确定能量存储装置的健康状态的技术的制作方法

确定能量存储装置的健康状态的技术
1.要求优先权
2.本技术要求damien mccartney等人于2020年12月28日提交、标题为“确定电池健康状态的技术”的美国临时专利申请序列号63/131,047的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本文件一般适用于但不限于能量存储装置监测技术。


背景技术：

4.单个电池单元可以串联连接，以提供具有所需输出电压的电池组。大量电池可以串联连接，例如，电池组上产生的总电位差大约为150-600伏。
5.通常，需要监控电池组中每个单个电池的终端电压、阻抗、充电状态(soc)和健康状态(soh)。终端电压是电池终端直流电压的直接测量值。蓄电池阻抗可通过施加交流励磁电流并测量电池端子处产生的小信号交流电压直接测量。相比之下，soc和soh通常从一个或两个直接测量值推断，有时也从电池的使用历史推断。它们是间接测量。内部电池温度可以直接测量，但可以推断或间接测量，如阻抗。
6.端子电压低可能表示放电状态。通常，可以定期监测终端电压(dc)。电池阻抗(使用交流电压)的测量频率相同(或可能更低)。soh的变化比soc的变化要慢。如果从阻抗推断电池内部温度，则需要更频繁地测量终端电压。


技术实现要素：

7.本发明描述了用于确定能量存储装置的健康状态的各种技术，例如包括一个或多个电池或燃料电池，利用电容增益放大器提供ac增益并阻断dc电压。输入电容可以耦合在输入激励信号发生器电路和放大器的反相输入端子之间，反馈电容可以耦合在放大器的反相输入端子和放大器的输出之间。开关可用于定期重置反馈电容器，以防止放大器的输出因放大器反相输入端的泄漏电流而饱和。
8.在一些方面，本公开涉及以下方面：一种用于确定能量存储装置的健康状态的系统，该系统包括：信号发生器电路，被配置为产生激励信号并将所述激励信号施加到所述能量存储装置的至少一个单元；第一电容增益放大器电路，与所述信号发生器电路耦合并被配置为响应于所述激励信号而产生第一输出信号，所述第一电容增益放大器电路包括第一反相输入端子；控制电路，被配置为控制与所述第一反相输入端子耦合的第一开关元件的操作以控制dc偏置电压；和后端电路，被配置为使用所述第一电容增益放大器电路的第一输出信号来确定表示所述能量存储装置的健康状态的所述能量存储装置的特性。
9.在一些方面，本公开涉及以下方面：一种用于确定能量存储装置的健康状态的系统，该系统包括：信号发生器电路，被配置为产生激励信号并将所述激励信号施加到所述能量存储装置的至少一个单元；包括所述第一电容增益放大器电路的第一信道，所述第一电
容增益放大器电路与所述信号发生器电路耦合并被配置为响应于所述激励信号而产生第一输出信号,所述第一电容增益放大器电路包括第一反相输入端子；包括所述第二电容增益放大器电路的第二信道，所述第二电容增益放大器电路与所述信号发生器电路耦合并被配置为响应于所述激励信号而产生第二输出信号，所述第二电容增益放大器电路包括第二反相输入端子，控制电路，被配置为控制与第一反相输入端子耦合以控制第一dc偏置电压的第一开关元件的操作；和第二开关元件，与所述第二反相输入端子耦合以控制所述第二反相输入端子上的第二dc偏置电压；和后端电路，被配置为使用所述第一电容增益放大器电路的第一输出信号和所述第二电容增益放大器电路的第二输出信号来确定表示所述能量存储装置的健康状态的所述能量存储装置的特性。
10.在一些方面，本公开涉及以下方面：一种确定能量存储装置的健康状态的方法，该方法包括：产生和施加激励信号至所述能量存储装置的至少一个单元；使用第一电容增益放大器电路以响应于所述激励信号而产生第一输出信号，所述第一电容增益放大器电路包括第一反相输入端子；控制与第一反相输入端子耦合以控制第一dc偏置电压的第一开关元件的操作；和使用所述第一电容增益放大器电路的第一输出信号，确定表示所述能量存储装置的健康状态的所述能量存储装置的特性。
附图说明
11.在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似数字可以代表相似组件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式大体示出了本文件中讨论的各种实施例。
12.图1是一种用于确定能量存储装置的健康状态的系统的示例的示意图。
13.图2是一种用于确定能量存储装置的健康状态的系统的另一示例的示意图。
14.图3是图示了示出开关和通道的时序与对应的输出信号之间的关系的时序图的示例的图。
15.图4是可用于重构能量存储装置的ac电池响应信号的波形重构电路的示例。
