギ貯蔵セル２１０（図２）のインピーダンス測定の対象となる(interest for)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３１２は、ディジタルＳＯＳ信号３１２の複数の異なる周波数の内最も高いものの少なくともナイキスト比率でサンプリングすればよい。また、ディジタルＳＯＳ信号３１２は、ディジタルＳＯＳ信号３１２の複数の異なる周波数の内最も低いものの少なくとも１つの周期を表すことができる。ＳＯＳ制御モジュール３１０は、ディジタルＳＯＳ信号３１２をＤＡＣ３２０に供給するように構成することができる。
【００３４】
ＤＡＣ３２０は、ディジタルＳＯＳ信号３１２をチョッピＳＯＳ信号(choppy SOS signal)３２４に変換するように構成することができる。当業者には理解されるはずであるが、ディジタルＳＯＳ信号３１２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表す(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、アナログ等価信号(analog equivalent)は、段階的な、即ち、「途切れ途切れの」変動を表す。つまり、ＤＡＣ３２０によって供給されるチョッピＳＯＳ信号３２４は、段階的な変動を表すと言って差し支えない。ＤＡＣ３２０は、チョッピＳＯＳ信号３２４を平滑化フィルタ３３０に供給するように構成することができる。
【００３５】
平滑化フィルタ３３０は、チョッピＳＯＳ信号３２４を平滑化して、平滑ＳＯＳ制御信号３０２を供給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、平滑化フィルタ３３０は、チョッピＳＯＳ信号３２４の段階的な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。ＳＯＳ制御信号３０２は、ＳＯＳ電流励起回路４００（図２）に供給することができる。
【００３６】
当業者には認められるはずであろうが、フィルタは、周期的信号の振幅、位相、またはこれらの組み合わせを変化させる場合がある。また、フィルタは、異なる方法で異なる周波数において発振する信号の異なる成分の振幅および位相を変化させる場合もあることも、認められてしかるべきである。したがって、ＳＯＳ制御信号３０２の異なる周波数成分の各々は、その振幅、周波数、またはこれらの組み合わせが、少なくとも部分的に平滑化フィルタ３３０によって、ディジタルＳＯＳ信号３１２の異なる周波数成分の対応する振幅および周波数から変化させられる可能性がある。
【００３７】
ある実施形態では、平滑化フィルタ３３０のプロパティを求めて(know)、平滑化フィルタ３３０の周波数応答を分析的に推定することができる。ある実施形態では、平滑化フィルタ３３０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もできる。ＳＯＳ制御モジュール３１０は、平滑化フィルタ３３０の周波数応答を使用して、平滑化フィルタ３３０が制御信号３０２の異なる周波数成分に生じさせることが予測される、振幅、位相、またはこれらの組み合わせに対して予測される変化を考慮に入れることもできる。ＳＯＳ制御モジュール３１０は、ディジタルＳＯＳ信号３１２を生成するときに予測される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３１０は、平滑化フィルタ３３０の応答を補償するために、ディジタルＳＯＳ信号３１２のプリエンファシスを行うように構成することもできる。非限定的な一例として、平滑化フィルタ３３０がチョッピＳＯＳ信号３２４の第１周波数成分を既知の量だけ減衰させシフトさせると予測される場合、ＳＯＳ制御モジュール３１０は、予測される変化を補償するために、既知の量だけ先行して、ディジタルＳＯＳ信号３１２の対応する第１周波数成分の振幅を増大させ位相をシフトさせることができる。
【００３８】
一旦ＳＯＳ制御信号３０２がＳＯＳ電流励起回路４００に供給され、対応するＳＯＳ信号４０４（図２）がエネルギ貯蔵セル２１０に印加されたなら、信号測定モジュール３４０は、エネルギ貯蔵セル２１０の端子において電気信号２１６を測定することができる。非限定的な一例として、信号測定モジュール３４０は、ＳＯＳ信号４０４に対するエネルギ貯蔵セル２１０の電圧応答、ＳＯＳ信号４０４に対するエネルギ貯蔵セル２１０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３４０は、インピーダンス計算モジュール３５０に、測定信号データ３４２を供給し、ＳＯＳ信号４０４に対して測定されたエネルギ貯蔵セル２１０の応答を示すように構成することができる。
【００３９】
インピーダンス計算モジュール３５０は、信号測定モジュール３４０からの測定信号データ３４２を使用して、エネルギ貯蔵セル２１０の判定された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。非限定的な一例として、測定信号データは、ＳＯＳ信号４０４（図２）に対するエネルギ貯蔵セル２１０の電圧応答および電流応答の双方を含むこともできる。インピーダンス計算モジュール３５０は、ＳＯＳ信号４０４の複数の異なる周波数の各々について、電圧応答を電流応答で除算して、複数の異なる周波数の各々のインピーダンスを判定するように構成することができる。
