ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ЗАРЯДА Российский патент 2012 года по МПК G01R31/36 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к определению состояния заряда аккумуляторных батарей. Более точно, изобретение относится к способу, устройству и компьютерному программному продукту для определения состояния заряда по меньшей мере одной аккумуляторной батареи, а также к компенсатору мощности для линии передачи электроэнергии, включающему в себя такое устройство.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Аккумуляторные батареи используются во многих применениях. Одно из таких применений имеет отношение к компенсации мощности линий электропередачи.

Из US 6747370 известна система компенсации мощности, использующая высокотемпературную вторичную аккумуляторную батарею. Цель системы компенсации состоит в создании экономичного основанного на высокотемпературной вторичной аккумуляторной батарее накопителя энергии, который имеет функцию ограничения максимума нагрузки, функцию выравнивания нагрузки и функцию стабилизации качества. Известная система содержит систему электропитания, электрическую нагрузку и систему накопления энергии, включающую в себя высокотемпературную вторичную аккумуляторную батарею, и систему преобразования мощности. Аккумуляторная батарея является серно-натриевой аккумуляторной батареей.

Система размещена на конце линии электропередачи. Нагрузкой является производственное предприятие, нормальный рабочий режим которого обеспечивается электропитанием от линии электропередачи. В случае аварийного отключения электропитания, быстродействующий выключатель отсоединяет линию электропередачи, и взамен подается электропитание с вторичной аккумуляторной батареи. Одновременно запускается резервный генератор. Известная система, имеющая серно-натриевую аккумуляторную батарею, показывает, что система компенсации мощности выдает низкую мощность в течение длительного времени.

В одном из режимов работы, аккумуляторная батарея поставляет дополнительную энергию на производственное предприятие в течение дневного времени, наряду с подзарядкой в течение ночи. Для того чтобы питать производственное предприятие бесперебойным силовым питанием, скомпоновано десять параллельно соединенных блоков аккумуляторных батарей на 1280 В, каждый из которых имеет преобразователь на 500 кВт. В дополнительном варианте воплощения, десять параллельно соединенных блоков аккумуляторных батарей соединены параллельно последовательно с преобразователем на 5 МВт. В этом варианте воплощения, группа запасных аккумуляторных батарей предназначена для использования со схемой высокотемпературной аккумуляторной батареи. В случае блока аккумуляторной батареи, имеющего неисправность, неисправный блок отсоединяется, и запасная группа соединяется параллельно со схемой.

Из US 6924623 известны способ и устройство для оценки состояния вторичной аккумуляторной батареи. Цель устройства и способа состоит в том, чтобы выдавать оценку быстрее и подробнее по сравнению с традиционными способами и устройствами. Известный способ включает в себя этапы изменения зарядного тока и расчета количества электричества. Раскрытый способ предпочтительно направлен на выяснение степени разряда.

В этих типах систем важно знать состояние заряда (SOC) аккумуляторной батареи, для того чтобы быть способным лучше принимать решение, когда и как аккумуляторная батарея должна присоединяться к такой энергосистеме.

Это состояние заряда не так легко определить, так как различные состояния аккумуляторной батареи, которые имеют решающее значение для состояния заряда, являются внутренними и не могут быть легко измерены.

US 6534954 описывает использование фильтра Калмана или расширенного фильтра Калмана, который используется для определения состояния заряда аккумуляторной батареи. Использование фильтра Калмана является хорошим способом для определения состояния заряда. Состояние заряда, согласно US 6534954, является одним из внутренних состояний фильтра.

Есть возможности для улучшения определения состояния заряда аккумуляторной батареи с использованием фильтра Калмана.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение направлено на обеспечение улучшенного определения состояния заряда аккумуляторной батареи с использованием фильтра Калмана.

Одна из задач настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ для определения состояния заряда по меньшей мере одной аккумуляторной батареи, который дает лучшие оценки состояния заряда.

