用于控制能量?jī)?chǔ)存裝置的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種系統(tǒng)及其使用方法包括控制器，其響應(yīng)絕對(duì)值或相對(duì)斜率的偏差，并且可操作以終止能量?jī)?chǔ)存裝置中的放電操作。絕對(duì)值或相對(duì)斜率按照取樣頻率基于所測(cè)量操作參數(shù)、例如電位和電流的組合來(lái)確定。絕對(duì)值或相對(duì)斜率的任何偏差指示已經(jīng)達(dá)到系統(tǒng)的可用能量中的閾值極限，例如當(dāng)裝置中的活性材料處于耗盡點(diǎn)時(shí)，從而指示需要停止放電操作。系統(tǒng)和方法實(shí)時(shí)地進(jìn)行操作，從而提供關(guān)于裝置的瞬時(shí)SOH信息。
【專利說(shuō)明】用于控制能量?jī)?chǔ)存裝置的方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例涉及能量?jī)?chǔ)存裝置。其它實(shí)施例涉及用于確定能量?jī)?chǔ)存裝置的荷電狀態(tài)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]各種電力應(yīng)用要求操作期間的可靠蓄電池操作和準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。例如，當(dāng)主電源停止提供電力(例如因故障)時(shí)，不間斷電源(UPS)向諸如計(jì)算或電信裝置之類的負(fù)載提供備用電力。UPS蓄電池荷電狀態(tài)的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)允許用戶在UPS蓄電池達(dá)到放電結(jié)束條件之前適當(dāng)?shù)乇４嫘畔⒉⑶谊P(guān)閉裝置。作為另一個(gè)示例，電動(dòng)車輛蓄電池提供電力以推進(jìn)車輛。車輛蓄電池放電狀態(tài)的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)向電動(dòng)車輛的操作人員提供關(guān)于他們?cè)陔妱?dòng)車輛停止之前能夠駕駛多少時(shí)間的指示，以防止對(duì)車輛蓄電池的過(guò)放電損壞。
[0003]在近來(lái)的方式中，通過(guò)連續(xù)跟蹤來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，并且將這個(gè)數(shù)據(jù)與從蓄電池在初始放電循環(huán)所累積的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或者與作為使用或循環(huán)的函數(shù)的蓄電池估計(jì)放電容量的基于理論模型進(jìn)行比較，然后應(yīng)用計(jì)算序列以確定蓄電池的荷電狀態(tài)，來(lái)監(jiān)測(cè)蓄電池系統(tǒng)。由于復(fù)雜傳感器和計(jì)算的使用，包括對(duì)蓄電池的使用壽命或者對(duì)一個(gè)或多個(gè)放電循環(huán)的累積數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和使用，這類系統(tǒng)能夠證明是費(fèi)用高并且麻煩的。此外，這種類型的系統(tǒng)要求使用收集數(shù)據(jù)的多個(gè)傳感器、累積數(shù)據(jù)并且外推或確定蓄電池的使用壽命狀態(tài)(與剩余循環(huán)、可使用電荷等有關(guān)的蓄電池的剩余使用壽命)的部件，但是仍然可能因下列情況所引起的、從傳感器的錯(cuò)誤讀取而過(guò)早結(jié)束放電:蓄電池或者具有一個(gè)或多個(gè)電池或單元的蓄電池中的任一個(gè)電池的使用年限；單獨(dú)蓄電池制造中的變化；當(dāng)一個(gè)反應(yīng)劑耗盡而第二個(gè)繼續(xù)生存時(shí)生成錯(cuò)誤終止指示符的混合蓄電池化學(xué)成分的使用；傳感器的檢測(cè)極限；等等。此外，由于這些相同參數(shù)，數(shù)據(jù)可生成剩余使用壽命的錯(cuò)誤指示符，從而使蓄電池經(jīng)受過(guò)放電，并且潛在地?fù)p壞蓄電池。在任一種情況下，蓄電池的使用壽命和/或健康的狀態(tài)的狀態(tài)確定潛在地是不準(zhǔn)確的，從而導(dǎo)致蓄電池的欠使用或者過(guò)使用，這在后一種情況下能夠?qū)е掠谰脫p壞以及更換蓄電池的需要。
