用于确定电能存储系统功率状态值的方法与流程

1.本公开涉及一种用于确定电能存储系统功率状态值的方法。另外，本公开涉及一种用于控制电能存储系统的负载的方法。此外，本公开涉及一种用于电能存储系统的电池管理系统。此外，本公开涉及一种电能存储系统。


背景技术：

2.能量存储系统经常用于各种应用和技术领域。在汽车工业中，能量存储系统可用于车辆的推进以及用于为车辆的各种系统提供电能。作为另一个非限制性示例，能量存储系统可以用于固定式能量存储应用，例如用于所谓的智能电网和电力备份应用。
3.为了增加能量存储系统的功率容量，可以提供一种方案，其中能量存储系统的两个或更多个电池模块/电池组彼此并联联接。由此，各个电池模块可以容易地彼此连接或断开连接。此外，与仅使用单个电池模块/电池组相比，提供了增加的总功率容量。
4.然而，具有并联连接的电池模块的能量存储系统的问题是这些电池模块需要处于大致相同的物理状态以优化能量使用。然而，一种常见的情况是电池模块/电池组不处于相同物理状态。例如，如果并联连接的电池模块的老化程度不同(即，其中一个电池模块最近被新的未使用的电池模块替换)，则很可能在不同老化的电池模块之间存在功率容量的差异。例如，较旧且较弱的电池模块可能与新的且更强劲的电池模块具有复杂的动态交互，因此与它们各自的总和相比，可能会降低该联合系统的总可用功率。简而言之，能量存储系统的最大可用功率将受限于系统中的最薄弱环节，即，最老的电池模块。
5.此外，在能量存储系统中混合不同代/不同类型的电池模块/电池组时，应当小心，因为它们的特性(例如内阻、开路电压(ocv)、容量等)可能彼此有很大差异。另一示例是：如果同一能量存储系统的一个电池模块的温度高于其它电池模块的温度，则具有升高的温度的电池模块的电阻很可能低于具有较低温度的电池模块的电阻。在这种情况下，存在以下风险：温度较高的电池模块可能会接收到超过其阈值的充电电流。
6.具有并联电池模块的能量存储系统的另一个问题是：不同的电池组可能被放置在车辆的不同位置，因此可能需要不同长度的高压电缆，从而引入大的电阻差异。
7.ep3011655中公开了一种典型的用于解决上述问题的方法，并且该方法是基于由网络中的最薄弱环节(即，由具有最低功率状态的电池组)规定的约束来使用电池单元。ep3011655的方法使用了一种基本保守的方法，其中，一个电池组的最低最大功率容量被乘以电池组的总数，以获得能量存储系统的总功率容量。通过使用这种最坏的情况，一些电池组可能无法完全使用，即，可能无法根据它们的最大放电/充电功率能力来提供/接收功率。
8.因此，需要改进对具有并联联接的电池单元的能量存储系统的充电和放电能力的控制。


技术实现要素：

9.鉴于上述情况，本公开的第一方面的目的是提供一种意味着适当使用电能存储系
统的方法。
10.因此，本公开的第一方面涉及一种用于确定电能存储系统功率状态值的方法。该电能存储系统包括至少两个彼此并联电连接的电池单元。电能存储系统功率状态值表示在不违反任一个电池单元的由功率状态值定义的功率状态的情况下、电能存储系统在预定的未来时间范围内在恒定的负载水平下所能提供或接收的总最大电负载量。仅作为示例，该方法可以是计算机实现的。
11.根据本发明第一方面的方法包括：
[0012]-对于电能存储系统中的每个电池单元，确定电池单元功率状态值，该电池单元功率状态值表示在不违反电池单元的电热限制的情况下、该电池单元在预定的未来时间范围内在恒定的负载水平下所能提供或接收的最大电负载量，
[0013]-对于电能存储系统中的每个电池单元，获得电池单元实测负载值，该电池单元实测负载值表示在特定时刻实际施加在电池单元上的电负载，
[0014]-基于电能存储系统中的每个电池单元的电池单元实测负载值，确定电能存储系统的电池单元之间的负载分布，以及
[0015]-基于电池单元功率状态值和所述负载分布来确定电能存储系统功率状态值。
[0016]
因此，根据本公开的第一方面，在确定电能存储系统功率状态值时，不仅考虑了电能存储系统中的每个电池单元的功率状态，而且考虑了电池单元之间的负载分布。这又意味着电能存储系统功率状态值的适当精度，因为不仅仅考虑了每个电池的如此特性。相反，由于上述负载分布，还可以提供例如对电能存储系统的配置和/或每个电池单元的当前内部状态的适当考虑。
[0017]
此外，实测负载值的使用意味着可以确定适当的电能存储系统功率状态值，而不需要关于每个单独的电池单元和/或电能存储系统的详细信息。仅作为示例，可以在不需要诸如每个电池单元的内阻、健康状况、温度、容量等信息的情况下确定功率状态值。
[0018]
如本文所使用的，在下文和整个申请中，术语“电池单元”应被解释为涵盖电池模块以及电池组，该电池组又可包括一个或多个电池模块。更进一步，措辞“电池单元”应被理解为还包括可以具有多个电池组的单元。因此，措辞“电池单元”可以是包括至少一个电池单体的电池模块、包括至少两个电池模块的电池组、以及包括至少两个电池组的单元。
[0019]
