CN102036849A - 用于双储能管理的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种双储能系统，所述系统具有两个能量源：(a)快速储能装置(FES)如超级电容器，和(b)持续时间较长或稳定的功率装置如燃料电池或蓄电池。功率转换器或控制器执行能量管理算法以便确定何时从该快速储能装置提供突发的附加功率/电流，以及何时对所述快速储能装置进行再充电。本发明进一步描述了一种适应性地管理超级电容器或其它快速储能装置的充电状态的方法，所述超级电容器或其它快速储能装置处于插入式混合推进系统的双能量储存系统中。所述方法提供了良好的蓄电池保护、良好的性能且将超级电容器所需的容量降至最低限度。

Description

用于双储能管理的系统和方法

技术领域

本发明涉及两个储能装置的协调，在这两个储能装置中，一个是旨在输送持续时间短且功率高的能量的快速储能装置(也被称作FES^TM)(例如超级电容器、电容器、飞轮储能装置或高功率蓄电池)，另一个是旨在用于持续时间长且功率稳定的能量的储能装置(例如蓄电池、燃料电池)。本文所述的技术适用于所有那些必须迅速输送或恢复电功率的应用情况。适合的应用情况包括不间断供电源(UPS)、电动车辆(EVs)、混合动力车辆(HEVs)和插入式(外接充电式)混合电动车辆(PHEVs)。

背景技术

在工业或运输业中，有许多情况需要使用多个储能系统。通常情况下，可使用长期储能系统，如蓄电池或燃料电池，将操作设备或为电子器件供电所需的大部分能量。但这种长期储能系统无法总是供应能量，因此经常还需要快速且突发地供应能量和功率，这种供应不能对系统造成损伤，而缩短这种系统的运行寿命，或甚至造成过热和爆炸的风险。在这些情况下，所希望的是增加附加的储能系统以便将更短期、但功率更高的突发能量供应给该设备。然而，使这样两种能量源共同工作是一件很具挑战性的事情。因此，非常希望提供一种能够解决使这两种能量系统共同工作的挑战的系统和方法。

混合动力车辆通常使用常规的烃燃烧发动机(例如，使用汽油、柴油、压缩天然气、乙醇或其组合)和被联接至蓄电池的电动马达。蓄电池为电动马达提供功率并在一些情况下储存从再生致动过程中恢复的功率。在目前的混合动力车辆中，通常情况下，蓄电池的储存容量足以帮助汽油发动机运行，但在高速公路的速度下，无法仅使用电功率使车辆运行。插入式混合动力车辆(PHEVs)是具有更高的电功率/能量容量的混合动力车辆，这使得它们在短途行驶(例如小于40英里)时可仅使用电功率运行。对于插入式混合动力车辆而言，通常需要用电力网电源供应设备(例如家用的110伏特或220伏特电源或特殊用途充电站的更高电压的电源)为它们进行再充电。

令人遗憾的是，常规的电流储存系统目前存在的问题限制了新兴PHEVs应用范围的扩展。例如，这些常规的电源(例如蓄电池)成本昂贵且寿命有限。现有的PHEV系统寿命也不长，这是因为快速的充电和放电会使电源的性能随时间出现劣化。

这种车辆的功率需求和电流需求会产生很大的变化。例如，当车辆停下来时，车辆处于停止的稳定状态且需要的功率或电流很少。当车辆在高速公路上巡航时，车辆可处于巡航稳定状态且需要的电流或功率也会较小。然而，车辆加速、爬坡或拖曳载荷时都会需要明显很大的电流或功率，且可能会需要连续较大的功率消耗(power draw)。例如，与加速到高速公路上或者行驶所需的功率相比，典型的高速公路巡航可能仅需要30％的功率。保持一定级别的稳定高速公路速度(例如在爬升模式下)可能需要与高速公路运行时的加速一样多的功率。

