專利名稱：用于具有電池平衡的多電池能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的荷電狀態(tài)計(jì)算器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及電能儲(chǔ)存系統(tǒng)，并且更加具體地涉及具有電池平衡的多電池能量?jī)?chǔ) 存系統(tǒng)。再更具體地，本公開涉及用于具有電池平衡的多電池能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的荷電狀態(tài) (state of charge)計(jì)算器。
背景技術(shù)：
例如電池組(battery)和其類似物等的電能儲(chǔ)存系統(tǒng)或簡(jiǎn)單地來(lái)說(shuō)是能量?jī)?chǔ)存 系統(tǒng)在很多不同的用途中獲得應(yīng)用。除了其他之外，示例包括用于計(jì)算機(jī)和其類似物的電 力備用裝置、用于汽車應(yīng)用(包括電動(dòng)馬達(dá)的電源)的能量?jī)?chǔ)存電池組、通過(guò)燃料電池和其 類似物便于瞬態(tài)響應(yīng)的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)。大多數(shù)這樣的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)不僅能夠向負(fù)載供應(yīng)電流，還能從另一個(gè)電流源再充 電。在與能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)放電和充電兩個(gè)過(guò)程協(xié)調(diào)中，監(jiān)測(cè)該能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC) 是合宜的或甚至是必須的。通過(guò)了解和/或追蹤能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的S0C，確定能量保留和是否 對(duì)儲(chǔ)存系統(tǒng)增加進(jìn)一步充電是可能的。存在各種手段和技術(shù)用于確定和/或監(jiān)測(cè)這樣的系統(tǒng)的S0C。在下列說(shuō)明中隱含 的是單獨(dú)的至少準(zhǔn)確地建立初始SOC水平的能力(本文沒(méi)有描述)，其中本公開焦點(diǎn)在于當(dāng) 能量?jī)?chǔ)存裝置通過(guò)向負(fù)載供應(yīng)電流而放電或通過(guò)從電源接收電流而充電時(shí)該SOC的準(zhǔn)確 追蹤。對(duì)能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的SOC的了解和/或控制是有用的并且是必需的以確保它既不會(huì)太 低以致在上升瞬態(tài)期間不能向負(fù)載提供需要的電力也不會(huì)太高以致在下降瞬態(tài)期間不能 從負(fù)載接收充電電流。例如，在60% -80%充電的標(biāo)稱SOC范圍附近操作可能是期望的，從 而允許在瞬態(tài)期間進(jìn)一步充電或放電。圖1圖示根據(jù)用于監(jiān)測(cè)與燃料電池協(xié)同使用的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的SOC的現(xiàn)有技術(shù)的 簡(jiǎn)單設(shè)置的一個(gè)實(shí)施例。燃料電池10產(chǎn)生DC電力以供應(yīng)負(fù)載20。燃料電池10通過(guò)充當(dāng) 電壓調(diào)節(jié)器的DC-DC轉(zhuǎn)換器22連接到負(fù)載20。為了特別在由電力負(fù)載的變化引起的瞬態(tài) 期間確保到負(fù)載20的一致和充足的電力供應(yīng)的維持，用這里描述為可再充電電池組30的 能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)補(bǔ)充較慢響應(yīng)燃料電池是可取的。在圖示的示例中的電池組30名義上提供 大約28Vd。的電壓，從而由多個(gè)串聯(lián)的電池組電池CpC2、.. Cn的串S1構(gòu)成，每個(gè)電池具有大 概3Vd。的較小電壓。取決于應(yīng)用，其他的電壓水平是可能的，并且包括例如400Vd。和700Vdc。 此外，為了提供需要的電流/功率容量以在瞬態(tài)期間補(bǔ)償燃料電池10，等等，典型地可以有 電池組電池的多個(gè)串聯(lián)連接串31、52、..511(彼此并聯(lián)連接)。為了進(jìn)一步的參考和區(qū)別，如 本文使用的，燃料電池將稱為“燃料電池”，而共同組成電池組或能量?jī)?chǔ)存裝置的個(gè)體電池 稱為“電池組電池”或簡(jiǎn)單地稱為“電池”。
