专利名称：组合式pi反馈与前馈单格电池平衡方法
技术领域：
本发明总体涉及蓄电池组单格电池平衡，并且尤其涉及用于平衡蓄电池组中的单格电池电荷状态的方法与系统，其同时使用反馈与前馈控制，并且其考虑了同时由单格电池之间的自放电率偏差与单格电池之间的容量偏差引起的电荷状态不同，以及电子测量/控制系统的寄生载荷的偏差。
背景技术：
电动车辆与汽油电动或柴油电动混合动力车辆在现今的汽车市场中迅速获得普及。电动与混合动力电动车辆提供几种令人满意的特征，例如在消费者层级上降低或消除排放与石油基燃料消耗，以及潜在的低操作成本。电动与混合动力电动车辆的关键部件/子系统为蓄电池组，其可以代表车辆成本的相当一部分。这些车辆中的蓄电池组通常由许多相互连接的单格电池组成，其能够根据需求输送大量电力。最大化蓄电池组性能与寿命是电动与混合动力电动车辆的设计与操作中的关键考虑因素。在由成百个单格电池组成的蓄电池组中，不可避免地存在各个单格电池性能的某些变化，并且这种变化随着蓄电池组老化而增加。例如，如果蓄电池组中的所有单格电池满充，并且随后将蓄电池组用于为车辆提供动力，由于内阻与自放电率偏差，则一些单格电池将比其他单格电池略微更快的放电。能量存储容量也可能因单格电池而异。为了最大化蓄电池组耐久性与车辆行驶里程，重要的是最小化单格电池之间的电荷状态的变化。平衡蓄电池组中的单格电池之间的电荷状态的普通方法在于通过电阻选择性地释放更高的电荷状态的单格电池。通常要根据每个单格电池的电荷状态与蓄电池组内所有单格电池的平均电荷状态的相对关系来确定该单格电池的电阻放电量。虽然上述当前的单格电池平衡方法在平衡蓄电池组中单格电池之间的电荷状态中起一点作用，但其并不考虑单格电池容量偏差。也就是说，在驱动循环开始时，带有更低能量存储容量的单格电池可能具有较高的电荷状态，这是因为该单格电池以快于蓄电池组中其他单格电池的速率充电。如果在驱动循环开始时，正是更低的容量使得单格电池具有更高电荷状态，则该单格电池可以在驱动循环过程中自然地使电荷状态与蓄电池组其余部分平衡，而对该单格电池电阻放电可能会过分地补偿该单格电池并且使得该单格电池放电过快。存在对蓄电池组单格电池电荷状态平衡方法的需求，该方法同时考虑了单格电池之间的自放电率偏差和能量存储容量偏差。这种方法可以改进单格电池电荷状态平衡性能，并且最小化不必要的电阻放电以及相关的蓄电池组老化，因此实现通过提高蓄电池组寿命并且增加车辆行驶里程而增加用户满意度。
发明内容
根据本发明的教导，公开了一种使用结合了前馈控制的比例-积分反馈控制的用于蓄电池组单格电池电荷状态平衡的方法与系统。比例-积分反馈控制作用于误差信号，其为前一驱动循环中所有单格电池的平均放电量与前一驱动循环中特定单格电池的放电量之间的差异。因此，反馈项基于单个单格电池放电是否快于或慢于驱动过程中蓄电池组平均值，其中放电更快的单格电池将接收降低的电阻放电。前馈控制作用于驱动循环开始时单个单格电池的电荷状态与驱动循环开始时蓄电池组平均电荷状态之间的差异。确定每个单格电池的电阻平衡接通时间工作循环的整体控制付出为比例-积分反馈控制信号与前馈控制信号之和。结合附图，本发明的额外特征将从以下的说明与所附权利要求中变得明显。本发明还提供了如下方案:
方案1.一种用于蓄电池组的电荷状态平衡系统，所述电荷状态平衡系统包括:
用于采集所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态数据的监控模块，所述监控模块提供代表当前加电与之前加电的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态以及所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态的信号；
响应于来自所述监控模块的所述信号的反馈控制模块，所述反馈控制模块配置成计算所述蓄电池组中每个单格电池的反馈控制付出，其中，所述反馈控制付出说明了所述蓄电池组中每个单格电池的能量存储容量；
响应于来自所述监控模块的所述信号的前馈控制模块，所述前馈控制模块配置成计算所述蓄电池组中每个单格电池的前馈控制付出，其中，所述前馈控制付出说明了所述蓄电池组中每个单格电池的相对电荷状态；以及
