組合式pi反饋與前饋單格電池平衡方法
2023-05-31 09:34:16
專利名稱：組合式pi反饋與前饋單格電池平衡方法
技術領域：
本發明總體涉及蓄電池組單格電池平衡，並且尤其涉及用於平衡蓄電池組中的單格電池電荷狀態的方法與系統，其同時使用反饋與前饋控制，並且其考慮了同時由單格電池之間的自放電率偏差與單格電池之間的容量偏差引起的電荷狀態不同，以及電子測量/控制系統的寄生載荷的偏差。
背景技術：
電動車輛與汽油電動或柴油電動混合動力車輛在現今的汽車市場中迅速獲得普及。電動與混合動力電動車輛提供幾種令人滿意的特徵，例如在消費者層級上降低或消除排放與石油基燃料消耗，以及潛在的低操作成本。電動與混合動力電動車輛的關鍵部件/子系統為蓄電池組，其可以代表車輛成本的相當一部分。這些車輛中的蓄電池組通常由許多相互連接的單格電池組成，其能夠根據需求輸送大量電力。最大化蓄電池組性能與壽命是電動與混合動力電動車輛的設計與操作中的關鍵考慮因素。在由成百個單格電池組成的蓄電池組中，不可避免地存在各個單格電池性能的某些變化，並且這種變化隨著蓄電池組老化而增加。例如，如果蓄電池組中的所有單格電池滿充，並且隨後將蓄電池組用於為車輛提供動力，由於內阻與自放電率偏差，則一些單格電池將比其他單格電池略微更快的放電。能量存儲容量也可能因單格電池而異。為了最大化蓄電池組耐久性與車輛行駛裡程，重要的是最小化單格電池之間的電荷狀態的變化。平衡蓄電池組中的單格電池之間的電荷狀態的普通方法在於通過電阻選擇性地釋放更高的電荷狀態的單格電池。通常要根據每個單格電池的電荷狀態與蓄電池組內所有單格電池的平均電荷狀態的相對關係來確定該單格電池的電阻放電量。雖然上述當前的單格電池平衡方法在平衡蓄電池組中單格電池之間的電荷狀態中起一點作用，但其並不考慮單格電池容量偏差。也就是說，在驅動循環開始時，帶有更低能量存儲容量的單格電池可能具有較高的電荷狀態，這是因為該單格電池以快於蓄電池組中其他單格電池的速率充電。如果在驅動循環開始時，正是更低的容量使得單格電池具有更高電荷狀態，則該單格電池可以在驅動循環過程中自然地使電荷狀態與蓄電池組其餘部分平衡，而對該單格電池電阻放電可能會過分地補償該單格電池並且使得該單格電池放電過快。存在對蓄電池組單格電池電荷狀態平衡方法的需求，該方法同時考慮了單格電池之間的自放電率偏差和能量存儲容量偏差。這種方法可以改進單格電池電荷狀態平衡性能，並且最小化不必要的電阻放電以及相關的蓄電池組老化，因此實現通過提高蓄電池組壽命並且增加車輛行駛裡程而增加用戶滿意度。
發明內容
根據本發明的教導，公開了一種使用結合了前饋控制的比例-積分反饋控制的用於蓄電池組單格電池電荷狀態平衡的方法與系統。比例-積分反饋控制作用於誤差信號，其為前一驅動循環中所有單格電池的平均放電量與前一驅動循環中特定單格電池的放電量之間的差異。因此，反饋項基於單個單格電池放電是否快於或慢於驅動過程中蓄電池組平均值，其中放電更快的單格電池將接收降低的電阻放電。前饋控制作用於驅動循環開始時單個單格電池的電荷狀態與驅動循環開始時蓄電池組平均電荷狀態之間的差異。確定每個單格電池的電阻平衡接通時間工作循環的整體控制付出為比例-積分反饋控制信號與前饋控制信號之和。結合附圖，本發明的額外特徵將從以下的說明與所附權利要求中變得明顯。本發明還提供了如下方案:
方案1.一種用於蓄電池組的電荷狀態平衡系統，所述電荷狀態平衡系統包括:
用於採集所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態數據的監控模塊，所述監控模塊提供代表當前加電與之前加電的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態以及所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態的信號；
響應於來自所述監控模塊的所述信號的反饋控制模塊，所述反饋控制模塊配置成計算所述蓄電池組中每個單格電池的反饋控制付出，其中，所述反饋控制付出說明了所述蓄電池組中每個單格電池的能量存儲容量；
響應於來自所述監控模塊的所述信號的前饋控制模塊，所述前饋控制模塊配置成計算所述蓄電池組中每個單格電池的前饋控制付出，其中，所述前饋控制付出說明了所述蓄電池組中每個單格電池的相對電荷狀態；以及