僅給出電池組30的前述配置，通過(guò)電流傳感器或監(jiān)測(cè)器36對(duì)分別離開和進(jìn)入電池組的放電和充電電流Ibat的測(cè)量來(lái)監(jiān)測(cè)該電池組的SOC已經(jīng)是相對(duì)簡(jiǎn)單的事情。電流傳 感器36與電池組30串聯(lián)連接并且不僅能夠確定電流Ibat的大小，還能確定它的方向讀數(shù)， 即充電與放電。給出電流的該單個(gè)參數(shù)(充電或放電)，并且假設(shè)SOC的準(zhǔn)確水平的初始確 定，那么通過(guò)不同復(fù)雜性的算法在連續(xù)和持續(xù)的基礎(chǔ)上建立SOC是可能的。在最簡(jiǎn)單的意 義上，電荷Q是電流I和時(shí)間t的積分，即Q = / I*dt。這是常規(guī)的安培小時(shí)積分技術(shù)，其 中電流I取決于電池組正在放電或充電而具有正或負(fù)讀數(shù)(值)。這個(gè)的更多示例可在美 國(guó)專禾Ij 5，578，915和5，739，670中看到。盡管圖1代表現(xiàn)有技術(shù)的簡(jiǎn)化實(shí)施例，而或許更加典型的設(shè)置是其中所含設(shè)備是 用于平衡電池組電池的串聯(lián)串中的個(gè)體電池的電壓的一個(gè)實(shí)施例。該要求的產(chǎn)生是因?yàn)楫?dāng) 串聯(lián)地增加多個(gè)電池時(shí)，盡管通過(guò)每個(gè)電池的電流是相同的但每個(gè)電池的品質(zhì)或“正常性” 不同并且橫跨每個(gè)電池的電壓可趨于變化有0. IV至0. 5V或更多那么多(其中標(biāo)稱電壓如 較早指出的是大約3. 0V)?？梢岳闷渌臉?biāo)稱電池電壓并且其在本公開的預(yù)期和范圍內(nèi)。 在這樣情況下，正常的電池能夠由于“支撐”較不正常的電池而受壓。因而，電池中的每個(gè) 以幾乎相同的電壓操作是可取的，并且這通過(guò)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在圖2中描繪的電池平衡的已 知技術(shù)完成。參照?qǐng)D2，與圖1的那些相同的標(biāo)號(hào)在圖2中用于在兩個(gè)配置中相同或基本上相同 的那些部件。然而，雖然存在由本公開引起的一些功能、組成或結(jié)構(gòu)差別，但圖2的部件仍 然保持類似于圖1的部件，它們已經(jīng)給予相同的標(biāo)號(hào)，但在前面加上“1”。該簡(jiǎn)短的說(shuō)明強(qiáng) 調(diào)現(xiàn)有技術(shù)的圖2實(shí)施例的特征、結(jié)構(gòu)和/或功能中的差別，并且最小化對(duì)與關(guān)于圖1提供 的說(shuō)明完全一樣的說(shuō)明的重復(fù)。圖2的電池組130與圖1的電池組30相似，但還包括通過(guò)相應(yīng)選擇性可啟動(dòng)的開 關(guān)SWpSW2. . . Sffn與相應(yīng)電池組電池CpC2. . . Cn分別關(guān)聯(lián)并且可并聯(lián)連接的耗散裝置，例如 電阻器Di、D2、...Dn等。控制電路(在圖2中沒(méi)有示出)包括感測(cè)橫跨每個(gè)串聯(lián)串S1... Sn 中的每個(gè)電池Q、C2. . . Cn的電壓的能力(如通過(guò)一個(gè)或多個(gè)高阻抗放大器或其類似物)， 并且還包括按要求選擇性地閉合(或斷開)個(gè)體開關(guān)SW1JW2. . . Sffn的能力。更加具體地， 為了方便，每個(gè)耗散裝置Dp D2、. . . Dn具有相等電阻或阻抗值，從而對(duì)特定電池(當(dāng)通過(guò)閉 合其相應(yīng)開關(guān)而與耗散裝置并聯(lián)連接時(shí))的電壓做出粗糙但可接受的向下調(diào)整，并且反之 亦然(當(dāng)斷開開關(guān)時(shí))。通過(guò)對(duì)與這些電池組電池中的特定一些電池關(guān)聯(lián)的耗散裝置的選 擇性啟動(dòng)，將橫跨每個(gè)電池的電壓維持在更接近的恒定值上是可能的，從而延長(zhǎng)電池組130 的壽命。相似的電池平衡設(shè)置的示例在美國(guó)專利6，873，134和7，245，108中公開。盡管圖2的電池平衡設(shè)置提供了將電池組130的許多電池維持在幾乎相同的電壓 的優(yōu)勢(shì)，但它引入了對(duì)電池組的SOC的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)或計(jì)算的困難。而關(guān)于圖1的實(shí)施例SOC Q 可以簡(jiǎn)單地通過(guò)跟蹤充電和放電電流Ibat隨時(shí)間的流動(dòng)而監(jiān)測(cè)，現(xiàn)在將意識(shí)到流過(guò)單個(gè)電 流傳感器36的Ibat電流中的部分(在閉合相應(yīng)開關(guān)的意義上來(lái)說(shuō))流過(guò)與它相應(yīng)電池并 聯(lián)連接的各種耗散裝置DpD2、. . . Dn中的一個(gè)或多個(gè)。