專利名稱：能量存儲(chǔ)系統(tǒng)能量容量和能力監(jiān)控的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及報(bào)告能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的品質(zhì)的方法，具體地，涉及能夠以提高車輛的操作和效率的方式報(bào)告車輛能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力和能量容量的方法。
背景技術(shù)：
許多設(shè)備需要對蓄電池、電容或相關(guān)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)(ESS)的品質(zhì)的準(zhǔn)確報(bào)告，以辨別需要另外充電的時(shí)間。一種報(bào)告ESS的品質(zhì)的技術(shù)包含充電狀態(tài)(S0C)，S0C表示系統(tǒng)中的電荷量。將SOC作為ESS的品質(zhì)來報(bào)告的問題在于其僅給出車輛的操作者可用的能量的百分比。因此，SOC不能準(zhǔn)確地表示ESS的真實(shí)能力或容量，因此不能說明ESS的大小、 壽命和最近操作歷史。例如，SOC可能不能說明特定任務(wù)負(fù)載、驅(qū)動(dòng)模式和所經(jīng)歷的操作循環(huán)。SOC表征的不準(zhǔn)確度在其被并入混合動(dòng)力和電動(dòng)車輛的控制系統(tǒng)中而被放大，這些控制系統(tǒng)被構(gòu)造成僅處理以能量單位表示的ESS的表征。ESS狀態(tài)的準(zhǔn)確報(bào)告對最優(yōu)化車輛操作很重要。受影響的車輛操作可包括充電操作、延長的電動(dòng)里程的計(jì)算、再生能量捕獲模式、傳動(dòng)裝置的校準(zhǔn)等。當(dāng)計(jì)算電動(dòng)車的里程時(shí)狀態(tài)的不準(zhǔn)確報(bào)告可能更加重要，因?yàn)槠淇赡軐?dǎo)致駕駛員過早用完原動(dòng)力。不幸地，變化的駕駛風(fēng)格、行為和條件導(dǎo)致的非常難以預(yù)料的任務(wù)負(fù)載阻礙了 ESS狀態(tài)的準(zhǔn)確報(bào)告。因此，仍然需要一種準(zhǔn)確地報(bào)告車輛中所使用的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中剩余的可用能量的方式。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種報(bào)告能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的品質(zhì)的方法。所述方法包括獲取能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開路電壓，基于開路電壓提供能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的庫侖能力和庫侖容量，以及基于庫侖容量、庫侖能力或它們的各種組合中的至少一個(gè)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力和能量容量中的至少一個(gè)。任選地，確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開路電壓包括確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的當(dāng)前充電狀態(tài)； 計(jì)算能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的平均充電狀態(tài)；以及基于平均充電狀態(tài)和當(dāng)前充電狀態(tài)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開路電壓。任選地，所述方法還可以包括根據(jù)能量能力確定目標(biāo)能量使用窗口。所述目標(biāo)能量使用窗口包括最大和最小能量使用極限，從而最大和最小能量使用極限之間的區(qū)域構(gòu)成合理能量使用帶。任選地，所述方法可以包括確定能量能力和能量容量兩者。確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力可以包括確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電流-電阻補(bǔ)償后電壓；以及基于開路電壓、庫侖能力和電流-電阻補(bǔ)償后電壓計(jì)算能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力。確定電流-電阻補(bǔ)償后電壓可以包括確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電壓偏移；以及基于開路電壓與電壓偏移之和計(jì)算電流-電阻補(bǔ)償后電壓。確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電壓偏移可以包括確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電阻； 計(jì)算能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的估計(jì)電流；以及基于能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電阻和電流確定電壓偏移。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供一種用于估計(jì)從能量存儲(chǔ)系統(tǒng)接收其原動(dòng)力的至少一部分的車輛的里程的方法。所述方法包括獲取能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開路電壓；基于開路電壓提供能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的庫侖能力和庫侖容量；基于庫侖容量、庫侖能力或它們的各種組合中的至少一個(gè)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量容量和能量能力中的至少一個(gè)；以及基于能量能力確定車輛的有效駕駛里程。