[发明专利]用于插入式或混合动力电动车辆的可电气再充电的双化学成分的电池系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求以下临时申请的优先权：于2011年12月2日提交的标题为“用于插入式电动车辆或混合动力电动车辆的可电气再充电的双化学成分的电池系统”的序列号61566143；于2012年10月31日提交的标题也为“用于插入式电动车辆或混合动力电动车辆的可电气再充电的双化学成分的电池系统”的序列号61720484，这些申请全部通过引用结合于此。

技术领域

本发明总体上涉及电气充电和放电技术领域，并且在一个示例实施例中，本发明涉及一种方法、设备和电池系统。

背景技术

电池根据需求以缓慢或快速方式存储和释放能量。各种应用利用电池，包括移动的和固定的，车载和非车载系统。

电池可具有许多不同性能、设计或额定功率，以协助用户将电池匹配至应用。应用的需求可为以下方面：功率(速率)、总能量(容量)、循环数量、循环深度、热特性、阻抗等，或这些设计额定功率的一些组合。在设计额定功率的不同选择之间几乎总存在权衡。例如，长周期寿命电池通常为昂贵的且沉重的。高容量消费型电池可为便宜的，但通常既不是高功率也不是高循环。关于EV应用，对电池性能可存在不同需求，这些需求在单一给定设计中不能满足。例如，一种电池设计可提供足够用于加速需求的功率，但不足够用于扩展使用的能量。虽然如标题为“用于电动或混合动力电动动力系统的混合动力电池配置的方法和设备”的USPN 7049792中所描述，高能量电池与高功率电池的组合提供了单一情形的足够电力资源，但是存在该特定组合不能满足的各种其它应用和情形。

发明内容

本发明公开了一种设备、方法和系统，涉及一种具有不同电池化学成分和性能性质的多化学成分电池子系统，并涉及一种使该电池子系统充电和放电的运算法则。关于EV应用，该电池子系统为定制解决方案，该定制解决方案组合了两种不同电池配置，第一电池和第二电池配置，以满足EV的不同驾驶模式和性能参数的独特需求，诸如典型的工作日通勤与周末的偶尔扩展范围旅程。本发明提供了智能控制和启发式算法以在包括广泛的电池应用中使有用能量最大化，所述电池应用包括固定应用，诸如负荷均衡和备份电源、移动/地面应用，诸如混合动力电动车辆(串联或并联)、插入式电动车辆(EV)(例如，汽车、自行车、火车、公共汽车，等等)，和移动/空运应用，诸如飞机和无人驾驶飞机。

第一电池配置，称为主电池组(MBP)，由具有高周期额定功率和低阻抗的有益性质的原电池构建，该原电池应用于从停止加速的高功率需求和走走停停交通的高循环率，所述交通使电池放电并且然后使该电池从再生制动充电。因为该第一电池配置还具有高重量和高成本的不良性质，所以只有该第一电池配置的尺寸被足够大地定制以满足EV的更频繁行驶的标称通勤范围、该EV标称驾驶参数的部分，这将需要那些有益性质。

第二电池配置，称为补充电池组(SBP)，由具有高比能量和低成本特征的有益性质的原电池构建，该原电池被提及对超出标称通勤参数的扩展驾驶的不那么频繁的需求供电。因此，该第二电池配置因用于扩展范围驾驶的较高能量输出而被设计为大于第一电池配置的尺寸。因为第二电池配置由较低比功率原电池构成，所以它并联地构建更多的原电池以满足功率需要，从而导致较大的外形因素(form factor)。因此，第一电池组和第二电池组两者单独地能够提供负荷所需的功率和能量。最后，因为第二电池配置由具有高阻抗的原电池制成，因此它产生更多热量。因此，第二电池配置通过放电和充电运算法则进行管理，该运算法则仅在第一电池配置不足或耗尽时利用第二电池配置指导所有可能电池循环至第一电池配置。因此，该放电和充电运算法则将主要依靠于使EV中的电池使用和循环的最大份额的该第一电池配置(或主电池组)放电和充电。基于MBP和SBP的设计权衡和其电流状态以及系统需要，它们是可配置的来以多种不同放电模式放电。通常，MBP和SBP串联或顺序地运行，即一个在另一个之后，其中主电池组提供所有或近乎所有循环直至它无剩余电量，因为它们均具有用于负荷的足够功率和能量。然而，多个电池组、MBP和SBP，对于较少见的方案也可并联地运行，其中SBP具有亏损状态并且暂时不能供应负荷(例如，EV电机)所需的额定或最大电流。