本發(fā)明涉及一種用于動態(tài)地調(diào)節(jié)電池電流限制的基于使用的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電化學電池組可用于對各種系統(tǒng)中的電機供給能量。例如，來自牽引電機形式的電機的輸出扭矩可用于對傳動裝置的輸入構(gòu)件提供動力，例如在混合或電池電動力系、靜態(tài)發(fā)電站或其他扭矩產(chǎn)生系統(tǒng)中的傳動裝置。電機可以是交流電(ac)或直流電(dc)電動機/發(fā)電機裝置，其根據(jù)需要從電池組吸取電能或者將電能輸送至電池組。進而，電池組可經(jīng)由從機外電源供給的充電電流或者經(jīng)由車載再生裝置來再沖電。電池單元存儲電荷直到需要該電荷為止，同時逆向反應將電池組放電以將電能輸送至電機。充電和放電電流由控制器緊密地調(diào)節(jié)，以避免相對于電池單元的過量的功率流，而過量的功率流會使得電池單元過熱并使電池組退化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

這里公開了一種用于動態(tài)地調(diào)節(jié)電池電流限制的方法。該方法旨在與電池組一起使用。本方法可被編程為由控制器執(zhí)行的一組計算機可執(zhí)行指令，旨在相對于單獨地執(zhí)行靜態(tài)/固定電流限制，即制造商提供的基于溫度的校準電池電流限制來改進現(xiàn)有的電池組性能和硬件保護?？刂破饕赃@樣的方式自動地仲裁電池電流限制，即選擇性地允許更高的短期電流負載。相對于嚴格遵守上述固定電流限制，本發(fā)明的使用可允許(例如混合動力系)的給定的電氣化系統(tǒng)，在短期內(nèi)提供更大的功率。

在特定的實施例中，用于在具有電池組的系統(tǒng)中動態(tài)地調(diào)節(jié)電池電流限制的方法包括確定電池組電流為進入電池組的充電電流/來自該電池組的放電電流。該方法還包括計算電池組的充電電流、放電電流以及rms電流中的每一個的時間窗口平均電流。當在不同的實施例中，任意或全部計算的時間窗口平均值超過相應的校準控制閾值時，動態(tài)地調(diào)節(jié)時間窗口特定的電流限制。這里所使用的窗口特定的電流限制大于校準控制閾值并且小于電池組的固定電流限制。然后，控制器使用調(diào)節(jié)的電池電流限制來控制電池組。

針對每個計算的時間窗口平均電流而言，該方法可包括將計算的時間窗口平均電流與相應的校準控制閾值進行比較，并且如果計算的時間窗口平均電流超過校準控制閾值，執(zhí)行窗口特定的電流限制。如果計算的時間窗口平均電流沒有超過校準控制閾值，則替代地執(zhí)行固定電流限制。

作為該方法的一部分，控制器可以使用窗口特定電流限制和計算的時間窗口平均rms電流的最小值作為電池電流限制。

可選地，控制器可隨時間跟蹤計算出平均電流接近窗口特定的電流限制的相近程度，并且作為計算的平均電流和窗口特定的電流限制之間的差值的函數(shù)來增大或減小控制閾值。

這里還公開了一種系統(tǒng)，在示例配置中，該系統(tǒng)包括電池組、傳感器和控制器。電池組具有上述類型的固定電流限制。當充電電流流入電池組或者當放電電流從電池組流出時，傳感器測量電池組電流?？刂破骺刹僮饔糜诮邮諟y量的電池組電流并計算充電電流、放電電流和rms電流中的每一個的時間窗口平均電流。另外，控制器被編程為當任何/全部計算的時間窗口平均值超過相應的校準控制閾值時動態(tài)地調(diào)節(jié)時間窗口特定的電池電流限制。然后，控制器執(zhí)行調(diào)節(jié)的電池電流限制作為控制動作。

本發(fā)明的上述和其他特征以及優(yōu)點通過對結(jié)合附圖來實施本發(fā)明的最佳模式進行的以下詳細描述中能夠很容易地了解。

附圖說明

圖1是具有可再充電電池組的系統(tǒng)和用于動態(tài)地調(diào)節(jié)電池電流限制的方法的示意圖，其中系統(tǒng)被描繪為非限制性的示例性車輛。

圖2是可用作圖1所示的車輛的一部分使用的控制器的示意邏輯流程圖。

圖3是描述用于在諸如圖1的示例性系統(tǒng)的具有可再充電電池組的系統(tǒng)中動態(tài)地調(diào)節(jié)電池電流限制的方法的實例的流程圖。