Эта задача согласно первому аспекту настоящего изобретения достигается благодаря способу для определения состояния заряда по меньшей мере одной аккумуляторной батареи, содержащему этапы, на которых: создают предсказания внутренних состояний аккумуляторной батареи на основании модели для аккумуляторной батареи, где каждое внутреннее состояние имеет отношение к распределению заряда в аккумуляторной батарее, корректируют предсказания внутренних состояний в зависимости от измеренных свойств аккумуляторной батареи, применяют скорректированные предсказания внутренних состояний при создании по меньшей мере одного последующего предсказания внутреннего состояния, и выдают оцененное состояние заряда в качестве функции предсказанных внутренних состояний.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство для определения состояния заряда по меньшей мере одной аккумуляторной батареи, которое дает лучшие оценки состояния заряда.

Эта задача согласно второму аспекту настоящего изобретения достигается благодаря устройству для определения состояния заряда по меньшей мере одной аккумуляторной батареи, содержащему:

блок предсказания внутренних состояний, выполненный с возможностью для

создания предсказания внутренних состояний упомянутой аккумуляторной батареи на основании модели для аккумуляторной батареи, где каждое внутреннее состояние имеет отношение к распределению заряда в аккумуляторной батарее,

корректировки предсказания внутренних состояний в зависимости от измеренных свойств аккумуляторной батареи,

применения скорректированного предсказания внутренних состояний при создании по меньшей мере одного последующего предсказания внутреннего состояния, и

блок определения состояния заряда, выполненный с возможностью выдачи оцененного состояния заряда в качестве функции предсказанных внутренних состояний.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить компенсатор мощности, который включает в себя устройство определения заряда, которое дает лучшие оценки состояния заряда для по меньшей мере одной аккумуляторной батареи.

Эта задача, согласно третьему аспекту настоящего изобретения, достигается благодаря компенсатору мощности для линии передачи электроэнергии, содержащему:

преобразователь источника напряжения,

по меньшей мере одну аккумуляторную батарею, и

устройство контроля заряда, включающее в себя

блок выбора батарейного питания и

устройство определения заряда, включающее в себя

блок предсказания внутренних состояний, выполненный с возможностью для

создания предсказания внутренних состояний аккумуляторной батареи на основании модели для аккумуляторной батареи, где каждое внутреннее состояние имеет отношение к распределению заряда в аккумуляторной батарее,

корректировки предсказания внутренних состояний в зависимости от измеренных свойств аккумуляторной батареи, и

применения скорректированного предсказания внутренних состояний при создании по меньшей мере одного последующего предсказания внутреннего состояния, и

блок определения состояния заряда, выполненный с возможностью выдачи оцененного состояния заряда в качестве функции предсказанных внутренних состояний.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в создании компьютерного программного продукта для определения состояния заряда по меньшей мере одной аккумуляторной батареи, который дает возможность обеспечения лучших оценок состояния заряда.

Эта задача, согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, достигается благодаря компьютерному программному продукту для определения состояния заряда по меньшей мере одной аккумуляторной батареи, содержащему компьютерный программный код для побуждения устройства для определения состояния заряда аккумуляторной батареи выполнять, когда код загружен в устройство:

создание предсказания внутренних состояний аккумуляторной батареи на основании модели для аккумуляторной батареи, где каждое внутреннее состояние имеет отношение к распределению заряда в аккумуляторной батарее,

корректирование предсказания внутренних состояний в зависимости от измеренных свойств аккумуляторной батареи,

применение скорректированного предсказания внутренних состояний при создании по меньшей мере одного последующего предсказания внутреннего состояния, и

выдачу оцененного состояния заряда в качестве функции предсказанных внутренних состояний.

Настоящее изобретение обладает преимуществом обеспечения улучшенного определения состояния заряда аккумуляторной батареи, поскольку учитывается более чем одно состояние. Это означает, что может приниматься более достоверное решение о том, как использовать аккумуляторную батарею, чем которое было возможно раньше.

Должно быть подчеркнуто, что термин «содержит/содержащий», в этом описании обозначает наличие изложенных признаков, целых частей, этапов или компонентов, но не исключает наличия или добавления одного или более других признаков, целых частей, этапов, компонентов или их групп.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем варианты воплощения настоящего изобретения будут описаны более подробно с использованием сопровождающих чертежей, на которых:

фиг.1 схематически показывает принципиальную схему компенсатора мощности, согласно изобретению;

фиг.2 - вид сбоку части устройства накопления энергии, содержащего множество блоков аккумуляторных батарей, согласно изобретению;