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供一種用于控制從能量存儲(chǔ)系統(tǒng)接收其原動(dòng)力的至少一部分的車輛的操作的設(shè)備。所述設(shè)備可包括控制系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括內(nèi)存設(shè)備和控制器。所述控制器可以被編程為獲取能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開路電壓；基于開路電壓提供能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的庫侖能力和庫侖容量；以及基于庫侖容量、庫侖能力或它們的各種組合中的至少一個(gè)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力和能量容量中的至少一個(gè)。 任選地，所述控制器被編程為根據(jù)能量容量確定目標(biāo)能量使用窗口。替換地，所述控制器被編程為根據(jù)能量能力確定目標(biāo)能量使用窗口?？梢栽谲囕v中設(shè)置所述設(shè)備。本發(fā)明還提供了如下方案
方案1. 一種報(bào)告能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的品質(zhì)的方法，所述方法包括 獲得能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開路電壓；
基于開路電壓提供能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的庫侖能力和庫侖容量；以及基于庫侖容量、庫侖能力或它們的各種組合中的至少一個(gè)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力和能量容量中的至少一個(gè)。方案2.如方案1所述的方法，其中，確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開路電壓包括 確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的當(dāng)前充電狀態(tài)；
計(jì)算能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的平均充電狀態(tài)；以及
基于平均充電狀態(tài)和當(dāng)前充電狀態(tài)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開路電壓。方案3.如方案2所述的方法，還包括根據(jù)能量能力確定目標(biāo)能量使用窗口。方案4.如方案3所述的方法，其中，所述目標(biāo)能量使用窗口包括最大和最小能量使用極限，從而最大和最小能量使用極限之間的區(qū)域包括合理能量使用帶。方案5.如方案1所述的方法，還包括確定能量能力和能量容量兩者。方案6.如方案1所述的方法，其中，確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力還包括 確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電流-電阻補(bǔ)償后電壓；
基于開路電壓、庫侖能力和電流-電阻補(bǔ)償后電壓計(jì)算能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力。方案7.如方案6所述的方法，其中，確定電流-電阻補(bǔ)償后電壓包括 確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電壓偏移；以及
基于開路電壓與電壓偏移之和計(jì)算電流-電阻補(bǔ)償后電壓。方案8.如方案7所述的方法，其中，確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電壓偏移包括 確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電阻；
計(jì)算能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的估計(jì)電流；以及基于能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電阻和電流確定電壓偏移。方案9.如方案8所述的方法，其中，所述電阻包括根據(jù)電路模型算法的估計(jì)。方案10.如方案1所述的方法，其中，提供能量存儲(chǔ)系統(tǒng)作為從能量存儲(chǔ)系統(tǒng)獲取其至少部分原動(dòng)力的車輛的一部分。
方案11.如方案10所述的方法，還包括
基于能量能力確定車輛的有效駕駛里程；以及向用戶可讀顯示器傳遞該有效里程。方案12.如方案1所述的方法，其中，確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量容量包括 確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電流-電阻補(bǔ)償后電壓；
基于電流-電阻補(bǔ)償后電壓和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電荷容量計(jì)算能量容量。方案13.如方案1所述的方法，還包括根據(jù)能量容量確定目標(biāo)能量使用窗口。方案14.如方案1所述的方法，其中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)包括多個(gè)能量存儲(chǔ)模塊，所述方法還包括基于多個(gè)能量存儲(chǔ)模塊的每一個(gè)的能量能力在多個(gè)能量存儲(chǔ)模塊之間分配所有的所命令的充電和放電功率。方案15.如方案1所述的方法，其中，獲取開路電壓是從由直接測量、根據(jù)充電狀態(tài)計(jì)算、從制造商的數(shù)據(jù)接收和根據(jù)化學(xué)測試確定組成的組中選擇的。方案16. —種估計(jì)從能量存儲(chǔ)系統(tǒng)接收其至少一部分原動(dòng)力的車輛的里程的方法，所述方法包括