响应于来自所述反馈控制模块与所述前馈控制模块的所述信号的单格电池平衡硬件模块，其中，所述单格电池平衡硬件模块使用所述反馈控制付出与所述前馈控制付出之和，以平衡所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态。方案2.根据方案I所述的电荷状态平衡系统，其特征在于，所述监控模块测量所述蓄电池组中每个单格电池的温度以及所述蓄电池组中每个单格电池的开路电压，并且使用所述温度与所述开路电压，以确定每次加电时所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态。方案3.根据方案I所述的电荷状态平衡系统，其特征在于，所述反馈控制模块使用比例-积分控制例程计算所述反馈控制付出。方案4.根据方案3所述的电荷状态平衡系统，其特征在于，所述比例-积分控制例程对值与Λ值之间的差进行操作，其中，八5 6:_值为当前加电时的所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态与之前加电时的所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态之间的差，并且值为当前加电时的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态与之前加电时的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态之间的差。方案5.根据方案I所述的电荷状态平衡系统，其特征在于，所述前馈控制模块计算当前加电时的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态与当前加电时的所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态之间的差的函数。方案6.根据方案I所述的电荷状态平衡系统，其特征在于，所述单格电池平衡硬件模块使用电阻放电，以平衡所述蓄电池组中的每个单格电池的电荷状态。方案7.根据方案6所述的电荷状态平衡系统，其特征在于，在带有基于所述反馈控制付出与所述前馈控制付出之和的接通时间百分比的通闭工作循环中应用所述电阻放电。方案8.根据方案I所述的电荷状态平衡系统，其特征在于，将所述蓄电池组用于电动车辆中。方案9.一种具有电荷状态平衡的蓄电池组系统，所述蓄电池组系统包括:
蓄电池组包括多个单个单格电池；
用于采集所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态数据的监控模块，所述监控模块与所述蓄电池组相通讯，所述监控模块提供代表当前加电与之前加电的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态以及所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态的信号；
响应于来自所述监控模块的所述信号的反馈控制模块，所述反馈控制模块配置成计算所述蓄电池组中每个单格电池的反馈控制付出，其中，所述反馈控制付出说明了所述蓄电池组中每个单格电池的能量存储容量；
响应于来自所述监控模块的所述信号的前馈控制模块，所述前馈控制模块配置成计算所述蓄电池组中每个单格电池的前馈控制付出，其中，所述前馈控制付出说明了所述蓄电池组中每个单格电池的相对电荷状态；以及
响应于来自所述反馈控制模块与所述前馈控制模块的所述信号的单格电池平衡硬件模块，所述单格电池平衡硬件模块与所述蓄电池组相通讯，其中，所述单格电池平衡硬件模块使用所述反馈控制付出与所述前馈控制付出之和，以平衡所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态。方案10.根据方案9所述的蓄电池组系统，其特征在于，所述监控模块测量所述蓄电池组中每个单格电池的温度以及所述蓄电池组中每个单格电池的开路电压，并且使用所述温度与所述开路电压，以确定每次加电时所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态。方案11.根据方案9所述的蓄电池组系统，其特征在于，所述反馈控制模块使用比例-积分控制例程，其对值与Λ值之间的差进行操作，其中，NSOCmem当前加电时的所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态与之前加电时的所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态之间的差，并且值为当前加电时的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态与之前加电时的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态之间的差。