[0004]因此，期望具有用于確定蓄電池的荷電、使用壽命和/或健康的狀態(tài)——其與能夠引起已知方法和系統(tǒng)中的錯(cuò)誤讀數(shù)并且使這類系統(tǒng)的操作和維護(hù)是麻煩和費(fèi)用高的那些參數(shù)無(wú)關(guān)地確定——的系統(tǒng)和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括操作上與能量?jī)?chǔ)存裝置耦合的測(cè)量裝置。測(cè)量裝置配置成測(cè)量能量?jī)?chǔ)存裝置的兩個(gè)或更多操作參數(shù)。該系統(tǒng)包括控制器，其配置成以所指定頻率從所測(cè)量操作參數(shù)來(lái)確定能量?jī)?chǔ)存裝置的放電效能指示符(discharge effectiveness indicator)。該控制器還配置成評(píng)估放電效能指示符的相對(duì)斜率或絕對(duì)值中的至少一個(gè)。相對(duì)斜率或絕對(duì)值用于表示能量?jī)?chǔ)存裝置的荷電狀態(tài)的閾值極限的相對(duì)斜率或絕對(duì)值其中之一的偏差的瞬時(shí)檢測(cè)。在偏差的檢測(cè)時(shí)，控制器能夠進(jìn)行下列步驟之一或兩者:發(fā)信號(hào)通知關(guān)于能量?jī)?chǔ)存裝置的放電結(jié)束、即EOD操作，和/或響應(yīng)該檢測(cè)而終止放電操作。
[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，裝置是能量?jī)?chǔ)存裝置，以及所測(cè)量的參數(shù)可以是作為時(shí)間的函數(shù)所繪制的電位和電流。在另一個(gè)實(shí)施例中，所測(cè)量的參數(shù)可以是作為時(shí)間的函數(shù)所繪制的、單位為歐姆的放電電阻。在又一個(gè)實(shí)施例中，所測(cè)量的參數(shù)可以是作為時(shí)間的函數(shù)所繪制的電壓。在上述系統(tǒng)的任一個(gè)中，因?yàn)闇y(cè)量和計(jì)算是瞬時(shí)的并且按照取樣頻率，以及僅表示在那個(gè)時(shí)刻的裝置的實(shí)際操作，所以通過(guò)例如最初的裝置的健康狀態(tài)、操作溫度、制造變化等所引起的裝置的變化以及裝置是具有混合化學(xué)成分的裝置對(duì)裝置的放電效能的確定是不相關(guān)的。
[0007]因?yàn)樗_(kāi)的管理系統(tǒng)提供參數(shù)的測(cè)量以及從其中的放電效能的計(jì)算以及然后對(duì)放電效能的絕對(duì)值和相對(duì)斜率的實(shí)時(shí)或動(dòng)態(tài)確定，所以存在極少(即使有的話)能量?jī)?chǔ)存裝置的欠放電或過(guò)放電的可能性。重要的是要注意，測(cè)量和計(jì)算并且因而還有相對(duì)斜率與在打算提供同樣信息的更復(fù)雜和麻煩的系統(tǒng)中證明是決定性的各種參數(shù)無(wú)關(guān)地確定。
[0008]還提供的是一種用于控制能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的方法。該方法涉及發(fā)起與控制器進(jìn)行可操作通信的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)中的放電操作，并且測(cè)量系統(tǒng)的電位和電流?？刂破骰跍y(cè)量來(lái)執(zhí)行瞬時(shí)計(jì)算，以確定系統(tǒng)的放電效能指示符，并且還從放電效能指示符的絕對(duì)值或相對(duì)斜率中的至少一個(gè)來(lái)生成能量曲線。測(cè)量和計(jì)算可按照取樣頻率重復(fù)，直至檢測(cè)到絕對(duì)值或相對(duì)斜率中的至少一個(gè)的偏差，這時(shí)控制器發(fā)信號(hào)通知關(guān)于能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)接近放電結(jié)束、終止能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的放電操作或者它們兩者。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括至少兩個(gè)或更多能量?jī)?chǔ)存電池或單元。在這種情況下，雖然單獨(dú)電池或單元代表使用年限、健康狀態(tài)、制造細(xì)節(jié)、單獨(dú)電池或單元上的工作溫度的影響等的潛在變化，但是因?yàn)橄到y(tǒng)測(cè)量整個(gè)裝置的操作參數(shù)，所以這類變化成為不相關(guān)的。系統(tǒng)而是生成表示在任何給定時(shí)間、即瞬時(shí)或動(dòng)態(tài)的能量?jī)?chǔ)存裝置的整體狀態(tài)的基于放電效能指示符的曲線，并且只有這個(gè)曲線的相對(duì)斜率用來(lái)確定裝置隨時(shí)間的放電效能。
