专利名称：电池荷电状态校准的制作方法
电池荷电状态校准本发明涉及电池荷电状态的确定。用于运行电梯的电力要求范围从正的(其中使用外部产生的电力(例如从公用电力))到负的(其中在电梯中的负载驱动马达，因此它作为发电机来产生电)。作为发电机来产生电的马达的使用一般被称为再生。在传统系统中，如果再生的能量未提供给电梯系统的另一部件或者被返回公用电网(utility grid)，它通过动态制动电阻器(dynamic brake resistor)或者其他负载被消耗。在该配置中，所有需求保留在公用电力上以供应电力给电梯系统(甚至在峰值电力状况期间(如，当不止一个马达同时启动时或者在高需求期间))。因此，从公用电力运送电力的电梯系统的部件需要被定尺寸以适应峰值电力需求，其可能更昂贵并且需要更多空间。而且，被消耗的再生能量未被使用，因而减少了电力系统的效率。另外，电梯驱动器系统典型地被设计成在来自电源的具体的输入电压范围内运行。驱动器的部件具有额定电压与额定电流，其允许驱动器在电源保持在指定输入电压范围内时连续地运行。在传统系统中，当公用电压下跌，电梯系统故障。在传统系统中，当公用电力失效发生或者处于差的电力质量状况之下时，电梯可在电梯并道门中的楼层之间停转，直至电源恢复正常运行。电梯驱动器系统可包含二次电源，其被控制以在正电力需求期间运送补充电力给电梯升降马达，以及在零或者负电力需求期间存储来自公用电力以及/或者电梯升降马达的电力。例如，Tajima等人的U. S.专利No. 6431323，描述了包括能量存储设备以及基于充电目标值(如，基于一天的时刻的充电值)用于控制能量存储设备的充电与放电运行的控制器的电梯驱动器系统。然而，该类型的控制未提供用于测量电梯驱动器系统将来的能量需求的直接方法，并且未控制能量存储设备的上和下充电限制。配备有再生驱动器的电梯提供恢复能量的大部分的可能性，其被用以移动负载以及配重。恢复的能量因此可被送回到建筑物电网或者被本地存储用于由电梯将来使用或者在容纳电梯的建筑物中的其他需要。利用所存储的能量给电梯供应电力具有对客户特定的利益，因为各个益处以及功能性可然后被实现，其包括由来自存储装置的升压(boost)所实现的供电线尺寸减少，以及由对电网的二次能量源产生的救援运行。控制电池的荷电状态(SOC)以确保系统的可运行性、保持电池寿命、并且保证安全运行是必要的。现有技术发表的电池SOC评估方法一般基于在SOC与可测量的参数(例如电池模块(或者电池组)电压、电流、以及温度)之间不精确的相关性。电池运行中所涉及的过程的复杂性使得SOC评估易于出错。基于由当前传感器的测量的库仑计算通常与卡尔曼滤波器(Kalman filter)结合以评估系统的状态。然而，不是随机的系统性的误差可导致不可能被限制的累积误差。因此，当前技术水平的SOC评估器根据电池容量的绝对值能够以几乎等于士 15%的精确性评估S0C。从而，电池可在所希望的SOC模式(regime)外运行，其会潜在地减少电池的寿命并且使电池的能效降级。为避免在所希望的SOC模式外的运行， 定期校准电池的S0C，以及因而重置任何SOC评估以及限定该评估中的误差是有利的。电池SOC校准技术对移动通信以及混合电动交通工具产业是关键的。由Ptasinski等人的美国专利No. 6630814针对校准移动电话的电池，教导一种库仑计算方法以贯穿电池寿命定期识别当前可用容量。该方法依赖于给电池完全地充电以及放电。美国专利No. 6630814还教导了备选的容量评估方法，其当完全的充电以及放电不被允许时基于电池的老化趋势。对完全的充电以及放电方法来说存在几个缺点。第一，它要求长时间来完成，其由于电池的连续运行而可不切实际。第二，完全地给电池充电以及放电(代表 100%放电深度(DOD))可能加速电池的降级，导致相当较短的电池寿命。因为电梯的工作循环经常高于平均移动电话的工作循环，并且在电梯系统中的电池的寿命需要更长，类似由美国专利No. 6630814公开的内容的方法可不适用于电梯。由Koo的美国专利No. 