能量存储控制系统和方法_3

文档序号:8927272阅读:来源:国知局
V 10的控制系统等等。因此,应认识到48伏输出可以在某些情况下提供更高效的电压,在该电压下运行mHEV1的附件(如相比于12伏),尤其当内燃机33熄火(如在起停周期内)时。也应该认识到,在一些实施方式中,电池模块22的48伏输出也可被供给mHEV 10的任何其它合适的组成部件和/或附件(如灯、开关、门锁、窗用马达、刮雨器等等)。
[0055]而且,如图4所示的mHEV 10包括车辆控制单元/模块(VCM) 36,其可控制车辆10的各组成部件的一个或多个运行参数,并且VCM 36可包括至少一个存储器和至少一个被编程来执行这样任务的处理器。与mHEV 10的其它组成部件一样,电池模块22可通过一条或多条通信线38被联接至VCM 36,从而VCM 36可接收来自电池模块22的输入,确切说是来自电池模块22的电池控制模块(BCM)的输入(如下详述)。例如VCM 36可接收来自电池模块22的与各个参数相关的输入如荷电状态和温度,并且VCM36可利用这些输入来确定何时充电和/或放电该电池模块22,何时中断电池模块22的充电,何时起动和停止mHEV10的内燃机33,是否使用BAS 29或起动机28等。
[0056]如上所述,在微混合动力车辆、轻混合动力车辆和混合动力电动车辆中,需要测量或评估可能是能量存储系统(ESS)的众多储蓄装置之一的能量存储装置的各种状态以维持正确的功能,包括电动推进、制动再生和其它功能。作为ESS状态的一个例子,SOC表示就电池单元为提供能量或接收能量所具有的额定容量而表示的当前/目前电容,并且其是保证电池模块/电池组的电池单元的安全充放电所需要的参数之一。因此,SOC提供电池单元的当前状态并允许电池单元在适用于电池单元和电池组寿命延长的水平下安全地充放电。因此,SOC有助于电池单元和电池组的管理。另外,因为SOC依据从被测的电池单元电压和温度参数获得荷电水平,故可充电的电池单元可显示随时间温度而变的放电特性。
[0057]如图所示,SOC通常以能量存储装置(即电池单元或电池组)电容的百分比形式来测量,此时充满电的能量存储装置为100%,放完电的为0%。充满电/放完电的定义取决于能量存储装置的化学作用和应用。可与能量存储装置的额定电容相关地说明提到S0C,因此如果能量存储装置具有100%的S0C,则它处于能量存储装置的满额定电容。能量存储装置的实际电容已知随时间而恶化,此时能量存储装置的最大电容和电力输入/输出随时间而减小,因为能量存储装置的化学作用和内部性能恶化。
[0058]已知的是根据评估的能量存储装置状况来控制车辆中的电网以便优化电力使用、管理能量存储装置的有效使用寿命并提高车辆的燃油经济性。伴随更好的评估,变得可以通过缩小电池尺寸来实现成本降低。不幸的是,想要这样做的现有计划遇到了无法获得关于能量存储装置状态的精确信息的问题。当能量存储装置处于休眠且没有从中汲取能量时,非常准确的评估能量存储装置的状态如荷电状态(SOC)、健康状态(SOH)、电容或电阻只能间接地偶尔进行。
[0059]当车辆处于运行时,在电池处于休眠时完成测量的机会很少。因为偶尔进行能量存储装置状态的高精度测量,故能量存储装置状态的任何存储评估结果在最后精确测量以后的时间内的不准确性增强。因为许多能量存储装置如电池在良好控制的条件下最佳工作,故精确知道能量存储装置的状态且保持能量存储装置在可接受的条件范围内工作是重要的。应对此问题的一种做法是“快充”某些类型的电池,从而电池被充满。此做法效率低下并且没有为将来的充电留下多少空间。已接受的另一种做法是电池的被测状态或评估状态是不准确的并且仅提供了用于运算误差的大范围。可惜的是这种做法也是昂贵的。
[0060]因而,本做法针对的是电力控制系统,其所执行的电池使用策略有助于在车辆运行中的电池状态评估。这些评估在电池休眠期内进行,其对应于允许SOC的评估/估算的电池电流水平。在一个实施方式中,与能量存储装置相连的传感器被用来在休眠期内测量能量存储装置的状态,该休眠期对应于此时流过能量存储装置的电流被减小到允许评估状态如电阻、电容、开路电压(OCV)、荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)的程度的时间跨度。
[0061]在一个实施方式中,允许这种评估的电流水平可以等于零或近似为零。该电池使用策略被设置成保证电池在车辆的驱动模式中具有定期的或可选择建立的休眠期以方便状态评估。这些休息点的建立是通过依据以下两个标准的优化:1)尽量减少对在其它方面最佳的策略的中断,和2)需要执行状态评估动作的迫切性。在一个实施方式中,休眠点策略进一步体现为与休眠事件的频率相关地优化休眠事件的持续时间。因此,该策略建立了允许这些休眠事件的筹划减少的适当的休眠事件时期。在组合式能量存储系统情况下,这些休眠点针对一个能量存储装置/组成部件来选择,而其余的能量存储装置和/或其它电力发生装置(如发电机)可以继续应对和支持任何或全部的车辆负载要求。
[0062]状态评估的例子尤其可以包括S0C、剩余电容、电阻、退化和在ESS中的一个或多个能量存储装置的电池单元之间的电荷失衡。该休眠期也可以提供缓解可能在休眠期内暴露出的任何问题如失衡的机会。或者,这些问题可以在进一步的休眠期内来解决。