圖4a和4b是描述相對于rms電流動態(tài)地調(diào)節(jié)電池電流限制的示例性應用的示意性時間圖。

具體實施方式

參照附圖，其中相似的附圖標記用于識別各個視圖中相似的或相同的部件，圖1示意性地示出了具有電池組12和控制器(c)25的系統(tǒng)10?？刂破?5包括存儲器(m)，該存儲器利用基于使用的方法100被編程，該方法用于動態(tài)地調(diào)節(jié)電池組12的電池電流限制。方法100可被編程為由控制器25的處理器(p)執(zhí)行的一組計算機可執(zhí)行指令，旨在相對于常規(guī)方法提供電池組12的增強的性能和保護。也就是說，控制器25以這樣的方式自動地仲裁電池電流限制，即選擇性地允許更高的短期電流負載，從而允許提供和使用相對于嚴格遵守制造商指定的靜態(tài)或固定電流限制的傳統(tǒng)方法來說更大的功率量。

圖1中示出的電池組12可具體化為具有多個單獨的電池單元(未示出)的可再充電的能量存儲系統(tǒng)。例如，在一示例性實施例中，電池組12可以是具有192至288個或更多個單獨的鋰離子電池單元的相對高電壓能量存儲裝置，其中，這些電池單元根據(jù)配置共同地能夠輸出至少18至60kwh的功率。雖然在圖1中示出了車輛作為系統(tǒng)10的典型實施例，可以設想諸如靜態(tài)發(fā)電廠的非車輛應用，以及非機動車輛應用，例如船、火車、飛機、機器人和其他移動平臺。為了說明的一致性，將另外參照圖2和3在下文中將圖1的系統(tǒng)10描述為車輛10。

車輛10可包括動力系17，例如如圖所示的混合電動動力系、電池電動力系或其他電氣化動力系。動力系17可包括一個或多個電機14和內(nèi)燃機16，其后者可從電池組12吸取電功率或者將電功率輸送至該電池組12。動力系17可包括電傳感器18，其可操作用于測量或以其他方式確定電池組電流(箭頭ib)的幅值和符號，并將這些數(shù)值報告給控制器25。

在可能的實施例中，電傳感器18可具體化為電流傳感器，其可操作用于測量流入到電池組12中的充電電流或者從電池組流出的放電電流，其中這里所使用的“充電”具有正的符號，其指示電池組電流(箭頭ib)進入電池組12的入流，而“放電”具有負的符號，其指示電池組電流(箭頭ib)從電池組12的流出。在其他實施例中，電傳感器18可具體化為電壓傳感器，其可操作用于測量供給至電機14的輸出電壓，其中，控制器25使用測量的電壓計算電池組電流(箭頭ib)。

圖1的控制器25可以具體化為一個或多個計算機設備，每個計算機設備可能具有一個或多個微控制器或中央處理單元作為處理器(p)，并且具有足夠量的存儲器(m)，例如只讀存儲器、隨機存取存儲器和電可擦除可編程只讀存儲器。控制器25可以包括用于確定如下所述的多個不同的時間窗口的定時器(t)，并且還可以包括輸入/輸出電路和/或執(zhí)行本文所述功能可能需要的任何其他電路。控制器25可以被配置為運行/執(zhí)行各種軟件程序，包括用于在車輛10的操作過程中動態(tài)地調(diào)節(jié)電池電流限制的方法100。

參考圖2，示意性邏輯流程50示出了由圖1的控制器25執(zhí)行以于實現(xiàn)方法100的方法的實例。方法100的實施例還在下面參考圖3的流程圖加以描述。通常，電池電流限制是基于溫度保守地設置的，即，作為制造商提供的用于作為整體的電池組12的靜態(tài)或固定限制，并且旨在使得能夠在短的持續(xù)時間內(nèi)實現(xiàn)高電流通過量。方法100在電池電流限制操作中提供靈活性，相對于其靜態(tài)電流限制，以動態(tài)方式改進短期性能，同時仍保護電池組12的硬件。

圖1中示出的電傳感器18測量或以其他方式確定電池組電流(箭頭ib)，其中控制器25確定電池組電流(箭頭ib)在邏輯塊51和52處的符號和幅值。也就是說，控制器25以任何合適的方式確定電池組電流(箭頭ib)在邏輯塊51處具有正號(>0)還是在邏輯塊52處具有負號(<0)，或者換句話說，電池組12是正在主動充電還是放電。

