对能量存储装置中的电流测量进行采样的系统和方法与流程

本主题一般涉及能量存储系统，且更具体地，涉及在减少诸如混叠的偏移误差的同时，对能量存储资产中的电流测量进行采样的系统和方法。

背景技术：

对能量存储装置或能量存储资产中的电荷状态的追踪能够是巨大的挑战。电荷状态估计的最常见的方法涉及电流的测量及它的积分。然而，电流测量中的偏移误差的积分经常导致电荷状态估计中的大的误差。混叠误差是这样的偏移误差的示例，并且是这样的误差的最常见的一个。

因此，在长时间周期内执行电荷状态测量可能成为巨大的挑战并且，例如，可能要求利用能量存储装置的特性的周期性校正。这样的校正的可行性高度地取决于具体的电池化学和感兴趣的特定的应用。这样的校正也可能对存储装置的操作是破坏性的，且通常并非期望的。

通常，能够使用采样系统来使由混叠引入的偏移误差最小化，所述采样系统涉及其后是以适当的速率（例如，如由nyquist规则所指导的）采样的模拟抗混叠滤波器。在图1中示出这样的方案的示例。在此途径中，采样频率ω1选取为比抗混叠滤波器的截止显著地更大（典型地，例如，是五至十倍），以避免混叠。

然而，图1中说明的采样方案要求基于实现的采样率以及要采样的输入信号的频谱内容的假设的模拟滤波器的设计和实现。

因而，与采样的信号的频谱内容或采样率相关的观察的特性或假设的改变要求模拟滤波器的对应的改变。对模拟滤波器的这样的改变经常是昂贵且耗时的。因此，图1中说明的采样方案不容易地可适应于变化的情形或应用。

对专用抗混叠滤波器的一个备选方案是以下列项的配置的使用：固定的模拟抗混叠滤波器设计；用于给定的抗混叠滤波器的适当地高采样率；以此较高的采样率的数字低通滤波器；以及以适合于一般计算的较低采样率进行的信号的重新采样。在图2中示出用于这样的方案的框图。在此方案中，基于模拟抗混叠滤波器的设计而选择采样频率ω1，而采样频率ω2是用于控制系统的期望的采样频率。

然而，经常在针对多个应用而利用控制和测量硬件的一个集合的应用中实现图2中说明的方案。因此，针对每个不同的应用而重新配置系统的硬件（例如，固定的滤波器）是不可行的。

技术实现要素：

将在下面的描述中部分地阐明、或可以从描述学到、或可以通过实践实施例而学到本公开的实施例的方面和优点。

本公开的一个示例方面针对用于将电流信号去混叠的电流采样系统。电流采样系统包括积分器电路，所述积分器电路接收电流信号作为输入并且积分电流信号以输出电荷信号。电流信号指示在能量存储系统的能量存储资产处的电流。电流采样系统包括电荷信号采样器电路，所述电荷信号采样器电路以电荷信号采样率对电荷信号进行采样。电流采样系统包括微分器电路，所述微分器电路从电荷信号采样器电路接收电荷信号的样本并且微分电荷信号的样本以输出抗混叠的电流信号。

本公开的另一示例方面针对能量存储系统。能量存储系统包括至少一个能量存储资产。能量存储系统包括电荷状态确定系统以至少部分地基于指示在至少一个能量存储资产处的电流的电流信号来确定至少一个能量存储资产的电荷状态。电荷状态确定系统包括电流采样系统，所述电流采样系统将电流信号去混叠。电流采样系统包括积分器，所述积分器接收电流信号作为输入并且积分电流信号以输出电荷信号。电流采样系统包括电荷信号采样器，所述电荷信号采样器以电荷信号采样率对电荷信号进行采样。电流采样系统包括微分器，所述微分器从电荷信号采样器接收电荷信号的样本并且微分电荷信号的样本以输出抗混叠的电流信号。电荷状态确定系统进一步包括电流样本积分器，所述电流样本积分器重新积分抗混叠的电流信号以生成资产电荷状态数据，所述资产电荷状态数据指示至少一个能量存储资产的电荷状态。

本公开的另一示例方面针对用于将第一信号去混叠的方法。方法包括由积分器电路积分第一信号以获得第二信号，所述第二信号指示第一信号的积分。方法包括由采样器电路以采样率对第二信号进行采样以获得第二信号的样本的集合。方法包括由微分器电路微分第二信号的样本的集合以获得第一信号的抗混叠的版本。

