對電池預測功率極限的確定的制作方法
【專利說明】對電池預測功率極限的確定
[0001]本申請是申請日為2007年6月14日、申請?zhí)枮?007800303572、發(fā)明名稱為“對電池預測功率極限的確定”的專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及電池系統(tǒng)，且更具體而言涉及為電池系統(tǒng)確定功率輸送極限。
【背景技術】
[0003]電池系統(tǒng)可用于在各式各樣的應用系統(tǒng)中提供電能。示例性傳輸應用系統(tǒng)包括混合動力電動汽車(HEV)、電動汽車(EV)、重型車(HDV)和具有42伏特電力系統(tǒng)的汽車。示例性固定應用系統(tǒng)包括用于電信系統(tǒng)的備份電源、不間斷電源(UPS)和分布式發(fā)電應用系統(tǒng)。
[0004]被使用的電池類型的示例包括鎳氫電池(NiMH)、鉛酸電池和其他類型的電池。電池系統(tǒng)可以包括串聯(lián)和/或并聯(lián)的多個電池分包(battery subpack)。電池分包可以包括并聯(lián)和/或串聯(lián)連接的多個電池。
[0005]電池的固有屬性可以限定最小操作電壓規(guī)格(V_)和/或最大操作電壓規(guī)格(Vnax) ο在某些應用系統(tǒng)中,VnuJPVniax可以由工程師指定，并可以其他標準為根據(jù)。當同時考慮V-和Vniax時，V _和Vniax指示為了最大化電池的服務壽命而應將電池電壓維持在內(nèi)的電壓范圍。V-和Vniax還能推斷出電池在放電過程中提供功率的能力和在充電過程中接受功率的能力的限度。在諸如HEV的某些實施例中，電池功率的這些限度可能會周期性地限制汽車的性能。例如，HEV控制系統(tǒng)可能會為了將電池電壓保持成高于最小電池電壓￥_而限制汽車的加速。HEV控制系統(tǒng)還可能會限制汽車的再生制動功能，以保持電池電壓低于最大電池Vniax且由此維持某種再生制動能力。
[0006]防止加速性能限制發(fā)生的一種方法是用內(nèi)燃機來對電池輸送的功率進行補給。然而這種方法引入了其他問題。例如，發(fā)動機可能在需要它時熄火。在這種情形下，當HEV控制系統(tǒng)起動發(fā)動機時，汽車性能將仍然會在一個較短的時間周期內(nèi)受限。
[0007]防止性能限制的第二種方法是保持發(fā)動機空轉(zhuǎn)，使得發(fā)動機總是可以對電池功率進行補給。然而，空轉(zhuǎn)發(fā)動機會浪費燃料，因此這并沒有提供理想的解決方案。因此，仍然對預測電池功率極限和將補給電源與負載需求同步存在需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]—種與電池一起使用的電池控制模塊，包括測量電池電壓的電壓測量模塊和測量電池電流的電流測量模塊。功率極限模塊與該電流和電壓測量模塊通信，且在每個時間周期估算一次對應于未來時間周期的電池電流極限。該電池電流極限基于電池的預定電壓極限，還基于與未來時間周期之前的時間周期相對應的電池電流和電池電壓。
[0009]—種為負載供電的混合電源系統(tǒng)包括:基于功率需求信號向負載提供功率的第一電源、向該負載提供功率的可充電電池以及與該可充電電池通信的控制模塊。該控制模塊包括測量電池電壓的電壓測量模塊、測量電池電流的電流測量模塊以及與該電流和電壓測量模塊通信的功率極限模塊。該功率極限模塊基于該電池的電池電流、電池電壓以及預定電壓極限估算電池電流極限。該功率極限模塊基于電池電流極限產(chǎn)生功率需求信號。
[0010]—種用于控制從電池獲取的電流的方法包括:測量電池電壓、測量電池電流，以及周期性地估算對應于未來時間周期且代表流經(jīng)該電池的最大允許電池電流的電池電流極限。該電池電流極限基于該電池的測量出的電池電流、測量出的電池電壓以及預定電壓極限。