【００４０】
また、非限定的な一例として、測定信号データ３４２は、ＳＯＳ信号４０４に対するエネルギ貯蔵セル２１０の電圧応答だけを含むのでもよい。インピーダンス計算モジュール３５０は、電圧応答、および制御回路３００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もできる。ＳＯＳ信号４０４を既知のインピーダンスの１つ以上の分路に印加し、ＳＯＳ信号４０４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もできる。例えば、１つの分路を使用して制御回路３００を較正する方法について、図８を参照して以下で論ずる。
【００４１】
インピーダンス計算モジュール３５０は、ディジタルＳＯＳ信号３１２に含まれる周波数（即ち、チョッピＳＯＳ信号３２４、ＳＯＳ制御信号３０２、およびＳＯＳ信号４０４に含まれる同じ周波数）の各々において判定されたエネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンスを含むインピーダンス・データ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、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００（図２）のユーザに、インピーダンス・データを表示することもできる（例えば、エネルギ貯蔵セル・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、リスト型式、グラフ型式、表型式等で）。ある実施形態では、インピーダンス・データを処理してエネルギ貯蔵セル２１０を交換すべきか否か自動的に判断することもでき、ユーザに自動判断を知らせることもできる。ある実施形態では、インピーダンス・データを処理してエネルギ貯蔵セル２１０にどの位の寿命が残っているかという推定値を自動的に判定することもできる。このような自動処理は、制御回路３００によってローカルに実行することもでき（例えば、データ記憶デバイス３７０（図３Ｂ）に動作可能に結合された処理エレメント３６０によって）、制御回路３００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、パーソナル・コンピュータ、タブレット、スマート・フォン、サーバ、自動車コンピュータ、その他のコンピューティング・デバイス等）によってリモートに実行することもでき、あるいはこれらの組み合わせも可能である。
【００４２】
図３Ｂは、本開示のある実施形態による、図２の制御回路３００の他の簡略ブロック図である。ある実施形態では、制御回路３００は、少なくとも１つのデータ記憶デバイス３７０に動作可能に結合された少なくとも１つの処理エレメント３６０を含むことができる。データ記憶デバイス３７０は、少なくとも１つの処理エレメント３６０に、ＳＯＳ制御モジュール３１０、ディジタル／アナログ変換器３２０、平滑化フィルタ３３０、信号測定モジュール３４０、およびインピーダンス計算モジュール３５０の内少なくとも１つの機能を実行することを命令するように構成されたコンピュータ読み取り可能命令を含むことができる。
【００４３】
少なくとも１つの処理エレメント３６０は、少なくとも１つのデータ記憶デバイス３７０に格納されたコンピュータ読み取り可能命令を実行するように構成された電子回路を含むことができる。非限定的な一例として、少なくとも１つの処理エレメント３６０は、マイクロコントローラ、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、その他の処理エレメント、およびこれらの組み合わせを含むことができる。ある実施形態では、少なくとも１つの処理エレメント３６０は、少なくとも１つのデータ記憶デバイス３７０と同じ半導体パッケージ内に実装することもできる（例えば、オンボード・メモリを有するマイクロコントローラ等）。ある実施形態では、少なくとも１つの処理エレメント３６０は、少なくとも１つのデータ記憶デバイス３７０とは別のパッケージ内に実装することもできる。
【００４４】
少なくとも１つのデータ記憶デバイス３７０は、揮発性（例えば、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ））または不揮発性（例えば、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ））データ・ストレージを含むことができる。非限定的な一例として、少なくとも１つのデータ記憶デバイス３７０は、フラッシュ・メモリ、ハード・ディスク、ソリッド・ステート・ドライブ、クラウド・ストレージ、電気的プログラマブル・リード・オンリ・メモリ（ＥＰＲＯＭ）、その他のデータ・ストレージ、およびこれらの組み合わせを含むことができる。
【００４５】
ある実施形態では、制御回路３００は１つ以上のハードウェア実装モジュール(hardware implemented modules)を含むこともできる。非限定的な一例として、ＳＯＳ制御モジュール３１０、ＤＡＣ３２０、平滑化フィルタ３３０、信号測定モジュール３４０、およびインピーダンス計算モジュール３５０の内少なくとも１つは、ハードウェアで実装されてもよい（例えば、システム・オン・チップ（ＳｏＣ）、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、ディスクリート回路部品で構築された回路等）。
