用于控制能量存儲系統(tǒng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能量存儲系統(tǒng)領(lǐng)域，并且具體涉及一種用于控制具有并聯(lián)耦合的電池模塊的能量存儲系統(tǒng)，以便最優(yōu)化電池模塊的功率利用率的方法。本發(fā)明也涉及一種適合控制能量存儲系統(tǒng)的相應(yīng)控制單元。
【背景技術(shù)】
[0002]在電池系統(tǒng)領(lǐng)域中，在各種應(yīng)用和技術(shù)領(lǐng)域中經(jīng)常使用能量存儲系統(tǒng)。例如，在汽車工業(yè)中，能量存儲系統(tǒng)可能用于推進(jìn)車輛以及向車輛的各種系統(tǒng)提供電能。
[0003]為了提高能量存儲系統(tǒng)的功率容量，可以提供一種能量存儲系統(tǒng)的兩個或者更多電池模塊/電池組在其中被并聯(lián)地相互耦合的解決方案。因此，個別電池模塊能夠易于相互連接或者相互分離。同樣地，與僅使用單個電池模塊/電池組相比，提供了更高的總?cè)萘俊?br>[0004]然而，采用具有并聯(lián)耦合的電池模塊的能量存儲系統(tǒng)的問題在于，多個電池模塊需要處于近似相同的物理狀態(tài)，從而最優(yōu)化能量利用。然而，通常情況是多個電池模塊/電池組不處于相同的物理狀態(tài)，并且作為示例，如果并聯(lián)耦合的電池模塊老化程度不同，即最近已經(jīng)以新的并且未使用的電池模塊替換了一個電池模塊，這將很有可能在不同老化程度的電池模塊之間存在功率容量的差，這繼而導(dǎo)致最舊的電池模塊充電容量和放電容量下降。另一方面，如果其中一個電池模塊具有比相同能量存儲系統(tǒng)中的其它電池模塊更高的溫度，具有較高溫度的電池模塊的阻抗將很有可能低于具有較低溫度的電池模塊。因此，存在較暖電池模塊將接收高于其容量的充電電流的風(fēng)險。
[0005]因此，存在對控制具有并聯(lián)耦合的多個電池模塊的能量存儲系統(tǒng)的充電和放電容量的需求。
[0006]US 2012/0119746提出了一種解決方案，其中每個蓄電池，即電池，都連接至相應(yīng)的單元電池控制器。相應(yīng)的單元電池控制器繼而連接至用于測量和存儲每個單元電池的參數(shù)，諸如溫度、電流和電壓的處理和控制模塊。因此，為了提高多個蓄電池的整體性能而對多個蓄電池進(jìn)行控制。
[0007]雖然US 2012/0119746提出了一種對上述問題的解決方案，但是US2012/0119746中的能量存儲系統(tǒng)在成本效率方面仍需要進(jìn)一步改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目標(biāo)在于提供一種用于控制能量存儲系統(tǒng)的方法，其關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)解決方案具有改進(jìn)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于控制能量存儲系統(tǒng)的方法，該能量存儲系統(tǒng)包括相互并聯(lián)電耦合的至少兩個電池模塊，其中該方法包括下列步驟:接收指示相應(yīng)電池模塊中的每一個的最大功率容量的信號；相應(yīng)于從電池模塊接收的最低的最大功率容量而對能量存儲系統(tǒng)的至少兩個電池模塊分配功率閾值限制；以及向該至少兩個電池模塊提供充電電流，該充電電流具有與功率閾值限制成比例的電流水平。
[0010]在下文中并且貫穿全部說明，都應(yīng)將措詞“功率閾值限制”解釋為不超過具有最低的最大功率容量的電池模塊的功率限制的功率限制。同樣地，也能夠通過功率、電流或者電壓測量功率容量。因而，不應(yīng)將本發(fā)明理解為限于僅測量功率、電流或者電壓其中之一。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，這些變量相互相關(guān)，并且在測量其中一個其它變量時接收一個變量的值僅為一種簡單的計算方式。
[0011]此外，在下文中并且貫穿全部說明，都應(yīng)將措詞“電池模塊”解釋為也包括電池組，電池組它們本身可能包括一個或者多個電池。又進(jìn)一步，應(yīng)將措詞“電池模塊”理解為也包括下列模塊，其可能包括多個電池組。因而，措詞“電池模塊”可能為單個電池、包括超過一個電池的電池組，以及包括超過一個電池組的模塊。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點在于，所施加的充電電流直接取決于具有最低功率容量的電池模塊的最大功率容量，并且與具有最低功率容量的電池模塊的最大功率容量成比例。因此，具有最低功率容量的電池模塊設(shè)定了對充電電流的限制，這降低了提供可能損傷電池模塊的充電電流的風(fēng)險。同樣地，通過提供上述充電電流，不需要個別地控制全部至少兩個電池模塊，即僅控制具有最低功率容量的電池模塊，而能量存儲系統(tǒng)的其余電池模塊對它們的充電電流的接收取決于具有最低功率容量的電池模塊。因此，與上述現(xiàn)有技術(shù)解決方案相比，因為不需要控制每個電池模塊，所以提供了一種有成本效率的方法。
[0013]根據(jù)示例實施例，該方法之后還接續(xù)有下列步驟:測量具有最低的最大功率容量的電池模塊的電池充電電平；以及調(diào)節(jié)充電電流，以減小具有最低的最大功率容量的電池模塊的電池的充電電平和功率閾值限制之間的差。