由于這個(gè)原因，簡(jiǎn)單地通過(guò)監(jiān)測(cè)流過(guò) 電流傳感器36的電流Ibat而準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)電池組130的SOC不再是可能的，因?yàn)樵撾娏髦械?部分不再與充電或放電這些電池關(guān)聯(lián)，而是流過(guò)這些耗散裝置。需要的是用于準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)或測(cè)量例如電池組等能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的SOC的設(shè)置，其中電池組由一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的電池串構(gòu)成，并且電池每個(gè)提供有相應(yīng)的耗散裝置用于在串中平衡電池電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本公開提供了具有比現(xiàn)有技術(shù)相對(duì)更高準(zhǔn)確度的監(jiān)測(cè)或測(cè)量例如電池組等能量 儲(chǔ)存系統(tǒng)的SOC的設(shè)置，其中電池組由一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的電池串構(gòu)成，并且電池每個(gè) 提供有相應(yīng)的選擇性地與其并聯(lián)地可連接的耗散裝置以用于在串中平衡電池電壓。耗散裝置(典型地是電阻器)分別具有已知的電阻或阻抗，并且典型地具有相等 的值。此外，存在感測(cè)或監(jiān)測(cè)橫跨每個(gè)電池的電壓的能力。因此，當(dāng)耗散裝置與電池并聯(lián)連 接時(shí)給出橫跨電池感測(cè)的電壓，并且還已知該耗散裝置的電阻/阻抗，根據(jù)歐姆定律確定 通過(guò)該耗散裝置的電流是可能的。假設(shè)電流Idis—i的該確定是關(guān)于并且可以關(guān)于每個(gè)耗散 裝置(其實(shí)際上與相應(yīng)的電池并聯(lián)連接)做出，這些電流的總和Idisttrt起代表它們對(duì)由電 流傳感器36測(cè)量的Ibat(在確定SOC為Q = / I · dt中的電流I的測(cè)量)引入的誤差的作 用。因此，Ibat電流然后通過(guò)減去該總計(jì)的誤差值Idistot而修正，并且修正的Ibatnet然后可充 當(dāng)在SOC、Q確定或任何其他相似的用途(其中要求凈或修正的電流I的值)中的I的值。 于是由測(cè)量的Ibat電流代表的信號(hào)的這個(gè)修正或補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)比具有電池平衡的現(xiàn)有系統(tǒng)提供 的更準(zhǔn)確的SOC確定。而前面的表征僅在修正Ibat以用于在準(zhǔn)確SOC或其類似物的確定中可能隨后使用 該修正值的上下文中表達(dá)，主要在電荷或SOC域Q中執(zhí)行相似操作使得結(jié)果是Qnet (Q的修正 值)也是可能的。在這樣情況下，而電池組電池電壓的感測(cè)或監(jiān)測(cè)和累積電流Ibat的感測(cè)或 監(jiān)測(cè)與上文相同，電池電壓的時(shí)間積分除以已知阻抗/電阻以產(chǎn)生Qrell作為具有并聯(lián)連接 的平衡阻抗的特定電池的耗散電荷分量。然后將若干這樣的具有連接阻抗的電池的Qrell值 求和以提供該若干電池的總耗散電荷Qt。t。系統(tǒng)中總電荷Qgrass的相似確定通過(guò)求測(cè)量的電 池組電流Ibat的時(shí)間積分而獲得。然后電荷的修正值Qnrt通過(guò)從系統(tǒng)中的總電荷Qsmss(如 通過(guò)求和)中去除總耗散電荷Qtot獲得，以產(chǎn)生Qnrt。修正電流Ibat的累積值以產(chǎn)生修正值Ibatnrt或修正測(cè)量和計(jì)算的總電荷Qgrass以產(chǎn) 生修正電荷Qnrt的前述過(guò)程用合適的電路方便地實(shí)施，例如用適當(dāng)編程的處理器/控制器 電路等。本公開的前述特征和優(yōu)勢(shì)根據(jù)其如在附圖中圖示的下列示范性實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō) 明將變得更加明顯。