16.图5是一种用于确定能量存储装置的健康状态的系统的另一示例的示意图。
17.图6是图示说明使用相对于激励信号改变相位的通道选择信号来确定表示能量存储装置的健康状态的能量存储装置的特性的示例的图。
18.图7是示出改变相位以确定表示能量存储装置的健康状态的能量存储装置的特性的激励信号的示例的图。
19.图8是一种用于确定能量存储装置的健康状态的系统的另一示例的示意图。
20.图9是一种用于确定能量存储装置的健康状态的系统的另一示例的示意图。
21.图10是可以实现本公开的各种技术的系统的示例的框图。
22.图11是用于确定储能电池堆的一个或多个电池的健康状态的系统的另一示例的示意图。
23.图12是用于确定储能电池堆的一个或多个电池的健康状态的系统的另一示例的示意图。
24.图13是用于确定储能电池堆的一个或多个电池的健康状态的系统的另一示例的示意图。
25.图14是用于确定储能电池堆的一个或多个电池的健康状态的系统的另一示例的示意图。
具体实施方式
26.测量电池组中电池单元的荷电状态(soc)非常重要，soc定义为可用容量(以ah为单位)并表示为其额定容量的百分比。soc参数可以被视为一种热力学量，使人们能够评估电池的势能。随着能量从电池中汲取，电池的soc参数会随着时间的推移而降低。
27.此外或替代地，估计电池的健康状态(soh)可能是可取的，与新电池相比，它表示电池存储和输送电能的能力的度量。电池soh的下降会导致电池放电更快。电池的内部阻抗是电池特性的一个例子，它与其soh很好地对应，并且可以定期测量以监控电池。
28.在一些示例中，低频ac激励信号可以施加到电池的电池单元以测量其复阻抗。测试系统可以尝试在电池的大直流电压之上测量一个小的交流电池响应信号。
29.在一些实施方式中，测试系统可以使用无源rc高通滤波器来阻挡dc电压。然后，低频交流激励信号可以被放大并通过模数转换器(adc)电路转换为数字代码。令人不快的是，无源rc高通滤波器可能包括一个大的、笨重的、外部隔直流电容器。当有许多电池单元时，外部隔直流电容器的面积可能很大。此外，高通滤波器会导致额外的相移。
30.为了解决上述问题中的一个或多个，本公开描述了用于确定电池的健康状态的各种技术，这些技术利用电容器增益放大器来提供ac增益并阻止dc电压。输入激励信号发生器电路与放大器的反相输入端之间可耦合输入电容，放大器的反相输入端与放大器输出端之间可耦合反馈电容。开关可用于周期性地复位反馈电容器，以防止放大器的输出因放大器反相输入端的漏电流而饱和。
31.本公开的技术可以提供若干优点。例如，不需要外部隔直电容器。相反，这些技术可以在芯片内部提供交流耦合，从而形成嵌入式解决方案。此外，由于不存在高通rc滤波器，因此在使用本发明的技术时没有相移。
32.图1是用于确定能量存储装置的健康状态的系统100的示例的示意图。在一些示例中，能量存储装置可以包括一个或多个电化学燃料电池。在其他示例中，能量存储装置可以是包括一个或多个电池单元104的电池102。尽管本公开在下文中具体地将能量存储装置称为具有“电池单元104”的“电池102”，但是应当理解的是，电池102通常可以是能量存储装置，其可以包括一个或多个电池单元、一个或多个燃料电池或一个或多个可用于电解的装置。
33.电池102可以包括一个或多个电池单元104，例如锂离子(li)电池单元，并且在非限制性示例中具有诸如30毫欧的内部阻抗z。电池102可以与负载106耦合。激励信号发生器电路108可以生成激励信号，例如ac电流，并将其施加到电池102的电池单元104。在一个非限制性示例中，激励信号可以是100ma并且具有大约0.1赫兹(hz)和大约1khz之间的频率。
34.系统100可以包括与激励信号发生器电路108耦合的电容增益放大器电路，总体上示为110。在一些示例中，激励信号发生器电路108可以生成正弦音调作为激励的一种形式。电容增益放大器电路可包括放大器电路112、耦合在激励信号发生器电路108和放大器电路112的反相输入端之间的输入电容器114、以及耦合在放大电路112的反相输入端与放大电路112的输出端之间的反馈电容器116。系统100是单端配置并且放大器电路112的非反相端
子耦合到地。
35.与使用电阻级相比，可复位电容增益放大器电路110的使用可以有利地阻止dc并且仅允许ac信号通过。此外，自恢复电容增益放大器电路110可在较高频率下良好运作，因为任何dc泄漏电流影响输出信号的时间较短。
