用于电池充电的系统和方法与流程

用于电池充电的系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术是专利合作条约(pct)申请，与2020年4月17日提交的标题为“用于电池单元充电的系统和方法(systems and methods for battery cell charging)”的第63/011,832号美国专利申请相关且要求所述申请的优先权，所述申请的全部内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本发明的实施例大体上涉及用于一个或多个电池单元充电的系统和方法，更具体地说，涉及用于产生高效率和/或高速率充电信号以对一个或多个电池单元充电的系统和方法。


背景技术：

4.许多电动装置，如电动工具、吸尘器、便携式电子装置(移动电话、平板电脑、无线扬声器等)和电动车辆，都使用可充电电池作为工作电源。可充电电池受到有限电池容量的限制，必须在耗尽时再充电。给电池再充电可能不方便，因为在给电池再充电时，供电装置必须经常固定并连接到墙壁插座或其它电源。就车辆而言，根据电池容量和可用充电功率及其它因素，为完全耗尽的电池再充电可能需要数小时。因此，已投入大量精力开发快速充电技术，以减少电池再充电所需的时间。然而，快速再充电系统通常效率低下，而较低速率的再充电系统延长了再充电操作，破坏了快速恢复服务的基本目标。
5.基于电池的充电和放电循环、放电深度和过度充电以及其它可能的因素，电池也会随着时间的推移而退化。因此，与充电速度一样，努力优化充电以最大限度地延长电池寿命，而不是在使用尽可能多的电池容量的同时对电池过度放电或对电池过度充电。通常，这些不同的目标是不一致的，充电系统可能会以牺牲其它属性为代价来优化某些属性。
6.如图1a所示，在可能最简单的水平上，传统的电池充电涉及向电池单元施加dc充电电流。电源102可以是直流(dc)电压源，以向电池单元104提供dc充电电流。也可以使用其它类型的电源，例如电流控制源。然而，各种类型的电池只能接受如此大的电流，否则会损坏电池单元。图1a示出了用于对单体单元电池(single cell battery)再充电的简单电路100的示意图。为了简单起见，未示出电路的其它组件，如电流表、电压表、控制器等。一般来说，电池单元104可以通过施加来自可控电源102的dc信号而再充电。向电池单元104的电极施加充电信号导致电子反向流动通过电池以补充在阳极处存储的电荷载流子(例如锂离子型电池单元中的锂离子)浓度。
7.还研究了脉冲充电。图1b示出了由电源102产生并施加到电池单元104以对电池再充电的传统直流电压信号122的代表图110。此图示出了充电信号122的输入电压112与时间114的关系。一般来说，可以控制电源102向电池单元104的电极提供重复脉冲122以对电池单元再充电。特别地，可以控制电源102向电池单元104提供重复方波(示出为脉冲116，之后是脉冲118)信号。方波脉冲116、118的峰值可以小于或等于对应于电压源102的操作约束的
电压阈值120。用于对电池单元104再充电的典型充电信号可以在充电期期间施加充电信号，在施加充电信号之间存在持续一定时间的休息期。电路100以这种方式进行的操作产生图1b所示的重复方波模式的电力再充电信号122。
8.但是，在一些情况下，施加方波充电信号122以对电池单元104再充电可能会降低正在进行再充电的电池单元的寿命，或者可能会导致电池的再充电效率低下。例如，已经发现向电池单元104的电极(通常为阳极)突然施加充电电流(即，方波脉冲116的陡峭前沿124)会导致电池端子两端的初始阻抗较大。在具有高频(陡峭)前沿的其它脉冲充电中也会出现同样的问题。图1c示出了根据一个实施例的电池单元104的经估计实阻抗值随施加到电池单元的再充电信号的对应频率而变的曲线图。特别地，曲线图150示出了实阻抗值(轴154)与电池单元104的输入信号频率的对数频率轴(轴152)的关系图。图150示出了在用于对电池再充电的再充电电力信号的各种频率下，电池单元104的电极两端的实阻抗值。图150的形状和测量值可以基于电池类型、电池的充电状态、电池的操作约束、电池的热量等而变化。尽管如此，可以从图158获得对充电中的电池的特性的一般理解。特别地，在电池单元104的电极处经历的实阻抗值可以基于提供给电池的电力充电信号的频率而变化，其中随着充电信号的频率跟随与最低阻抗相关联的频率增加，实阻抗值328增加。例如，与下限频率f
min
的阻抗相比，频率f
sq 162下的电池单元104的输入电力信号以及紧接在前和在后的频率下的阻抗可以在电池单元104电极处引入相对较高的实阻抗160。
9.回到图1b的方波充电信号122，信号的高频可能出现在方波脉冲116的拐角处。特别地，充电信号的陡峭前沿124由高频谐波限定，在使用常规反向脉冲方案期间，方波脉冲的后沿也是如此。如图1c的曲线图150所示，电池对高频谐波具有相对较高的阻抗。
10.与电池单元的电极处的高阻抗相关联的充电信号可能导致许多低效率，包含容量损耗、发热、整个电池单元的电动活动的不平衡、充电边界处的不期望的电化学响应以及电池单元104内的材料的劣化，其可能损坏电池并降低电池单元的寿命。此外，当电容充电和扩散过程开始时，用快速脉冲冷启动电池会引入有限的法拉第活动。在此期间，近侧锂将发生反应并迅速被消耗，留下一段不必要的副反应和扩散限制条件，对电池单元及其组件的健康产生负面影响。这些和其它低效率在电池单元104的快速再充电期间尤其有害，快速再充电通常涉及相对较高的电流。
11.正是考虑到这些观察结果，以及其它观察结果，构思和开发了本公开的各个方面。


技术实现要素：

12.本公开的一个方面涉及一种用于对电化学装置充电的方法。所述方法可包含：访问描述至少一个谐波和电化学装置的阻抗之间的关系的谐波曲线，并控制所述电化学装置的电极处的能量通量，所述能量通量处于与所述电化学装置的最小阻抗值相关联的谐波。
13.在各种实施方案中，所述谐波可与所述电化学装置的最小实阻抗值相关联，与所述电化学装置的最小虚阻抗值相关联，与所述电化学装置的实阻抗值和虚阻抗值的组合相关联，与所述电化学装置的所述实阻抗值和所述虚阻抗值的模量组合相关联，和/或与经第一加权值调整的所述实阻抗值和经第二加权值调整的所述虚阻抗值的组合相关联。
14.在一些实施方案中，用于对电化学装置充电的所述方法可进一步包含：获得所述最小阻抗值的变化，并控制在与所述最小阻抗值的所述变化相关联的新谐波下所述电化学
装置的所述电极处的所述能量通量。所述方法还可包含：检测与所述电化学装置的寄生损耗相关联的频率，并且在获得所述最小阻抗值的所述变化时不包含与检测到的所述寄生损耗的频率相关联的谐波值。
15.在更多实施方案中，所述电化学装置可包括半单元电池(half cell battery)、单元电池(cell battery)、并联连接的多个电池或串联连接的多个电池中的一者。能量通量可包括充电电流、放电电流、充电电压、放电电压、充电功率或放电功率中的一者。
16.所述方法还可包含控制与所述电化学装置的导纳的电导值或导纳的电纳值相关联的谐波下的所述能量通量的一部分，和/或测量在所述能量通量施加到所述电化学装置的所述电极期间所述电化学装置的实阻抗值和虚阻抗值。在一些实施方案中，所述谐波可与所述最小阻抗值相关联，包括与所述最小阻抗值相关联的谐波范围的上限频率。所述能量通量可包括对应于所述电化学装置的所述最小阻抗值的前沿部分、在所述前沿部分之后且包括受控制幅度值的主体部分，和/或包括低于对应于所述电化学装置处的零电流的转变电压的电压值的后沿部分。
17.本公开的另一方面涉及一种用于对电化学装置充电的方法，其包含：访问描述至少一个谐波和电化学装置的能量传递之间的关系的谐波曲线，并控制所述电化学装置的电极处的能量通量，所述能量通量处于基于所述电极处的所述能量传递的实值和虚值的与最佳能量传递相关联的谐波。
18.在一些实施方案中，所述能量传递的所述实值可以是实阻抗，且所述能量传递的所述虚值是虚阻抗，和/或所述能量传递的所述实值可以是电导值，且所述能量传递的所述虚值是电纳值。
19.本公开的又一方面涉及一种电池充电系统，其包括充电信号整形电路和控制器，所述控制器使用充电信号的频率分量和阻抗之间的关系，基于充电信号的频率分量和阻抗之间的所述关系而控制所述充电信号整形电路限定用于电化学装置的充电信号的一个状态。
20.在一些实施方案中，所述系统可进一步包含提供电力信号的电源，并且其中控制所述充电信号整形电路包括从所述电力信号抽取能量以提供所述充电信号。所述充电信号整形电路可包含与电力轨电连通的一个或多个第一整形电感器和/或在所述一个或多个第一整形电感器和所述电化学装置的电极之间电连通的第一开关装置。所述系统的所述充电信号整形电路还可包含与所述电化学装置的所述电极电连通的一个或多个第二整形电感器和/或在所述一个或多个第二整形电感器和所述电力轨之间电连通的第二开关装置。
21.在一些实施方案中，所述电池充电系统的所述控制器向所述第一开关装置传输第一控制信号，并向所述第一开关装置传输第二控制信号，以基于与所述电化学装置的所述最小阻抗值相关联的谐波，对所述电化学装置的所述充电信号进行整形。所述系统还可包含与所述电力轨电连通的电源，其中所述电源是电压控制电源或电流控制电源中的一个和/或与所述控制器连通的阻抗测量电路，所述控制器传输阻抗控制信号以获得所述电化学装置的阻抗测量值。
22.本公开的又一方面涉及一种电池单元充电系统，其包括：充电信号整形电路，其包括一个或多个电感器和串联连接到所述一个或多个电感器的开关装置，所述一个或多个电感器与电力轨电连通，所述开关装置与电池单元电连通；及控制器，其向所述开关装置提供
控制信号，以基于与电化学装置的最小阻抗相关联的谐波，对所述电化学装置的来自所述电力轨的充电信号进行整形。
23.在一些实施方案中，所述电池单元充电系统可进一步包含与电池单元电连通的一个或多个第二电感器及与所述一个或多个第二电感器电连通的第二开关装置，所述控制器提供脉宽调制信号(pulse-width modified signal)以激活所述第二开关装置，从而对所述充电信号进行进一步整形。
附图说明
24.图1a是用于电池单元充电的现有技术电路的示意图。
25.图1b是用于电池单元再充电的现有技术直流电压或电流信号的信号图。
26.图1c是根据一个实施例的电池单元的经估计实阻抗值随施加到电池单元的充电信号的对应频率变化的曲线图。
27.图2是根据一个实施例的示出使用充电信号整形电路对电池单元充电的电路的示意图。
28.图3a是根据一个实施例的正弦单元充电信号的曲线图，其中频率对应于电池单元的所确定最小实阻抗值。
29.图3b是根据一个实施例的电池单元的所测量实阻抗值随施加到电池单元的充电信号的对应频率而变的曲线图。
30.图4是根据一个实施例的示出基于对应于最小阻抗值的频率对电池单元的充电信号进行整形的电路的示意图。
31.图5是根据一个实施例的示出基于对应于最小阻抗值的频率产生电池单元的充电信号的方法的流程图。
32.图6是根据一个实施例的电池充电信号的叠加方波脉冲和正弦脉冲的曲线图。
33.图7a是根据一个实施例的电池单元的所测量实阻抗值随施加到电池单元的充电信号的对应频率而变的曲线图，所述充电信号具有所指示最大和最小频率。
34.图7b是根据一个实施例的特形电池单元充电脉冲的信号图，其中多个频率对应于基于电池单元的所展现阻抗的可接受值范围内的最大和最小频率实阻抗值。
