專利名稱：用于測量充電狀態(tài)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測量能量存儲設備的充電信息，并且更具體地涉及測量能量存儲設備的動態(tài)響應以確定充電狀態(tài)。
背景技術：
電極被用于從某種介質中提供或者遷移電子。電化學電池使用電極以有助于電化學相互作用期間的電子傳輸和轉移。能量存儲設備可以在電化學電容和電解電容中使用電 極，分別對應于放電或充電過程。能量存儲設備的特征可以在于能量容量，這是可以由設備分別在充電和放電期間存儲或釋放的能量總量。能量存儲設備的充電狀態(tài)代表相對于能量容量指示充電或放電程度的過程變量。通常，充電狀態(tài)通過測量電化學儲能設備的工作電壓來確定或估算。但是，某些電化學儲能設備的工作電壓在某些工作方式中可能對充電狀態(tài)相對不敏感。

發(fā)明內容
鑒于上述內容，提供了用于確定能量存儲設備的充電信息的技術、方案和裝置。充電信息可以包括充電狀態(tài)、魯棒性指示、循環(huán)次數、與合適的能量存儲設備(ESD)相關聯的任意其他信息或其任意組合。在某些實施例中，一種或更多種動態(tài)響應例如位移、壓力、力(force)或其改變可以由任意合適的指示設備指示。指示設備可以是任意合適類型的線性位移傳感器、壓力換能器、力換能器、光學傳感器、任意其他合適的指示設備或其任意組合。在某些實施例中，處理電路可以被用于至少部分地根據接收自指示設備的信號確定測量值。充電信息可以由通過合適的處理電路接收的指示信號得出。在某些實施例中，充電信息可以被用于控制ESD的充電狀態(tài)或其改變(例如充電或放電)。適當的動態(tài)響應測量值可以由合適的測量設備確定。測量設備可以包括能夠被用于確定動態(tài)響應測量值的指示設備、處理電路、任意其他合適的部件或其任意合適的組合。關于ESD的充電信息可以由控制系統(tǒng)至少部分地根據動態(tài)響應測量值確定?？刂葡到y(tǒng)可以至少部分地根據充電信息給ESD充電或放電。例如，在某些實施例中，控制系統(tǒng)可以設定、限制、停止或以其他方式管理應用于ESD的充電特征(例如充電、充電率)。類似地，可以通過控制系統(tǒng)來控制放電特征。


本發(fā)明上述以及其他的目標和優(yōu)點將在結合附圖研讀以下的詳細說明之后變得明了，其中類似的附圖標記始終表示類似的部件，并且在附圖中圖I示出了根據本發(fā)明的某些實施例的雙極性電極單元(BPU)示范結構的示意性截面圖；圖2示出了根據本發(fā)明的某些實施例的圖I中BPU的疊層示范結構的示意性截面圖；
圖3示出了根據本發(fā)明的某些實施例的單極性電極單元(MPU)示范結構的示意性截面圖；圖4示出了根據本發(fā)明的某些實施例的包含兩個圖3中BPU的設備示范結構的示意性截面圖；圖5示出了根據本發(fā)明的某些實施例的具有剖面的示范性電極結構；圖6示出了根據本發(fā)明的某些實施例的示范性能量存儲設備(ESD)的頂部平面圖；圖7示出了根據本發(fā)明的某些實施例的沿圖6中VII-VII線截取的圖6中元件的截面圖；圖8示出了根據本發(fā)明的某些實施例的圖6中元件的截面圖，具有用于放大視圖的參考部分；圖9示出了根據本發(fā)明的某些實施例的從虛線820中截取的圖8中元件的放大截面圖；圖10示出了根據本發(fā)明的某些實施例的示范性ESD的截面圖；圖11示出了根據本發(fā)明的某些實施例的圖10中的ESD經歷示范性動態(tài)響應時的截面圖；圖12示出了根據本發(fā)明的某些實施例的耦合至指示設備的ESD的示意圖；圖13示出了根據本發(fā)明的某些實施例的耦合至指示設備和控制系統(tǒng)的ESD的示意圖；圖14示出了根據本發(fā)明的某些實施例的耦合至指示設備的示范性ESD ；圖15示出了根據本發(fā)明的某些實施例的包括測壓孔的示范性ESD的截面圖；圖16示出了根據本發(fā)明的某些實施例的從虛線1520中截取的圖15中元件的放大截面圖；圖17示出了根據本發(fā)明的某些實施例的耦合至指示設備的示范性ESD ；圖18是根據本發(fā)明的某些實施例用于指示動態(tài)響應的示范性步驟的流程圖；圖19是根據本發(fā)明的某些實施例用于確定充電信息的示范性步驟的流程圖；圖20是根據本發(fā)明的某些實施例用于利用指示設備控制ESD的示范性步驟的流程圖；圖21是根據本發(fā)明的某些實施例用于利用多于一個指示器控制ESD的示范性步驟的流程圖；圖22是根據本發(fā)明的某些實施例用于標定指示設備的示范性步驟的流程圖；以及圖23是示出了根據本發(fā)明的某些實施例的電池電壓和動態(tài)響應的時間軌跡的示范性數據曲線圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了用于確定能量存儲設備(ESD)充電信息的方法、裝置和設備。在示出了示范性實施例的圖1-23的背景下介紹本發(fā)明。圖I示出了根據本發(fā)明的某些實施例的雙極性單元(BPU) 100示范結構的示意性截面圖。示范性BPU 100可以包括活性材料正電極層104、導電的防滲襯底106和活性材料負電極層108。正電極層104和負電極層108被設置在襯底106的相對側。圖2示出了根據本發(fā)明的某些實施例的圖I中BPU 100的疊層200的示范結構的示意性截面圖。多個BPU 202可以被設置到疊層200內。在疊層200內，電解質層210被設置在兩個相鄰的BPU之間，以使一個BPU的正電極層204與相鄰BPU的負電極層208相對，并且電解質層210位于BPU之間。隔板(未示出)可以被設置在一個或更多個電解質層210內以電隔離相對的正負電極層。隔板允許相鄰電極單元之間用于復合的離子遷移，但是可以基本上阻止相鄰電極單元之間的電子遷移。正如本文中定義的那樣，“電池”或“電池 段”222是指第一 BPU 202的襯底206和正電極層204、與第一 BPU202相鄰的第二 BPU 202的負電極層208和襯底206以及第一和第二 BPU 202之間的電解質層210內包含的部件。每一個電池段222的每一個防滲襯底206均可由可應用的相鄰電池段222共用。圖3示出了根據本發(fā)明的某些實施例的單極性單元(MPU) 300示范結構的示意性截面圖。示范性MPU 300可以包括活性材料電極層304和導電的防滲襯底306?；钚圆牧蠈?04可以是任意合適的正極性或負極性活性材料。圖4示出了根據本發(fā)明的某些實施例的包含兩個圖3中BPU的設備示范結構的示意性截面圖。分別具有正極性和負極性活性材料的兩個MPU 300可以被堆疊在一起以構成電化學設備400。電解質層410可以被設置在兩個MPU 300之間，以使一個MPU 300的正電極層404與另一個MPU 300的負電極層408相對，并且電解質層410位于MPU之間。隔板(未示出)可以被設置在電解質層410內以電隔離相對的正負電極層。在某些實施例中，分別具有正極性和負極性活性材料的兩個MPU可以與合適的電解質層一起加至疊層200以構成雙極性電池。雙極性電池和電池組在Ogg等人的美國專利US7794877、0gg等人的申請?zhí)枮?2/069，793的美國專利申請以及West等人的申請?zhí)枮?2/258，854的美國專利申請中進行了更加詳細的介紹，在此通過引用將上述所有文獻的內容全文并入本文。用于構成電極單元的襯底(例如襯底106，206，406，416)可以由任意合適的導電且防滲或基本防滲的材料構成，包括但不限于無孔金屬箔、鋁箔、不銹鋼箔、包括鎳和鋁的包覆材料、包括銅和鋁的包覆材料、鍍鎳鋼、鍍鎳銅、鍍鎳鋁、金、銀、任意其他合適的導電和防滲材料或其任意合適的組合。在某些實施例中，襯底可以由一種或更多種合適的金屬或金屬組合(例如合金、固體溶液、電鍍金屬)構成。在某些實施例中，每一塊襯底均可由彼此粘接的兩塊或更多塊金屬箔板制成。每一個BPU的襯底通常厚度都在0. 025到5毫米之間，而每一個MPU的襯底厚度都可以在0. 025到30毫米之間并且例如用作接至ESD的終端或子終端。金屬化泡沫材料例如可以與扁平的金屬薄膜或箔片形式的與任意合適的襯底材料結合，以使得例如電池段活性材料之間的電阻可以通過使貫穿電極的導電基材膨脹而減小。設置在襯底上以構成本發(fā)明電極單元的正電極層(例如正電極層104，204和404)可以由任意合適的活性材料構成，包括但不限于例如氫氧化鎳(Ni (OH)2)、羥基氧化鎳(NiOOH)、鋅(Zn)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)、磷酸錳鋰(LiMnPO4)、鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰錳氧化物(LiMnO2)、任意其他合適的材料或其組合。