6841972教导一种在混合电动交通工具中定性重置电池的 SOC的方法，其基于SOC与电池参数之间的关系。该方法不要求给电池完全地充电以及放电，并且它能即时实现。电池的SOC被分成15%到25%的等级(brackets)。电池实际的 SOC被定性地评估并且被指派给等级的一个。讨论电池荷电状态的确定的其他专利以及公开的申请包括由Ying的美国专利No. 6356083 ；由Verbrugge等人的美国专利No. 6359419 ；由Tate，Jr.等人的美国专利No. 6441586 ；由Verbrugge等人的美国专利No. 6639385 ；由Tate，Jr.等人的美国专利No. 6653817 ；由Coates等人的美国专利No. 6686724 ；由Tate, Jr.等人的US专利 No. 6927554 ；由 Melichar 的美国专利 No. 7375497 ；由 Ying 的美国公开 No. 2003/0214303 ； 由Verbrugge等人的美国公开No. 2004/0162683 ；由Weisgerber等人的美国公开 No. 2005/0189918 ；由 Melichar 的美国公开 No. 2005/0231165 ；由 Melichar 的美国公开 No. 2006/0091861 ；由 Melichar 的美国公开 No. 2006/0091862 ；由 Melichar 的美国公开 No. 2006/0091863 ；由 Verbrugge 等人的美国公开 No. 2007/0159137 ；由 Zettel 等人的美国公开 No. 2007/0285061 ；由 Zettel 等人的美国公开 No. 2007/0285097 ；以及由 Ciaramitaro 的美国公开 No. 2008/0164849。关于SOC评估的各个专利以及公开的专利申请未充分地提供在定量基础上校准以及重置电池的技术。另外，那些校准方法的实现可具有对电池寿命的消极影响；因此，电池校准方法需要仔细的估计。
发明内容
电池状态校准方法使用开路电压V。。与SOC之间可观察的经验关系，但通过使电池经受受控的部分充电或者放电而克服了对充电历史的依赖。部分的充电或者放电确保由V。。 所限定的运行跟随已知的v。。-soc轮廓，例如充电或者放电边界曲线，其具有已知的v。。-soc 相关性。由于由被调整的微循环(其抵消了具有与先前使用关联的较长时间常数的弛豫行为)产生的电池的增强弛豫动力学，V。。在较短的时间内被直接测量或者评估。SOC然后基于V。。值以及已知的voc-soc相关性被评估。
图1是包括再生驱动器以及电能存储系统的电梯电力系统的示意图。图2示出了对于两个运行模式在具有6个单电池单元(cell)的Ni-MH电池模块的V。。与荷电状态(SOC)之间的实验观察关系。
图3A与3B分别示出了在一系列不平衡的充电微循环期间的电池电压与电池电流。 图4是示出由连续充电/放电以及由充电/放电微循环产生的V。。-S0C轮廓的对照的图形。图5A与5B分别示出了间断微循环化以模拟电梯运行的电池模块的电池电压与电池电流。图6A与6B是图5A与5B的部分的放大图，其示出在导致充电减少的第一组微循环与导致充电增加的第二组微循环之间的转变处的电池电压以及电池电流。图7示出了电梯的日常能量轮廓的示例。
具体实施例方式图1是电力系统10的示意图，其包括主电源与配电系统20、电力转换器22、DC总线24、平滑电容器26、电力逆变器28、调压器30、电能存储(EES)系统32、EES系统控制器 34、以及驱动器控制器36。电力转换器22、DC总线24、平滑电容器26、以及电力逆变器28 被包括在再生驱动器29中。主电源与配电系统20可以是公用电源，例如商用电源。EES系统32包括能存储电能的装置或者多个装置。电梯14包括电梯轿厢40以及配重42，其通过拉绳44与升降马达12连接。电梯14还包括负载传感器46，其与驱动器控制器36连接，用于测量在电梯轿厢40中的负载的重量。