方案12.根据方案9所述的蓄电池组系统，其特征在于，所述前馈控制模块计算当前加电时的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态与当前加电时的所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态之间的差的函数。方案13.根据方案9所述的蓄电池组系统，其特征在于，所述单格电池平衡硬件模块使用电阻放电，以平衡所述蓄电池组中的每个单格电池的电荷状态，并且在具有基于所述反馈控制付出与所述前馈控制付出之和的接通时间百分比的通闭工作循环中应用所述电阻放电。方案14.一种用于平衡用于为器械提供动力的蓄电池组中单格电池的电荷状态的方法，所述方法包括:
收集电荷状态数据，其包括在给器械的每次加电时所述蓄电池组中的每个单格电池的电荷状态；
计算所述蓄电池组中每个单格电池的反馈控制付出，其中，使用电荷状态数据计算所述反馈控制付出，并且所述反馈控制付出说明所述蓄电池组中每个单格电池的能量存储容量;
计算所述蓄电池组中每个单格电池的前馈控制付出，其中，使用电荷状态数据计算所述前馈控制付出，并且所述前馈控制付出说明所述蓄电池组中每个单格电池的相对电荷状态；
组合所述反馈控制付出与所述前馈控制付出，以确定所述蓄电池组中每个单格电池的整体控制付出；以及
在单格电池平衡模块中使用整体控制付出，以平衡所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态。方案15.根据方案14所述的方法，其特征在于，计算反馈控制付出包括使用比例-积分控制器。方案16.根据方案15所述的方法，其特征在于，所述比例-积分控制器对Δ SOCmean值与Λ SOCi值之间的差进行操作，其中，△ SOCmean值为当前加电时的所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态与之前加电时的所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态之间的差，并且值为当前加电时的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态与之前加电时的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态之间的差。方案17.根据方案14所述的方法，其特征在于，计算前馈控制付出包括计算所述当前加电时的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态与当前加电时的所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态之差的函数。方案18.根据方案14所述的方法，其特征在于，所述蓄电池组中每个单格电池的整体控制付出表述为通闭工作循环的接通时间百分比。
方案19.根据方案14所述的方法，其特征在于，所述单格电池平衡模块使用电阻放电，以平衡所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态。方案20.根据方案14所述的方法，其特征在于，所述器械为电动车辆。
图1为示出了在驱动循环过程中的单个单格电池的电荷状态与蓄电池组平均电荷状态的曲线图，其中，传统的控制被用于电阻电荷状态平衡；
图2为使用结合前馈控制的比例-积分反馈控制的电荷状态平衡系统的框 图3为示出了在驱动循环过程中的单个单格电池的电荷状态与蓄电池组平均电荷状态的曲线图，其中，使用了图2的组合式比例-积分反馈与前馈电荷状态平衡控制器；以及图4为使用结合前馈控制器的比例-积分反馈控制的用于平衡蓄电池组中的单格电池的电荷状态的方法的流程图。
具体实施例方式涉及组合式比例-积分反馈与前馈单格电池电荷状态平衡方法的本发明实施例的以下论述在本质上仅仅是示例，并且决不旨在限制本发明或其应用或使用。例如，以下的论述涉及电动车辆蓄电池组中的单格电池电荷状态平衡，但该方法同样地可应用于其他车辆与非车辆应用中的蓄电池组。
