具有多个能量存储装置的能源系统制造方法及图纸

这里提供的是包括能量存储装置和超级电容器的系统，其中能量存储装置适于存储和释放能量。耦合到能量存储装置的第一开关装置适于选择性地将能量存储装置连接到负载及断开能量存储装置与负载的连接，耦合到超级电容器的第二开关装置适于选择性地将超级电容器连接到负载及断开超级电容器与负载的连接。电流传感器适于感测负载处的电流消耗。第一开关装置适于当负载处的电流消耗的变化率低于预设阈值时被激活以将能量存储装置连接到负载，第二开关装置适于当负载处的电流消耗的变化率大于或等于预设阈值时被激活以将超级电容器连接到负载。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多个能量存储装置的能源系统相关申请的交叉引用本申请是2011年3月16日提交的题为“用于车辆应用的结合电池和超级电容器的系统”的美国临时专利申请N0.61/453，474、2011年7月16日提交的题为“具有集成的控制器的电荷和能量存储系统”的美国临时专利申请N0.61/508，621、2011年4月21日提交的题为“用于车辆应用的多电池系统”的美国临时专利申请N0.61/477.730以及2011年7月16日提交的题为“提高充电能力的不同电荷状态电池”的美国临时专利申请N0.61/508622的非临时申请，上述临时申请通过引用结合于此。本专利申请总体上涉及下面的共同未决的专利申请,这些专利申请于此结合到本申请中以供参考:于同一日期由Ou Mao等人提交的题为“具有带不同电荷状态的装置的能源系统(Energy Source Systems Having Devices with Differential States ofCharge) ”的美国专利申请N0.__,于同一日期由Brian C.Sick等人提交的题为“用于控制多个存储装置的系统和方法(Systems and Methods for Controlling MultipleStorage Devices) ”的美国专利申请N0._,于同一日期由Perry Μ.Wyatt等人提交的题为“具有电池和超级电容器的能源装置和系统(Energy Source Devices and SystemsHaving a Battery and An Ultracapacitor) ”的美国专利申请N0._，以及于同一日期由Junwei Jiang等人提交的题为“用于组合能源系统中过充电保护和充电平衡的系统和方法(Systems and Methods for Overcharge Protection and Charge Balance in CombinedEnergy Source Systems) ” 的美国专利申请 N0._。
当前公开的实施例总体上涉及能够为下游应用提供能量的能源系统。具体而言，当前公开的实施例涉及用于车辆应用的包括结合电池和超级电容器的装置的能源系统。更具体地说，当前公开的实施例涉及在封装体中的结合电池和超级电容器的系统，该系统满足车辆负载的所有电需求，包括启动、照明和点火，该封装体比传统的车辆电池系统占据更小的空间并具有更轻的重量。
技术介绍
这部分是为了提供权利要求书中所详述的本专利技术的背景或环境。这里的描述可包括可能被寻求的构思，但不必是先前已被想到或寻求的构思。因此，除非这里另有说明，在这部分中所描述的内容并不是本申请说明书和权利要求书的现有技术，并且并不承认包括在这部分中的内容为现有技术。一般已知的是，提供典型的铅酸电池来用于车辆中的启动、照明和点火(SLI)应用。这类铅酸电池通常具有大约70Ah的容量和大约12V的电压。这类铅酸电池的重量通常为大约21kg，能量密度通常为大约40Wh/kg。用于SLI应用的这类铅酸电池的一个性能要求称为“冷起动电流”，其在零下18°C时为大约700Ah。如此高的冷起动电流要求是为了车辆发动机启动的目的，用于在几秒钟内传送，尤其是在冷天气情况下。然而，为了满足冷起动电流要求，这类已知的铅酸电池的大小尺寸趋于占据相当大的空间，并且显著增加车辆平台的重量。传统的电池系统的另一缺陷是充电接受能力弱的问题。也就是说，在某些情况下，电池可能不能处理高充电电流，这会对车辆的能量再生能力产生不良影响。因此，期望提供一种或多种先进的能源系统，当被封装在较小且较轻的装置中时，其能够有效地满足用于发动机启动的冷起动电流要求。另外，还期望提供一种或多种先进的能源系统，其适合用于与车辆的启停技术或部件相关的部件(例如，以允许在停车期间关闭车辆发动机并且在驾驶者需要时重新启动)，或者适合用于与车辆的轻度混合技术或部件相关的部件(例如，以提供马达驱动的增加或帮助，使车辆达到巡航速度)，以及适合于电车应用，并且电压在大约10-400V的范围内，尤其是，在大约10-100V的范围内。
技术实现思路
在一个实施例中，一种系统包括适于存储和释放能量的能量存储装置以及超级电容器。该系统还包括:第一开关装置，耦合到能量存储装置并适于选择性地将能量存储装置连接到负载及断开能量存储装置与负载的连接；以及第二开关装置，耦合到超级电容器并适于选择性地将超级电容器连接到负载及断开超级电容器与负载的连接。该系统还包括适于感测负载处的电流消耗的电流传感器。第一开关装置适于当负载处的电流消耗的变化率低于预设阈值时被激活以将能量存储装置连接到负载，而第二开关装置适于当负载处的电流消耗的变化率大于或等于预设阈值时被激活以将超级电容器连接到负载。在另一个实施例中，一种方法包括:监测与负载处出现的需求相对应的参数；以及基于所监测的参数随时间的变化率，确定所监测的参数的变化率是否大于或等于预设阈值。该方法还包括:当所监测的参数的变化率并不大于或等于预设阈值时，控制第一开关将电池耦合到负载。此外，该方法包括:当所监测的参数的变化率大于或等于预设阈值时，控制第二开关将超级电容器耦合到负载。在另一个实施例中，一种系统包括:电池，该电池包括一个或多个彼此串联耦合的电化学电芯；以及超级电容器。