如将被本文描述的，电力系统10被配置成按照电梯升降马达12的电力需求(正或者负的)与EES系统32的荷电状态(SOC)的函数、以及电网使用的规范来控制在电梯升降马达12、主电源与配电系统20、以及/或者EES系统32之间的交换的电力。例如，当电梯升降马达12的电力需求是正的，电力系统10可从主电源与配电系统20以及EES系统32 按比率(其是需求大小与EES系统32的荷电状态的函数)驱动升降马达12。如另一个示例，当电梯升降马达12的电力需求是负的，电力系统10可按比率(其是EES系统32的荷电状态的函数)提供由电梯升降马达12产生的电力给电源与配电系统20以及EES系统32。 电力系统10当电梯升降马达12的电力需求近似为零(如，空闲期间)时还控制主电源与配电系统20以及EES系统32之间的电力分配，以及在主电源与配电系统20的失效情况时控制EES系统32以及电梯升降马达12之间的电力分配。电力转换器22以及电力逆变器28通过DC总线24相连。平滑电容器26跨DC总线24相连。主电源与配电系统20提供电力给电力转换器22。电力转换器22是三相电力逆变器，其可运行为将来自主电源与配电系统20的三相AC电力转换成在DC总线24上的 DC电压。在一个实施例中，电力转换器22包括多个功率晶体管电路，其包括并联的晶体管 50以及二极管52。每个晶体管50可以是，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。每个晶体管50 的控制电极(如，栅极或者基极)与驱动器控制器36相连。驱动器控制器36控制功率晶体管电路以将来自主电源与配电系统20的三相AC电力转换成在DC总线24上的DC电压。 平滑电容器26在DC总线24上平滑由电力转换器22提供的整流电力。注意当主电源与配电系统20被示成三相AC电源与配电系统时，电力系统10可适合接收来自任何电源类型的电力(包括(但不限于)单相AC电源以及DC电源)是重要的。电力转换器22的功率晶体管电路还允许在DC总线24上的电力被逆变并且被提供给主电源与配电系统20。在一个实施例中，驱动器控制器36采用脉宽调制(PWM)以产生选通脉冲以致周期性地开关电力转换器22的晶体管50以提供三相AC电力信号给主电源与配电系统20。该再生配置减少了对主电源与配电系统20的需求。电力逆变器观是三相电力逆变器，其可运行为将来自DC总线M的DC电力变换为三相AC电力。电力逆变器观包括多个功率晶体管电路，其包括并联的晶体管M以及二极管56。每个晶体管M可以是，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。每个晶体管M的被控电极(如，栅极或者基极)与驱动器控制器36相连。驱动器控制器36控制功率晶体管电路以将在总线M上的DC电力变换成三相AC输出电力。在电力逆变器观的输出端处三相AC 电力被提供给升降马达12。在一个实施例中，驱动器控制器36采用PWM以产生选通脉冲以周期性地开关电力逆变器观的晶体管M以提供三相AC电力信号给升降马达12。驱动器控制器36通过调整对晶体管M的选通脉冲的频率、相位以及大小可改变电梯14的移动的速度以及方向。另外，电力逆变器的功率晶体管电路M可运行为整流当电梯14驱动升降马达12 时产生的电力。例如，如果升降马达12正在产生电力，驱动器控制器36控制在电力逆变器 28中的晶体管M以允许产生的电力被转换并且被提供给DC总线M。平滑电容器沈在DC 总线M上平滑由电力逆变器观所提供的被转换的电力。在DC总线M上再生的电力可被用于给EES系统32的存储元件再充电，或者如以上所述地可被返回至主电源与配电系统 20。升降马达12控制在电梯轿厢40与配重42之间的移动的速度以及方向。驱动升降马达12所要求的电力随着电梯14的加速与方向、以及在电梯轿厢40中的负载而改变。 例如，如果电梯轿厢40正被加速，带有大于配重42的重量的负载(如，重负载)向上运动， 或者带有小于配重42的重量的负载(如，轻负载)向下运动，要求电力来驱动升降马达12。 