电动车辆与汽油电动或柴油电动混合动力车辆(下文中共同地简称为“电动车辆”)中的蓄电池组通常由成百个单个的单格电池组成。锂离子为流行的可再充电蓄电池化学过程，并且每个锂离子单格电池产生大约3-4伏，取决于电荷状态。模块中串联连接的许多单格电池可以提供驱动电动车辆电机必须的高电压。并联连接的多个模块传递能量容量，以给电动车辆提供有用的行驶里程。 为了同时最大化车辆行驶里程与蓄电池组寿命，重要的是平衡蓄电池组中的单个单格电池的电荷状态，以使得所有单格电池落入小的电荷状态带中。通常通过电阻放电具有更高电荷状态的单个单格电池，从而将那些单格电池的电荷状态降低以更加接近蓄电池组平均值来完成电荷状态平衡。传统控制策略是确定“钥匙启动”(当车辆在驱动循环开始时发动)时蓄电池组中的每个单格电池电荷状态，并且基于该初始电荷状态，建立用于每个单格电池的电阻放电工作循环。特别地，单格电池的初始电荷状态在蓄电池组平均电荷状态之上越高，用于该单格电池的电阻放电的接通时间工作循环越长。该传统控制策略简单地起作用，以更快地消耗更高电荷状态单格电池，尽量将它们带回至平均值。图1为示出了在电动车辆的行驶循环的过程中，单个单格电池的电荷状态以及蓄电池组中的所有单格电池的整体平均电荷状态的曲线图10。曲线图10示出了使用上述传统平衡控制策略时单个单格电池电荷状态发生了何种情况。在曲线图10中，水平轴12表示时间，并且垂直轴14表示电荷状态。水平轴12从零秒时刻运行至行驶循环的终点时刻，其通常差不多可以处于半小时(1800秒)至一小时(3600秒)的范围中。垂直轴14示出了从0%至100%的电荷状态。曲线16表示蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态。曲线18表示蓄电池组中单个单格电池的电荷状态。从曲线16可以看出，平均电荷状态开始于相当高的水平，接近80%。曲线18示出了单个单格电池在钥匙启动时具有更高的电荷状态，大约85%。当车辆经历其驱动循环时，平均电荷状态如预期的下降，如由曲线16所示的。单个单格电池电荷状态也下降，如由曲线18所示的。然而，因为单个单格电池的电荷状态在钥匙启动时高于平均值，所以除了将能量提供至车辆，还对单个单格电池电阻放电；因此，其放电率快于平均值。如上所述，电阻放电的量旨在在普通驱动循环过程中将单个单格电池的电荷状态带回至平均值。然而，如果单个单格电池具有更高的初始电荷状态，因为其具有较低的能量存储容量(并且，因此在充电过程中充电更快)，随后在钥匙启动时计算的电阻放电将过度补偿，并且使得单格电池的电荷状态在驱动循环过程中下降到平均值之下非常多。这种现象可以在曲线10上可见。考虑到蓄电池组中的普通单格电池具有45安培小时的容量，因而由曲线18表示的单个单格电池具有比平均值低10%的容量，或40.5安培小时。不考虑单格电池的能量存储容量的上述传统电荷状态平衡控制策略使得由曲线18表示的单个单格电池在驱动循环过程中下降到平均值之下非常多。这种模式中蓄电池组中的一些单个单格电池由于低能量存储容量在每个循环上比平均值更高地充电与更高地放电的情况下，因此其不利于那些单格电池的寿命与性能。图2为电荷状态平衡系统20的框图，该平衡系统20克服了之前描述的传统电荷状态平衡控制策略的限制。该系统20不仅考虑了在钥匙启动时每个单个单格电池的电荷状态，而且考虑每个单格电池的能量存储容量，并且确定电阻放电工作循环，其在驱动或放电循环的过程中将每个单格电池的电荷状态带回至平均值的效果更好。蓄电池组22由许多单个单格电池24组成，如前所述。可以与蓄电池组22集成，或与蓄电池组22相电子通讯的监控系统26确定蓄电池组22中的每个单格电池24的电荷状态。虽然不可直接地可测量，但可以根据可测量的两个特性来确定每个单格电池24的电荷状态:单格电池24的温度以及单格电池24的开路(未加载)电压。通常，测量温度与开路电压，并且使用查询表确定每个单格电池24的电荷状态，这其中使用已知的针对特定结构单格电池的值。该测量与查询行为由监控系统26针对蓄电池组22中的每个单格电池24执行。四个不同的参数作为来自监控系统26的输出而提供:当前钥匙循环的蓄电池组22中的所有单格电池24的平均电荷状态，在线30上；之前钥匙循环的蓄电池组22中的所有单格电池24的平均电荷状态，在线32上；当前钥匙循环的每个单个单格电池i的电荷状态，在线34上；以及之前钥匙循环的每个单个单格电池i的电荷状态，在线36上。术语“钥匙循环”描述了电动车辆的钥匙启动或加电。也就是说，当前钥匙循环为刚刚发生的车辆的钥匙启动，准备在当前驱动旅途上驱动车辆。之前钥匙循环为之前驱动旅途的车辆的钥匙启动，其可以在不到一小时之前、几天之前、或两者之间的任意时候发生。