[0010]還提供的是一種用于確定能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的健康狀態(tài)的方法。該方法涉及發(fā)起與控制器進(jìn)行可操作通信的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)中的放電操作，并且測(cè)量系統(tǒng)的至少兩個(gè)操作參數(shù)?？刂破骰跍y(cè)量來(lái)執(zhí)行計(jì)算，以確定系統(tǒng)的放電效能指示符，并且還從放電效能指示符的絕對(duì)值或相對(duì)斜率中的至少一個(gè)來(lái)生成能量曲線。測(cè)量和計(jì)算可按照取樣頻率重復(fù)，以便從能量曲線來(lái)評(píng)估能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的健康狀態(tài)。
[0011]在管理系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例中，管理系統(tǒng)包括測(cè)量裝置，其配置成在操作上與能量?jī)?chǔ)存裝置耦合，以用于在能量?jī)?chǔ)存裝置的放電操作期間測(cè)量能量?jī)?chǔ)存裝置的兩個(gè)或更多操作參數(shù)。管理系統(tǒng)還包括控制器，其配置成周期地從所測(cè)量操作參數(shù)來(lái)確定能量?jī)?chǔ)存裝置的放電效能指示符。例如，控制器可配置成每隔“η”秒(η=正實(shí)數(shù))計(jì)算一次放電效能指示符，其中對(duì)于將要在典型放電操作中計(jì)算至少“m”次(m=正實(shí)數(shù)，例如50或100)的放電效能指示符來(lái)選擇η。因此，規(guī)律間隔秒數(shù)η基于將要計(jì)算放電效能指示符的放電操作的平均長(zhǎng)度t期間的次數(shù)m來(lái)確定,使得n=t/m?？刂破鬟€在確定放電效能指示符時(shí)(例如每次確定放電效能指示符時(shí)或者確定它的次數(shù)的某個(gè)子集)配置成檢測(cè)放電效能指示符的相對(duì)斜率或絕對(duì)值中的至少一個(gè)的偏差。偏差表示能量?jī)?chǔ)存裝置的放電結(jié)束閾值極限。響應(yīng)檢測(cè)偏差，控制器配置成發(fā)信號(hào)通知關(guān)于放電結(jié)束操作和/或終止放電操作。
[0012]基于本文更詳細(xì)描述的概念和革新，本發(fā)明的這些及其它優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]通過(guò)閱讀以下參照附圖的非限制性實(shí)施例的描述，將會(huì)更好地了解本發(fā)明，附圖包括:
圖1是基于作為容量(Ah)的函數(shù)的增量能量(V*Ah=kWh)的放電效能指示符的圖表，示出能量曲線的相對(duì)斜率的偏差。
[0014]圖2是作為時(shí)間⑴的函數(shù)的電阻(歐姆)的放電效能指示符的圖表。
[0015]圖3是基于作為容量的函數(shù)的電位(V)的各種使用年限或條件的蓄電池的放電曲線的圖表。
[0016]圖4是基于作為增量能量(V*Ah=kWh)的函數(shù)的電位(V)的放電效能指示符的圖表。
[0017]圖5是基于作為容量(Ah)的函數(shù)的電阻變化(dV/dA)的放電效能指示符的圖表，示出能量曲線的相對(duì)斜率的正偏差。
[0018]圖6A和圖6B是按照本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)和方法的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于動(dòng)態(tài)確定能量?jī)?chǔ)存裝置的放電效能、以及在檢測(cè)到已經(jīng)達(dá)到裝置的操作參數(shù)之內(nèi)的閾值極限時(shí)終止裝置的放電而沒(méi)有使能量?jī)?chǔ)存裝置欠放電或過(guò)放電的系統(tǒng)和方法。更具體來(lái)說(shuō)，基于由系統(tǒng)所生成的能量?jī)?chǔ)存裝置的放電效能指示符的相對(duì)斜率的偏差的瞬時(shí)或?qū)崟r(shí)檢測(cè)，來(lái)動(dòng)態(tài)評(píng)估功率輸送性能能力。放電效能指示符可以是例如瞬時(shí)測(cè)量電位和電容、放電電阻和時(shí)間、電壓和容量或者具有線性關(guān)系的任何其它參數(shù)的指示符。
