用于控制电池荷电状态的设备及方法、具有该设备的系统与流程

本申请要求于2017年4月26日提交韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2017-0053825号的优先权的权益，其全部公开内容通过引证结合于此。

本公开涉及用于控制电池荷电状态的设备、具有其的系统及其方法，并且更具体地，涉及能够根据电池荷电状态以及电池的充/放电循环的数目来灵活控制并补偿鼓风机的每分钟转数(rpm)的技术。

背景技术

通常，鼓风机的每分钟转数(rpm)增加或减小，以允许电池的荷电状态(soc)变得更接近或近似恒定目标值。

即，在电池的soc未收敛于目标soc值的情况下，鼓风机的rpm增加以执行充电操作，使得电池的soc到达或接近目标soc值。然而，当电池的soc迅速增加至超过目标soc值时，鼓风机的rpm减小以降低电池的soc。

在该情况下，当鼓风机的rpm减小时，电池的soc迅速减少，由此反复地引起频繁充电和放电。参考图1，电池的充电和放电频繁出现。

当由于燃料电池组的健康状态的变化而使得电能的生成不如在初始状态中那样有效时，由于以相同鼓风量生成相对少量的电能，所以充放电循环的数目变得更多。随着不必要充放电循环的数目增加，整个电池系统的效率劣化。另外，不同驾驶员对于快速充放电和慢速充放电具有不同需求。然而，利用传统技术，难以根据驾驶员的倾向来控制充放电。

技术实现要素：

已作出本公开以解决在现有技术中存在的上述问题，同时完整地保留由现有技术所实现的优势。

本公开的一方面提供用于控制电池的荷电状态(soc)的设备、具有其的系统及其方法，其能够根据电池的soc和电池的充/放电次数而灵活控制和补偿鼓风机的rpm值。

本发明构思要解决的技术问题不限于前述问题，并且本文未提到的任何其他技术问题将由本公开所属的本领域中的技术人员，从以下描述清楚理解。

根据本公开的方面，用于控制电池的荷电状态的系统包括：电池soc控制设备，该电池soc控制设备在车辆处于恒流驱动状态的情况下，基于电池的soc和电池的充/放电次数来控制鼓风机的每分钟转数(rpm)；以及存储器装置，该存储器装置存储由电池soc控制设备计算的信息。

在车辆未处于恒流驱动状态的情况下，电池soc控制设备控制鼓风机的rpm，使得电池的soc达到电池的soc的目标值。

车辆未处于恒流驱动状态的情况包括：驾驶员意图加速或减速车辆的状态。

当所计算的电池的soc等于或小于第一参考值时，电池soc控制设备将鼓风机的rpm增加了第一补偿值；当所计算的电池的soc大于第一参考值且小于第二参考值时，该电池soc控制设备将鼓风机的rpm设为固定第二补偿值；并且当所计算的电池的soc等于或大于第二参考值时，该电池soc控制设备将鼓风机的rpm降低了第三补偿值。

在充/放电次数等于或大于预定次数的情况下，在控制鼓风机的rpm时，电池soc控制设备将第一补偿值和第二补偿值降低了预定校正值。

在持续保持恒流驱动状态并且充/放电次数等于或大于预定次数的情况下，电池soc控制设备通过将第一补偿值和第二补偿值降低了预定校正值来控制鼓风机的rpm，并且将降低了校正值的第三补偿值和第四补偿值再次降低校正值。

当充/放电次数等于或小于预定次数时，电池soc控制设备将充/放电次数增加一(1)，并且持续控制电池的soc。

电池soc控制设备包括：驱动状态确定装置，确定车辆是否处于恒流驱动状态；电池soc计算装置，计算电池的soc；电池soc确定装置，确定电池的soc是否在预定范围内；以及rpm控制装置，在车辆处于恒流驱动状态时，该rpm控制装置根据由电池soc确定装置所确定的结果以及电池的充/放电次数来控制鼓风机的rpm。