在该例子中，用于升降马达12的电力需求是正的。如果电梯轿厢40带着重负载向下运动， 或者带着轻负载向上运动，电梯轿厢40驱动升降马达12并且再生能量。在该负的电力需求的例子中，升降马达12产生AC电力，其通过在驱动器控制器36的控制下的电力逆变器观被转换成DC电力。如上所述，所转换的DC电力可被返回至主电源与配电系统20，被用于给EES系统32再充电，以及/或者在跨DC总线M连接的动态制动电阻器中被消耗。如果电梯14以固定的速度带有平衡负载运动或者调平(leveling)，它可以是正在使用较少数量的电力。如果升降马达12既正开动又产生电力，升降马达12的电力需求大约为零。应注意，当单个升降马达12被示出与电力系统10相连，电力系统10能被修改以给多个升降马达12供电。例如，多个电力逆变器观可跨DC总线M并联连接以提供电力给多个升降马达12。另外，当EES系统32被示出与DC总线M相连，EES系统32可备选地与电力转换器22的三相输入的一个相相连。EES系统32可包括一个或者多个能存储电能的装置，其以串联或者并联的方式相连。EES系统32包括至少一个可再充电电池，其可包括镍-镉(Ni-Cd)、铅酸 (lead acid)、镍金属氢化物(Ni-MH)、锂离子(Li-ion)、锂离子聚合物(Li-Poly)、镍-铁 (nickel-iron)、镍-锌(nickel-zinc)、锌/碱/ 二氧化锰、锌-溴液流、钒液流、以及钠-硫电池的任何一种。在某些实施例中，EES系统32还可包括至少一个超电容器，其可包括对称的或者不对称的超电容器。EES系统32可包括一种类型的存储装置或者可包括相同或者不同类型存储装置的组合。电力系统10用主电源与配电系统20以及EES系统32 二者来解决升降马达12的电力需求。这减少了对主电源与配电系统20上的总电力需求，其允许从主电源与配电系统 20到电力系统10 (如，电力转换器22)运送电力的部件的尺寸(以及，从而成本)上的减少。另外，通过按照其荷电状态(SOC)的函数控制由EES系统32提供的电力的份额，EES系统32的寿命被延长。而且，电力系统10能通过运送电力到EES系统32以及从EES系统32 运送电力以解决升降马达12的需求而提供在主电源10失效后的救援且延长的服务运行。电力系统10以及具体地EES系统32的合适的运行要求SOC被监测。在所希望的模式(或者运行范围)内维护SOC确保了当需要时来自EES系统32的电力的可用性。另外，在所希望的运行范围内维护SOC能延长任何被用于存储电能的电池的寿命。EES系统控制器34监测EES系统32的S0C，并且控制EES系统的充电以及放电以维护EES系统32在所希望的SOC模式内。EES系统控制器34基于SOC开路电压(V。。)相关性通过部分地给电池充电或者放电以消除充电历史依赖(其典型地混淆这样的相关性) 来校准电池的荷电状态。确定SOC所要求的放电深度略少于先前的SOC校准技术(其要求电池完全的充电或者放电)。最小化放电深度相对完全充电或者完全放电方法延长了电池寿命ο EES系统控制器34首先通过将在某个负载下的电池电压与预定电压相比较来定性确定SOC是否在所希望的SOC模式或者范围以上或者之下。如果SOC在所希望的SOC模式以上，该校准将被调整以促使SOC在EES系统32的部分放电期间减少；否则，该校准将被命令以在EES系统32的部分充电期间增加S0C
在一个实施例中，EES系统控制器34在SOC校准期间设置电池管理策略使得SOC 通过在空闲期(如，当升降马达12未运行时)比例地减少充电或者增加充电来在一段时段内单调地增加或者减少。当SOC改变达到ca. 20%或者允许V。。越过已知的V。。-S0C相关性 (如，充电或者放电边界曲线)的最小值，EES系统控制器34将使用要求大量时间的传统方法、或者使用基于较短观测时段评估稳态V。。的加速方法来确定或者评估V。。的稳态值。为了评估电池的V。。而没有长休息时间，预测性的方法能被使用，其允许用代替数小时的几分钟到几十分钟内的短弛豫(relaxation)的V。。