36.控制电路118可以输出控制信号来控制可以与放大器电路112的反相输入端耦合的开关元件120(例如晶体管)的操作，其可以周期性地重置反馈电容器116以控制直流偏置电压，例如通过防止放大器的输出因放大器电路112的反相输入端子处的dc泄漏电流而变得饱和。放大器电路112的反相输入端子上的dc泄漏电流可导致在放大的电池响应信号之上的斜坡，这使得难以从放大器电路112的输出信号检测激励信号的正弦音调。
37.施加于电容增益放大器电路110的输入电压为电池102的交流响应信号。一旦开关元件120断开，电容增益放大器电路110的输出信号vamp_out，其为电池102的ac响应信号的放大版本，可以跟随输入电压，具有由输入电容器114与反馈电容器116的比率确定的一定量的增益。
38.系统100还可包括后端电路122以使用电容增益放大器电路110的输出信号vamp_out来确定代表电池健康状态的电池特性。在一些示例中，电池102的特性可以包括电池的阻抗，例如电池102的复阻抗。
39.在图1所示的例子中，后端电路122可以包括抗混叠滤波器124、adc电路126和单点离散傅立叶变换(dft)滤波器128。单点dft滤波器128可以处理adc电路126的输出以确定来自激励信号发生器电路108的激励信号在激励频率下的幅度和相位，该激励信号存在于输出信号vam pout中。单点dft滤波器128可以在整数个周期内将接收信号乘以激励(及其正交分量)。可以组合产生的同相和正交分量以生成接收信号的相位和幅度。检测单个正弦音调的存在也可以称为同步检测或同步解调。
40.后端电路122还可以包括处理器130，其可以接收单点dft滤波器128的输出。使用由激励信号发生器电路108产生的已知激励信号和电容增益放大器电路110的测量响应信号vamp_out，处理器130可以处理第一电容增益放大器电路的输出信号以确定代表电池102健康状态的电池特性，例如电池102的阻抗。
41.在一些示例中，可能需要使用不同频率的激励来确定代表电池102健康状态的电池特性，例如电池102的阻抗。例如，控制电路118可以控制激励信号发生器电路108输出具有第一频率的电流，并且处理器130可以确定电池对第一频率的响应。类似地，控制电路118可以控制激励信号发生器电路108输出具有第二、第三和第四频率(或更多)的电流，并且处理器130可以确定电池对这些频率的响应。以此方式，可以将电池102的多个特性(例如阻抗)确定为频率的函数。
42.图1中所示的系统示例包括单个通道。在一些实现中，可能需要使用两个(或更多)通道。例如，在ping-ping操作中使用两个通道可以克服放大器电路虚拟接地处的dc电流泄漏，从而支持非常低的频率实现，例如大约10hz或以下，如下面关于图2所示和描述的。
43.图2是用于确定电池102的健康状态的系统200的另一示例的示意图。系统200是双通道实施方式。图2的系统包括一些与图1所示组件相似的组件，相同的数字用于相似的组件，不同的字母后缀代表相似组件的不同实例。
44.如上文关于图1所述，开关元件120可周期性地重置反馈电容器116以控制dc偏置
电压。然而，在一些实施方式中，重置反馈电容器116会对ac电池响应信号产生负面影响。为了解决这个问题，本发明人已经认识到，在乒乓操作中，当第一通道的开关元件被重置时，可以使用第二通道来观察交流电池响应信号，反之亦然。如下所述，交流电池响应信号的导数信息可以由两个通道保存，并可以使用后端电路通过数字后处理提取。
45.系统200可以包括第一通道，一般以202a表示，其可以包括与激励信号发生器电路108耦合的第一电容增益放大器电路，一般以110a表示。第一电容增益放大器电路可以包括放大器电路112a、耦合在激励信号发生器电路108与放大器电路112a的反相输入端之间的输入电容器114a，以及耦合于放大电路112a的反相输入端与放大电路112a的输出端之间的反馈电容116a。第一通道202a可产生第一输出信号d1。
46.系统200还可以包括第二通道，一般以202b表示，其可以包括与信号发生器电路108耦合的第二电容增益放大器电路，一般以110b表示。第二电容增益放大器电路可以包括放大器电路112b、耦合于激励信号产生电路108与放大电路112b的反相输入端之间的输入电容114b、以及耦合于放大电路112b的反相输入端与放大电路112b的输出端之间的反馈电容116b。第二通道202b可产生第二输出信号d2。
47.在操作第一通道202a的ping操作期间，控制电路118可输出信号以控制可与放大器电路112a的反相输入端耦合的开关元件120a的操作，其可周期性地重置第一通道202a中的反馈电容116a以控制放大器电路112a的反相输入端的直流偏置电压。类似地，在操作第二通道202b的pong操作中，控制电路118可以输出信号来控制可以与放大器电路112b的反相输入端耦合的开关元件120b的操作，其可以周期性地重置第二通道202b中的反馈电容116b以控制放大器电路112b的反相输入端的直流偏压。