术语“预定的未来时间范围”是指从给定时刻到未来时间点的时间段。在本公开的上下文中，预定的未来时间范围可以例如是短的(1至5秒，优选2至3秒)、中等的(5至15秒，优选10至12秒)或长的(15至60秒或甚至长于60秒，优选为30至40秒)。优选地，预定的未来时间范围可以在30至40秒的范围内。
[0020]
可选地，确定负载分布的步骤包括确定每一个电池单元的负载分担因子(load sharing factor)。负载分担因子表示电能存储系统的总电负载的施加在电池单元上的比例。
[0021]
可选地，负载分担因子是根据以下方式确定的：
[0022]-确定表示实际施加在电能存储系统上的总电负载的电负载参考值，
[0023]-判断是否满足负载分担条件，该负载分担条件包括电负载参考值的大小大于或等于预定的第一阈值，以及
[0024]-对于每个电池单元：
[0025]
i.响应于满足负载分担条件，将该电池单元的负载分担因子设置为电负载参考值与电池单元实测负载值之间的比率。
[0026]
仅作为示例，表示实际施加在电能存储系统上的总电负载的电负载参考值可以是表示施加在电能存储系统上的总电负载的值。换句话说，电负载参考值可以通过对电能存储系统中的每个电池单元的电负载进行求和来形成。作为另一个非限制性替代方案，电负载参考值可以表示电能存储系统中的每个电池单元的平均电负载。
[0027]
可选地，进一步根据以下方式来确定负载分担因子：
[0028]-对于每个电池单元：
[0029]
ii.响应于不满足负载分担条件，将该电池单元的负载分担因子设置为预定的负载分担参数，优选地，该预定的负载分担参数等于1。
[0030]
可选地，负载分担条件对于每个电池单元来说是单独的，并且还包括电池单元实测负载值的大小大于或等于预定的第二阈值，优选地，该预定的第二阈值大于零。
[0031]
因此，负载分担条件可以包括电池单元的实测负载值相对较大的条件。当负载水平相对较大时，可以以相对高的确定性水平来预测电池单元的行为，并且可以为相关的电池单元分配负载分担因子。
[0032]
可选地，负载分担条件对于每个电池单元来说是单独的，并且还包括电池单元实测负载值的大小大于或等于电池单元功率状态值的大小乘以预定的第三阈值，优选地，该预定的第三阈值在0到1的范围内。
[0033]
再次提及，负载分担条件可以包括电池单元的实测负载值相对较大(例如，相对接近电池单元功率状态值)的条件。当负载水平相对较大时，可以以相对高的确定性水平来预测电池单元的行为，并且可以为相关的电池单元分配负载分担因子。仅作为示例，电池的内阻可能取决于负载。因此，在当前测量到的负载远离电池单元的最大负载时，负载分担因子可能会不同。因此，作为非限制性示例，可以仅在电池单元中的实测负载(例如，电流)接近其最大充电负载(例如电流)能力或接近其最大放电负载(例如，电流)能力时才计算根据上述比率的负载分担因子。
[0034]
可选地，确定电能存储系统功率状态值的步骤包括：对于电能存储系统中的每个电池单元，通过将电池单元功率状态值与负载分担因子相乘来确定电池单元乘积(battery unit product)。
[0035]
可选地，确定电能存储系统功率状态值的步骤包括使用这些电池单元乘积中的最接近于零的电池单元乘积来确定电能存储系统功率状态值。
[0036]
可选地，电池单元功率状态值是电池单元充电功率状态值，并且，电能存储系统功率状态值是电能存储系统充电功率状态值。
[0037]
可选地，确定电能存储系统功率状态值的步骤包括使用所述电池单元乘积中的最小的电池单元乘积来确定电能存储系统功率状态值。
[0038]
可选地，电池单元功率状态值是电池单元放电功率状态值，并且，电能存储系统功率状态值是电能存储系统放电功率状态值。
[0039]
可选地，确定电能存储系统功率状态值的步骤包括使用所述电池单元乘积中的最大的电池单元乘积来确定电能存储系统功率状态值。
[0040]
可选地，该方法进一步包括：
[0041]-对于多个时刻中的每一个时刻，使用本公开的第一方面的方法的任一实施例来确定该时刻的电能存储系统功率状态值，以及
[0042]-通过对所述多个时刻的电能存储系统功率状态值应用滤波器(优选为低通滤波器和/或加权移动平均滤波器)来确定所述电能存储系统功率状态值。
[0043]
上述滤波意味着：例如，可以减少由于例如噪声电流和电压测量而导致的电能存储系统功率状态值的大波动。
[0044]
本公开的第二方面涉及一种用于控制电能存储系统的负载的方法，该电能存储系统包括彼此并联电连接的至少两个电池单元。该方法包括根据本公开的第一方面来确定电能存储系统功率状态值，并且根据如此确定的电能存储系统功率状态值将电负载施加在该能量存储系统上。
[0045]
可选地，根据如此确定的电能存储系统功率状态值将电负载施加在该能量存储系统上包括施加以下电负载：该电负载的绝对值小于或等于所述如此确定的电能存储系统功率状态值的绝对值。
[0046]
可选地，电池单元实测负载值表示在特定时刻实际施加在电池单元上的电流，或者电功率。
[0047]