正極性活性材料可以被燒結和浸潰，涂以水性粘合劑并壓制，涂以有機粘合劑并壓制，或者通過用于將正極性活性材料與其他支持性化學品包含在導電基材內的任意其他合適的技術而包含在內。電極單元中的正電極層例如可以具有被注入在其基材內以減少膨脹的粒子，包括但不限于金屬氫化物(MH)、鈀(Pd)、銀(Ag)、任意其他合適的材料或其組合。這樣例如可以增加循環(huán)壽命、改善復合以及降低電池段內的壓力。這些粒子例如MH粒子也可以位于粘接的活性材料糊料(例如Ni (OH)2)中以改善電極內的電導率并支持復合。設置在襯底上以構成本發(fā)明電極單元的負電極層(例如負電極層108，208和408)可以由任意合適的活性材料構成，包括但不限于例如MH、鎘(Cd)、錳(Mn)、Ag、碳、硅、任意其他合適的材料或其組合。負極性活性材料可以被燒結，涂以合適的粘合劑(例如水性、非水性、有機、無機粘合劑)并壓制，或者通過例如用于將負極性活性材料與其他支持性化學品包含在導電基材內的任意其他合適的技術而包含在內。負電極側可以具有的化學品包括 但不限于例如Ni、Zn、Al、任意其他合適的材料或其組合，將其注入到負電極材料基質內以 穩(wěn)定結構、減少氧化和延長循環(huán)壽命。各種合適的粘合劑包括但不限于例如有機羧甲基纖維素(CMC)、Creyton橡膠、PTFE (特氟龍)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、任意其他合適的有機或無機材料或其任意合適的組合，粘合劑可以與活性材料混合或以其他方式引入活性材料內以保持活性材料和襯底、固相泡沫材料、任意其他合適的部件或其任意合適的組合之間的接觸。任意合適的粘合劑均可被包含在漿料或任意其他的混合物內以增強粘附性、粘著力或其他合適的性質或其組合。在某些實施例中，n-甲基-2-吡咯烷酮可以被用作漿料內的液體介質(例如溶劑)。ESD的每一個電解質層中的隔板可以由電隔離其兩個相鄰的電極單元同時允許分子和離子在這些電極單元之間遷移的任意合適的材料構成。隔板可以包含纖維素超強吸收體以改善裝填并用作電解質容器以增加循環(huán)壽命，其中隔板例如可以由聚合吸收性的織布材料制成。隔板可以由此在對ESD進行充電時釋放先前吸收的電解質。在某些實施例中，隔板可以比標準電池密度更低且更厚以使電極間的間距(IES)可以在開始時比通常情況更大并且連續(xù)減小，從而在ESD的壽命期間保持其容量(或充電率)以及延長ESD的壽命。隔板可以是粘接至電極單元活性材料表面的相對較薄的材料，用于減少短路并改善復合。該隔板材料例如可以用噴射、涂覆、壓接或其組合的方式粘接到活性材料表面上。隔板可以具有附著于其上的復合劑。該復合劑例如可以被注入隔板結構內(例如這可以通過在濕法工藝中利用聚乙烯醇(PVA或PV0H)物理捕獲該試劑以將該試劑粘接至隔板纖維來完成，或者該試劑可以通過電極沉積而被加入其中)，或者該復合劑還可以通過氣相沉積而在表面上成層。隔板可以由任意合適的材料制成，例如聚丙烯、聚乙烯、任意其他合適的材料或其任意組合。隔板可以包括有效支持復合的試劑，包括但不限于例如鉛(Pb)、Ag、鉬(Pt)、Pd、任意其他合適的材料或其任意合適的組合。在某些實施例中，試劑可以與任何導電部件或材料完全隔離(例如不接觸)。例如，試劑可以被設置在隔板材料的薄板之間以使試劑不會導電地接觸電極或襯底。盡管若電池中的襯底彼此相向移動隔板可能會表現出電阻，但是在本發(fā)明可使用足夠剛性不會彎曲的襯底的某些實施例中也可以不設置隔板。ESD每一個電解質層中的電解質可以由在溶解或熔融時能夠電離以形成導電介質的任意合適的化合物構成。電解質可以是任意合適的ESD中的標準電解質，包括但不限于例如NiMH和鋰離子ESD?；阡囯x子的ESD內的電解質可以包括例如碳酸乙烯酯(C3H4O3)、碳酸二乙酯(C5HltlO3)、六氟磷酸鋰(LiPF6)、任意其他合適的鋰鹽、任意其他的有機溶劑、任意其他合適的材料或其任意合適的組合。基于NiMH的ESD內的電解質例如可以是水性溶液。電解質可以包含其他合適的材料，包括但不限于例如氫氧化鋰(LiOH)、氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鈣(CaOH)、氫氧化鉀(KOH)、任意其他合適的金屬氫氧化物、任意其他合適的材料或其組合。電解質還可以包含用于改善復合的添加劑，包括但不限于例如Pt、Pd、任意合適的金屬氧化物(例如Ag2O)、任意其他合適的添加劑或其任意組合。電解質還可以包含例如氫氧化銣(RbOH)或任意其他合適的材料以改善低溫性能。電解質可以被冷凍在隔板內并隨后在完全組裝好ESD之后融化。這樣就可以允許在墊圈已經跟與之鄰接的電極單元形成充分液密的密封之前將特別粘稠的電解質插入ESD的電極單元疊層內。電極可以包含導電網絡或部件。導電網絡或部件可以減小歐姆電阻并且可以允許 增加用于電化學相互作用的界面面積。例如，在圖4示出的疊層400內，電解質410和正電極層404或負電極層408之間的界面表現為平坦的二維表面。盡管在能量存儲設備的某些實施例中可以使用平坦或基本平坦的界面，但是電極也可以具有多孔結構。多孔結構可以增加電極和電解質之間的界面面積，這樣就可以增大可實現的充電率或放電率?；钚圆牧峡梢耘c導電部件或網絡混合或者加入其中以在更大的表面區(qū)域上擴展界面。電化學相互作用可以在活性材料、電解質和導電材料之間的界面處產生。ESD的導電襯底可以防滲或基本防滲，由此避免泄漏或短路。在某些設置方式中，一個或更多個多孔電極可以如圖1-4所示保持與襯底接觸。這種設置方式可以允許在外部電路和電極中的電子遷移。圖5示出了根據本發(fā)明的某些實施例的具有剖面的示范性電極結構500。電極結構500可以包括電極502和襯底506，它們可以共用界面510作為接觸面。界面510表示空間內至少有兩種部件、材料或其適當組合接觸相遇的平面或路徑。如本文中所用的術語“界面”描述了在任意兩種合適的部件之間基本為平面的接觸區(qū)域，或者是任意其他的在兩種不同材料或部件之間的接觸面。盡管圖示為平坦的圓盤形狀，但是電極結構500可以具有任意合適的形狀、曲率、厚度(任何一層)、(襯底和電極中的)相對尺寸、(襯底和電極中的)相對厚度)、任意其他的性質或其任意合適的組合。電極502可以包括一個或更多個導電部件(例如金屬)、一種或更多種活性材料(例如Ni (OH)2)、一種或更多種粘合劑、一種或更多種納米結構材料、任意其他合適的材料或其任意組合。ESD中的活性材料可能會由于電活動例如充電或放電而經歷體積膨脹或收縮，這可能會造成ESD充電狀態(tài)的改變。在某些實施例中，活性材料可能會響應于充電和放電事件而經歷交替的體積膨脹和收縮。體積改變可能是材料相變、生成反應、插入反應、活性材料層內原子或分子的插層反應、其他的物理或化學過程或其任意合適組合的結果。某些ESD的部件(例如襯底、單極性板或其他部件)在活性材料可能經歷體積改變時可以不經歷明顯的體積改變。在某些實施例中，ESD可以允許一個或更多個部件相對于一個或更多個另外的部件膨脹、收縮或兩者兼有以減小、增大、保持或以其他方式控制一部分ESD(例如適當的部件集合)的體積。在某些實施例中，體積改變可以基本上沿一個方向(例如軸向堆疊的方向)進行，并且可以被稱為例如“線性位移”。在某些實施例中，ESD的電池內的壓力可以隨著應用充電或放電過程而改變。例如，壓力可以通過電池內一種或更多種活性材料的體積改變而改變。在進一步的示例中，壓力可以隨著向電池內的氣相加入分子或從氣相中去除分子而改變。在某些實施例中，ESD可以允許一個或更多個部件相對于一個或更多個另外的部件膨脹、收縮或兩者兼有以減小、增大、保持或以其他方式控制一塊或更多塊電池內的壓力。用于ESD的可變體積外殼在West等人的申請?zhí)枮?2/694，638的美國專利申請中進行了更加詳細的介紹，在此通過引用將其內容全文并入本文。圖6和圖7中分別不出了根據本發(fā)明的某些實施例的不范性ESD 600的頂部平面圖和截面圖。如圖7中所示，ESD 600包括例如具有一塊或更多塊雙極性板606的電池622、正極性活性材料層604、負極性活性材料層608、電解質層610以及一個或更多個墊圈612。ESD 600還可以包括電池624和626，其中可以分別包括例如正極性的單極性板614或負極 性的單極性板618、正極性活性材料層604、負極性活性材料層608、電解質層610、墊圈612以及一塊或更多塊雙極性板606。在某些實施例中，ESD 600可以是雙極性電池，其中電池被串聯堆疊、并聯堆疊或者是任意合適的串聯和并聯堆疊結構。具有串聯和并聯電耦合電池的能量存儲設備在West等人的申請?zhí)枮?2/766，225的美國專利申請中進行了更加詳細的介紹，因此通過引用將其內容全文并入本文。圖7中的向量750示出了堆疊方向。應該理解根據本發(fā)明的電池可以沿任意合適的方向或取向堆疊。