【００４６】
図４Ａは、図２のＳＯＳ電流励起回路４００の簡略回路模式図である。図４Ｂは、図４ＡのＳＯＳ電流励起回路４００の簡略等価回路模式図である。図４Ａおよび図４Ｂを一緒に参照すると、ＳＯＳ電流励起回路４００は、プッシュ電流源４１０とプル電流源４２０と（即ち、プッシュ−プル電流ドライバ、ここでは、「差動電流源」４１０、４２０とも呼ぶ）を含むことができる。プッシュ電流源４１０は、電流ＩＰＵＳＨをエネルギ貯蔵セル２１０（図２）に流入させる(push)ように構成することができ、プル電流源４２０は、電流ＩＰＵＬＬをエネルギ貯蔵セル２１０から流出させる(pull)（例えば、高電圧バッファ５００を介して）ように構成することができる。図４Ｂから明らかなように、ＳＯＳ電流励起回路４００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との間で浮遊し、アナログ接地端子ＧＮＤをエネルギ貯蔵セル２１０の端子から分離する。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ってもよい。その結果、ＳＯＳ電流励起回路４００の接地を、完全に高インピーダンス分離することができる。
【００４７】
プッシュ電流源４１０およびプル電流源４２０は、ＳＯＳ制御信号３０２を受け取り、ＳＯＳ信号４０４を高電圧バッファ５００に供給するように構成することができる。ＳＯＳ信号４０４は、以下で更に詳しく論ずるように、ＳＯＳ制御信号３０２の電圧電位に比例する電流信号を含むことができる。
【００４８】
ある実施形態では、プッシュ電流源４１０は、演算増幅器電流源構成で抵抗器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３０２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。
【００４９】
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の間に位置することができる。したがって、ＳＯＳ信号４０４のプッシュ部分を抵抗器ＲＦＡ２およびＲＳＡの間に供給することができる。このように構成されると、プッシュ電流源４１０によって供給されるＳＯＳ信号４０４のプッシュ部分は、次のように表すことができる。
【００５０】
【数１】
0006462948.tif 000002
【００５１】
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。
【００５２】
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３０２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。
【００５３】
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信号４０４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信号４０４のプル部分ＩＰＵＬＬは、次のように表すことができる。
【００５４】
【数２】
0006462948.tif 000003
【００５５】
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３０２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。
【００５６】
図４Ｂから明らかなように、プッシュ電流源４１０およびプル電流源４２０は、直列に（即ち、高電圧バッファ５００およびエネルギ貯蔵セル２１０を介して）動作可能に結合されている。尚、プッシュ電流源４１０およびプル電流源４２０のように、直列に動作可能に結合された電流源は、双方共同じ量の電流を同じ方向に供給しなければならないことは、当業者には認められよう。したがって、抵抗器の値ＲＩＮＡ、ＲＩＮＢ、ＲＦＡ、ＲＦＢ、ＲＳＡ、およびＲＳＢは、ＩＰＵＳＨをＩＰＵＬＬに等しくするように選択すればよい。
【００５７】
プッシュ電流源４１０の構成部品をプル電流源４２０の構成部品と正確に一致させるのは非常に難しい場合もあることも、当業者には認められよう。この問題を補うために、プッシュ電流源４１０およびプル電流源４２０の両端に、それぞれ、追加抵抗器ＲＣＡおよびＲＣＢを動作可能に並列に結合することができる。追加抵抗器ＲＣＡおよびＲＣＢは、プッシュ電流源４１０およびプル電流源４２０間の不一致から生ずる余分な電流を、追加抵抗器ＲＣＡおよびＲＣＢを介して接地に消散させることを可能にするように構成することができる。また、抵抗器ＲＳＡおよびＲＳＢの値は、ＩＰＵＬＬおよびＩＰＵＳＨについての先の式において計算の要素に入っていないので、プッシュ電流源４１０とプル電流源４２０との間に不一致を生じないように、ＲＳＡおよびＲＳＢの値を調節することができる。したがって、ある実施形態では、プッシュ電流源４１０およびプル電流源４２０が適当な一致を達成するまで、経験的に調節することができるポテンショメータとして、抵抗器ＲＳＡおよびＲＳＢを設けることもできる。
【００５８】