35.图8是根据一个实施例的示出基于对应于电池单元的最大和最小实阻抗值的频率范围产生电池单元的充电信号的方法的流程图。
36.图9a是根据一个实施例的从电池充电电路产生的一系列第一特形充电脉冲的信号图。
37.图9b是根据一个实施例的从电池充电电路产生的一系列第二特形充电脉冲的信号图。
38.图10a是根据一个实施例的施加到电池单元的充电信号随时间推移而变的信号图，用于说明电池单元的实阻抗值和虚阻抗值。
39.图10b是根据一个实施例的电池单元的所测量实阻抗值、虚阻抗值和模量阻抗值随施加到电池单元的充电信号的对应频率而变的曲线图。
40.图11是根据一个实施例的从电池充电电路产生的包含前沿部分和主体部分的特形电池单元充电信号的信号图。
41.图12a和12b是根据一个实施例的响应于施加到电池单元的充电信号的跨电池单元的所测量电压降和电池单元充电时的所测量电流的图。
42.图13是根据一个实施例的响应于施加到电池单元的充电信号的跨电流感测电阻器的所测量电流和电池单元处的电压与时间的关系图。
43.图14是示出可用于实施本公开的实施例的计算系统的实例的图。
具体实施方式
44.本公开的方面利用了这样的概念，即常规充电技术通常伴随着不受控制的谐波，并且这种谐波改变了施加到电池的充电信号的阻抗。此外，各种谐波经常增加施加到电池的信号的阻抗，对充电效率、容量保持和循环寿命具有有害影响。类似地，谐波可以相对于施加的充电功率及脉冲充电方法的情况下的总导纳减少存储在电池中的化学能的量。本公开的各方面涉及优化与电池单元的最小实阻抗值或电阻阻抗值和/或最小虚阻抗值或电抗阻抗值相关联的一个或多个谐波对应的充电信号。这种充电信号可以通过减少由电池单元的电极处的高阻抗导致的能量损失来提高电池单元充电效率。
45.本文公开了用于对一个或多个电池单元充电(再充电)的系统、电路和方法。本文中使用的术语充电和再充电是同义的。通过所述系统、电路和方法，与通过先前的充电电路和方法相比，可以更有效地传递充电能量以对电池单元充电。相对于传统充电，本公开的各方面可以单独或组合地提供若干优点。例如，本文描述的充电技术可以降低阳极和/或阴极损坏的速率，可以减少充电期间产生的热量，这可具有若干后续效果，例如减少阳极和/或者阴极损坏和电池损坏，减少火灾或短路风险等。在其它实例中，本文描述的充电技术可以允许向电池施加更高的充电速率，并且因此可以实现更快的充电。本文描述的技术优化了充电速率，并且可以考虑诸如循环寿命和温度之类的其它问题。在一个实例中，可以优化充电速率和参数以提供更长的电池寿命和更高的充电能量效率。在另一实例中，在可能被认为是“快速充电”的情况下，所公开的系统和方法改善了充电速率和电池寿命的平衡，同时产生更少的热量。虽然先前的充电电路试图通过关注充电电路的电子装置来解决充电电路的效率问题，但所公开的系统、电路和方法在应用于对电池单元充电时提供了有效的电池充电信号。
46.在一个实例中，本文所论述的各种实施例通过产生经谐波调谐的充电信号来对电池单元充电，这可涉及充电信号的脉冲。经谐波调谐的充电信号包含或以其它方式对应于基于电池单元的能量传递的实值和/或虚值的与最佳能量传递相关联的一个或多个谐波频率。在一个实例中，一个或多个谐波频率有时笼统地称为谐波，可与电池单元的最小实阻抗值相关联。在另一实例中，充电信号对应于与所述单元的实阻抗值和虚阻抗值两者相关联的一个或多个谐波。在再一实例中，充电信号可对应于与电池单元的导纳的电导或电纳中的一个或两个相关联的谐波。由于导纳与阻抗互逆，所以本文中对阻抗的参考应被视为同样适用于导纳。在其它各种实施例中，电池单元的充电信号可以进行更改，以去除与电池单元的高阻抗或低导纳对应的谐波。将认识到，与最小阻抗相关联不一定是指充电信号包含最小阻抗的谐波，而是指在确定经谐波调谐的信号的谐波分量时，考虑相对较低阻抗的频率，所述信号可能不一定包含最低阻抗的频率。
47.尽管经谐波调谐的充电信号的许多实例在本文论述为适用于单元或电池单元，但
是应了解，所描述的系统和方法可应用于许多不同类型的单元，以及包括以各种可能组合耦合的单元集合的电池，所述组合例如并联、串联及并联和串联的组合。例如，本文所论述的系统和方法可适用于包括布置成提供限定的电池组电压、输出电流和/或容量的许多单元的电池。在其它实施方案中，本文所论述的系统和方法可适用于包括半单元结构的电化电池。一般来说，术语电池单元或单元是指离散的电化学装置，而术语电池或电池组是指一个或多个单元。在超过一个单元的情况下，如上文所提到，这些单元可以不同方式互连。
48.更特定地，描述了确定电池单元充电信号的频率曲线的系统和电路。在一些实例中，由于充电信号的频率曲线可由于电池的充电状态、温度和其它因素而变化，所以本文所论述的技术可以周期性地或以其它方式评估或确定充电信号随着充电进展的频率曲线。在一个实例中，电路可限定、整形、更改或以其它方式产生对应于充电信号的所确定谐波或频率曲线的充电信号(例如，充电电流)。在一种情况下，控制电路可强调或限定充电信号中与对应于最小阻抗值的一个或多个谐波相关联的部分。如上文所介绍，充电状态变化和温度在再充电期间可能会波动，因此充电信号的谐波曲线可能由于材料特性以及电池单元内的化学和电化学过程的变化而变化。因此，在一些情况下，电路可以执行评估充电信号的谐波曲线(例如，确定频率如何对应于电池单元的阻抗)并基于谐波曲线调整施加到电池单元的充电信号的迭代过程。此迭代过程可以提高用于对电池单元再充电的充电信号的效率，从而减少对电池再充电的时间，延长电池的寿命(例如，它可能经历的充电和放电循环的次数)，优化对电池充电的电流量，并避免因各种低效率而导致的能量损失，以及其它优点。此外，由于各种原因，充电信号的频率分量可能与最低频率不对应。例如，在根据曲线对前沿进行整形的情况下，由于时序、所采用的整形电路等，这种特形前沿可能不对应于目标频率。在一些情况下，诸如能量传递、温度和其它问题之类的其它因素可以在选择谐波以在充电信号中包含或排除起作用，并且可以指定使用与最低阻抗相关联的谐波以外的谐波。
49.为了控制电化学装置(例如电池)的电极处的能量通量，例如，为了产生具有适当谐波分量的经谐波调谐的充电信号，电池单元再充电电路可包含一个或多个充电脉冲整形电路和阻抗测量电路，包含硬件组件和/或软件组件两者，和/或专用集成电路。在一个特定实施方案中，充电脉冲整形电路可包括可由脉冲控制信号控制的滤波器电路。滤波器电路可以防止传输到电池单元的充电脉冲的快速变化。特别地，滤波器电路可以接收输入电流方波，并基于z＝jωl对施加到电池的信号进行整形，使得对于高频，电流流动受到限制，而对于低频，允许电流流过电路。滤波器电路的组件的选择可以将充电脉冲的前沿整形为与最大化供应到电池单元的功率的频率相对应，同时限制存在于传统方波电力信号中的低效谐波。此外，到滤波器电路的脉冲控制信号可以配置提供给电池单元的每个经频率调谐的充电脉冲的持续时间。充电信号整形电路还可包含可由电流整形控制信号控制的电流整形电路。在一个实施方案中，电流整形电路可以在将脉冲施加到电池单元之前从充电脉冲中去除或抽取电流，以更改充电脉冲的幅度。整形部分还可参与限定脉冲的后沿、脉冲持续时间、限定脉冲之间的电压电平以及其它功能。电路还可包含电力回收部分，例如与电力轨耦合的电容器，其中可以存储抽取的电流和/或来自电流源的电流，且所述电流可用于将充电电流递送到电池单元，以提高再充电电路的效率。
50.本文所公开的系统、电路和方法可应用于对电池单元和任何形式的电池充电，所述电池可包括一定数目的单元，这些单元进行连接以实现使用电池的任何应用所需的容
量、电压和输出电流范围。本文所论述的各种实施例还可被视为提供快速充电。在任一或这两种情形中，电路可进行控制以提供再充电脉冲，所述再充电脉冲包含特形上升前沿而不是与常规方波或其它常规脉冲相关联的锐边。在一个实例中，充电脉冲的上升前沿可基于对应于电池单元的最小或接近最小实阻抗值的所确定频率。充电脉冲还可基于所充电的单元的最小实阻抗和虚阻抗的组合。在另一实例中，充电脉冲可基于所充电的电池单元的电导和/或电纳或任何其它导纳方面，不管是单独地还是组合地。可以设想电池单元的又其它方面，并且这些方面可用于对充电脉冲进行整形。一般来说，在考虑实阻抗值和虚阻抗值时，所述技术评估单独的或呈组合形式的阻抗值相对较低的信号谐波。相反地，对于导纳，所述技术评估其中导纳具有单独的或呈组合形式的相对较高的电导和电纳的谐波。
51.目前，讨论基于实阻抗最小值的脉冲，应用对应于接近最小实阻抗值的上升前沿可以去除与传统锐边脉冲电荷相关联的低效或有害的高谐波分量。此外，充电脉冲的持续时间可由电路控制，以最大化或增加脉冲内施加到电池的功率量，而不超过充电脉冲幅度的一个或多个上限阈值，超过上限阈值可能会损坏电池并由此影响容量或寿命等。以这些方式，可以通过控制电路来施加具有经谐波调谐状态的充电信号，例如经频率整形的前沿，以在每个脉冲中向电池递送优化量的充电能量，同时从信号中去除高频、劣化谐波。因此，在电池单元充电期间，所述特形充电信号可以减小包含电极在内的电池内的各种接口接收充电能量的阻抗，从而提高电池再充电的效率和速度。
52.图2是示出根据一个实施例的使用充电信号整形电路206和阻抗测量电路208对电池单元204再充电的实例电路200的示意图。一般来说，电路200可包含电源202，其可以是电压源或电流源。在一个特定实施例中，电源202是直流(dc)电压源，但是还设想了交流(ac)源。更特定地，电源202可包含提供单向电流的dc源、提供双向电流的ac源，或提供纹波电流(例如具有dc偏置的ac信号，使得电流为单向)的电源。一般来说，电源202供应可被整形并用于对电池单元204充电的充电电流。在一个特定实施方案中，图2的电路200可包含充电信号整形电路206，以对用于对电池单元204充电的充电信号的一个或多个状态进行整形。在一个实例中，电路控制器210可向电力信号整形电路206提供一个或多个输入，以控制充电信号的整形。输入可供整形电路206用于将来自电源202的信号更改为用于电池单元204的更有效的电力充电信号。充电信号整形电路206的操作和组成在下文更详细地描述。
53.在一些情况下，充电信号整形电路206可以更改来自电源202的能量，以产生至少部分地对应于与电池单元204的最小实阻抗值相关联的谐波的充电信号。还可以表征电池，使得阻抗可以在任何给定的充电电流、电压电平、电荷电平、充电/放电循环次数和/或温度以及其它因素下已知，使得阻抗不直接测量，而是从计算机存储器等访问。
54.在一个实例中，电路200可包含电池测量电路208，其连接到电池单元204以测量单元电压和充电电流，以及其它单元属性，如温度，并测量或计算跨单元204的电极的阻抗。温度传感器可以是阻抗测量电路的一部分，或者单独定位以获得温度测量值。在一些情况下，测量电路测量电池处的电流和电压，并将那些测量值提供到可包含在阻抗测量电路中或与其分开的另一装置，例如控制器或其它处理装置，所述装置根据测量值计算阻抗。测量电路还可提供与电压和/或电流相关的相位信息。在一个实例中，阻抗可以基于所施加脉冲而获得。阻抗还可作为应用具有不同频率属性的信号以产生与单元的不同频率属性相关联的一系列阻抗值来表征单元的例程的部分而获得，这可在充电之前、在充电期间、在充电期间周