如果可再次充电的蓄电池的电流消耗(current draw)(通常由蓄电池制造商规定)较高且高于一定界限，则蓄电池性能和蓄电池的有效寿命将出现劣化。

因此，所希望的是提供一种通过满足高电流/功率需求同时不会使电源的性能或有效寿命劣化，从而解决了上述问题的储能系统。

发明内容

本发明描述了一种对快速储能装置进行适应性管理的系统和方法。快速储能装置包括动力蓄电池、超级电容器、飞轮和超导体。快速储能装置的一种新颖且有用的应用情况是将超级电容器与蓄电池组合在电动车辆中，所述电动车辆包括插入式混合动力车辆(PHEVs)且还包括电动车辆(EVs)和混合动力电动车辆(HEVs)。在一些实施例中，所述蓄电池用于使所述车辆在巡航过程中运行。所述超级电容器是快速储能装置，这种装置在需要加速时提供大量的突发功率，且所述超级电容器还可吸收再生能量，所述再生能量可能是代替车辆的机械制动而被供应的能量。储能装置的这种组合产生的所希望的效应是降低了蓄电池上的负载，且导致延长了蓄电池寿命。

本发明描述了一种改进的功率转换器系统和方法，所述系统和方法使用了快速储能装置。功率转换器/控制器(PCC)转换并控制通往和来自所述快速储能装置的能量流。本发明描述了一种管理所述快速储能装置的方法。

在所述方法中，确定由负载获得的负载电流(a load currentdrawn by a load)。基于所述负载电流估算从蓄电池供应至所述负载的估算蓄电池电流。基于所述估算的蓄电池电流和所述负载电流确定需要从快速储能装置流向所述负载的瞬态电流。控制从所述快速能量源向所述负载释放的所述瞬态电流。

在一些实施例中，在提升机构中的提升功率控制器转换器处执行所述方法。提升机构包括起重机、提升平台、千斤顶、电梯等。在一些实施例中，在通用(不间断)供电源中的通用功率控制器转换器中执行所述方法。

在一些实施例中，如果所述负载电流低于预定水平，则对所述快速储能装置进行再充电。

在一些实施例中，确定所述负载电流的滤波值且使所述滤波值以介于第一上阈值与第二下阈值之间的有界值为界限，且将从所述蓄电池获得的最大电流限于所述有界值。

在一些实施例中，如果来自所述蓄电池的所述最大电流在一定时期内高于所述第一上阈值，则从所述蓄电池获得的所述最大电流限于所述第一上阈值。在一些实施例中，如果所述负载电流低于小于所述第二下阈值的预定水平，则对所述快速储能装置进行再充电。

在一些实施例中，在功率控制器处执行估算、确定或控制中的至少一种操作。在一些实施例中，在通用供电源(UPS)处执行所述方法。在一些实施例中，在至少部分电动的车辆中执行所述方法。在一些实施例中，在提升机构中的提升功率控制器转换器处执行所述方法。

在一些实施例中，在被联接至车辆的动力系的传感器处测量与负载电流相关的能量。在一些实施例中，测量节气门控制装置的位置，其中所述节气门控制装置被构造以便增加或减小通往所述负载的负载电流。

在一些实施例中，所述负载电流是滤波的电流。在一些实施例中，所述滤波的电流是负载电流在一定时间内的平均值。在一些实施例中，对安全蓄电池电流进行评估，所述安全蓄电池电流是在不损伤蓄电池性能的情况下蓄电池所能够提供的电流。

在一些实施例中，所述瞬态电流是所述负载电流与所述估算的蓄电池电流之间的电流差。在一些实施例中，当所述快速储能装置达到最小电量时，减小所述负载电流。在一些实施例中，从所述蓄电池获得的电流限于最大蓄电池电流水平。在一些实施例中，所述最大蓄电池电流水平响应于所述蓄电池的温度产生变化。