在方框40中，计算当前钥匙循环的蓄电池组22中的所有单格电池24的平均电荷状态(线30上)与之前钥匙循环的蓄电池组22中的所有单格电池24的平均电荷状态(线32上)之间的差作为值、SOCmean。也就是说，在方框40中，从线30上的值中减去线32上的值。在方框40中计算的值Λ表示在之前的驱动循环中，蓄电池组22中的所有单格电池24的平均电荷状态降低多少。在方框42中，为每个单个单格电池i计算当前钥匙循环的每个单个单格电池i的电荷状态(线34上)与之前钥匙循环的每个单个单格电池i的电荷状态(线36上)之间的差作为值LSOCi0也就是说，在方框42中，对于每个单个单格电池i，从线34上的值减去线36上的值。在方框42中计算的值LSOCi表示在之前的驱动循环中，蓄电池组22中的每个单独单格电池i的电荷状态降低多少。在求和点44中，从来自方框40的值Λ SOCmean减去来自方框42的值Λ SOCi。因此，作为来自求和点44的输出而提供的信号指定在之前驱动循环过程中每个单个单格电池i的放电比平均值多多少或者少多少。可以将该信号视为将由比例-积分控制器46使用的误差信号。比例-积分控制器46使用标准比例-积分控制策略确定反馈控制付出。本领域技术人员应该理解的是，比例-积分控制器同时计算比例项与积分项，比例项与来自求和点44的误差信号成比例，积分项与来自求和点44的误差信号的积分成比例。为了清楚地描述在电荷状态平衡系统20中使用的控制策略，示出了方框40与42以及求和点44。然而，实际上，方框40与42以及求和点44可以与比例-积分控制器46相合并；在这种情况中，比例-积分控制器46可以接收线30、32、34以及36上的信号，并且直接计算每个单个单格电池i的反馈控制付出。在方框48中，计算当前钥匙循环的每个单个单格电池i的平均电荷状态(线34上)与当前钥匙循环的蓄电池组22中的所有单格电池24的电荷状态(线30上)之间的差作为每个单个单格电池i的前馈控制付出。因此，在方框48中计算的前馈控制付出实施前述传统单格电池平衡控制策略，其中，越高电荷状态的单格电池接收比其它单格电池越多电阻放电。在求和点50中，来自比例-积分控制器46的反馈控制付出与来自方框48的前馈控制付出相结合。求和点50的输出代表每个单个单格电池i的总体控制付出，其中，用电阻放电的接通时间百分比来表述控制付出。将求和点50的输出提供至单格电池平衡硬件模块52，其连接至蓄电池组22，并且完成每个单个单格电池i上的电阻放电电荷状态平衡。固定在单格电池平衡硬件模块52中使用的放电电阻器的电阻。因此，使用通闭工作循环来改变应用于每个单个单格电池i的电阻放电量，其中，从求和点50提供通闭工作循环的接通时间百分比。因此电荷状态平衡系统20不仅包含每个单个单格电池i是否具有高于平均值的电荷状态(经由方框48中的前馈控制付出)，而且包含每个单个单格电池i的能量存储容量(经由来自比例-积分控制器46的反馈控制付出)。图3为示出了在电动车辆的驱动循环过程中，单个单格电池i的电荷状态与蓄电池组22中的所有单格电池24的整体平均电荷状态的曲线图110。曲线图110示出了上述电荷状态平衡系统20如何可以增加电荷状态平衡性能。在曲线图110中，水平轴112表示时间，并且垂直轴114表示电荷状态。曲线图110在各方面均相似于图1中的曲线图10，除了一点；也就是说，在曲线图110上，单个单格电池电荷状态汇聚于平均单格电池电荷状态，而不是超调并且变成被过度放电。这将在以下进一步论述。曲线116表示蓄电池组22中所有单格电池24的平均充电状态。曲线118表示蓄电池组22中单个单格电池i的电荷状态。可以从曲线116中看到的是，平均电荷状态开始于相当高的水平，接近80%。曲线118示出了单个单格电池i在钥匙启动时具有更高的电荷状态，大约85%。当车辆经历其驱动循环时，平均电荷状态如预期地下降，如由曲线116所示的。单个单格电池电荷状态也下降，如由曲线118所示的。然而，如上所述，因为单个单格电池i可能具有较低的能量存储容量；因此，即使没有电阻放电，其放电率也快于平均值。使用图2中的单格电池电荷状态平衡系统20。可以考虑单个单格电池i的减小的能量存储容量。这命令将更少的(如果有的话)电阻放电应用于单个单格电池i，并且结果是，单个单格电池i的电荷状态在驱动循环过程中收敛于平均值，而不是如图1的曲线图10上所示的超调。图4为同时使用比例-积分反馈控制与前馈控制平衡蓄电池组中单格电池电荷状态的方法的流程图120。在方框122中，确定车辆钥匙启动(或使用蓄电池组22为任意器械提供动力)时蓄电池组22中每个单个单格电池i的电荷状态。