在某些實施例中，非雙極性的ESD疊層(例如圖4中的疊層400)可以被包含在ESD 600內。在某些設置方式中，相鄰的非雙極性ESD可以通過適當的間隙或材料層分離或者以其他方式彼此隔離。ESD 600內可以包含任意合適數量的任意合適類型或類型組合的電池。例如，在某些實施例中，ESD 600內可以包含單塊電池。在進一步的示例中，在某些實施例中，ESD可以包括相對于彼此可具有不同化學性質的一塊或更多塊電池。例如，第一電池可以包括基于鋰離子的部件，而第二電池可以包括基于NiMH的部件。在某些實施例中，ESD 600內可以包含一個或更多個墊圈612。墊圈612可以被用于例如密封各個電池、允許基本無泄漏的膨脹/收縮(例如動態(tài)密封)、定位一個或更多個部件(例如BPU)、緩沖撞擊、提供電隔離或離子隔離、執(zhí)行任意其他合適的功能或其任意組合。在某些實施例中，墊圈612可以包含空隙空間。例如，墊圈內的空隙空間可以有助于墊圈在ESD 600膨脹/收縮期間變形(例如拉伸，收縮)。在某些實施例中，墊圈612可以是例如彈性、撓性、可壓縮、剛性、任意其他的機械設計或其任意合適的組合。墊圈612可以包括螺孔、凹槽、減壓特征、0形環(huán)、密封劑、任意其他合適的材料、部件或特征件或其任意合適的組合。在某些實施例中，例如可以利用任意合適的密封劑(例如硅酮密封劑)、粘合劑或其他化合物將多塊電池粘接至相鄰的電池。如圖6和圖7中所示，ESD 600內可以包含能夠提供剛性、定位、包容、壓縮、裝配、沖擊阻尼或任意其他結構功能的任意合適的結構部件或其組合。例如，ESD 600可以包括彈簧620、壓板630和容器640。容器640可以被用于例如容納泄漏物、容納排出的流體、在ESD 600和周圍環(huán)境之間提供隔離(例如電隔離、離子隔離、熱隔離)、向ESD 600中的電池施加壓力、提供結構裝配特征、提供任意其他合適的功能或其任意合適的組合。彈簧620和壓板630可以被用于例如向能量存儲設備施加壓力。在某些實施例中，例如可以通過施加合適的壓力來減少或明顯減少泄漏、部件的定位偏移或其他的系統(tǒng)改變過程。如圖7中所示的壓力“Fe”可以從例如外部固定件、彈簧620、容器640或穿過壓板630延伸至容器640的螺栓施加至壓板630。相對于力“Fe”相等且反向的力也可以被加至例如容器640(例如來自容器640固定件的法向力)。例如，在某些實施例中，穿過壓板630和彈簧620內的孔延伸至容器640內適當內螺紋的螺栓可以在任意合適的螺栓分布圓或圖案 上擰緊以為ESD 600提供合適的壓力。在某些實施例中，壓板630和容器640可以相對于彼此空間地固定，而彈簧620可以沿向量750的方向或任意其他合適的方向(例如徑向地)經歷收縮或膨脹。任意合適的組裝技術均可被用于保持ESD600中的配置。在某些實施例中，ESD 600可以被約束為阻止或減小充電和放電期間的位移。在某些實施例中，ESD 600的約束位移與現有的無約束能量存儲設備相比可以造成電池氣壓、壓力、任意其他的動態(tài)響應或其任意組合的增大。在某些實施例中，來自于堆疊結構中部件重量的壓力可以有助于保持ESD 600的組裝。在可包括充電、放電或兩者兼有的操作期間，ESD 600可能會經歷動態(tài)響應例如膨脹(譬如沿向量750的方向或其他方向)、收縮(譬如沿向量750的方向或其他方向)、沿任意合適方向的其他位移模式、一塊或更多塊電池內的壓力改變、一個或更多個部件上的力改變、任意其他合適的動態(tài)響應或其任意合適的組合。例如，彈簧620可以隨著電池622、624和626分別沿向量750的方向膨脹或收縮而收縮或膨脹。圖8示出了根據本發(fā)明的某些實施例的圖6中元件的截面圖，具有圈出放大視圖的虛線820。圖9中示出了沿圖8中的虛線820截取的局部截面圖，包括電池624的部分、其中一塊電池622、正極性的單極性板614和彈簧620。在充電和放電過程期間，電池624內的壓力“P/’、電池622內的壓力“P2”或來自疊層中任意其他電池的壓力或其任意組合可能會由于因電活動發(fā)生的化學過程、電化學過程或以上兩者而改變。疊層中每一塊電池內的壓力均可響應于電活動而獨立改變或與其他電池內的壓力相關地改變。例如,在某些實施例中，在充電和放電過程期間可以生成能夠增加電池壓力的氣相材料(例如雙原子的氫氣、雙原子的氧氣)。在某些實施例中，固相活性材料的膨脹和收縮可以促使疊層內一塊或更多塊電池中的氣體壓力增大或減小。在某些實施例中，疊層內的一塊或更多塊電池可以氣動或液壓地耦合，這樣可以分別允許氣體或液體轉移并使適當耦合的電池中的壓力平衡。壓力“Fe”可以作用在ESD 600的任意合適的部件上。例如，在某些實施例中，相等且反向的力“Fe”可以作用于部件界面，例如界面822、824、852、854、任意其他合適的界面或任意的界面組合。壓力可以根據實際的接觸區(qū)域而以任意合適的方式分布在界面上。在部件之間特定的界面處，其中所有部件相對于固定框架都基本上沒有加速度，那么部件上就會存在相等且反向的力。例如，如果如圖8所示施加壓力“Fe”，那么即可如圖9所示在部件之間的界面處存在作用在相鄰部件上的相等且反向的力“Fe”。圖10示出了根據本發(fā)明的某些實施例的示范性ESD 1000的截面圖。ESD 1000可以具有一種或更多種特征，例如壓力、疊層高度“H1”、電池氣壓或任意其他合適的特征。如本文中所用的術語“特征”應該是指與ESD相關聯的可以部分或完整描述ESD的任意物理性質(例如機械、電氣、化學性質)。圖11示出了根據本發(fā)明的某些實施例的ESD 1100的截面圖。圖11中的能量存儲設備1100相對于圖10中的ESD 1000而言可以具有不同的特征。例如，在某些實施例中，在充電或放電過程期間，ESD 1100可以對應于沿向量1050的方向膨脹的ESD 1000。膨脹例如可以像圖10和圖11分別示出的那樣促使ESD疊層的高度從“H1”增加至“H2”。在某些實施例中，墊圈612可以膨脹、收縮或以其他方式變形以在膨脹和收縮期間保持或基本保持對應電池上的密封。在ESD的電活動(例如充電或放電)期間，ESD (例如ESD1000, ESD 1100)的一種或更多種特征可以改變。在某些實施例中，ESD的充電狀態(tài)或魯棒性可以通過例如位移、壓力、電池氣壓、電池電壓、任意其他合適的特征、任意合適的特征改變或其任意合適的組合來指示。如本文中所用的術語“充電·信息”應該是指ESD充電狀態(tài)、ESD魯棒性、任意其他合適的ESD相關信息或其組合的綜合數值或數值改變。在某些實施例中，ESD的充電信息還可以包括ESD的一種或更多種特征。圖12示出了根據本發(fā)明的某些實施例的可包括ESD 1210和指示設備1220的示范性系統(tǒng)1200的示意圖。ESD 1210可以是任意合適類型的雙極性或其他形式的ESD，包括例如NiMH型電池、鋰離子型電池、鉛酸型電池、任意其他合適類型的ESD或其任意合適的組
八
口 o指示設備1220可以是能夠指示動態(tài)響應的任意合適的設備或系統(tǒng)，包括例如力換能器、壓力換能器、位移傳感器、光學設備(例如光子源和檢測器，成像設備)、視覺指示器、近程傳感器(例如紅外、電容、感應式的近程傳感器)、霍爾效應傳感器、電壓表(例如數字式電壓表)、電流表、電阻表、電化學阻抗光譜系統(tǒng)、任意其他合適的指示設備或系統(tǒng)或其任意組合。動態(tài)響應可以來自于ESD 1210的電活動。ESD動態(tài)響應的指示并不局限于數值或定量指標，而且還可以表示動態(tài)響應的趨勢、改變(例如增大，減小)或其他的動態(tài)響應定性指標。ESD 1210可以通過耦合部分1212和1214耦合至指示設備1220。耦合部分1212和1214可以包括例如電耦合(例如電線)、直接接觸(例如與ESD 1210相接觸的力換能器)、光耦合(例如反射、吸收來自適當來源的光子)、任意其他合適的用于將ESD 1210耦合至指示設備1220的設置方式或其任意合適的組合。例如在某些實施例中，耦合部分1212可以允許ESD 1210的動態(tài)響應通過指示設備1220進行檢測(例如成像)，或者直接與之相互作用(例如提供力以促使其位移)。例如在某些實施例中，指示設備1220可以通過耦合部分1214提供能夠指示ESD 1210動態(tài)響應的適當刺激、擾動、任意其他的光、電或機械參考信號或信號的任意組合。耦合部分1212和1214可以在某些實施例中適當組合或以其他方式配合使用，例如使用不同的信號處理技術譬如調制/解調或更多路復用/多路分解。在某些實施例中(未示出)，可以省略耦合部分1214。在某些實施例中，一個或更多個(例如壓電、壓阻、電容性)壓力換能器可以通過適當的氣動或液壓管路(例如管道，配件)耦合至ESD中的一塊或更多塊電池(例如圖6中的電池622)。壓力換能器可以從外部動力源或電源接收功率信號(例如直流電壓和電流、交流電壓和電流)，并且可以響應或者以其他方式(例如直流信號，交流信號)指示ESD1210的一塊或更多塊電池內的壓力或壓力改變。在某些實施例中，壓力換能器可以包括機械部件，例如彈簧、隔膜、活塞、任意其他合適的機械部件或其任意組合。任意合適類型的壓力換能器均可被用于指示相對壓力(例如表壓)、絕對壓力或差動壓力或其任意合適的組