響應於來自所述反饋控制模塊與所述前饋控制模塊的所述信號的單格電池平衡硬體模塊，其中，所述單格電池平衡硬體模塊使用所述反饋控制付出與所述前饋控制付出之和，以平衡所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態。方案2.根據方案I所述的電荷狀態平衡系統，其特徵在於，所述監控模塊測量所述蓄電池組中每個單格電池的溫度以及所述蓄電池組中每個單格電池的開路電壓，並且使用所述溫度與所述開路電壓，以確定每次加電時所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態。方案3.根據方案I所述的電荷狀態平衡系統，其特徵在於，所述反饋控制模塊使用比例-積分控制例程計算所述反饋控制付出。方案4.根據方案3所述的電荷狀態平衡系統，其特徵在於，所述比例-積分控制例程對值與Λ值之間的差進行操作，其中，八5 6:_值為當前加電時的所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態與之前加電時的所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態之間的差，並且值為當前加電時的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態與之前加電時的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態之間的差。方案5.根據方案I所述的電荷狀態平衡系統，其特徵在於，所述前饋控制模塊計算當前加電時的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態與當前加電時的所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態之間的差的函數。方案6.根據方案I所述的電荷狀態平衡系統，其特徵在於，所述單格電池平衡硬體模塊使用電阻放電，以平衡所述蓄電池組中的每個單格電池的電荷狀態。方案7.根據方案6所述的電荷狀態平衡系統，其特徵在於，在帶有基於所述反饋控制付出與所述前饋控制付出之和的接通時間百分比的通閉工作循環中應用所述電阻放電。方案8.根據方案I所述的電荷狀態平衡系統，其特徵在於，將所述蓄電池組用於電動車輛中。方案9.一種具有電荷狀態平衡的蓄電池組系統，所述蓄電池組系統包括:
蓄電池組包括多個單個單格電池；
用於採集所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態數據的監控模塊，所述監控模塊與所述蓄電池組相通訊，所述監控模塊提供代表當前加電與之前加電的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態以及所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態的信號；
響應於來自所述監控模塊的所述信號的反饋控制模塊，所述反饋控制模塊配置成計算所述蓄電池組中每個單格電池的反饋控制付出，其中，所述反饋控制付出說明了所述蓄電池組中每個單格電池的能量存儲容量；
響應於來自所述監控模塊的所述信號的前饋控制模塊，所述前饋控制模塊配置成計算所述蓄電池組中每個單格電池的前饋控制付出，其中，所述前饋控制付出說明了所述蓄電池組中每個單格電池的相對電荷狀態；以及
響應於來自所述反饋控制模塊與所述前饋控制模塊的所述信號的單格電池平衡硬體模塊，所述單格電池平衡硬體模塊與所述蓄電池組相通訊，其中，所述單格電池平衡硬體模塊使用所述反饋控制付出與所述前饋控制付出之和，以平衡所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態。方案10.根據方案9所述的蓄電池組系統，其特徵在於，所述監控模塊測量所述蓄電池組中每個單格電池的溫度以及所述蓄電池組中每個單格電池的開路電壓，並且使用所述溫度與所述開路電壓，以確定每次加電時所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態。方案11.根據方案9所述的蓄電池組系統，其特徵在於，所述反饋控制模塊使用比例-積分控制例程，其對值與Λ值之間的差進行操作，其中，NSOCmem當前加電時的所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態與之前加電時的所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態之間的差，並且值為當前加電時的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態與之前加電時的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態之間的差。