圖1是圖示根據(jù)用于監(jiān)測(cè)與燃料電池協(xié)同使用的多電池能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的SOC的現(xiàn) 有技術(shù)的設(shè)置的簡(jiǎn)單實(shí)施例的圖；圖2是圖示根據(jù)用于監(jiān)測(cè)具有電池平衡能力和與燃料電池協(xié)同使用的多電池能 量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的SOC的現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)置的簡(jiǎn)單實(shí)施例的圖；圖3和3A—起是圖示根據(jù)本公開的設(shè)置的示意圖，該設(shè)置具有提高的準(zhǔn)確度用于 指示具有電池平衡能力、在與燃料電池協(xié)同使用中描繪的多電池能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的Ibat電流 和/或SOC ；
圖4圖示代表由圖3的設(shè)置執(zhí)行的程序步驟的流程圖，其用于提供對(duì)被修正了或 補(bǔ)償了耗散電流的Ibat電流和/或SOC的值；圖5圖示與圖4的流程圖相似的流程圖，但簡(jiǎn)化以初始提供修正的Ibat用于隨后 確定正確的SOC。
具體實(shí)施例方式上文在背景技術(shù)部分中參考現(xiàn)有技術(shù)中存在的兩個(gè)實(shí)施例用于提供指示流入或 流出能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)或電池組的電流的信號(hào)，用于確定/監(jiān)測(cè)該電池組的荷電狀態(tài)(SOC)。兩 個(gè)實(shí)施例在與燃料電池協(xié)同使用中描繪。圖1的實(shí)施例描繪無(wú)電池平衡的電池組電池的串 聯(lián)串的較簡(jiǎn)單的情況，而圖2描繪包括電池平衡的更復(fù)雜的情況，其具有它隨之產(chǎn)生的益 處以及關(guān)于確定/監(jiān)測(cè)電池組的SOC的限制。一起參照?qǐng)D3和3A，與圖1和/或圖2的標(biāo)號(hào)相同的標(biāo)號(hào)在圖3和3A中用于與在 這兩個(gè)配置的任一個(gè)中相同或基本上相同的那些部件。然而，雖然存在由本公開引起的一 些功能、組成或結(jié)構(gòu)差別，但圖3和3A的部件仍然保持類似于圖1或2的部件，它們已經(jīng)給 予相同的標(biāo)號(hào)，但在前面加上“2”。該簡(jiǎn)短的說(shuō)明強(qiáng)調(diào)圖3和3A的實(shí)施例的特征、結(jié)構(gòu)和/ 或功能中的差別，并且最小化對(duì)與關(guān)于圖1或2提供的說(shuō)明完全一樣的說(shuō)明的重復(fù)。參照?qǐng)D3 (如相對(duì)于圖1和2)，例如燃料電池10等的主電功率源通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換 器22連接到負(fù)載20，并且還包括在轉(zhuǎn)換器22和負(fù)載20中間的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)或電池組230。 負(fù)載20當(dāng)然可包括多個(gè)分立負(fù)載。如與圖2實(shí)施例一樣，有跨接轉(zhuǎn)換器22輸出而連接(并 聯(lián))的多個(gè)電池組電池CpQ、... Cn的至少一個(gè)串聯(lián)串S1，和典型地互相并聯(lián)連接的多個(gè)這 樣的串S2，...Sn。此外，電池組電池Ci、C2、... Cn中的每個(gè)具有耗散裝置(例如相應(yīng)的電阻 器DpD2、. . . Dn)，其通過(guò)相應(yīng)可選擇性啟動(dòng)的開關(guān)或繼電器SWpSW2. . . SWn可選擇性橫跨該 電池組電池而連接以用于如可能要求的那樣的平衡電池電壓的目的。每個(gè)耗散裝置的阻抗 或電阻值預(yù)先確定并且保持不變。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)使這些裝置中每個(gè)的值相 同是滿意的，盡管其可能在平衡功能中引入一些變化(這樣的變化是較小的并且認(rèn)為可忍 受)。與該電池平衡功能協(xié)同，提供以用于感測(cè)/測(cè)量橫跨每個(gè)相應(yīng)的電池Ci、C2、. . . Cn電 壓，并且為了在圖3中圖示簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單地由相應(yīng)的電壓感測(cè)端口或端子Vel、V。2、... Vm代表。流過(guò)串聯(lián)串的充電或放電總電流Ibat由合適的儀表或測(cè)量裝置36感測(cè)和測(cè)量 以提供該電流的大小和方向(充電與放電)的指示。假設(shè)電池組電池的多個(gè)串聯(lián)串Sp S2,... Sn并聯(lián)連接，電流測(cè)量裝置36典型地是單個(gè)并且被連接以根據(jù)基爾霍夫定律測(cè)量所 有串聯(lián)串Si、S2、... Sn中的電流的總和。