如之前所论述的，必须提供当前钥匙启动循环与之前钥匙启动循环的蓄电池组22中的每个单个单格电池i的电荷状态与所有单格电池24的平均电荷状态，从而使得所公开的控制方法能够使用。在方框124中，计算当前钥匙循环的蓄电池组22中的所有单格电池24的平均电荷状态与之前钥匙循环的蓄电池组22中的所有单格电池24的平均电荷状态之间的差作为值NSOCmem0在方框126中，计算当前钥匙循环的每个单个单格电池i的电荷状态与之前钥匙循环的每个单个单格电池i的电荷状态之间的差作为每个单个单格电池i的值LSOCi0在方框128中，从来自方框124的值LSOCmem中减去来自方框126的值LSOCi0因此，来自方框128的输出指定在之前的驱动循环中每个单个单格电池i的放电比平均值多多少或少多少。这个值可被用于在方框130处确定每个单个单格电池i的反馈控制付出。使用标准的比例-积分控制逻辑确定方框130处的反馈控制付出。如以前针对电荷状态平衡系统20中的元件40-46所讨论的，可以合并方框124-130的流程步骤，以在方框130中，使用来自方框124与126的输入数据直接计算每个单个单格电池i的反馈控制付出。在方框132中，计算当前钥匙循环的每个单个单格电池i的电荷状态与当前钥匙循环的蓄电池组22中所有单格电池24的平均电荷状态之间的差作为每个单个单格电池i的前馈控制付出。在方框134中，将来自方框130中的比例-积分控制计算的反馈控制付出与来自方框132的前馈控制付出组合。方框134的输出为每个单个单格电池i的整体控制付出，表达为工作循环接通时间百分比，并且在方框136中通过单格电池平衡硬件模块52使用方框134的输出。此处公开的组合式比例-积分反馈与前馈控制的方法提供了提高的多单格电池蓄电池组中的单格电池电荷状态平衡。其原因是由于同时考虑了当前单格电池电荷状态与单格电池能量存储容量，并且在确定应用于每个单格电池的电阻放电多少中同时使用这两个因素。通过避免在一些单格电池中过度应用电阻放电，从而可获得更多用于驱动车辆的能量。并且提高了蓄电池组的长期耐久性。所得到的提高的车辆行驶里程以及提高的产品耐久性同时增加了消费者满意度，其进而导致车辆制造商销售更多。前述内容仅公开与描述了本发明的典型实施例。本领域技术人员将从这些论述与附图以及权利要求中认识到的是，在不脱离如以下权利要求所限定的本发明的精神与范围的情况下，可以在其中进行各种改变、修改与变型。
权利要求
1.一种用于蓄电池组的电荷状态平衡系统，所述电荷状态平衡系统包括: 用于采集所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态数据的监控模块，所述监控模块提供代表当前加电与之前加电的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态以及所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态的信号； 响应于来自所述监控模块的所述信号的反馈控制模块，所述反馈控制模块配置成计算所述蓄电池组中每个单格电池的反馈控制付出，其中，所述反馈控制付出说明了所述蓄电池组中每个单格电池的能量存储容量； 响应于来自所述监控模块的所述信号的前馈控制模块，所述前馈控制模块配置成计算所述蓄电池组中每个单格电池的前馈控制付出，其中，所述前馈控制付出说明了所述蓄电池组中每个单格电池的相对电荷状态；以及 响应于来自所述反馈控制模块与所述前馈控制模块的所述信号的单格电池平衡硬件模块，其中，所述单格电池平衡硬件模块使用所述反馈控制付出与所述前馈控制付出之和，以平衡所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态。
2.根据权利要求1所述的电荷状态平衡系统，其特征在于，所述监控模块测量所述蓄电池组中每个单格电池的温度以及所述蓄电池组中每个单格电池的开路电压，并且使用所述温度与所述开路电压，以确定每次加电时所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态。
3.根据权利要求1所述的电荷状态平衡系统，其特征在于，所述反馈控制模块使用比例-积分控制例程计算所述反馈控制付出。