在邏輯塊54、56和58，控制器25計算一個或多個電流類型的時間窗口平均值。在圖2的實施例中，例如，控制器25計算邏輯塊56處的電池組12的均方根(rms)電流的時間窗口平均值，即窗口wrms，邏輯塊處54處的電池組12的平均充電電流54或窗口wcc，以及邏輯塊58處的平均放電電流或窗口wdc。因此，邏輯塊54、56和58的輸出分別提供平均充電電流icc，平均rms電流irms和平均放電電流idc。邏輯塊59將放電電流(箭頭idc)的絕對值(abs)輸出到附加邏輯塊64，這將在下面進一步描述。

如本領(lǐng)域所公知的，rms電流計算對交流波形執(zhí)行數(shù)學運算，例如，通常用作外接電源以對圖1的電池組12充電的類型的振蕩ac正弦波，通過確定波形函數(shù)的幅值的平方，隨時間平均該平方，然后取平方根。因此，rms值對于給定電阻器產(chǎn)生相同的平均功率作為該相同值的恒定dc電流。

用作方法100的一部分的時間窗口的數(shù)量可以根據(jù)實施例而變化。例如，在一些實施例中可以使用多達八個時間窗口，在其他實施例中使用更多的時間窗口。相對于用于充電和放電電流的任何窗口的持續(xù)時間，可以使用不同的持續(xù)時間用于rms時間窗口，例如由于升高的持續(xù)rms電流水平的長期加熱的影響。在典型的實施例中，用于邏輯塊54和58的時間窗口是0.5秒、1s、2s、10s和30s，而用于邏輯塊56的時間窗口，即rms窗口可以是0.5s、2s、10s、30s、120s、300s、600s和3600s。這些數(shù)值旨在是說明性的，并且在下文中僅僅是為了說明的一致性。

如果在用于相應的充電、rms和放電電流的任何或所有相應的邏輯塊60、62和64處，其中每個在圖2中標記為“min”，對于給定時間窗口計算的電流平均值與校準電流控制閾值交叉，如可能通過與存儲在來自存儲器(m)中的查找表中的值進行比較來確定，圖1的控制器25通過動態(tài)地調(diào)節(jié)在給定時間點施加的窗口特定電池電流限制來相對于動力系17自動執(zhí)行控制動作。邏輯塊68和70，在圖2中也標記為“min”，分別選擇從邏輯塊60和64輸出的充電/放電電流限制和從邏輯塊62輸出的電流限制，即rms電流限制中的最小值。邏輯塊68將該最小值饋送到低通濾波器(lpf)塊66，而邏輯塊70將放電電流的相應的最小值饋送到符號反相器(*-1)邏輯塊71，以恢復先前在邏輯塊59移除的負號。邏輯塊71然后將符號反轉(zhuǎn)的值饋送到另一個lpf塊66，如圖所示。

lpf塊66可以可選地用于平滑在給定時間窗口激活或去激活時出現(xiàn)的任何轉(zhuǎn)換，即當計算的平均電流分別違反或者不違反給定的時間窗口電流限制，其中l(wèi)pf塊66的濾波器約束是超過的窗口控制閾值，以及從靜態(tài)電流限制上限到基于窗口的電流限制下限的任何轉(zhuǎn)變的函數(shù)。因此，在邏輯塊68和70處首先確定使用平均rms限制和/或平均充電或放電限制作為電池電流限制之后，使用lpf塊66。兩個邏輯塊66輸出最終充電電流限制(箭頭lcc)，最終放電電流限制(箭頭ldc)。如上所述，最終充電和放電限制(箭頭lcc，ldc)此后用于控制圖1的動力系17，包括諸如執(zhí)行特定的混合或電池電驅(qū)動模式，預測剩余電量范圍等的動作。

相對于圖2的邏輯塊54、56和58，圖1的控制器25連續(xù)地計算指定窗口持續(xù)時間內(nèi)的當前平均值，并將該平均值記錄在存儲器(m)中。例如，對于邏輯塊54中的示例2s窗口，每100ms控制循環(huán)，控制器25可以接收測量的電池電流(箭頭ib)，并在滾動的2s間隔上計算平均充電電流。在邏輯塊56處發(fā)生相同的操作，其中在每個指定的時間窗口上計算平均rms電流，并且在邏輯塊58處為放電電流也是同樣?？刂破?5然后將在邏輯塊60、62和64處計算的平均值與校準窗口特定閾值進行比較。作為上述仲裁的結(jié)果，可以指令充電或放電電池電流限制(箭頭lcc，ldc)或?qū)⑵鋱蟾娼o混合動力控制邏輯，并且此后用于動力系17的控制，路線規(guī)劃和其他控制操作。