參照?qǐng)D3A，其應(yīng)該看作圖3的連接附屬物，具有適當(dāng)和合適的能力的處理器/控 制器240配置/編程為提供本文描述的電路和功能的需要的控制和處理。處理器/控制器 240優(yōu)選地按要求包括具有CPU、時(shí)鐘、ROM、RAM和包括D/A和A/D端口的分立I/O端口的 微型計(jì)算機(jī)。為了簡(jiǎn)單，圖3A的圖示描繪了處理器/控制器240的在外部出現(xiàn)的僅有的信 號(hào)通道和控制功能，如包括“從Ibat”所指的引線242、“從Vel、V。2、· . . V。n”所指的引線244、 “對(duì)開關(guān)Sff1, Sff2, ... SWn的控制”所指的引線246和“S0C”所指的引線248，然而將理解也可存在其他信號(hào)通道(沒(méi)有示出)。引線242從儀表或傳感器36獲得累積電流信號(hào)Ibat。實(shí)際上可以是大量引線或電連接但在這里示為一個(gè)的引線244提供處理器240和與電池組電池Cp C2、. . . Cn中的每個(gè) 關(guān)聯(lián)用于監(jiān)測(cè)橫跨相應(yīng)電池的電壓的相應(yīng)電壓端口 ^。2、. . . Vm之間的連接。該功能可典 型地通過(guò)一個(gè)或多個(gè)高阻抗放大器或其他合適的電壓監(jiān)測(cè)器完成。實(shí)際上可以是大量引線 或電連接但在這里示為一個(gè)的引線246可操作性地響應(yīng)于通過(guò)引線244橫跨相應(yīng)電池做出 的電壓測(cè)量而視情況選擇性地啟動(dòng)開關(guān)或繼電器SWp Sff2, . . . SWn中的相應(yīng)的那些。例如， 如果橫跨電池C1的電壓Vcl是相對(duì)健壯的3伏特但橫跨該串聯(lián)串中一個(gè)或多個(gè)其他電池的 電壓(例如電池C2)是較不健壯的2. 7伏特，橫跨具有較高電壓的電池(例如，電池C1)的 電壓通過(guò)啟動(dòng)適當(dāng)?shù)拈_關(guān)Gi^LSW1)以使耗散裝置D1與電池C1并聯(lián)而降低。因?yàn)檫@樣使 串聯(lián)電流在電池C1和它的耗散電阻器D1之間被分流或分配，現(xiàn)在這導(dǎo)致橫跨該電池C1的 較小電壓，從而使它更加接近具有稍微較低電壓的電池或多個(gè)電池的電壓。從前述的使用耗散裝置選擇性地降低橫跨電池組電池中的被選電池的電壓的過(guò) 程開始，但通過(guò)之后進(jìn)一步依賴已知的或預(yù)先確定的該耗散裝置的電阻值，加上如在該電 池的電壓端口(例如，VJ確定的橫跨該電池的電壓的了解，于是通過(guò)將電壓除以電阻而確 定在電阻器D1中流動(dòng)的耗散電流是可能的。這樣，確定這些電池(它們的開關(guān)被閉合并且 正在抽出耗散電流)中的全部以及每個(gè)的耗散電流是可能的。該耗散電流代表耗散電荷的 分量(如果該電流隨時(shí)間積分)。因此，于是通過(guò)首先使用總Ibat確定總電荷并且隨后通過(guò) 減去(如通過(guò)算術(shù)求和，或簡(jiǎn)單地“求和”)由積分確定的總耗散電荷分量來(lái)修正該總電荷 從而確定凈或修正SOC是可能的。備選地，通過(guò)從Ibat的總值去除電流的整個(gè)耗散分量(如通過(guò)求和)簡(jiǎn)單地修正Ibat的總值以產(chǎn)生凈Ibat，接著隨后使用該凈Ibat確定正確的SOC是可能的。參照?qǐng)D4，圖示有代表由圖3的處理器/控制器240執(zhí)行的程序步驟的簡(jiǎn)單流程 圖，其用于提供對(duì)被修正或補(bǔ)償了耗散電流的Ibat電流和/或SOC的值?？?10代表測(cè)量在 每個(gè)串聯(lián)串Si、S2、. . . Sn中的電池組電池Ci、C2、. . . Cn中每個(gè)的電池電壓v。i、v。2、.. . Vm(其 貢獻(xiàn)傳感器36處測(cè)量的電流Ibat)的程序例程。如在該圖中使用的，下標(biāo)“。ell_i”指在從1至 η的電池序列中的個(gè)體電池“i”。作為在框310確定電池電壓的結(jié)果，或許在較早迭代中，具 有大于閾值的電壓的那些電池的相應(yīng)的開關(guān)或多個(gè)開關(guān)將被閉合或?qū)⒁呀?jīng)被閉合。因此， 在框320耗散電流將在這些耗散裝置或電阻中流動(dòng)，并且存在對(duì)這些相應(yīng)電池中每個(gè)的電 池電荷損失的相稱確定。電池電荷損失的確定利用合適的算法以提供電池電荷Qreiu的測(cè)
量，如其為jj"Veellj ‘dt，其中R是相應(yīng)耗散裝置D1... Dn的預(yù)先確定的或已知的電阻，并且
Vcell i代表對(duì)應(yīng)的相應(yīng)電池的測(cè)量電壓W.. Vcn0每個(gè)電池的電壓隨時(shí)間積分，并且所