方案12.根據方案9所述的蓄電池組系統，其特徵在於，所述前饋控制模塊計算當前加電時的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態與當前加電時的所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態之間的差的函數。方案13.根據方案9所述的蓄電池組系統，其特徵在於，所述單格電池平衡硬體模塊使用電阻放電，以平衡所述蓄電池組中的每個單格電池的電荷狀態，並且在具有基於所述反饋控制付出與所述前饋控制付出之和的接通時間百分比的通閉工作循環中應用所述電阻放電。方案14.一種用於平衡用於為器械提供動力的蓄電池組中單格電池的電荷狀態的方法，所述方法包括:
收集電荷狀態數據，其包括在給器械的每次加電時所述蓄電池組中的每個單格電池的電荷狀態；
計算所述蓄電池組中每個單格電池的反饋控制付出，其中，使用電荷狀態數據計算所述反饋控制付出，並且所述反饋控制付出說明所述蓄電池組中每個單格電池的能量存儲容量;
計算所述蓄電池組中每個單格電池的前饋控制付出，其中，使用電荷狀態數據計算所述前饋控制付出，並且所述前饋控制付出說明所述蓄電池組中每個單格電池的相對電荷狀態；
組合所述反饋控制付出與所述前饋控制付出，以確定所述蓄電池組中每個單格電池的整體控制付出；以及
在單格電池平衡模塊中使用整體控制付出，以平衡所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態。方案15.根據方案14所述的方法，其特徵在於，計算反饋控制付出包括使用比例-積分控制器。方案16.根據方案15所述的方法，其特徵在於，所述比例-積分控制器對Δ SOCmean值與Λ SOCi值之間的差進行操作，其中，△ SOCmean值為當前加電時的所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態與之前加電時的所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態之間的差，並且值為當前加電時的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態與之前加電時的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態之間的差。方案17.根據方案14所述的方法，其特徵在於，計算前饋控制付出包括計算所述當前加電時的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態與當前加電時的所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態之差的函數。方案18.根據方案14所述的方法，其特徵在於，所述蓄電池組中每個單格電池的整體控制付出表述為通閉工作循環的接通時間百分比。
方案19.根據方案14所述的方法，其特徵在於，所述單格電池平衡模塊使用電阻放電，以平衡所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態。方案20.根據方案14所述的方法，其特徵在於，所述器械為電動車輛。
圖1為示出了在驅動循環過程中的單個單格電池的電荷狀態與蓄電池組平均電荷狀態的曲線圖，其中，傳統的控制被用於電阻電荷狀態平衡；
圖2為使用結合前饋控制的比例-積分反饋控制的電荷狀態平衡系統的框 圖3為示出了在驅動循環過程中的單個單格電池的電荷狀態與蓄電池組平均電荷狀態的曲線圖，其中，使用了圖2的組合式比例-積分反饋與前饋電荷狀態平衡控制器；以及圖4為使用結合前饋控制器的比例-積分反饋控制的用於平衡蓄電池組中的單格電池的電荷狀態的方法的流程圖。
具體實施例方式涉及組合式比例-積分反饋與前饋單格電池電荷狀態平衡方法的本發明實施例的以下論述在本質上僅僅是示例，並且決不旨在限制本發明或其應用或使用。例如，以下的論述涉及電動車輛蓄電池組中的單格電池電荷狀態平衡，但該方法同樣地可應用於其他車輛與非車輛應用中的蓄電池組。
