管理电池健康状态差异的成比例主动充电状态平衡方法技术

本发明专利技术涉及管理电池健康状态差异的成比例主动充电状态平衡方法，具体提供一种用于具有不同健康状态的电池之间的功率管理的方法和系统。两个或更多个电池组以矩形波脉冲被开启或关闭从而为多绕组变压器通电，并且所述变压器的输出用于为负载提供功率。因为所述电池组的充电状态以不同比率降低，每个电池组的切换脉冲的占空比被设置为相对于其他电池组与其充电状态成比例。具有最大充电状态的电池组具有最长的工作时间并且为所述变压器提供最多的能量，但所有电池组都贡献能量。通过比例积分控制模块基于所述负载处的电压测量值来计算基础占空比。能量贡献被管理使得充电状态甚至在所述电池组具有广泛不同的健康状态时也不会产生差异。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及电池组之间的充电状态(SOC)平衡，更具体地涉及一种用于具有不同健康状态的电池组之间的功率管理的系统和方法，所述系统和方法使用切换变压器来提供成比例的主动SOC平衡。
技术介绍
电动车辆和发动机/电动混合动力车辆在今天的汽车市场上快速地受到欢迎。电动和混合动力车辆提供多个期望的特性，例如降低排放、减少石油基燃料的使用以及潜在更低的运转成本。电动和混合动力车辆的核心部件是电池组。这些车辆中的电池组通常包括可根据需要传送大量功率以驱动车辆的多个互连的电池单元。在电动或混合动力车辆中使用几年之后，由于导致车辆的行驶里程减少的单个电池单元的健康状态的劣化和改变，电池组经常需要更换。然而，即便具有或多或少降低的 健康状态，电动车辆的电池组仍能存储可观数量的能量，并且可用于除为车辆提供动力之外的其他应用。已经提出对这些电池组的各种不同车辆后寿命使用，包括在社区能量存储(CES)系统中使用所述电池组。CES系统为小的社区-例如居民小区或者商场或工业中心存储能量。CES系统通常用于增加来自实体电网的可用功率，并且在它们存储来自诸如太阳或风的能源的本地生成的能量的能力方面极其有用。来自电动车辆的车辆后寿命电池组可用于CES系统，但是它们的效率可能由于电池组的单个电池单元或部分的健康状态的差别而降低。需要管理电池健康状态的差别的方法，所述方法不仅从具有较高充电状态的电池排出功率并且能够使用电池组中的最大可用能量。
技术实现思路
根据本专利技术的教导，公开了一种用于具有不同健康状态的电池之间的功率管理的方法和系统。两个或更多个电池组以矩形波脉冲被开启和关闭从而为多绕组变压器通电，而所述变压器的输出用于为负载提供功率。由于电池组的充电状态以不同比率降低，每个电池组的切换脉冲的占空比被设置成相对于其他电池组与其充电状态成比例。由此，具有最大充电状态的电池组具有最长的工作循环并且提供最多的能量至变压器，但所有电池组都贡献能量。总的基础占空比基于负载处的电压测量值通过比例积分控制模块计算。能量贡献被管理使得充电状态甚至在所述电池组具有广泛不同的健康状态时也不会有差异。方案I. 一种用于从两个或更多个电池组传送电功率至负载的功率管理系统，所述功率管理系统包括 用于测量所述两个或更多个电池组中的每个的充电状态的传感器； 用于所述两个或更多个电池组中的每个的开关，其中所述开关中的每个都从所述电池组中的一个提供切换功率信号； 响应于来自所述两个或更多个电池组的切换功率信号的变压器，所述变压器将所述切换功率信号转换成输出电压和输出电流从而为所述负载提供功率；以及 控制器，所述控制器响应于来自所述传感器的充电状态信号并且配置成控制来自所述两个或更多个电池组的切換功率信号，使得所述负载处的输出电压保持为指定的目标值并且所述两个或更多个电池组中的每个的充电状态保持平衡。方案2.如方案I所述的系统，其中所述两个或更多个电池组具有不同的健康状态、不同的存储容量或不同的化学性质。方案3.如方案I所述的系统，其中所述开关是绝缘栅双极晶体管。方案4.如方案I所述的系统，其中所述切换功率信号是矩形波脉冲，其中所述脉冲的工作时间段和不工作时间段由所述控制器计算。 方案5.如方案I所述的系统，其中所述变压器是多绕组变压器。方案6.如方案I所述的系统，其中所述控制器计算所有切換功率信号的基础占空比，其中所述基础占空比是工作时间与总循环时间的比率。方案7.如方案6所述的系统，其中所述基础占空比通过将所述负载处的输出电压与所述指定的目标值相比较来计算。方案8.如方案7所述的系统，其中所述控制器使用比例积分算法来计算所述基础占空比。方案9.如方案6所述的系统，其中所述控制器将所述切換功率信号中的每个的占空比计算为所述基础占空比乘以所述电池组中的每个的充电状态与所有电池组的最高充电状态的比率。方案10.如方案I所述的系统，其中所述控制器包括比例积分占空比控制模块、用于所述两个或更多个电池组中的每个的倍増器模块以及用于所述两个或更多个电池组中的每个的脉冲发生器模块。