[0011]—種用于控制混合電源系統(tǒng)的方法包括:操作第一電源以基于功率需求信號向負載提供功率、從可充電電池向負載供給功率、測量該可充電電池的電池電壓、測量該可充電電池的電池電流、周期性估算對應于未來時間周期且代表流經(jīng)該電池的最大允許電池電流的電池電流極限，以及基于估算出的電池電流極限產(chǎn)生功率需求信號。該電池電流極限基于該電池的測量出的電池電流、測量出的電池電壓和預定電壓極限。
[0012]一種用于混合動力電動汽車的動力系統(tǒng)(powertrain system)包括:向電動機提供功率以用于推動汽車的可充電電池、產(chǎn)生用于推動汽車的功率的內(nèi)燃機、響應于功率需求信號起動該內(nèi)燃機的發(fā)動機控制器，以及與該可充電電池通信的控制模塊。該控制模塊包括測量電池電壓的電壓測量模塊、測量電池電流的電流測量模塊，以及與該電流和電壓測量模塊通信的功率極限模塊。該功率極限模塊周期性地確定對應于未來周期且基于該電池電流和電池電壓的電池電流極限。該功率極限模塊基于該電池電流極限產(chǎn)生功率需求信號，使得發(fā)動機控制器在該未來周期之前起動內(nèi)燃機。
[0013]根據(jù)下文所提供的詳細描述，本發(fā)明的其他應用領域?qū)⒆兊煤苊黠@。應當理解，盡管示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但詳細描述和特定示例僅旨在進行說明，而并不旨在限制本發(fā)明的范圍。
【附圖說明】
[0014]根據(jù)詳細描述和附圖，能更加全面地理解本發(fā)明，附圖中:
[0015]圖1是包括電池分包、電池控制模塊和主控制模塊的電池系統(tǒng)的功能框圖。
[0016]圖2是電池控制模塊的功能框圖。
[0017]圖3是電池的等效電路。
[0018]圖4是用于預測電池的功率極限的方法的流程圖。
[0019]圖5是實際電池參數(shù)和預測電池參數(shù)的曲線圖。
[0020]圖6A-6C是混合動力電動汽車的功能框圖。
[0021]圖7是電池供電的補給電源的功能框圖。
【具體實施方式】
[0022]以下對優(yōu)選實施例的描述在本質(zhì)上僅是示例性的，而并不旨在以任何方式限制本發(fā)明、本發(fā)明的應用或用途。為清楚起見，附圖中使用相同的參考標記來表示相同的元件。當在此使用時，術語模塊或設備表示專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享、專用或成組的類型)和存儲器、組合邏輯電路，和/或提供所述功能的其他適當組件。
[0023]盡管將示出可用于預測電池的最大功率輸出的示例性系統(tǒng)，但本領域技術人員將意識到可以使用其他系統(tǒng)?，F(xiàn)在參考圖1，所示電池系統(tǒng)10的示例性實施例包括M個電池分包12-1、12-2、…，和12-M (統(tǒng)稱為電池分包12)。電池分包12_1、12_2、…、12-M包括N個串連的電池20-11、20-12、...，和20-NM(統(tǒng)稱為電池20)。電池控制模塊30-1、30-2、…，和30-M(統(tǒng)稱為電池控制模塊30)分別與電池分包12-1、12-2、…、12-M其中的每一個相關聯(lián)。在某些實施例中，M等于2或3，不過也可以使用更多個分包或更少個分包。在某些實施例中，N等于12-24，不過也可以使用更多個和/或更少個電池。
[0024]電池控制模塊30感測電池分包12兩端的電壓和電池分包12所提供的電流。備選地，電池控制模塊30可以監(jiān)控電池分包12中的一個或多個獨立的電池20，以及執(zhí)行適當?shù)某叨日{(diào)節(jié)和/或調(diào)整。電池控制模塊30利用無線和/或有線連接與主控制模塊40通信。主控制模塊40從電池控制模塊30接收功率極限且產(chǎn)生總的功率極限。可以為每個模塊、成組的模塊和/或所有模塊計算S0C。在某些實施例中，電池控制模塊30可以與主控制模塊40整合在一起。
[0025]現(xiàn)在參考圖2，示出了電池控制模塊30的某些元件。電池控制模塊30包括對電池分包12和/或電池分包12中的一個或多個獨立電池20的電池電壓和/或電流進行測量的電壓和/或電流測量模塊60。電池溫度感測模塊62測量電池分包12內(nèi)至少一處的溫度。