的评估。该方法能提供近似，其用作确保系统的可运行性以及可控制性的目的。部分充电/放电(对电池导致在SOC中的具体变化)，能基于库仑计算由EES控制器34控制。其他参数例如温度、温度变化率、电压以及电压变化率在SOC变动期间被监测以防止电池被过充电或者过放电。注意，确定SOC中的变化的表征不要求精确地计算电荷；相反，SOC的增加或者减少能通过观察当负载被移走时(如，开路状况)电压的趋势来确定。例如，除了在电压弛豫期间外，电压衰减一般指示在休息之前的SOC中的增加，并且电压恢复指示在SOC中的减少。在接下来的讨论中，电池SOC校准将使用基于Ni-MH电池的特性的示例来描述。 可再充电的镍金属氢化物(Ni-MH)电池由于其能量以及电力密度、由环境上良好的材料构造、以及安全性，是用于电梯应用的优选的能量存储装置。然而，其他电池类型也可被使用并且呈现对SOC监测类似的挑战。所讨论的原理以及方法学适用于其他电池类型。电池(例如Ni-MH电池)的开路电压(V。。)当质量输运以及寄生反应可忽略时等
8于在电池的电极电势中的差值。在平衡处的电极电势是热力学值，其取决于电极材料的组成以及环境状况。因此，V。。可以是电池荷电状态的指标。Ni-MH电池的阳极(Ni(OH)2)以及阴极(金属氢化物(MH))的模型已经被几个研究者提出并且在相关状况下被验证。见如， Mukul Jain,A. L. Ε. ,Michael Matthews与 John ffeidner,Thermodynamic considerations of the reversible potential for the nickel electrode (镍电极的可逆电势的热力学考虑)，Electrochimica Acta.，1998,43 (18) :ρ· 2649-2660 ；以及 Bala S. Haran, B. N. P.,以及 Ralph Ε. White, Theoretical analysis of metal hydride electrodes (金属氢化物电极的热力学分析)，Journal of the Electrochemical Soc.，1998，145 (12): p. 4082-4090，以及 A. Ledovskikh, D. D.，W. J. J. Rey,以及 P. H. Notten, Modeling of hydrogen storage in hydride-forming materials :Statistical thermodynamics(在M 化物形成材料中的氢存储模型统计热力学).Physical Review B, 2006, 73(1) :p. 014106。 直接从V。。计算SOC的实际困难起源自电极物种的非理想混合以及电极在实际状况下的非平衡性质。而且，在V。。与SOC之间所观察的相关性展示了明确的滞后或者对电池的充电或者放电历史的依赖。 图2示出对于两个运行模式在由6个电池单元(每个电池单元带1. 2V的正常电压)组成的Ni-MH电池模块(6. 5Ah)的V。。与其SOC之间的实验观察关系。图2中所示的用于获得V。。-S0C关系的一个程序或者运行模式是连续地以恒定电流给电池模块充电或者放电(从零SOC或者到零S0C)并且对每个SOC在电池被允许处于开路2小时之后在部分 SOC处停止电流以用于记录相应V。。。由该程序产生的V。。-S0C轮廓被称为边界回线100，并且包括充电轮廓100C以及放电轮廓100D。另一程序或者运行模式是从在零充电与全容量之间的部分SOC给电池充电以及放电并且使用相同方法记录V。。。该V。。-S0C轮廓被称为内部回线110并且通过空心与实心的正方形符号在图2中被示出。内部回线110包括充电轮廓110C以及放电轮廓110D。在边界回线100以及内部回线110两者中，滞后是可观察的并且可重复的。对 Ni-MH电池的滞后现象可发源于伴随阳极的Ni (OH)2与NiOOH之间转化的质子插层反应。 