期性地进行，并且可与查找技术和其它技术组合使用。电池单元204的特性可基于单元的各种化学或物理属性以及包含充电状态的单元状态和/或单元温度而改变。因此，电池测量电路208可由电路控制器210控制，以在单元再充电期间以及其它时间确定与不同频率属性相关联的各种电池单元特性来表征电池单元204，并由此确定阻抗。在一些情况下，电池单元204的阻抗的实分量可由电路控制器提供给充电信号整形电路206，以谐波地限定充电信号(例如，使得来自电源202的能量可以被塑形为一个或多个充电脉冲，其对应于与电池单元204的最小实阻抗值相关联的谐波)。在另一实例中，电路控制器210可以基于接收到的实阻抗值产生一个或多个控制信号，并将这些控制信号提供给充电信号整形电路206。控制信号可将充电脉冲整形成包含与实阻抗值对应的谐波分量。在又其它实例中，充电信号整形电路206可更改来自电源202的能量以产生至少部分地对应于与电池单元204的导纳的电导或电纳分量或与电池单元处的阻抗相关的任何其它状态相关联的谐波的充电脉冲。因此，如上文所介绍，包含阻抗的实和/或虚分量的阻抗的论述适用于电池单元的类似测量，例如电池单元导纳的电导分量或电纳分量。
55.图3a是的正弦调制半波信号的实例的曲线图302，其具有对应于电池单元204的所确定最小实阻抗值的频率，其分量可以集成到充电信号中，并且可以由图2的电路200产生。在全正弦波中，峰值电压对于大多数常规充电情形来说太高。半个正弦波有助于此。并且，图3a并未示出纯半波正弦信号，而是每个脉冲的开始都是略微变细的，与真正的半正弦所采用的陡沿的前缘和后沿相反。因此，边沿更加平缓，以减少更高频率的谐波。在这个实例中，信号也可以是表征信号，如果频率变化，则可以使用此表征信号产生图3b的曲线图。正弦信号本身的频率处于与正在充电的电池单元的最小实阻抗相对应的频率。更特定地，曲线图302示出了递送到电池单元204的信号的输入电压轴304与时间轴306的关系图314。与上面讨论的方波充电信号不同，电路200产生的充电信号可包含递送到电池单元204的重复正弦充电信号。图3a中仅示出两个脉冲(脉冲308、310)，但应认识到，在足以将电池单元充电到某一水平的时间段内，可以将一系列此类脉冲递送给电池单元。在一个实例中，信号被控制为使得信号波具有等于或高于电池开路电压的电压。充电信号的频率可以并且很可能会随时间变化，这取决于电池单元的阻抗以及所实施的控制方案，如所提到，所述阻抗也可能随时间变化。如本文所论述，特形脉冲的频率以及正弦波可以设置在最小阻抗或接近最小阻抗，高于最小阻抗或低于最小阻抗，或者这两者都可以，这取决于实施方案。因此，没有必要将频率严格地设置在最小阻抗。充电信号314的正弦脉冲分量308、310可以在电路200的再充电操作期间继续产生并传输到电池单元204。经频率调谐的充电信号314可以去除或抑制通常存在于常规方形或脉冲充电信号中的高频分量，从而降低电池单元204对充电的阻抗，并提高再充电操作的效率。另外，充电信号314可包含脉冲308、310之间某一持续时间的稳定或去极化期316。稳定期316的持续时间可以由电路控制器210调整或控制，并且可以基于电池单元204的再充电操作的各个方面，包含但不限于由充电信号314的前一脉冲308提供的总功率、电池单元204的充电状态、电池单元204的所测量或经估计温度、电池单元204的所测量阻抗和/或充电电路中使用的硬件组件。例如，稳定期316的持续时间可以基于电路控制器210的处理速度，以允许控制电路210有足够的时间来确定用于控制充电电路200的一个或多个目标值。脉冲308、310还可包含低于电压阈值312的幅度。电压阈值312可以基于电池单元204和/或电源202的若干方面，例如电源的上限电压或电流阈值和/或与电
池单元204的电压、温度和电流相关联的热力学边界。在一些情况下，电压阈值312可以由电路控制器210控制，如下文更详细地解释。
56.在一个特定实例中，由电路200产生以对电池单元204再充电的充电信号314的正弦脉冲308的频率或谐波可由电路控制器210选择并施加到充电脉冲，以最小化电池单元204处的阻抗。例如，图3b是根据一个实施例的电池单元204的所测量实阻抗值随施加到电池单元的充电信号的对应频率而变的曲线图322。特别地，曲线图322示出了实阻抗值(轴324)与充电信号的对数频率轴(轴326)的关系图。图328示出了在正弦充电信号的各种频率下跨电池单元204的电极的实阻抗值。如图所示，实阻抗值328可以基于充电信号的频率而变化，其中在最高频率下，实阻抗值328通常快速增加。然而，电池单元204的实阻抗值的图334还指示对应于标记为f
min
的特定充电信号频率的最小实阻抗值330。电池单元204的实阻抗值的图334可以取决于单元的许多因素，例如电池化学、充电状态、温度、充电信号的组成等。因此，与电池单元204的最小实阻抗值330相对应的频率f
min 332可以类似地取决于充电中的特定电池单元204的特性。频率f
min 332可对应于电池单元204的其它方面，例如电池组中的单元的配置以及电池组中单元之间的连接。
57.由于电池单元204的阻抗可将接收到的充电电流转换为热或其它低效率，因此在与电池单元204的最小实阻抗值330相对应的频率332处或其附近产生正弦充电脉冲308、310可提高向电池单元204施加能量以进行充电的效率。换句话说，将充电信号314的脉冲308、310整形为包含频率f
min 332处或其附近的谐波可以通过减少由于电池单元204的阻抗而转换为热的浪费能量来提高充电信号314对电池单元204的效率。因此，图2的再充电电路200的一个实施方案可包含连接到电池单元204的阻抗测量电路208，以确定在充电信号的频率范围内电池单元的各种实阻抗值。阻抗测量电路208可包含配置成测量跨电池单元204的电极的阻抗的任何已知或以后的电路，包含电压传感器和电流传感器。可以在充电电力信号的各种频率下测量电池单元204的多个阻抗值，并将其提供给电路控制器210，电路控制器210进而可以确定或估计电池单元204的曲线334的最小实阻抗值。电路控制器210还可以控制充电信号整形电路206的一个或多个组件产生具有对应于电池单元204的最小实阻抗330的值的频率f
min 332的谐波下的一系列正弦充电脉冲308、310。如下文进一步解释，电路控制器210还可以执行在再充电会话(recharge session)期间的不同时间测量或以其它方式确定电池单元204的当前状态的经估计实阻抗值的迭代过程，并且相应地调整充电电力信号314的脉冲308、310以与新的经估计频率f
min 332一致。通过控制电路200基于所确定或经估计最小实阻抗值产生具有脉冲308、310的谐波频率的充电信号314，充电信号314的能量可以更有效地应用于对电池单元204再充电，同时最小化由充电信号的高频部分导致的电极处的高阻抗所浪费的能量。
58.在图4中示出使用充电脉冲整形对电池单元充电的电路的一个特定实施方案。电路400可由控制器210控制，以基于与最小阻抗值相对应的频率f
min
对电池单元的再充电信号进行整形。在一个实例中，控制器210可以是使用电压或电流放大器的反馈控制系统。通常，控制器210可以是模拟控制器、数字控制器、微控制器或微处理器，或者定制集成电路，例如专用集成电路(asic)。控制器210可以被配置或编程为执行本文所讨论的一个或多个操作以控制整形电路400的性能。此外，如下文所论述，电路400还可以考虑阻抗的虚分量、导纳的电导分量、导纳的电纳分量或其任何组合。电路400中可以包含更多或更少的组件，
并且组件可以由具有相同功能的其它组件代替。在一些实施方案中，可以并行复制一些组件以对多个单元进行并行充电，或者为给定单元或单元布置提供更大的充电容量。图4的电路400只是可被控制以提供本文所论述的谐波正弦充电信号的电力信号整形电路的一个实例。
59.电路400可包含电源402，其耦合到轨442以将充电信号提供到电池单元404。电源402可以是任何类型的能量源，包含dc电压源、ac电压源、电流源等等。在一些实施方案中，电源402可以经由输入(例如v
cont 434)控制以改变提供给电路400的能量波形或脉冲的幅度。例如，电路控制器210可以向电源402提供控制信号v
cont 434以接通电源，选择电力信号的幅度，在dc电力信号和ac电力信号之间进行选择，等等。在一个特定实例中，电源402可配置成基于接收到的v
cont 434信号的电压值来调整所提供的充电信号的幅度。
60.滤波器电路406可连接到电力轨442以接收电源402产生的电力。滤波器电路406可包含通常将充电信号输出到电池单元404的组件，所述充电信号的部分对应于频率f
min
322。例如，来自滤波器电路406的输出信号可包含对应于上述所确定的最小实阻抗值的频率f
min 322处或其附近的谐波下的前沿。在一些情况下，滤波器电路406的组件可由电路控制器210传输到滤波器电路的一个或多个脉冲控制信号416控制。在图4示出的特定实例中，滤波器电路406可包含在电力轨442和第一晶体管412之间串联连接的第一电感器410。第一电感器410的电感器值将影响脉冲前沿形状，使得电感器值的选择可尤其取决于电池单元404的充电特性。第一晶体管412还可连接到电池单元404的第一电极。第一晶体管412可接收输入信号，例如脉冲控制信号416，以将第一晶体管412用作开关装置或组件。一般来说，第一晶体管412可以是任何类型的fet晶体管或任何类型的可控开关，用于将第一电感器410连接到电池单元404的第一电极440。例如，第一晶体管412可以是fet晶体管，其漏极连接到第一电感器410，源极连接到电池单元404，且栅极接收脉冲控制信号416。在一个实施方案中，脉冲控制信号416可由电路控制器210提供以控制第一晶体管412作为开关的操作，第一晶体管在闭合时将节点436连接到电池单元404的第一电极，并且在断开时断开电感器410和电池单元404之间的连接。在下文参考图5的方法500更详细地描述控制第一晶体管412产生充电脉冲。
61.第一电感器410通常可以用于防止在经由第一晶体管412连接到电池单元时传输到电池单元404的电流快速增加。更特定地，第一电感410可以抵抗电流快速通过电感器传导到电池单元404(当第一晶体管412导通时)。这种对电流快速增加的阻力可以防止由电力轨442提供的充电信号的脉冲的陡峭前沿，从而减少在施加方波输入时可能在电池单元404处出现的高频谐波。当响应于脉冲控制信号输入416上的去往晶体管412的信号进行传导时，来自电力轨442的电流或其它形式的能量通量可经由第一电感器410和第一晶体管412提供到电池单元404，用于对电池单元404充电，同时最小化高频噪声影响。在一些情况下，滤波器电路406还可包含并联连接到第一电感器410的反激二极管414。当第一晶体管开关412断开或不导通时，反激二极管414为电力轨442提供的能量通量提供返回路径。例如，可以经由脉冲控制信号416控制第一晶体管412，以停止电力轨442的电流传导到电池电极440。然后，电流可以经由反激二极管414返回到上轨442。存储电容器432也可以连接在上轨442和地或公共端之间，使得在第一晶体管412断开的时段期间，由电力轨442提供且经由反激二极管414返回的电流可以经由上轨442提供给存储电容器432。如下文更详细地解释，存
储在存储电容器432中的能量可以在第一晶体管412闭合时(例如在充电信号的下一脉冲)返回到上轨442和滤波器电路406的输入，使得在第一晶体管412断开的时段期间电路中的能量不发生损失，进一步提高了电路400的效率。