可选地，电能存储系统功率状态值表示在不违反任一个电池单元的由功率状态值定义的功率状态下、电能存储系统在预定的未来时间范围内在恒定的负载水平下所能提供或接收的总最大电流量或总最大电功率量，并且其中，电池单元功率状态值表示在不违反电池单元的电热限制的情况下、该电池单元在预定的未来时间范围内在恒定的负载水平下所能提供或接收的最大电流量或最大电功率量。
[0048]
本公开的第三方面涉及一种计算机程序，该计算机程序包括程序代码组件，该程序代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行本公开的第一方面或第二方面的步骤。
[0049]
本公开的第四方面涉及一种携载计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括程序组件，当该程序组件在计算机上运行时，该程序组件用于执行本公开的第一方面或第二方面的步骤。
[0050]
本公开的第五方面涉及一种用于电能存储系统的电池管理系统，该电能存储系统包括彼此并联电连接的至少两个电池单元。该电池管理系统适于确定电能存储系统功率状态值。电能存储系统功率状态值表示在不违反所述电池单元中的任一个电池单元的由功率状态值定义的功率状态的情况下、电能存储系统在预定的未来时间范围内在恒定的负载水平下根据以下方式所能提供或接收的总最大电负载量：
[0051]-对于电能存储系统中的每个电池单元，确定电池单元功率状态值，该电池单元功率状态值表示在不违反所述电池单元的电热限制的情况下、所述电池单元在预定的未来时间范围内在恒定的水平下所能提供或接收的最大电负载量，
[0052]-对于电能存储系统中的每个电池单元，接收电池单元实测负载值，该电池单元实测负载值表示在预定的时刻实际施加在该电池单元上的电负载，
[0053]-基于电能存储系统中每个电池单元的实测负载值，确定电能存储系统的电池单元之间的负载分布，以及
[0054]-基于电池单元功率状态值和所述负载分布来确定电能存储系统功率状态值。
[0055]
可选地，该电池管理系统适于使用包括确定每一个电池单元的负载分担因子的过
程来确定负载分布，该负载分担因子表示电能存储系统的总电负载的施加在该电池单元上的比例。
[0056]
可选地，该电池管理系统适于根据以下方式来确定负载分担因子：
[0057]-确定表示实际施加在电能存储系统上的总电负载的电负载参考值，
[0058]-判断是否满足负载分担条件，该负载分担条件包括电负载参考值的绝对值大于或等于预定的第一阈值，以及
[0059]-对于每个电池单元：
[0060]
i.响应于满足负载分担条件，将该电池单元的负载分担因子设置为电负载参考值与电池单元实测负载值之间的比率。
[0061]
可选地，该电池管理系统进一步适于根据以下方式来确定负载分担因子：
[0062]-对于每个电池单元：
[0063]
ii.响应于不满足负载分担条件，将该电池单元的负载分担因子设置为预定的负载分担参数，优选地，该预定的负载分担参数等于1。
[0064]
可选地，所述负载分担条件对于每个电池单元来说是单独的，并且还包括电池单元实测负载值的大小大于或等于预定的第二阈值。优选地，该预定的第二阈值大于零。
[0065]
可选地，所述负载分担条件对于每个电池单元来说是单独的，并且还包括电池单元实测负载值的大小大于或等于电池单元功率状态值的大小乘以预定的第三阈值。优选地，该预定的第三阈值在0到1的范围内。
[0066]
可选地，电池管理系统适于使用以下过程来确定电能存储系统功率状态值，该过程包括：对于电能存储系统中的每个电池单元，通过将电池单元功率状态值与负载分担因子相乘来确定电池单元乘积。
[0067]
可选地，电池管理系统适于通过使用以下过程来确定电能存储系统功率状态值，该过程包括：使用这些电池单元乘积中的最接近于零的电池单元乘积来确定电能存储系统功率状态值。
[0068]
可选地，电池单元功率状态值是电池单元充电功率状态值，并且电能存储系统功率状态值是电能存储系统充电功率状态值。
[0069]
可选地，电池管理系统适于通过使用以下过程来确定电能存储系统功率状态值，该过程包括：使用这些电池单元乘积中的最小的电池单元乘积来确定电能存储系统功率状态值。
[0070]
可选地，电池单元功率状态值是电池单元放电功率状态值，并且电能存储系统功率状态值是电能存储系统放电功率状态值。
[0071]
可选地，电池管理系统适于使用以下过程来确定电能存储系统功率状态值，该过程包括：使用这些电池单元乘积中的最大的电池单元乘积来确定电能存储系统功率状态值。
[0072]
可选地，该电池管理系统适于：
[0073]-对于多个时刻中的每一个时刻，确定该时刻的电能存储系统功率状态值，如上文关于本公开的第五方面已经讨论过的，以及
[0074]-通过对所述多个时刻的所述电能存储系统功率状态值应用滤波器(优选为低通滤波器和/或加权移动平均滤波器)来确定所述电能存储系统功率状态值。
[0075]
可选地，电池管理系统适于根据所确定的电能存储系统功率状态值将电负载施加在电能存储系统上。