在一些实施例中，在达到所述快速储能装置的低充电状态时，来自所述快速储能装置的所述瞬态电流逐渐减小以便保护所述快速储能装置不受损伤。

在一些实施例中，放电指令被发送给功率转换器控制器以便管理来自所述快速储能装置和所述蓄电池的电能流。

在一些实施例中，分析所述负载电流并确定何时达到稳态。在一些实施例中，基于所述稳态确定将要由所述蓄电池供应给所述快速储能装置的再充电电流。

在一些实施例中，监控所述快速储能装置的充电状态并逐渐减小将要由所述蓄电池供应的所述估算的再充电电流以便保护所述快速储能装置不受损伤。

在一些实施例中，再充电指令被发送给功率转换器控制器，其中所述功率转换器控制器管理所述快速储能装置与所述蓄电池之间的电能流。

在一些实施例中，将所述负载电流与搜寻带进行比较，其中所述搜寻带规定了可对所述快速储能装置进行再充电的负载电流范围。

在一些实施例中，确定所述负载电流是处于停止的稳态还是处于巡航的稳态。

在一些实施例中，如果所述负载电流处于停止的稳态，则估算再充电电流以便将所述快速储能装置充电至所述最大电量。在一些实施例中，如果所述负载电流处于巡航的稳态，则估算再充电电流以便将所述快速储能装置充电至低于所述最大电量的水平。

在一些实施例中，确定所述负载电流是处于停止的稳态还是处于巡航的稳态，且如果所述负载电流处于停止的稳态，则估算用以将所述快速储能装置充电至所述最大电量的所述再充电电流，且如果所述负载电流处于巡航的稳态，选择估算用以将所述快速储能装置充电至低于所述最大电量的水平的再充电电流。

本发明描述了一种适应性地控制由包括蓄电池和快速储能装置在内的系统驱动的负载的方法。确定由所述负载获得的负载电流。通过对所述负载电流进行滤波的方式确定估算的蓄电池电流。所述估算的蓄电池电流以第一上阈值为界限。所述估算的蓄电池电流以第二下阈值为界限。

在一些实施例中，如果所述负载电流的变化速率高于所述第一上阈值达一定时间，则从所述蓄电池获得的最大电流被限于第一上阈值。

在一些实施例中，如果所述负载电流低于所述第二下阈值，则对所述快速储能装置进行再充电。

在一些实施例中，基于所述估算的蓄电池电流确定需要从所述快速储能装置流向所述负载的瞬态电流，并对从所述快速储能装置释放至所述负载的所述瞬态电流进行控制。

本发明描述了一种适应性地控制系统中的功率分布的方法，所述系统包括蓄电池和快速储能装置。确定由负载获得的负载电流。如果所述负载电流处于电流下限内，则对快速储能装置(FES)进行再充电。如果所述负载电流高于所述电流下限，则确定所述车辆是以连续消耗模式还是以加速模式运行的。基于所述车辆的运行模式设定蓄电池电流界限。基于所述蓄电池电流界限分布所述系统中的功率。

在一些实施例中，负载是马达。在一些实施例中，所述蓄电池电流界限被设定为连续电流界限。

在一些实施例中，当快速储能装置达到下限时，减小所述负载电流，其中所述快速储能装置为所述负载提供与蓄电池电流并联的电流。在一些实施例中，所述蓄电池电流界限被设定为高于适应性连续电流界限的适应性高蓄电池电流界限。

在一些实施例中，所述适应性高蓄电池电流界限沿与蓄电池温度相反的方向变化。在一些实施例中，在所述加速模式下，从所述蓄电池且从所述快速储能装置向所述负载提供功率。

在一些实施例中，从快速储能装置向所述马达负载提供电流，提供电流的速率足以使得所述快速储能装置在达到目标速度时释放至下限。

还提供了描述这些和其它方法的系统和计算机可读存储介质。

附图说明

图1A示出了根据一些实施例的插入式混合动力电动车辆(PHEV)；

图1B是示出了根据一些实施例的用于电动车辆的双能量系统的示意图；

图1C是示出了根据一些实施例的在包括功率转换器控制器(PCC)的电动车辆应用中的双储能系统的另一示意图；

图2是示出了根据一些实施例的由计算机实施的能量管理系统的框图；

图3是根据一些实施例的图1C所示能量管理系统的电路示意图；

图4A是根据一些实施例的负载和蓄电池电流随时间变化的曲线图；

图4B是示出了根据一些实施例的快速储能系统的电流响应随时间变化的曲线图；

图5是示意性地示出了根据一些实施例的用以对快速储能装置进行再充电的电路的框图；

图6是根据一些实施例的流过图1C所示功率转换器控制器的电流随时间变化的曲线图，图中示出了搜寻带是如何用以对快速储能装置进行再充电的；

图7是根据一些实施例的占所供应满电流的百分比与快速储能装置(例如超级电容器)的充电状态的关系的曲线图，图中示出了保护快速储能装置不会出现过充电或过耗电的缓冲器作用。