獲取能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開路電壓；
基于開路電壓提供能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的庫侖能力和庫侖容量；
基于庫侖容量、庫侖能力或它們的各種組合中的至少一個(gè)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力和能量容量中的至少一個(gè)；以及
基于能量能力確定車輛的有效駕駛里程。方案17.如方案16所述的方法，還包括向用戶顯示車輛的有效駕駛里程。方案18. —種控制從能量存儲(chǔ)系統(tǒng)接收其至少一部分原動(dòng)力的車輛的操作的設(shè)備，所述設(shè)備包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括內(nèi)存設(shè)備和控制器，其中，所述控制器被編程為
獲取能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開路電壓；
基于開路電壓提供能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的庫侖能力和庫侖容量；以及基于庫侖容量、庫侖能力或它們的各種組合中的至少一個(gè)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力和能量容量中的至少一個(gè)。方案19.如方案18所述的設(shè)備，其中，所述控制器被編程為根據(jù)能量容量確定目標(biāo)能量使用窗口。方案20.如方案18所述的設(shè)備，其中，所述控制器被編程為根據(jù)能量能力確定目標(biāo)能量使用窗口。方案21. —種包括方案18所述的設(shè)備的車輛。


當(dāng)結(jié)合下面的附圖閱讀時(shí)，可以最佳地理解下面本公開的具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，其中，相同的結(jié)構(gòu)由相同的附圖標(biāo)記指示，其中
圖IA示出采用根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)監(jiān)控的車輛； 圖IB示出具有向車輛平臺(tái)提供原動(dòng)力的各個(gè)部件的示意表示的車輛平臺(tái)； 圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的報(bào)告ESS的品質(zhì)的方法的示意性示圖；以及
5圖3是根據(jù)另一實(shí)施例的目標(biāo)能量使用窗口的示意圖。
具體實(shí)施例方式首先參照圖IA和圖1B，示出車輛1，以及被構(gòu)造為向車輛提供原動(dòng)力的各個(gè)部件。 盡管任選地示出為小汽車，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，可以在其他平臺(tái)上提供在此公開的方法，包括但不限于卡車，摩托車，公交車，船等。車輛可以是前輪驅(qū)動(dòng)、后輪驅(qū)動(dòng)或者它們的組合。ESS 5可以包括一系列能量存儲(chǔ)裝置，包括鋰蓄電池，堿性蓄電池，和其他化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備。ESS可以用于從ESS 5獲取部分原動(dòng)力的車輛1中，或者可以應(yīng)用于本領(lǐng)域技術(shù)人員所能意識(shí)到的其他車輛和設(shè)備中。除了 ESS 5之外，車輛1可以包括內(nèi)存設(shè)備12和控制器14。車輛1還可以包括混合動(dòng)力系統(tǒng)控制器16、前輪組20和后輪組22、多個(gè)DC轉(zhuǎn)換器M、差速器沈和功率逆變器模塊觀，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所能理解的。車輛還可以包括內(nèi)燃機(jī)18和多個(gè)傳感器30，傳感器30被配置為檢測ESS 5的現(xiàn)行狀態(tài)。車輛1還可以包括在此沒有描述的與混合動(dòng)力 /電動(dòng)車輛結(jié)合時(shí)變得有用的其他部件。ESS 5可以包括多個(gè)模塊，其中，多個(gè)單格電池模塊的每一個(gè)包括多個(gè)能量存儲(chǔ)單格電池fe-5h。例如，可以按照鋰離子蓄電池組的形式提供ESS 5。ESS 5被配置為向車輛 1供能。可行的是，ESS 5可以向車輛1的各種系統(tǒng)提供原動(dòng)力和輔助動(dòng)力，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。在此描述的方法可以應(yīng)用于宏觀級(jí)別，其中，確定整個(gè)ESS 5的能量能力和容量，或者在此描述的方法可以應(yīng)用于單格電池級(jí)別或模塊級(jí)別，其中，對構(gòu)成ESS的每個(gè)單格電池和每個(gè)模塊確定能量能力和容量。車輛1可以包括混合動(dòng)力車輛，其從內(nèi)燃機(jī)18獲取其原動(dòng)力的一部分，并且從ESS 5其原動(dòng)力的一部分。替換地，ESS 5可以被設(shè)置在從ESS 5獲取至少部分原動(dòng)力的其他車輛1中。ESS 5還可以用于向除了車輛之外的其他設(shè)備提供能量。在此公開的發(fā)明通過提供關(guān)于ESS5的狀態(tài)的增進(jìn)的信息提高了 ESS 5效率和最小化必要的設(shè)計(jì)裕量。較小的設(shè)計(jì)裕量減少了成本且提高了 ESS 5的性能?？梢栽跒樵谙到y(tǒng)的整個(gè)壽命中滿足能量和動(dòng)力輸出要求所需的活性物質(zhì)開銷方面描述ESS 5的設(shè)計(jì)裕量?；钚晕镔|(zhì)開銷是生產(chǎn)ESS 5所必需的原材料的成本。系統(tǒng)的壽命進(jìn)而視典型應(yīng)用而定， 典型應(yīng)用被定義為代表性工作循環(huán)的名義能量擺動(dòng)和能量使用(功率)速率。在ESS 5的情況下，壽命與這些因素成反比。