[0020]如本文所使用的、可以可互換使用的術(shù)語(yǔ)“瞬時(shí)”、“實(shí)時(shí)”和“動(dòng)態(tài)”表示相對(duì)能量輸出的能量?jī)?chǔ)存裝置的當(dāng)前健康狀態(tài)(SOH)，而與可影響裝置操作的其它參數(shù)無(wú)關(guān)。與其它系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)的實(shí)施例的差別在于不需要將所評(píng)估性能值與按照理論值所生成的模型的值或者與結(jié)合先前裝置性能歷史的查找表進(jìn)行比較。在所公開(kāi)系統(tǒng)和方法的實(shí)施例中，而是進(jìn)行測(cè)量，將其傳送給計(jì)算裝置、例如控制器，以及計(jì)算裝置處理測(cè)量(按照用于控制計(jì)算裝置的指令集中包含的算法)，以生成具有絕對(duì)值或者相對(duì)于先前觀測(cè)值的相對(duì)斜率的放電效能指示符。如本文所使用的“相對(duì)斜率”表示關(guān)于放電效能指示符如何相對(duì)時(shí)間而變化并且基于放電效能的最近計(jì)算值的評(píng)估。當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行(能量?jī)?chǔ)存裝置操作參數(shù)的)測(cè)量并且計(jì)算相對(duì)斜率時(shí)，計(jì)算裝置評(píng)估對(duì)偏差或變化所計(jì)算的相對(duì)斜率值。根據(jù)所測(cè)量參數(shù)，那個(gè)偏差可以是負(fù)偏差(例如當(dāng)放電效能指示符基于能量?jī)?chǔ)存裝置電位乘以被放電容量與從能量?jī)?chǔ)存裝置所移除的放電容量時(shí)(如圖1所示)所看到)或者是正偏差(例如當(dāng)所測(cè)量參數(shù)包括能量?jī)?chǔ)存裝置電阻與所移除的電荷(如圖7所示)或者能量?jī)?chǔ)存裝置電阻與時(shí)間(如圖2所示)時(shí)所看到)。
[0021]系統(tǒng)按照所指定頻率(本文中稱作取樣頻率)來(lái)測(cè)量能量?jī)?chǔ)存裝置，并且使用它們來(lái)確定能量?jī)?chǔ)存裝置的放電結(jié)束(EOD)。術(shù)語(yǔ)“取樣頻率”表示對(duì)能量?jī)?chǔ)存裝置的完整放電循環(huán)的時(shí)長(zhǎng)執(zhí)行測(cè)量或者基于測(cè)量的計(jì)算的次數(shù)。例如，所評(píng)估的操作參數(shù)可在放電循環(huán)的時(shí)長(zhǎng)上測(cè)量至少100次，以便確保EOD指示符(放電效能指示符)將于充分信息，并且將確保能量?jī)?chǔ)存裝置在應(yīng)用中將不會(huì)過(guò)度地過(guò)度利用或欠利用(放電)。例如，針對(duì)能量?jī)?chǔ)存裝置中剩余的電荷量，以及如果操作參數(shù)被測(cè)量100次，則預(yù)計(jì)在第一測(cè)量時(shí)，值表示用于放電的100%可用能量。隨著放電繼續(xù)進(jìn)行并且例如第50次測(cè)量S0C，可用于放電的剩余能量可能是初始可用能量或電荷的僅50%。到參數(shù)已經(jīng)測(cè)量90或95次時(shí)，裝置SOC可低至大約10%或者僅5%，這時(shí)能夠終止裝置的放電，而沒(méi)有使裝置過(guò)放電或欠放電。基于以上所述，控制器可編程為按照規(guī)律間隔來(lái)計(jì)算放電效能指示符，使得在放電操作的平均長(zhǎng)度t期間，計(jì)算可按照規(guī)律間隔秒數(shù)η進(jìn)行，其中η是基于將要計(jì)算放電效能指示符的次數(shù)m的正實(shí)數(shù)，例如n=t/m。該系統(tǒng)還配置成識(shí)別系統(tǒng)所計(jì)算的相對(duì)斜率的偏差(例如，這種偏差可在達(dá)到大約10%或以下的SOC時(shí)發(fā)生)，其由系統(tǒng)識(shí)別為關(guān)于已經(jīng)達(dá)到能量?jī)?chǔ)存裝置中的“閾值極限”并且放電應(yīng)當(dāng)終止的指示。能量?jī)?chǔ)存裝置的閾值極限與能量?jī)?chǔ)存裝置的放電結(jié)束狀態(tài)相關(guān)，其中剩余可用于能量?jī)?chǔ)存裝置中的電荷的大約10%或以下的能量，例如，當(dāng)能量?jī)?chǔ)存裝置的荷電狀態(tài)發(fā)起放電操作之前處于能量?jī)?chǔ)存裝置的真實(shí)容量荷電狀態(tài)的大約1%至大約10%之間時(shí)，達(dá)到閾值極限。