62.尽管图4中示出了单个滤波器电路406的组件，但是具有相同或类似配置的额外滤波器电路可以并联连接到滤波器电路406。例如，滤波器电路406和任何数目个额外滤波电路，最多为滤波器电路n 418，可以在充电电路400中并联连接。每一滤波器电路406、418可分别由电路控制器210经由各个脉冲控制信号416控制，以提供给电池单元404充电的电流中滤出一个或多个谐波。在另一实例中，超过一个滤波器电路406可以由相同的脉冲控制信号416控制。一个或多个额外滤波电路418可包含具有相同或不同值的类似组件。例如，滤波器电路n 418的第一电感器的电感值可高于滤波器电路406的第一电感器410。一般来说，第一电感器410的电感值越高，提供的对充电脉冲快速变化的阻力越大，从而相对于较小值的电感器形成充电脉冲的倾斜前沿。以此方式，电路控制器210可以控制各种滤波器电路406、418，以通过所选第一电感器410的各种电感值来整形提供给电池单元404的能量脉冲的前沿。
63.为了进一步更改提供给电池单元404的充电信号的脉冲，一个或多个输入整形电路420可以连接在电池单元404的第一电极440(例如，阳极或正极端子)。特别地，输入整形电路420可包含连接在电池单元404的第一电极440和第二晶体管422之间的第二电感器424。在一个实例中，第二晶体管422可以是fet晶体管，其漏极444连接到第二电感器424，源极446连接到地或公共端，且栅极接收控制信号426。类似于第一晶体管412，第二晶体管422可用作将漏极444连接到负轨、地或公共端的开关。第二晶体管422可以由输入控制信号426控制。在一个实施方案中，整形输入信号426可以是高频脉宽调制(pwm)信号，其在高频下在接通状态和断开状态之间交替。在一个实例中，pwm信号426可以在高于100khz的频率下操作，但是pwm信号426可以在任何频率下操作。响应于高频开关pwm信号426，第二晶体管422可以在导通状态(或“接通”状态)和非导通(或“断开”状态)之间快速交替。以这种方式操作第二晶体管422可以使整形电路420从传输到电池单元404的充电脉冲中向地抽取能量。抽取的电流可以存储在第二电感器424中，并且当电感器中的电流落后于电压时，电流在第二电感424中积累时不会流到地。然而，pwm信号426的断开部分可以足够快地闭合晶体管422，使得一旦电流离开第二电感器424，晶体管422就断开，且来自充电脉冲的抽取能量信号很少或没有通过连接446传输到地。相反，抽取的能量可以经由反激二极管430传输到上轨442，并存储在存储电容器432中以供充电电路400重复使用。
64.通过从充电信号中抽取能量，输入整形电路420可以更改充电脉冲的部分幅度以对去往电池404的脉冲进行整形或塑形。特别地，pwm信号426的频率的控制可以从充电信号抽取更多或更少的能量。此外，可以选择或控制pwm信号426的占空比以对应于充电脉冲的更改或整形的持续时间。以此方式，在一些情况下由电路控制器210提供的pwm信号426可以更改从滤波器电路406到电池单元404的充电信号。并且，与滤波器电路406类似，一个或多个额外输入整形电路428可以并联连接到输入整形电路420。每个输入整形电路420、428可分别由电路控制器210经由各个pwm控制信号426控制。在另一实例中，超过一个整形电路420可以由相同的pwm控制信号426控制。一个或多个额外输入整形电路428还可包含具有相同或不同值的类似组件。例如，整形电路n 428的输入第二电感器的电感值可高于或低于滤
波器电路420的输入第二电感器424。通过控制施加到滤波器电路406和/或输入整形电路420的脉冲控制信号416和pwm信号426，施加到电池单元404的充电信号的一个或多个脉冲可以整形为实现谐波充电信号。输入充电信号的额外整形还可经由电路控制器210控制，以进一步对信号脉冲的曲线塑形，如下文更详细地描述。另外，电路控制器210的各种控制信号可用于控制提供给电池单元404的充电信号的各状态。例如，控制信号可控制电池单元404处的电压、提供给电池单元的电流或提供给电池单元的总能量或电力。因此，尽管本文论述为控制或整形去往电池单元的充电信号，但是应了解，充电信号的任何状态都可由电路控制器210控制。
65.图4的电路400还可包含连接到电池单元404的阻抗测量电路408。一般来说，阻抗测量电路408测量在电池单元404的电极处看到的阻抗特性。在一个实例中，阻抗测量电路408可包含测量跨电池单元404的电极的电压的电压传感器和测量进入电池单元的电流的电流传感器。但是，阻抗测量电路408可包含用于测量电池单元404的阻抗的任何已知或后来建立的电路。此外，阻抗测量电路408可由电路控制器210控制以在不同时间或以不同间隔测量单元阻抗。例如，阻抗测量电路408可配置成在充电信号在一系列频率下施加到电池单元404的测试期期间测量电池单元404的阻抗。这些测量值可被获得并提供给电路控制器210，以确定电池单元404的最小实阻抗，如上文关于图3b的曲线图322所论述。
66.电路控制器210可使用图4的电路400，基于对应于最小阻抗值的频率，对电池单元的充电信号的脉冲进行整形。特别地，图5示出根据一个实施例的用于基于对应于最小阻抗值的频率产生电池单元的充电信号的方法500。方法500的操作可由电路控制器210执行，并且特别地，通过向电源402、滤波器电路406和/或输入整形电路420提供控制信号以控制电路400的各种组件来执行。其它电路设计和组件也可由电路控制器210控制以执行方法500的一个或多个操作。因此，尽管本文是关于图4的电路400描述的，但是方法500的操作可以通过任何数目个硬件组件、软件程序或硬件和软件组件的组合执行。
67.开始于操作502，电路控制器210可选择将用于对电池单元404再充电的充电脉冲的初始频率分量。例如，可以选择正弦充电脉冲对电池单元404再充电，以避免方波充电脉冲的低效率。充电脉冲的初始频率可由电路控制器210选择。在一些情况下，所选频率可以确定为最小化或降低电池初始充电期间电池单元404处的实阻抗。一开始，电路控制器210可能不知道电池单元404的实阻抗，因为尚未向电池施加充电信号，并且可能不知道一个或多个特性(例如电池单元的充电状态或电池的其它电化学方面)。因此，电路控制器210可以选择充电脉冲的初始频率以开始向电池单元404提供能量。在一个特定实施方案中，电路控制器210可基于电池单元404的历史数据、其它电池单元的历史数据、电路控制器210的历史数据或其它电池再充电数据而获得充电脉冲的初始频率。例如，电路控制器210可以分析电池单元404或其它电池单元的先前再充电会话。基于所述分析，电路控制器210可以估计电池单元的最小实阻抗值所处的电池单元404的频率f
min
。随着越来越多的再充电会话被分析，可以确定与电池单元404的经估计最小实阻抗值相对应的充电脉冲的初始频率的最佳估计。初始所选频率可能不对应于电池单元404的充电状态的实际最小实阻抗值，而是可以基于目标电池单元或任何其它电池单元的一个或多个历史实阻抗测量值。
68.在选择充电脉冲的初始频率后，电路控制器210可以控制充电电路400的脉冲控制信号输入416和/或pwm信号输入426，以产生电池单元404的谐波充电脉冲。特别地，电路控
制器210可以提供脉冲控制信号416，以在第一时间段内激活第一晶体管412。第一晶体管412的激活可以将能量脉冲从电力轨442传导到电池单元404。滤波器电路406的第一电感器410可以抵抗从电力轨442接收的脉冲(例如，方波脉冲)的快速增加，并输出倾斜的前沿(例如，正弦脉冲的前沿)以传输到电池单元404。充电信号脉冲的持续时间也可以对应于第一晶体管412被激活并导通的第一时间段。此外，脉冲的幅度可以对应于由电源402提供(可能由v
cont 434控制)的信号的幅度和/或经由脉冲控制信号416控制的脉冲信号的持续时间。特别地，第一晶体管412导通的持续时间对应于提供给电池单元404的能量脉冲的持续时间。在许多情况下，电路控制器210可以重复第一晶体管412的激活/去激活控制，以向电池单元404提供周期性的、重复的能量脉冲模式。
69.除了脉冲持续时间和前沿之外，可以通过控制输入整形电路420来更改提供给电池单元404的能量脉冲。特别地，pwm信号426可以被提供给第二晶体管422，以快速激活和去激活晶体管，使得输入整形电路420从脉冲中抽取能量，并降低在脉冲的持续时间期间的任何时间的脉冲幅度。pwm信号426的频率可以控制从能量脉冲信号抽取多少能量，从而进一步更改曲线。通过对pwm信号426的精确控制，脉冲幅度可以减小(通过从脉冲中去除能量)或增大(通过去激活晶体管422以使得输入整形电路420不从脉冲中去除能量)以产生用于对电池单元404充电的特形脉冲。
70.通过控制电路400的输入，例如脉冲控制信号416和/或pwm信号426，电路控制器210可以产生正弦脉冲，用于以所选的初始频率对电池单元404充电，类似于图3a的波形314。然而，如上文所提及，电池单元404处的最小实阻抗可在电池充电期间变化。例如，电池单元404的充电状态和温度可以更改最小实阻抗特性。将脉冲充电信号的频率调整到对应于电池当前状态下电池单元404的最小实阻抗的频率可以为电池充电提供效率益处。因此，在操作506中，电路控制器210可以测量电池单元在各种频率下的阻抗，以获得电池单元在不同频率下的实阻抗值的函数。在一个实施方案中，电路控制器210可以在各种频率下向电池单元404施加一个或多个测试信号，以确定与电池单元404处测得的最小实阻抗相对应的充电信号频率。测试信号的频率可以由电路控制器210预先确定，以向电池单元404提供一系列测试信号。对于每个测试信号，可以确定和/或存储电池单元404处的对应实阻抗值。除了使用许多频率，还可以使用恒电流间歇滴定技术(gitt)。通常，gitt使用方形脉冲的特性(是频谱上正弦频率的总和)来暴露可用于确定电池单元404的阻抗的复阻抗。
71.在操作508中，可以确定所测量测试阻抗的最小实阻抗值。例如，电路控制器210可以从接收到的测试结果中选择最小的实阻抗值作为最小阻抗值。在另一实例中，电路控制器210可以分析接收到的实阻抗值并外推这些值以确定最小实阻抗值。例如，测量值可以指示对于一系列增加的测试频率，实阻抗值在减小，随后对于紧接着的一系列增加的测试频率，测量值在增大。电路控制器210可以确定电池单元404的最小实阻抗值对应于第一组增加的测试频率和第二组增加的频率之间的频率。在这种情况下，电路控制器210可以在测量值之间估计电池单元404的最小实阻抗值。在操作510中，电路控制器210可以确定与电池单元404的所确定最小实阻抗值相对应的频率。例如，可以产生电池单元404的实阻抗值324随测试信号的频率326而变的曲线图334，并且可以从曲线图中确定最小实阻抗值330。与最小实阻抗值330相对应的频率也可以从曲线图334中确定。通常，用于确定电池单元404的输入信号的频率以产生最小实阻抗值的任何相关算法都可以用于确定相应的频率。
72.在操作512中，电路控制器210可以确定与所测量测试阻抗的最小实阻抗值相对应的频率是否不同于提供充电脉冲的先前选择的频率。如果电路控制器210确定通过向电池单元404施加测试信号获得的对应频率不同于正在提供充电脉冲的频率，那么电路控制器210可以在操作514中为充电信号的额外脉冲选择对应频率。此外，电路控制器210可以返回到操作504，并产生输入信号并将其提供给整形电路，以将电池单元的充电脉冲的频率调整到所确定的对应频率。如果对应频率与正在提供充电脉冲的频率相同，那么电路控制器210可以在操作514中保持额外充电脉冲的频率，并在操作504中向整形电路提供对应的控制信号。因此，通过图5的方法500，可以针对为对电池单元204再充电而产生的正弦充电脉冲选择与电池单元的最小实阻抗值相对应的频率。