プッシュ電流源４１０およびプル電流源４２０が十分に平衡していると仮定すると、ＳＯＳ電流（したがって、ＳＯＳ電圧）をエネルギ貯蔵セル２１０に供給する負担は、プッシュ電流源４１０とプル電流源４２０との間で、実質的に等しく分担することができる。したがって、差動電流源４１０、４２０にかかる応力(stress)を平衡させることができる。
【００５９】
また、先に論じたように、ＳＯＳ電流励起回路４００の接地を、完全に高インピーダンス分離することができる。その結果、アナログ接地端子ＧＮＤをエネルギ貯蔵セル２１０の端子から分離することができ、アナログ接地端子ＧＮＤを、エネルギ貯蔵セル２１０の高直列電源電圧電位から、そしてエネルギ貯蔵セル２１０の端子に影響を及ぼすおそれがある外部ノイズ源から保護することができる。
【００６０】
図５は、図２の高電圧バッファ５００の単一キャパシタ結合型とした実施形態にしたがって、図４ＢのＳＯＳ電流励起回路４００および図２のエネルギ貯蔵セル２１０に動作可能に結合された高電圧バッファ５００Ａの簡略回路模式図である。高電圧バッファ５００Ａは、高電圧遮断キャパシタＣ１を含むことができる。高電圧遮断キャパシタＣ１は、ＳＯＳ電流励起回路４００のプッシュ電流源４１０とエネルギ貯蔵セル２１０の正端子２１２との間に動作可能に結合するように構成されている。高電圧遮断キャパシタＣ１は、エネルギ貯蔵セル２１０からの直流が、差動電流源４１０、４２０を循環する(circulating through)のを防止するように構成することができる。また、高電圧遮断キャパシタＣ１は、エネルギ貯蔵セル２１０によって供給される最大直流供給電圧電位が、差動電流源４１０、４２０に印加されるのを防止するように構成することもできる（即ち、差動電流源４１０、４２０は、エネルギ貯蔵セル２１０の端子２１２、２１４の内１つだけに直流結合されるからである）。ある実施形態では、高電圧遮断キャパシタＣ１は、代わりに、プル電流源４２０とエネルギ貯蔵セル２１０の負端子２１４との間に動作可能に結合されてもよく、同様の効果が得られる。
【００６１】
差動電流源４１０、４２０が既に高インピーダンス接地分離されており、加えて高電圧バッファ５００Ａによってエネルギ貯蔵セル２１０の端子２１２、２１４の１つから直流が分離されているので、エネルギ貯蔵セル２１０は、差動電流源４１０、４２０に過度な応力をかけることなく、比較的大きな直流電源電圧電位を有することができる。したがって、差動電流源４１０、４２０、および高電圧バッファ５００Ａは、従来のインピーダンス測定システムが測定することができるエネルギ貯蔵セル２１０よりも大きな直流電源電圧電位を有するエネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンスを測定するために使用することができる。非限定的な一例として、約６０ボルトよりも大きな直流電圧源電圧(voltage source voltage)を有するエネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンスを測定することができる。また、非限定的な一例として、少なくとも約３００ボルトの直流電圧源電圧を有するエネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンスを測定することもできる。
【００６２】
また、高電圧バッファ５００Ａは、エネルギ貯蔵セル２１０の正端子２１２と負端子２１４との間に動作可能に結合された抵抗器Ｒ１も含むことができる。抵抗器Ｒ１は、高電圧遮断キャパシタＣ１上に蓄積された電荷に放電路を設けるように構成することができる。
【００６３】
更に、高電圧バッファ５００Ａは、高電圧遮断キャパシタＣ１をプリチャージするように構成されたプリチャージ制御回路Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ１、ＲＣＨＧを含むことができる。プリチャージ制御回路Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ、Ｓ１、ＲＣＨＧは、プッシュ電流源４１０に動作可能に結合されたスイッチＳ２ａと、プル電流源４２０に動作可能に結合されたスイッチＳ２ｂ と、プリチャージ抵抗器ＲＣＨＧと直列に動作可能に結合された制御スイッチＳ１とを含むことができる。プリチャージ抵抗器ＲＣＨＧは、高電圧遮断キャパシタＣ１とスイッチＳ２ａとの間のノードを、エネルギ貯蔵セル２１０の負端子２１４に、プリチャージ抵抗器ＲＣＨＧを介して選択的に動作可能に結合するように構成されている。
【００６４】
高電圧遮断キャパシタＣ１のプリチャージ動作では、制御スイッチＳ１を閉じることができ、スイッチＳ２ａおよびＳ２ｂを開くことができる。その結果、高電圧遮断キャパシタＣ１を遮断電圧で充電することができる。プリチャージ動作が完了すると、制御スイッチＳ１を開くことができ、スイッチＳ２ａおよびＳ２ｂを閉じることができ、ＳＯＳ信号４０４をエネルギ貯蔵セル２１０に印加し、測定を実行することが可能になる。測定の完了時に、高電圧遮断キャパシタＣ１の放電動作を実行することができ、スイッチＳ２ａおよびＳ２ｂを開くことができる。追加のスイッチ（図示せず）がエネルギ貯蔵セル２１０を高電圧遮断キャパシタＣ１から切断してもよく、高電圧遮断キャパシタＣ１を放電することができる。
【００６５】