[0022]絕對(duì)值或相對(duì)斜率偏差的檢測(cè)可基于連續(xù)計(jì)算值相互之間進(jìn)行比較的比較。因此，即使能量?jī)?chǔ)存裝置因使用年限、對(duì)能量?jī)?chǔ)存裝置的環(huán)境影響(例如熱量、制造缺陷等)而對(duì)少于全容量進(jìn)行操作，所測(cè)量點(diǎn)之間的斜率也將符合能量?jī)?chǔ)存裝置的當(dāng)前狀態(tài)，即，它指示能量?jī)?chǔ)存裝置輸送能量的實(shí)際或真實(shí)容量。評(píng)估能量?jī)?chǔ)存裝置的健康或能力的這種實(shí)時(shí)或瞬時(shí)方法捕獲三個(gè)變化的效果，而無(wú)需過(guò)度計(jì)算或建?；蛘呤褂貌檎冶?。這相對(duì)具有一個(gè)以上電池或單元的系統(tǒng)、例如具有一個(gè)以上內(nèi)部蓄電池/電池/單元的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)可以更清楚地看到。因?yàn)楦餍铍姵?電池/單元由于上述原因的一個(gè)或多個(gè)而可與能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)中的任何其它蓄電池/電池/單元以不同方式表現(xiàn)，所以僅實(shí)時(shí)指示符或相對(duì)斜率用來(lái)確定EOD會(huì)是有利的。例如，按照本發(fā)明的方面，方法和系統(tǒng)摒絕針對(duì)裝置的實(shí)際實(shí)時(shí)SOC的錯(cuò)誤讀數(shù)的潛在問(wèn)題。(這類問(wèn)題可能通過(guò)使用預(yù)先測(cè)量值、例如查找表或先前性能或者甚至嘗試考慮逐個(gè)裝置的變化的計(jì)算(如先前系統(tǒng)所進(jìn)行，其沒(méi)有考慮所述缺陷的類型)而引起。)在本發(fā)明的實(shí)施例中，這通過(guò)下列步驟來(lái)實(shí)現(xiàn):僅基于所選性能/操作參數(shù)的實(shí)際實(shí)時(shí)測(cè)量以計(jì)算放電效能指示符的絕對(duì)值或相對(duì)斜率，以及通過(guò)各計(jì)算之后對(duì)那個(gè)絕對(duì)值或相對(duì)斜率的評(píng)估，從而允許檢測(cè)斜率中的偏差。當(dāng)確定連續(xù)絕對(duì)值或相對(duì)斜率值時(shí)，建立線性曲線，直到能量?jī)?chǔ)存裝置容量接近放電結(jié)束(EOD)、例如表示大約1-10%的剩余放電容量，這時(shí)曲線的斜率偏離其線性行為。因此，從能量?jī)?chǔ)存裝置操作參數(shù)的的所觀測(cè)測(cè)量、對(duì)最近放電循環(huán)的部分或全部的能量?jī)?chǔ)存裝置放電效能的先前存儲(chǔ)值或者由例如從最近放電循環(huán)的一部分所收集的有限能量?jī)?chǔ)存裝置操作參數(shù)數(shù)據(jù)的外推，來(lái)動(dòng)態(tài)導(dǎo)出放電效能。
[0023]動(dòng)態(tài)生成能量曲線的相對(duì)斜率的偏差或變化用來(lái)確定EOD適用于各種最終用戶需要，例如確定能量?jī)?chǔ)存裝置中剩下的工作時(shí)間量或者在車輛中使用該能量?jī)?chǔ)存裝置能夠行駛的距離。類似地，數(shù)據(jù)能夠用來(lái)確定是使用最大功率輸送還是實(shí)現(xiàn)較小功率狀態(tài)以延長(zhǎng)能量?jī)?chǔ)存裝置的操作。因此，本文所提供的方法和系統(tǒng)的實(shí)施例允許“用戶定義指標(biāo)”的有效和準(zhǔn)確使用。系統(tǒng)和方法可提供針對(duì)基于瞬時(shí)數(shù)據(jù)評(píng)估來(lái)確定無(wú)論是單電池能量?jī)?chǔ)存裝置還是多電池裝置的能量?jī)?chǔ)存裝置的SOC的改進(jìn)精度。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量操作參數(shù)包括能量?jī)?chǔ)存裝置電位和所移除電荷。系統(tǒng)將能量?jī)?chǔ)存裝置電位與所移除電荷相乘，并且將這個(gè)乘積作為所移除電荷的函數(shù)來(lái)評(píng)估。也就是說(shuō)，系統(tǒng)評(píng)估與所移除電荷相乘的蓄電池電位與所移除電荷或者與能量?jī)?chǔ)存裝置的容量相乘的電池電位與容量。圖1提供從與此一致的系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)所生成的典型曲線。這與如更常規(guī)系統(tǒng)中常見(jiàn)的電壓曲線的使用不同。相對(duì)斜率基于按照以上公開(kāi)所進(jìn)行的對(duì)作為Ah(t)的函數(shù)所繪制的電位乘以所移除電荷V(t)*Ah(t)的瞬時(shí)測(cè)量，其中放電效能(Discharge Effectiveness)的指示符通過(guò)下列表達(dá)式來(lái)定義:
Disc Eff =V*Int(I dt)
其中:V*是電位；以及 dt是時(shí)間的微分算子；
以及放電效能的相對(duì)斜率的定義通過(guò)下列表達(dá)式來(lái)定義:
