用于控制能量储存装置的方法和系统制造方法及图纸

一种系统及其使用方法包括控制器，其响应绝对值或相对斜率的偏差，并且可操作以终止能量储存装置中的放电操作。绝对值或相对斜率按照取样频率基于所测量操作参数、例如电位和电流的组合来确定。绝对值或相对斜率的任何偏差指示已经达到系统的可用能量中的阈值极限，例如当装置中的活性材料处于耗尽点时，从而指示需要停止放电操作。系统和方法实时地进行操作，从而提供关于装置的瞬时SOH信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制能量储存装置的方法和系统
本专利技术的实施例涉及能量储存装置。其它实施例涉及用于确定能量储存装置的荷电状态的方法。
技术介绍
各种电力应用要求操作期间的可靠蓄电池操作和准确监测。例如，当主电源停止提供电力(例如因故障)时，不间断电源(UPS)向诸如计算或电信装置之类的负载提供备用电力。UPS蓄电池荷电状态的准确监测允许用户在UPS蓄电池达到放电结束条件之前适当地保存信息并且关闭装置。作为另一个示例，电动车辆蓄电池提供电力以推进车辆。车辆蓄电池放电状态的准确监测向电动车辆的操作人员提供关于他们在电动车辆停止之前能够驾驶多少时间的指示，以防止对车辆蓄电池的过放电损坏。在近来的方式中，通过连续跟踪来自多个传感器的数据，并且将这个数据与从蓄电池在初始放电循环所累积的存储数据或者与作为使用或循环的函数的蓄电池估计放电容量的基于理论模型进行比较，然后应用计算序列以确定蓄电池的荷电状态，来监测蓄电池系统。由于复杂传感器和计算的使用，包括对蓄电池的使用寿命或者对一个或多个放电循环的累积数据的存储和使用，这类系统能够证明是费用高并且麻烦的。此外，这种类型的系统要求使用收集数据的多个传感器、累积数据并且外推或确定蓄电池的使用寿命状态(与剩余循环、可使用电荷等有关的蓄电池的剩余使用寿命)的部件，但是仍然可能因下列情况所引起的、从传感器的错误读取而过早结束放电：蓄电池或者具有一个或多个电池或单元的蓄电池中的任一个电池的使用年限；单独蓄电池制造中的变化；当一个反应剂耗尽而第二个继续生存时生成错误终止指示符的混合蓄电池化学成分的使用；传感器的检测极限；等等。此外，由于这些相同参数，数据可生成剩余使用寿命的错误指示符，从而使蓄电池经受过放电，并且潜在地损坏蓄电池。在任一种情况下，蓄电池的使用寿命和/或健康的状态的状态确定潜在地是不准确的，从而导致蓄电池的欠使用或者过使用，这在后一种情况下能够导致永久损坏以及更换蓄电池的需要。因此，期望具有用于确定蓄电池的荷电、使用寿命和/或健康的状态——其与能够引起已知方法和系统中的错误读数并且使这类系统的操作和维护是麻烦和费用高的那些参数无关地确定——的系统和方法。
技术实现思路
在一个实施例中，提供一种管理系统，该系统包括操作上与能量储存装置耦合的测量装置。测量装置配置成测量能量储存装置的两个或更多操作参数。该系统包括控制器，其配置成以所指定频率从所测量操作参数来确定能量储存装置的放电效能指示符（dischargeeffectivenessindicator）。该控制器还配置成评估放电效能指示符的相对斜率或绝对值中的至少一个。相对斜率或绝对值用于表示能量储存装置的荷电状态的阈值极限的相对斜率或绝对值其中之一的偏差的瞬时检测。在偏差的检测时，控制器能够进行下列步骤之一或两者：发信号通知关于能量储存装置的放电结束、即EOD操作，和/或响应该检测而终止放电操作。在一个实施例中，装置是能量储存装置，以及所测量的参数可以是作为时间的函数所绘制的电位和电流。在另一个实施例中，所测量的参数可以是作为时间的函数所绘制的、单位为欧姆的放电电阻。在又一个实施例中，所测量的参数可以是作为时间的函数所绘制的电压。在上述系统的任一个中，因为测量和计算是瞬时的并且按照取样频率，以及仅表示在那个时刻的装置的实际操作，所以通过例如最初的装置的健康状态、操作温度、制造变化等所引起的装置的变化以及装置是具有混合化学成分的装置对装置的放电效能的确定是不相关的。因为所公开的管理系统提供参数的测量以及从其中的放电效能的计算以及然后对放电效能的绝对值和相对斜率的实时或动态确定，所以存在极少(即使有的话)能量储存装置的欠放电或过放电的可能性。