得的電荷Qrell 1是電流的函數(shù)，其根據(jù)歐姆定律通過(guò)V/R確定。將其相應(yīng)開關(guān)沒(méi)有被閉合的那
些電池中每個(gè)電池的電池電荷損失推測(cè)為零。功能框330簡(jiǎn)單地是能量通過(guò)耗散裝置耗散
的那些電池中每個(gè)電池的總電池電荷損失的求和，并且表現(xiàn)為Qt。t =∑Qcell i。這代表總耗散損失。相應(yīng)地，框340代表通過(guò)傳感器36測(cè)量流過(guò)所有的電池串聯(lián)串SpS2、. . . Sn(包括 其相應(yīng)開關(guān)SW已經(jīng)被閉合的任何和所有耗散裝置D)中的總電流的電池組電流Ibat的程序例程。使用該總測(cè)量電池組電流Ibat，下一個(gè)框350計(jì)算總電荷，Qgrass，如Qgrass = / Ibat -dt, 其中總電池組電流隨時(shí)間積分。 在節(jié)點(diǎn)360，框330的總電荷損失Qt。t從框350的總電荷Qgross通過(guò)這兩個(gè)值的算 術(shù)求和而去除或減去。于是這產(chǎn)生Q，或Qnet，其是電池組230的修正荷電狀態(tài)(SOC)值。參照?qǐng)D5，圖示有代表由圖3的處理器/控制器240執(zhí)行的程序步驟的簡(jiǎn)單流程 圖，其用于提供對(duì)被修正或補(bǔ)償了耗散電流的Ibat電流的值Ibatet。這在大多數(shù)方面與圖4 的例程相似，但沒(méi)有確定耗散電荷損失和從未修正的Ibat確定的總電荷值減去它，該例程簡(jiǎn) 化以初始提供修正的Ibat用于隨后確定正確S0C。在圖5中使用與圖4的標(biāo)號(hào)相同的標(biāo)號(hào) 是用于在兩個(gè)配置中相同或基本上相同的那些功能或例程。然而，雖然在圖5的框中存在 一些功能差別但仍然保持類似于圖4中的對(duì)應(yīng)物，它已經(jīng)被給出相同的最后兩位但在前面 加上“4”而不是“3”。該簡(jiǎn)短的說(shuō)明強(qiáng)調(diào)圖5實(shí)施例的特征和/或功能方面的差別，并且最 小化對(duì)與關(guān)于圖4提供的說(shuō)明完全一樣的說(shuō)明的重復(fù)。功能框310測(cè)量電池電壓，然后功能框420從這些測(cè)量的電池電壓確定相應(yīng)的耗 散電流，Idis，其中Idis = f，其中V是橫跨具有與其并聯(lián)連接的耗散電阻值Rd的相應(yīng)電池的
電壓。如之前那樣，對(duì)于其相應(yīng)的開關(guān)是斷開的電池的Idis是零。然后在框430，其耗散裝 置D是工作著的各個(gè)電池的所有Idis值被求和以提供累積或總的Idist。t。相應(yīng)地，框340代表通過(guò)傳感器36測(cè)量流過(guò)所有的串聯(lián)電池串SpS2、. . . Sn(包括 其相應(yīng)開關(guān)SW已經(jīng)被閉合的任何和所有耗散裝置D)的總電流的電池組電流Ibat的程序例 程。該值Ibat是電流的總未修正測(cè)量，并且在節(jié)點(diǎn)460與來(lái)自功能框430的值Idistot直接算 術(shù)求和以從前者減去或去除后者以產(chǎn)生修正Ibat，稱為Ibatnrt。于是值Ibatnrt是基本上僅通 過(guò)電池組電池它們自身的電流的修正測(cè)量，并且可隨后在確定電荷Q為電流關(guān)于時(shí)間的積 分的SOC算法中用作電流I的修正值。盡管本公開已經(jīng)關(guān)于其示范性實(shí)施例描述和圖示，但是本領(lǐng)域內(nèi)那些技術(shù)人員應(yīng) 該認(rèn)識(shí)到可以做出前述和各種其他變化、省略和添加而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
在可再充電能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)(230)中，所述系統(tǒng)(230)特征在于多個(gè)電池組電池(C1、C2、...Cn)的串聯(lián)設(shè)置(S1、S2、...Sn)、各與所述多個(gè)電池組電池(C1、C2、...Cn)中相應(yīng)一個(gè)電池關(guān)聯(lián)并且選擇性地并聯(lián)地可連接和可斷開連接(SW1、SW2...SWn)的多個(gè)個(gè)體能量耗散裝置(D1、D2、...Dn)、用于測(cè)量橫跨所述多個(gè)電池組電池(C1、C2、...Cn)中每個(gè)相應(yīng)電池的電壓(Vcell_i)的電路(240、Vc1、Vc2、...Vcn)，和用于測(cè)量流過(guò)所述串聯(lián)設(shè)置的多個(gè)電池組電池和與其并聯(lián)連接的任何耗散裝置的電流(Ibat)的大小和方向的電路(240、36)，一種提供基本上僅通過(guò)所述多個(gè)電池組電池的電流(Ibatnet)的測(cè)量的方法，其包括步驟a)建立每個(gè)所述能量耗散裝置(D1、D2、...Dn)的相應(yīng)預(yù)先確定的阻抗(R)；b)確定(240、246、SW1、SW2...SWn)所述多個(gè)個(gè)體能量耗散裝置(D1、D2、...Dn)中哪個(gè)實(shí)際與所述電池組電池(C1、C2、...Cn)中相應(yīng)的電池并聯(lián)連接；c)確定(240、310、244、Vc1、Vc2、...Vcn)橫跨所述能量耗散裝置實(shí)際與其并聯(lián)連接的所述電池組電池中每個(gè)的電壓，；d)確定(240、420)在所述相應(yīng)的連接的耗散裝置中的電流(Idis)；e)對(duì)相應(yīng)的所述連接的耗散裝置中的所述電流(Idis)求和(240、430)以提供總耗散電流的測(cè)量(Idistot)；以及f)從通過(guò)該組合串聯(lián)設(shè)置的多個(gè)電池組電池和與其并聯(lián)連接的任何能量耗散裝置所測(cè)量的電流(Ibat)中減去(240、460)所述連接的耗散裝置的總計(jì)耗散電流(Idistot)以提供基本上僅在多個(gè)電池組電池的串聯(lián)設(shè)置中的電流的已補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量(Ibatnet)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中每個(gè)所述能量耗散裝置(DpD2、. . . Dn)的相應(yīng)的預(yù) 先確定的阻抗(R)是相同的，并且確定每個(gè)所述相應(yīng)連接的耗散裝置中的電流(Idis)的步 驟包括將相應(yīng)電池組電池的電壓(Veell i)除以(240，420)所述阻抗(R)。
3.在可再充電能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)(230)中，所述系統(tǒng)(230)特征在于多個(gè)電池組電池(Cp C2、...Cn)的串聯(lián)設(shè)置(Si、S2、... Sn)、各與所述多個(gè)電池組電池和、(2、...(；)中相應(yīng)的一 個(gè)電池關(guān)聯(lián)并且選擇性地并聯(lián)地可連接和可斷開連接(SWp Sff2. . . Sffn)的多個(gè)個(gè)體能量耗 散裝置仇、D2、. . . Dn)、用于測(cè)量橫跨所述多個(gè)電池組電池(Ci、C2、. . . Cn)中每個(gè)相應(yīng)電池 的電壓(v。n」)的電路(240、Vcl, Vc2, . . . VJ，和用于測(cè)量流過(guò)所述串聯(lián)設(shè)置的多個(gè)電池組 電池和與其并聯(lián)連接的任何耗散裝置的電流(Ibat)的大小和方向的電路(240、36)，一種提供基本上僅到所述多個(gè)電池組電池的凈電荷(Qnrt)的測(cè)量的方法，其包括步驟a)建立每個(gè)所述能量耗散裝置(Di、D2、...Dn)的相應(yīng)預(yù)先確定的阻抗(R)；b)確定(240,246,Sff1, Sff2. · · Sffn)所述多個(gè)個(gè)體能量耗散裝置(D1, D2、…Dn)中哪個(gè) 實(shí)際與所述電池組電池(CpC”...Cn)中相應(yīng)電池并聯(lián)連接；c)確定(240、310、244、Vel、V。2、...V。n)橫跨所述能量耗散裝置實(shí)際與其并聯(lián)連接的所 述電池組電池中每個(gè)的電壓(V。ell i)，；d)確定(240、320)在每個(gè)所述連接的耗散裝置中耗散的耗散電荷(Qeell)；e)對(duì)相應(yīng)的所述連接的耗散裝置中的所述耗散電荷(Qeell)求和(240、330)以提供總 耗散電荷的測(cè)量(Qtot)；f)從流過(guò)所述串聯(lián)設(shè)置的多個(gè)電池組電池和與其并聯(lián)連接的任何耗散裝置的電流(Ibat)的大小和方向的測(cè)量，來(lái)確定(240、350)總電荷(Qgrass)；以及g)從對(duì)該組合串聯(lián)設(shè)置的多個(gè)電池組電池和與其并聯(lián)連接的任何能量耗散裝置所確 定的總電荷(Qsmss)中減去(240、360)所述連接的耗散裝置的總計(jì)耗散電荷(Qt。t)以提供 基本上僅所述多個(gè)電池組電池的串聯(lián)設(shè)置的電荷的已補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量(Qnrt)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中每個(gè)所述能量耗散裝置(DpD2、. . . Dn)的相應(yīng)的預(yù) 先確定的阻抗(R)是相同的，并且確定每個(gè)所述相應(yīng)連接的耗散裝置中耗散的耗散電荷 (Qcell)的步驟包括將相應(yīng)電池組電池電壓的時(shí)間積分(f VcelLi .dt)除以(240，320)所述 阻抗(R)。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中確定總電荷(Qgrass)的步驟(350)包括確定流過(guò)所述 串聯(lián)設(shè)置的多個(gè)電池組電池和與其并聯(lián)連接的任何耗散裝置的電流(Ibat)的大小和方向的 時(shí)間積分(f Ibat · dt)。
