能量存储控制系统和方法
【专利说明】能量存储控制系统和方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2012年12月28日提交的美国临时专利申请序列号61/751，409和于2013年3月15日提交的美国临时专利申请序列号61/800，208的依照35U.S.C.119(e)的权益，这两份申请兹被援引纳入。
【背景技术】
[0003]除非本文另有指明，否则本部分中所述的资料不是本申请的权利要求的现有技术，而且并不因为加在此部分中而被认为是现有技术。
[0004]采用一个或多个电池系统以支持推进功能、起停功能和/或再生制动功能的车辆可被称为xEV，在这里，术语“xEV”被定义为包含所有下述的电动车辆或其任何变型或者组入口 ο
[0005]“起停车辆”被定义为这样的车辆，它能在车辆停止时熄火燃烧发动机并使用电池(能量存储)系统继续给包括娱乐系统、导航系统、照明系统或其它电子装置在内的装载于车辆上的耗电装置供电以及在需要推进力时重新起动发动机。缺少制动再生或电动推进使“起停车辆”有别于其它形式的xEV。
[0006]如本领域技术人员将理解的，混合动力电动车辆(HEV)融合了内燃机(ICE)推进系统和电池供电型电动推进系统例如48伏、130伏或300伏系统。术语“HEV”可以包括混合动力电动车辆的包含例如像制动再生、电动推进和起停这样特点的任何变型。
[0007]一种特定类型的xEV是微混合动力车辆(mHEV或micro-HEV)。微混合动力车辆一般在被限定为低于60伏的低电压下运行。微混合动力车辆一般提供起停功能并因其采用制动再生功能而有别于“起停车辆”。制动再生电力的范围一般能从2千瓦至最高12千瓦，但也可出现其它数值。微混合动力车辆也能提供一定程度的电动推进力给车辆。如果有，则推进力大小一般将不足以为车辆提供全动力。
[0008]全混合动力系统(FHEV)和轻混合动力系统(Mild-HEV)可以使用一个或多个电动机、只使用内燃机或者使用两者来提供动力和其它电力给车辆。FHEV—般是高电压(大于60伏)，通常在200至400伏之间。轻混合动力系统一般在60至200伏之间运行。根据车辆的大小，Mild-HEV能提供10至20千瓦的制动再生或推进力，而FHEV提供15至100千瓦。Mild-HEV系统也可以在例如加速过程中施加一定程度的动力辅助来补充所述内燃机，而FHEV通常可以在短时间内以电动机作为唯一的推进力来源并通常采用电动机作为比Mild-HEV更大的推进力来源。
[0009]另外，插电式电动汽车(PEV)是可由外电源如壁插座来充电的任何车辆，并且储蓄在可充电电池组中的能量驱动车轮或有助于驱动车轮。PEV是xEV的子范畴，其包括全电电动车辆或电池电动车辆(BEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和混合动力电动车辆和传统内燃机车辆的电动车辆变形。BEV完全由电力驱动并缺少内燃机。PHEV具有内燃机和电动力源，此时电动力能提供全部或几乎全部的车辆推进需求。PHEV能采用纯电动模式(“EV模式”)、纯内燃模式和混合模式中的一种或多种。
[0010]与仅采用内燃机和传统电力系统的更传统的燃油动力车辆相比，上述xEV可带来许多优点，所述传统电力系统一般是由铅酸电池供电的12伏系统。例如，与传统车辆相比，xEV可产生更少的不希望有的排放物并可显示出更高的燃油效率，而且在某些情况下，这样的xEV可完全无需使用汽油，就像在某些类型的BEV中出现的那样。
[0011]随着xEV技术不断发展，人们需要为这种车辆提供改进的动力源(如电池系统或模块)。例如人们希望增大这种车辆在无需电池再充电情况下可行驶的距离。另外，改善这种电池的性能并降低与电池系统相关的成本也可能是符合期望的。
[0012]人们已发现，传统的xEV在功能上受到为其电动机/发电机和车辆附件供电的其电能系统的限制。电动机一般通过需要蓄能的电源来供电，该电源适用于大功率放电以及适用于由各种不同行驶状况所产生的用电需求。
[0013]车辆电池需要小心管理以促成正确稳定的运行。可以测量电池的各种特性，包括温度、电压、电流和其它。须由可测特性例如总电容和“荷电状态”(SOC)来评估其它状态，荷电状态是电池中可用电能大小的量度。对于XEV，电池特性对其被测时的状况敏感。因此，可能难以同时既使用电池又表述电池特性。在电动车辆或混合动力车辆中，SOC允许估算出车辆可驶过的潜在距离。
[0014]作为典型车辆运行的一部分，频繁地进行SOC评估。评估SOC的手段有许多，但大多数方法采用了两种主要方法的一些组合:电压查找和电流积分。电压查找法利用电池的开路电压随荷电状态而变的事实。此方法将采用转换函数来允许被测电压用作确定SOC的手段。电流积分法以已知的SOC和电池的总电容开始并且加上/减去电池的电荷吞吐量。
[0015]这些方法中的每一种方法都有明显的不足。电压查找法遇到以下事实:当电流为零且电池完全平衡时(这实际上很少见)，电池的端子电压只等于开路电压。而且，对于某些电池化学作用，开路电压在SOC数值的宽广范围内都是近似恒定的，使得电压成为差的SOC预测指标。电流积分遇到以下事实:精度因测量误差、偏压和不统一的电池库伦效率而逐渐降低。