фиг.3 - схему поперечного сечения цилиндрической аккумуляторной батареи, имеющей разные заряженные и незаряженные области, согласно модели аккумуляторной батареи, согласно изобретению;

фиг.4 - структурную схему компенсатора мощности, включающего в себя устройство контроля заряда, согласно изобретению;

фиг.5 - структурную схему устройства для определения состояния заряда аккумуляторной батареи, предусмотренного в устройстве контроля заряда, согласно изобретению;

фиг.6 - часть этапов способа, используемых в способе для определения состояния заряда аккумуляторной батареи, согласно изобретению;

фиг.7 - часть этапов способа, используемых для определения количества состояний, которые должны использоваться при определении состояния заряда, и

фиг.8 - компьютерный программный продукт в виде диска CD ROM (ПЗУ на компакт-диске), содержащего компьютерный программный код для выполнения способа, согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В последующем описании, для целей пояснения, а не ограничения, изложены специфичные детали, такие как конкретные архитектуры, интерфейсы, технологии, и т.д., для того чтобы обеспечить исчерпывающее понимание настоящего изобретения. Однако, специалистам в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено на практике в других вариантах воплощения, которые отступают от этих специальных деталей, в других случаях, подробные описания широкоизвестных устройств, схем и способов опущены, с тем чтобы не затенять описание настоящего изобретения излишней подробностью.

На фиг.1 показана принципиальная схема компенсатора 14 мощности, присоединенного к линии 10 передачи электроэнергии через трансформатор 12. Компенсатор 14 мощности содержит преобразователь 16 источника напряжения, конденсатор 18 и устройство 20 накопления энергии. Устройство накопления энергии здесь может быть составлено из нескольких аккумуляторных батарей. Преобразователь 16 источника напряжения может включать в себя двенадцать самокоммутируемых полупроводниковых ключей, каждый из которых зашунтирован параллельно присоединенным диодом с обратным включением. Преобразователь 16 источника напряжения имеет сторону переменного тока (AC), присоединенную к трансформатору, и сторону постоянного тока (DC), присоединенную к конденсатору 18, и устройство 20 накопления энергии.

Устройство 20 накопления энергии может включать в себя множество последовательно соединенных аккумуляторных батарей 20A, 20B, 20C и 20D. Оно также может включать в себя некоторое количество цепочек таких последовательно соединенных аккумуляторных батарей, где эти цепочки соединены параллельно друг с другом. В варианте воплощения, показанном на фиг.2, будучи частью устройства 20 накопления энергии, четыре блока 20A-20D аккумуляторных батарей скомпонованы в стойке 22. Каждый блок аккумуляторных батарей имеет положительную клемму 24 и отрицательную клемму 28. В показанном варианте воплощения, каждый блок аккумуляторных батарей имеет напряжение 1500 В и, таким образом, устройство накопления энергии, содержащее четыре аккумуляторных батареи, соединенных последовательно, имеет уровень напряжения в 6 кВ. Однако, также может быть гораздо больше аккумуляторных батарей в последовательном соединении, дающих в результате гораздо более высокий уровень напряжения.

Устройство 20 накопления энергии может содержать высокотемпературные аккумуляторные батареи высокой энергии, содержащие в себе натрий/металл хлоридные элементы аккумуляторной батареи, имеющие рабочую температуру в диапазоне 270-340°C. Натрий/металл хлоридный элемент аккумуляторной батареи содержит электролит, удерживаемый в тонком барьере из керамического материала. Поперечное сечение через модель такой имеющей цилиндрическую форму аккумуляторной батареи 20A показано на фиг.3. Здесь должно быть понятно, что показанная цилиндрическая форма является только иллюстративной и что аккумуляторная батарея может иметь любую подходящую форму. Согласно модели этой аккумуляторной батареи, внутренняя часть включает в себя различные зоны. Зоны показаны разными шаблонами закрашивания, для того чтобы показать заряженные и незаряженные области этой аккумуляторной батареи. Когда аккумуляторная батарея заряжается или разряжается, фронт реакции распространяется внутрь от керамического барьера. Таким образом, как зарядка, так и разрядка являются распространяющимися в одном и том же направлении и начинающимися от керамического барьера или внешней границы элемента, OCB. Являющимися результатом множества циклов зарядки и разрядки могут быть оставленные внутри аккумуляторной батареи множество областей, определяющих области с мощностью и области без мощности. В качестве примера, есть первая внутренняя зона области с мощностью, то есть области с зарядом, которая проходит радиально от внутренней границы элемента, ICB, или сердечника и наружу до положения x ₁. Эта первая область сопровождается второй областью без мощности, то есть областью без заряда, проходящей от положения x ₁ до положения x ₂ . Эта вторая область, в свою очередь, сопровождается третьей заряженной областью, которая проходит от положения x ₂ вплоть до положения x ₃. В заключение, есть четвертая область незаряженной зоны, проходящая радиально от положения x ₃ до внешней границы элемента, OCB. Положение x ₁ здесь является положением первого фронта заряда, связанного с второй областью, положение x ₂ положением второго фронта заряда, связанного с третьей областью, а положение x ₃ положением третьего фронта заряда, связанного с четвертой областью. Эти положения здесь обозначены x ₁, x ₂, x ₃, для того чтобы показать их связь с использованием модели, которая должна быть описана позже.