6.在可再充電能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)(230)中，所述系統(tǒng)(230)特征在于多個(gè)電池組電池(Cp C2、...Cn)的串聯(lián)設(shè)置(Si、S2、... Sn)、各與所述多個(gè)電池組電池和、(2、...(；)中相應(yīng)的一 個(gè)電池關(guān)聯(lián)并且選擇性地并聯(lián)地可連接和可斷開連接(SWp Sff2. . . Sffn)的多個(gè)個(gè)體能量耗 散裝置仇、D2、. . . Dn)、用于測(cè)量橫跨所述多個(gè)電池組電池(Ci、C2、. . . Cn)中每個(gè)相應(yīng)電池 的電壓(v。elli)的電路(240、Vc^Vci2L-Vm),和用于測(cè)量流過(guò)所述串聯(lián)設(shè)置的多個(gè)電池組 電池和與其并聯(lián)連接的任何耗散裝置的電流(Ibat)的大小和方向的電路(240、36)，其改進(jìn)包括a)所述能量耗散裝置(Di、D2、...Dn)中每個(gè)具有相應(yīng)預(yù)先確定的阻抗(R)；b)電路(240,246,Sff1, SW2. .. SWn)，其配置成確定所述多個(gè)個(gè)體能量耗散裝置(D1, D2、. . . Dn)中哪個(gè)實(shí)際與所述電池組電池(Cp C2、... Cn)中相應(yīng)電池并聯(lián)連接；c)電路(240、310、244、￥。1、￥。2、..1。11)，其配置成確定橫跨所述能量耗散裝置實(shí)際與其 并聯(lián)連接的所述電池組電池中每個(gè)的電壓；d)電路(240、420)，其配置成確定所述相應(yīng)連接的耗散裝置中的電流(Idis)；e)電路(240、430)，其配置成對(duì)相應(yīng)的所述連接的耗散裝置中的所述電流(Idis)求和 以提供總耗散電流的測(cè)量(IdistJ ；以及f)電路(240、460)，其配置成從通過(guò)該組合串聯(lián)設(shè)置的多個(gè)電池組電池和與其并聯(lián) 連接的任何能量耗散裝置所測(cè)量的電流(Ibat)中減去所述連接的耗散裝置的總計(jì)耗散電 流(IdistJ以及從而提供基本上僅在多個(gè)電池組電池的串聯(lián)設(shè)置中的電流的已補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量(Ibatnet) °
7.如權(quán)利要求6所述的可再充電能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)(230)，其中所述能量耗散裝置(Dp D2、...Dn)中每個(gè)是具有相等值的電阻。
全文摘要
用于監(jiān)測(cè)具有電池組電池(C1、C2...Cn)的一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接串(S1、S2、...Sn)的能量系統(tǒng)(230)的電流或荷電狀態(tài)(SOC)的設(shè)置。該電池組電池每個(gè)具有相應(yīng)的選擇性地與其并聯(lián)連接的耗散裝置(D1、D2、...Dn)用于在串中平衡電池電壓。該耗散裝置具有預(yù)先確定的典型為相等的阻抗值。橫跨每個(gè)電池的電壓(Vc1、Vc2、...Vcn)可分別監(jiān)測(cè)，使得通過(guò)將橫跨電池的監(jiān)測(cè)電壓除以與其并聯(lián)連接的耗散裝置的阻抗值來(lái)確定耗散電流。耗散電流的所有的總和產(chǎn)生誤差值，然后從流過(guò)組合的電池組電池和耗散裝置的測(cè)量總電流(Ibat)中去除該誤差值以產(chǎn)生電流的修正值(Ibatnet)。采用相似的方式可獲得修正SOC值(Qnet)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101803102SQ200780100797
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2007年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月20日
發(fā)明者S·J·弗雷德特 申請(qǐng)人:Utc電力公司