图8是根据一些实施例的用于对应用于车辆中的快速储能装置(例如超级电容器)进行再充电的闭路调节器电路的实例；

图9A是根据一些实施例的用于计算要由快速储能装置供应或吸收的瞬态电流的电流估算电路的实例；

图9B是根据一些实施例的用于确定车辆处于高加速状态还是低加速状态下的加速需求检测电路的实例；

图10A-图10D是根据一些实施例的用于进行双储能管理的过程的流程图；

图11是根据一些实施例的串联插入式混合动力电动车辆系统的示意图；

图12是根据一些实施例的用于图11所示串联混合PHEV的电动驱动装置的功率转换器控制器(PCC)的示意图；

图13是根据一些实施例的蓄电池电流随时间变化的线性曲线图，图中示出了充电状态(SOC)和瞬态电流控制(TCC)操作区域；

图14是根据一些实施例的蓄电池电流随时间变化的曲线图，图中示出了蓄电池电流界限和适应性蓄电池电流限制操作；

图15A和图15B分别是根据一些实施例的蓄电池电流随时间变化的曲线图和FES电流随时间变化的曲线图，图中示出了在TCC操作区域中蓄电池、马达和FES电流之间的关系；

图16是示出了根据一些实施例的对充电状态(SOC)和瞬态电流控制(TCC)进行控制的控制功能的电路示意图；

图17是根据一些实施例的适应性电流与温度的曲线图；

图18是根据一些实施例的具有一个电动驱动轴的并联混合推进系统的示意图；

图19是根据一些实施例的通过道路(TTR)式并联插入式混合动力车辆的示意图；

图20是根据一些实施例的具有两个驱动轴的串联混合推进系统的示意图；

图21A和图21B是根据一些实施例的用于图18、图19、图20所示车辆的典型推进系统的示意图；

图22是根据一些实施例的负载电流、PCC电流和FES电压随时间变化的曲线图；

图23是根据其它实施例的负载电流和FES电压所时间变化的曲线图，图中示出了快速储能装置的适应性充电；

图24是根据其它实施例的负载电流随时间变化的曲线图，图中示出了FES的适应性充电；

图25是根据一些实施例的用于利用快速储能装置控制功率分布且用于适应性地控制电动车辆中的电流的流程图；

通过考虑附图和对本发明的优选实施例的附随的说明，所属领域技术人员将易于理解本发明进一步的方面，所属领域技术人员将认识到：可在不偏离本发明概念的情况下实施本发明的其它实施例且可在多个方面对本发明的细节作出改变。因此，下面的附图和说明的本质被认为是示例性而非限制性的。

具体实施方式

插入式混合动力电动车辆(PHEVs)也被称作部分混合动力电动车辆，是一种具有常规的(例如汽油、柴油、压缩天然气、乙醇等)燃烧发动机、电动马达、和蓄电池电源的车辆，所述蓄电池电源用于为电动马达供电且在一些实施例中用于储存有再生致动产生的能量。PHEVs具有足够大的蓄电池电源以便在短途行驶时，例如在典型的通勤距离内，仅依靠蓄电池功率就能行驶。

插入式混合动力车辆(PHEVs)的优点是：当在短途中为车辆供电时，可替代汽油(或其它烃燃料)的电力。短途可被认为是典型驾驶员的典型日常通勤距离，例如40英里(或约60公里)。然而，对许多用户来说，支撑约40英里行驶的日常电力范围就将完全替代汽油了。

在一些实施例中，PHEVs具有大于40英里的范围。

根据一些实施例的PHEV车辆包括混合驱动系统，所述混合驱动系统既具有混合操作模式又具有仅电力的操作模式。在一些实施例中，电动驱动系统能够具有日常操作所需全部性能，这包括在高速公路速度下的操作。为使成本(和重量和体积)最小化，在一些实施例中，选择PHEV中的储能系统以便提供预定的电力范围。在一些实施例中，储能系统被选择以便提供预定电力范围加上安全限度。