Аккумуляторная батарея 20A изначально была полностью заряжена и в некоторый момент времени была разряжена вплоть до положения первого фронта x ₁ заряда. Аккумуляторная батарея 20A также предварительно была заряжена после этой разрядки. Однако, зарядка в этом иллюстративном случае была неполной, а производилась только до положения x ₂ второго фронта заряда. В примере по фиг.3, аккумуляторная батарея находится в процессе разрядки. Таким образом, здесь, третий фронт заряда, связанный с четвертой областью, перемещается радиально внутрь (как указано стрелками), и третий фронт заряда в некоторый определенный момент времени располагается в положении x ₃. Если бы эта разрядка была до конца и заменялась зарядкой, новый волновой фронт создавался бы на внешней границе элемента, OCB, который затем перемещался бы вовнутрь до тех пор, пока происходит зарядка. Этим способом может быть обеспечено несколько областей заряженного и незаряженного электролита. Это означает, что всякий раз, когда производится переключение между зарядкой и разрядкой, создается новый фронт заряда. Настоящее изобретение использует эту модель аккумуляторной батареи 20A для определения состояния заряда (SOC). Таким образом, модель учитывает предысторию зарядки.

Некоторые дополнительные детали компенсатора мощности показаны на фиг.4. Здесь, компенсатор мощности содержит не только преобразователь 16 источника напряжения и устройство 20 накопления энергии, но также устройство 32 контроля заряда, содержащее в себе множество датчиков (не показаны), блок 34 выбора батарейного питания и устройство 36 определения заряда.

На Фиг.5 показана структурная схема устройства 36 определения заряда, являющегося присоединенным к детектору 38 тока и детектору 40 напряжения. Устройство 36 определения заряда включает в себя блок 42 предсказания внутренних состояний, присоединенный к детекторам 38 и 40, и также присоединено к блоку 44 определения заряда. Блок 42 предсказания состояния оценивает некоторое количество состояний устройства накопления энергии, которые здесь соответствуют фронтам заряда на фиг.3, и, в свою очередь, выдает оценки этих фронтов заряда и оценки выходного напряжения в блок 44 определения заряда, который, в свою очередь, выдает оцененное состояние заряда SOC и оцененное выходное напряжение в блок выбора батарейного питания. Блок выбора батарейного питания, в таком случае, может решать, должно ли устройство накопления энергии присоединяться к линии электропередачи или нет на основании этой оценки SOC.

Блок 42 оценки состояния предусматривает фильтр Калмана. Согласно изобретению, некоторое количество оцененных внутренних состояний модели аккумуляторной батареи используются в фильтре Калмана, где каждое состояние соответствует фронту заряда, как изображено на фиг.3. В одном из вариантов воплощения изобретения, внутреннее состояние является фактическим положением такого фронта заряда. В последующем, кроме того, будет приведено описание в отношении одной аккумуляторной батареи. Однако, должно быть понятно, что принцип изобретения может быть простым образом распространен на все аккумуляторные батареи устройства накопления энергии.