能够对本公开的这些示例方面进行变型和修改。

参考下面的描述和所附权利要求，各种实施例的这些及其它特征、方面以及优点将变得更好理解。合并于本说明书中且组成本说明书的一部分的附图说明了本公开的实施例，并且连同描述一起用来解释相关的原理。

附图说明

参考附图而在说明书中阐明针对本领域普通技术人员的实施例的详细的讨论，其中：

图1描绘了电流采样方案；

图2描绘了电流采样方案；

图3描绘了根据本公开的示例实施例的示例能量存储系统；

图4描绘了根据本公开的示例实施例的示例电流采样系统；

图5描绘了根据本公开的示例实施例的用于对在能量存储装置处的电流进行采样的示例方法；

图6描绘了根据本公开的示例实施例的示例电流采样系统；以及

图7描绘了根据本公开的示例实施例的用于对在能量存储装置处的电流进行采样的示例方法；

图8描绘了说明本公开的系统和方法的结果对基线采样方案的结果的示例比较的一对图表。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的实施例，其的一个或更多个示例在附图中说明。每个示例作为本发明的解释，而不作为本发明的限制被提供。实际上，对本领域技术人员将显而易见的是，在不背离本发明的范围或精神的情况下，能够在本发明中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分而说明或描述的特征能够与另一实施例一起使用以得到又一实施例。因此，打算的是本发明覆盖如落入所附权利要求及它们的等效物的范围内的这样的修改和变型。

本公开的示例方面针对对诸如电池组（batteries）的能量存储资产中的电流测量进行采样的系统和方法。具体地，本公开提供消除诸如混叠的偏移误差对所得到的电流样本的影响的电流采样系统。

根据本公开的一个方面，新颖的电流采样系统包括积分器电路。积分器电路可以阻止对于如参考图2描述的附加的数字抗混叠滤波器的需要。积分器电路能够积分指示在能量存储资产处测量到的电流的电流信号。积分器能够通过模拟方法或通过例如以相对高的采样率执行的数字方法而积分电流信号。在积分之后，能够以相对较低的采样率对电流信号进行采样。本公开的提供的这样的途径减少混叠相关的误差，而没有以高采样率实行计算昂贵的运算的负担。

作为一个示例，能够积分电流信号以获得电荷信号，所述电荷信号指示电流信号随着时间的改变。采样电路能够以期望的频率（例如，控制系统的采样频率）对电荷信号进行采样。然后，微分器电路能够微分电荷信号的样本以获得抗混叠的电流信号。

通过本公开的方面而提供的一个优点是，消除感兴趣的主信号（例如，电荷状态）中的偏移误差。具体地，由于采样的信号表示电荷，而不是它的导数（电流），因此采样的信号未混叠。通过本公开的方面而提供的另一优点是，不要求专用滤波器设计。

因此，关于图1和图2中说明的方案，本公开的方面具有以下的优点：在提供相对较低的计算负担的同时，减少信号的较高频率内容的滤波。此外，能够相对于各种应用或具有变化的频谱内容的信号而容易地实现本公开，而不要求诸如滤波器的固定的硬件的设计和实现的对应的改变。

现在参考附图，现在将详细地讨论本公开的示例实施例。

图3描绘了根据本公开的示例实施例的示例能量存储系统300。能量存储系统300包括能量存储资产302和电荷状态确定系统308。

能量存储资产302能够是存储能量的任何资产、装置、组件或系统。例如，能量存储资产302能够是电池组和/或辅助电池组与诸如能量网的负载306接口的任何相关组件（例如，逆变器、转换器等）。具体地，能量存储资产302能够给负载306提供或供给电流304。在一些实现中，能量存储资产302还能够从负载306接收电流304。例如，可以通过从诸如例如能量网的负载306接收电流来对能量存储资产302进行充电（例如，增加电荷状态）。

作为一个示例，能量存储资产302能够包括电池组能量存储系统（bess）。bess能够包括一个或更多个电池组能量存储装置，这样的电池组电池或电池组包（batterypack）。电池组能量存储装置能够含有一个或更多个氯化钠镍电池组、钠硫电池组、锂离子电池组、镍金属氢化物电池组或其它类似的装置。为了说明和讨论的目的，参考电池组能量存储系统而讨论本公开，使用本文中提供的公开的本领域普通技术人员应当理解到，在不背离本公开的范围的情况下，能够使用其它能量存储装置（例如，电容器、燃料电池等）。