能量擺動(dòng)主要由使用ESS 5的應(yīng)用的需求決定，但是還必須包含對管理其操作的混合動(dòng)力控制系統(tǒng)16的錯(cuò)誤的容差。例如， 假設(shè)的控制系統(tǒng)16包括傳感器、狀態(tài)估計(jì)算法和影響能量流入和流出ESS5且能夠以+/-5% 的誤差知曉ESS 5的SOC的裝置。如果僅在典型的能量擺動(dòng)被限制于20% SOC的窗口內(nèi)的情況下ESS5才能在期望的壽命持續(xù)期間輸出，則操作的真實(shí)窗口必須被減小到10% S0C, 以說明混合控制系統(tǒng)16的不準(zhǔn)確性。替換地，ESS 5可以是超大尺寸的，以提供控制系統(tǒng)誤差的能量緩沖。在后一種情況下，這樣就造成ESS 5尺寸超大，這導(dǎo)致過大和過重以及額外的成本。控制誤差源分布在混合控制系統(tǒng)16的各部件之中，控制誤差的一部分可以歸因于感測硬件，而一部分歸因于用于估計(jì)充電狀態(tài)的算法的本質(zhì)。本發(fā)明涉及后者，特別是在任何給定時(shí)間報(bào)告從ESS 5可用的能量的裝置。由于基于其所消耗或產(chǎn)生的功率來描述和控制可連接到ESS 5的大多數(shù)設(shè)備(例如，馬達(dá)、逆變器等)，所以通過功率對于時(shí)間的積分最佳地定義通過它們的能量流(能量=功率X時(shí)間)。通常被報(bào)告的ESS 5變量，S0C，表示 ESS 5的總?cè)萘堪俜直?，與通過系統(tǒng)中其他設(shè)備的能量流的估算不一致。此外，由于簡單的百分比不能說明ESS 5的相對大小，因此報(bào)告SOC僅給出ESS 5狀態(tài)的不完整描述。因此， 在此描述的方法和系統(tǒng)通過考慮ESS 5操作時(shí)的電壓以能量的數(shù)量(kWh、kj等)的形式確定能量能力和能量容量。以能量單位表示的能量能力和能量容量信息反映了實(shí)際可獲得的用于做有用功的能量的量以及以熱的形式損失的能量的量。能量能力也可以被稱為能量狀態(tài)。能量容量在此被理解為已經(jīng)被充電到其在現(xiàn)行操作狀態(tài)下所能接受能量的最大量時(shí)的ESS5的總能量輸出能力。能量容量說明發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移的電壓。ESS 5的實(shí)際能量容量可以與由制造商確定的額定容量有很大的差別，原因是它可能會(huì)受到其特定的充電和放電的歷史，硬件效率以及其使用時(shí)間的影響。能量能力在此被理解為在現(xiàn)行狀態(tài)(S卩，負(fù)載和截止電壓可被定義為空的情況)下 ESS5的可以被移除以執(zhí)行實(shí)際做功的當(dāng)前能量含量。能量能力是在ESS 5操作期間的任何點(diǎn)處的當(dāng)前能量輸出能力，且嚴(yán)格來說表示實(shí)時(shí)品質(zhì)。庫侖容量在此被理解為已經(jīng)被充電到其所能接受能量的最大量時(shí)的ESS 5的總能量輸出能力。庫侖能力是可以從ESS 5移除的ESS 5的當(dāng)前電荷含量。以庫倫(C)、安培秒(As)、安培小時(shí)(A-h)等表示的庫侖容量和庫侖能力僅涉及轉(zhuǎn)移的電子的數(shù)目，而以焦耳(J)、瓦特秒(Ws)、瓦特小時(shí)(Wh)等表示的能量容量和能量能力說明轉(zhuǎn)移發(fā)生的電壓。所說明的電壓包括熱力學(xué)(可逆)分量，損失(不可逆)分量。下面詳細(xì)討論確定電壓的細(xì)節(jié)。下面參照圖2，在一個(gè)實(shí)施例中，提供報(bào)告ESS 5的品質(zhì)的方法的示意圖。所述方法可以包括獲取ESS 5的開路電壓(102)。所述方法還可以包括基于開路電壓提供庫侖能力和庫侖容量(104)，以及基于庫侖容量、庫侖能力或它們的各種組合中的至少一個(gè)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力和能量容量中的至少一個(gè)(106)。所述方法可以包括確定ESS 5的能量能力和能量容量兩者?？梢愿鶕?jù)車輛和用戶的要求僅確定能量能力或能量容量，或者同時(shí)確定能量容量和能量能力。替換地，如果提供了庫侖能力，則可以自動(dòng)確定能量能力；類似地，如果提供了庫侖容量，則可以確定能量容量。上述的各設(shè)想的各種組合也是可行的，從而所述方法和系統(tǒng)可以確定ESS 5的能量容量和能量能力中的任何一個(gè)或兩者。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，可以為能量容量提供其它系統(tǒng)和算法?？梢园炊喾N不同方式計(jì)算ESS 5的開路電壓均值(OCVjiiean)。在一種配置中，可以直接測量開路電壓。在另一實(shí)施例中，可以通過SOC計(jì)算的導(dǎo)數(shù)確定開路電壓。此外，可以從蓄電池供應(yīng)商的數(shù)據(jù)(可以按查找表的形式提供)或者從化學(xué)測試確定開路電壓。計(jì)算開路電壓的其他方式對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也是明了的，并且可以與在此公開的方法和系統(tǒng)聯(lián)合使用。例如，可以從化學(xué)參數(shù)映射數(shù)據(jù)和等效電路模型的組合確定0CV_mean。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過使用當(dāng)前SOC的SOC計(jì)算來計(jì)算OCVjiiean。當(dāng)前SOC 可以被定義為任意給定時(shí)刻ESS 5內(nèi)的充電水平。SOC可以被理解為ESS 5的當(dāng)前庫侖輸出能力，ESS 5的當(dāng)前庫侖輸出能力被表示為當(dāng)被充電到其容量的最大值時(shí)的總庫侖輸出能力的百分比。如下面的等式(1)所示，SOC是無量綱的量，并且是ESS 5的充電能力和充電容量的函數(shù)
MK' ‘ IeuiMbiIity (A-h)/ capafityCA-h|J*100% I，其中 capability 指能力，而 capacity指容量。