Модель аккумуляторной батареи (фиг.3), что касается упрощенной модели, может быть описана в качестве системы дифференциальных уравнений согласно

и уравнений выходных сигналов

Здесь, определенное состояние x _i(t) является радиальным положением фронта заряда в зависимости от времени t, i(t) входным током в или выходным током из аккумуляторной батареи в зависимости от времени t, u(t) напряжением аккумуляторной батареи в зависимости от времени t, x ₁ - положение самого внутреннего фронта заряда, наряду с тем, что f, h и g являются функциями, где функция f является функцией, которая определяет производную состояния x _n на основании состояния x и тока i, h - функция, которая определяет напряжение u на основании внутреннего состояния x и тока i, а g - функция, которая определяет состояние заряда SOC на основании внутреннего состояния x и тока i. Таким образом, здесь есть n состояний. Как может быть видно, состояние заряда, таким образом, является функцией, которая зависит от различных состояний x, которые являются напряжением u.

Функции f, h и g предполагаются нелинейными, но дифференцируемыми. Также должно быть понятно, что описанная модель упрощена и что может быть легко создана более сложная модель, например, которая учитывает температуру, где большее количество фронтов заряда, чем фронт высшего порядка, имеют ненулевую производную.

Дискретизация модели приводит к модели для дискретного времени.

где: x _i(k) вновь является состоянием, k - момент времени.

Разложение в ряд Тейлора последнего уравнения состояния в окрестности рабочей точки x ^*(k), i ^*(k) и u ^*(k) приводит к

Δx _n(k+1)=a ₁Δx ₁(k)+a ₂Δx ₂(k)+...+a _nΔx _n(k)+bΔi(k)

Δu(k)=c ₁Δx ₁(k)+...+c _nΔx _n(k)+dΔi(k)

где: Δx _i(k)=x_i(k)-x ^* _i(k), Δ_i(k)=i(k)-i ^*(k) и Δu(k)=u(k) - u ^*(k).

Введение вектора состояния

дает следующую линеаризованную модель для дискретного времени

причем,

Затем вводятся шумы обработки и измерений посредством

u(k)=h(x(k), i(k))+v(k),

где v(k) - гауссов белый шум с ковариацией R, то есть,

При допущении, что есть только шумы обработки (или ошибка моделирования), добавленные к уравнению состояния высшего порядка,

где вновь шум w(k) является белым и гауссовым с ковариацией q. Отсюда, ковариационная матрица, представляющая все шумовые вклады в x(k +1), задается посредством

Поскольку модель является нелинейной, должен быть заявлен так называемый расширенный фильтр Калмана (EKF). Здесь приведены уравнения EKF:

где - предсказанная оценка x(k + 1) (с использованием данных только до момента времени k), и

Σ(k+1|k) - ковариационная матрица ,

x(k|k) - фильтрованная оценка x(k) (после обновления измерения), и

Σ(k|k) - ковариационная матрица ,

Здесь, коэффициент усиления Калмана задан посредством

Фильтр инициализируется всегда, когда аккумуляторная батарея полностью заряжена, и начинается разряд. Поэтому, есть только одно состояние, которое известно находящимся точно на внешнем радиусе аккумуляторной батареи r, то есть

Поскольку предполагается, что r узнается без ошибки, начальная ковариация имеет значение ноль, то есть

У(0|0)=0

Применение этого типа фильтрации далее будет описано со ссылкой на фиг. 5 и 6, где последняя показывает блок-схему последовательности операций способа, некоторого количества этапов способа, предпринятых в способе для определения состояния заряда аккумуляторной батареи согласно изобретению. Согласно настоящему изобретению, блок 42 предсказания внутренних состояний устройства 36 определения заряда принимает детектированные токи i со временем и выдает оценку состояний x, а затем, отдельно, состояние x _n высшего порядка, этап 46. Здесь, он также включает шум в оценку и также выдает ковариацию или неопределенность. Как только получено свойство измерения, которое здесь находится в виде напряжения u, определяется коэффициент усиления Калмана. После этого, созданная оценка состояния корректируется в зависимости от измеренных свойств, этап 48. К тому же, здесь корректируется ковариация. Здесь поправочные коэффициенты для оцененного состояния и ковариации калибруются коэффициентом усиления Калмана. После этого, блок 42 определения состояния применяет скорректированное предсказание внутренних состояний при создании последующих предсказаний внутреннего состояния, то есть новые оценки состояний выдаются на основании ранее скорректированных оценок, этап 50. Это означает, что, если корректировки были произведены в момент k времени, таковые применяются для оценок в момент k+1 времени. Оценки состояний после этой корректировки выдаются в блок 44 определения состояния заряда, который включается и определяет оценку состояния заряда SOC на основании функции g внутренних состояний. Здесь это делается посредством учета всех внутренних состояний, этап 52. Эта оценка состояния заряда SOC затем выдается в блок определения батарейного питания, который может решать, когда и насколько аккумуляторная батарея должна присоединяться к линии передачи на фиг.1 на основании этого определения. Устройство определения заряда также выдает оценку напряжения u, которая также может использоваться в таких решениях.