73.使用正弦充电信号的一个潜在缺点是，与方波充电信号相比，这种信号的每个脉冲传送的充电能量更少。这种潜在的缺点在试图在最短的时间内向电池单元提供最大能量的快速充电情况中可能特别明显。图6的曲线图602说明了这种潜在的缺点。特别地，图6是电池充电信号的叠加的方波脉冲612、614和正弦脉冲608、610的输入电压值604随时间606变化的曲线图602。一般来说，每个脉冲下的面积表示可能提供给电池再充电的电荷量。应认识到，脉冲下的面积代表可用的电荷量，如上文所论述，电池和充电的属性通常会干扰方形脉冲的所有能量被递送给电池充电的能力。尽管如此，通过方波脉冲612、614和正弦波脉冲608、610提供的电荷量之间的差异在散列区域616、618中示出。如图所示，与方波脉冲612、614相比，正弦脉冲608、610在由于估计上述所选谐波频率而降低电池阻抗的同时可以每脉冲向电池提供更少的电荷。因此，基于最小阻抗频率的充电可以相对于其它系统改善充电；然而，还可以进行进一步的改进和优化。
74.用于在对应于最小实阻抗值的所选谐波处向电池提供类似电荷量的一种可能方法是增加充电脉冲608、610的幅度。但是，许多电池包含对充电信号的幅度施加上限阈值的特性，使得仅增加正弦脉冲的幅度可能对电池单元的快速充电不利。例如，许多电池的电解质在与电压阈值相关的特定功率电平下开始击穿，由于这种化学反应的不可逆性，电池的寿命缩短。电解质的这种击穿也可能发生在施加到电池电极的再充电电力信号的突然变化时。电池的其它组件也可能因突然施加电力再充电信号而击穿或遭受损坏。例如，由于高功率信号，可能在锂离子电池的固体电解质相界面(sei)层上形成一个或多个永久通道，导致阳极上的永久空间不均匀性。sei层还可能会响应于高功率信号而增加厚度，从而降低电池的效率。此外，增加再充电电力信号的幅度可能导致电池产生热量的速度比热量能够消散的速度更快，从而潜在地导致电池损坏和更高的热失控风险。因此，只增加脉冲608、610的幅度以提供额外的电荷可能会损坏正在再充电的电池。
75.增加从正弦脉冲608、610提供的电荷能量的量的替代方法是组合谐波并加宽峰值和/或将脉冲的前沿调谐到目标实阻抗最小频率(和/或指向阻抗的虚分量，如下文进一步讨论的)，同时将脉冲保持在正弦脉冲通常开始减小的脉冲峰值处或附近。在一个实例中，本文所论述的方法和电路可以应用于确定与电池单元的一个或多个最小实阻抗值相对应的一系列频率，并向电池单元提供充电信号，所述充电信号包含所识别的频率范围内的谐波。例如，图7a是电池单元的所测量实阻抗值714随施加到电池单元的充电信号的对应频率706而变的曲线图702。应当认识到，这些值可以实时测量，但也可以被测量和存储，因此不实时测量，它们可以被表征或从其它信息中导出，可以被测量但仅周期性地测量，频率可以
被设置为某个初始值，然后在反馈环路中被调整，阻抗可以根据其它信息估计或外推，等等。还应当理解，电池单元的其它方面可以类似地被测量或估计并用于对充电脉冲整形，例如虚阻抗值、导纳值和/或电纳值。曲线图示出了在可接受的最小阻抗值之间的最大频率710和最小频率708，但不是严格地处于最小阻抗频率值。图7a的曲线图702与上文讨论的图3b的曲线图322相似，因为它表示了电池单元的实阻抗值与提供给电池的充电信号的频率的关系图。然而，在这个实例中，不是确定对应于最小实阻抗值330的频率f
min 332，而是可以基于用于对电池单元充电的可接受阻抗值的范围来确定电池的最小实阻抗值712附近的由最小频率f
rmin 708和最大频率f
rmax 710限定的频率范围。可以选择最小频率f
rmin 708和最大频率f
rmax 710，并将其包含在产生的电池充电信号脉冲中，以加宽脉冲曲线并增加在每一脉冲期间发送到电池单元的电荷。通过基于可接受阻抗值的频率范围在电力再充电信号的充电脉冲中包含多个谐波，可以提供比从单个谐波正弦波可获得的更多的电荷来对电池单元再充电，同时在接收充电脉冲的电池单元处保持较小的阻抗。
76.图7b是根据一个实施例的基于电池单元的实阻抗值的电池单元充电脉冲的信号图722，其包括在对应于最大频率f
rmax 710和最小频率f
rmin 708的频率下的多个谐波。图7b是描述各种谐波如何影响阻抗的谐波曲线实例。在这个实例中，谐波曲线示出了一个范围或多个频率和实阻抗。然而，谐波曲线可能与充电时的单一频率和阻抗关系一样简单。此外，阻抗可以是实阻抗、虚阻抗、模量阻抗以及它们的组合(以及导纳的类似物)。信号图722示出了输入电压724与时间726的关系，包含最大电压阈值730，超过此最大电压阈值可能对电池造成损坏。特别地，图722的充电脉冲728可以基于图7a的曲线图702所指示的频率范围来产生。例如，图7b的充电脉冲728可包含位于最小频率f
rmin 708和最大频率f
rmax 710之间的谐波范围。在一种情况下，最小频率f
rmin 708和最大频率f
rmax 710可以基于电池单元的所确定最小实阻抗值712周围的范围，使得与最小实阻抗值712相对应的频率f
min 711可以在最小频率f
rmin 708与最大频率f
rmax 710内。在充电脉冲728内的每个选定谐波频率处，可以基于所述频率下的电池的对应实阻抗值来确定对应幅度，从而基于谐波含量和/或幅度产生稍微不均匀的任意形状的充电脉冲。然而，所选择的幅度中没有一个可以超过上限电压或功率阈值730，在所述上限电压或功率阈值下，正在再充电的电池单元可能被损坏或导致电池的热失控。通过包含与最小实阻抗值712相对应的频率范围，可以扩展充电脉冲，使得可以施加更多的电荷来对电池再充电，同时保持电池的低阻抗。以这种方式，可以使用高电荷、低阻抗的充电信号对电池单元再充电，与其它传统的脉冲充电技术相比，无论它们是使用方波再充电信号还是其它方式，都提高了效率。
77.图8是根据一个实施例的示出基于对应于电池的最大和最小实阻抗值的频率范围产生电池单元的充电信号的方法的流程图。如上文所提到，可以执行类似方法以基于电池单元的其它方面产生电池单元充电信号，例如虚阻抗值、导纳值和/或电纳值。类似于图5的方法500，图8的方法800的操作可由电路控制器210执行，并且特别地，通过向电源402、滤波器电路406和/或输入整形电路420提供控制信号以控制图4的电路400的各种组件来执行。其它电路设计和组件也可由电路控制器210控制以执行方法500的一个或多个操作。因此，尽管本文是关于图4的电路400描述的，但是方法500的操作可以通过任何数目个硬件组件、软件程序或硬件和软件组件的组合执行。
78.开始于操作802，电路控制器210可获得电池单元的最小实阻抗值。获得最小实阻
抗值可以与上文类似，因为电路控制器210可以在充电信号的各种频率下测量或接收电池的阻抗测量值。最小实阻抗值也可以通过环路或电路控制器210驱动的过程来确定。例如，电路控制器210可以使电路以不同频率(例如，一系列频率)对电池充电，并测量电池单元204的阻抗，直到找到电池单元的最小阻抗值。这种测量(本文也称为谐波曲线)可以在电池单元的主动充电期间进行，或者可以进行并存储在存储器中，并以查找方式操作。对于一些电池，阻抗测量值与充电信号频率的关系可能类似于图7a的曲线图702。类似于曲线图702，电路控制器210可以基于多个阻抗测量值来确定电池单元的最小实阻抗值712。阻抗测量过程还可以获得并存储不同频率下的阻抗值，例如，获得大于和小于最小频率出现的频率f
min 711的频率下的阻抗测量值。
79.在操作804中，电路控制器210可以为对应的可接受阻抗值范围选择上限实阻抗值720。特别地，电路控制器210可以基于充电信号的施加来确定电池单元处的可接受阻抗值716或提供有可接受阻抗。可接受阻抗值716被示出并描述为一个可接受的阻抗值，其高于最小阻抗值，并且在低于和高于出现最小阻抗的频率f
min 711的频率下出现。应当认识到，对于高于或低于最小阻抗的频率，可接受阻抗值716可能不相同。此外，可接受阻抗716可以随着充电进展、电池温度变化而变化，可以基于充电电流水平等。可接受阻抗值716可以大于上面确定的最小阻抗值712。例如，电路控制器210可以确定或提供有阻抗值716作为充电信号的可接受阻抗值。通常，可接受阻抗值716可以是正在再充电的电池单元的任何阻抗。然而，为了在施加充电信号期间限制电池单元处的总阻抗，可以选择或确定小的可接受阻抗值716。此外，此范围的上限阻抗值720可以是在与最小阻抗f
min 711出现的频率不同的频率或频率组合下出现的阻抗值。在许多情况下，将存在高于和低于出现最小阻抗的频率f
min 711的频率范围，以及高于最小阻抗712但低于可接受阻抗716的频率范围。例如，此范围的可接受阻抗可以出现在比出现最小阻抗时的频率更高的频率f
rmax 710处。因此，电路控制器210可配置成通过从最小阻抗值712向右跟随阻抗值的绘制曲线714(或增加频率)直到遇到可接受阻抗值716，来确定或选择可接受范围的上限阻抗值720。然而，在其它实施方案中，此范围的上限阻抗值720可以是与最小阻抗值712之间的设定差(程序性的，相比于最小值的设定增量，是计算出来的并考虑了诸如电池充电、温度等其它因素)。例如，范围720的上限阻抗值可以被确定为最小阻抗值712的两倍或最小阻抗值的某一其它倍数。
80.尽管在图7a中示出为平滑曲线，但阻抗值的绘制曲线714的形状可包含不同频率下的噪声或其它影响的各种实例。例如，绘制的阻抗值714可以在不同的信号幅度下产生，使得绘制的曲线714可以包含凹陷，特别是在谐波幅度增加时的较高频率下。因此，图714可以是几个不同图的总和，每个图与谐波功率的不同增量相关联。在这种情况下，与最低阻抗712相对应的频率f
min 711可以在谐波的幅度增加到某个值之前保持相对恒定，高于所述值，阻抗值开始快速增加。
81.此外，由于寄生电容和电感损耗，电池组中单元的物理定向(例如并联连接还是串联连接)也可能影响阻抗曲线的形状。例如，在特定的频带，能量可能开始在空气中短距离地从一个单元跳到另一个单元，从而有效地绕过电池组结构内的单元，并在所述点进一步阻碍或允许电流流动。在这些频率下测得的阻抗可能会导致阻抗曲线中的凹陷，或电池组中的单元被跳过时阻抗看起来很低的区域，从而对于某些谐波，特别是朝向更高频率，可以确定局部最小阻抗值。然而，由于上述原因，以这些较高频率对电池单元或电池组进行充电
可能不会提高电池单元的充电效率。因此，确定对应于最低阻抗712的频率f
min 711可包含排除由电池组内的寄生损耗导致的较高频率下阻抗值的凹陷或相对嘈杂的频带的操作。可以通过选择电感器值410(或滤波器电路406、418)来实现对较高频率的这种排除，或者可以包含电路400中的充电信号路径中所包含的额外高频滤波器。在一个实施方案中，控制器210可以比较电池单元或电池组的若干参数，例如实阻抗和虚阻抗、导纳以及可能的其它参数，以区分那些包含局部最小阻抗值但处于较高频率且应被排除的区域。此外，控制器210可以确定与检测到的最小阻抗值相关联的频率范围，因为由电池组内的寄生损耗导致的阻抗的凹陷可能与小的频率范围相关联。