ある実施形態では（例えば、エネルギ貯蔵セル２１０の電圧応答ＶＣＥＬＬおよび電流応答ＩＣＥＬＬの双方を測定することが望まれる実施形態では）、高電圧バッファ５００Ａは、エネルギ貯蔵セル２１０の正端子２１２および負端子２１４の一方に動作可能に結合された電流測定抵抗器ＲＭＥＡＳも含むことができる。図５に示す実施形態では、測定抵抗器ＲＭＥＡＳは、エネルギ貯蔵セル２１０の正端子２１２に動作可能に結合されている。電流測定抵抗器ＲＭＥＡＳは、エネルギ貯蔵セル２１０の端子２１２、２１４を通る電流ＩＣＥＬＬを測定することを可能にするために、既知の抵抗値を有するとよい。例えば、電流測定抵抗器ＲＭＥＡＳの両端間の電圧電位ＶＭＥＡＳを測定することができ、この電圧電位ＶＭＥＡＳを電流測定抵抗器ＲＭＥＡＳの既知の抵抗値で除算することによって、電流ＩＣＥＬＬを計算することができる。ある実施形態では、エネルギ貯蔵セル２１０の端末２１２、２１４における電気信号２１６に対する電流測定抵抗器ＲＭＥＡＳの影響を低減するために、電流測定抵抗器ＲＭＥＡＳの抵抗値を、他のシステムの抵抗（例えば、エネルギ貯蔵セル２１０の抵抗成分、差動電流源４１０、４２０のソース抵抗、高電圧遮断キャパシタＣ１の寄生抵抗等）と比較して、相対的に小さくなるように選択することもできる。非限定的な一例として、電流測定抵抗器ＲＭＥＡＳの抵抗値を約５０ミリオーム（ｍΩ）としてもよい。
【００６６】
図６は、図２の高電圧バッファ５００の二重キャパシタ結合型とした実施形態にしたがって、図４ＢのＳＯＳ電流励起回路４００および図２のエネルギ貯蔵セル２１０に動作可能に結合された高電圧バッファ５００Ｂの簡略回路模式図である。高電圧バッファ５００Ｂが追加の高電圧遮断キャパシタＣ２を含むことを除いて、高電圧バッファ５００Ｂは、図５の高電圧バッファ５００Ａと同様であってもよい。高電圧遮断キャパシタＣ２は、ＳＯＳ電流励起回路４００のプル電流源４２０と、エネルギ貯蔵セル２１０の負端子２１４との間に動作可能に結合されている。
【００６７】
高電圧バッファ５００Ｂの図５の高電圧バッファ５００Ａを凌ぐ利点には、差動電流源４１０、４２０のエネルギ貯蔵セル２１０からの完全な直流切断(decoupling)が含まれる（即ち、キャパシタＣ１およびＣ２は、ＳＯＳ電流励起回路４００をエネルギ貯蔵セル２１０の端子２１２、２１４の双方の直流電圧電位から切断するからである）。高電圧バッファ５００Ｂの高電圧遮断キャパシタＣ１およびＣ２は、しかしながら、事実上互いに直列に動作可能に結合される。その結果、高電圧遮断キャパシタＣ１およびＣ２の容量値がほぼ同じであると仮定すると、総容量は高電圧遮断キャパシタＣ１およびＣ２の容量値の半分になる。その結果、高電圧バッファ５００Ｂに動作可能に結合された差動電流源４１０、４２０は、図５の高電圧バッファ５００Ａに動作可能に結合された差動電流源４１０、４２０がサポートすることができる電圧電位よりも約２倍も高い電圧電位をサポートすることもあり得る。これらの設計考慮事項は、図６の高電圧バッファ５００Ｂおよび図５の高電圧バッファ５００Ａのどちらを使用するか選択する際に重視される(weighed)のがよい。
【００６８】
図７は、エネルギ貯蔵セル２１０（図２）のインピーダンス測定方法を示す簡略フローチャート７００である。図２および図７を一緒に参照すると、動作７１０において、この方法は、ＳＯＳ信号４０４をエネルギ貯蔵セル２１０に印加するステップを含むことができ、ＳＯＳ電流励起回路４００は、差動電流ドライバ４１０、４２０（図４Ａおよび図４Ｂ）を含む。ある実施形態では、ＳＯＳ信号４０４を印加するステップは、ＨＯＳＴ  ＳＯＳ信号を印加するステップを含んでもよい。ある実施形態では、ＳＯＳ信号４０４をエネルギ貯蔵セル２１０に印加するステップは、高電圧バッファ５００、５００Ａ、５００Ｂを介してＳＯＳ信号４０４をエネルギ貯蔵セル２１０に印加するステップを含んでもよい。ある実施形態では、ＳＯＳ信号４０４を印加するステップは、ＳＯＳ制御モジュール３１０（図３Ａ）によってディジタルＳＯＳ信号３１２（図３Ａ）を生成するステップと、ディジタル／アナログ変換器３２０（図３Ａ）によってディジタルＳＯＳ信号３１２をチョッピＳＯＳ信号３２４（図３Ａ）に変換するステップと、チョッピＳＯＳ信号３２４を平滑化フィルタ３３０（図３Ａ）によって平滑化してＳＯＳ制御信号３０２を生成するステップと、ＳＯＳ制御信号３０２をＳＯＳ電流励起回路４００に印加するステップとを含んでもよい。
【００６９】
動作７２０において、この方法は、エネルギ貯蔵セル２１０の端子２１２、２１４（図５、図６）において、電圧応答ＶＣＥＬＬを含む電気信号２１６を測定するステップを含むことができる。ある実施形態では、電気信号２１６を測定するステップは、制御回路３００の信号測定モジュール３４０（図３Ａ）によって電気信号２１６を測定するステップと、測定した信号データ３４２を制御回路３００のインピーダンス計算モジュール３５０（図３Ａ）に出力するステップとを含んでもよい。
【００７０】