Таким образом, то, что было описано до сих пор, является обычной фильтрацией Калмана. Однако, согласно настоящему изобретению, некоторое количество внутренних состояний определяется и корректируется на основании измеренных свойств. Согласно настоящему изобретению, таким образом, есть несколько внутренних состояний, которые вместе используются для оценки состояния заряда.

Согласно настоящему изобретению, количество состояний, кроме того, может меняться. Это означает, что модель зависит от времени, не по числовым значениям параметров, а по размеру матриц. Блок 42 предсказания внутренних состояний принимает значения тока аккумуляторной батареи при выполнении предсказаний. Если ток положителен, выполняется зарядка, наряду с тем, что если ток отрицателен, производится разрядка. Как упомянуто выше, изменение направления тока дает начало новому фронту заряда на внешней границе элемента, BOC, аккумуляторной батареи.

Поэтому, если обнаружено изменение направления тока (этап 54), создается новый фронт заряда, то есть новое состояние (этап 56). Это состояние, таким образом, является состоянием высшего порядка, которое затем изменяется на основании времени и соответствует перемещению вовнутрь по направлению к сердечнику аккумуляторной батареи. Прежнее состояние высшего порядка, поэтому, далее будет состоянием, производная которого имеет значение ноль, наряду с тем, что новое состояние высшего порядка, вызванное изменением направления, будет оцениваться, начиная со своего исходного положения на внешнем радиусе аккумуляторной батареи. Это также означает, что упомянутые выше векторы и матрицы будут становиться больше, для того чтобы отражать это изменение. Однако, если не обнаружено никаких изменений направления (этап 54), перемещение самого дальнего от центра фронта или состояния сравнивается с соседним фронтом соседнего состояния младшего порядка, а если таковые становятся равными, оба эти состояния удаляются из определения состояния (этап 58). Таким образом, они нейтрализуют друг друга. Если аккумуляторная батарея на фиг.3 берется в качестве примера, это означает, что, если состояние x ₃ на фиг.3 продолжало бы перемещаться, так что оно становится равным состоянию x ₂, оба этих состояния были бы удалены, и теперь, состояние x ₁ было бы состоянием высшего порядка, которое становится предсказанным. Таким образом, это означает, что есть уменьшение векторов и матриц.

В фильтре Калмана эти два события должны обрабатываться в следующем качестве.

1. Когда после обновления измерения , то удалить последние два состояния из и установить Σ(k|k), чтобы имела размер (n-2)×(n-2), сохраняя только верхнюю левую подматрицу этого размера. Также повторно вычислить A, B и C этого нового размера.

2. Если i(k) меняет знак по сравнению с предыдущей итерацией, то расширить оценку состояния новым элементом . Затем, также модифицировать ковариационную матрицу в качестве

Однако, поскольку, при обращении с дискретными данными, есть неопределенность в отношении того, когда точно ток менял свой знак, может иметь смысл не инициализировать дополнительные элементы нулем. По меньшей мере n-й диагональный элемент, вероятно, должен быть заданной неопределенностью, которая соответствует части других диагональных элементов Σ(k|k). Более того, кому-то может потребоваться фильтровать i(k) фильтром нижних частот или ввести некоторый гистерезис в логику для изменения знака, для того чтобы не открывать слишком много новых состояний, если сигнал тока зашумлен.

Таким способом получается улучшенное определение состояния заряда, поскольку учитывается более чем одно состояние. Более того, определение учитывает предысторию зарядки, поскольку оно принимает во внимание величину зарядки и разрядки, которые были произведены. Это означает, что может приниматься более достоверное решение о том, как использовать аккумуляторную батарею, чем которое было возможно раньше. Это может быть насущным при решении, следует ли использовать мощность аккумуляторной батареи в применениях линии электропередачи.