既要选择用于特定(例如40英里)电力范围的储能系统又要提供电动操作下的全部性能，这对于储能系统来说是一个挑战。例如，对于混合的市内/高速公路形式而言，小型汽车和更大的汽车或跨越型SUV可分别消耗约0.2kWh/mi和0.4kWh/mi。在一些实施例中，对于这两种车辆而言，行驶40英里所需的能量分别为约8kWh和16kWh。仅电动的车辆可能需要甚至更多的能量。

为了实现良好的全方位性能，这包括加速、会车、超车或牵引，对于小型汽车而言，马达功率应该为约80kW或更大，对于更大的汽车/跨越型SUV而言，马达功率应该为150kW或更大。功率与所需性能的放电率比提供了蓄电池的“C”定额。对于此处的代表性能量消耗和功率需求而言，所导致的放电率比为约C10。

本文所述的用于双储能管理的系统和方法通过将FES或其它快速储能装置与蓄电池组合起来的方式解决了与高电流消耗或需求相关的缺点，这种高电流消耗或需求例如出现在加速过程中。FES提供了功率以便在瞬态电流过程中，例如在加速到高速公路上的过程中，对蓄电池进行补充。瞬态电流是通常持续较短时间(例如＜10秒)的过电流。FES是能够储存大量能量以便在瞬态时期期间(例如当出现瞬态电流时)对蓄电池进行补充，所述电容器具有测量单位通常为法拉第的电容量。来自FES的增加的功率保护了蓄电池(通过减小或消除从蓄电池获取的电流)，由此允许使用更轻更廉价的蓄电池，同时提供在电动模式下所需的全部性能。

当本文描述用于快速储能装置的电容器或超级电容器时，所属领域技术人员应该意识到：也可使用其它快速储能装置如飞轮或高功率蓄电池。解决高电流消耗的另一种方式是在高电流需求期间利用燃烧发动机对电动马达进行补充。然而，由于PHEV的其中一个最重要的目标就是将汽油消耗降至最小限度，因此所希望的是将燃烧发动机的使用降至最低限度。

在一些实施例中，FES被制成一定型号以便提供将车辆从停止状态加速至高速公路速度所必需的所有能量。用于实现这种功能的那种型号的FES为蓄电池提供了最大保护，但可能为车辆增加不希望的空间、重量和成本。在一些实施例中，FES被制成一定型号以便与蓄电池共同运行从而将从蓄电池获得的电流限制到不会使蓄电池受损的水平，这种方法提供了比前述解决方案更小且更廉价的系统。

在一些实施例中，双储能系统使得在会车或爬坡时FES不会被完全耗尽。这可能使车辆不安全(例如无法爬过坡面或者无法进行应急操纵)。在一些实施例中，双储能系统能够在瞬态功率(例如由驾驶员发出的节气门控制或加速指令，如压下气动踏板)与较高的平均功率(例如，将车辆保持在给定速度下所需的功率会由于山或斜坡而增加)之间进行区分。在一些实施例中，所述双储能系统通过监控与马达相关联的负载电流来确定车辆处于加速模式还是爬山模式。

图1A示出了根据一些实施例的插入式混合动力电动车辆100。该车辆包括内燃机101、电动马达/发电机150、电力驱动装置140、电源总线152(与随后的图中的直流总线104相对应)、功率转换器控制器106、高压蓄电池组102、和快速储能装置105。152被至少联接至功率转换器控制器106和电动马达发电机150，并用以在功率储存系统(102、105、106)与驱动系统(101、150、140)之间传导电流。功率转换器控制器106控制由总线152承载的电流，并控制(i)来自蓄电池组102的总线电流与(ii)来自快速储能装置105的总线电流的比例。