82.另外，控制器210可以使用从电池组获得的阻抗曲线图714辨别(fingerprint)或识别电池组配置，其中能量在电池组的单元之间跳跃。例如，包含串联连接的单元的第一电池组配置的阻抗图可与包含并联连接的单元的第二电池组配置不同。也可以类似地使用具有不同单元计数或定向的电池组之间的可检测差异。因此，控制器210可以获得电池组的阻抗图(除了电池组的其它方面的图之外，如电导和/或电纳)，并将获得的图与阻抗图的数据库进行比较。阻抗图数据库可以将每个图与特定的电池组配置或电池单元类型相关，使得通过将获得的阻抗图与存储的图进行比较，控制器210可以确定或估计正在充电的电池组或电池单元的配置。然后，控制器210可以基于估计的电池组配置对充电脉冲进行进一步调整或整形。
83.无论确定范围的上限阻抗值720的方法如何，电路控制器210都可以在操作806中确定上限阻抗值720的对应频率f
rmax 710。如上文所提及，电池单元电极处的阻抗可以基于施加到电极的充电信号的频率而改变。因此，频率f
rmax 710可对应于可接受范围的所选上限阻抗值720。电路控制器210可以确定与所选上限阻抗值720相对应的频率f
rmax
710。
84.在操作808中，电路控制器210还可以基于所获得的电池的最小阻抗值712为对应的可接受阻抗值范围选择下限阻抗值718。类似于此范围的上限阻抗值720，下限阻抗值718可以基于可接受阻抗值716来选择或确定，并且可以处于比出现最小阻抗值712的频率f
min 711更低的频率f
rmin 708。换句话说，电路控制器210可配置成通过从出现最小阻抗值712的频率f
min 711向左跟随阻抗值的绘制曲线714(或减小频率)直到遇到可接受阻抗值716，来确定或选择可接受阻抗值范围的下限阻抗值718。因此，在一些情况下，上限阻抗值720和下限阻抗值718可以相等(例如在所述范围的可接受阻抗值716处)，但在充电信号的不同频率出现，例如在高于和低于最小阻抗的频率f
min 711的频率。在另一实施方案中，阻抗值范围的下限阻抗值718可以是与最小阻抗值712的指定差，类似于所述范围的上限阻抗值720。无论确定上限阻抗值720的方法如何，电路控制器210都可以在操作810中确定下限阻抗值的对应频率f
rmin 708。通常，对应频率f
rmin 708是比最小阻抗值712的对应频率f
min 711低的频率。在一些实例中，用于产生充电脉冲的可接受谐波范围或集合可以基于落在所述范围的频率f
rmax 710和所述范围的频率f
rmin 708之间的频率范围，其还包括频率f
min 711。
85.在又其它实施方案中，电路控制器210可以不确定上限阻抗值720或下限阻抗值718中的一个或两个。相反，电路控制器210可为阻抗值范围选择(例如，在表格中查找等)频率f
rmax 710和频率f
rmin 708。在一些情况下，上限频率值和下限频率值中的一个或两个可以基于最小阻抗频率f
min 711，所述最小阻抗频率可以基于先前的建模、先前测量的外推等测量或从存储器中获得。通过基于最小阻抗频率f
min 711或以其它方式选择频率f
rmax 710和/
或频率f
rmin 708，电路控制器210可以控制充电信号的频率范围或带宽。此外，可以选择频率范围以确保频率范围内的对应阻抗值保持低于可接受阈值716(或多个可接受阈值)，以基于电池单元的所测量阻抗值或电池单元或其它电池单元的历史测量对电池单元充电。
86.在操作812中，电路控制器210可以获得与由频率f
rmax 710和频率f
rmin 708限定的频率范围内的多个频率相对应的幅度值。在一个实施方案中，对应于范围内的频率的幅度可与在所述频率下测量或估计的阻抗成比例。例如，为包含在频率f
rmax 710的充电脉冲中而获得的幅度可以与所述频率下的实阻抗值720成比例。类似地，为包含在频率f
min 711的充电脉冲中而获得的幅度可以与所述频率下的实阻抗值712成比例。因此，所述范围内的每个频率可以具有对应于所述频率下的阻抗值714的相关幅度。然而，可以注意到，每个谐波的阻抗可能不一定独立于波形的其它谐波的幅度。
87.在操作814中，电路控制器210可控制充电电路400的脉冲控制信号和pwm信号以产生电池单元404的特形充电脉冲。如上文所描述，图4的电路400可用于产生充电信号的脉冲到正在充电的电池单元404。特别地，滤波器电路406和/或输入整形电路420可被控制以将来自上轨442的电力整形成包含对应于上文所确定的频率范围的一个或多个频率或谐波的一系列充电脉冲。在一个实例中，滤波器电路406可被控制以产生对应于频率f
rmax 710或频率f
rmin 708下的正弦信号的前沿。此外，脉冲控制信号416的持续时间可决定充电脉冲的谐波范围，因为脉冲控制信号416的持续时间越长，对应的充电脉冲越宽(或充电脉冲的带宽越宽)。另外，输入整形电路420可经由pwm信号426控制，以更改所述信号的特定实例或谐波下的充电脉冲幅度。以此方式，电路控制器210可以向电路400提供一个或多个输入，以基于所确定的由频率f
rmax 710和频率f
rmin 708限定的频率范围将充电脉冲整形成包含多个谐波。通过图8的方法800，电路控制器210可产生一系列特形充电脉冲，以向电池404提供优化的电荷量，同时最小化或减小电池单元电极处的阻抗。
88.根据图5的方法500，可以使用所确定的频率范围和基于所述频率范围产生的充电信号。特别地，电路控制器210可以基于第一组所测量阻抗值从频率范围产生充电信号，以开始对电池单元充电。通过关于图5论述的迭代过程，可以在电池单元的再充电会话期间获得第二组所测量阻抗值。然后可以基于第二所测量阻抗值确定第二频率范围，并且可以相应地调整充电信号。以此方式，可以进行迭代过程，以基于电池单元的阻抗值的额外测量值在电池单元的再充电期间调整或更改充电信号的脉冲，所述过程包含重新计算充电信号中包含的频率或谐波的范围。
89.图9a是根据一个实施例的从电池充电电路产生的一系列经频率调谐的充电脉冲902的信号图902。在一个实例中，基于控制器210，电路400可产生脉冲914、916。信号图902示出在电流控制的硬件电路的情况下输入电压904或输入电流与充电信号的脉冲914、916的时间906的关系。可以看出，每一脉冲914、916是不对称的，其中前沿912与后沿910具有不同的形状。在一个实例中，脉冲914、916(例如，前沿和/或主体)可以由与在电池单元电极处看到的最小阻抗值相对应或相关的谐波的组合来限定。特别地，充电信号脉冲914、916可包含前沿部分912，其对应于与电池单元的最小阻抗值相关的选定频率。例如，脉冲914的前沿912的形状可对应于由控制电路210识别为电池单元的最小实阻抗值处的频率的谐波f
min 332。在一个实例中，前沿912的形状可以基于最小阻抗频率下的对应正弦曲线的前沿。在另一实例中，脉冲914的前沿912的形状可对应于谐波f
rmax 710或谐波f
rmin 708。识别最小阻抗
频率可单独或组合地基于一个测量值(或多个测量值)、电池特性等。不管所选择的频率如何，脉冲914的前沿912的形状都可以与最小化或减小电池单元处的阻抗的谐波下的正弦充电信号的一部分的前沿相同，以便更有效地施加电力再充电信号。
90.为了在所选谐波处产生脉冲914的前沿912，电路控制器210可以控制上述滤波器电路406中的一个或多个。例如，脉冲914的前沿912的形状可以与第一电感器410的电感值相关。特别地，第一电感410抵抗电流的快速传导，使得通过电感器的电流缓慢开始并随时间增加。对流过电感器的电流的电阻取决于第一电感器410的电感值。因此，为了对充电信号的脉冲914的前沿912进行整形，电路控制器210可以(经由脉冲控制信号416)激活第一晶体管412，以使电流开始流过电感器410流向电池单元404。电流可以缓慢开始并随时间增加，并且由于充电信号的电压与充电信号的电流相关，电压可以跟随电流，形成脉冲914的前沿912，如图9a所示。通常，流过第一电感器410的电流的增加速率可以基于电感器的电感值，并为充电信号的脉冲914、916提供前沿912的形状。因此，前沿912的谐波可以对应于第一电感器410的电感值。为了将目标谐波施加到前沿912，电路控制器210可以从多个滤波器电路406、418或第一电感应器中进行选择，以产生与最小实阻抗的所确定谐波相对应的前沿912的斜率。此外，第一电感器410抵抗电流快速增加可以防止充电信号脉冲存在陡峭前沿，从而减少在施加方波输入时可能在电池单元404处出现的高频谐波。
91.通过经由脉冲控制信号416激活滤波器晶体管412，当电流流过第一电感器410时，电路控制器210可以在选定的谐波处产生脉冲914的前沿912。在脉冲914的稍后某个时间，脉冲的幅度可以达到电力轨442的上限电压或浮动电压，对应于脉冲914顶部的恒定电压908。脉冲914的持续时间可以由电路控制器210通过保持第一晶体管412的导通状态来控制，使得经由第一电感器410和第一晶体管412向电池单元404提供电力。以这种方式，脉冲控制信号416可以控制充电信号的脉冲914的持续时间或宽度。
92.在一些情况下，电路400可被控制以包含脉冲914的陡峭下降沿910。电路控制器210可通过去激活第一晶体管412以将电池单元404与电力轨442断开连接来产生脉冲的陡峭下降沿910。特别地，电路控制器210可去激活脉冲控制信号416，以使第一晶体管412停止导通。如上文所解释，当第一晶体管412停止导通时流过第一电感器410的电流可以通过反激二极管414返回到电力轨442。以此方式控制第一晶体管412可产生脉冲914的陡峭下降沿910。此外，尽管陡峭下降沿910通常可对应于高谐波分量，但是随着在陡峭下降沿910之后，电池404上的电流和电压幅度接近或等于零(在电压的情况下为零过电位)，这种谐波可能不会增加电池单元404处的损坏阻抗。当电压幅度暂时降低到低于电池的浮动电压(例如，未接收充电电流时的电池电压)时，较高谐波和损坏阻抗之间的这种分离仍然存在，以减少充电电流达到零所需的时间，如下文参考图12b更详细地解释。以这种方式，通过控制滤波器电路406，可以产生特形充电脉冲418，其包含对应于电池单元404的最小阻抗值的谐波处的正弦前沿912、上限幅度908下的持续时间，及在电池电极处保持低阻抗的同时向电池单元404提供足够电荷的陡峭下降沿910。
93.通常，电路400可被控制以产生或将充电信号的脉冲整形为任何形状。例如，图9b是根据一个实施例的从电池充电电路400产生的一系列第二特形充电脉冲924、932的信号图922。在这个实例中，每个脉冲924、932的前沿928可以类似于上文关于图9a所讨论的前沿912。特别地，充电脉冲924、932的前沿912可以通过控制上述滤波器电路406中的一个或多