電動車輛與汽油電動或柴油電動混合動力車輛(下文中共同地簡稱為「電動車輛」)中的蓄電池組通常由成百個單個的單格電池組成。鋰離子為流行的可再充電蓄電池化學過程，並且每個鋰離子單格電池產生大約3-4伏，取決於電荷狀態。模塊中串聯連接的許多單格電池可以提供驅動電動車輛電機必須的高電壓。並聯連接的多個模塊傳遞能量容量，以給電動車輛提供有用的行駛裡程。 為了同時最大化車輛行駛裡程與蓄電池組壽命，重要的是平衡蓄電池組中的單個單格電池的電荷狀態，以使得所有單格電池落入小的電荷狀態帶中。通常通過電阻放電具有更高電荷狀態的單個單格電池，從而將那些單格電池的電荷狀態降低以更加接近蓄電池組平均值來完成電荷狀態平衡。傳統控制策略是確定「鑰匙啟動」(當車輛在驅動循環開始時發動)時蓄電池組中的每個單格電池電荷狀態，並且基於該初始電荷狀態，建立用於每個單格電池的電阻放電工作循環。特別地，單格電池的初始電荷狀態在蓄電池組平均電荷狀態之上越高，用於該單格電池的電阻放電的接通時間工作循環越長。該傳統控制策略簡單地起作用，以更快地消耗更高電荷狀態單格電池，儘量將它們帶回至平均值。圖1為示出了在電動車輛的行駛循環的過程中，單個單格電池的電荷狀態以及蓄電池組中的所有單格電池的整體平均電荷狀態的曲線圖10。曲線圖10示出了使用上述傳統平衡控制策略時單個單格電池電荷狀態發生了何種情況。在曲線圖10中，水平軸12表示時間，並且垂直軸14表示電荷狀態。水平軸12從零秒時刻運行至行駛循環的終點時刻，其通常差不多可以處於半小時(1800秒)至一小時(3600秒)的範圍中。垂直軸14示出了從0%至100%的電荷狀態。曲線16表示蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態。曲線18表示蓄電池組中單個單格電池的電荷狀態。從曲線16可以看出，平均電荷狀態開始於相當高的水平，接近80%。曲線18示出了單個單格電池在鑰匙啟動時具有更高的電荷狀態，大約85%。當車輛經歷其驅動循環時，平均電荷狀態如預期的下降，如由曲線16所示的。單個單格電池電荷狀態也下降，如由曲線18所示的。然而，因為單個單格電池的電荷狀態在鑰匙啟動時高於平均值，所以除了將能量提供至車輛，還對單個單格電池電阻放電；因此，其放電率快於平均值。如上所述，電阻放電的量旨在在普通驅動循環過程中將單個單格電池的電荷狀態帶回至平均值。然而，如果單個單格電池具有更高的初始電荷狀態，因為其具有較低的能量存儲容量(並且，因此在充電過程中充電更快)，隨後在鑰匙啟動時計算的電阻放電將過度補償，並且使得單格電池的電荷狀態在驅動循環過程中下降到平均值之下非常多。這種現象可以在曲線10上可見。考慮到蓄電池組中的普通單格電池具有45安培小時的容量，因而由曲線18表示的單個單格電池具有比平均值低10%的容量，或40.5安培小時。不考慮單格電池的能量存儲容量的上述傳統電荷狀態平衡控制策略使得由曲線18表示的單個單格電池在驅動循環過程中下降到平均值之下非常多。這種模式中蓄電池組中的一些單個單格電池由於低能量存儲容量在每個循環上比平均值更高地充電與更高地放電的情況下，因此其不利於那些單格電池的壽命與性能。圖2為電荷狀態平衡系統20的框圖，該平衡系統20克服了之前描述的傳統電荷狀態平衡控制策略的限制。該系統20不僅考慮了在鑰匙啟動時每個單個單格電池的電荷狀態，而且考慮每個單格電池的能量存儲容量，並且確定電阻放電工作循環，其在驅動或放電循環的過程中將每個單格電池的電荷狀態帶回至平均值的效果更好。蓄電池組22由許多單個單格電池24組成，如前所述。可以與蓄電池組22集成，或與蓄電池組22相電子通訊的監控系統26確定蓄電池組22中的每個單格電池24的電荷狀態。雖然不可直接地可測量，但可以根據可測量的兩個特性來確定每個單格電池24的電荷狀態:單格電池24的溫度以及單格電池24的開路(未加載)電壓。通常，測量溫度與開路電壓，並且使用查詢表確定每個單格電池24的電荷狀態，這其中使用已知的針對特定結構單格電池的值。該測量與查詢行為由監控系統26針對蓄電池組22中的每個單格電池24執行。四個不同的參數作為來自監控系統26的輸出而提供:當前鑰匙循環的蓄電池組22中的所有單格電池24的平均電荷狀態，在線30上；之前鑰匙循環的蓄電池組22中的所有單格電池24的平均電荷狀態，在線32上；當前鑰匙循環的每個單個單格電池i的電荷狀態，在線34上；以及之前鑰匙循環的每個單個單格電池i的電荷狀態，在線36上。術語「鑰匙循環」描述了電動車輛的鑰匙啟動或加電。也就是說，當前鑰匙循環為剛剛發生的車輛的鑰匙啟動，準備在當前驅動旅途上驅動車輛。之前鑰匙循環為之前驅動旅途的車輛的鑰匙啟動，其可以在不到一小時之前、幾天之前、或兩者之間的任意時候發生。