[0076]
可选地，电池管理系统适于根据如此确定的电能存储系统功率状态值通过施加以下电负载而将电负载施加在能量存储系统上：该电负载的绝对值小于或等于所述如此确定的电能存储系统功率状态值的绝对值。
[0077]
可选地，电池单元实测负载值表示在特定时刻实际施加在该电池单元上的电流，或者电功率。
[0078]
可选地，电能存储系统功率状态值表示在不违反所述电池单元中的任一个电池单元的由功率状态值定义的功率状态下、电能存储系统在预定的未来时间范围内在恒定的负载水平下所能提供或接收的总最大电流量或者总最大电功率量，并且其中，电池单元功率状态值表示在不违反所述电池单元的电热限制的情况下、该电池单元在预定的未来时间范围内在恒定的负载水平下所能提供或接收的最大电流量或最大电功率量。
[0079]
本发明的第六方面涉及一种电能存储系统，该电能存储系统包括彼此并联电连接的至少两个电池单元。该电能存储系统还包括根据本发明的第五方面的电池管理系统。
[0080]
本公开的第七方面涉及包括根据本公开的第五方面的电池管理系统和/或根据本公开的第六方面的电能存储系统的车辆。
附图说明
[0081]
通过以下对本公开的示例性实施例的说明性而非限制性的详细描述，将更好地理解本公开的上述以及其它目的、特征和优点，其中：
[0082]
图1示意性地示出了可以在其中使用本公开的、公共汽车形式的混合动力车辆，并且
[0083]
图2示意性地示出了电能存储系统的实施例。
[0084]
参考附图，下面是作为示例引用的本公开的实施例的更详细描述。
具体实施方式
[0085]
现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开，附图中示出了本公开的示例性实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式来实施，且不应被解释为限于本文中阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性。本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。
[0086]
在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。
[0087]
图1示出了根据本公开的实施例的、公共汽车10形式的车辆的简化透视图。实际上，车辆10的图1的实施例是插电式混合动力类型的，其配备有经由离合器16彼此连接的内燃机12和电机14，并且其中，内燃机12和电机14二者都可以用于驱动公共汽车10。还可以设想的是，车辆10可以是不包括用于推进车辆的内燃机的电动车辆。尽管本公开是参照公共汽车形式的车辆来描述的，但它实际上可以用于几乎任何类型的用于存储电能的系统。图1进一步示出了车辆1包括电能存储系统18，该电能存储系统18例如可适于为电机14和/或车辆10的其它电气部件(未示出)供电。
[0088]
仅作为示例，并且如图1所示，电能存储系统18可以经由架空线20和受电弓22充
电。然而，还可以设想的是，电能存储系统18可以使用其它手段(图1中未示出)来充电。
[0089]
如从上文可以认识到的，可以用电力对电能存储系统18充电，和/或可以从电能存储系统18放电。
[0090]
图2示意性地示出了电能存储系统18的实施例。仅作为示例，图2的电能存储系统18可以用于为诸如图1的车辆10的车辆供电。然而，根据本公开的电能存储系统18的实施例可以用于任何提供电力和/或需要电力的应用。仅作为示例，电能存储系统18的实施例可用于固定式能量存储应用(未示出)以及智能电网、备用电源、充电器支持等。
[0091]
如从图2可以看出，电能存储系统18包括彼此并联电连接的至少两个电池单元24、26。尽管电能存储系统18的图2实施例仅包含两个电池单元，但是可以设想其它实施例可以包括多于两个电池单元(未示出)。
[0092]
根据本发明的电池单元可以是相同的或不同的，并且例如可以是锂离子或钠离子类型的。钠离子电池通常包括任何类型的钠铁电池或钠铁氧体电池。
[0093]
图2进一步示出了电能存储系统18还可以包括电池管理系统28。仅作为示例，并且如图2所示，电池管理系统28可适于从电能存储系统18接收信息。仅作为示例，电池管理系统28可适于接收表示在特定时刻实际施加在每个电池单元24、26上的电负载的信息。为此，尽管仅作为示例，但电池管理系统28可以与一组电负载传感器30、32通信，其中，每个负载传感器30、32适于确定表示施加在电能存储系统18的电池单元上的电负载的值。仅作为示例，电负载传感器30、32中的每一个可适于例如通过测量电流以及电压来测量电功率。
[0094]
作为非限制性示例，电池管理系统28可以适于接收表示在特定时刻实际施加在每个电池单元24、26上的电流的信息。在这样的示例中，电负载传感器30、32可以适于测量电流。
[0095]