Устройство контроля заряда согласно настоящему изобретению может быть реализовано посредством одного или более процессоров вместе с компьютерной программой для выполнения функций. Программа также может быть предусмотрена в качестве компьютерного программного продукта, например, в виде одного или более носителей данных, несущих компьютерную программу для выполнения функций настоящего изобретения, когда загружается в устройство трансляции. Один такой носитель 60, в виде диска CD ROM, в общих чертах показан на фиг.8. Однако, он может быть реализован другими носителями данных, подобными дискетам, картам памяти или памяти USB (универсальной последовательной шины). Компьютерный программный продукт, кроме того, может быть предусмотрен в качестве чистого программного продукта на внешнем сервере и извлекаться оттуда для установки на устройстве контроля заряда.

Несмотря на то, что изобретение было описано в связи с тем, что в настоящее время считается наиболее практичными и предпочтительными вариантами воплощения, должно быть понятно, что изобретение не должно ограничиваться раскрытыми вариантами воплощения, а наоборот, подразумевается покрывающим различные модификации и эквивалентные компоновки. Например, можно исключить шум и ковариацию из определений в блоке определения состояния. Используемые внутренние состояния не должны ограничиваться положением фронта заряда, например, они, в качестве альтернативы, могут иметь отношение к протяженности одной и той же величины заряда в аккумуляторной батарее. Фактически, они могут быть любым внутренним состоянием аккумуляторной батареи, которое имеет отношение к распределению заряда. Конечно, также можно иметь температуру в качестве переменной для учета в модели. Также может быть более чем один набор фронтов заряда; один на каждый химический компонент. Таким образом, можно заменить описанные выше фронты заряда набором фронтов заряда, где каждый такой набор связан с разным химическим компонентом аккумуляторной батареи. Нейтрализация фронтов заряда выполняется для каждого химического компонента. Это означает, что количество состояний на каждый химический компонент или набор может меняться в аккумуляторной батарее. Это предоставляет возможность даже более достоверного состояния заряда, который должен определяться для аккумуляторной батареи. Состояния из одного набора, кроме того, могут взаимодействовать с состояниями из другого набора. Это также означает, что, в таком случае, внутренние состояния также могут иметь положения, которые меняются со временем, а не только внешние состояния разных наборов, ближайших к внешней границе элемента, который был описан выше. Изобретение, кроме того, не ограничено подачей мощности в линию электропередачи, а может использоваться в любом применении, где интересно состояние заряда. Поэтому, настоящее изобретение должно ограничиваться только последующей формулой изобретения.

Изобретение относится к определению состояния заряда аккумуляторной батареи. Устройство (36) содержит блок (42) предсказания внутренних состояний и блок (44) определения состояния заряда. Блок (42) предсказания внутренних состояний создает предсказание внутренних состояний аккумуляторной батареи на основании модели для аккумуляторной батареи, где каждое внутреннее состояние имеет отношение к распределению заряда в аккумуляторной батарее, корректирует предсказание внутренних состояний в зависимости от измеренных свойств аккумуляторной батареи и применяет скорректированное предсказание внутренних состояний при создании последующих предсказаний внутреннего состояния. Блок (44) определения состояния заряда выдает оцененное состояние заряда (SOC) в качестве функции предсказанных внутренних состояний. Изобретение обеспечивает возможность выдачи улучшенных оценок состояния заряда. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ определения состояния заряда (SOC), по меньшей мере, одной аккумуляторной батареи (20А), содержащий этапы, на которых:
создают (46) предсказание внутренних состояний аккумуляторной батареи (20А) на основании модели аккумуляторной батареи (20А), где каждое внутреннее состояние имеет отношение к распределению заряда в аккумуляторной батарее (20А),
корректируют (48) предсказание внутренних состояний в зависимости от измеренных свойств аккумуляторной батареи (20А), применяют (50) скорректированное предсказание внутренних состояний при создании по меньшей мере одного последующего предсказания внутреннего состояния, и
выдают (52) оцененное состояние заряда (SOC) в качестве функции предсказанных внутренних состояний,
при этом количество внутренних состояний в модели является переменным и зависит от величины зарядки и разрядки аккумуляторной батареи (20А),
отличающийся тем, что каждое внутреннее состояние соответствует положению (х₁, х₂, х₃) фронта заряда в аккумуляторной батарее (20А).