在一些实施例中，燃烧发动机被直接联接至电力驱动装置140。在一些实施例中，燃烧发动机被联接至电动马达150，且燃烧发动机对马达进行机械驱动以便发电。

在一些实施例中，燃烧发动机和电动马达可被并联地使用(例如在执行模式下)，且车辆可既有燃烧发动机提供动力又由电动马达150提供动力，高压蓄电池堆102和/或快速储能装置105沿总线152为所述电动马达供应电流。在一些实施例中，车辆可由电动马达150驱动(例如在仅电动模式下)，电动马达150的动力由高压蓄电池组102和/或快速储能装置105提供。在一些实施例中，车辆可在仅燃烧发动机的模式下(与常规的非电动车辆相似)被驱动，且电动马达/发电机被用于根据需要提供突发的加速并且捕获能量以便进行再生制动。

图1B是根据一些实施例的双能量系统109如混合动力电动车连过的示意图。双能量系统可使用任何数量的负载或能量源101，所述负载或能量源被联接至一条或多条DC总线104。应用情况包括电动车辆(EV)或混合动力车辆(HEV或插入式PHEV)，其中既需要稳态(例如在爬山时的连续重功率获取需求)和瞬态(例如加速)功率。例如，使用蓄电池功率且需要突发功率(瞬态)的起重机、提升装置或施工设备将受益于本文所述的双能量系统。此外，本文所述的双能量系统也可增强工业用不间断供电源(UPS)系统的性能，以便当系统在电源故障的情况下快速提供功率时减小蓄电池上的负载。

快速储能系统包括：长期储能装置如高压蓄电池组102(一个或多个电动储能电池)或燃料电池、短期储能装置105如电容器、超级电容器、电力蓄电池和飞轮；和功率转换器/控制器(PCC)106、被联接在快速储能装置105与PCC106之间的快速储能总线、被联接在PCC106与蓄电池组102之间的DC总线104。

快速储能系统进一步包括被联接至DC总线104的一个或多个电力驱动装置140、被联接至该电力驱动装置140的一个或多个马达/发电机150、和被联接至马达/发电机150中的一个或多个马达/发动机和/或被联接至电力驱动装置140的一个或多个内燃机。电力驱动装置140将机械功率(例如来自发动机101和/或来自电动马达150)传递至车辆的车轮。在一些实施例中，电力驱动装置140还在再生制动期间将机械功率从车轮传递至电动马达150。在正常的驱动操作期间，电力驱动装置(一个或多个)140和马达/发电器150在从蓄电池102和/或FES105获取电流时用作负载。在再生制动期间，电力驱动装置140和马达/发电机150包括源，这是因为它们为DC总线104提供了再生能量(来自制动)。

PCC106(功率转换器/控制器)包括用于既在正常驱动操作期间又在再生制动期间管理快速储能总线103与DC总线104之间的能量流的算法。PCC106在管理该能量流时使用可从电动系统局部获得的大多数信息。在一些实施例中，PCC106包括电力电子器件和用于管理电能流的一个或多个处理器(在一些实施例中，为特殊用途功率转换器处理器)，和执行用于功率转换器的策略的控制器。

在一些实施例中，可制造独立的快速储能系统(例如PCC106、总线103和快速储能装置105)并将其作为一种改进现有应用的手段，所述现有的应用使用的是慢储能源(例如蓄电池组102)。在一些实施例中，快速储能系统可被设置为翻新现有车辆的配件市场套件。

图1C是根据一些实施例的应用于包括功率转换器控制器(PCC)的电动车辆的双储能系统119的另一示意图。双储能系统包括PCC106，所述PCC包括能量管理算法110、再充电管理算法113、被联接至PCC106的DC-DC功率转换器112、经由高压总线(例如约350直流伏特)被联接至功率转换器112的马达驱动功率电子器件140，且负载150(例如电动马达)被联接至马达驱动功率电子器件140。

双储能系统进一步包括快速能量总线103(例如约100至200直流伏特)和快速储能系统105，例如经由低压总线被联接至DC-DC转换器112的FES。FES的操作电压在其被充电和放电时有所不同。

在电动车辆(EV)应用或其它马达驱动装置的一些实施例中，PCC106(使用能量管理算法110)管理高压总线与低压总线之间的功率的功率转换器以便保护蓄电池102。PCC106接收传感器数据170，如提供电流、电压、蓄电池温度、踏板/节气门被压下的距离、和来自局部电力系统的其它相关信息的传感器数据。