在方框40中，計算當前鑰匙循環的蓄電池組22中的所有單格電池24的平均電荷狀態(線30上)與之前鑰匙循環的蓄電池組22中的所有單格電池24的平均電荷狀態(線32上)之間的差作為值、SOCmean。也就是說，在方框40中，從線30上的值中減去線32上的值。在方框40中計算的值Λ表示在之前的驅動循環中，蓄電池組22中的所有單格電池24的平均電荷狀態降低多少。在方框42中，為每個單個單格電池i計算當前鑰匙循環的每個單個單格電池i的電荷狀態(線34上)與之前鑰匙循環的每個單個單格電池i的電荷狀態(線36上)之間的差作為值LSOCi0也就是說，在方框42中，對於每個單個單格電池i，從線34上的值減去線36上的值。在方框42中計算的值LSOCi表示在之前的驅動循環中，蓄電池組22中的每個單獨單格電池i的電荷狀態降低多少。在求和點44中，從來自方框40的值Λ SOCmean減去來自方框42的值Λ SOCi。因此，作為來自求和點44的輸出而提供的信號指定在之前驅動循環過程中每個單個單格電池i的放電比平均值多多少或者少多少。可以將該信號視為將由比例-積分控制器46使用的誤差信號。比例-積分控制器46使用標準比例-積分控制策略確定反饋控制付出。本領域技術人員應該理解的是，比例-積分控制器同時計算比例項與積分項，比例項與來自求和點44的誤差信號成比例，積分項與來自求和點44的誤差信號的積分成比例。為了清楚地描述在電荷狀態平衡系統20中使用的控制策略，示出了方框40與42以及求和點44。然而，實際上，方框40與42以及求和點44可以與比例-積分控制器46相合併；在這種情況中，比例-積分控制器46可以接收線30、32、34以及36上的信號，並且直接計算每個單個單格電池i的反饋控制付出。在方框48中，計算當前鑰匙循環的每個單個單格電池i的平均電荷狀態(線34上)與當前鑰匙循環的蓄電池組22中的所有單格電池24的電荷狀態(線30上)之間的差作為每個單個單格電池i的前饋控制付出。因此，在方框48中計算的前饋控制付出實施前述傳統單格電池平衡控制策略，其中，越高電荷狀態的單格電池接收比其它單格電池越多電阻放電。在求和點50中，來自比例-積分控制器46的反饋控制付出與來自方框48的前饋控制付出相結合。求和點50的輸出代表每個單個單格電池i的總體控制付出，其中，用電阻放電的接通時間百分比來表述控制付出。將求和點50的輸出提供至單格電池平衡硬體模塊52，其連接至蓄電池組22，並且完成每個單個單格電池i上的電阻放電電荷狀態平衡。固定在單格電池平衡硬體模塊52中使用的放電電阻器的電阻。因此，使用通閉工作循環來改變應用於每個單個單格電池i的電阻放電量，其中，從求和點50提供通閉工作循環的接通時間百分比。因此電荷狀態平衡系統20不僅包含每個單個單格電池i是否具有高於平均值的電荷狀態(經由方框48中的前饋控制付出)，而且包含每個單個單格電池i的能量存儲容量(經由來自比例-積分控制器46的反饋控制付出)。圖3為示出了在電動車輛的驅動循環過程中，單個單格電池i的電荷狀態與蓄電池組22中的所有單格電池24的整體平均電荷狀態的曲線圖110。曲線圖110示出了上述電荷狀態平衡系統20如何可以增加電荷狀態平衡性能。在曲線圖110中，水平軸112表示時間，並且垂直軸114表示電荷狀態。曲線圖110在各方面均相似於圖1中的曲線圖10，除了一點；也就是說，在曲線圖110上，單個單格電池電荷狀態匯聚於平均單格電池電荷狀態，而不是超調並且變成被過度放電。這將在以下進一步論述。曲線116表示蓄電池組22中所有單格電池24的平均充電狀態。曲線118表示蓄電池組22中單個單格電池i的電荷狀態。可以從曲線116中看到的是，平均電荷狀態開始於相當高的水平，接近80%。曲線118示出了單個單格電池i在鑰匙啟動時具有更高的電荷狀態，大約85%。當車輛經歷其驅動循環時，平均電荷狀態如預期地下降，如由曲線116所示的。單個單格電池電荷狀態也下降，如由曲線118所示的。然而，如上所述，因為單個單格電池i可能具有較低的能量存儲容量；因此，即使沒有電阻放電，其放電率也快於平均值。使用圖2中的單格電池電荷狀態平衡系統20。可以考慮單個單格電池i的減小的能量存儲容量。這命令將更少的(如果有的話)電阻放電應用於單個單格電池i，並且結果是，單個單格電池i的電荷狀態在驅動循環過程中收斂於平均值，而不是如圖1的曲線圖10上所示的超調。圖4為同時使用比例-積分反饋控制與前饋控制平衡蓄電池組中單格電池電荷狀態的方法的流程圖120。在方框122中，確定車輛鑰匙啟動(或使用蓄電池組22為任意器械提供動力)時蓄電池組22中每個單個單格電池i的電荷狀態。