如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解，可以按各種方式確定當(dāng)前S0C。在一種配置中，可以通過蓄電池狀態(tài)估計(jì)器算法提供當(dāng)前S0C。替換地，可以通過A-h積分或物理測試確定當(dāng)前S0C?，F(xiàn)行狀態(tài)被理解為表示ESS 5操作時(shí)的環(huán)境狀態(tài)，除其它因素以外，尤其包括溫度、使用時(shí)間和海拔高度?？梢允褂帽慌渲迷诙选⒛K或單格電池級(jí)別上檢測ESS 5的電壓、電流和溫度的多個(gè)傳感器獲得現(xiàn)行狀態(tài)。當(dāng)檢測后，傳感器30可以向控制器14通信現(xiàn)行狀態(tài)，用于信號(hào)傳輸調(diào)整。車輛1 可以包括內(nèi)存設(shè)備12，其被配置為存儲(chǔ)檢測到的現(xiàn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。控制器14和內(nèi)存設(shè)備12 可以向混合動(dòng)力管控系統(tǒng)16報(bào)告現(xiàn)行狀態(tài)，以依靠此信息來控制車輛1操作。根據(jù)當(dāng)前SOC計(jì)算，可以確定SOCjnean值。SOCjnean可以包括ESS的最小和最大允許SOC之間的中間點(diǎn)。可以根據(jù)硬件限制、制造商推薦或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)確定最小(S0C_min) 和最大(S0C_max) SOC0下面的等式表明可以用于確定SOCjiiean的兩種可能方式
SOC mean SOC - {SOC" -SOC πιιπ|·'2 for discliargt； (2)
，其中式(2)中for
SOC Hieaii 二 (SCJf max - SOt")/2 - HOI" ibr charge (3) discharge指用于放電，而式(3)中for charge指用于充電。在一個(gè)實(shí)施例中，SOCjnean可以被轉(zhuǎn)換成開路電壓(OCVjnean)。根據(jù)S0C_mean， 假設(shè)已經(jīng)建立且已知開路電壓對SOC的依賴關(guān)系，從而可以將SOCjiiean轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的0CV_ mean值。可以通過校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)表、算法或化學(xué)映射數(shù)據(jù)的使用實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，還可以在其他配置中測量 0CV_mean。所述方法還可以包括確定ESS 5的電壓偏移?？梢栽谙嗤瑫r(shí)間步驟中確定電壓偏移和OCVjiiean。在一種配置中，電壓偏移(V。ffset)包括ESS的電流估計(jì)(Ieq)與總電阻 (RT。tal)的乘積。V。ffsrt是考慮電流對ESS的影響的校準(zhǔn)?？梢愿鶕?jù)電流估計(jì)和電阻確定ESS
的 ^offset :除了本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它方法外，還可以根據(jù)下面方法之一確定電流估計(jì) (IE(1)。可以基于測量的流入和流出ESS 5的電流來估計(jì)該電流估計(jì)，該測量的電流從一個(gè)瞬間到下一個(gè)瞬間可能變化很大。電流估計(jì)可以表示一定量的電流，從而如果該電流被固定不變且連續(xù)應(yīng)用到ESS 5，則在該電流估計(jì)下的額定電壓可以與在實(shí)際的變化電流狀態(tài)下的額定電壓相同。在一種配置中，可在ESS 5的現(xiàn)行狀態(tài)下提供電流估計(jì)。在一個(gè)實(shí)施例中，電流估計(jì)可以包括ESS 5的均方根(RMS)電流。替換地，電流估計(jì)可以包括標(biāo)定的時(shí)間段內(nèi)的ESS 5的電流的平均。該時(shí)間段可以被調(diào)整到表示ESS 5操作的典型范圍。可以在一系列的時(shí)間段上計(jì)算電流估計(jì)?？梢曰贓SS 5所利用的特定化學(xué)反應(yīng)、操作區(qū)域、期望性能品質(zhì)或它們的組合來選擇用于電流估計(jì)的時(shí)間長度。還可行的是，可以使用其他方法確定電流估計(jì)，這是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的。可以按多種方式計(jì)算ESS 5的總電阻aT。tal)。總電阻(RT。tal)可以包括電荷轉(zhuǎn)移電阻(R。t)、歐姆電阻(R。ta)、擴(kuò)散電阻(Rdiff)和它們的組合。因此，在一種配置中，總電阻 (Rlotal)包括R。t、Rohm和I^diff的組合。還可行的是，在某些實(shí)施例中僅使用總電阻的某些電阻分量。可以根據(jù)等效電路模型、化學(xué)映射數(shù)據(jù)或算法計(jì)算上述電阻分量的每一個(gè)，這是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的。在一種配置中，可以使用考慮現(xiàn)行狀態(tài)的預(yù)測電路模型計(jì)算電阻分量。所述算法可以混合化學(xué)參數(shù)映射數(shù)據(jù)和至少一個(gè)預(yù)測電路模型的結(jié)果。確定電阻分量的其他方式也是可行的。電路模型算法可以說明ESS 5中提供的電壓、電流和電阻元素以及輸出多個(gè)電阻值，這是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的。ESS 5的電阻是動(dòng)態(tài)的，且可以隨時(shí)間改變。例如，電阻可受變化的化學(xué)成分、使用時(shí)間和ESS 5的生產(chǎn)量的影響。因此，在確定ESS 5的能量能力和能量容量的有意義的表征中，以包含這些因素的準(zhǔn)確的方式確定ESS 5的電阻是重要的。電流-電阻補(bǔ)償后電壓(Vmean)說明了 ESS 5的V。ffset和OCVjiiean。電流-電阻補(bǔ)償后電壓可以包括V。ffsrt和開路電壓之和。在一個(gè)實(shí)施例中，確定電流-電阻補(bǔ)償后電壓可以包括確定ESS的平均開路電壓和確定ESS 5的V。ffset。根據(jù)平均開路電壓和V。ffset，可以確定Vm_。在一個(gè)可行配置中，下面的等式可以用于確定Vm_