例如，電池組12的制造商可以針對給定的操作溫度為電池組12整體提供固定的充電電流限制，例如230a。還可以利用相應的時間窗口特定的電流控制閾值對控制器25編程，該閾值可以與電池組12的靜態(tài)充電限制相同或小于電池組12的靜態(tài)充電限制。在幅值上小于相應的窗口特定電流限制的窗口特定控制閾值也可以被編程為例如對于0.5s和1s窗口為220a，對于2s窗口為200a，對于10s窗口為180a等。控制閾值下限比窗口特定電流限制低了校準偏移，該校準偏移可以在較長時間窗口上增加，例如，對于0.5s窗口從5a開始到10a，對于10s窗口增加到15a。根據(jù)電機14和電池組12的結(jié)構(gòu)和功能，可以使用更大或更小的校準偏移。作為示例，相對于溫和/發(fā)動機起?；旌蟿恿ο?，較大的校準偏移可以與強混合動力系配置一起使用。在所有情況下，控制閾值在幅值上都小于窗口特定電流限制。

使用示例性充電電流情形，可以如下文描述和編碼用于邏輯塊60、62和64的示例性編程邏輯。對于來自邏輯塊54、56和58的每個計算的平均充電電流：

如果計算的平均電流>平均電流控制閾值

則平均電流限制＝平均電流限制

否則平均電流限制＝靜態(tài)電流限制。

這里，“平均電流”可以是充電電流、放電電流和rms電流中的任一個或全部。因此，對于每個電流類型，如果每個時間窗口的計算的平均值超過相應的控制閾值下限，則控制器25在該特定窗口上執(zhí)行平均電流限制。否則，控制器25為電池組12執(zhí)行由制造商設置的較高靜態(tài)充電限制。圖2的上述示意邏輯流程50的應用將在下文參照圖4a和圖4b進一步地詳細描述。

圖3是描繪方法100的示例性實施例的流程圖。在步驟s102開始，圖1的電傳感器18使用任何合適的常規(guī)技術(shù)，例如，電流傳感器或感測電路測量或以其他方式確定電池電流的符號和方向(箭頭ib)，并將測量值傳遞到控制器25。方法100進行到步驟s104。

在步驟s104，控制器25接下來為多個不同時間窗口中的每一個計算平均充電、放電和/或rms電流，即，作為從圖2的邏輯塊54、56和58的輸出。盡管可以以如下所述方法計算和仲裁充電、放電和rms電流中的每一個，但是其他實施例可以使用少于所有這些值，或者計算所有這些值并且在仲裁電池電流限制中僅使用這些值的一個或者兩個。如上所述，每個時間窗口的數(shù)量和持續(xù)時間也可以根據(jù)實施例而不同。充電/放電窗口的示例性實施例，即圖2的邏輯塊54和58，包括0.5s、1s、2s、10s、30s，但是其他時間窗口也是可用的。示例性rms電流窗口包括0.5s、2s、10s、30s、120s、300s、600s和3600s。控制器25使用線性緩沖器，可以使用每個控制回路采集的采樣，例如每100ms一次，計算每個窗口的滾動平均值。當繼續(xù)計算和記錄每個時間窗口的滾動平均值時，方法100進行到步驟s106。

步驟s106包括將每個電流類型的每個計算的窗口平均值與校準窗口特定電流限制和控制閾值下限進行比較，它們可以作為參考值記錄在圖1的控制器25的存儲器(m)中。這發(fā)生在圖2的邏輯塊60、62和64處。例如，控制器25可以包括查找表，校準平均電流限制和控制閾值下限作為每個時間窗口的數(shù)字對被記錄在該表中。這種數(shù)字對的非限制性實例，對于0.5s、1s、2s和10s充電窗口，包括數(shù)字對(220a/210a)，(220a/210a)，(200a/190a)和(180a/165a)中的每一個。放電窗口可以是具有相反符號的相同值，例如，指示放電的(-180a/-165a)。對于rms電流，數(shù)字對可以分別包括用于0.5s、2s、10s和30s窗口的(300a/290a)、(250a/240a)、(200a/190a)和(175a/160a)。方法100隨后進行到步驟s108。

在步驟s108，也在圖2的邏輯塊62、64和66進行，控制器25接下來針對在步驟s104計算的每個窗口平均值來確定對于給定時間窗口的計算的平均值是否超過用于該特定窗口的相應的電流控制閾值，即在步驟s106中所描述的每個數(shù)字對的兩個值中的較低值。如果計算出的窗口平均值超過用于該特定窗口的相應的控制閾值，則方法100進行到步驟s110，如果計算出的窗口平均值沒有超過相應的控制閾值，則方法100進行到步驟s111。