Rel Slope (k) = {DischEff(k)-DischEff(k_l)}/{Ah(k)-Ah(k_l)}
其中:k是當(dāng)前導(dǎo)出參數(shù)的索引；以及 k-Ι是先前導(dǎo)出參數(shù)的索引。
[0025]在這里，V(t)*Ah(t)然后被計(jì)算，并且作為在X軸上繪制的容量Ah的函數(shù)在y軸上繪制。曲線表明在整個(gè)放電具有線性進(jìn)展，直到斜率指示偏差已經(jīng)發(fā)生，如在這個(gè)圖1中作為相對(duì)斜率的下轉(zhuǎn)所看到。
[0026]在另一個(gè)實(shí)施例中，所測(cè)量操作參數(shù)包括電池電阻和時(shí)間。圖2提供從與此一致的系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)所生成的典型曲線。相對(duì)斜率基于作為時(shí)間的函數(shù)所繪制的、單位為歐姆的放電電阻的瞬時(shí)測(cè)量，其中相對(duì)斜率通過(guò)下列表達(dá)式來(lái)定義:

【權(quán)利要求】
1.一種管理系統(tǒng)，包括: 測(cè)量裝置，配置成在操作上與能量?jī)?chǔ)存裝置耦合，以用于測(cè)量所述能量?jī)?chǔ)存裝置的兩個(gè)或更多操作參數(shù)；以及 控制器，配置成以所指定頻率從所述所測(cè)量操作參數(shù)來(lái)確定所述能量?jī)?chǔ)存裝置的放電效能指不符； 其中所述控制器還配置成評(píng)估所述放電效能指示符的相對(duì)斜率或絕對(duì)值的至少一個(gè)以及進(jìn)行發(fā)信號(hào)通知關(guān)于所述能量?jī)?chǔ)存裝置的放電操作結(jié)束或者響應(yīng)所述檢測(cè)而終止所述放電操作中的至少一個(gè)，所述相對(duì)斜率或所述絕對(duì)值用于所述相對(duì)斜率或所述絕對(duì)值其中之一的偏差的瞬時(shí)檢測(cè)，所述偏差表示所述能量?jī)?chǔ)存裝置的荷電狀態(tài)的閾值極限。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述絕對(duì)值和相對(duì)斜率基于電位和電荷的所述操作參數(shù)的瞬時(shí)測(cè)量。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述放電效能指示符通過(guò)下列表達(dá)式來(lái)定義: Disch Eff =V^Int(I dt) 其中:V*是電位；以及 dt是時(shí)間的微分算子； 以及所述放電效能的所述相對(duì)斜率的定義通過(guò)下列表達(dá)式來(lái)定義:
Rel Slope (k) = {DischEff(k)-DischEff(k_l)}/{Ah(k)-Ah(k_l)} 其中:k是當(dāng)前導(dǎo)出參數(shù)的索引；以及 k-1是先前導(dǎo)出參數(shù)的索引。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述絕對(duì)值和相對(duì)斜率基于電阻和時(shí)間的所述操作參數(shù)的瞬時(shí)測(cè)量。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述放電效能指示符通過(guò)下列表達(dá)式來(lái)定義:
其中=Rdisdl是所述能量?jī)?chǔ)存裝置的所述放電電阻(歐姆)； V。。是開(kāi)路電位(伏)； v(t)是能量?jī)?chǔ)存裝置電位(伏)的最近測(cè)量； Kt)是電流(安)的最近測(cè)量。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述能量?jī)?chǔ)存裝置的所述荷電狀態(tài)的所述閾值極限與所述能量?jī)?chǔ)存裝置的放電結(jié)束狀態(tài)相關(guān)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述能量?jī)?chǔ)存裝置中的活性材料處于耗盡點(diǎn)時(shí)達(dá)到所述閾值極限。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述能量?jī)?chǔ)存裝置的荷電狀態(tài)處于所述放電操作的發(fā)起之前的所述能量?jī)?chǔ)存裝置的真實(shí)容量荷電狀態(tài)的大約1%至大約10%之間時(shí)達(dá)到所述閾值極限。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述測(cè)量裝置配置成在操作上與具有一個(gè)或多個(gè)電池或單元的所述能量?jī)?chǔ)存裝置耦合，并且所述控制器配置成使得所述相對(duì)斜率或絕對(duì)值的偏差與所述電池或單元中的健康狀態(tài)、工作溫度或者產(chǎn)生于制造的變化中的一個(gè)或多個(gè)的變化無(wú)關(guān)。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述儲(chǔ)存裝置是具有混合化學(xué)成分的電化學(xué)裝置。