PCC106将FES电压v_ucap与蓄电池电压v_bus隔离开来(即利用DC-DC转换器进行电分离)，所述蓄电池电压表示DC总线的电压，通常与蓄电池端子电压相同，v_ucap是FES的估算理论电压。PCC包括DC-DC转换器，所述转换器将低压总线103上的电压与高压总线104上的电压隔离开来，并根据需要在它们之间提供功率传递。

PCC中的能量管理算法110控制DC-DC功率转换器112以便根据预定策略在FES105与马达驱动功率电子器件140之间转换并传递功率。传感器数据170可包括系统中的电流和电压的电力测量值。在车辆应用情况中，还可使用一些数据如车辆速度和加速器位置以便基于车辆条件优化算法的性能。控制信号180控制DC-DC功率转换器以便在车辆总线与FES之间传递功率，所述功率是由能量管理算法计算得出的。再充电管理算法113管理FES105的再充电。在一些实施例中，再充电管理算法113与能量管理算法110分离开来。在一些实施例中，再充电管理算法113是能量管理算法110的一部分。

在一些实施例中，在PCC处或与PCC相关联地使用一个或多个特殊用途功率处理器来执行能量管理算法110。在一些实施例中，高压开关电路被联接至该一个或多个特殊用途功率处理器以便切换并转换与快速储能总线103与DC总线104相关联的高电压。

图1C所示双储能系统的优点在于：其易于可调以便通过调节滤波器参数(通常是时间常数)的方式使用不同类型或型号的快速储能装置。该算法的有利之处在于其既保护了蓄电池又允许使用更小型(且因此更廉价)的蓄电池。在一些实施例中，该算法可由与功率转换器控制器106相同的一个或多个处理器执行。在一些实施例中，该算法可与功率转换器控制器分离地被执行。

图2是示出了计算机实施的能量管理系统的框图，所述系统被实施为PCC106。在一些实施例中，PCC106是专用的(例如特殊用途的)汽车功率控制器计算机，用于至少控制部分混合动力电动车辆中的功率分布。在一些实施例中，该计算机是专用通用供电源控制器计算机，以便控制通用供电源的操作。在其它实施例中，PCC106是通用用途的计算机。

PCC106通常包括一个或多个处理单元(CPUs)202，可选地包括一个或多个网络或其它通信界面204、存储器210和用于将这些部件相互连接起来的一条或多条通信总线208。PCC106可选地可与用户界面相容(例如因而使得技工或技术人员可接近PCC并与PCC连通)，用户界面可选地包括显示装置206和用户输入装置205(例如控制面板、辅助键盘、键盘、数据端口等)

PCC106通常接收来自电压传感器、温度传感器、电流传感器等的一个或多个输270，和来自踏板/节气门和制动传感器272的一个或多个输入272。PCC106还通常包括输出值DC总线104、低电压总线103等的控制输出274。

存储器210可包括高速随机存取存储器、如DRAM、SRAM、DDR RAM或其它随机存取固态存储器装置，且可包括非挥发性存储器，例如一个或多个磁盘储存装置、光盘储存装置、闪存装置、或其它非挥发性固态储存装置。存储器210可选地可包括位于远隔CPU(一个或多个)202的位置处的一个或多个储存装置。存储器210或另一种可选方式是存储器210内的非挥发性存储器装置(一个或多个)可包括计算机可读的储存介质。在一些实施例中，存储器210储存着下列程序、模块和数据结构或其子组：

●操作系统211，所述操作系统包括用于处理各种基本系统服务且用于执行硬件相关任务的程序。

●可选的网络通信模块212，所述模块用于将PCC106连接至其它计算装置，这种连接是经由一个或多个通信网络界面204(有线或无线)和一个或多个通信网络如无线网络、WiFi网络、蜂窝电话网络、互联网其它宽域网络、局域网络、大城市区网络等实现的，所述通信网络可用于在发布服务补丁时进行软件更新或者允许对车辆的性能进行定制。