口 o在某些實施例中，一個或更多個位移傳感器可以通過直接接觸耦合至ESD (例如圖12中的ESD 1210)的一個或更多個部件。一個或更多個位移傳感器可以從外部動力源或電源接收功率信號(例如直流電壓和電流、交流電壓和電流)，并且可以響應或者以其他方式(例如用直流信號，交流信號)檢測并指示ESD 1210的一個或更多個部件的位移或位移改變。任意合適類型的位移傳感器均可被用于指示ESD1210的一個或更多個部件的相對位移、絕對位移或差動位移或其任意合適的組合。在某些實施例中，一個或更多個(例如壓電、壓阻、電容性)力換能器例如可以通過直接接觸耦合至ESD(例如圖12中的能量存儲設備1210)的一個或更多個部件。一個或更多個力換能器可以從外部動力源或電源接收功率信號(例如直流電壓和電流、交流電壓和電流)，并且可以響應或者以其他方式(例如用直流信號，交流信號)檢測并指示作用在 ESD 1210的一個或更多個部件上的力或力改變。任意合適類型的力換能器均可被用于指示相對力、絕對力或差動力或其任意合適的組合。在某些實施例中，力換能器可以包括機械部件，例如彈簧、隔膜、活塞、任意其他合適的機械部件或其任意組合。在某些實施例中，一個或更多個(例如干涉測量、基于光強、基于圖像的)光學傳感器例如可以通過任意合適的光路耦合至ESD (例如圖12中的ESD 1210)的一個或更多個部件。一個或更多個光學傳感器或檢測器可以從外部動力源或電源接收功率信號(例如直流電壓和電流、交流電壓和電流)，并且可以響應或者以其他方式(例如用直流信號，交流信號)檢測并指示光學現象。光學現象可以包括吸收、透射、反射、成像、任意其他的光學、光子或成像過程或其任意合適的組合。任意合適類型的光學傳感器均可被用于指示任意合適的動態(tài)響應或其任意合適的組合。在某些實施例中，光子源可以被用于提供任意合適強度、能量分布、相干性、任意其他合適性質或其任意組合的光子，光子可以被設置用于指示ESD 1210的動態(tài)響應。例如，在某些實施例中，激光可以被用于提供光子源，激光可以從ESD 1210的一個或更多個表面反射并且通過一個或更多個光子檢測器(例如光電倍增管、電荷耦合設備(CCD)攝像頭)進行檢測，這樣就可以指示一種或更多種ESD特征的改變。在進一步的示例中，成像攝像頭可以監(jiān)測一個或更多個部件、表面、邊緣、界限(例如壓痕，孔，凸起特征)或任意其他合適的能夠隨著ESD特性改變而改變的ESD表面特征的相對位置。成像攝像頭輸出(例如視頻幀、圖像)的差異可以指示ESD的一種或更多種動態(tài)響應(例如位移)。在某些實施例中，模式匹配技術、特征檢測技術、其他的圖像處理技術或其組合可以被用于根據成像指示設備來確定動態(tài)響應。 在某些實施例中，可以將多于一個指示設備耦合至ESD。例如，在某些實施例中，雙極性ESD的軸向位移和堆疊電壓可以分別利用可耦合至雙極性ESD的位移傳感器和數字式電壓表進行監(jiān)測。根據本發(fā)明任意其他的具有任何適當數量指示設備的組合均可被耦合至ESD 1210。在某些實施例中，用戶可以至少部分地根據指示設備的輸出來觀測一種或更多種特征的改變。例如，指示設備1220可以包括視覺上充分接近于ESD 1210的刻度面(例如標尺)。一種或更多種空間特征的改變可以通過ESD 1210的至少一項特征和指示設備1220刻度面上的至少一個刻度之間位置的相對改變來指示。在進一步的示例中，在某些實施例中，用戶可以監(jiān)測成像指示設備的輸出以用于ESD 1210的動態(tài)響應。圖13示出了根據本發(fā)明的某些實施例的可包括ESD 1310、指示設備1320和控制系統(tǒng)1350的示范性系統(tǒng)1300的示意圖。ESD1310可以是任意合適類型的ESD(例如圖12中的能量存儲設備1210)或ESD的組合。指示設備1320可以是能夠指示動態(tài)響應的任意合適的設備(例如圖12中的指示設備1220)。耦合部分1312可以包括能量存儲設備1310和指示設備1320之間任意合適類型的耦合部分(例如圖12中的耦合部分1212和1214)。如圖13所示，控制系統(tǒng)1350可以包括例如指示器接口 1352、處理電路1354和電源控制電路1356。在某些實施例中，控制系統(tǒng)1350的部分或所有部件可以位于ESD 1310或指示設備1320本地，例如本地CPU或板載處理單元。在某些實施例中，控制系統(tǒng)1350的部分或所有部件可以遠離能量存儲設備1310和指示設備1320設置，例如遠程應用服務器 或遠程處理設施?？刂葡到y(tǒng)1350可以被用于控制或以其他方式與任意合適的設備、系統(tǒng)、網絡或其合適的組合相互作用，例如電動車、遠程動力設施(例如太陽能電池板、風輪機)或輸電網。指示器接口 1352可以包括用于跟一種或更多種指示設備有線通信(例如局域網，控制引線)或無線通信(例如WiFi、光通信)的數據接口。指示器接口 1352可以通過耦合部分1324向指示設備1320提供信號(例如功率信號、參考信號)，從指示設備1320接收信號(例如調制信號、動態(tài)響應指示信號)或兩者兼有。在某些實施例中，指示器接口 1352可以包括例如RCA型接口連接、S-視頻接口連接、任意其他合適的視頻或圖像接口或其任意組合。在某些實施例中，指示器接口 1352、耦合部分1324或兩者可以包括例如線束，其中包括一根或更多根絕緣線、導線管、接線盒、插入式接線器(例如Molex 型接插件)、密封線組(例如Conax 型密封配件)、信號調制部件(例如帶通濾波器、放大器、整流器、橋接器、多路復用器、多路分解器、保險絲、二極管)、任意其他合適的電子部件或其任意合適的組合。例如，指示設備1320可以是連接至ESD1310中合適部件的應變儀。指示器接口1352、耦合部分1324或兩者可以包括四引腳惠斯通電橋電路，其中應變儀是橋路的四個電阻元件之一。橋接電路可以用絕緣引線和電氣端子電耦合至指示設備1320。應變儀由于ESD 1310(例如源于電活動)的位移而改變的電阻可以造成惠斯通電橋電路不平衡并提供ESD 1310動態(tài)響應(也就是位移)的指示。在某些實施例中，指示器接口 1352、耦合部分1324或兩者可以包括例如流體(例如氣體，液體)管道、管配件、管道配件、壓力調節(jié)器、壓力表、流量開關、閥門(例如止回閥，針閥)、任意其他合適的氣動或液壓部件或其中的任意合適部件。例如，在某些實施例中，指示設備320可以是能夠指示第一和第二壓力端口(例如高壓和低壓端口)之間壓差的差壓換能器。其中一個壓力端口可以流體耦合至指示器接口 1352的參考端口，它可以提供第二壓力端口處的參考壓力。流體耦合可以包括一定長度的管路以及用于將管路密封至端口的壓縮管路配件。指示設備1320的第一壓力端口可以流體耦合至ESD(例如ESD 1310)中的一塊電池。在某些設備中，指示器接口 1352、耦合部分1324或兩者可以包括例如光纖、光學部件(例如透鏡、光譜濾波器、光強濾波器、光束分離器、狹縫)、光束截捕器、光子功率計、任意其他合適的光學部件或其任意合適的組合。例如，指示設備1320可以包括通過可為光纜的耦合部分1324與指示器接口 1352通信的傳感器。耦合部分1324、指示器接口 1352或兩者可以包括例如耦合至光纜的機械傳輸(MT)光纖連接器。處理電路1354可以包括一個或更多個中央處理單元、微處理器、處理器集合(例如并行處理器)、CPU緩存、隨機存取存儲器(RAM)、存儲硬件(例如硬盤)、I/O通信接口、適當的電路、任意其他的硬件部件、任意合適的軟件或其合適的組合。處理電路1354可以包括任意合適的輸入輸出(I/O)接口用于例如與有線(例如局域網，控制引線)或無線(例如WiFi、光纖)通信網絡、本地或遠程數據庫(例如數據服務器)、一種或更多種能量存儲設備、任意其他合適的網絡或設備或其任意組合進行數據通信。在某些實施例中，處理電路1354可以包括信號處理部件例如濾波器(帶通濾波器)、模數(AD)轉換器、數模(AD)轉換器、調制器、解調器、放大器(例如運算放大器)、任意其他合適的信號處理設備或其任意組合。在某些實施例中，處理電路1354可以執(zhí)行軟件指令(例如閉環(huán)控制指令)。在某些實施例中，處理電路1354可以通過數據耦合部分1360發(fā)送和接收信號，數 據耦合部分1360可以被進一步耦合至本地或遠程設置的網絡、數據庫、處理設施、任意其他合適的網絡、設備或設施或其組合。