48.在一些示例中，所述激励信号是具有第一频率的ac信号，其中控制电路118被配置为以第二频率控制第一开关元件120a和第二开关元件120b的操作，并且其中所述第二频率大于所述第一频率或其中第二频率小于第一频率。在一些示例中，第一频率和第二频率可以相等。
49.在一些示例中，测量可以是一个频率数据点或某个数量的激励周期的一个测量。随后，可以进行进一步的测量，例如，每个测量在另一个激励频率。例如，频率的变化可以是频率变化的阶梯。
50.系统200还可包括后端电路222以使用电容增益放大器电路110a、110b的输出信号来确定代表电池健康状态的电池特性。在一些示例中，电池102的特性可以包括电池的阻抗，例如电池102的复阻抗。
51.在图2所示的示例中，后端电路222可以包括第一通道202a和第二通道202b两者的组件，即抗混叠滤波器124a、124b和adc 126a、126b，以及由第一通道202a和第二通道202b共享的组件，即波形重构电路204、单点dft滤波器128和处理器130。
52.adc 126a、126b输出数字信号d1、d2，它们是电池102的ac电池响应信号的表示的周期性偏移或周期性复位版本。波形重建电路204可以分别接收adc 126a、126b的输出d1、d2，并且重构ac电池响应信号的数字表示，如下面关于图3更详细地描述的。波形重构电路204可以监测两个通道202a、202b中的变化率并且使用变化率信息重构电池102的ac响应信号。
53.由波形重构电路204确定的重构ac电池响应信号的数字表示可以应用于单点dft
滤波器128。单点dft滤波器128可以检测在重构的ac电池响应信号的数字表示的输出中单个正弦音调的存在以确定是否存在来自激励信号发生器电路108的激励信号的频率并量化其相位和幅度。
54.后端电路还可以包括处理器130，其可以接收单点dft滤波器128的输出。在一些示例中，波形重构电路204和单点dft滤波器128是处理器130的一部分。在一些示例中，处理器130是现场可编程门阵列(fpga)。因此，处理器130可以接收第一输出信号的第一表示，例如第一表示d1，以及第二输出信号的第二表示，例如第二表示d2。使用第一表示和第二表示，处理器130可以确定响应于激励信号的电池响应信号的表示，例如如下关于图3描述的导数，并且确定电池的特性，例如电池102的阻抗，使用电池响应信号和激励信号的表示。
55.使用由激励信号发生器电路108产生的已知激励信号和电容增益放大器电路110a的测量电池响应信号vamp_out1和电容增益放大器电路110b的vamp_out2，处理器130可以处理第一电容增益放大器电路和第二电容增益放大器电路的输出信号以确定代表电池102健康状态的电池特性，例如电池102的阻抗。
56.在一些示例中，可能需要使用不同频率的激励来确定表示电池102健康状态的电池特性，例如电池102的阻抗。例如，控制电路118可以控制激励信号发生器电路108输出具有第一频率的电流，并且处理器130可以确定电池对第一频率的响应。类似地，控制电路118可以控制激励信号发生器电路108输出具有第二、第三和第四频率的电流，并且处理器130可以确定电池对这些频率的响应。以这种方式，可以将电池的多个特性(例如阻抗)确定为频率的函数。
57.对于双通道实现，例如图2的系统200，在一些示例中，控制电路118可以使用固定乒乓速率，即通道选择速率，并且改变激励信号的频率。在其他示例中，控制电路118可以使用改变并且还改变激励信号的频率的乒乓。
58.图3是图示了时序图300的示例的图，时序图300示出了开关和通道的时序与adc 126a、126b的相应输出信号d1、d2之间的关系。图3描绘了通道选择信号302(select_ch)的时序，其是图2的控制电路118例如在第一和第二通道202a、202b之间进行乒乓的速率。图3还描绘了控制图2的开关元件120a、120b的两个开关信号304、306的时序。图3还分别描绘了adc 126a、126b的输出信号d1(n)308、d2(n)310。输出信号d1(n)、d2(n)分别是在第一电容增益放大器电路110a和第二电容增益放大器电路110b的输入端呈现的电池的ac电池响应信号的周期性偏移或周期性重置版本。
59.每个输出信号d1(n)、d2(n)都用点表示。当使用与激励频率相比较高的adc采样率时，相邻点之间的差异可以接近ac电池响应信号的导数。由于从相应的复位信号(例如信号)建立，图2的波形重构电路204不使用一些点。然而，因为图2的控制电路118在第一和第二通道202a、202b之间来回切换，所以可以始终获得派生信息。例如，即使信号d2(n)中的信息在信号变高时不能使用，但同时信号d1(n)中的信息是可用的。这在312处以图形方式示出。类似地，即使信号d1(n)中的信息在信号变高时不能使用，同时信号d2(n)中的信息也是可用的。
60.图2的波形重构电路204可以根据差分信息重构电池的交流电池响应信号的波形。例如，图2的波形重构电路204可以包括积分器电路，例如图4的积分器电路204，以连续地累
加与其前面的一个或其他通道的差异。以此方式，图2的波形重构电路204对差信号进行积分以重构ac电池响应信号。
61.图4是可用于重构电池的交流电池响应信号的波形重构电路的示例。波形重构电路400可以是图2的波形重构电路204的示例。
62.波形重建电路400可以接收第一数字化输出信号d1(n)，例如由图2的第一通道202a的adc 126a输出，以及第二数字化输出信号d2(n)，例如图2的第二通道202b的adc 126b的输出。第一数字化输出信号d1(n)被加到加法器块402a，并且使用延迟元件404a，第一数字化输出信号的延迟版本d1(n-1)从加法器块402a中减去，得到d1(n)-d1(n-1)，它是输出信号d1中两个连续点之间的差值。第一数字化输出信号差被施加到多路复用器406的第一输入端。因此，多路复用器406的第一输入端可以接收第一输出信号d1的第一表示。
63.类似地，第二数字化输出信号d2(n)被加到加法器块402b，并且使用延迟元件404b，从加法器块402b中减去第二数字化输出信号的延迟版本d2(n-1)，得到d2(n)-d2(n-1)，它是输出信号d2中两个连续点之间的差值。第二数字化输出信号差被施加到多路复用器406的第二输入端。因此，多路复用器406的第二输入端可以接收第二输出信号d2的第二表示。
64.控制电路，例如图2的控制电路118，可以向多路复用器406输出通道选择信号(select_ch)以选择多路复用器的两个输入之一。多路复用器406的输出可以应用于加法器块408。第二延迟元件410可以与加法器块408耦合并且第二延迟元件410的输出可以被反馈到加法器块408，从而形成积分器并生成输出d(n)，它是从信号d1、d2重建电池的交流电池响应信号的表示。
65.图5是用于确定电池102的健康状态的系统500的另一个示例的示意图。系统500是另一个双通道乒乓实现。与图2的系统200不同，系统500包括共享adc。图5的系统500包括一些与图1和图3中所示的组件相似的组件，其中相似的数字用于相似的组件，而不同的字母后缀代表相似组件的不同实例。
66.与图2的双通道系统200相反，双通道系统500包括由两个通道502a、502b共享的adc126。为了共享adc 126，每个通道502a、502b可以包括对应的采样和保持(s/h)电路504a、504b。s/h电路504a、504b可以保持电池102的ac响应信号的相应表示的样本，直到adc 126需要这些样本为止。开关元件506a、506b(在相应的s/h电路504a、504b之后)可以各自从控制电路118接收频道选择信号。
67.在一些示例中，可能需要禁用两个通道之一，例如在图2的系统200或图5的系统500中。例如，当激励信号的频率足够高时，例如高于约10hz，直流漏电流问题可能不再是问题。因此，可能不需要在两个通道之间执行乒乓操作。使用能够进行乒乓操作的系统，例如图2的系统200或图5的系统500，控制电路可以基于ac激励信号的频率禁用两个通道之一，例如通过将通道选择信号保持在恒定的逻辑电平，从而仅启用两个通道中的一个并禁用另一个通道。
68.图6是示出使用信道选择信号的示例的图，该信道选择信号相对于激励信号改变相位以确定表示电池健康状态的电池特性。激励信号生成器电路，例如图2的激励信号生成器电路108，可以生成激励信号600，其与通道选择信号602(select_ch)一起示出。在初始稳定期之后，第一次测量604可以在0度相位开始。在一段时间之后，信道选择信号602的相位
可以在第一次测量604和第二次测量606之间改变，而激励信号600的相位保持不变。换言之，第二测量606的相位与第一测量604的相位相反。
69.任何直流漏电流都会导致电池交流响应信号的上升斜率。在这里，通过对相反相位执行两次测量，将结果相减，然后执行平均值，可以消除直流泄漏电流误差。在一些示例中，snr测量结果可以提高3db。