该滞后在大部分例子中典型地通过使用经验等式处理(B.Wu，Μ. Μ.，D. Brigham, R. Elder, R.E.White, A non-isothermal model of a nickel-metal hydride cell, Journal of Power Sources, 2001,101 :p. 149-157)。可见，基于边界回线100以及内部回线110关联于相同V。。所评估的SOC中的差值是巨大的；因此，基于V。。的SOC评估的精确性极大地取决于选择正确的V。。-S0C轮廓以匹配电池充电历史。对于例如在图1中所示的再生电梯系统，电池使用的负载轮廓可更精确地由微循环(其由在一个循环中的充电以及放电二者组成)所代表并且在循环内造成小的SOC漂移以及在一段时间期间内减慢电池SOC的偏离。一系列这样的循环在图3A以及3B中被示出。由模拟电梯运行的微循环产生的V。。-S0C关系在图4中被示出并且与由图2中所呈现的连续充电以及放电产生的关系相比较。两个v。。-soc轮廓的相似性表明v。。-soc的相关性主要由电极材料的状态所确定。另外，在这些测试中观察到，最大、恒定的SOC变化 (ca. 20% S0C)促使随后的V。。-S0C相关性穿过V。。-S0C边界回线100。SOC变化(其将有用于消除充电或者放电历史效应(假定对V。。的伪稳态)以及迫使随后的v。。-soc相关性依赖边界回线100的轮廓100C或者轮廓100D)对于高于或者低于图2的内部回线110所描绘的那些的其他SOC值可能少于20%，因为边界轮廓100C以及100D随着SOC逼近高或者低值时趋向收敛。确保电池相对全充电以约20%变化充电或者放电的一般过程形成在用于评估SOC的准备中调节电池的基础。该类型的校准过程使用SOC中的变动，其足够大以消除由滞后产生的V。。-S0C相关性的不确定性，而同时最小化该变动以便保持电池寿命。支持以相对短休息时间预测V。。的可行性的观测是当充电减少微循环以及充电增加微循环二者都呈现时可促进电池的弛豫。这些微循环出现以通过抵消由SOC变化产生的基础浓度梯度积累而可能加速开路电压的弛豫。对弛豫行为的质量运输基础能从论文 Ta、K. P. , Solid-state diffusion-coefficient measurement and modeling of intercalation materials, Department of Chemical Engineering, 1998, University of California,Berkeley中找到。这由在图5A以及5B中所示出的结果所证实，图5A以及5B 分别地显示循环的电池电压Vb以及电池电流Ib轮廓，由此图4中的V。。-S0C依赖被获得。在图5A以及5B中呈现的测试以完全放电的电池模块开始。图5A以及5B示出由一系列SOC减少微循环210A-210J以及一系列SOC增加微循环220A-220F跟随的初始连续充电200。在图5A中，能看到，由SOC减少微循环210A-210J产生的弛豫行为与连续充电 200的弛豫行为以及SOC增加微循环220A-220F的弛豫行为不同。在图5A中，连续充电200导致在开始处60%的SOC增加。连续充电200造成相当大的浓度梯度以及从而较长的弛豫时间。随后的微循环210A-210J(其以较慢的步伐逐渐减少S0C)看起来允许随后的弛豫更快速地进行。充电减少微循环210A-210J由一组充电增加微循环220A-220F跟随。微循环220A出现以导致较快的V。。衰减动力学(即使所有之前的微循环210A-210J在粗略20小时期间促使SOC整体偏离20% )。可观察到，在由微循环210A-210J所产生的充电减少期间每个间隔开路状况处的V。。的弛豫示出或多或少类似的时间常数。由初始连续充电200产生的历史效应并未出现以相当程度上影响该行为(大概由于随着时间的其逐渐消失的效应)。随着SOC变化翻转，图5A中的弛豫中的变化能更清楚地在图6A中可见，其以更大细节示出微循环210J以及220A。