一旦確定了 Vmean，就可以確定能量能力和能量容量。為了確定能量能力和能量容量，必須分別提供或確定ESS 5的庫侖能力和庫侖容量。如果僅需確定ESS 5的能量容量，則僅需要庫侖容量。類似地，僅需確定ESS 5的能量能力，則僅需要庫侖能力。還可行的是，可以確定能量能力和能量容量兩者，因此，可以通過在此公開的方法和系統(tǒng)確定和利用ESS 5 的庫侖能力和庫侖容量。以電荷單位的形式提供庫侖能力和庫侖容量兩者，且?guī)靵瞿芰蛶靵鋈萘績H表示轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目。因此，他們沒有說明ESS 5內(nèi)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移時(shí)的電壓，并且必須包含Vmean以準(zhǔn)確地表征ESS 5。在一種配置中，可以根據(jù)下面的等式計(jì)算能量能力
C'apability energy ^ C'a|wiiy coulomh nican*present SOC‘CMI{ft},其中
Capability—energy : 倉泛;O _ gtfi，Capacity—coulomb ^Wfi _ present SOC |if 的 SOC。類似地，可以利用下面的等式計(jì)算能量容量
Capacity energy "apacity _couIonib+ V mean,其中 Capacity_energy
是容量_能量，Capacity_couIomb是容量_庫侖。參照圖3，在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括根據(jù)ESS 5的能量能力確定能力目標(biāo)能量使用窗口 110。能力目標(biāo)能量使用窗口包括最大能量使用極限IlOA和最小能量使用極限 IlOB0所述方法可以包括控制車輛中ESS的能量充電和放電速率以保持在目標(biāo)能量使用窗口 110內(nèi)。圖IB的控制器14可以被編程為保持能量充電和放電速率在最大能量使用極限 IlOA和最小能量使用極限IlOB內(nèi)。所述方法還可包括將車輛1控制為以在目標(biāo)能量使用窗口內(nèi)的充電維持能量消耗速率114運(yùn)行或在該速率附近運(yùn)行。能量充電和放電速率可以被表示為隨時(shí)間的能量，如曲線116所指示，其中，初始時(shí)間段116A與電荷消耗模式的操作相應(yīng)，后續(xù)時(shí)間段116B與電荷維持時(shí)間段的操作相應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，初始時(shí)間段116A是指電荷消耗操作。電荷消耗模式是指在車輛被驅(qū)動(dòng)時(shí)SOC或能量能力可能波動(dòng)，但平均來說下降的模式。后續(xù)時(shí)間段116B是指電荷維持模式。電荷維持模式是指在車輛被驅(qū)動(dòng)時(shí)SOC或ESS的能量能力可以波動(dòng)，但平均來說保持在某一水平的操作模式。對于電荷維持模式和電荷消耗模式兩者，可能期望限制能量能力的波動(dòng)。例如，可以在電荷消耗模式下允許無限制充電，但是在電荷維持模式下允許受限制充電。通過一些再生機(jī)制，即如本領(lǐng)域技術(shù)人員說理解的再生制動(dòng)或慣性向下滑行能量捕獲來完成充電。在一種配置中，所述方法可以被配置為阻止大的隨后的充電和之后的放電，在交通流量大的情況下駕駛帶有再生能力的EV/HEV時(shí)或駕駛這種EV/HEV通過連綿起伏的丘陵時(shí)會(huì)遇到這種情況，此時(shí)ESS往往相當(dāng)大幅度地進(jìn)行循環(huán)。這種操作可能造成在一些化學(xué)方面ESS迅速老化。因此，所述方法可以包括控制電荷消耗模式和電荷維持模式以限制充電速率?？梢愿鶕?jù)化學(xué)映射數(shù)據(jù)、硬件限制和提高ESS 5壽命和系統(tǒng)性能必蓄的所確定的限制來確定最大能量使用極限IlOA和最小能量使用極限110B。在一種配置中，最大和最小能量使用極限可以與ESS 5的壽命結(jié)束(EOL)預(yù)期能力容量極限和壽命開始(BOL)預(yù)期能量容量極限相關(guān)聯(lián)。通常EOL極限和BOL極限由工作循環(huán)、環(huán)境、管理和單格電池/蓄電池化學(xué)成分和ESS硬件限制確定。根據(jù)車輛的能量使用方案，BOL極限可以比EOL極限更具限制性或更不具限制性。例如，隨著ESS退化這些極限可以被拓展，以允許在EOL和在 BOL具有相同量的可用于混合動(dòng)力操作系統(tǒng)的可消耗能量。然后，一旦ESS的EOL接近時(shí)， 這些極限可以被嚴(yán)格限制，以允許ESS的最大使用直到可以其可被替換或維修。所述方法還可以包括提供保護(hù)性最大能量使用極限118A和保護(hù)性最小能量使用極限118B，其相當(dāng)于防止損壞ESS 5的緩沖。保護(hù)性最大能量使用極限和保護(hù)性最小能量使用極限可以根據(jù)單格電池的化學(xué)和單格電池操作的狀態(tài)被置于適當(dāng)?shù)哪芰克健Ｔ谝粋€(gè)可行配置中，對于電荷消耗混合動(dòng)力，最大118A可以在95%容量左右，而最小118B可以在10%容量左右。最大118A和最小118B可以根據(jù)ESS的狀態(tài)以及ESS正在充電還是放電而變化。可行的是， 最大118A的范圍可以從大約20%容量至大約100%容量。類似地，最小118B的范圍可以從大約10%容量至大約80%容量。然而，保護(hù)性最大和最小限制可以被標(biāo)定為適合所使用的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的類型，或者實(shí)現(xiàn)特定目的，諸如最大燃料經(jīng)濟(jì)性、單格電池長壽命等。所述方法還可以包括基于ESS的能量能力確定車輛1的里程?？梢曰谀芰磕芰τ?jì)算里程，并且可以基于當(dāng)前條件下推進(jìn)車輛所使用的能量將該里程轉(zhuǎn)換成距離單位。車輛1的控制器14被配置為向駕駛員顯示以距離單位表示的里程。車輛的控制器14還被配置為在車輛的里程下降到預(yù)定閾值之下時(shí)警告駕駛員。在一種配置中，所述方法還包括從以能量單位表示的ESS 5的容量確定容量目標(biāo)能量使用窗口。