在根据驱动状态确定装置所确定的结果，车辆未处于恒流驱动状态的情况下，rpm控制装置初始化充/放电次数，并且根据电池soc确定装置所确定的结果来控制鼓风机的rpm。

根据本公开的另一方面，用于控制电池的荷电状态(soc)的设备包括：驱动状态确定装置，确定车辆是否处于恒流驱动状态；电池soc计算装置，计算电池的soc；电池soc确定装置，确定电池的soc是否在预定范围内；以及rpm控制装置，在车辆处于恒流驱动状态时，该rpm控制装置根据电池soc确定装置所确定的结果以及电池的充/放电次数来控制鼓风机的每分钟转数(rpm)。

电池soc确定装置将所计算的电池的soc与第一参考值以及大于第一参考值的第二参考值相比较，以确定电池的soc是否在预定范围内。

当所计算的电池的soc等于或小于第一参考值时，rpm控制装置将鼓风机的rpm增加了第一补偿值；当所计算的电池的soc大于第一参考值且小于第二参考值时，该rpm控制装置将鼓风机的rpm设为固定第二补偿值；并且当所计算的电池的soc等于或大于第二参考值时，该rpm控制装置将鼓风机的rpm降低了第三补偿值。

在充/放电次数等于或大于预定次数的情况下，在控制鼓风机的rpm时，rpm控制装置将第一补偿值和第二补偿值降低了预定校正值。

在持续保持恒流驱动状态并且充/放电次数等于或大于预定次数的情况下，rpm控制装置通过将第一补偿值和第二补偿值降低了预定校正值来控制鼓风机的rpm，并且将降低了校正值的第三补偿值和第四补偿值再次降低校正值。

根据本公开的另一方面，用于控制电池的荷电状态(soc)的方法包括：计算电池的soc；根据电池的soc设置鼓风机的每分钟转数(rpm)；以及在车辆处于恒流驱动状态时，基于电池的充/放电次数来补偿鼓风机的rpm。

根据电池的soc来设置鼓风机的rpm包括：当所计算的电池的soc等于或小于第一参考值时，将鼓风机的rpm增加了第一补偿值；当所计算的电池的soc大于第一参考值且小于第二参考值时，将鼓风机的rpm设为固定第二补偿值；以及在所计算的电池的soc等于或大于第二参考值时，将鼓风机的rpm降低了第三补偿值。

补偿鼓风机的rpm包括：在充/放电次数等于或大于预定次数的情况下，在控制鼓风机的rpm时，将第一补偿值和第二补偿值降低了预定校正值。

在持续保持恒流驱动状态并且充/放电次数等于或大于预定次数的情况下，通过将第一补偿值和第二补偿值降低了预定校正值来控制鼓风机的rpm，并且将降低了校正值的第三补偿值和第四补偿值再次降低校正值。

该方法进一步包括：确定车辆是否处于恒流驱动状态。

该方法进一步包括：在车辆未处于恒流驱动状态的情况下，初始化充/放电次数，并且根据电池的soc而不论充/放电次数来控制鼓风机的rpm。

附图说明

由以下结合附图进行的详细描述中，本公开的以上和其他目的、特征以及优点将更加显而易见：

图1是根据相关技术的当应用用于控制电池的soc的传统技术时，电池的soc的变化的曲线图；

图2是示出根据本公开的示例性实施方式的用于控制电池的soc的系统的框图；

图3是示出根据本公开的示例性实施方式的用于控制电池的soc的方法的流程图；

图4是示出根据本公开的示例性实施方式的用于在恒流驱动期间控制电池的soc的方法的流程图；

图5是示出根据本公开的示例性实施方式的电池的soc的变化的曲线图；以及

图6是示出应用根据本公开的示例性实施方式的用于控制电池的soc的技术的计算系统的配置的示意性框图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施方式。在附图中，相同参考标号将贯穿使用以指定相同或等效元件。此外，公知特征或功能的详细说明将被省去以便不会使得本公开的原理不必要地变模糊。