步驟s110包括采用調(diào)節(jié)的電池電流限制，通過控制器25相對于圖1的電池組12或動力系17執(zhí)行控制動作。步驟s110可以包括執(zhí)行針對給定時間窗口選擇的平均電流限制。該值可以被指令為控制電池組12中的最終充電電流限制(圖2的箭頭lcc)。在其他實施例中，如在圖2的邏輯塊68和70處執(zhí)行的，圖1的控制器25可以將來自邏輯塊60和64的平均電流限制與來自邏輯塊62的對于各個窗口的最小rms電流限制進行比較，并且從步驟s110的平均電流限制下限和rms電流限制中選擇最小值，然后使用選擇的最小值作為調(diào)節(jié)的電池電流限制，即充電電流限制(圖2的箭頭lcc)。

步驟s111包括選擇靜態(tài)電流限制，即電池組限制。該值可以被指令為控制電池組12中的最終充電電流限制(圖2的箭頭lcc)。如在步驟s110中，無論充電或放電，控制器25都可以將平均電流限制，與來自各個窗口的最小rms電流限制進行比較，并選擇最小值作為最終充電電流限制(圖2的箭頭lcc)。

因此，在步驟s110和s111之間，如果沒有時間窗口是主動的，即，如果沒有平均值超過它們相應的校準控制閾值，則制造商提供的靜態(tài)電池組電流限制的上限由控制器25傳送到任何功率能力估計/混合動力策略控制模塊，無論是存在于控制器25中還是獨立的控制裝置。然而，如果給定時間窗口的一個或多個平均電流高于其相應的控制閾值，則與被違反的控制閾值相關(guān)聯(lián)的最低量值電流限制由控制器25傳送到功率能力估計/混合動力策略控制模塊，其中控制器25在實施例中相對于圖1的動力系17執(zhí)行控制動作，在該實施例中方法100用于車輛10中。

圖4a和4b描述了方法100在rms電流，即跡線75的情況下的示例性應用，其中rms電流的幅值以安培(a)為單位繪制在垂直軸上，時間(t)繪制在用于示例的120s窗口的水平軸上。雖然未示出，但是對于充電和放電電流也出現(xiàn)類似的控制結(jié)果。窗口特定的rms電流限制表示為線cl，而下限/偏移的校準控制閾值由線ct表示。還繪出了制造商提供的靜態(tài)電流限制，線sl。

如圖4a所示，在不使用如本文所述的方法100強加基于時間的可調(diào)節(jié)電流限制的情況下，允許在各個區(qū)域76中超過給定的窗口平均rms控制閾值(線ct)和窗口平均電流限制(cl)，而不超過線sl的靜態(tài)限制。然而，隨著基于時間的可調(diào)節(jié)電流限制被動態(tài)地施加和選擇性地執(zhí)行于相同的示例性rms值，如圖4b所示，窗口特定電流限制(線cl)在相同的指示時間窗口上被執(zhí)行。也就是說，允許圖4b中被描繪為跡線75的電池電流超過窗口特定控制閾值(線ct)，但是控制器25的電池控制動作通過施加圖2的電流限制(箭頭lcc，ldc)，確保電池電流(跡線75)始終小于窗口特定電流限制(線cl)和靜態(tài)限制(線sl)。

可選地，上述各個窗口控制閾值可隨時間適配或調(diào)整。例如，圖1的控制器25可以隨時間跟蹤給定電流類型(無論充電，放電或rms)的平均電流值接近該特定電流類型的對應電流限制的相近程度。控制器25可以選擇性地允許電池電流盡可能接近并且可能稍微超過其窗口特定控制閾值，而不超過電流限制，如圖4b中的跡線75的軌跡中最清楚地示出的。如果計算的平均電流和平均電流限制之間的差相對于校準的差趨于較大，則控制器25可以稍微增加該特定時間窗口的控制閾值。同樣地，如果對于給定窗口，該差隨時間趨向于較小，則控制器25可以稍微減小對應的控制閾值，例如向下調(diào)整0.1a或其他適當?shù)牡椭?，以這種方式隨著時間調(diào)整或調(diào)節(jié)控制閾值至實際的性能。

雖然已經(jīng)詳細描述了用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式，但是本發(fā)明所涉及的本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的各種替代設計和實施例。旨在包含在上述描述中和/或在附圖中示出的所有內(nèi)容應被解釋為僅僅是說明性的而不是限制性的。