代替上述电池管理系统28或除了上述电池管理系统28之外，电能存储系统18的实施例可以包括用于每个电池单元24、26的单独的电池管理单元(图2中未示出)。仅作为示例，这种单独的电池管理单元可以接收并处理与相关联的电池单元24、26有关的测量数据(例如(电流、电压和温度))，并且将信息转发到与例如电能存储系统控制单元(未显示)相对应的电能存储系统。
[0096]
本公开涉及一种用于确定电能存储系统功率状态值的方法以及一种用于电能存储系统的电池管理系统，该电池管理系统适于确定电能存储系统功率状态值。为了保持描述的简洁，下面的描述一般使用用于呈现本公开的各种特征的方法。然而，应该注意，该方法的描述应该同样适于电池管理系统，反之亦然。
[0097]
因此，本公开的第一方面涉及一种用于确定电能存储系统功率状态值的方法。这样的值在下文中被称为sop
ess
或sop
ess
(k)。电能存储系统功率状态值sop
ess
表示在不违反电池单元24、26中的任一个电池单元的由功率状态值sopi或sopi(k)定义的功率状态的情况下、电能存储系统18(例如图2的电能存储系统18)在预定的未来时间范围内在恒定的负载水平下所能提供或接收的总最大电负载量。如上所述，电能量存储系统18包括彼此并联电连接的至少两个电池单元24、26。
[0098]
根据本公开的第一方面的方法可以包括下面呈现的特征。
[0099]
因此，该方法包括：对于电能存储系统18中的每个电池单元24、26，确定电池单元功率状态值sopi，该电池单元功率状态值sopi表示在不违反电池单元24、26的电热限制的情
况下、所述电池单元24、26在预定的未来时间范围内在恒定的负载水平下所能提供或接收的最大电负载量。如下文将详述的，电池单元功率状态值sopi例如可以用充电和/或放电电流或者用充电和/或放电功率来表示。
[0100]
此外，该方法包括：对于电能存储系统18中的每个电池单元24、26，获得电池单元实测负载值l1、l2，电池单元实测负载值l1、l2表示在特定时刻实际施加在该电池单元上的电负载。对于电池单元功率状态值sopi，该电池单元实测负载值也可以用电流或电功率来表示。
[0101]
另外，该方法包括：基于电能存储系统18中的每个电池单元24、26的电池单元实测负载值l1、l2，确定电能存储系统18的电池单元24、26之间的负载分布。
[0102]
此外，该方法包括：基于电池单元功率状态值sopi和所述负载分布来确定电能存储系统功率状态值sop
ess
。
[0103]
将在下文中进一步介绍上述方法。
[0104]
关于电能存储系统18中的每个电池单元24、26的电池单元功率状态值sopi的确定，可以以多种不同的方式来执行这样的确定。作为一个非限制性示例，电池单元的供应商可以提供表示电池单元功率状态值sopi的信息。作为另一个非限制性示例，可以在将电池单元添加到电能存储系统18之前例如使用测试程序等来确定电池单元功率状态值sopi。
[0105]
参考图2，可以使用上文已经讨论过的单独电池管理单元(图2中未示出)来确定每个电池单元24、26的功率状态值sopi。替代地，可以使用中央系统(例如图2中的电池管理系统28)来确定每个电池单元24、26的功率状态值sopi。
[0106]
仅作为示例，电池单元功率状态值sopi可以被设置为在特定时间段内恒定。作为另一个非限制性示例，电池单元功率状态值sopi可以被设置为与时间相关，因此例如可以表示为sopi(k)。
[0107]
作为其它非限制性示例，可以使用单个电池模型来确定电池单元功率状态值sopi，如下文将讨论的。
[0108]
作为第一示例，电池单元功率状态值sopi可以简单地等同于可以施加在该电池单元上的最大电流。这样，电池单元功率状态值sopi可以根据以下公式来表示：
[0109][0110]
应当注意，最大电流可以取决于电流是对电池单元充电还是从电池单元放电而不同。这样，电池单元可以根据以下公式而与两个功率状态值相关联：充电功率状态值sop
i,charge
和放电功率状态值sop
i,discharge
：
[0111][0112]
作为非限制性示例，单个电池模型可以包括开路电压v
oci
、内阻r
0i
、最小电压限制vi
min
和最大电压限制vi
max
。仅作为示例，上述参数可以是静态值或者是假定在特定时间范围(例如上面讨论的预定的未来时间范围)内恒定的值。应当注意，单个电池模型还可以包括附加项，例如用于对电池单体内的动态浓度和激活极化进行建模的一个或多个rc对(rc pairs)。
[0113]
因此，以简化的形式，以电功率定义的电池单元功率状态值sopi可以根据以下公式来确定：
[0114][0115]
这里，应该注意，开路电压v
oci
可以被建模为依赖于电池单元的荷电状态soci。此外，荷电状态soci可以是与时间相关的参数。因此，公式3可以根据以下公式用公式表示：
[0116][0117]
应当注意，内阻r
0i
也可取决于电流是对电池单元充电还是从电池单元放电。因此，电池单元可以包括充电内阻r