所述方法還可以包括基于容量目標(biāo)能量使用窗口確定ESS 5的使用時(shí)間參數(shù)。使用時(shí)間參數(shù)可以與能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的使用時(shí)間相關(guān)地進(jìn)行適應(yīng)以補(bǔ)償舊的或再制造的 ESS的限制。例如，ESS 5內(nèi)的模塊可以指示由于更換或其他因素造成的不斷變化的減小的容量和能力，并且使用時(shí)間參數(shù)可以包括最大和最小極限的調(diào)整，以及目標(biāo)能量使用窗口的調(diào)整以允許ESS 5作為整體被最佳地使用從而延長壽命。容量目標(biāo)能量使用窗口可以包括最大容量極限和最小容量極限?？梢愿鶕?jù)化學(xué)參數(shù)映射數(shù)據(jù)以及對提高ESS 5壽命或提高系統(tǒng)性能來說必需的所確定的其他限制來確定最大和最小容量能量使用極限。在一種配置中，最大和最小能量使用極限可以與壽命結(jié)束
10(EOL)和壽命開始(BOL)值相關(guān)聯(lián)。所述方法還可以包括基于多個(gè)單格電池/模塊5a4h的每一個(gè)的能量能力或容量在多個(gè)單格電池/模塊5『證之間分配所有的被命令的充電和放電功率。在一個(gè)可能配置中，具有最高能量能力的模塊被分配為最先放電，具有最低能量能力水平的模塊被分配為最先再充電。替換地，所述方法可以包括對具有最高充電水平的至少兩個(gè)模塊放電，以及對具有最低充電水平的至少兩個(gè)模塊再充電。另外，所述方法可以包括根據(jù)ESS的能量能力和能量容量在放電和再充電的順序方面的其它的優(yōu)先。車輛1可以包括控制器14。當(dāng)在本文中被計(jì)算時(shí)，以能量單位表示的ESS5的能量能力和能量容量可以被實(shí)時(shí)地報(bào)告給控制器14。實(shí)時(shí)報(bào)告允許用戶在車輛操作期間任何時(shí)刻準(zhǔn)確知曉ESS 5中剩余多少能量?？刂破?4可以集成在車輛1的混合動(dòng)力系統(tǒng)控制器 16和其他系統(tǒng)中，并且向車輛的其他系統(tǒng)通信能量能力、能量容量和目標(biāo)能量使用窗口，這允許這些系統(tǒng)以最大性能、效率、長壽命或其他可優(yōu)化的參數(shù)操作該車輛。在另一方面，討論了報(bào)告ESS 5的品質(zhì)的一件產(chǎn)品。所述一件產(chǎn)品包括多個(gè)可相互通信的計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)。在所述計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)的至少一個(gè)中，包括包含在其內(nèi)的用于獲取ESS5的開路電壓的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼。至少一個(gè)計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)包括包含在其中的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置以用于根據(jù)開路電壓提供ESS 5的庫侖能力和庫侖容量。至少一個(gè)計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)包括包含在其中的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置以用于基于庫侖容量、庫侖能力或它們的各種組合中的至少一個(gè)確定ESS 5的能量能力和能量容量中的至少一個(gè)。 所述一件產(chǎn)品還可以包括其他計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括被配置執(zhí)行在此公開的方法的其他步驟的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼。為了描述和闡明本發(fā)明的目的，注意到，在此參照作為參數(shù)或另一變量的函數(shù)的變量并不意在表示該變量僅是所列出的參數(shù)或變量的函數(shù)。而是，在此參照的作為的所列出的參數(shù)的函數(shù)的變量意在是開放式的，從而變量可以是單個(gè)參數(shù)或多個(gè)參數(shù)的函數(shù)。還注意到，本文中的“至少一個(gè)”部件、元件等的表述不應(yīng)該用于產(chǎn)生這樣的推論 數(shù)詞“一”或“一個(gè)”的替換使用應(yīng)該被限制為單個(gè)部件、元件等。注意到，本文中的以特定方式“被編程”、“被配置”或“被編程”以體現(xiàn)特定性質(zhì)、 或以特定的方式起作用的表述都是結(jié)構(gòu)性的表述，而不是對預(yù)期用途的表述。更具體地，本文中所提及的部件“被編程”或“被配置”的方式表示部件的現(xiàn)有物理狀態(tài)，因此，上述所提及的內(nèi)容應(yīng)被看做是對部件的結(jié)構(gòu)特征的明確表述。注意到，當(dāng)在此使用時(shí)，類似于“優(yōu)選地”、“普通地”和“通常地”的術(shù)語不用于限制所要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍或者暗示特定特征是對所要求保護(hù)的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或功能而言關(guān)鍵的、不可缺少的或者甚至是重要的。而是，這些術(shù)語僅意在顯示本公開的實(shí)施例的特定方面，或者強(qiáng)調(diào)在本公開的特定實(shí)施例中可以使用或可以不使用的替換的或附加的特征。已經(jīng)參照本發(fā)明的特定實(shí)施例詳細(xì)描述了本公開的主題，但是注意到，在此公開的各種細(xì)節(jié)不應(yīng)該被認(rèn)為是暗示這些細(xì)節(jié)與作為在此描述的各種實(shí)施例的基本不可缺少的部件的元件相關(guān)聯(lián)，即使是在特定的元件出現(xiàn)在說明書附圖的每一個(gè)中的情況下。而是， 所附權(quán)利要求應(yīng)該被認(rèn)為本公開的廣度和在此描述的各種發(fā)明的相應(yīng)范圍的唯一表示。此外，明顯地是，在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行各種修改和改變。更具體地，盡管本公開的一些方面被顯示為優(yōu)選的或特別有利，但是可以理解，本公開沒有必要限制于這些方面。 注意到，所附一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求使用術(shù)語“其中”作為過渡語。為了界定本發(fā)明的目的，注意到，在權(quán)利要求中引入此術(shù)語作為開放式過渡語，其用于引入一系列結(jié)構(gòu)特征的陳述，并且應(yīng)該以與更常用的開放式前導(dǎo)術(shù)語“包括”類似的方式被解釋。