在某些實施例中，控制系統(tǒng)1350中可以不包括數據耦合部分1360(例如單機系統(tǒng))。數據耦合部分1360可以包括引線(例如絕緣線、帶狀電纜)、接線條、金屬接線夾、螺旋式接線柱、焊接連接、通用串行總線(USB)連接、插入式以太網連接、光學耦合部分(例如光纖耦合，紅外信號)、任意其他合適的部件、材料、連接器和組件或其任意組合。在某些實施例中，處理電路1354可以包括存儲在任意合適存儲設備或存儲設備組合內的校正信息(例如校正常數、相關參數、工作映射表)、數據庫、任意其他合適的信息或其任意組合。存儲設備可以相對于處理電路1354本地或遠程地設置，其可以使用數據耦合部分1360以從合適的存儲設備發(fā)送和接收數據。校正信息可以被用于例如根據ESD的測量特征或任何其他信息來估算ESD 1310的充電狀態(tài)。處理電路1354可以用指示器接口 1352來發(fā)送和接收信號。例如，在某些實施例中，指示器接口 1352可以向處理電路1354輸出對應于ESD 1310動態(tài)響應的信號。在某些實施例中處理電路1354可以確定能夠至少部分地根據接收自指示器接口 1352的信號描述ESD1310充電和放電的時序方案、電流或電壓限制、電流或電壓變化率限制、報警、任意其他的電氣指標或其任意組合。處理電路1354可以通過耦合部分1314耦合至電源控制電路1356。電源控制電路1356可以被用于控制ESD 1310的電活動。在某些實施例中，電源控制電路1356可以被用于監(jiān)測、控制、調整或以其他方式管理通過耦合部分1314從能量存儲設備1310供應和提取的電力。在某些實施例中，電源控制電路1356、耦合部分1314或兩者可以包括例如引線、接觸器、保險絲、斷路器、超級電容器、開關、電壓調節(jié)器、電流調節(jié)器、變壓器、任意其他合適的電子部件或其任意組合。例如，在某些實施例中，電源控制電路1356可以包括能夠電耦合至能量存儲設備1310以對電負荷的改變提供快速響應的一個或更多個超級電容器。在進一步的示例中，保險絲、斷路器或接觸器可以由電源控制電路1356用于中斷送往或來自能量存儲設備1310的電流以避免例如過電流狀態(tài)。在某些實施例中，電源控制電路1356可以通過電源耦合部分1370被耦合至設備、系統(tǒng)、網絡或其組合。例如，在某些實施例中，電源耦合部分1370可以將電源控制電路1356耦合至驅動系(例如電動車(EV)驅動系，混合動力EV(HEV)驅動系，插入式HEV驅動系)、電負載(例如可調節(jié)電阻負載設備)、機電設備(例如直流電機，直流螺線管，發(fā)電機，風輪機)、電化學設備(例如電解器)、光電化學設備、光伏設備(例如太陽能電池)、輸電網、任意其他合適的電網、設備或系統(tǒng)或其組合。應該理解在某些實施例中，控制系統(tǒng)1350(例如ESD測試站)中可以不包括電源耦合部分1370。電源耦合部分1370可以包括引線(例如絕緣線，編織電纜)、導電元件(例如金屬導軌)、金屬線夾、螺旋式接線柱、焊接連接、任意其他合適的部件、材料和組件或其任意組合。在某些實施例中，控制系統(tǒng)1350中任意的適當特征或部件均可被包括作為指示設備1320的一部分。例如，指示設備1320可以被包括在計算機內，計算機可以將指示器接口、處理電路和電源控制電路集成為單個設備。包括指示設備的計算機可以通過耦合部分1312，1314或兩者耦合至ESD 1310。
圖14示出了根據本發(fā)明的某些實施例的包括耦合至指示設備1420的ESD 1410在內的示范性系統(tǒng)1400的示意圖。指示設備1420可以是線性位移傳感器、線性力換能器、任意其他合適的能夠指示動態(tài)響應的指示設備或其任意組合。在某些實施例中，壓板1430可以被螺接、壓接或以其他方式剛性固定至ESD 1410中包含的其他部件，例如包裝件1440或彈簧。在某些實施例中，壓板1430可以將壓力分配至ESD 1410的一個或更多個部件。單極性板1402例如可以被電耦合至電源引線1414。電源引線1414可以與電源引線1416—起將ESD 1410耦合至外部電源控制電路(例如電源控制電路1356)、外部設備(例如直流電機)、外部網絡或任意其他合適的系統(tǒng)或系統(tǒng)組合。在某些實施例中，電源引線1414和1416可以基本對應于圖13中的耦合部分1314。在某些實施例中，電源引線1414和1416可以包括螺旋式接線柱、焊接連接、絕緣線、編織電纜、金屬導軌、帶狀電纜、地線、用于輸送電力的適當部件或其任意組合。系統(tǒng)1400中的ESD 1410可以與系統(tǒng)1400的底座1450相接觸或以其他方式耦合。如圖14所示，底座1450包括例如支柱1454、支架1456和安裝耦合件1452，它們可以為ESD 1410提供機械支撐并且為指示設備1420提供適當的裝配。支柱1454、底座1450、支架1456和安裝耦合件1452可以包括例如部分或所有框架(例如車架)、壁架、殼體、任意其他結構部件或裝置或其任意組合。在某些實施例中，多于一個ESD可以與支柱1454、底座1450、支架1456或安裝耦合件1452相接觸。支柱1454、底座1450、支架1456和安裝耦合件1452可以由任意合適的材料制成,例如金屬、塑料、石墨、碳纖維、纖維玻璃、任意其他合適的結構材料或其任意組合或合成物。在某些實施例中，支柱1454、底座1450、支架1456和安裝耦合件1452可以構成基本剛性的結構。安裝耦合件1452可以被用于例如保持ESD1410相對于其他部件(例如指示設備1420)的定位、位置和/或取向。在某些實施例中，指示設備1420可以通過耦合部分1412耦合至ESD 1410。耦合部分1412可以被包括作為也可以不被包括作為指示設備1420的部件。在某些實施例中，耦合部分1412可以是基本剛性的能夠保持與單極性板1402相接觸的固體。指示設備耦合部分1424可以將指示設備1420耦合至任意合適的接口(例如指示器接口 1352)、設備、系統(tǒng)、網絡或其任意組合。例如，在某些實施例中，指示設備耦合部分1424可以允許指示設備1420和控制系統(tǒng)(例如圖13的控制系統(tǒng)1350)之間的通信。在充電或放電期間，ESD 1410的一種或更多種特征可能會改變。例如，在某些實施例中，ESD的一個或更多個部件可以響應于充電、放電或兩者而經歷基本平行于向量1490方向的位移。指示設備1420可以通過例如經過指示設備耦合部分1424傳輸信號或信號變化來指示ESD 1410的一個或更多個部件的位移。在某些實施例中，指示設備耦合部分1424可以不被包含在指示設備1420內。例如，在某些實施例中，指示設備1420可以是單機設備。指示設備1420例如可以在任意合適的顯示設備或部件上顯示與ESD 1420動態(tài)響應相關聯的指示、測量值、參數或其他輸出值(例如刻度線和參考標記，模擬表盤顯示，LCD顯示，LED顯示)。在某些實施例中，指示設備1420可以包括存儲硬件、處理電路、電源、任意其他合適的部件(例如圖13控制系統(tǒng)1350中任意合適的部件)或其任意組合。圖15示出了根據本發(fā)明的某些實施例的可包括壓力接頭1512的示范性ESD 1500的截面圖。圖16示出了根據本發(fā)明的某些實施例的從虛線1520中截取的圖15中元件的放大截面圖。盡管圖15中并未示出，但是ESD 1500可以包括任意合適的部件例如包裝件、彈簧、壓板、電源引線、任意其他合適的部件或其任意組合。在某些實施例中，壓力接頭1512可以在能量存儲設備1500的適當部件(例如圖16中所示的單極性板1514)內包括孔、凹口或空腔以向管路1552提供流體入口。盡管示范性的電池1524被示出為具有流體耦合至管路1512的空腔，但是在某些實施例中電池不必包括用于流體耦合至壓力接頭的空腔。壓力接頭1512可以包括例如管路耦合部分1550和管路1552。管路1552例如可以是管道、管線、軟管、歧管、任意其他合適的密封管路，可由任意合適的材料制成，包括例如金屬、塑料、橡膠、任意其他合適的材料或其任意組合或合成物。管路耦合部分1550可以是任意合適類型的耦合部分(例如壓接配件、管路配件、粗糙軟管配件、夾緊的真空型配件、焊接連接、錫焊連接、釬焊連接)或更多個耦合部分的組合(例如螺接至壓縮管配件適配接頭的管路)。管路1552可以是任意合適的形狀，并且可以從能量存儲設備1500伸出任意合適的距離。在某些實施例中，末端1530可以耦合至能指示壓力的指示設備。附加的管路耦合件(未示出)可以在末端1530處用于將管路1552耦合至指示設備。能量存儲設備1500在某些實施例中可以包括多于一個壓力接頭，它們可以被耦合至能量存儲設備1500中的一塊或更多塊電池。圖16中示出的路徑1570可以表示延伸至末端1530的基本連續(xù)的流體路徑。在某些實施例中，路徑1570可以在管路1552內延伸至能夠耦合至管路1552的指示設備。