0i,charge
以及放电内阻r
0i,discharge
。因此，与公式2类似，电池单元可根据以下公式而与两个功率状态值相关联：
[0118][0119]
为了完整起见，需要说明的是，电池单元的最大电流，无论是充电电流还是放电电流，都可以通过多种不同的方式来确定。仅作为示例，最大电流可以在测试环境中确定。
[0120]
可选地，作为一般公式，最大电流可以使用优化过程来确定，例如考虑到电池单元的热动力学和荷电状态极限。
[0121]
仅作为示例，使用通过电流定义功率状态sopi的示例，功率状态可以通过使用如在公式7至公式14中呈现的对于预定的未来时间范围δt的边界条件(即，电热约束)求解以下公式6中的最大化问题来确定：
[0122][0123]
服从于：
[0124]
电动力学：
[0125]
热动力学：
[0126]
电池电压输出：vi(t)＝f1(xe，x
t
，ii)
ꢀꢀ
公式9
[0127]
电池温度：ti(t)＝f2(x
t
，xe，ii)
ꢀꢀ
公式10
[0128]
荷电状态限制：
[0129]
电压限制：
[0130]
温度限制：
[0131]
电流限制：
[0132]
不管如何为电能存储系统18中的每个电池单元确定电池单元功率状态值sopi，都可以使用本公开的方法来确定电能存储系统功率状态值sop
ess
。如上文所述，该方法包括确定电能存储系统18的电池单元24、26之间的负载分布。
[0133]
这里，应当注意，术语“负载”可以涉及电流或电功率。因此，电池单元实测负载值可以表示在特定时刻实际施加在电池单元24、26上的电流或电功率。
[0134]
此外(尽管仅作为示例)，电能存储系统功率状态值表示在不违反任一个电池单元
的由功率状态值sopi；sopi(k)定义的功率状态的情况下、电能存储系统在预定的未来时间范围内在恒定的负载水平下所能提供或接收的总最大电流量或者总最大电功率量，并且其中，电池单元功率状态值表示在不违反电池单元24、26的电热限制的情况下、该电池单元在预定的未来时间范围内在恒定的负载水平下所能提供或接收的最大电流量或最大电功率量。
[0135]
此外，不应忽视的是，每个电池单元24、26以及电能存储系统18可以具有两个不同的功率状态值，即，充电功率状态值和放电功率状态值。
[0136]
可以设想，本公开的实施例将仅确定电能存储系统充电功率状态值和电能存储系统放电功率状态值中的一个。仅作为示例，如果期望对电能存储系统充电，则确定电能存储系统充电功率状态值可能就足够了。
[0137]
然而，还可以设想的是，本公开的实施例将确定电能存储系统充电功率状态值和电能存储系统放电功率状态值二者。
[0138]
下面将呈现根据本公开的方法的各种实施例。特别地，重点放在电能存储系统18的电池单元24、26之间的负载分布的确定和使用上。
[0139]
根据本公开的实施例，确定负载分布的步骤包括确定每个电池单元的负载分担因子δi(k)。负载分担因子δi(k)表示电能存储系统的总电负载的施加在电池单元24、26上的比例。由于负载分担比例可以是时间相关的，因此负载分担函数在下文中用δi(k)表示，其中变量i表示电池单元的序号，而k是表示时刻的量度。这里，应当注意，k可以表示实际时间，从而k可以是一个连续参数，或者k可以表示多个时间步长，每个时间步长都具有一定长度tk。
[0140]
还应注意，在本公开的方法的实施例中，可以在不考虑电负载的时间变化的情况下确定负载分担因子δi(k)。在这种情况下，负载分担因子可以表示为δi。但是，为了完整起见，负载分担因子在下面被写为δi(k)。类似地，电负载参考值l
ref
和电池单元实测负载值l1、l2以及还有电能存储系统功率状态值sop
ess
可以是时间相关的，因此在下文中也可以写为l
ref
(k)、li(k)和sop
ess
(k)。
[0141]
根据本公开的实施例，可以通过确定表示实际施加在电能存储系统18上的总电负载的电负载参考值l
ref
(k)来确定负载分担因子δi(k)。仅作为示例，电负载参考值l
ref
(k)可以是表示施加在电能存储系统18上的总电负载的值。换句话说，电负载参考值l
ref
(k)可以通过对电能存储系统18中的每个电池单元上的电负载进行求和来形成。作为另一个非限制性的替代方案，电负载参考值l
ref
(k)可以表示电能存储系统18中的每个电池单元上的平均电负载。
[0142]
因此，使用电流作为电负载的例子，电负载参考值l
ref
(k)例如可以表示为：
[0143][0144]
即，电负载参考值l
ref
(k)可以是施加在每个电池单元上的电负载的总和。因此，在上述公式中，n是电能存储系统18的电池单元的数量。替代地，负载参考值l
ref
(k)例如可以表示为
[0145][0146]
即，电负载参考值l
ref
可以是施加在每个电池单元上的平均电负载。这里，再次应该注意，上述示例中以电流为例的电负载可以是充电负载或放电负载。
[0147]