ある実施形態では、動作７３０において、この方法は、電気信号２１６を測定するために、制御回路３００を較正するステップを含んでもよい（例えば、W.H. Morrison, J.L. Morrison, J.P. Christophersen, P. A. Bald, An Advanced Calibration Procedure for Complex Impedance Spectrum Measurements of Advanced Energy Storage（高度エネルギ貯蔵の複素インピーダンス・スペクトル測定のための高度較正手順）、San Diego: The International Society of Automation, 2012. 58th International Instrumentation Symposiumにおいて論じられているように、多重分路較正(multiple-shunt calibration)を使用し、図８を参照して以下で論ずる制御回路３００を較正する単一分路方法を使用して。この文献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）。このような実施形態では、動作７４０において、この方法は、電圧応答ＶＣＥＬＬ、および動作７２０において実行した較正から得られた較正データから、エネルギ貯蔵セル２１０の電流応答ＩＣＥＬＬを推定するステップを含んでもよい。
【００７１】
ある実施形態では、制御回路３００の較正を不要にしてもよい。このような実施形態では、動作７５０において、この方法は、ＳＯＳ信号４０４に対するエネルギ貯蔵セル２１０の電流応答ＩＣＥＬＬを測定するステップを含んでもよい（例えば、図５および図６に示すように、エネルギ貯蔵セル２１０の端子２１２、２１４と直列である既知の抵抗器ＲＭＥＡＳの両端間の電圧電位ＶＭＥＡＳを測定し、この電圧電位ＶＭＥＡＳを抵抗器ＲＭＥＡＳの既知の値で除算することによって）。
【００７２】
動作７３０および７４０を参照して既に論じたように、電流応答ＩＣＥＬＬは、電圧応答ＶＣＥＬＬおよび較正データを使用して推定することができ、または、動作７５０を参照して論じたように、電流応答ＩＣＥＬＬを測定してもよい。推定するのであれまたは測定するのであれ、電流応答ＩＣＥＬＬが実質的に同じになればよい。ＩＣＥＬＬを推定する場合、較正が必要となる場合があるが、１回の測定だけで済ますことができる（ＶＣＥＬＬを測定するため）。一方、ＩＣＥＬＬを測定する場合、較正は不要になるであろうが、余分な測定が必要となる場合がある（ＶＭＥＡＳを測定するため）。この方法を実行する際に動作７３０および７４０を通るのか、または動作７５０を通るのか決めるときに、これらの利点および欠点を考慮するのがよい。
【００７３】
動作７６０において、この方法は、電圧応答ＶＣＥＬＬおよび電流応答ＩＣＥＬＬを使用して、エネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンスを計算するステップを含む。非限定的な一例として、エネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンスは、ＳＯＳ信号４０４の複数の異なる周波数の各々に対応する電圧応答ＶＣＥＬＬの周波数成分を、電流応答ＩＣＥＬＬの対応する周波数成分で除算することによって、計算することができる。ある実施形態では、エネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンスを計算するステップは、制御回路３００のインピーダンス計算モジュール３５０（図３Ａ）を使用して、エネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンスを計算するステップを含む。
【００７４】
図８は、図２のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００の制御回路３００の較正する方法例を示す簡略フローチャート８００である。図２および図８を一緒に参照すると、動作８１０において、この方法は、単一分路をエネルギ・セル・インピーダンス測定システム２００に動作可能に結合するステップを含むことができる。先に論じたように（図５および図６）、エネルギ貯蔵セル２１０をプッシュ電流源４１０およびプル電流源４２０に（例えば、高電圧バッファ５００を介して）動作可能に結合するのと同様に、単一分路をプッシュ電流源４１０およびプル電流源４２０に動作可能に結合することができる。単一分路は、既知の抵抗の１つの抵抗性分路を含むのでもよい。
【００７５】
動作８２０において、この方法は、ＳＯＳ信号４０４および直交ＳＯＳ信号（図示せず）を分路に印加し、平滑化フィルタ３３０（図３Ａ）の応答を判定するために、分路のＳＯＳ信号４０４および直交ＳＯＳ信号に対する応答を測定するステップを含むことができる。本明細書において使用する場合、「直交ＳＯＳ信号」という用語は、ＳＯＳ信号４０４の任意の正弦信号を余弦信号に、そしてＳＯＳ信号４０４の任意の余弦信号を正弦信号に変更することによって表すことができるＳＯＳ信号４０４のバージョンを指す。例えば、ＳＯＳ信号４０４をＩＳＯＳＳＩＧＮＡＬ＝ｓｉｎ（ωｔ）＋ｃｏｓ（２ωｔ）＋ｓｉｎ（３ωｔ）によって記述することができる場合、対応する直交ＳＯＳ信号は、ＩＯＲＴＨＯＧＯＮＡＬＳＯＳ＝ｃｏｓ（ωｔ）＋ｓｉｎ（２ωｔ）＋ｃｏｓ（３ωｔ）として表すことができる。ＳＯＳ信号４０４および直交ＳＯＳ信号は、双方共、エネルギ貯蔵セル２１０のインピーダンスを測定する対象となる周波数の各々を含むことができる。
【００７６】