[0014]因此，可能采用具有最低功率容量的電池模塊為其最佳限制。作為示例，如果以新電池模塊替換能量存儲系統(tǒng)中的一個電池模塊，與新電池模塊相比，舊電池的功率容量可能較小。同樣地，舊電池的阻抗可能很有可能地大于新電池模塊。因此，當(dāng)向并聯(lián)耦合的電池模塊提供其電平與舊電池模塊的功率容量成比例的充電電流時，舊電池可能不接收高達(dá)其最大功率容量的功率。為了最優(yōu)化地利用舊電池模塊，調(diào)節(jié)，即增大充電電流，以便減小舊電池模塊的充電電流和功率閾值限制之間的差。當(dāng)然，能量存儲系統(tǒng)的其余電池模塊，即具有比舊電池模塊更大的最大功率容量的電池模塊也將接收更大充電電流。因而，能量存儲系統(tǒng)的整體性能將提升。
[0015]根據(jù)另一示例，如果與其余電池模塊相比，能量存儲系統(tǒng)的一個電池模塊具有更高溫度水平，即其比其余電池模塊更暖；與其余電池模塊相比，更暖電池模塊的阻抗將很有可能更低。因此，當(dāng)施加充電電流時，存在較暖電池模塊將接收相應(yīng)于高于其最大功率容量的功率水平的充電電流，即較暖電池模塊可能接收超過其能夠處理的充電電流。例如，這可能導(dǎo)致電池模塊更快地老化。通過調(diào)節(jié)充電電流，在該示例中是將充電電流調(diào)節(jié)為低于原始提供的充電電流，則將向較暖電池模塊提供更長的工作壽命，并且防止溫度進(jìn)一步升得更高。同樣地，可能增加整體能量存儲系統(tǒng)的工作壽命。
[0016]根據(jù)示例實施例，調(diào)節(jié)充電電流的步驟可能包括下列步驟:反復(fù)地從具有最低的最大功率容量的電池模塊接收電池充電水平信息以及調(diào)節(jié)充電電流，直到具有最低的最大功率容量的電池模塊的電池充電水平與功率閾值限制之間的差處于預(yù)定限制值內(nèi)。
[0017]通過反復(fù)地接收電池模塊的電池充電水平信息以及基于所接收的電池充電水平調(diào)節(jié)所施加的充電電流，使得該方法能夠小步驟地，即“漸漸”地增大/減小充電電流。因此，能夠進(jìn)一步精確地得到具有最低的最大功率容量的電池模塊的電池充電水平與功率閾值限制之間的差。
[0018]應(yīng)易于理解，能夠取決于具有最低的最大功率容量的電池模塊的電池充電水平與功率閾值限制之間的所述的差的期望精確度，不同地設(shè)定預(yù)定閾值。當(dāng)然，不同應(yīng)用需要不同的精確度，因此將不再進(jìn)一步討論。
[0019]根據(jù)示例實施例，該方法可能被進(jìn)一步配置成接收能量存儲系統(tǒng)的至少兩個電池模塊中的每一個的電池參數(shù)狀態(tài)，諸如溫度、電壓、電流、充電狀態(tài)和健康狀態(tài)。
[0020]因此，還可能預(yù)測應(yīng)調(diào)節(jié)，即增大/減小多少充電電流，以便降低具有最低的最大功率容量的電池模塊的電池充電水平與功率閾值限制之間的差。
[0021]根據(jù)示例實施例，存儲單元可能連接至能量存儲系統(tǒng)，該方法還可能包括向存儲單元提供涉及電池參數(shù)狀態(tài)以及經(jīng)調(diào)節(jié)的充電電流的信息的步驟。根據(jù)示例實施例，該存儲單元可能為PID調(diào)節(jié)器。
[0022]因此，存儲單元存儲經(jīng)調(diào)節(jié)的充電電流以及電池模塊的各種參數(shù)。優(yōu)點在于，當(dāng)電池模塊之間相同的或者近似相同的情形再次發(fā)生時，可能更易于將充電電流調(diào)節(jié)至期望水平，因為存儲單元了解先前調(diào)節(jié)了多少充電電流。這種情形可能是例如當(dāng)以新電池模塊更換電池模塊時。然后，存儲單元可能記住當(dāng)更換電池模塊時，先前為期望水平進(jìn)行調(diào)節(jié)時施加了多大的充電電流。此外，PID調(diào)節(jié)器為眾所周知的，并且因此可能適合使用。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于控制能量存儲系統(tǒng)的控制單元，其中能量存儲系統(tǒng)連接至發(fā)電機(jī)，并且包括相互并聯(lián)電耦合的至少兩個電池模塊，該至少兩個電池模塊中的每一個被連接至被配置成測量相應(yīng)的電池模塊的電池的充電水平的測量單元，其中控制單元適合于:從至少兩個電池模塊中的每一個接收信號，該信號指示相應(yīng)電池模塊中的每一個的最大功率容量；相應(yīng)于從電池模塊接收的最低的最大功率容量而對能量存儲系統(tǒng)的至少兩個電池模塊分配功率閾值限制；以及控制發(fā)電機(jī)，以向至少兩個電池模塊提供充電電流，該充電電流具有與功率閾值限制成比例的電流水平。
[0024]第二方面的效果和特征很大程度上類似于上文關(guān)于本發(fā)明的第一方面所述的那些效果和特征。
[0025]根據(jù)示例實施例，控制單元可能被進(jìn)一步配置成:接收具有最低的最大功率容量的電池模塊的測量得到的電池充電水平；以及調(diào)節(jié)充電電流，以減小具有最低的最大功率容量的電池模塊的電池充電水平和功率閾值限制之間的差。
[0026]根據(jù)示例實施例，控制單元可能被進(jìn)一步配置成監(jiān)控能量存儲系統(tǒng)的至少兩個電池模塊中的