11.一種用于控制能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的方法，所述方法包括: (a)發(fā)起與控制器進(jìn)行可操作通信的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)中的放電操作； (b)測(cè)量電位和電流； (C)所述控制器基于在步驟(b)的所述測(cè)量來(lái)執(zhí)行瞬時(shí)計(jì)算，以確定放電效能指示符； (d)從所述步驟(C)計(jì)算來(lái)生成能量曲線，并且確定所述放電效能指示符的絕對(duì)值或相對(duì)斜率中的至少一個(gè)； (e)以取樣頻率重復(fù)步驟(b)-(d)，直至檢測(cè)到所述絕對(duì)值或者所述相對(duì)斜率中的所述至少一個(gè)的所述偏差；以及 (f)在檢測(cè)到所述絕對(duì)值或者所述相對(duì)斜率中的所述至少一個(gè)的所述偏差時(shí)，所述控制器發(fā)信號(hào)通知關(guān)于所述能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)接近放電結(jié)束、終止所述能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的所述放電操作或者進(jìn)行這兩個(gè)操作。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述取樣頻率包括在所述放電操作的期間上至少100次。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，在步驟(d)所確定的所述放電效能指示符提供所述能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的當(dāng)前健康狀態(tài)的瞬時(shí)度量。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述絕對(duì)值或者所述相對(duì)斜率中的所述至少一個(gè)的所述偏差與所述能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的放電結(jié)束狀態(tài)相關(guān)。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述放電效能指示符通過(guò)下列表達(dá)式來(lái)定義: Disch Eff =V^Int(I dt) 其中:V*是電位；以及 dt是時(shí)間的微分算子； 以及所述放電效能指示符的所述相對(duì)斜率的定義通過(guò)下列表達(dá)式來(lái)定義:
Rel Slope (k) = {DischEff(k)-DischEff(k_l)}/{Ah(k)-Ah(k_l)} 其中:k是當(dāng)前導(dǎo)出參數(shù)的索引；以及 k-1是先前導(dǎo)出參數(shù)的索引。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述放電效能指示符通過(guò)下列表達(dá)式來(lái)定義:
其中=Rdisdl是所述能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的所述放電電阻(歐姆)； V。。是開(kāi)路電位(伏)； v(t)是能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)電位(伏)的最近測(cè)量； Kt)是電流(安)的最近測(cè)量。
17.如權(quán)利要求1i所述的方法，其中，放電效能指示符基于如從來(lái)自步驟(b)的所述測(cè)量所確定的放電電阻和容量，以及所述偏差是所述能量曲線的所述相對(duì)斜率的正變化。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)電池或單元，以及檢測(cè)所述閾值極限與所述電池或單元中的健康狀態(tài)、工作溫度或者產(chǎn)生于制造的變化中的一個(gè)或多個(gè)的變化無(wú)關(guān)地實(shí)現(xiàn)。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，在檢測(cè)到所述絕對(duì)值中或者所述相對(duì)斜率中的所述至少一個(gè)的所述偏差時(shí)終止所述放電操作防止所述能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的過(guò)放電。