例如，電池1524內的壓力“PT”可以加在電池1524內包括的部件表面上。管路1552內的流體可以沿路徑1570具有與“PT”基本相同或不同的靜壓。在某些實施例中，例如在管道1552內可以伴隨能量存儲設備1500充電或放電的壓力平衡或改變期間可以有不穩(wěn)定的流體沿著路徑1570流動。圖17示出了根據本發(fā)明的某些實施例的包括耦合至指示設備1720的ESD 1710在內的示范性系統(tǒng)1700的示意圖。指示設備1720可以包括壓力換能器、壓力換能器、氣體傳感器(例如可調諧二極管激光傳感器、電化學傳感器)、溫度傳感器(例如熱電偶探針、熱、敏電阻器、耐熱設備)、任意其他合適的指示設備或其任意組合。在某些實施例中，壓板1730可以被螺接、壓接或以其他方式剛性固定至ESD 1710中包含的其他部件例如包裝件1740或彈簧。在某些實施例中，壓板1730可以將壓力分配至ESD 1710的一個或更多個部件。單極性板1760例如可以被電耦合至電源引線1714。電源引線1714可以與電源引線1716—起將ESD 1710耦合至外部電源控制電路(例如電源控制電路1356)、外部設備、外部網絡或任意其他合適的系統(tǒng)或系統(tǒng)組合。在某些實施例中，電源引線1714和1716可以基本對應于圖13中的耦合部分1314。ESD 1710可以與安裝耦合部分1750相接觸或以其他方式與之耦合。安裝耦合部分1750可以包括例如支柱、框架、支架、安裝耦合件、任意其他合適的部件或其任意組合以能夠設置用于安裝ESD1710。圖14中示出的系統(tǒng)1400的任何部件或任何附加部件均可在根據本發(fā)明的系統(tǒng)1700中實施。
在某些實施例中，指示設備1720可以通過流體耦合部分1712耦合至ESD 1710。流體耦合部分1712可以被包括作為也可以不被包括作為指示設備1720的部件。在某些實施例中，耦合部分1712可以是能夠耦合至單極性板1760的基本中空的管路。在某些實施例中，流體耦合部分1712可以基本對應于圖15和16中的壓力接頭1512，其中可以包括任意合適類型的管路、配件、閥門、壓力調節(jié)器、通風孔、任意其他合適的硬件或其任意組合。流體耦合部分1712可以具有任意合適的形狀、尺寸、長度或任意其他性質，并且可以由任意合適的材料或材料組合制成(例如銅、鐵、鋁、橡膠、塑料、聚四氟乙烯)。指示設備耦合連接1724可以將指示設備1720耦合至任意合適的接口(例如指示器接口 1352)、設備、系統(tǒng)、網絡或其任意組合。例如，在某些實施例中，指示設備耦合連接1724可以允許指示設備1720和控制系統(tǒng)(例如圖13的控制系統(tǒng)1350)之間的通信。在某些實施例中，指示設備1720可以通過指示設備耦合部分1724從控制系統(tǒng)、網絡、設備、任意其他合適的信號源或其任意組合接收信號(例如功率信號、參考信號)。在充電或放電期間，ESD 1710的一種或更多種特征可能會改變。例如，在某些實施例中，作用在ESD 1710內一個或更多個表面(例如電池內暴露給電池壓力的表面)上的壓力可以響應于充電、放電或兩者而改變。指示設備1720可以通過例如經過指示設備耦合部分1724傳輸信號或信號變化來指示作用在ESD 1710內一個或更多個表面上的壓力或壓力變化或兩者。在某些實施例中，指示設備耦合連接1724可以不被包含在指示設備1720內。例如，在某些實施例中，指示設備1720可以是單機設備。指示設備1720例如可以在任意合適的顯示設備或部件上顯示與ESD 1720動態(tài)響應相關聯的指示、測量值、參數或其他輸出值(例如模擬表盤顯示，IXD顯示，LED顯示)。在某些實施例中，指示設備1720可以包括存儲硬件、處理電路、電源、任意其他合適的部件(例如圖13控制系統(tǒng)1350中任意合適的部件)或其任意組合。圖18是根據本發(fā)明的某些實施例用于指示動態(tài)響應的示范性步驟的流程圖1800。在步驟1802，動態(tài)響應可以由指示設備指示。ESD的電活動可以造成至少一種動態(tài)響應例如作用在表面上的壓力或壓力改變、作用在部件上的力或力改變或者是一個或更多個部件的位移。步驟1802可以包括例如通過一個或更多個耦合部分傳輸的信號(譬如光信號、電信號、聲信號)，存儲為一種或更多種量度(例如測量值、基于測量值的計算值)，顯示一種或更多種量度，引發(fā)事件(例如報警，開關激活)，或任意其他合適的用于指示ESD動態(tài)響應的步驟或其任意組合。在某些實施例中，步驟1802可以包括例如在指示設備(譬如圖13的指示設備1320、圖14的指示設備1420、圖17的指示設備1720)和控制系統(tǒng)(譬如圖13的控制系統(tǒng)1350)之間傳輸連續(xù)或離散的信號，例如模擬信號和數字信號。步驟1802不必包括定量指標。例如,在步驟1802,指示設備可以指示動態(tài)響應已改變而不必提供改變的任何定量測量值。在一個示范性示例中，指示設備例如線性位移傳感器可以指示ESD中的適當部件已經經歷了(例如由ESD的電活動導致的)線性位移，但是指示設備不必提供位移的任何定量測量值。圖19是根據本發(fā)明的某些實施例用于確定充電信息的示范性步驟的流程圖1900。步驟1902可以包括指示可能經歷了充電、放電或兩者的ESD的動態(tài)響應。步驟1904可以包括測量ESD的動態(tài)響應。步驟1906可以包括確定與ESD相關聯的充電信息。如圖19中的步驟1902所示指示動態(tài)響應可以利用任意合適的指示設備執(zhí)行。步 驟1902可以包括例如通過耦合部分(例如耦合部分1324)向控制系統(tǒng)(例如控制系統(tǒng)1350)發(fā)送信號或信號的改變，部分地根據指示存儲一種或更多種量度(例如在處理電路1354內)，部分地根據指示顯示一種或更多種量度，引發(fā)事件，任意其他合適的響應或其任意組合。在某些實施例中，步驟1902可以包括在指示設備和控制系統(tǒng)之間傳輸連續(xù)或離散的信號，例如模擬信號和數字信號。圖19中的步驟1904可以包括例如部分地根據指示設備信號確定測量值，部分地根據指示設備信號計算量度，對指示設備應用相關性，搜索數據庫(例如分類參數庫)尋找分類值，任意其他合適的計算過程或其任意組合。步驟1904可以由任意合適的硬件(例如控制系統(tǒng)1350)、軟件或兩者的組合執(zhí)行。例如，在某些實施例中，控制系統(tǒng)可以通過通信耦合部分從指示設備接收指示信號。在步驟1904，控制系統(tǒng)例如可以利用處理電路以執(zhí)行軟件指令，從而部分地根據指示信號計算參數或參數改變。參數可以包括例如適當單元內的位移(例如英寸、毫米、立方厘米)，適當單元內的力(例如牛頓、磅)，適當單元內的壓力(例如帕斯卡、托、巴)，任意其他合適的參數或其任意組合。在某些實施例中，參數可以通過例如除以適當單位的參考值而適當地歸一化或去量綱化，與其他參數相結合，或任意其他合適的參數修正或其組合。在某些實施例中，合適參數的歸一化、去量綱化或兩者可以在計算期間提高準確度。在某些實施例中，步驟1904可以由適當的測量設備執(zhí)行。測量設備可以包括指示設備、處理電路、存儲器、校正設備、任意其他合適的硬件、任意合適的通信耦合部分或其任意合適的組合。例如，在某些實施例中，測量設備可以包括指示設備(譬如壓力換能器)以及可通過適當的線束電耦合在一起的處理電路。測量設備可以至少部分地根據來自指示設備的ESD動態(tài)響應指示來執(zhí)行動態(tài)響應的測量。步驟1906可以包括確定特定的充電信息，例如充電狀態(tài)、ESD魯棒性、任意其他合適的信息或其任意組合。在某些實施例中，充電狀態(tài)可以是ESD剩余電量從完全放電到完全充電(并且在某些實施例中是過度充電)范圍內的量化。例如，50%的充電狀態(tài)可以表示ESD具有的剩余電量(例如適當累積的活性材料)基本在完全放電和完全充電之間的中途。魯棒性可以是循環(huán)壽命、剩余循環(huán)壽命、充電容量、電池或疊層阻抗、部件故障、描述ESD相對活力的任意其他合適指標或其任意組合的量化。圖20是根據本發(fā)明的某些實施例用于利用指示設備控制ESD的示范性步驟的流程圖2000。步驟2002可以包括測量可能對應于經歷了充電、放電或兩者的ESD的動態(tài)響應。步驟2004可以包括確定與ESD相關聯的充電信息。步驟2006可以包括給ESD充電或放電。在某些實施例中，根據步驟2002可以通過測量設備來測量一種或更多種動態(tài)響應。例如，在某些實施例中，測量設備可以包括能夠指示動態(tài)響應的指示設備。測量設備可以包括能夠耦合至指示設備并且可以從指示設備接收信號的適當控制系統(tǒng)(例如圖13中的控制系統(tǒng)1350)。