ある実施形態では、ＳＯＳ信号４０４はＨＯＳＴ  ＳＯＳ信号を含んでもよく、直交ＳＯＳ信号は、対応する直交ＨＯＳＴ  ＳＯＳ信号であってもよい。ある実施形態では、ＳＯＳ信号４０４は正弦の総和を含んでもよく、直交ＳＯＳ信号は余弦の総和を含んでもよい。ある実施形態では、ＳＯＳ信号４０４は余弦の総和を含んでも良く、直交ＳＯＳ信号は正弦の総和を含んでもよい。また、本開示の範囲内で、他のＳＯＳ信号４０４および直交ＳＯＳ信号を分路に印加してもよい。
【００７７】
動作８３０において、この方法は、平滑化フィルタ３３０の判定された応答を補償するために、プリエンファシス・パラメータを決定し、（例えば、図３ＡのＳＯＳ制御モジュール３１０）に適用するステップを含むことができる。例えば、制御回路３００（図３Ａ）は、ＳＯＳ信号４０４および直交ＳＯＳ信号の周波数成分毎に、振幅および位相応答を判定するように構成することができる。ＳＯＳ制御モジュール３１０は、後に続く動作８４０、８５０、および８６０において、ＳＯＳ信号４０４および直交ＳＯＳ信号を印加する際にこれらの振幅および位相応答の各々を補償するように構成することができる。
【００７８】
動作８４０において、この方法は、双方共第１振幅を有する第１ＳＯＳ信号および第１直交ＳＯＳ信号を分路に印加し、第１ＳＯＳ信号および第１直交ＳＯＳ信号の双方に対する分路の第１応答を測定するステップを含むことができる。
【００７９】
動作８５０において、この方法は、双方共第１振幅とは異なる第２振幅を有する第２ＳＯＳ信号および第２直交ＳＯＳ信号を分路に印加し、第２ＳＯＳ信号および第２直交ＳＯＳ信号の双方に対する分路の第２応答を測定するステップを含む。非限定的な一例として、第２振幅は第１振幅の半分であってもよい。
【００８０】
動作８６０において、この方法は、双方共第１および第２振幅とは異なる第３振幅を有する第３ＳＯＳ信号および第３直交ＳＯＳ信号を分路に印加し、これらのＳＯＳ信号および直交ＳＯＳ信号の双方に対する分路の第３応答を測定するステップを含むことができる。ある実施形態では、第３振幅は第１振幅の２倍であってもよい。
【００８１】
従来の較正技法には、検査エネルギ貯蔵セルの予測インピーダンス値の範囲に及ぶ(cover)異なる抵抗値および無効値を有する複数の異なる分路を利用するものがある。対照的に、図８に示した方法は、単一分路に印加するＳＯＳ電流を調節することによって、複数の分路をシミュレートする。図８に示す例では、６つの分路（３つの異なる抵抗性分路および３つの異なる無効性分路）をシミュレートする。具体的には、第１ＳＯＳ信号の印加（動作８４０）は第１シミュレート抵抗(simulated resistance)に対応し、第２ＳＯＳ信号の印加（動作８５０）は、第１シミュレート抵抗の半分の抵抗である第２シミュレート抵抗に対応し、第３ＳＯＳ信号の印加（動作８６０）は、第１シミュレート抵抗の抵抗の２倍である第３シミュレート抵抗に対応する。したがって、第１ＳＯＳ信号の振幅を調節することによって、分路のシミュレート抵抗値を比例して変化させることができる。
【００８２】
同様に、第１直交ＳＯＳ信号、第２直交ＳＯＳ信号、および第３直交ＳＯＳ信号は、３つの異なるシミュレート・リアクタンス値に対応することができる。比較的低い周波数における比較的低いレベルの容量性リアクタンス(capacitive reactance)は、直交ＳＯＳ信号を供給することによって、抵抗性分路によってシミュレートすることができ、シミュレート・リアクタンス値は、印加する直交ＳＯＳ信号の振幅を変化させることによって、変化させることができる。
【００８３】
図８の例は、限定ではなく一例であることは、理解されてしかるべきである。本開示の範囲内において、所与のエネルギ貯蔵セルについて予測される無限数のシミュレート・インピーダンス値の並び替え(permutation)をシミュレートする、無限数のＳＯＳ信号および直交ＳＯＳ信号の異なる並び替え（例えば、第１、第２、および第３ＳＯＳ信号ならびに直交ＳＯＳ信号に限定されない）を使用することができる。
【００８４】
図９は、インピーダンス測定システム９００の簡略ブロック図である。インピーダンス測定システム９００は、１つ以上のエネルギ貯蔵セル９１０−１、．．．、９１０−Ｎ（以後全体を通じて、個々に「エネルギ貯蔵セル」(energy storage cell)９１０、そして纏めて「エネルギ貯蔵セル」(energy storage cells)９１０と呼ぶこともある）に動作可能に結合されたエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００を含むことができる。エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００は、図２を参照して先に論じたものと同様であってもよい。例えば、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００は、制御回路３００、差動電流源４１０、４２０（図４Ａおよび図４Ｂ）を含むＳＯＳ電流励起回路４００、および高電圧バッファ５００を含むのでもよい。エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００は、ＳＯＳ信号４０４をエネルギ貯蔵セル９１０の端子に供給し、端子の電気信号２１６（例えば、電圧応答、電流応答等）を測定するように構成することができる。エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００は、電気信号２１６を使用して、エネルギ貯蔵セル９１０のインピーダンスを判定するように構成することができる。