[0063]根据本文,SOC是通过将在休眠期内的预测电池电压与开路电压和SOC之间的已知关系相比较而专门确定的。作为本文的另一方面,可以在许多温度下建立开路电压和SOC之间的关系,并且可以在SOC评估中利用能量存储装置的温度。如果这些变量和状态时已知或被发现能预测S0C,则其它的变量和状态也可以被用来评估S0C。预测能力也适用于其它状态。
[0064]可测电池状态测量的另一个例子可以借助通过将OCV设定至被测端子电压来确定SOC来获得。所述SOC是其中一个可测状态,而SOC和OCV之间的关系是确定性的。如果OCV是已知的,则可以确定S0C,反之亦然。因为OCV只等于用于张弛电池的端子电压,故需要经过足以用于精确测量的时间后在张弛电池上获得0CV。
[0065]虽然在图1-4中所示为轿车,但车辆10的类型可以是实施专用的,因而可以在其它实施方式中是不同的,所有这些实施方式旨在落入本文范围内。例如车辆10可以是卡车、公共汽车、工业车辆、摩托车、游艺车、舟艇或任何其它类型的车辆。在车辆具有内燃机(!CE)的情况下,内燃机位于车辆内的发动机舱中。
[0066]ESS的示例性实施例包括一个或多个能量存储装置并被配置应用在微混合动力车辆中,其具有许多功能如起停和再生制动。如图5所示,ESS100包括电池模块22,其包括成对的(双)能量存储装置(El) 102和(E2) 104、电压/电流/功率流调整装置106和ESS控制器或控制单元108。在一个实施方式中,调整装置106可以是DC/DC转换器单元。如图所示,能量存储装置102被连接至电附件110,能量存储装置104被连接至起动机单元28和发电机/交流发电机单元29。如上所述,起动机单元28和发电机/交流发电机单元29可以被合并成一体化起动发电机,其提供起动机功能和发电机功能。
[0067]如图所示,起动机单元28和发电机/交流发电机被联接至ICE 33,其又被联接至驱动系35。或者,电附件110可以就位在能量存储装置102和调整装置106之间。另外,电附件110和能量存储装置102可以就位在调整装置106的相对两侧。能量存储装置102在ESS 100内的这些不同位置可以支持能量存储装置102的不同电压来满足电附件110的不同电力需求。另外,依据发电机/交流发电机29的动力需求,能量存储装置102和104可被连接至发电机/交流发电机29,并且其各自的功率流可以通过调整装置106被单独控制。在一个实施方式中,能量存储装置102可以具有使其适用于高功率条件下的高电流运行的特性,例如在起动和回收再生事件中。
[0068]在一个实施方式中,能量存储装置102和104可以都位于调整装置106的一侧。即,能量存储装置102和104可以位于电附件110和调整装置106之间或者在发电机/交流发电机29和调整装置106之间。或者,能在任何电动车辆中实施的ESS 100可以是组合电池系统,其配置成支持高电力负载并提供电力冗余。
[0069]还是参见图5,车辆10可以包括一个或多个车辆控制单元例如VCM 36,其可提供输入数据给ESS 100,该数据用来帮助与所述一个或多个能量存储装置的可测状态评估相关地做出决定。如上所述,电附件110可包括多个附件(耗电负载),其与电网负载相关联,电网负载能根据哪些不同的附件和其它装置被不时供电而随着时间改变。电网负载接收由ESS 100经图6所示的电网250如车辆电网所提供的电力。
[0070]在一个实施方式中,El 100可以是电池、电容器和任何类型的能量存储装置。可以采用不同类型的电池如铅酸电池、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-空气电池和其它类型的电池。同样可以使用不同类型的电容器,例如电解电容器、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的电容器。
[0071]根据本文,El 102和E2 204由ESS控制器108根据可测状态信息来可选择地控制,所述可测状态信息通过将ESS控制器108链接至El 102和E2 104的数据网络来获得。ESS控制器108基于自VCM 36收到的信息和其它存储参数被配置成可选择地命令调整装置106来使得其中一个所述能量存储装置El 102、E2 104与电网断开。
[0072]与能量存储装置El 102和E2 104相关的术语“断开”的使用不一定是指物理断开。相反,当能量存储装置El 102和E2 104被断开时,它仅意味着它们停止供应大于零的、接近零的或约为零的电流至电网或从电网接收这样的电流。根据本文,实现这种断开以将流过El 102和/或E2 104的电流减小至接近零或约为零。该“断开”可借助减小电力输出设定值、实际物理断开(如通过开关)或其它手段来实现。
[0073]约为零或接近零应被理解为是指正好为零或者足够接近于零从而能够精确完成能量存储装置的状态测量。约为零或接近零的电流的准确值将主要取决于能量存储装置的性质和被测的能量存储装置的特定状态并且可能需要根据经验来定。在一个实施方式中,约为零或接近零优选是从零到5安培的电流,更优选是从零到100毫安的电流。在任何情况下,约为零的或接近零的电流处于为了加强能量存储装置El 10
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