此外，分担因子δi(k)的确定还可以包括确定是否满足负载分担条件。该负载分担条件包括电负载参考值的大小大于或等于预定的第一阈值，例如：
[0148]
|l
ref
(k)|≥β1ꢀꢀ
公式17
[0149]
可以基于电能存储系统18来选择第一阈值β1。此外，第一阈值β1可以在充电负载和放电负载之间不同，如上面已经暗示的那样。此外，第一阈值β1可以是非负量。
[0150]
该方法可以进一步包括：对于每个电池单元，响应于满足负载分担条件，例如根据以下公式将电池单元的负载分担因子δi(k)设置为电负载参考值与电池单元实测负载值之间的比率：
[0151][0152]
从上面可以看出，对于相同的负载参考值l
ref
(k)，负载分担因子δi(k)的值将随着电池单元实测负载值li(k)的值减小而增大。
[0153]
除了上述之外，对于每个电池单元，负载分担因子δi(k)还可以根据以下方式来确定：响应于不满足负载分担条件，将该电池单元的负载分担因子δi(k)设置为预定的负载分担参数，优选地，该预定的负载分担参数等于1。因此，结合上述两种备选方案，负载分担因子δi(k)可以根据以下公式来确定：
[0154][0155]
仅作为示例，预定的负载分担参数c
δ
可以用于在确定电池单元的负载分担因子时以及随后在确定电能存储系统功率状态值sop
ess
；sop
ess
(k)时采用保守的方法。
[0156]
在本方法的实施例中，负载分担条件可以包括除了上面讨论的那些之外的术语。仅作为示例，负载分担条件对于每个电池单元来说可以是单独的，并且还包括电池单元实测负载值的大小大于或等于预定的第二阈值，例如
[0157]
|li(k)|≥β2ꢀꢀ
公式20
[0158]
如从上面可以看到的，预定的第二阈值优选大于零。仅作为示例，可以根据所涉及的电池单元(例如类型和型号)来设置第二阈值。
[0159]
替代地或除了上述之外，负载分担条件对于每个电池单元来说可以是单独的，并且还可以包括电池单元实测负载值的大小大于或等于电池单元功率状态值的大小乘以预定的第三阈值，优选地，该预定的第三阈值在0到1的范围内，例如
[0160]
|li(k)|≥β3·
sopi(k)
ꢀꢀ
公式21
[0161]
再次，如上文已经讨论的，应注意电池单元实际上可以具有两个不同的电池单元功率状态值，即，一个值针对充电，一个值针对放电。此外，不应忽视的是，充电期间的电负载通常被认为是正的，而放电期间的电负载是负的。因此，负载分担条件部分的最后实现可以重新用公式表示为：
[0162]
li(k)≥β3·
sop
i，charge
(k)or li(k)≤β3·
sop
i，discharge
(k)
ꢀꢀ
公式22
[0163]
负载分担条件的上述示例部分可以使用and语句组合。仅作为示例，所有这三个部分例如可以根据以下公式来组合：
[0164]
|l
ref
(k)≥β1ꢀꢀ
and
ꢀꢀ
公式23
[0165]
|li(k)|≥β2ꢀꢀ
and
[0166]
|li(k)|≥β3·
sopi(k)
[0167]
利用充电和放电功率状态的差异，所组合的负载分担条件可根据以下公式来用公式表示：
[0168]
|l
ref
(k)|≥β1ꢀꢀ
and
ꢀꢀ
公式24
[0169]
|li(k)|≥β2ꢀꢀ
and
[0170]
li(k)≥β3·
sop
i，charge
(k)or li(k)≤β3·
sop
i，discharge
(k)
[0171]
不管使用哪种负载分担条件，如此确定的负载分担因子δi(k)都可用于确定电能存储系统功率状态值sop
ess
(k)。
[0172]
因此，虽然仅作为示例，但是确定电能存储系统状态功率值sop
ess
(k)的步骤可以包括：对于电能存储系统18中的每个电池单元24、26，通过根据以下公式将电池单元功率状态值与负载分担因子相乘来确定电池单元乘积bupi(k)：
[0173]
bupi(k)＝δi(k)
·
sopi(k)
ꢀꢀ
公式25
[0174]
正如在研究上述公式时可以意识到的那样，假设满足负载分担条件，则负载分担因子δi(k)将随着施加在电池单元上的负载的减少而增大，参见例如公式18。此外，如上文所述，电池单元功率状态值sopi(k)表示在不违反电池单元24、26的电热限制的情况下、该电池单元在预定的未来时间范围内在恒定的负载水平下所能提供或接收的最大电负载量。
[0175]
因此，对于特定时刻k以及对于特定电池单元i，电池单元功率状态值sopi(k)可能是低的。同时，实际施加在该电池单元上的电负载也可能较低，其结果是负载分担因子δi(k)将会相对高。这又将导致电池单元乘积bupi(k)，例如，该乘积可以大约为电能存储系统18的电池单元之间的平均值。
[0176]
另一方面，如果电池单元功率状态值sopi(k)是低的，而实际施加在电池单元上的电负载是高的，这将导致低的电池单元功率状态值sopi(k)以及低的负载分担因子δi(k)，其结果是电池单元乘积bupi(k)可能是低的。
[0177]
如从上文可以认识到的，电池单元乘积bupi(k)在确定电能存储系统功率状态值bup