在描述本公开的示例性实施方式的元件时，本文中可使用术语第1、第2、第一、第二、a、b、(a)、(b)等。这些术语仅用于区分一个元件与另一元件，而是不管对应元件的顺序或优先级如何，都不限制对应元件。除非以另外方式限定，否则本文使用的包括技术或科学术语的所有术语具有与本公开所属领域的技术人员通常所理解的含义相同的含义。如在常用词典中限定的这些术语应被解释为具有与相关领域中的上下文含义相等的含义，并且不应被解释为具有理想或过度正式的含义，除非在本申请中明确限定如此。

在下文中，将参考图2至图6详细描述本公开的示例性实施方式。

图2是示出根据本公开的示例性实施方式的用于控制电池的荷电状态(在下文中，被称为“soc”)的系统的框图。

根据本公开的示例性实施方式的电池的soc的控制系统可包括用于控制电池的soc的设备(在下文中，被称为“电池soc控制设备”)100以及存储器装置200。

电池soc控制设备100可根据在恒流驱动期间，电池的soc以及电池的充/放电次数或循环的数目来控制鼓风机的每分钟转数(在下文中，被称为“rpm”)。

即，电池soc控制设备100可控制鼓风机的rpm，以便向燃料电池系统提供空气，使得电池的soc收敛于电池的soc的目标值。在该情况下，在提供至燃料电池系统的氢气量恒定的同时，当鼓风机的rpm增加时，向燃料电池系统的空气流动速率可增加，并且从燃料电池系统生成的电能的量可增加。相反，当鼓风机的rpm减小时，向燃料电池系统的空气流动速率可减小，并且从燃料电池系统生成的电能的量可减小。

为此，电池soc控制设备100可包括驱动状态确定装置110、电池soc计算装置120、电池soc确定装置130以及rpm控制装置140。

驱动状态确定装置110可确定车辆目前是否处于车辆以恒定速度行驶的恒流驱动状态或者快速加速或减速驱动状态。即，恒流驱动状态可表示车辆以恒定速度行驶的状态，并且当驾驶员在恒流驱动状态期间踩压油门踏板或刹车踏板时，驱动状态可变化为快速加速或减速驱动状态。

电池soc计算装置120可计算电池的soc。在该情况下，用于计算电池的soc的方法可通过使用传统技术进行。电池的soc可在恒流驱动状态和快速加速或减速驱动状态下进行不同地计算，并且尽管车辆处于恒流驱动状态，但是当车辆的速度改变时，电池的soc可被不同地计算。例如，在恒流驱动状态中在驾驶员“a”以约50km/h的速度驾驶车辆时所计算的电池的soc可不同于在恒流驱动状态中在驾驶员“b”以约20km/h的速度驾驶车辆时所计算的电池的soc。因此，由a驾驶员驾驶的车辆的鼓风机的rpm可与由b驾驶员驾驶的车辆的鼓风机的rpm进行不同设定。

电池soc确定装置130可确定所计算的电池的soc是否在预定范围内。

在所计算的电池的soc等于或小于第一参考值的情况下，rpm控制装置140可以将鼓风机的rpm增加了第一补偿值；在所计算的电池的soc大于第一参考值且小于第二参考值的情况下，rpm控制装置将鼓风机的rpm设为第二补偿值(其是固定值)；并且在所计算的电池的soc等于或大于第二参考值的情况下，rpm控制装置将鼓风机的rpm减小了第三补偿值。即，rpm控制装置140可增加或减小鼓风机的rpm，使得所计算的电池的soc达到先前确定的电池的soc的目标值。

此外，在恒流驱动状态期间，rpm控制装置140可基于充/放电次数或循环的数目，来控制根据电池的soc设定的鼓风机的rpm。

即，在充/放电循环的数目等于或大于预定循环数目的情况下，在控制鼓风机的rpm时，rpm控制装置140可以将第一补偿值和第二补偿值减小了预定校正值(α％)以相应设定第三补偿值和第四补偿值。