70.图7是示出使用改变相位的激励信号来确定代表电池健康状态的电池特性的示例的图。在图7中，在初始稳定期700之后，第一测量702可由处理器确定，例如图1的处理器130。在第一测量702之后和第二设置时间704之前，激励信号发生器电路，例如图1的激励信号发生器电路108，可以改变激励信号706的相位，如708所示，使得激励信号706与其前一相位相差180度。在第二稳定时间704之后，处理器可以确定第二测量710。每次测量对应的数据可以在该测量对应的初始稳定后确定。
71.在一些示例中，乒乓和乒乓之间的增益会导致乒乓频率(信道选择频率)的混叠。因此，可能需要执行增益校准以减少这种类型的混叠。例如，控制电路可以使激励信号发生器电路在乒乓频率的一半处产生方波。然后，处理器可以确定每个通道中方波的幅度以得出增益失配。然后，处理器可以使用该增益失配信息对数据应用增益校正。
72.滤波器带宽不匹配会导致类似的问题。滤波器带宽失配可以通过在adc之后和信号重建之前进行过采样和应用良好控制的数字滤波来解决。
73.尽管上述系统是单端系统，但本公开的技术不限于单端系统。如图8所示，这些技术也适用于差分系统。
74.图8是用于确定电池102的健康状态的系统800的另一示例的示意图。系统800是图1的单端系统100的差分版本。电容增益放大器电路810包括具有差分输出端以产生输出电压vout的放大器电路812。放大器电路812还可包括共模输入端以接收共模电压vcm。
75.差分系统800的反相输入以类似于图1的单端系统100的方式耦合到组件，并且为简洁起见，将不再进行描述。不是将非反相输入耦合到地，例如在图1的单端系统100中，差分系统800的非反相输入可以像反相输入一样耦合到电容增益放大器电路。电容增益放大器电路810还包括耦合在激励信号发生器电路108和放大器电路812的同相输入端之间的输入电容器114b，以及耦合于放大电路812的非反相输入端与放大电路812的输出端之间的反馈电容器116b。放大电路812的同相输入端耦接一开关元件120b，可周期性地重置反馈电容116b，以控制放大器电路812的同相输入端的直流偏置电压。
76.尽管图2和5中所示的两个通道实施方式以单端配置描述，但在一些示例中，图2和5的系统200、500的每个通道可以是差分配置，如图8中所示。
77.图9是用于确定电池102的健康状态的系统900的另一示例的示意图。系统900是使用电容增益放大器电路910的单端配置，具有可用于周期性地重置反馈电容器116以防止放大器电路912的输出因放大器的负输入处的泄漏电流而变得饱和的重置电路的另一个示例。系统900可以包括由控制信号和控制的三个开关元件120a-120c。控制电路118可输出控制信号以断开(或闭合)开关元件120a、120b，而控制电路118输出互补控制信号以闭合(或断开)开关元件120c。
78.使用控制信号闭合开关元件120a将求和节点914耦合到第一电压v1，求和节
点914是输入电容器114、反馈电容器116和放大器电路912的反相端子之间的节点。使用控制信号关闭开关元件120b，同时开关元件120c打开，将反馈电容器116的端子耦合到第二电压v2。图9中所示的开关元件配置可以将放大器电路912的输入重置为与输出不同的电压电平以适应放大器电路912的操作范围。
79.图10是可以实施本公开的各种技术以确定电池102的健康状态的系统1000的示例的框图。系统1000可以用于实施如上所述的系统100、200、500、800、或900。
80.系统1000可以包括处理器1002，例如fpga，其可以实现各种功能，包括波形发生器1004和定时发生器1006。波形发生器1004可以使用查找表1008(或存储在存储器中的一些其他数据结构)和定时发生器1006产生施加到电流模式数模转换器(idac)1010的信号，从而形成激励信号发生器电路的示例。
81.定时发生器还可以产生和施加信号，例如增益设置信号和复位脉冲，到电容增益放大器电路，由模拟前端(afe)电路1012表示。定时发生器还可以产生和施加信号(例如，转换start、sdata、sclk)到adc126以控制转换。定时发生器还可以生成信号并将其应用到可编程抽取器1014，这可以减少量化噪声。可编程抽取器1014的输出然后可以应用于fifo寄存器1016，fifo寄存器1016可以将数据输出到计算机1018。
82.尽管以上系统中的许多系统是关于单个能量存储电池，例如电池组电池或燃料电池，但本公开的技术不限于与单个能量存储电池一起使用，例如电池组电池或燃料电池。相反，该技术可用于能量存储电池组，例如电池组电池组或燃料电池组，如图11-14所示。
83.图11是用于确定储能电池堆的一个或多个电池的健康状态的系统的另一示例的示意图。能量存储装置1100可以包括串联耦合的两个或更多个能量存储电池的堆叠，如图11中的电池1102a-1102e所示。能量存储装置1100可以与负载106耦合。