4.根据权利要求3所述的电荷状态平衡系统，其特征在于，所述比例-积分控制例程对值与Λ5^6；.值之间的差进行操作，其中，值为当前加电时的所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态与之前加电时的所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态之间的差，并且值为当前加`电时的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态与之前加电时的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态之间的差。
5.根据权利要求1所述的电荷状态平衡系统，其特征在于，所述前馈控制模块计算当前加电时的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态与当前加电时的所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态之间的差的函数。
6.根据权利要求1所述的电荷状态平衡系统，其特征在于，所述单格电池平衡硬件模块使用电阻放电，以平衡所述蓄电池组中的每个单格电池的电荷状态。
7.根据权利要求6所述的电荷状态平衡系统，其特征在于，在带有基于所述反馈控制付出与所述前馈控制付出之和的接通时间百分比的通闭工作循环中应用所述电阻放电。
8.根据权利要求1所述的电荷状态平衡系统，其特征在于，将所述蓄电池组用于电动车辆中。
9.一种具有电荷状态平衡的蓄电池组系统，所述蓄电池组系统包括: 蓄电池组包括多个单个单格电池； 用于采集所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态数据的监控模块，所述监控模块与所述蓄电池组相通讯，所述监控模块提供代表当前加电与之前加电的所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态以及所述蓄电池组中所有单格电池的平均电荷状态的信号； 响应于来自所述监控模块的所述信号的反馈控制模块，所述反馈控制模块配置成计算所述蓄电池组中每个单格电池的反馈控制付出，其中，所述反馈控制付出说明了所述蓄电池组中每个单格电池的能量存储容量； 响应于来自所述监控模块的所述信号的前馈控制模块，所述前馈控制模块配置成计算所述蓄电池组中每个单格电池的前馈控制付出，其中，所述前馈控制付出说明了所述蓄电池组中每个单格电池的相对电荷状态；以及 响应于来自所述反馈控制模块与所述前馈控制模块的所述信号的单格电池平衡硬件模块，所述单格电池平衡硬件模块与所述蓄电池组相通讯，其中，所述单格电池平衡硬件模块使用所述反馈控制付出与所述前馈控制付出之和，以平衡所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态。
10.一种用于平衡用于为器械提供动力的蓄电池组中单格电池的电荷状态的方法，所述方法包括: 收集电荷状态数据，其包括在给器械的每次加电时所述蓄电池组中的每个单格电池的电荷状态； 计算所述蓄电池组中每个单格电池的反馈控制付出，其中，使用电荷状态数据计算所述反馈控制付出，并且所述反馈控制付出说明所述蓄电池组中每个单格电池的能量存储容量; 计算所述蓄电池组中每个单格电池的前馈控制付出，其中，使用电荷状态数据计算所述前馈控制付出，并且所述前馈控制付出说明所述蓄电池组中每个单格电池的相对电荷状态； 组合所述反馈控制付出与所述前馈控制付出，以确定所述蓄电池组中每个单格电池的整体控制付出；以 及 在单格电池平衡模块中使用整体控制付出，以平衡所述蓄电池组中每个单格电池的电荷状态。
全文摘要
本发明涉及组合式PI反馈与前馈单格电池平衡方法。一种使用结合前馈控制的比例-积分反馈控制、用于蓄电池组单格电池电荷状态平衡的方法与系统。比例-积分反馈控制对之前驱动循环中所有单格电池的平均放电与之前驱动循环中特定单格电池的放电之间的差起作用。因此，反馈项基于在驱动过程中单个单格电池放电是否比蓄电池组平值更快或更慢。放电更快的单格电池将接收减少的电阻放电平衡。前馈控制对在当前驱动循环开始时单个单格电池的电荷状态与蓄电池组平均电荷状态之间的差起作用。为每个单格电池确定电阻排放平衡接通时间工作循环的整体控制付出为反馈控制信号与前馈控制信号之和。
文档编号H02J7/00GK103166281SQ20121052186
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月7日 优先权日2011年12月8日
发明者W.刘, J.T.格林 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司