權(quán)利要求
1.一種報(bào)告能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的品質(zhì)的方法，所述方法包括 獲得能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開路電壓；基于開路電壓提供能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的庫侖能力和庫侖容量；以及基于庫侖容量、庫侖能力或它們的各種組合中的至少一個(gè)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力和能量容量中的至少一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開路電壓包括 確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的當(dāng)前充電狀態(tài)；計(jì)算能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的平均充電狀態(tài)；以及基于平均充電狀態(tài)和當(dāng)前充電狀態(tài)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開路電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括根據(jù)能量能力確定目標(biāo)能量使用窗口。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述目標(biāo)能量使用窗口包括最大和最小能量使用極限，從而最大和最小能量使用極限之間的區(qū)域包括合理能量使用帶。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定能量能力和能量容量兩者。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力還包括 確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電流-電阻補(bǔ)償后電壓；基于開路電壓、庫侖能力和電流-電阻補(bǔ)償后電壓計(jì)算能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，確定電流-電阻補(bǔ)償后電壓包括 確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電壓偏移；以及基于開路電壓與電壓偏移之和計(jì)算電流-電阻補(bǔ)償后電壓。
8.一種估計(jì)從能量存儲(chǔ)系統(tǒng)接收其至少一部分原動(dòng)力的車輛的里程的方法，所述方法包括獲取能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開路電壓；基于開路電壓提供能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的庫侖能力和庫侖容量；基于庫侖容量、庫侖能力或它們的各種組合中的至少一個(gè)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力和能量容量中的至少一個(gè)；以及基于能量能力確定車輛的有效駕駛里程。
9.一種控制從能量存儲(chǔ)系統(tǒng)接收其至少一部分原動(dòng)力的車輛的操作的設(shè)備，所述設(shè)備包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括內(nèi)存設(shè)備和控制器，其中，所述控制器被編程為獲取能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的開路電壓；基于開路電壓提供能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的庫侖能力和庫侖容量；以及基于庫侖容量、庫侖能力或它們的各種組合中的至少一個(gè)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量能力和能量容量中的至少一個(gè)。
10.一種包括權(quán)利要求9所述的設(shè)備的車輛。
全文摘要
本發(fā)明涉及能量存儲(chǔ)系統(tǒng)能量容量和能力監(jiān)控。一種報(bào)告能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的品質(zhì)的方法和設(shè)備。所述方法包括獲取開路電壓。所述方法還包括基于開路電壓提供能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的庫侖容量和庫侖能力，以及基于庫侖容量、庫侖能力或它們的各種組合中的至少一個(gè)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量容量和能量能力中的至少一個(gè)。
文檔編號(hào)H02J15/00GK102412630SQ201110285469
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月23日
發(fā)明者J. 科赫 B., A. 米納欽 M. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司