20.一種用于確定能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的健康狀態(tài)的方法，所述方法包括: (a)發(fā)起與控制器進(jìn)行可操作通信的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)中的放電操作； (b)測(cè)量所述能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的至少兩個(gè)操作參數(shù)； (C)所述控制器基于在步驟(b)的所述測(cè)量來(lái)執(zhí)行計(jì)算，以確定放電效能指示符； (d)從所述步驟(C)計(jì)算生成能量曲線； (e)在所述放電操作期間以取樣頻率重復(fù)步驟(b)-(d);以及 (f)從在步驟(d)所生成的所述能量曲線來(lái)評(píng)估所述能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的所述健康狀態(tài)。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述方法包括下列步驟: (g)檢測(cè)在步驟⑷所生成的所述能量曲線的偏差；以及 (h)所述控制器發(fā)信號(hào)通知關(guān)于所述能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)接近放電結(jié)束、終止所述能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的所述放電操作或者進(jìn)行這兩個(gè)操作。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述至少兩個(gè)參數(shù)包括電位和電流。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述取樣頻率包括在從發(fā)起到放電結(jié)束的所述放電操作期間至少100次。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)電池或單元，以及檢測(cè)所述放電結(jié)束與所述電池或單元中的健康狀態(tài)、工作溫度或者產(chǎn)生于制造的變化中的一個(gè)或多個(gè)的變化無(wú)關(guān)地實(shí)現(xiàn)。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，在檢測(cè)到所述能量曲線中的所述偏差時(shí)終止所述放電操作防止所述能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的過(guò)放電。
26.—種管理系統(tǒng)，包括: 測(cè)量裝置，配置成在操作上與能量?jī)?chǔ)存裝置耦合，以用于測(cè)量放電操作期間的所述能量?jī)?chǔ)存裝置的兩個(gè)或更多操作參數(shù)；以及 控制器，配置成周期地從所述所測(cè)量操作參數(shù)來(lái)確定所述能量?jī)?chǔ)存裝置的放電效能指示符； 其中所述控制器還在所述放電效能指示符被確定時(shí)配置成檢測(cè)所述放電效能指示符的相對(duì)斜率或絕對(duì)值中的至少一個(gè)的偏差以及發(fā)信號(hào)通知關(guān)于所述放電操作結(jié)束或者響應(yīng)檢測(cè)到所述偏差而終止所述放電操作中的至少一個(gè)，其中所述偏差表示所述能量?jī)?chǔ)存裝置的放電結(jié)束閾值極限。
27.如權(quán)利要求26所述的管理系統(tǒng)，其中，所述放電效能指示符以規(guī)律間隔秒數(shù)η來(lái)確定，其中η為正實(shí)數(shù)。
28.如權(quán)利要求27所述的管理系統(tǒng)，其中，所述規(guī)律間隔秒數(shù)η基于在要計(jì)算所述放電效能指示符的所述放電操作的平均長(zhǎng)度t期間的次數(shù)m來(lái)確定,使得n=t/m。
【文檔編號(hào)】H01M10/44GK104137322SQ201280070859
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月28日
【發(fā)明者】C.J.歘, J.蘇德沃爾思, R.布爾, V.博肯富索, D.詹姆斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司