[0016]状态评估且尤其是SOC评估对于大多数形式的锂离子电池的使用来说是重要的。这是因为电池如果在规定工作状况以外被操作话就可能受损或变得不稳。另外，锂离子缺少在镍-金属化学作用和铅-酸化学作用中发现的“氧化还原”反应或“顶充”反应，此时电池过充(在极限范围内)产生无害的副产物。因此，安全运行要求以一定的合理精确程度知晓SOC。
[0017]一般，能量存储装置的可靠状态评估如SOC评估只能很少见地进行。例如只能偶尔执行基于开路电压的SOC评估并且只有当车辆未正被驾驶时。因此，能量存储装置的SOC的任何评估在车辆操作过程中变得越来越不精确，因为从最后的精确测量之后的时间延长。这种效果对微混合动力车辆、轻混合动力车辆和混合动力电动车辆而言尤其如此，因为充电/放电工作周期相对密集。
[0018]为了克服这些不准确的SOC评估，传统的做法简单提供一个用于运算误差的大裕度。提供用于运算误差的大裕度可能显著增大电池尺寸，增加车辆整体成本。没有相应提高精度地缩小误差范围可能导致能量存储装置的过充或未充满，这可能造成能量存储装置的不稳定、故障和/或寿命缩短。
[0019]因此，需要一种系统和方法，它们允许精确评估车辆电池中所用的能量存储装置的状态，尤其是那些车辆如采用大功率制动再生和电动推进功能的微混合动力车辆、轻混合动力车辆和混合动力电动车辆。
【发明内容】
[0020]本文披露了能量存储控制系统和方法。
[0021]在一个方面，一种用于提供电力给车辆电网的系统包括与该电网相连的能量存储装置和与该能量存储装置相连以测量休眠期内的能量存储装置的状态的传感器，该休眠期对应于以下时间段，在该时间段期间，流过能量存储装置的电流被减小至允许状态评估的水平。该系统还包括被连接至该传感器的用于依据可用数据来评估能量存储装置的状态的控制器，所述可用数据可包括电压数据、电流数据、温度数据和其它数据。该控制器建立用于能量存储装置的休眠期。所述休眠期通过在尽量减小正常车辆运行的中断和更新能量存储装置状态的测量结果的需求之间的优化来建立。
[0022]在另一方面，提供一种用于控制给电网施加储蓄电力的计算机执行方法。ESS与该电网相连以提供储蓄电力电流给电网以供电网负载运行。所述ESS包括一个或多个能量存储装置，它们可包含铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池、锌溴电池、锂硫电池、液流电池、多价金属电池和金属空气电池以及其它类型电池。同样，可采用不同类型的电容器如电解电容器、双电层电容器(EDLC)、锂电容器、赝电容器、非对称电容器、超级电容器或其它类型电容器。在ESS包括许多能量存储装置的情况下，这些装置可直接或是通过调整装置如DC/DC变换器、开关或类似器件相互电连接。其中一个或多个所述的能量存储装置也能直接或通过调整装置被连接至车辆电网。该方法包括建立能量存储装置的休眠期，在所述休眠期内，流过能量存储装置的电流被减小至允许状态评估的水平。另外，所述休眠期是通过在尽量减小车辆正常运行的中断和更新能量存储装置测量结果的需求之间的优化而建立的。该方法进一步包括测量在该休眠期内的“休眠”能量存储装置的状态。
[0023]在又一个方面，计算系统包括处理单元和存储指令的存储装置，所述指邻可在由该处理单元执行时运行，以造成该处理单元执行测量休眠期内的能量存储装置状态的方法。该方法包括建立休眠期，在该休眠期内，流过能量存储装置的电流被减小至允许状态评估的水平。减小流过该装置的电流可通过使该装置从车辆电网物理断开或者通过使用控制器来保持减小电流来实现。此方法也测量能量存储装置的状态，在休眠期内自传感器接收关于能量存储装置的状态的信息，存储关于能量存储装置的信息，并确定对关于状态的存储信息的精度的置信水平。该方法还包括评估将由能量存储装置断开造成的正常运行中断的程度，并且依据对存储状态精度的置信水平和能量存储装置断开所造成的策略中断的程度来确定何时建立用于新状态测量和能量存储装置的新状态的存储的休眠期。
[0024]在另外一个方面，一种用于提供电力给车辆电网的系统包括能量存储系统，它具有与车辆电网相连的多个能量存储装置。该系统还包括建立用于所述多个能量存储装置中的每一个能量存储装置的休眠期的控制器，在所述休眠期内，流过各自能量存储装置的电流被减小至近似为零安培，该休眠期是根据运行策略建立的，以便没有不利地影响到车辆正常运行。
[0025]通过阅读以下在合适情况下参照附图的详述说明，本领域普通技术人员将会清楚了解这些以及其它的方面、优点和替代方式。另外应该理解的是，在
【发明内容】
部分和本文的其它部分中给出的公开内容是想要仅举例性而不是限制性地详述实施方式。
附图简介
[0026]当参照附图来阅读以下详细说明时，将会更好地理解本文的这些和其它的特征、方面和优点，在这些附图中，相同的符号代表相同的零部件，其中:
[0027]图1是根据本发明的一个实施例的车辆(xEV)的立体图，其具有为车辆贡献全部动力或部分动力的电池系统；
[0028]图2是根据本发明的一个实施例的呈混合动力电动车辆(HEV)形式的图1的xEV实施例的示意剖视图；
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