ess
(k)时呈现相关的信息。仅作为示例，确定电能存储系统功率状态值bup
ess
(k)的步骤可以包括根据以下公式使用这些电池单元乘积bupi(k)中的最接近于零的电池单元乘积来确定电能存储系统功率状态值：
[0178][0179]
上述关系可以以不同的方式使用，这取决于是否已经使用例如上文的公式15或公式16确定负载分担因子。
[0180]
在使用了公式15的情况下，可以根据以下公式确定电能存储系统功率状态值bup
ess
(k)：
[0181]
[0182]
另一方面，在转而使用了公式16的情况下，可以根据以下公式确定电能存储系统功率状态值bup
ess
(k)：
[0183][0184]
在下文中进一步举例说明了上面的公式27和公式28。
[0185]
在第一示例中，电池单元功率状态值可以是电池单元充电功率状态值，并且电能存储系统功率状态值是电能存储系统充电功率状态值。实际上，在第一示例中，电池单元功率状态值sopi是电池单元充电电流状态值并且电能存储系统功率状态值是电能存储系统充电电流状态值此外，电池单元实测负载值可以表示在特定时刻实际施加在电池单元上的电流，即li(k)＝ii(k)。作为另一个非限制性示例，电池单元实测负载值可以表示电功率，例如pi(k)＝ii(k)
·vi
(k)。
[0186]
使用上述假设，电能存储系统充电电流状态值可根据以下公式确定：
[0187][0188]
其中
[0189][0190]
如果上文例如根据公式15确定电负载参考值l
ref
(k)。在转而使用公式16的情况下，电能存储系统充电电流状态值可根据以下公式确定：
[0191][0192]
其中
[0193][0194]
在第二示例中，电池单元功率状态值可以是电池单元放电功率状态值，并且电能存储系统功率状态值是电能存储系统放电功率状态值。实际上，在第二示例中，电池单元功率状态值sopi是电池单元放电电流状态值并且电能存储系统功率状态值是电能存储系统放电电流状态值此外，电池单元实测负载值可以表示在特定时刻实际施加在电池单元上的电流，即li(k)＝ii(k)。
[0195]
利用上述假设，可根据以下公式确定电能存储系统放电电流状态值
[0196][0197]
其中
[0198]
[0199]
如果例如根据上文公式15确定电负载参考值l
ref
(k)。正如当将公式33和公式34与公式31和公式32进行比较时可以意识到的，公式31中的最小函数被公式33中的最大值函数代替。这是因为：如果在此按惯例认为放电电流是负值，则其结果是，最大项将导致其绝对值最小。
[0200]
在转而使用了公式16的情况下，电能存储系统放电电流状态值可根据以下公式确定：
[0201][0202]
其中
[0203][0204]
还应注意，根据本公开的方法可以进一步包括：
[0205]-对于多个时刻(k)中的每一个，使用根据本公开的方法来确定该时刻的电能存储系统功率状态值sop
ess
(k)。仅作为示例，每个时刻的电能存储系统功率状态值sop
ess
(k)可以使用上文呈现的方法实施例中的任一个来确定。
[0206]-通过对电能存储系统功率状态值sop
ess
(k)应用滤波器(优选为低通滤波器和/或加权移动平均滤波器)来确定所述多个时刻(k)的电能存储系统功率状态值。
[0207]
如从上文可以意识到的，可以通过多种不同的方式来确定电能存储系统功率状态值。不管这种值是如何确定的，可以想到该值可用在用于控制电能存储系统的负载的方法中，该电能存储系统包括彼此并联电连接的至少两个电池单元。这种方法包括根据本公开的第一方面、例如根据以上示例中的任一个示例来确定电能存储系统功率状态值，并且根据如此确定的电能存储系统功率状态值在能量存储系统18上施加电负载，该电负载例如可以用电功率或电流表示。
[0208]
仅作为示例，根据如此确定的电能存储系统功率状态值在能量存储系统上施加电负载可以包括施加以下电负载：该电负载的绝对值小于或等于如此确定的电能存储系统功率状态值的绝对值。
[0209]
根据第一方面或第二方面的该方法可以由计算机程序实现。因此，本公开的第三方面涉及一种计算机程序，该计算机程序包括程序代码组件，该程序代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行本公开的第一方面或第二方面的步骤。以类似方式，本公开的第四方面涉及一种携载计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括程序组件，当该程序组件在计算机上运行时，该程序组件用于执行本公开的第一方面或第二方面的步骤。
[0210]
应当注意，本公开不限于上文描述的和附图中示出的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。例如，虽然已主要针对公共汽车描述了本公开，但本公开应同样适于任何类型的车辆，例如任何类型的电动车辆。事实上，本公开可用于任何类型的能量存储系统。