基于图6A中的V。。的弛豫迹线，拟合短时间(例如在空闲时间期间的数分钟或者几十分钟)的初始弛豫数据以预测伪V。。(其是稳态V。。的合理近似)是可能的。对拟合V。。 迹线的时间常数根据电池的循环历史以及关于拟合误差的要求范围从100秒到10000秒。 然而，V。。变化在Ca. 1000秒之后变得相当较小。因此，稳态V。。的评估可通过分析在开路状况的早期时间(其当弛豫动力学被增强时能少于几十分钟)期间获得的V。。弛豫数据来得出。弛豫时间可在低电梯使用时间期间基于电梯先前日常行驶轮廓来成为可用的。该预测性方法被实现以减少为精确地记录V。。对非常长弛豫时间的要求。对再生电梯系统中的电池的充电增加或者充电减少运行的调整能通过以上公开的能量管理策略来实现。因此，预测性的V。。方法可被实现以评估V。。以便基于存储在数据库中的v。。-soc相关性校准S0C。备选地，稳态V。。可通过要求更多电池参数的电池终端电压模型被识别。部分充电或者放电可与电梯系统的行驶轮廓同步以在校准期间最小化电梯运行的中断。在图7中所示的典型的日常能量轮廓显示EES系统32的SOC能在没有EES系统控制器34(其一个主要功能是最小化SOC漂移)的干扰下偏离明显的量。因此，在合理持续时间内获得SOC变化的总量以实施校准方法是可能的。
一个实施例使用基于行驶轮廓的SOC漂移以便允许SOC偏离不超过20 %的总量或者用于确保特定类型电池的使用历史的效应是最小化所必须的最小值。与再生电梯的行驶轮廓关联的典型的每小时的能量轮廓在图7中被示出。对这样的行驶/能量轮廓，系统能容易地促使SOC在较大量内变化以设置电池到典型地在边界回线上具有已知的Voc-SOC相关性且具有能量流量最小干涉的状态。该发明通过提供电池SOC的精确的评估而有助于电池的寿命延长并且因而允许系统避免在所希望的SOC水平之外的运行。对再生电梯系统，电池每天将可能比在典型混合电动交通工具中的电池运行更长；因此，对校准的需要可比对混合电动交通工具更大。由校准方法所实现的益处包括提高的可靠性、低维护以及不频繁电池替换。而且，由于良好的电池寿命延长策略以及技术，电池的尺寸能被优化并且运送给定的性能水平的成本能被减少。尽管本发明已经参照优选的实施例被描述，本领域内技术人员将认识到形式以及细节上的变化可被做出且未脱离本发明的精神以及范围。例如，电池SOC校准已在图1中所示的特定电梯系统的上下文中被描述，但是适用于广泛的多种不同的电梯系统，以及需要电池SOC校准的其他系统。
权利要求
1.一种确定电池荷电状态(SOC)的方法，所述方法包括在全SOC范围的一部分内改变所述电池的SOC以确保由所述电池的开路电压(V。。)所限定的运行跟随已知的v。。-soc轮廓；确定V。。值；以及基于所述V。。值以及所述已知的v。。-soc轮廓评估所述电池的S0C。
2.如权利要求1所述的方法并且进一步包括确定SOC是否在所希望的SOC范围以上。
3.如权利要求2所述的方法，其中改变所述电池的SOC包括如果SOC在所希望的SOC 范围以上则减少所述电池的S0C，以及如果SOC不在所希望的SOC范围以上则增加所述电池的 SOC。
4.如权利要求1所述的方法，其中改变所述电池的SOC是在所述全SOC范围的高达约 80%的部分内。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述已知的V。。-S0C轮廓包括充电/放电边界回线。
6.如权利要求5所述的方法，其中改变SOC包括将所述电池充电至所述边界回线的充电轮廓。
7.如权利要求5所述的方法，其中改变SOC包括将所述电池放电至所述边界回线的放电轮廓。
8.如权利要求1所述的方法，其中改变SOC包括用包括充电以及放电二者的一系列微循环来运行所述电池。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述一系列微循环由电梯系统的再生驱动器的运行所产生。