如之前所論述的，必須提供當前鑰匙啟動循環與之前鑰匙啟動循環的蓄電池組22中的每個單個單格電池i的電荷狀態與所有單格電池24的平均電荷狀態，從而使得所公開的控制方法能夠使用。在方框124中，計算當前鑰匙循環的蓄電池組22中的所有單格電池24的平均電荷狀態與之前鑰匙循環的蓄電池組22中的所有單格電池24的平均電荷狀態之間的差作為值NSOCmem0在方框126中，計算當前鑰匙循環的每個單個單格電池i的電荷狀態與之前鑰匙循環的每個單個單格電池i的電荷狀態之間的差作為每個單個單格電池i的值LSOCi0在方框128中，從來自方框124的值LSOCmem中減去來自方框126的值LSOCi0因此，來自方框128的輸出指定在之前的驅動循環中每個單個單格電池i的放電比平均值多多少或少多少。這個值可被用於在方框130處確定每個單個單格電池i的反饋控制付出。使用標準的比例-積分控制邏輯確定方框130處的反饋控制付出。如以前針對電荷狀態平衡系統20中的元件40-46所討論的，可以合併方框124-130的流程步驟，以在方框130中，使用來自方框124與126的輸入數據直接計算每個單個單格電池i的反饋控制付出。在方框132中，計算當前鑰匙循環的每個單個單格電池i的電荷狀態與當前鑰匙循環的蓄電池組22中所有單格電池24的平均電荷狀態之間的差作為每個單個單格電池i的前饋控制付出。在方框134中，將來自方框130中的比例-積分控制計算的反饋控制付出與來自方框132的前饋控制付出組合。方框134的輸出為每個單個單格電池i的整體控制付出，表達為工作循環接通時間百分比，並且在方框136中通過單格電池平衡硬體模塊52使用方框134的輸出。此處公開的組合式比例-積分反饋與前饋控制的方法提供了提高的多單格電池蓄電池組中的單格電池電荷狀態平衡。其原因是由於同時考慮了當前單格電池電荷狀態與單格電池能量存儲容量，並且在確定應用於每個單格電池的電阻放電多少中同時使用這兩個因素。通過避免在一些單格電池中過度應用電阻放電，從而可獲得更多用於驅動車輛的能量。並且提高了蓄電池組的長期耐久性。所得到的提高的車輛行駛裡程以及提高的產品耐久性同時增加了消費者滿意度，其進而導致車輛製造商銷售更多。前述內容僅公開與描述了本發明的典型實施例。本領域技術人員將從這些論述與附圖以及權利要求中認識到的是，在不脫離如以下權利要求所限定的本發明的精神與範圍的情況下，可以在其中進行各種改變、修改與變型。
權利要求
1.一種用於蓄電池組的電荷狀態平衡系統，所述電荷狀態平衡系統包括: 用於採集所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態數據的監控模塊，所述監控模塊提供代表當前加電與之前加電的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態以及所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態的信號； 響應於來自所述監控模塊的所述信號的反饋控制模塊，所述反饋控制模塊配置成計算所述蓄電池組中每個單格電池的反饋控制付出，其中，所述反饋控制付出說明了所述蓄電池組中每個單格電池的能量存儲容量； 響應於來自所述監控模塊的所述信號的前饋控制模塊，所述前饋控制模塊配置成計算所述蓄電池組中每個單格電池的前饋控制付出，其中，所述前饋控制付出說明了所述蓄電池組中每個單格電池的相對電荷狀態；以及 響應於來自所述反饋控制模塊與所述前饋控制模塊的所述信號的單格電池平衡硬體模塊，其中，所述單格電池平衡硬體模塊使用所述反饋控制付出與所述前饋控制付出之和，以平衡所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態。
2.根據權利要求1所述的電荷狀態平衡系統，其特徵在於，所述監控模塊測量所述蓄電池組中每個單格電池的溫度以及所述蓄電池組中每個單格電池的開路電壓，並且使用所述溫度與所述開路電壓，以確定每次加電時所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態。
3.根據權利要求1所述的電荷狀態平衡系統，其特徵在於，所述反饋控制模塊使用比例-積分控制例程計算所述反饋控制付出。