此外，在rpm控制装置140以预定校正值(α％)减小第一补偿值和第二补偿值以控制鼓风机的rpm之后，在持续保持恒流驱动状态并且电池的充/放电循环的数目等于或大于预定数目循环的情况下，rpm控制装置140可以以校正值(α％)再次减小以校正值(α％)减小的第三补偿值和第四补偿值。在保持恒流驱动状态的情况下，rpm控制装置140可重复执行操作以便以校正值(α％)减小补偿值。

同时，在电池的充/放电循环的数目小于预定数目循环的情况下，rpm控制装置140可在以一“1”增加充/放电循环的数目之后，继续执行电池的soc的控制。

存储器装置200可存储由电池soc控制设备100计算的信息。即，存储器装置200可存储所计算的电池的soc、用于与电池的soc相比较的参考值、电池的soc的目标值以及充/放电循环的数目的临界值。

如上所述，在车辆不处于恒流驱动状态的情况下，根据本公开的电池soc控制设备可控制鼓风机的rpm以允许所计算的电池的soc达到电池的soc的目标值；并且在车辆处于恒流驱动状态的情况下，在控制按照电池的soc控制的鼓风机的rpm时，电池soc控制设备可基于电池的充电循环的数目来减小鼓风机的rpm的调整宽度。因此，电池的充/放电循环的数目可通过控制电池的soc而减少，以允许电池的soc不快速达到电池的soc的目标值。

例如，在电池的soc的目标值约为60并且所计算的电池的soc约为40的情况下，当鼓风机的rpm增加以允许电池的soc约为60时，电池的soc可增加了约20以上并超过电池的soc的目标值(即，约60)。然后，鼓风机的rpm可减小以降低电池的soc，并且因此充放电操作可重复执行。在本公开中，在电池的soc约40并且电池的充/放电循环的数目超过十次(其是充/放电次数的预定临界值)的情况下，在恒流驱动状态中，电池的soc可被控制以允许电池的soc增加了约5而不是增加了约20。因此，电池的soc可被控制以便不快速达到电池的soc的目标值，并且因此，(在电池的soc快速达到电池的soc的目标值时所引起的)电池放电可延迟。

然而，因为在驾驶员想要使车辆快速加速或减速的情况下需要电池的充/放电，所以根据本公开的电池soc控制设备100可允许根据电池的仅在恒流驱动状态期间减少的充/放电循环的数目来增加/减小鼓风机的rpm的量。

在下文中，将参考图3描述根据本公开的示例性实施方式的用于控制电池的soc的方法。

当车辆处于恒流驱动状态(s100)时，电池soc控制设备100可基于充/放电循环的数目来降低鼓风机的rpm的补偿值(其用于控制电池的soc)，以控制电池的充/放电(s200)。

然后，在车辆不处于恒流驱动状态的情况下(s300)，电池soc控制设备100可控制鼓风机的rpm，使得不论电池的充/放电循环的数目为多少，电池的soc都达到电池的soc的目标值，以控制电池的充/放电(s400)。

即，在车辆不处于恒流驱动状态的同时，根据本公开的电池soc控制设备100可根据所计算的电池的soc增加或降低鼓风机的rpm以控制电池的soc，使得电池的soc达到电池的soc的目标值，并且在车辆处于恒流驱动状态的同时，可通过考虑充/放电循环的数目，根据电池的soc降低鼓风机的rpm的增加/降低量。因此，电池的soc达到电池的soc的目标值的时间点可延迟，并且电池的充/放电循环的数目可最小化。

在下文中，将参考图4描述根据本公开的示例性实施方式的用于在恒流驱动期间控制电池的soc的方法。

首先，在恒流驱动状态期间，鼓风机的rpm被称为“x0”(s201)。

电池soc控制设备100可计算电池的soc以确定电池的soc是否等于或小于第一参考值“a”(s202)。

当电池的soc等于或小于第一参考值“a”时，电池soc控制设备100可以将鼓风机的rpm增加第一补偿值y0(s203)。即，在所计算的电池的soc未达到电池的soc的预定目标值的情况下，鼓风机的rpm可以增加第一补偿值y0以控制所计算的电池的soc，使得所计算的电池的soc达到电池的soc的目标值。

