[发明专利]用于混合动力机车的电池控制的系统和方法

说明书

背景技术

本发明主要涉及电池中的能量存储，并且具体地说，涉及用于在混合动力车辆(包括但不限于机车和非公路车辆)电池中存储部分动态制动能量并随后在电机驱动期间使用此能量以节省燃料的系统和方法。

混合动力机车和非公路车辆通过在电池中存储部分动态制动能量并随后在电机驱动期间使用此能量来操作以节省燃料。电池的最大利用增强了燃料节省。电池能在更高的功率/电流级别受到控制以在最初提供更佳的燃料节省，但在这些高功率/电流级别使电池重复循环导致更高的老化，从而引起电池的寿命期间更低的燃料节省。

传统上，已经在基于操作和安全限制的恒定功率/电流限制来控制非公路车辆和混合动力机车中的电池。然而，仅在电池以最大可能的充电功率/电流进行充电时，才能使来自混合的效益达到最大。此外，如果在整个任务中以恒定充电功率/电流来控制，则对于本来能以更低速率充电的事件，电池以更高速率进行充电。这引起电池中更高的老化，由此降低其操作寿命。

解决上述问题的一个已知技术包括使用具有不同特性的两种不同类型的能量存储装置。这些装置之一具有高能量容量、低额定功率，而另一装置是具有高额定功率的低能量容量电池。小的摆幅(excursion)通过高功率能量存储装置来解决，而更大的摆幅通过高能量装置来解决。这些高功率能量存储装置一般包括超电容器(ultracapacitor)或高功率电池，而高能量装置一般包括大容量电池。使用两种不同类型的能量存储装置不合需要地对系统添加复杂性和成本。

因此，存在对于仅在其中额外的制动功率可用的循环(cycle)期间允许以较高速率进行电池充电的电池控制方案的需要。如果电池控制方案在任务期间只采用当前充电状态和摆幅来计算功率/电流控制限制而没有对于驱动循环的先验知识的任何依赖，则这将是有利的。如果电池控制方案能一致地应用到在不同任务上运行的所有机车，同时在任务和寿命时间期间都实现燃料节省，则这将是进一步有利的。

发明内容

简单地说，根据本发明的一个实施例，提供了用于混合动力车辆(无限制性地包括机车)的电池控制的系统和方法。

在一个实施例中，该方法包括感知一个或多个电池的当前充电状态(SoC)，并从其中生成当前SoC数据。该方法还包括感知由表示为对于期望循环的最大SoC-最小SoC的关系定义的当前摆幅，并从其中生成当前摆幅数据。另外，为所述一个或多个电池控制功率/电流充电限制以响应当前SoC数据和当前摆幅数据。

根据另一个实施例，一种电池控制系统包括配置成感知和生成对应于一个或多个电池的当前充电状态(SoC)的数据的电池充电传感器。电池充电传感器还配置成感知和生成对应于由表示为对于期望循环的最大SoC-最小SoC的关系定义的当前摆幅的数据。电池控制系统还包括配置成控制一个或多个电池的功率/电流充电限制以响应当前SoC数据和当前摆幅数据的电池充电控制器。

根据仍有的另一个实施例，提供一种电池控制系统，其用于经电池充电和放电电流控制限制的调节来增强混合动力车辆电池性能和燃料节省，所述调节基于定义为控制限制(P，I)＝f(摆幅，SoC)的关系，其中，P是以安培小时表示的总电池充电功率，I是电池充电/放电电流，SoC表示电池单元(battery cell)的充电状态，以及摆幅表示定义为对于循环的最大SoC-最小SoC的循环的幅值。

附图说明

当参照附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，附图中类似的字符表示遍及这些图的类似部分，其中：

图1示出根据本发明的一个实施例的电池控制系统的简化框图；

图2是示出使用图1中所示的电池控制系统、根据一个实施例的用于对电池或电池组充电的控制策略的图形；

图3是示出使用图1中所示的电池控制系统、根据另一个实施例的用于对电池或电池组充电的控制策略的图形；以及

图4是示出使用图1中所示的电池控制系统、根据仍有的另一个实施例的用于对电池或电池组充电的控制策略的图形。

虽然上面标识的绘制图形陈列出备选实施例，但如论述中所述的，也设想了本发明的其它实施例。在所有情况下，本公开通过代表而非限制的方式提出本发明的所示实施例。本领域的技术人员能设想出落入本发明的原理的精神和范围内的许多其它修改和实施例。

具体实施方式