[发明专利]大电流快速充电电池的功率管理

说明书

本发明涉及大电流快速充电电池的功率管理。使用一种方法例如在具有带有并联电池组的多电池组可再充电能量存储系统(RESS)的动力系统中管理功率流。每个电池组具有对应的最大电气(电流或电压)极限。该方法包括使用对应的最大电气极限来预测每个电池组的对应端电压。该方法包括基于请求的操作模式选择端电压作为选择的电压，包括当请求的操作模式是放电模式时选择端电压的最大值以及当请求的操作模式是充电模式时选择端电压的最小值。使用选择的电压和对应的电池状态空间模型来预测通过每个电池组的电池组电流。使用选择的电压在预定的预测时域内预测RESS的总功率容量，其中操作模式经由控制器在预测时域内被控制。

技术领域

本公开涉及大电流快速充电电池的功率管理。具体地，本公开涉及用于管理多电池组可再充电能量存储系统的功率流的方法和相应的动力系统。

背景技术

可再充电能量存储系统(RESS)是高电压电气系统的核心部件。当RESS被配置为具有多个电池单体的电池时，在给定的操作模式期间，成份电池单体可共同操作用于根据需要存储或释放电化学能量。例如，在放电模式(例如当RESS被用作电气化动力系的一部分时的驱动模式)期间，存储的电能可以被输送到电机或其他电负载。在一些RESS配置中，可以使用非车载充电站选择性地对电池单体进行再充电，其中充电过程可以使用直流快速充电过程来加速。与RESS通信的电池控制器可以用于监测RESS的持续性能，并且管理进出各个电池单体的功率流。

发明内容

本公开涉及用于管理多电池组RESS(即具有两个或更多个并联连接(“P连接”)电池组的RESS)的功率流的改进方法。多电池组RESS的瞬时功率容量是在前瞻性预测时域(例如，未来0.1秒(s)、1s、2s、10s和20s)内估计的。在其最简单的形式中，本文公开的电路拓扑包括一对这样的电池组，每个电池组具有对应的机械或固态开关，该开关将电池组连接到直流(DC)电源总线和从其断开。在其他实施例中，可以使用三个或更多个电池组。如上所述，在充电操作模式期间，多电池组RESS可以选择性地连接到非车载快速充电站，以对电池组再充电。

控制器可以替代地实施为单一控制器或多个控制器，例如，以服务器/客户端关系或其他分级布置来布置的两个或更多个交通工具集成控制模块(VICM)，当多个P连接电池组具有不同的特性时，该控制器用于预测多电池组RESS的总功率容量，所述特性可能包括但不限于不平衡的荷电状态、或不同的电池单体容量、不同的单体化学成分、校准的电压和/或电流极限等。控制器执行电池状态相关逻辑以执行本方法，使得控制器估计多个电池组中的每一个上的电池组电压，然后预测流过每个电池组的对应电池组电流。控制器然后预测多电池组RESS的总功率容量，并随后使用预测的功率容量控制RESS的操作。

用于管理多电池组RESS的功率流的方法的实施例包括经由控制器分别预测第一和第二电池组的对应的第一和第二端电压。这通过使用对应的最大电气极限(例如，最大电流或电压极限)来实现，该极限可以由电池组的制造商提供或以其他方式提供给控制器。该方法包括经由控制器接收多电池组RESS的请求的操作模式，然后基于请求的操作模式选择第一或第二端电压作为选择的电压。当请求的操作模式是放电模式时，可以选择较大/最大的端电压，而当请求的操作模式是充电模式时，可以选择较小/最小的端电压。

该特定实施例中的方法包括：使用选择的电压和对应的电池状态空间模型来预测流过每个P连接电池组的电池组电流；以及使用电池组电流来预测多电池组RESS在预定的预测时域内的总功率容量，这又生成预测功率容量值。该方法还包括使用多个预测功率容量值经由控制器在预定的预测时域内控制请求的操作模式。

该方法可以包括：在快速充电操作期间，经由多电池组RESS从所述非车载快速充电站接收快速充电电压和电流。在这种情况下，请求的操作模式是充电模式。在这样的实施例中，通过经由控制器控制快速充电操作，在充电模式期间进行对请求的操作模式的控制。

请求的操作模式可以是放电模式，并且请求的操作模式可能包括经由多电池组RESS和功率逆变器模块给旋转电机通电。