电池soc控制设备100可确定所计算的电池的soc是否大于第一参考值“a”且小于第二参考值“b”(s204)。当所计算的电池的soc大于第一参考值“a”且小于第二参考值“b”时，电池soc控制设备100可将鼓风机的rpm设为固定的第二补偿值(s205)。

此外，电池soc控制设备100可确定所计算的电池的soc是否等于或大于第二参考值“b”(s206)。当所计算的电池的soc等于或大于第二参考值“b”时，电池soc控制设备100可以将鼓风机的rpm降低第三补偿值z0(s207)。即，在所计算的电池的soc超过电池的soc的预定目标值的情况下，鼓风机的rpm可以降低第三补偿值z0以控制所计算的电池的soc，使得电池的soc的目标值降低至电池的soc的目标值。

在持续保持恒流驱动状态的情况下，电池soc控制设备100可确定电池的充/放电循环的数量“k”是否等于或大于预定循环数量“n”(s208)。

当电池的充/放电循环的数量“k”小于预定数量循环“n”时，电池soc控制设备100可以将充/放电循环的数目增加一“1”(s211)并且返回至操作s201。

同时，当电池的充/放电循环的数量“k”等于或大于预定循环数量“n”时，电池soc控制设备100可以以预定校正值(α％)降低第一补偿值y0和第三补偿值z0，并且应用所降低的第一补偿值y0和第三补偿值z0以控制鼓风机的rpm(s209和s210)。

所校正的补偿值可通过以下等式1和2表示。

[等式1]

y1＝y0–y0*(α/100)

第四补偿值y1可对应于通过从第一补偿值y0中减去一个值(其是通过第一补偿值y0乘以校正值(α％)而获得的值)而获得的值。

[等式2]

z1＝z0–z0*(α/100)

第五补偿值z1可对应于通过从第二补偿值z0中减去一个值(其是通过第二补偿值z0乘以校正值(α％)而获得的值)而获得的值。

如上所述，在充/放电循环的数目等于或大于预定次数“n”的情况下，补偿量可被持续控制为以校正值(α％)降低，使得鼓风机的rpm的增加/降低量变小。

然后，在车辆不处于恒流驱动状态而处于快速加速或减速驱动状态的情况下，电池soc控制设备100可删除第四补偿值和第五补偿值，并且以第一补偿值至第三补偿值初始化补偿值以控制并设定鼓风机的rpm。

在电池的充放电操作重复超过“n”个循环的情况下，对于鼓风机的rpm的增加和降低的补偿量可以以一定百分比(α)降低。因为随着电池的soc收敛于电池的soc的目标值，电池的充/放电循环的数目逐渐增加，所以补偿量相对于电池的rpm的增加/降低的一定百分比(其是一定百分比)可重复应用。

通过上述过程，电池的充/放电循环可变得更长，并且充/放电循环的数目可降低。因此，电池的不必要充放电操作可降低，并且在燃料电池组与电池之间的能量交换可降低。因此，整体电池系统效率可增加。

当车辆离开恒流驱动状态时，补偿量(α)可被删除，并且鼓风机的rpm可返回至第一补偿值y0和第三补偿值z0。因此，鼓风机的rpm可响应于驾驶员的加速和减速需求而变化。

此外，电池soc控制设备10可响应于燃料电池组的soh(健康状态)由于外部条件(诸如，温度、车辆停止时间、车辆驾驶时间和驾驶状态等)的变化所引起的变化来补偿鼓风机的rpm。