10.如权利要求9所述的方法并且进一步包括将SOC的改变与所述电梯系统的行驶轮廓同步。
11.如权利要求10所述的方法，其中通过抵消先前SOC变化趋势以通过参照所述行驶轮廓调整电池使用来增强电压弛豫动力学，使得确定V。。值在短时间持续时间的开路期间发生。
12.如权利要求8所述的方法，其中确定V。。值基于所测量的V。。以及所述V。。的电压弛豫特性。
13.一种用于确定再生驱动器电梯系统的能量存储系统的荷电状态(SOC)的方法，所述方法包括给所述能量存储系统部分地充电或者放电以确保由所述能量存储系统的开路电压 (Voc)所限定的运行跟随已知的v。。-soc轮廓；测量V。。；以及基于已知的v。。-soc轮廓按照所测量的V。。函数评估S0C。
14.如权利要求13所述的方法，其中部分地给所述能量存储系统充电或者放电将SOC 改变高达全SOC范围的80%。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述已知的V。。-S0C轮廓包括充电/放电边界回线。
16.如权利要求13所述的方法，其中部分地充电或者放电由一系列微循环产生。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述一系列微循环由连同电网电力的所述再生驱动器电梯系统的运行所产生。
18.一种电梯系统包括再生驱动器；由所述再生驱动器运行的升降马达；与所述再生驱动器连接的电能存储(EES)系统；以及EES系统控制器，其用于按照荷电状态(SOC)的函数控制所述EES系统的充电以及放电，以及用于通过将所述EES系统充电或者放电至已知开路电压V。。-S0C边界曲线来实施 SOC校准，测量所述EES系统的V。。，并且按照V。。与V。。-S0C边界曲线的函数评估S0C。
19.如权利要求18所述的电梯系统，其中所述EES系统控制器在SOC校准期间给所述 EES系统充电或者放电以产生高达全SOC范围的约80%的SOC的改变。
20.如权利要求18所述的电梯系统，其中所述EES系统控制器在SOC校准期间采用由所述再生驱动器的运行所产生的一系列微循环给所述EES系统充电或者放电。
21.如权利要求20所述的电梯系统，其中所述EES系统控制器将所述SOC校准与所述电梯系统的行驶轮廓同步。
22.一种确定电池的荷电状态(SOC)的方法，所述方法包括在全SOC范围的一部分内改变所述电池的S0C，使得所述电池的SOC以及开路电压 (Voc)处于V。。-S0C充电/放电边界回线上；确定V。。；以及基于V。。以及所述v。。-soc充电/放电边界回线评估所述电池的S0C。
23.如权利要求22所述的方法，其中改变所述电池的SOC包括如果SOC在所希望的SOC 范围以上则减少所述电池的S0C，以及如果SOC不在所希望的SOC范围以上则增加所述电池的 SOC。
24.如权利要求22所述的方法，其中改变所述电池的SOC在所述全SOC范围的高达约 80%的部分内。
25.如权利要求22所述的方法，其中改变SOC包括采用一系列微循环给所述电池充电或者放电。
全文摘要
与再生驱动器一起使用的基于电池的能量存储系统的荷电状态(SOC)的校准使用SOC-开路电压(V oc#191)相关性。该电池被部分地充电或者放电以确保由V oc#191限定的运行跟随已知的V oc#191-SOC轮廓，例如充电或者放电边界曲线。部分的充电/放电可与由再生驱动器驱动的电梯系统的行驶轮廓同步。做出V oc#191测量，并且通过参照行驶轮廓调整电池使用来增强V oc#191的弛豫动力学，V oc#191更可靠地被评估。使用评估的V oc#191以及已知的V oc#191-SOC轮廓，电池的荷电状态被确定。
文档编号G01N27/416GK102246029SQ200880132053
公开日2011年11月16日 申请日期2008年11月17日 优先权日2008年11月17日
发明者L·陈, S·M·奥吉亚努, V·布拉斯科, W·A·费罗内西 申请人:奥的斯电梯公司