电荷状态确定系统308能够生成或辅助生成资产电荷状态数据316，所述资产电荷状态数据316描述能量存储资产302的电荷状态。电荷状态确定系统308包括电流采样系统310和电流样本积分器312。

电流采样系统310能够对能量存储资产302与负载306之间的电流304进行采样。具体地，根据本公开的方面，电流采样系统310能够基于输入电流信号318而生成抗混叠的电流信号320。输入电流信号318能够描述能量存储资产302与负载306之间的电流304。例如，电流信号318能够是通过诸如例如电流变换器的各种组件的使用而获得的电流304的测量。将进一步就图4和图6讨论根据本公开的方面的电流采样系统310的示例实现。

电流样本积分器312能够积分抗混叠的电流信号320以根据包括例如“库仑计数”的各种技术而生成或辅助生成资产电荷状态数据316。作为一个示例，电流样本积分器312能够输出抗混叠的电荷信号322。

此外，在本公开的一些实现中，能够给能量存储系统300的控制系统的各种其它组件提供抗混叠的电流信号320和/或抗混叠的电荷信号322。例如，为了对资产302的电流、电荷或电荷状态的认识是有用的的任何其它目的，这样的其它组件可以使用信号320和/或322的样本。

图4描绘了根据本公开的示例实施例的示例电流采样系统400。电流采样系统400包括模拟积分器电路402、模数转换器电路404、电荷信号采样器电路406以及数字微分器电路408。

如本文中使用的，术语“电路”包括布置或配置成执行或实现特定的任务、功能和/或计算逻辑的一个或更多个电气和/或计算组件的任何组合。作为一个示例，电路能够包括以特定的布置连接且设计成以某个方式运转的一个或更多个电气组件（例如，电阻器、电容器、半导体装置等）。作为另一示例，电路能够包括处理器装置（例如，处理器、微处理器、asic、fpga、控制器、微控制器等）。处理器装置能够实现计算机可读指令的集合以执行或实现特定的任务、功能和/或计算逻辑。指令的集合能够存储于可以被包括在电路中的非暂时性计算机可读介质（例如，ram、rom、硬盘驱动器、闪存驱动器、其它存储器装置等）上。例如，在本公开的一些实现中，数字微分器电路408包括由数字处理器装置实现的指令。

根据本公开的方面，电流采样系统400能够接收电流信号450的模拟版本作为输入并且提供数字抗混叠的电流信号456作为输出。更具体地，电流信号450的模拟版本能够描述能量存储资产与负载之间的电流。例如，电流信号450的模拟版本能够是这样的电流的实时测量。系统400能够可选地包括模拟抗混叠滤波器410，所述模拟抗混叠滤波器410最初对电流信号450的模拟版本进行滤波。电流信号450的模拟版本然后被模拟积分器电路402接收并且被积分以获得电荷信号452的模拟版本。电荷信号452的模拟版本指示电流信号450的模拟版本的积分。

接着，模数转换器电路404将电荷信号452的模拟版本转换成电荷信号的数字版本。电荷信号采样器电路406以电荷信号采样率ω2对电荷信号的数字版本进行采样以获得电荷信号的数字版本的样本454的集合。电荷信号采样率ω2能够是适合于各种控制系统操作或目标的速率。

数字微分器电路408微分电荷信号的数字版本的样本454的集合以获得并输出数字抗混叠的电流信号456。数字微分器电路408能够是执行离散微分的离散微分器电路。

在一些实现中，电荷信号的数字版本或其样本的集合可以直接地由控制系统或对应能量存储系统的其它组件来使用。

图5描绘了根据本公开的示例实施例的示例方法500的流程图。即使将参考图4的电流采样系统400而讨论方法500，但能够通过任何合适的电流采样系统而实现方法500。

另外，为了说明和讨论的目的，图5描绘了按特定的顺序执行的步骤。在不背离本公开的范围的情况下，能够以各种方式修改、更改、重新布置、省略和/或扩展本文中所公开的方法中的任何方法的步骤。