2. Способ по п.1, в котором зарядка (54) аккумуляторной батареи (20А) после предыдущей разрядки или разрядка (54) аккумуляторной батареи (20А) после предыдущей зарядки выдает (56) по меньшей мере одно новое внутреннее состояние в указанную модель.

3. Способ по п.1 или 2, в котором, если одно внутреннее состояние достигает такого же значения, как значение соседнего внутреннего состояния, эти два внутренних состояния нейтрализуют друг друга (58).

4. Способ по п.1 или 2, в котором модель аккумуляторной батареи (20А) учитывает предысторию зарядки.

5. Способ по п.1, в котором при наличии некоторого количества наборов фронтов заряда, каждый набор соответствует разному химическому компоненту аккумуляторной батареи (20А).

6. Способ по п.5, в котором, если одно внутреннее состояние в наборе достигает такого же значения, как значение соседнего внутреннего состояния в том же самом наборе, эти два внутренних состояния нейтрализуют друг друга.

7. Способ по любому из п.1, 2 или 5, в котором каждое внутреннее состояние соответствует продолжительности одного и того же количества заряда в аккумуляторной батарее (20А).

8. Способ по любому из пп.1, 2 или 5, в котором внутренние состояния также определяют в зависимости от температуры аккумуляторной батареи (20А).

9. Способ по любому из пп.1, 2 или 5, дополнительно содержащий этап, на котором используют оцененное состояние заряда при принятии решения, следует ли подавать питание с аккумуляторной батареи (20А) или нет в системе электропитания.

10. Устройство (36) для определения состояния заряда (SOC) по меньшей мере одной аккумуляторной батареи (20А), содержащее:
блок (42) предсказания внутренних состояний, выполненный с возможностью для
создания предсказания внутренних состояний аккумуляторной батареи (20А) на основании модели для аккумуляторной батареи (20А), где каждое внутреннее состояние имеет отношение к распределению заряда в аккумуляторной батарее (20А),
корректировки предсказания внутренних состояний в зависимости от измеренных свойств аккумуляторной батареи (20А), и
применения скорректированного предсказания внутренних состояний при создании по меньшей мере одного последующего предсказания внутреннего состояния, и
блок (44) определения состояния заряда, выполненный с возможностью для выдачи оцененного состояния заряда (SOC) в качестве функции предсказанных внутренних состояний,
при этом количество внутренних состояний в модели является переменным и зависит от величины зарядки и разрядки аккумуляторной батареи (20А),
отличающееся тем, что каждое внутреннее состояние соответствует положению (х₁, х₂, х₃) фронта заряда в аккумуляторной батарее (20А).

11. Устройство (36) по п.10, в котором зарядка аккумуляторной батареи (20А) после предыдущей разрядки или разрядка аккумуляторной батареи (20А) после предыдущей зарядки выдает (56) по меньшей мере одно новое внутреннее состояние в упомянутую модель.

12. Устройство (36) по п.10 или 11, в котором, если одно внутреннее состояние достигает такого же значения, как значение соседнего внутреннего состояния, эти два внутренних состояния нейтрализуют друг друга.

13. Устройство (36) по п.10 или 11, в котором модель аккумуляторной батареи (20А) учитывает предысторию зарядки.

14. Устройство (36) по п.10, в котором есть некоторое количество наборов фронтов заряда, при этом каждый набор соответствует разному химическому компоненту аккумуляторной батареи (20А).

15. Устройство (36) по п.14, в котором, если одно внутреннее состояние в наборе достигает такого же значения, как значение соседнего внутреннего состояния в том же самом наборе, эти два внутренних состояния нейтрализуют друг друга.

16. Устройство (36) по п.10 или 11, в котором каждое внутреннее состояние соответствует протяженности одного и того же количества заряда в аккумуляторной батарее (20А).

17. Устройство (38) по любому из пп.10, 11, 14 или 15, в котором внутренние состояния также определяются в зависимости от температуры аккумуляторной батареи (20А).