【００８５】
ある実施形態では、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００は、スイッチング・ネットワーク９３０を介して、エネルギ貯蔵セル９１０に動作可能に結合することもできる。スイッチング・ネットワーク９３０は、エネルギ貯蔵セル９１０が複数のエネルギ貯蔵セルを含む場合、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００を一度にエネルギ貯蔵セル９１０の内の１つに動作可能に選択的に（手動でまたは自動的に）結合するように構成することができる。したがって、スイッチング・ネットワーク９３０は、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００が一度に１つのエネルギ貯蔵セル９００のインピーダンスを測定することを可能にするように構成することができる。ある実施形態では、しかしながら、スイッチング・ネットワーク９３０を使用しなくてもよく、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００がエネルギ貯蔵セル９１０の各々に（例えば、別個に）動作可能に結合されてもよい。ある実施形態では、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００が複数のエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００を含み、各々がエネルギ貯蔵セル９１０の１つに動作可能に結合されてもよい。ある実施形態では、１つのエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム９１０が、エネルギ貯蔵セル９１０の各々に動作可能に結合され、異なる時点においてＳＯＳ信号４０４をエネルギ貯蔵セル９１０の各々に選択的に印加し、エネルギ貯蔵セル９１０の各々から結果的に得られる電気信号２１６を測定するように構成されてもよい。
【００８６】
ある実施形態では、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００は、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００に動作可能に結合されたコンピューティング・デバイス９２０を含んでもよい。コンピューティング・デバイス９２０は、外部コンピューティング・デバイス（例えば、パーソナル・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、自動車用中央処理ユニット、タブレット・コンピュータ、スマート・フォン等）を含んでもよい。ある実施形態では、コンピューティング・デバイス９２０は、制御回路３００（図３Ａ）の機能の内少なくとも一部を実行するように構成されてもよい。
【００８７】
例えば、コンピューティング・デバイス９２０は、測定信号データ３４２（図３Ａ）を受け取り、この測定信号データ３４２を使用して、エネルギ貯蔵セル９１０のインピーダンスを測定するように構成することができる。ある実施形態では、コンピューティング・デバイス９２０が、更に、制御回路３００によって供給されたインピーダンス・データ３５８を処理するように構成されてもよい。非限定的な一例として、コンピューティング・デバイス９２０をソフトウェアによって変更し、ユーザが対話的にプロットを見る、報告を作成する、更にエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００の制御回路３００によって供給されるインピーダンス・データ３５８（図３Ａ）に関連する他の動作を行うことを可能にすることもできる。
【００８８】
ある実施形態では、複数のエネルギ貯蔵セル９１０が望ましい場合もある。非限定的な一例として、一部の電気自動車またはハイブリッド自動車は、複数のエネルギ貯蔵セル９１０システムによる利点を得ることができる。
【００８９】
ある実施形態では、１つ以上のエネルギ貯蔵セル９１０によって給電される装置が、エネルギ貯蔵セル９１０の状態(health)を現場において監視することを可能にするために、エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００を含むこともできる。非限定的な一例として、自動車がエネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００とエネルギ貯蔵セル９１０とを含んでもよい。エネルギ貯蔵セル・インピーダンス測定システム２００が、エネルギ貯蔵セル９１０の内１つを交換すべきことを検出したときに、警告（例えば、視覚的、可聴、またはこれらの組み合わせ）を出すこともできる。
【００９０】
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、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３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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