重要的是要注意，测量和计算并且因而还有相对斜率与在打算提供同样信息的更复杂和麻烦的系统中证明是决定性的各种参数无关地确定。还提供的是一种用于控制能量储存系统的方法。该方法涉及发起与控制器进行可操作通信的能量储存系统中的放电操作，并且测量系统的电位和电流。控制器基于测量来执行瞬时计算，以确定系统的放电效能指示符，并且还从放电效能指示符的绝对值或相对斜率中的至少一个来生成能量曲线。测量和计算可按照取样频率重复，直至检测到绝对值或相对斜率中的至少一个的偏差，这时控制器发信号通知关于能量储存系统接近放电结束、终止能量储存系统的放电操作或者它们两者。在一个实施例中，系统包括至少两个或更多能量储存电池或单元。在这种情况下，虽然单独电池或单元代表使用年限、健康状态、制造细节、单独电池或单元上的工作温度的影响等的潜在变化，但是因为系统测量整个装置的操作参数，所以这类变化成为不相关的。系统而是生成表示在任何给定时间、即瞬时或动态的能量储存装置的整体状态的基于放电效能指示符的曲线，并且只有这个曲线的相对斜率用来确定装置随时间的放电效能。还提供的是一种用于确定能量储存系统的健康状态的方法。该方法涉及发起与控制器进行可操作通信的能量储存系统中的放电操作，并且测量系统的至少两个操作参数。控制器基于测量来执行计算，以确定系统的放电效能指示符，并且还从放电效能指示符的绝对值或相对斜率中的至少一个来生成能量曲线。测量和计算可按照取样频率重复，以便从能量曲线来评估能量储存系统的健康状态。在管理系统的另一个实施例中，管理系统包括测量装置，其配置成在操作上与能量储存装置耦合，以用于在能量储存装置的放电操作期间测量能量储存装置的两个或更多操作参数。管理系统还包括控制器，其配置成周期地从所测量操作参数来确定能量储存装置的放电效能指示符。例如，控制器可配置成每隔“n”秒(n=正实数)计算一次放电效能指示符，其中对于将要在典型放电操作中计算至少“m”次(m=正实数，例如50或100)的放电效能指示符来选择n。因此，规律间隔秒数n基于将要计算放电效能指示符的放电操作的平均长度t期间的次数m来确定，使得n=t/m。控制器还在确定放电效能指示符时(例如每次确定放电效能指示符时或者确定它的次数的某个子集)配置成检测放电效能指示符的相对斜率或绝对值中的至少一个的偏差。偏差表示能量储存装置的放电结束阈值极限。响应检测偏差，控制器配置成发信号通知关于放电结束操作和/或终止放电操作。基于本文更详细描述的概念和革新，本专利技术的这些及其它优点将变得显而易见。附图说明通过阅读以下参照附图的非限制性实施例的描述，将会更好地了解本专利技术，附图包括：图1是基于作为容量(Ah)的函数的增量能量(V*Ah=kWh)的放电效能指示符的图表，示出能量曲线的相对斜率的偏差。图2是作为时间(t)的函数的电阻(欧姆)的放电效能指示符的图表。图3是基于作为容量的函数的电位(V)的各种使用年限或条件的蓄电池的放电曲线的图表。图4是基于作为增量能量(V*Ah=kWh)的函数的电位(V)的放电效能指示符的图表。图5是基于作为容量(Ah)的函数的电阻变化(dV/dA)的放电效能指示符的图表，示出能量曲线的相对斜率的正偏差。图6A和图6B是按照本专利技术的实施例的系统和方法的示意图。具体实施方式本专利技术的实施例涉及用于动态确定能量储存装置的放电效能、以及在检测到已经达到装置的操作参数之内的阈值极限时终止装置的放电而没有使能量储存装置欠放电或过放电的系统和方法。更具体来说，基于由系统所生成的能量储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管理系统，包括：测量装置，配置成在操作上与能量储存装置耦合，以用于测量所述能量储存装置的两个或更多操作参数；以及控制器，配置成以所指定频率从所述所测量操作参数来确定所述能量储存装置的放电效能指示符；其中所述控制器还配置成评估所述放电效能指示符的相对斜率或绝对值的至少一个以及进行发信号通知关于所述能量储存装置的放电操作结束或者响应所述检测而终止所述放电操作中的至少一个，所述相对斜率或所述绝对值用于所述相对斜率或所述绝对值其中之一的偏差的瞬时检测，所述偏差表示所述能量储存装置的荷电状态的阈值极限。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.28 US 13/338,3801.