84.激励信号发生器电路108可以生成激励信号，例如ac电流，并将其施加到能量存储装置1100。在一个非限制性示例中，激励信号可以是100ma并且具有大约0.1赫兹(hz)和大约1khz之间的频率。在图11所示的示例中，能量存储装置1100的所有单元1102a-1102e看到由激励信号发生器电路108注入的相同电流，该电流对于所有单元1102a-1102e是共同的。
85.可以使用系统800来监测能量存储装置1100的单个电池的健康状况，类似于上文关于图8描述的差分系统800。也可以使用上文描述的其他系统。通过针对来自激励信号发生器电路108的给定电流监测能量存储装置1100的单个电池(例如，电池1102b)两端的电压，系统800可以测量单个电池的阻抗。
86.在一些示例中，可以存在与单元1102a-1102e中的各个单元相关联的系统800。例如，对于具有单元1102a-1102e的能量存储装置1100，每个单元可以与对应的系统800相关联。在其他示例中，多路复用器可以将单个系统800耦合到多个单元1102a-1102e。
87.图12是用于确定储能电池堆的一个或多个电池的健康状态的系统的另一示例的示意图。能量存储装置1200可以包括串联耦合的两个或更多个能量存储单元的堆叠，如图12中的单元1202a-1202e所示。能量存储装置1200可以与负载106耦合。
88.激励信号发生器电路108可以生成激励信号，例如交流电流，并将其施加到能量存储装置1200。在一个非限制性示例中，激励信号可以是100ma并且具有大约0.1赫兹(hz)和大约1khz之间的频率。在图12所示的示例中，能量存储装置1200的所有单元1202a-1202e看到由激励信号发生器电路108注入的相同电流，这是所有单元1202a-1202e共有的。
89.可以使用系统800来监测能量存储装置1200的整个能量存储电池堆的健康状况，例如上面关于图8描述的差分系统800。也可以使用上面描述的其他系统。通过针对来自激励信号发生器电路108的给定电流监测能量存储装置1100的所有电池1202a-1202e两端的电压，系统800可以测量整个电池堆的阻抗。
90.图13是用于确定储能电池堆的一个或多个电池的健康状态的系统的另一示例的示意图。能量存储装置1300可以包括串联耦合的两个或更多个能量存储单元的堆叠，如图13中的单元1302a-1302e所示。能量存储装置1300可以与负载106耦合。
91.激励信号发生器电路108可以生成激励信号，例如ac电流，并将其施加到能量存储装置1300。在一个非限制性示例中，激励信号可以是100ma并且具有大约0.1赫兹(hz)和大约1khz之间的频率。与图11和12中使用的公共电流激励不同，在图13所示的示例中，激励信号发生器电路108可以将激励信号施加到能量存储装置1300的单元1302a-1302e中的各个单元。
92.可以使用系统800来监测能量存储装置1300的单个电池的健康状况，类似于上文关于图8描述的差分系统800。也可以使用上文描述的其他系统。通过针对来自激励信号发生器电路108的给定电流监测能量存储装置1300的单个电池(例如，电池1302b)两端的电压，系统800可以测量单个电池的阻抗。
93.在一些示例中，可以存在与单元1302a-1302e中的各个单元相关联的系统800。例如，对于具有单元1302a-1302e的能量存储装置1300，每个单元可以与对应的系统800相关联。在其他示例中，多路复用器可以将单个系统800耦合到多个单元1302a-1302e。
94.图14是用于确定储能电池堆的一个或多个电池的健康状态的系统的另一示例的示意图。图14描绘了电解槽1500，例如用于制造氢气。电解槽1500可包括dc电流源1502，其可将大电流(例如，100a)注入能量存储装置1504。能量存储装置1504可包括两个或更多个能量存储电池的堆叠，显示为图14中的电池1506a-1506e，串联耦合。例如，能量存储装置1500可以是电化学电池堆。本公开中使用的术语“能量存储装置”可包括用于电解的装置。
95.激励信号发生器电路108可以生成激励信号，例如ac电流，并将其施加到能量存储装置1504。在一个非限制性示例中，激励信号可以是100ma并且具有大约0.1赫兹(hz)和大约1khz之间的频率。与图11和12中使用的公共电流激励不同，在图14所示的示例中，激励信号发生器电路108可以将激励信号施加到能量存储装置1504的单元1506a-1506e中的各个单元。