个产生。然而，在这个实例中，电路控制器210可以控制充电电路400的输入整形电路420、428中的一个或多个以进一步整形脉冲924，而不是在特形上升沿928之后的脉冲持续时间内具有平坦电压电平908的脉冲。在所示实例中，脉冲924在前沿928之后的部分926可包含均匀下降的电压(或电流)，直到陡峭下降沿930。尽管下降水平(或斜率)926被示出为线性的，但它不一定是线性的，并且脉冲924可以被整形为包含许多特征。在一个实施方案中，控制电路210可将pwm信号426提供到输入整形电路420的第二晶体管422。如上文所解释，pwm信号426可以是使第二晶体管422在导通状态(或“接通”状态)和非导通(或“断开”状态)之间交替的高频开关信号。第二晶体管422的快速交替操作可使电流从脉冲924流过第二电感器424。这种从脉冲924中抽取电流可在电流被去除时产生向下倾斜部分926。一般来说，pwm信号426的占空比可控制从脉冲924汲取的电流量，并且可被电路控制器210配置成产生脉冲924的斜率926。另外，如上文所解释，pwm信号426的断开部分可以足够快地闭合晶体管422，使得来自充电脉冲的抽取能量信号很少或没有通过连接446传输到地。相反，抽取的能量可以经由反激二极管430传输到上轨442，并存储在存储电容器432中以供充电电路400重复使用。
94.在充电脉冲924的时段结束时，可以进一步控制电路400，以限定如上文关于图9a所述的陡峭下降沿930。特别地，电路控制器210可以通过去激活第一晶体管412以将电池单元404与电力轨442断开连接来产生脉冲的陡峭下降沿910。特别地，控制器210可以去激活脉冲控制信号416以使第一晶体管412停止导通。在又其它实例中，还可以经由pwm信号426激活输入整形电路420，以抽取下降沿930处的电流，从而对脉冲924的下降沿进行进一步整形。应当理解，图9b中所示的充电脉冲924、932仅仅是可以通过控制充电电路400产生的特形充电信号的实例。特别是，电路控制器210可以控制滤波器电路406和/或输入整形电路420以根据需要产生各种形状的充电脉冲。以此方式，可以从电路400产生其它充电信号形状，例如图3a、图7b和/或图9a中所示的形状。
95.尽管上文关于电池电极处的实阻抗值进行了论述，但在对充电信号进行整形时，也可以考虑电池电极处阻抗的电抗或虚部。还可以考虑其它方面，例如导纳值和/或电纳值。特别地，图10a是示出用于产生充电电流1006以对电池单元再充电的正弦电压信号1004的信号图。通常，在电池单元处测量的充电电流1006可以具有与所施加的电压信号1004相同的形状。然而，由于电池的阻抗，施加到电池的充电电流1006可能在幅度方面较小，并且相对于电压信号1004具有时间延迟。电池处的电压信号1004和电流1006之间的幅度的定性差异旨在说明实阻抗z
r 1008的测量，为zr＝(dv/di)或(δv/δi)。上述方法和电路中的一个或多个在对充电信号的脉冲进行整形以对电池再充电时考虑此实分量。电压信号1004和电流1006在电池上的施加之间的时间延迟被示为z
i 1010，并且是由于电池阻抗的电抗或虚分量。与阻抗的实分量类似，阻抗的电抗1010部分也可能导致在充电会话期间向电池施加充电信号的效率低下。例如，充电波形的时段通常从充电电压或电流开始对电池再充电时开始测量，并在电压已稳定回到零过电位(端子处的电压与电池的浮动电压匹配)且没有充电电流(零安培)进入电池时结束。然而，忽略电池单元处阻抗的电抗部分的充电系统可以假设电压和由此产生的进入电池的充电电流波形同时开始和停止。但是，考虑阻抗的电抗部分，表明电池单元处的电压和电流波形之间存在电容或电感感应的时间延迟，由于充电信号的电压和电压之间的延迟，这会导致每个脉冲的充电期更长。这又会降低脉冲充电
期间的平均电流，导致电池单元处充电脉冲的效率更低。另外，根据电抗水平，电抗分量可以将能量重新引导到热量的形成，而不是电池内存储的化学能。电抗可能会产生问题，并在导电路径(如电缆、电线和电路板迹线)以及单元本身中产生热量。高水平的电抗也可能导致电极区域内的不均匀电化学活性，从而加剧集电器、电活性材料和电池单元内其它组件的欧姆降。
96.为了解决在向电池单元施加充电脉冲时的这种潜在低效，系统可以产生具有与电池单元处的阻抗的所确定或经估计电抗分量相对应的脉冲的充电信号。特别地，用于对电池单元再充电的充电信号的脉冲的脉冲形状和总时段也可以被定制为对应于阻抗的虚分量以及阻抗的实分量。例如，现在参考图10b，其示出了电池处阻抗1024的各种分量与施加到电池的充电信号的频率1026的关系曲线图1022。特别地，曲线图1022包含实阻抗值1028的图、虚阻抗值1032的图和计算出的模量阻抗值1030的图。通过本文所讨论的方法，可以确定与最小实阻抗值相对应的频率f
zr 1034，并利用所述频率产生具有脉冲的充电信号，所述脉冲包含在所述频率或在更高和/或更低的某一频率范围内的谐波。然而，如曲线图1022所示，对应于最小实阻抗值的频率f
zr 1034可以与电池电极处相对较高的虚阻抗1032值相关联。因此，仅考虑实阻抗不会考虑到虚阻抗及其对充电效率的影响，并且可能不会产生最佳充电解决方案。因此，本文描述的电路和方法的一些实施方案可以通过在不同程度上考虑虚阻抗和实阻抗，例如通过理解电池单元处阻抗的两个分量的频率，来优化限定脉冲形状的频率以及施加此类脉冲的总充电信号的时段。还有其它实施方案可以使用从电池单元处的所测量实阻抗和/或所测量虚阻抗计算出来的导纳值和/或电纳值。
97.在一个实例中，电路控制器210可以计算或以其它方式获得实阻抗值和虚阻抗值的组合，以选择产生充电信号的脉冲的频率或谐波。这样一个组合可包含实阻抗值和虚阻抗值的模量计算。阻抗模量值1030的图在图10b的曲线图1022中示出。电池处的阻抗的两个分量的其它组合还可由电路控制器210计算或确定并用于对充电信号的脉冲整形。例如，实阻抗和虚阻抗值中的一个或两个可以不成比例地加权(例如，向实阻抗值施加20％的权重，向虚阻抗值施加80％的权重)或成比例地加权，并且可用于确定充电信号的脉冲的不同方面，例如充电脉冲的前沿或宽度。与上文类似，电路控制器210可确定最小阻抗模量值和对应频率(在曲线图1022中示出为频率f
zmod 1036)。在曲线图1022中可以看出，以频率f
zmod 1036产生具有谐波的充电脉冲可以在电池处引入比其它频率更高的实阻抗，特别是与f
zr
相比，但可以最小化或减小虚阻抗分量。因此，通过考虑电池单元处的阻抗的两个分量(实阻抗1028和虚阻抗1032)，可以产生更有效的充电信号。考虑电池单元处的阻抗的两个分量对于具有多个单元的系统可能变得特别有用，在此类系统中阻抗因为多个单元之间的连接而增加。
98.在一些情况下，电路控制器210可以为充电信号选择不同于对应于最小实阻抗值的频率f
zr 1034或对应于最小模量阻抗计算的频率f
zmod 1036的频率。相反，电路控制器210可以平衡实阻抗值和虚阻抗值以确定充电信号的谐波，使得充电信号的选定频率可以在频率f
zr 1034和频率f
zmod 1036之间。
99.在一个特定实施方案中，充电信号的脉冲的单独部分可以由电路控制器210基于超过一个阻抗测量值来整形。例如，图11是根据一个实施例的从电池再充电电路产生的电池单元充电信号1102的特形脉冲1108的信号图，所述脉冲对应于两个或多个频率。与上面
参考图9a讨论的电力信号脉冲类似，脉冲1108可包含配置为对应于最小实阻抗值的谐波的前沿部分1110。例如，脉冲1108的前沿1110部分的形状可对应于谐波f
zr
1034。但是，脉冲1108的第二部分1112可包含基于不同于频率f
zr 1034的另一频率的谐波。例如，前沿部分1110和第二部分112结合在一起可包含对应于最小模量阻抗计算1030的基本谐波f
zmod 1036。施加对应于最小模量阻抗计算的谐波f
zmod 1036可确定脉冲1108的第二部分1112的持续时间，以减小来自电力再充电信号施加的电池电极处的虚阻抗。通过不仅基于电池处的实阻抗分量，而且基于虚阻抗分量来确定和施加谐波，可以使用更有效的电力再充电信号来对电池单元充电。
100.充电信号脉冲的又其它方面可以由电路400控制。特别地，通过控制充电信号脉冲下降沿可以获得电池单元充电效率方面的优点。图12a和图12b是根据一个实施例的跨电池单元的所施加/所测量电压1208和电池单元处的所测量充电电流1210与时间1206的关系图。如上文所论述，充电信号可包含陡峭下降沿，以去除到电池单元的充电信号1202。但是，在图12a的图中可以看出，当施加到电池的电压设置为零时，电流i不会立即降到零，而是在达到零之前有一些延迟。然而，可以设置脉冲之间的时间，使得直到电流达到零(单元去极化)，下一个脉冲才开始。因此，在一个实例中，电路400可以被控制为在充电信号的下一个脉冲可以开始之前一直等到电池单元404处的电流达到零，以防发生对电池单元的潜在损坏或在发生完全去极化之前开始使单元极化的低效充电。由于充电只能在脉冲期间发生，所以如果其它条件相同，则减少或最小化脉冲之间的时间会减少总充电时间。对于电路400的电压控制变型，充电信号的电流1210分量可能落后于电压分量1208。更特定地，如图12a所示，在去除电池的电压1208后，电池的电流1210可能需要一段时间才能返回到零。电池处的电流返回到零的这种延迟可能会使充电脉冲效率更低。因此，在一些实施方案中，如图12b的图1222所示，充电信号的电压1208可被控制为将电压驱动到低于与零电流相对应的转变电压，所述转变电压在图12b的图1222中表示为线1206。通常，转变电压1206是流入电池的电流被反转时的充电信号的电压，并且可以类似于电池单元的浮动电压。特别地，相比于没有闪烁的脉冲，在脉冲的下降沿1212之后的一段时间(示出为时段t
t 1216)内将电压1208驱动低于转变电压1206可以更快的速率将电流1210驱动到零安培。电压控制充电电路400的电压1208被控制在低于对应于零电流的转变电压的持续时间t
t 1216可以由电路控制器210确定或设置，以最小化电池单元404处的电流1210返回到零安培的时间。在一个实例中，电压突降可以被控制为不低于电池单元的推荐单元电压最小值，以保护电池单元的电极免受劣化。电压突降的幅度也可以被控制为充电脉冲幅度相对于转变电压的某个百分比。此外，只要电池单元内的电荷仍然平衡，就可以以将电流保持在零安培的速率控制电压返回到转变电压。一旦电流1210在特定的休息期内返回到零安培，就可以向电池单元404施加另一充电脉冲1202。因此，减少电池单元404处的电流1210返回到零所需的时间可以增加可以施加充电脉冲来对电池单元充电的速率。
101.尽管上面总体上论述为功率控制电路，但应当理解，充电电路400可以是电压控制的、电流控制的，或者可以在不同的情况下利用各者。通过测量电池单元404上的电压降和经由串联连接到电池单元404的电流感测电阻器测量电流来类似地控制这两种方法。控制方案之间的主要差异是基于电流感测硬件(例如电流感测电阻器)是在电源电路系统(例如电源402的功率放大器)的外部还是内部，以及是首先处理电池单元404还是电流感测电阻
器上的电压降。对于电压控制的电源，可以首先在电池单元404上进行电压测量，其次可以测量外部电流感测电阻器上的对应电压降，从而可以计算电池单元404处的电流，例如利用欧姆定律。这允许在计算电流时精确控制充电信号的电压，使得电池单元404上的电压先计算，然后再计算电池单元处的电流。
102.在一些情况下，电压控制的充电电路可以被控制以提供带有图12b所示分量的充电信号。特别地，充电信号1202的电压可以被控制以提供如上所述的正弦前沿1214，随后为脉冲的剩余主体提供平坦电压。如上所述，电压控制的充电信号可以为充电脉冲提供益处。还可以从电压控制电路400提供下降沿1212，所述下降沿包含部分1216，其中电压被驱动到低于与电池单元404处的零电流相对应的转变电压。还如图12b所示，电池单元404处的电流1210可能落后于控制电压1208，这说明了在控制电压1208之后计算电流。通过电压信号1208的控制，电流1210可以在额外充电脉冲以类似方式提供给电池单元404之前返回到零安培。电压控制电路400的另一个优点是提供精确的控制，以确保电池单元404的热力学阈值不被超过，从而防止电池单元404特性的损坏，例如保持低于电池单元404的电解质开始击穿的电压。