4.根據權利要求3所述的電荷狀態平衡系統，其特徵在於，所述比例-積分控制例程對值與Λ5^6；.值之間的差進行操作，其中，值為當前加電時的所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態與之前加電時的所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態之間的差，並且值為當前加`電時的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態與之前加電時的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態之間的差。
5.根據權利要求1所述的電荷狀態平衡系統，其特徵在於，所述前饋控制模塊計算當前加電時的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態與當前加電時的所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態之間的差的函數。
6.根據權利要求1所述的電荷狀態平衡系統，其特徵在於，所述單格電池平衡硬體模塊使用電阻放電，以平衡所述蓄電池組中的每個單格電池的電荷狀態。
7.根據權利要求6所述的電荷狀態平衡系統，其特徵在於，在帶有基於所述反饋控制付出與所述前饋控制付出之和的接通時間百分比的通閉工作循環中應用所述電阻放電。
8.根據權利要求1所述的電荷狀態平衡系統，其特徵在於，將所述蓄電池組用於電動車輛中。
9.一種具有電荷狀態平衡的蓄電池組系統，所述蓄電池組系統包括: 蓄電池組包括多個單個單格電池； 用於採集所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態數據的監控模塊，所述監控模塊與所述蓄電池組相通訊，所述監控模塊提供代表當前加電與之前加電的所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態以及所述蓄電池組中所有單格電池的平均電荷狀態的信號； 響應於來自所述監控模塊的所述信號的反饋控制模塊，所述反饋控制模塊配置成計算所述蓄電池組中每個單格電池的反饋控制付出，其中，所述反饋控制付出說明了所述蓄電池組中每個單格電池的能量存儲容量； 響應於來自所述監控模塊的所述信號的前饋控制模塊，所述前饋控制模塊配置成計算所述蓄電池組中每個單格電池的前饋控制付出，其中，所述前饋控制付出說明了所述蓄電池組中每個單格電池的相對電荷狀態；以及 響應於來自所述反饋控制模塊與所述前饋控制模塊的所述信號的單格電池平衡硬體模塊，所述單格電池平衡硬體模塊與所述蓄電池組相通訊，其中，所述單格電池平衡硬體模塊使用所述反饋控制付出與所述前饋控制付出之和，以平衡所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態。
10.一種用於平衡用於為器械提供動力的蓄電池組中單格電池的電荷狀態的方法，所述方法包括: 收集電荷狀態數據，其包括在給器械的每次加電時所述蓄電池組中的每個單格電池的電荷狀態； 計算所述蓄電池組中每個單格電池的反饋控制付出，其中，使用電荷狀態數據計算所述反饋控制付出，並且所述反饋控制付出說明所述蓄電池組中每個單格電池的能量存儲容量; 計算所述蓄電池組中每個單格電池的前饋控制付出，其中，使用電荷狀態數據計算所述前饋控制付出，並且所述前饋控制付出說明所述蓄電池組中每個單格電池的相對電荷狀態； 組合所述反饋控制付出與所述前饋控制付出，以確定所述蓄電池組中每個單格電池的整體控制付出；以 及 在單格電池平衡模塊中使用整體控制付出，以平衡所述蓄電池組中每個單格電池的電荷狀態。
全文摘要
本發明涉及組合式PI反饋與前饋單格電池平衡方法。一種使用結合前饋控制的比例-積分反饋控制、用於蓄電池組單格電池電荷狀態平衡的方法與系統。比例-積分反饋控制對之前驅動循環中所有單格電池的平均放電與之前驅動循環中特定單格電池的放電之間的差起作用。因此，反饋項基於在驅動過程中單個單格電池放電是否比蓄電池組平值更快或更慢。放電更快的單格電池將接收減少的電阻放電平衡。前饋控制對在當前驅動循環開始時單個單格電池的電荷狀態與蓄電池組平均電荷狀態之間的差起作用。為每個單格電池確定電阻排放平衡接通時間工作循環的整體控制付出為反饋控制信號與前饋控制信號之和。
文檔編號H02J7/00GK103166281SQ20121052186
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月7日 優先權日2011年12月8日
發明者W.劉, J.T.格林 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司