一种管理系统，包括：测量装置，配置成在操作上与能量储存装置耦合，以用于测量所述能量储存装置的两个或更多操作参数；以及控制器，配置成：以所指定频率对所测量操作参数执行瞬时计算来确定所述能量储存装置的放电效能指示符；评估所述放电效能指示符的相对斜率或绝对值的至少一个；在执行瞬时检测到所述绝对值或相对斜率中的至少一个的偏差时，所述控制器发信号通知关于所述能量储存装置的放电操作结束、响应检测而终止所述放电操作或者进行这两个操作，其中，所述放电效能指示符包括瞬时测量电位和电容、放电电阻和时间、电压和容量或者具有线性关系的参数的指示符；其中，所述偏差表示所述能量储存装置的荷电状态的阈值极限。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述绝对值和相对斜率基于电位和电荷的所述操作参数的瞬时测量。3.如权利要求2所述的系统，其中，所述放电效能指示符通过下列表达式来定义：DischEff＝V*Int(Idt)其中：V*是电位；以及dt是时间的微分算子；以及所述放电效能指示符的所述相对斜率的定义通过下列表达式来定义：RelSlope(k)＝{DischEff(k)-DischEff(k-1)}/{Ah(k)-Ah(k-1)}其中：k是当前导出参数的索引；以及k-1是先前导出参数的索引；其中，Ah是单位为安培小时的放电量。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述绝对值和相对斜率基于电阻和时间的所述操作参数的瞬时测量。5.如权利要求4所述的系统，其中，所述相对斜率通过下列表达式来定义：其中：Rdisch是所述能量储存装置的所述放电电阻；R的单位为欧姆；VoC是开路电位；V(t)是能量储存装置电位的最近测量；V的单位为伏特；I(t)是电流的最近测量；I的单位为安培。6.如权利要求1所述的系统，其中，所述能量储存装置的所述荷电状态的所述阈值极限与所述能量储存装置的放电结束状态相关。7.如权利要求1所述的系统，其中，当所述能量储存装置中的活性材料处于耗尽点时达到所述阈值极限。8.如权利要求7所述的系统，其中，当所述能量储存装置的荷电状态处于所述放电操作的发起之前的所述能量储存装置的真实容量荷电状态的1％至10％之间时达到所述阈值极限。9.如权利要求1所述的系统，其中，所述测量装置配置成在操作上与具有一个或多个电池或单元的所述能量储存装置耦合，并且所述控制器配置成使得所述相对斜率或绝对值的偏差与所述电池或单元中的健康状态、工作温度或者产生于制造的变化中的一个或多个的变化无关。10.如权利要求1所述的系统，其中，所述储存装置是具有混合化学成分的电化学装置。11.一种用于控制能量储存系统的方法，所述方法包括：(a)发起与控制器进行可操作通信的能量储存系统中的放电操作；(b)测量电位和电流；(c)所述控制器基于在步骤(b)的所述测量来执行瞬时计算，以确定放电效能指示符；所述放电效能指示符包括瞬时测量电位和电容、放电电阻和时间、电压和容量或者具有线性关系的参数的指示符；(d)从所述步骤(c)计算来生成能量曲线，并且确定所述放电效能指示符的绝对值或相对斜率中的至少一个；(e)以取样频率重复步骤(b)-(d)，直至检测到所述绝对值或者所述相对斜率中的所述至少一个的偏差；其中，所述偏差表示所述能量储存装置的荷电状态的阈值极限；以及(f)在检测到所述绝对值或者所述相对斜率中的所述至少一个的偏差时，所述控制器发信号通知关于所述能量储存系统接近放电结束、终止所述能量储存系统的所述放电操作或者进行这两个操作。12.如权利要求11所述的方法，其中，所述取样频率包括在所述放电操作的期间上至少100次。13.如权利要求11所述的方法，其中，在步骤(d)所确定的所述放电效能指示符提供所述能量储存系统的当前健康状态的瞬时度量。14.如权利要求11所述的方法，其中，所述绝对值或者所述相对斜率中的所述至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：CJ歘，J苏德沃尔思，R布尔，V博肯富索，D詹姆斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US