该系统还包括:第一开关装置，耦合到电池并适于选择性地将电池连接到负载及断开电池与负载的连接；以及第二开关装置，耦合到超级电容器并适于选择性地将超级电容器连接到负载及断开超级电容器与负载的连接。该系统还包括:直流-直流(DC-DC)整流器，适于将电池电耦合到超级电容器；以及感测系统，适于感测电池的操作参数、超级电容器的操作参数和负载参数。此外，该系统包括控制器，耦合到第一开关装置、第二开关装置和DC-DC整流器，并适于基于所感测到的操作参数和负载参数来确定电池、超级电容器、DC-DC整流器及负载之间的能量流动，并且控制一开关装置、第二开关装置和DC-DC整流器来实现所确定的能量流动。在另一个实施例中，一种方法包括:检测发动机启动信号；以及基于接收到的输入，确定电池中存储的能量是否足以启动机电车辆的内燃发动机。该方法还包括:当电池中存储的能量不足以启动内燃发动机时，控制直流-直流(DC-DC)整流器将能量从电池转移到超级电容器。此外，该方法包括:控制耦合到超级电容器的开关来将超级电容器电耦合到内燃发动机，以使得能量能够从超级电容器流到内燃发动机，从而在电池中存储的能量不足以启动内燃发动机时启动内燃发动机。在另一个实施例中，一种控制器，其适于检测发动机启动信号；并基于接收到的输入，确定电池中存储的能量是否足以启动机电车辆的内燃发动机。该控制器还适于:当电池中存储的能量不足以启动内燃发动机时，控制直流-直流(DC-DC)整流器将能量从电池转移到超级电容器。此外，该控制器适于控制耦合到超级电容器的开关来将超级电容器电耦合到内燃发动机，以使得能量能够从超级电容器流到内燃发动机，从而在电池中存储的能量不足以启动内燃发动机时启动内燃发动机。【附图说明】从下面结合附图的详细描述中，将更加全面地理解本专利技术，其中相似的参考标记表示相似的元件，附图中:图1示出了根据一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.16 US 61/453,474;2011.04.21 US 61/477,730;1.一种能源系统，包括: 能量存储装置，构造成存储和释放能量； 超级电容器； 第一开关装置，耦合到所述能量存储装置并构造成选择性地将所述能量存储装置连接到负载及断开所述能量存储装置与所述负载的连接； 第二开关装置，耦合到所述超级电容器并构造成选择性地将所述超级电容器连接到所述负载及断开所述超级电容器与所述负载的连接；以及 电流传感器，构造成感测所述负载处的电流消耗，其中，所述第一开关装置构造成当所述负载处的电流消耗的变化率低于预设阈值时被激活以将所述能量存储装置连接到所述负载，所述第二开关装置被构造成当所述负载处的电流消耗的变化率大于或等于预设阈值时被激活以将所述超级电容器连接到所述负载。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一开关装置包括场效应晶体管，该场效应晶体管被构造成以变化的方式将所述能量存储装置连接到所述负载以及断开所述能量存储装置与所述负载的连接。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二开关装置包括场效应晶体管，该场效应晶体管被构造成以变化的方式将所述超级电容器连接到所述负载以及断开所述超级电容器与所述负载的连接。4.根据权利要求1的所述系统，包括控制器，该控制器耦合到所述第一开关装置、所述第二开关装置和所述电流传感器，并且被构造成基于所述电流传感器检测到的电流消耗的变化率来控制所述第一开关装置和所述第二开关装置的操作。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述负载包括启动、照明或点火负载。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述负载包括与一个或多个启停操作部件相关联的消耗。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述负载包括与微混合操作部件相关联的消耗。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述预设阈值包括足以启动内燃发动机的电流水平。9.一种用于控制能源系统的方法，包括: 监测与负载处出现的需求相对应的参数； 基于所监测的参数随时间的变化率，确定所监测的参数的变化率是否大于或等于预设阈值； 当所监测的参数的变化率并不大于或等于预设阈值时，控制第一开关将电池耦合到负载；以及 当所监测的参数的变化率大于或等于预设阈值时，控制第二开关将超级电容器耦合到负载。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述参数包括负载处出现的需求的电流水平。11.根据权利要求9所述的方法，还包括监测从所述电池能获得的电压和从所述超级电容器能获得的电压。12.根据权利要求11所述的方法，包括:当所监测的参数的变化率并不大于或等于预设阈值并且所监测的来自所述电池的电压小于当前需求时，控制所述第二开关将所述超级电容器耦合到所述负载。13.一种能源系统，包括: 电池，该电池包括一个或多个彼此串联耦合的电化学电芯； 超级电容器； 第一开关装置，耦合到所述电池并构造成选择性地将所述电池连接到负载及断开所述电池与所述负载的连接； 第二开关装置，耦合到超级电容器并构造成选择性地将所述超级电容器连接到所述负载及断开所述超级电容器与所述负载的连接； 直流-直流(DC-DC)整流器，构造成将所述电池电耦合到所述超级电容器； 感测系统，构造成感测所述电池的操作参数、所述超级电容器的操作参数和负载参数；以及 控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·M·沃森，蒋军伟，佩里·M·怀亚特，
申请(专利权)人：约翰逊控制技术公司，
类型：
国别省市：