在502，接收电流信号的模拟版本。电流信号能够指示在诸如例如电池组的能量存储资产处的电流。例如，接收的电流信号可以由从能量存储资产至负载的电流的测量构成。作为一个示例，能够在模拟抗混叠滤波器410处接收电流信号450的模拟版本。

在504，使电流信号的模拟版本通过抗混叠滤波器。作为一个示例，能够使电流信号450的模拟版本通过模拟抗混叠滤波器410。在一些实现中，方法500不包括框504，并且在502，直接地在模拟积分器电路处接收电流信号的模拟版本。

在506，积分电流信号的模拟版本以获得电荷信号的模拟版本。作为一个示例，模拟积分器电路402能够积分电流信号450的模拟版本以获得并输出电荷信号452的模拟版本。

在508，将电荷信号的模拟版本转换成电荷信号的数字版本。作为一个示例，模数转换器电路404能够将电荷信号452的模拟版本转换成电荷信号的数字版本。

在510，以电荷信号采样率对电荷信号的数字版本进行采样。作为一个示例，电荷信号采样器电路406能够以电荷信号采样率ω2对电荷信号的数字版本进行采样以获得电荷信号的数字版本的样本454的集合。电荷信号采样率ω2能够是适合于各种控制系统操作或目标的速率。

在512，微分电荷信号的数字版本的样本以获得数字抗混叠的电流信号。作为一个示例，数字微分器电路408能够微分电荷信号的数字版本的样本454的集合以获得并输出数字抗混叠的电流信号456。

在514，重新积分数字抗混叠的电流信号以获得第二数字电荷信号。例如，参考图3，电流样本积分器312能够重新积分抗混叠的电流信号320以获得第二数字电荷信号322。

在516，基于第二数字电荷信号而确定能量存储资产的电荷状态。例如，参考图3，能够执行各种技术以基于由电流样本积分器312输出的第二数字电荷信号322来计算或以另外的方式估计能量存储资产302的电荷状态数据316。

图6描绘了根据本公开的示例实施例的示例电流采样系统600。在一些实现中，电流采样系统600利用以高采样率进行的电流信号的数字积分和以控制系统的采样率进行的重新采样，其后是离散微分。

具体地，电流采样系统600包括模数转换器电路602、电流信号采样器电路604、数字积分器电路606、电荷信号采样器电路608以及数字微分器电路610。电流采样系统600能够接收电流信号650的模拟版本作为输入并且提供数字抗混叠的电流信号658作为输出。

更具体地，电流信号650的模拟版本能够描述能量存储资产与负载之间的电流。例如，电流信号650的模拟版本能够是这样的电流的实时测量。系统600能够可选地包括模拟抗混叠滤波器612，所述模拟抗混叠滤波器612最初对电流信号650的模拟版本进行滤波。然后，由模数转换器电路602接收电流信号650的模拟版本。

模数转换器电路602将电流信号650的模拟版本转换成电流信号的数字版本。电流信号采样器电路604以电流信号采样率ω1对电流信号的数字版本进行采样，以获得电流信号的数字版本的样本652的集合。在一些实现中，电流信号采样率ω1大于（例如，显著地大于）电荷信号采样率ω2。

数字积分器电路606积分电流信号的数字版本的样本652的集合以获得并输出电荷信号654的数字版本。电荷信号采样器电路608以电荷信号采样率ω2对电荷信号654的数字版本进行采样以获得电荷信号654的数字版本的样本656的第二集合。电荷信号采样率ω2能够是适合于各种控制系统操作或目标的速率。

数字微分器电路610微分电荷信号654的数字版本的样本656的第二集合以获得并输出数字抗混叠的电流信号658。数字微分器电路610能够是执行离散微分的离散微分器电路。

在一些实现中，电荷信号654的数字版本或其样本656的集合可以直接地由控制系统或对应能量存储系统的其它组件使用。

图7描绘了根据本公开的示例实施例的示例方法700的流程图。尽管将参考图6的电流采样系统600而讨论方法700，但能够通过任何合适的电流采样系统而实现方法700。

另外，为了说明和讨论的目的，图7描绘了按特定的顺序执行的步骤。在不背离本公开的范围的情况下，能够以各种方式修改、更改、重新布置、省略和/或扩展本文中所公开的方法中的任何方法的步骤。