控制系統(tǒng)可以至少部分地根據接收自指示設備的信號來計算與動態(tài)響應相關聯的測量值。根據步驟2004，算出的測量值可以由控制系統(tǒng)用于確定充電信息例如充電狀態(tài)、充電狀態(tài)的變化、充電狀態(tài)的變化速率、魯棒性、任意其他合適的ESD充電的相關信息或其任意組合。根據步驟2006，充電信息可以由控制系統(tǒng)用于例如控制充電率、放電 率，或者用于充電、放電或兩者的規(guī)劃。步驟2002可以包括測量設備執(zhí)行任意合適測量動作，測量動作可以包括例如接收動態(tài)響應的指示，處理來自所包括的指示設備的信號(例如濾波、取平均、采樣、放大)，計算量度(例如確定測量值、成比例縮放測量值)，任意其他合適的可以執(zhí)行用于測量動態(tài)響應的動作或其任意組合。上述測量動作可以由任意合適的控制系統(tǒng)(例如圖13中的控制系統(tǒng)1350)執(zhí)行。步驟2004可以包括執(zhí)行用于確定充電信息的動作，包括例如至少部分地根據測量值計算充電信息，搜索合適的數據庫獲取充電信息，調用存儲的充電信息，任意其他合適的用于確定充電信息的處理或其任意組合。例如，在某些實施例中，合適的控制系統(tǒng)可以將測量值輸入特定公式(例如函數、多變量映射表、概率分布、離散變換)內以計算充電狀態(tài)值或魯棒性的值。在進一步的示例中，適當的控制系統(tǒng)可以搜索存儲設備上存儲的數據庫(例如索引查詢表)以獲得充電狀態(tài)值或魯棒性的值。控制系統(tǒng)可以基于測量值進行插值、調用或以其他方式從存儲設備中選擇充電信息。步驟2006可以包括對任意合適的ESD執(zhí)行電控制動作(例如充電、放電、斷開電路)。例如，在某些實施例中，任意合適的控制系統(tǒng)可以對ESD提供充電。控制系統(tǒng)在某些實施例中可以提供用于充電的規(guī)劃，其中可以包括設定值、極限或其他關于充電率、總充電量的指標或任意其他合適的量度。閉環(huán)或開環(huán)控制測量可以由控制系統(tǒng)用于至少部分地根據一個或更多個測量值給ESD充電或放電。例如，在某些實施例中，狀態(tài)空間模型可以被用于根據輸入的測量值來計算充電率或放電率。在進一步的示例中，數學公式可以被用于根據輸入的測量值來計算充電率或放電率。圖21是根據本發(fā)明的某些實施例用于利用一種或更多種指示設備以及一種或更多種測量的電學量度來控制ESD的示范性步驟的流程圖2100。步驟2102可以包括測量可能對應于經歷了充電、放電或兩者的ESD的動態(tài)響應。步驟2104可以包括確定用于ESD的充電信息。步驟2106可以包括給ESD充電或放電。在步驟2108，可以測量與ESD相關聯的一種或更多種電學量度。在某些實施例中，任意合適電學量度(例如ESD工作電壓、ESD的電壓-電流關系、ESD的阻抗)的測量值可以在步驟2102、2104或2106獲得以執(zhí)行每一個步驟中的相應動作。電學量度可以通過任意合適的測量設備進行測量，例如數字萬用表(DMM)、控制系統(tǒng)的模擬輸入通道、任意其他合適的測量設備或其任意組合。在某些實施例中，ESD的動態(tài)響應(例如位移、壓力或力)可以通過測量設備進行測量。測量可以由測量設備中的控制系統(tǒng)根據接收自測量設備中指示設備的信號來執(zhí)行。在任何特定時刻，ESD可以用指定的工作電壓運行(例如提供或接收來自適當電勢差的零或非零電流)。動態(tài)響應測量值可以進一步至少部分地基于例如ESD工作電壓。在某些實施例中，來自指示設備的一種或更多種信號以及一種或更多種電學量度的組合可以被用于根據步驟2102測量動態(tài)響應。
在某些實施例中，步驟2104可以包括至少部分地根據測量的動態(tài)響應以及至少部分地根據測量的電學量度來確定充電信息。在某些實施例中，特定的充電信息(例如充電狀態(tài)值)可以映射在不同的動態(tài)響應測量值和電學量度測量值上。例如，充電狀態(tài)可以被歸納為測量位移和測量工作電壓的連續(xù)函數。在進一步的示例中，充電狀態(tài)可以被歸納為測量位移和測量工作電壓二者的離散函數或映射。在進一步的示例中，魯棒性可以被歸納為測量的力以測量的電學阻抗為條件的條件概率分布函數。先前的示例是示范性的，并且是為了闡述概念而不是要限制本公開的保護范圍。任意合適的數學或計算對應(例如函數關系、相關性、概率分布、查表設置、在查詢表內的實體插值)均可被用于至少部分地根據測量的動態(tài)響應和測量的電學量度來確定充電信息。在步驟2108，可以監(jiān)測一種或更多種電學量度。例如，步驟2108可以包括根據來自測量設備(例如DMM)的信號計算電學量度(例如電壓、電流、阻抗)，執(zhí)行電化學阻抗光譜(EIS)測量，執(zhí)行伏安法測量(例如循環(huán)伏安法)，執(zhí)行計時電位測量(例如編程電流方法)，任意其他合適的用于測量電學量度的過程或技術或其任意組合。在一個示范性示例中，控制系統(tǒng)可以被耦合至多于一個指示設備的集合，每一個指示設備都I禹合至ESD (例如包括在EV內)。每一個ESD的動態(tài)響應均可由相應的指示設備指示，并且可以通過控制系統(tǒng)來監(jiān)控指標?？刂葡到y(tǒng)可以增加、減小或以其他方式管理每一個單獨的ESD相對于一個或更多個其他ESD的充電或放電。例如，如果特定的ESD相對于其他ESD以更高的速率經歷充電或放電，那么控制系統(tǒng)可以減少從特定ESD抽取或提供給它的相對電能，并且增加從一個或更多個其他的ESD抽取或提供給它們的相對電能。圖22是根據本發(fā)明的某些實施例用于標定指示設備的示范性步驟的流程圖2200。步驟2202可以包括將參考動態(tài)響應加至指示設備。步驟2204可以包括確定指示設備對參考動態(tài)響應的響應。步驟2206可以包括標定指示設備。在步驟2202，任意合適的動態(tài)響應均可通過標定設備、ESD或能夠提供標定參考值(例如距離、力、壓力)的其他裝置或其任意組合而加至指示設備。在步驟2204，指示設備對適當動態(tài)響應的一種或更多種響應可以由控制系統(tǒng)確定。例如，參考動態(tài)響應可以被加至指示設備。指示設備可以提供能由適當控制系統(tǒng)接收的信號(例如電壓)?？刂葡到y(tǒng)例如可以至少部分地根據接收自指示設備的信號確定測量值，確定預定值和指示設備信號或由其得出的量度之間的差異或其他指標。在步驟2206，控制系統(tǒng)可以被用于標定指示設備。在某些實施例中，控制系統(tǒng)可以確定標定參數、修改指示設備對動態(tài)響應的響應、按比例縮放或以其他方式調節(jié)從指示設備接收的信號、進行任意其他合適的標定技術或其任意組合。步驟2206可以由硬件、軟件或其任意合適的組合執(zhí)行。
在某些實施例中，包括已知參考氣壓的管路可以被耦合至指示設備(例如壓力換能器)。指示設備可以響應于參考氣壓提供輸出信號。控制系統(tǒng)可以從指示設備接收輸出信號并且確定接收信號和參考氣壓值之間的相關性。例如，IOOkPa的壓力可以被加至指示設備，指示設備可以向合適的控制信號輸出100毫伏(mV)的信號?？刂葡到y(tǒng)可以確定一種或更多種標定參數以使控制系統(tǒng)如果從指示設備接收到IOOmV的信號就計算出IOOkPa的測量值。在某些實施例中，控制系統(tǒng)例如可以根據從指示設備接收的信號計算測量值。對于先前的示例，控制系統(tǒng)標定可以包括確定lmV=lkPa。任意合適的標定曲線、相關性或其他關系均可由用于標定適當指示設備輸出的適當控制系統(tǒng)建立。在某些實施例中，步驟2206可以包括確定差值、公差、誤差、精度或從接收自指示設備的信號得出的測量值和參考值之間的任意其他比較指標或其任意組合。圖23是示出了根據本發(fā)明的某些實施例的電池電壓和動態(tài)響應的時間軌跡的示范性面板2300。面板2300，其橫坐標以小時為單位包括測量用于示范性ESD的位移時間序 列2302、力時間序列2304、壓力時間序列2306和工作電壓時間序列2308。面板2300時間序列的縱坐標比例以對每一個時間序列均可不同的任意單位示出。位移時間序列2302表不由位移傳感器測量的ESD軸向(例如堆疊方向)的位移。力時間序列2304表示由力換能器測量的ESD軸向力。壓力時間序列2306表示由壓力換能器測量的ESD中的電池壓力。工作電壓時間序列2308表示由數字萬用表(DMM)測量的ESD工作電壓。用于指示面板2300內表示的物理響應的指示設備(例如傳感器、換能器、DMM)被耦合至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)至少部分地基于指示設備輸出來執(zhí)行測量值的計算。