103.本文所论述的电路和方法还可使用电流控制的电源来实施。对于电路400的电流控制电源，电源电路系统内的预校准感测电阻器可以提供主要测量，使得流过此电阻器的电流可以取决于流过电池单元404的电流。因此，精确地知道充电电流允许在不知道电池单元上的电压降的情况下精确地控制到电池单元404的充电电流。在此实施方案中，进入电池单元404的电流(在电流感测电阻器处测量)本质上可以是已知的(通过感测电阻器上的预校准电压降)，而电池单元404上的电压作为这个施加电流的结果而被测量。图13是根据一个实施例的响应于施加到电池单元的充电信号1304的电流感测电阻器上的所测量电流1302和电池单元处的电压1310与时间1306的关系图。如图1302所示，可以控制去往电池单元404的电流以产生如上所述的类似脉冲，其正弦前沿1314可能对应于电池单元404处的最小阻抗值，随后是稳定电流。还可以从电流控制电路400提供下降沿1312，所述下降沿包含部分1316，其中电流被驱动到低于对应于电池单元404处的稳定转变电压的零安培。还如图13所示，电池单元404处的电压响应1310可能落后于控制电流1308，示出了电压作为反馈响应而不是主要控制因素的表现。
104.在可能使用简单分量或者过程受到正在充电的装置上现有电源硬件的限制的应用中，电流控制可能是默认机制。替代地，控制器响应时间和电池的瞬态响应都很快的实施方案中，电压控制或电流控制的方法可能表现类似。然而，随着频率的增加和/或如果电池展现出更高的电抗水平，这两种方法之间的表现可能会有所不同，并且可以解决实际的控制问题。
105.上文所论述的实施方案涉及测量或以其它方式获得电池单元204的阻抗，即实阻抗和虚阻抗，以确定充电信号的脉冲的至少一部分的频率分量。电池单元204的阻抗值可以通过多种方式或方法获得。在一个实施方案中，当向电池单元施加充电脉冲时，可以实时测量或估计电池单元204处的阻抗。例如，可以测量和/或估计电池单元204处的充电信号的电压和电流波形的幅度和时间分量的方面。电压和电流波形的所测量幅度和时间分量之间的差异可用于确定或估计电池单元204处的实阻抗、虚阻抗或近似阻抗。例如，可以从充电脉冲的前沿确定实阻抗值和虚阻抗值，因为前沿包括单个已知谐波，并且电压和电流波形的
幅度差可以在边沿的一致最小值和最大值处获取。类似地，阻抗的各方面可以根据充电脉冲下降沿处的电压和电流波形的幅度测量来近似。在又其它实施方案中，可以基于应用于测量的加权值来调整充电信号的电压和电流波形的各种测量。通常，可以确定或测量充电信号的电压和电流波形的若干方面，以确定或估计电池单元204处的阻抗。在另一实施方案中，可以通过数字处理系统获得和分析电压或电流波形的数百或数千个测量值。一般来说，波形的保真度越高和/或测量值越多，可以提供的对施加到电池单元204的波形的阻抗的分析更精确，从而更好地确定出现最小阻抗值的充电信号的谐波分量或波形对电池单元204的影响的其它方面，以确定充电信号的脉冲的形状。
106.图14是示出可用于实施上文公开的网络实施例的计算装置或计算机系统1400的实例的框图。特别地，图14的计算装置是执行上文描述的一个或多个操作的电路控制器210的一个实施例。计算机系统(系统)包含一个或多个处理器1402-1406。处理器1402-1406可包含一个或多个内部级高速缓存(未示出)和用于与处理器总线1412直接相互作用的总线控制器或总线接口单元。处理器总线1412也被称为主机总线或前端总线，可用于耦合处理器1402-1406与系统接口1414。系统接口1414可连接到处理器总线1412以利用处理器总线1412与系统1400的其它组件介接。例如，系统接口1414可包含存储器控制器1418，用于将主存储器1416与处理器总线1412介接。主存储器1416通常包含一个或多个存储卡和控制电路(未示出)。系统接口1414还可包含输入/输出(i/o)接口1420，用于将一个或多个i/o桥或i/o装置与处理器总线1412介接。一个或多个i/o控制器和/或i/o装置可与i/o总线1426连接，例如i/o控制器1428和i/o装置1430，如所示。
107.i/o装置1430还可包含输入装置(未示出)，例如字母数字输入装置，包含用于将信息和/或命令选择传送到处理器1402-1406的字母数字和其它键。另一类型的用户输入装置包含用于将方向信息和命令选择传送到处理器1402-1406并用于控制游标在显示装置上的移动的光标控件，例如鼠标、轨迹球或光标方向键。
108.系统1400可包含称为主存储器1416的动态存储装置或随机存取存储器(ram)或其它计算机可读装置，其耦合到处理器总线1412，用于存储将由处理器1402-1406执行的信息和指令。主存储器1416还可用于在处理器1402-1406执行指令期间存储临时变量或其它中间信息。系统1400可包含只读存储器(rom)和/或其它静态存储装置，其耦合到处理器总线1412，用于存储处理器1402-1406的静态信息和指令。图14中阐述的系统只是根据本公开的各方面可以采用或进行配置的计算机系统的一个可能实例。
109.根据一个实施例，上述技术可由计算机系统1400响应于处理器1404执行主存储器1416中所含的一个或多个指令的一个或多个序列而执行。这些指令可从例如存储装置的另一机器可读介质读取到主存储器1416中。执行主存储器1416中所含的指令序列可使处理器1402-1406执行本文所述的过程步骤。在替代实施例中，电路系统可以代替软件指令或与软件指令组合使用。因此，本公开的实施例可包含硬件和软件组件两者。
110.机器可读介质包含用于以机器(例如，计算机)可读的形式(例如，软件、处理应用程序)存储或传输信息的任何机构。此类介质可采用非易失性介质和易失性介质的形式，但不限于此。非易失性介质包含光盘或磁盘。易失性介质包含动态存储器，例如主存储器1416。机器可读介质的常见形式可包含但不限于：磁性存储介质(例如，软盘)；光学存储介质(例如，cd-rom)；磁光存储介质；只读存储器(rom)；随机存取存储器(ram)；可擦除可编程
存储器(例如，eprom和eeprom)；快闪存储器；或其它类型的适用于存储电子指令的介质。
111.本公开的实施例包含各个步骤，这些步骤在本说明书中描述。步骤可由硬件组件执行，或者可以体现在机器可执行指令中，所述指令可用于使编程有所述指令的通用或专用处理器执行步骤。替代地，步骤可由硬件、软件和/或固件的组合执行。
112.为了解释的清楚性起见，在一些情况下，各种实施例可以被呈现为包含单独功能块，包含包括装置、装置组件、以软件或硬件和软件的组合体现的方法中的步骤或例程的功能块。
113.叙述“中的至少一个”的权利要求语言指的是一个集合中的至少一个，并指示所述集合的一个成员或所述集合的多个成员满足权利要求。例如，叙述“a和b中的至少一个”的权利要求语言是指a、b或a和b。
114.在一些实施例中，计算机可读存储装置、介质和存储器可包含含有比特流等的有线或无线信号。但是，当提到时，非暂时性计算机可读存储介质明确排除了诸如能量、载波信号、电磁波和信号本身的介质。
115.根据上述实例的方法可以使用存储或可以其它方式获自计算机可读介质的计算机可执行指令实施。此类指令可包括例如使或以其它方式将通用计算机、专用计算机或专用处理装置配置成执行特定功能或一组功能的指令和数据。所使用的计算机资源的部分可以通过网络访问。计算机可执行指令可以是例如二进制数、例如汇编语言的中间格式指令、固件或源代码。可用于存储指令、所使用信息和/或在根据所描述实例的方法期间产生的信息的计算机可读介质的实例包含磁盘或光盘、快闪存储器、设有非易失性存储器的usb装置、联网存储装置等等。
116.实施根据这些公开的方法的装置可包括硬件、固件和/或软件，并且可以采用各种外观尺寸中的任何一种。此类外观尺寸的典型实例包含笔记本电脑、智能手机、小型个人电脑、个人数字助理、机架式装置、独立装置等。本文所述的功能也可以体现在外围设备或插件卡中。作为进一步的示例，此类功能也可以在不同芯片或在单个装置中执行的不同过程中实施于电路板上。
117.指令、用于递送这些指令的介质、用于执行指令的计算资源以及用于支持这些计算资源的其它结构是用于提供这些公开内容中描述的功能的手段。
118.上文详细论述了本公开的各种实施例。虽然论述了具体实施方案，但应理解，这仅仅是出于说明的目的进行的。相关领域的技术人员将认识到，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下使用其它组件和配置。类似地，各个实施例的各个方面的各种组合定义不同实施例。因此，以上描述和图式是说明性的，且不应理解为限制性的。描述许多具体细节以提供对本公开的透彻理解。然而，在某些情况下，未对众所周知的或常规的细节进行描述，以免混淆描述。本公开中对一个或一实施例的参考可参考同一实施例或任何实施例；并且此类参考意味着至少一个实施例。
119.对“一个实施例(one embodiment)”或“一实施例(an embodiment)”的参考意味着结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本公开的至少一个实施例中。在本说明书中各个地方出现的短语“在一个实施例中”不一定全部指代同一实施例，也不一定是与其它实施例相互排斥的单独实施例或替代性实施例。此外，描述了可以由一些实施例但不由其它实施例展现的各种特征。
120.本说明书中所使用的术语在本公开的上下文内和在使用每一术语的特定上下文中通常具有它们在本领域中的一般意义。对于在本文所讨论的术语中的任何一个或多个术语，可使用替代性语言和同义词，并且不管术语是否在本文详细说明或讨论，都不应加以特殊意义。在一些情况下，提供特定术语的同义词。对一个或多个同义词的叙述并不排除其它同义词的使用。本说明书中任何地方使用的实例(包含本文所讨论的任何术语的实例)仅是说明性的并且不旨在进一步限制本公开或任何实例术语的范围和含义。同样地，本公开不限于在本说明书中给出的各种实施例。
121.在不意图限制本公开的范围的情况下，给出根据本公开的实施例的仪器、设备、方法和其相关结果的实例。应注意，为了方便读者，实例中可使用标题或副标题，它们决不应该限制本公开的范围。除非另外定义，否则本文中使用的技术和科学术语具有本公开涉及的领域的普通技术人员通常理解的含义。在有冲突的情况下，应以本文件(包含定义)为准。
122.本公开的额外特征和优点在说明书中阐述，并且部分地将根据说明书显而易见，或者可以通过实践本文公开的原理来习得。本公开的特征和优点可以借助于所附权利要求中特别指出的仪器和组合来实现和获得。本公开的这些和其它特征根据上述描述内容所附权利要求书将变得更清楚，或者可以通过实践本文所阐述的原理来习得。
123.可在不脱离本发明的范围的情况下对所论述的示例性实施例进行各种修改和添加。例如，尽管上文所描述的实施例涉及特定特征，但本发明的范围还包含具有特征的不同组合的实施例以及不包含所有所描述特征的实施例。因此，本发明的范围旨在涵盖所有此类替代方案、修改和变化及其所有等效物。