在702，接收电流信号的模拟版本。电流信号能够指示在诸如例如电池组的能量存储资产处的电流。例如，接收的电流信号可以由从能量存储资产至负载的电流的测量构成。作为一个示例，能够在模拟抗混叠滤波器612处接收电流信号650的模拟版本。

在704，使电流信号的模拟版本通过抗混叠滤波器。作为一个示例，模拟抗混叠滤波器612能够最初对电流信号650的模拟版本进行滤波。

在706，将电流信号的模拟版本转换成电流信号的数字版本。作为一个示例，模数转换器电路602能够将电流信号650的模拟版本转换成电流信号的数字版本。

在708，以电流信号采样率对电流信号的数字版本进行采样。作为一个示例，电流信号采样器电路604能够以电流信号采样率ω1对电流信号的数字版本进行采样以获得电流信号的数字版本的样本652的集合。在一些实现中，电流信号采样率ω1大于（例如，显著地大于）电荷信号采样率ω2。

在710，积分电流信号的数字版本的样本以获得电荷信号的数字版本。作为一个示例，数字积分器电路606能够积分电流信号的数字版本的样本652的集合以获得并输出电荷信号654的数字版本。

在712，以电荷信号采样率对电荷信号的数字版本进行采样。作为一个示例，电荷信号采样器电路608能够以电荷信号采样率ω2对电荷信号654的数字版本进行采样以获得电荷信号654的数字版本的样本656的第二集合。电荷信号采样率ω2能够是适合于各种控制系统操作或目标的速率。

在714，微分电荷信号的数字版本的样本以获得数字抗混叠的电流信号。作为一个示例，数字微分器电路610能够微分电荷信号654的数字版本的样本656的第二集合以获得并输出数字抗混叠的电流信号658。数字微分器电路610能够是执行离散微分的离散微分器电路。

在716，重新积分数字抗混叠的电流信号以获得第二数字电荷信号。作为一个示例，参考图3，电流样本积分器312能够重新积分抗混叠的电流信号320以获得第二数字电荷信号322。

在718，基于第二数字电荷信号而确定能量存储资产的电荷状态。作为一个示例，参考图3，能够执行各种技术以基于由电流样本积分器312输出的第二数字电荷信号322来计算或以另外的方式估计能量存储资产302的电荷状态数据316。

图8描绘了说明本公开的系统和方法的示例结果对基线采样方案的示例结果的比较的一对图表810和850。具体地，图表810包括电流信号随着时间的曲线812。图表850包括两个曲线852和854，所述曲线852和854分别示出分别与基线采样方案（曲线852）和本公开的采样方案（曲线854）相关联的采样误差。

更具体地，在说明结果的特定的示例中，对采用处于50hz的频率和1amp的幅度的正弦波的形式的电流测量噪声进行模拟。在这两种情况下，为了抗混叠的目的而利用具有180hz的截止频率的三阶bessel（低通）滤波器。如由此特定的示例的结果说明的，根据本公开的方面的提议的采样方案使测量中的rms误差减少至六分之一。

因此，根据本公开的方面的系统和方法提供使未混叠的电荷测量可用于控制系统内的所有过程的能力。因此，能够以不同的采样率进行电荷信号和电流信号的频谱一致的测量，而不用对于附加的混叠滤波器的设计的附加的考虑。这样的概念可能不可应用于所有信号，因为在某些情况下的积分过程可能导致无边界的信号。然而，在能量存储装置或资产的情况下，积分器电路的输出能够是有边界的，因为这样的能量存储装置或资产的容量是有限的。

此外，即使本公开的系统和方法对于对能量存储系统中的能量存储资产的电流信号进行采样的情况特别地有利，但本公开的方面容易地且有益地可应用于其中期望信号的抗混叠的任何情形，并且尤其是，可应用于其中特定的信号的积分是有用的但遭受诸如混叠的偏移误差的情形。

即使各种实施例的具体的特征可以在一些附图中显示，而不在其它附图中显示，但这仅仅是为了方便起见。根据本公开的原理，附图的任何特征可以与任何其它附图的任何特征组合而引用和/或要求保护。本书面描述使用示例来公开本发明（包括最佳模式）并且还使得本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制作并使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或如果这样的其它示例包括具有与权利要求的字面语言无实质的差异的等效结构元件，则这样的其它示例确定为在权利要求的范围内。