方案11. ー种用于从具有不同健康状态、不同存储容量或不同化学性质的两个或更多个电池组传送电功率至负载的功率管理系统，所述功率管理系统包括 用于测量所述两个或更多个电池组中的每个的充电状态的传感器； 用于所述两个或更多个电池组中的每个的开关，其中所述开关中的每个从所述电池组中的ー个提供矩形波脉冲切換信号； 响应于来自所述两个或更多个电池组的矩形波脉冲切換信号的多绕组变压器，所述变压器将所述切换信号转换成输出电压和输出电流从而为负载提供功率； 将来自所述变压器的输出电压和输出电流转换成直流电的整流电路；以及控制器，所述控制器响应于来自所述传感器的充电状态信号并且配置成控制来自所述两个或更多个电池组的矩形波脉冲切換信号，使得所述负载处的输出电压保持为指定的目标值并且所述两个或更多个电池组中的每个的充电状态保持平衡。方案12.如方案11所述的系统，其中所述开关是绝缘栅双极晶体管。方案13.如方案11所述的系统，其中所述控制器将所述矩形波脉冲切換信号中的每个的占空比计算为基础占空比乘以所述电池组中的每个的充电状态与所有电池组的最高充电状态的比率，其中通过将所述负载处的输出电压与所述指定的目标值进行比较来计算所述基础占空比。方案14.如方案11所述的系统，其中所述控制器包括比例积分占空比控制模块、用于所述两个或更多个电池组中的每个的倍增器模块以及用于所述两个或更多个电池组中的每个的脉冲发生器模块。方案15. —种用于为两个或更多个电池组提供充电状态平衡和功率分配的方法，所述方法包括 提供所述两个或更多个电池组中的每个的充电状态测量值； 基于所述充电状态测量值计算所述两个或更多个电池组中的每个的占空比，其中所述占空比标识工作时间段和非工作时间段； 根据所述占空比开启或关闭所述电池组中的每个从而产生来自所述电池组中的每个的切换功率信号； 将来自所述电池组中的每个的切换功率信号提供给变压器的主绕组；以及 使用由所述变压器的次级绕组产生的电压和电流为负载提供功率。 方案16.如方案15所述的方法，其中所述两个或更多个电池组具有不同的健康状态、不同的存储容量或不同的化学性质。方案17.如方案15所述的方法，其中计算所述两个或更多个电池组中的每个的占空比包括计算电池组的当前充电状态与所有充电状态测量值的最高值的比率，以及将所述比率乘以基础占空比。方案18.如方案17所述的方法，其中所述基础占空比基于将跨越所述负载的电压与目标电压相比较来计算。方案19.如方案18所述的方法，其中所述基础占空比使用比例积分控制器以跨越所述负载的电压与所述目标电压作为输入来计算。方案20.如方案15所述的方法，其中来自所述电池组中的每个的切换功率信号是矩形波信号。通过结合附图来参阅下面的描述和所附权利要求，本专利技术的附加特征将变得清/E. o附图说明图I是示出了当不同健康状态的电池组常规性地用于提供功率时充电状态如何产生差异的图表。图2是使用成比例主动充电状态平衡来调节从具有不同健康状态的电池组的功率传送的功率管理系统的示意图。图3是包括其输入和输出的图2的功率管理系统中使用的控制器的示意图。图4是示出了当不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从两个或更多个电池组传送电功率至负载的功率管理系统，所述功率管理系统包括：用于测量所述两个或更多个电池组中的每个的充电状态的传感器；用于所述两个或更多个电池组中的每个的开关，其中所述开关中的每个都从所述电池组中的一个提供切换功率信号；响应于来自所述两个或更多个电池组的切换功率信号的变压器，所述变压器将所述切换功率信号转换成输出电压和输出电流从而为所述负载提供功率；以及控制器，所述控制器响应于来自所述传感器的充电状态信号并且配置成控制来自所述两个或更多个电池组的切换功率信号，使得所述负载处的输出电压保持为指定的目标值并且所述两个或更多个电池组中的每个的充电状态保持平衡。

【技术特征摘要】
2011.06.17 US 13/1631381.一种用于从两个或更多个电池组传送电功率至负载的功率管理系统，所述功率管理系统包括 用于测量所述两个或更多个电池组中的每个的充电状态的传感器； 用于所述两个或更多个电池组中的每个的开关，其中所述开关中的每个都从所述电池组中的ー个提供切換功率信号； 响应于来自所述两个或更多个电池组的切換功率信号的变压器，所述变压器将所述切换功率信号转换成输出电压和输出电流从而为所述负载提供功率；以及 控制器，所述控制器响应于来自所述传感器的充电状态信号并且配置成控制来自所述两个或更多个电池组的切換功率信号，使得所述负载处的输出电压保持为指定的目标值并且所述两个或更多个电池组中的每个的充电状态保持平衡。2.如权利要求I所述的系统，其中所述两个或更多个电池组具有不同的健康状态、不同的存储容量或不同的化学性质。3.如权利要求I所述的系统，其中所述开关是绝缘栅双极晶体管。4.如权利要求I所述的系统，其中所述切换功率信号是矩形波脉冲，其中所述脉冲的工作时间段和不工作时间段由所述控制器计算。5.如权利要求I所述的系统，其中所述变压器是多绕组变压器。6.如权利要求I所述的系统，其中所述控制器计算所有切換功率信号的基础占空比，其中所述基础占空比是工作时间与总循环时间的比率。7.如权利要求6所述的系统，其中所述基础占空比通过将所述负载处的输出电压与所述指定的目标值相比较来计算。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：AJ纳穆，CA施劳皮茨，TF麦金托什，J里德，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：