图1是示出应用用于控制电池的soc的传统技术时的电池的soc的变化的曲线图，并且图5是示出根据本公开的示例性实施方式的电池的soc的变化的曲线图。

参考图1，电池管理系统(bms)电流的值以及bmssoc的值持续改变。这意味着电池的充放电操作重复。如图5所示，bms电流和bmssoc中的每一个保持为恒定值，并且这意味着电池的充放电操作不频繁。

如上所述，根据本公开，电池的soc跟随高压电池的soc的目标值，但是在充放电操作重复超过“n”个电池充电循环的情况下，限制鼓风机的rpm的补偿值。因此，可避免执行不必要的充放电操作。

根据本公开，因为高压电池的不必要充放电操作可降低，所以高压电池的充放电效率可提高并且车辆的里程可增加。

此外，高压电池可根据燃料电池组的soh和驾驶员的驾驶习惯而进行充放电，并且因此，系统效率可提高。

当驾驶员使车辆快速加速或减速时，需要电池的soc根据能量需求量而快速充电或放电，并且当驾驶员以恒流驱动状态驾驶车辆时，能量需求量可降低。因此，根据驾驶员的倾向控制电池以快速充电或放电或者降低充/放电循环的数目，并且因此可基于驾驶员的倾向来控制鼓风机的rpm。

此外，在燃料电池系统生成比必需的更多能量之后所剩余的过剩能量可在高压电池中充电，并且在该情况下，当通过燃料电池组生成的能量转换为电池能量时，可出现能量损耗。相反，在燃料电池系统的能量不足的情况下，在电池中充入的能量可被使用，并且在该情况下，由于能量转换可出现能量损耗。作为用于增加由于上述能量转换所引起的系统效率的方法，可使用保持电池的恒定soc以防止不必要充放电操作出现的方法。在本公开中，电池的充/放电次数可降低，并且电池系统的效率可提高。

图6是示出根据本公开的示例性实施方式的用于控制电池的soc的技术应用至的计算系统1000的配置的示意性框图。

参考图6，计算系统1000可包括经由总线1200彼此连接的至少一个处理器1100、存储器1300、用户界面输入装置1400、用户界面输出装置1500、存储装置1600和网络接口1700。

处理器1100可以是用于处理存储在存储器1300和/或存储装置1600中的指令的中央处理单元(cpu)或半导体装置。存储器1300和存储装置1600中的每一个可包括各种易失性或非易失性存储介质。例如，存储器1300可包括只读存储器(rom)和随机存取存储器(ram)。

因此，结合在说明书中公开的实施方式描述的方法或算法的操作可利用由处理器1100执行的硬件模块、软件模块或其组合直接实现。软件模块可驻留在存储介质(即，存储器1300和/或存储装置1600)上，诸如，ram、闪存、rom、可擦除可编程rom(eprom)、电eprom(eeprom)、寄存器、硬盘、可移动磁盘或光盘rom(cd-rom)。

存储介质可耦接至处理器1100。处理器1100可从存储介质中读出信息，并且可在存储介质中写入信息。可替代地，存储介质可与处理器1100集成。集成的处理器和存储介质可存在于专用集成电路(asic)中。asic可存在于用户终端中。可替代地，集成的处理器和存储介质可驻留作为用户终端的单独部件。此外，电池soc控制设备100可利用硬件处理器和指令实现，并且指令的执行使得处理器执行与soc控制相关的各种功能，包括上述那些功能。

根据以上内容，本技术根据高压电池的荷电状态以及高压电池的充/放电循环的数目，来灵活控制并补偿鼓风机的每分钟转数(rpm)。因此，电池的不必要充/放电循环可降低，并且系统效率可提高。

此外，本技术可根据驾驶员的驾驶倾向，来控制鼓风机的rpm。

虽然已参考示例性实施方式描述了本公开，但是对于本领域技术人员而言将是显而易见的是，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可做出各种变化和修改。

因此，本公开的示例性实施方式不是限制性的，而是说明性的，并且本公开的精神和范围不限于此。本公开的保护范围应通过以下权利要求解释，并且应解释为等效于此的范围内的所有技术精神被包括在本公开的范围中。