在面板2300內約15、32、55、90和130小時的時刻，能夠在時間序列2302、2304和2306中看到波峰。波峰的上升行程可以在給ESD充電期間出現，并且波峰的下降行程可以在給ESD放電期間出現。與此同時，時間序列2308示出了下降之后的穩(wěn)定期。穩(wěn)定期可以對應于給ESD充電，而下降可以對應于給ESD放電。時間序列2302、2304、2306和2308在15、32、55、90和130小時處基本同時的特性表明充電信息可以至少部分地根據動態(tài)響應的指示得出。例如，時間序列2308可能在時刻15、32、55、90和130小時之前的充電時段期間對時間相對不敏感。時間序列2302,2304和2306可能在時刻15、32、55、90和130小時之前的充電時段期間對時間相對更加敏感。參見面板2300，在約135小時的時刻開始并且延伸至約185小時的時刻，能夠在時間序列2302、2304、2306和2308中看到振動特性，這可能是由相對快速的連續(xù)充電和放電ESD所造成。在時間序列2302、2304和2308中能夠看到十個波峰，而在時間序列2306中只能看到前六個波峰。振動特性在各種動態(tài)和電壓響應中的相關性表明充電信息可以至少部分地根據對充電/放電過程的動態(tài)響應的一種或更多種指示得出。在某些實施例中，可以監(jiān)測(例如對周期攝動的)一種或更多種動態(tài)響應的頻率響應以確定ESD充電信息、ESD魯棒性或兩者。在某些實施例中，ESD充電信息的改變可以至少部分地根據一種或更多種ESD特征的暫時行為、得自ESD指示或測量值的參數或其改變而得出。例如，根據一個或更多個時間序列得出的參數(譬如波峰高度、變化率、基線偏移、頻率響應或任意其他合適的參數或參數改變或其任意組合)可以被用于確定充電信息、ESD魯棒性或兩者。例如，參照圖23中的面板2300，時間序列2302、2304和2306在時刻15、32、55、90和130小時的波峰高度可以提供關于ESD充電狀態(tài)的信息。值相對較大的波峰高度可以對應于充電深度的增加。類似地，位于波峰之間的波谷內的深度增加可以對應于放電深度的增加。ESD魯棒性也可以至少部分地根據例如波峰高度確定。例如，由特定的充電或放電過程得出減小的波峰高度可以對應于減少了 ESD的循環(huán)壽命或充電容量。在某些實施例中，指示設備可以被用于無論是否對ESD執(zhí)行了電壓測量都獨立于電壓測量值地指示ESD的一種或更多種動態(tài)響應。例如，指示設備可以被用于指示位移，并且不必電連接至ESD的端子。因為電壓測量值通常需要電連接至ESD的端子，所以位移指示可以基本上與可能獲得的任何電壓測量值無關，并且與可能在進行的任何充電或放電無關。一種或更多種指示設備可以結合或不接合電壓測量值地指示任意合適的動態(tài)響應組合，目的都是為了確定充電信息。在某些實施例中，特定的動態(tài)響應可以被用于提供相對較為靈敏的充電信息確定 值。在某些實施例中，不同的動態(tài)響應可以在不同的工作狀態(tài)(例如充電狀態(tài))下使用以確定充電信息。例如，參照圖23，在時間序列2302、2304和2306的時刻90小時附近觀測到波峰,此時ESD被從充電切換為放電。在90小時的相同時刻，時間序列2308則顯示出相對較不明顯的特征。在這樣的狀態(tài)期間(例如接近于圖23的90小時附近的充電-放電切換)，充電信息例如可以至少部分地根據一種或更多種指示的動態(tài)響應而不是電壓測量值得出，這就可以允許在確定充電信息時有更大的分辨率。應該理解上述內容僅僅是本發(fā)明原理的示范性說明，并且本領域技術人員可以進行各種修改而并不背離本發(fā)明的保護范圍和精神。還應該理解各種方向和取向的術語例如“水平”和“垂直”、“頂部”和“底部”以及“側部”、“長度”和“寬度”以及“高度”和“厚度”、“內”和“外”、“內部”和“外部”等在本文中僅僅是為了方便而使用，并且不是為了通過使用這些詞語來表達固定或絕對的方向或取向限制。例如，本發(fā)明中的設備以及它們的各個部件可以具有任意需要的取向。如果重新取向，那么可能需要在對它們的說明中使用不同的方向或取向術語，但是這并不改變它們在本發(fā)明保護范圍和精神內的根本實質。本領域技術人員應該意識到本發(fā)明可以被實踐為不同于所述的實施例，給出上述實施例是為了說明而不是為了加以限制，并且本發(fā)明只能由所附的權利要求限定。
權利要求
1.一種用于提供能量存儲設備的充電狀態(tài)指示的方法，所述方法包括 利用指示設備指示能量存儲設備中的電活動的動態(tài)響應，其中充電狀態(tài)能夠根據所述動態(tài)響應的指示確定。
2.如權利要求I所述的方法，進一步包括至少部分地根據所述動態(tài)響應的指示提供所述動態(tài)響應的測量值。
3.如權利要求I所述的方法，進一步包括至少部分地根據所述動態(tài)響應的指示確定所述能量存儲設備的充電狀態(tài)。
4.如權利要求I所述的方法，其中所述動態(tài)響應包括所述能量存儲設備中的至少一個部件的位移。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述位移是基本上線性位移。
6.如權利要求I所述的方法，其中所述動態(tài)響應包括所述能量存儲設備中的氣體壓力的改變。
7.如權利要求I所述的方法，其中所述動態(tài)響應包括所述能量存儲設備中的力的改變。
8.如權利要求I所述的方法，進一步包括至少部分地根據所述動態(tài)響應的指示生成魯棒性的指示。
9.如權利要求I所述的方法，進一步包括相對于參考動態(tài)響應標定所述動態(tài)響應的指示
10.一種用于控制能量存儲設備的充電狀態(tài)的方法，所述方法包括 利用測量設備測量所述能量存儲設備的動態(tài)響應； 至少部分地根據所測量的動態(tài)響應確定所述能量存儲設備的充電信息；以及 至少部分地根據所確定的充電信息促使所述能量存儲設備的充電狀態(tài)改變。
11.如權利要求10所述的方法，其中促使所述能量存儲設備的充電狀態(tài)改變進一步包括給所述能量存儲設備充電或放電中的一種。
12.如權利要求10所述的方法，其中促使所述能量存儲設備的充電狀態(tài)改變進一步包括促使所述能量存儲設備的充電狀態(tài)的變化速率改變。
13.一種用于指示能量存儲設備的充電狀態(tài)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 被設置為耦合至能量存儲設備的指示設備，其中所述指示設備指示所述能量存儲設備的至少一種動態(tài)響應，由所述動態(tài)響應能夠確定充電狀態(tài)。
14.如權利要求13所述的系統(tǒng)，進一步包括處理電路，所述處理電路被耦合至所述指示設備并且被設置為 從所述指示設備接收所述動態(tài)響應的指示；以及 至少部分地根據所述動態(tài)響應的指示提供所述動態(tài)響應的測量值。
15.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述處理電路被進一步設置用于至少部分地根據所述動態(tài)響應的測量值確定充電信息。
16.如權利要求14所述的系統(tǒng)，進一步包括電耦合至所述處理電路和所述能量存儲設備二者的電源控制電路，其中所述電源控制電路被設置為給所述能量存儲設備充電或放電。
17.如權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述指示設備包括線性位移傳感器。
18.如權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述指示設備包括力換能器。
19.如權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述指示設備包括壓力換能器。
20.如權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述指示設備包括光學傳感器。
全文摘要
能量存儲設備的相關充電信息可以根據能量存儲設備的一種或更多種動態(tài)響應來確定。動態(tài)響應可以包括位移、力、壓力或其他的動態(tài)性質及其性質的改變。例如傳感器、換能器或其他設備的指示設備可以被用于指示動態(tài)響應。充電信息、測量值或兩者均可根據動態(tài)響應的指示得出。能量存儲設備的充電或放電可以根據充電信息控制。
文檔編號G01R1/36GK102763263SQ201180009903
公開日2012年10月31日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權日2010年1月15日
發(fā)明者D·J·韋斯特, J·K·韋斯特, J·雷加拉多, N·西塔 申請人:G4協同學公司