96.可以使用系统800来监测能量存储装置1504的单个电池的健康状况，类似于上面关于图8描述的差分系统800。也可以使用上面描述的其他系统。通过针对来自激励信号发生器电路108的给定电流监测能量存储装置1504的单个电池(例如，电池1506b)两端的电压，系统800可以测量单个电池的阻抗。
97.在一些示例中，可以存在与单元1506a-1506e中的各个单元相关联的系统800。例如，对于具有单元1506a-1506e的能量存储装置1504，每个单元可以与对应的系统800相关联。在其他示例中，多路复用器可以将单个系统800耦合到多个单元1506a-1506e。
98.图14描绘了单个细胞激发。然而，可以替代地实现共同激励(如图12中)。
99.应该注意的是，图11-14可以修改为包括用于分离乒乓相位的第二放大器电路，如图2所示。
100.上述各种技术可以使用电容器增益放大器来确定电池的健康状态以提供ac增益并阻止dc电压。开关可用于定期复位反馈电容器，以防止放大器的输出因放大器负输入端的漏电流而饱和。有利地，这些技术可以消除对外部隔直电容器的需要，从而允许嵌入式解决方案。此外，由于不存在高通rc滤波器，因此在使用本发明的技术时没有相移。
101.各种注释
102.在此描述的每个非限制性方面或示例可以独立存在，或者可以以各种排列组合或与一个或多个其他示例组合。
103.以上详细说明包括对附图的参考，这些附图构成了详细说明的一部分。附图通过说明的方式示出了可以在其中实践本发明的特定实施例。这些实施例在本文中也称为“示例”。此类示例可包括除所示或描述的那些之外的元素。然而，本发明人还考虑仅提供所示或描述的那些元件的示例。此外，本发明人还考虑使用所示或描述的那些元素的任何组合或排列(或其一个或多个方面)的示例，或者关于特定示例(或其一个或多个方面)，或者关于本文所示或描述的其他示例(或其一个或多个方面)。
104.如果本文档与通过引用并入的任何文档之间的用法不一致，则以本文档中的用法为准。
105.在本文件中，术语“一个”或“一些”在专利文件中很常见，用于包括一个或多个，独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。在本文档中，除非另有说明，否则术语“或”用于指代非排他性的或，例如“a或b”包括“a但不是b”、“b但不是a”和“a和b”。在本文件中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包括”和“其中”的简单等效词。此外，在以下方面，术语“包括”和“包含”是开放式的，即系统、装置、制品、组合物、制剂或过程，其包括除在此类术语之后列出的那些元素之外的元素一个方面仍然被认为属于该方面的范围。并且，在以下方面中，“第一”、“第二”、“第三”等词语仅作为标签使用，并不对其对象进行数值要求。
106.这里描述的方法示例可以至少部分地是机器或计算机实现的。一些示例可以包括用指令编码的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作以配置电子设备以执行如以上示例中所述的方法。这种方法的实现可以包括代码，例如微代码、汇编语言代码、高级语言代码等。这种代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的部分。此外，在一个示例中，代码可以有形地存储在一个或多个易失性、非暂时性或非易失性有形计算机可读介质上，例如在执行期间或在其他时间。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如，压缩盘和数字视频盘)、磁带、存储卡或记忆棒、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)等。
107.以上描述旨在说明性而非限制性。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。可以使用其他实施例，例如本领域的普通技术人员在阅读以上描述后。提供摘要以符合37c.f.r.
§
1.72(b)，允许读者快速确定技术公开的性质。提交时应理解它不会用于解释或限制方面的范围或含义。此外，在上述详细描述中，各种特征可以组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意在未声明的公开特征对于任何方面都是必不可少的。相反，本发明的主题可能在于少于特定公开实施例的所有特征。因此，以下方面在此作为示例或实施例并入详细说明中，每个方面作为单独的实施例独立存在，并且预期这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参考所附方面以及这些方面所享有的等效物的
完整范围来确定。