●电流控制模块220，所述电流控制模块估算、确定并控制电流，所述电流包括负载电流、蓄电池电流、瞬态电流和再充电电流。负载电流是由负载(例如电力驱动装置140和马达105，图1B)从蓄电池102和/或FES105中获得的电流。蓄电池电流是由蓄电池102供应至DC总线104(图1)的电流。瞬态电流是由负载在加速、爬山和/或牵引期间获取的高负载电流与可从蓄电池中获得的最大安全蓄电池电流之间的差。瞬态电流由PCC从FES105供应。再充电电流是由负载在噪声致动期间供应的电流，且用于对蓄电池102和/或FES105进行再充电。在一些实施例中，通过由再生致动产生的再生电流对FES进行充电。在一些实施例中，从蓄电池对FES进行充电；

●放电/再充电快速储能模块230，所述模块监控FES装置(例如超级电容器)的充电量并将其再充电至满电量或将其再充电至部分满电量，正如下面结合图4、图5和图6所述地那样，和/或提供缓冲器(改变速率限制器)功能，正如下面结合图7所述地那样。在一些实施例中，放电/再充电模块230包括能量管理算法232和再充电管理算法234；

●限制转矩模块240，所述模块确定负载电流是否高于蓄电池和FES共同(且在一些实施例中，蓄电池、FES和燃烧发动机共同)所能够提供的安全电流，并通过限制负载的转矩的方式，例如通过减小被提供给车辆车轮的功率的方式，来减小负载电流，如图23中的标签切割转矩2324所示；

●蓄电池保护模块250，所述模块监控蓄电池的温度、适应性地调节电流上限和下限，和/或监控电流、电压和/或蓄电池充电量；

●模式控制模块260，所述模块控制负载或其它装置，这包括控制再充电模式(既在停止时控制又在巡航时控制)、转矩模式(例如当进行牵引、负载较重、或爬山时)、加速模式(例如从静止状态加速)和限制转矩模式(例如当快速储能装置被耗尽时)；和

●辅助服务模块290，所述模块用于提供包括状态、控制、管理等的辅助服务。

上述确定的模块中的每个模块可被储存在前述存储器装置中的一个或多个装置中，且包括用于执行上述功能的一组指令。上述确定的模块或程序(即成组的指令)无需被实施为独立的软件程序、过程或模块，且因此，这些模块的多个子组可被组合或以其它方式重新布置在多个实施例中。在一些实施例中，存储器210可储存上述确定的模块和数据结构的子组。此外，存储器210可储存上文未描述的附加模块和数据结构。

尽管图2示出了单个系统，但这仅旨在作为多个特征的功能性描述，这种特征可存在于一个或多个计算机中，实际上，且正如所属领域技术人员所认识到地那样，图中独立示出的项目可进行组合，且一些项目可被分离出来。用于实施系统的计算机的实际数量和特征在它们之间的分配方式将随着实施方式的不同而产生变化。

图3示出了根据一些实施例的用于实施图1C所示能量管理算法110的功率转换器控制器106的电路示意图300。图3所示的硬件(电路)和/或软件系统和算法(例如在PCC处实施或与PCC相关联地实施，正如所述)包括充电状态(SOC)控制器310、瞬态估算器320、再充电逻辑单元330和缓冲器340。在一些实施例中，图中所示电路300对应于图2所示电流控制模块220。

充电状态(SOC)控制装置被用于对FES进行再充电，从而使其可用于下一瞬态需求以便应对马达电流超过蓄电池电流界限的情况。当马达电流下降至低于蓄电池电流下限时，能够进行SOC控制。在充电期间，SOC控制器将从蓄电池或从马达(在再生减速期间)获得电流。充电状态(SOC)控制器310接收SOC设定点输入312且具有被联接至再充电逻辑单元330的输出314(搜寻电流)。

在一些实施例中，SOC设定点被编码在控制软件内且可被设定至低于100％的某个值(例如80％)。在一些实施例中，该数量是固定的，但如果应用情况需要FES控制策略产生变化时，该数量也可产生变化，例如，可以使用50％的设定点从而使得FES能够吸收更多能量。

SOC代表储能性能的百分比。瞬态估算器320接收负载电流输入322(来自马达的负载电流的测量值)且具有被联接至再充电逻辑单元330的输出324(瞬态电流)。再充电逻辑单元具有被联接至缓冲器340的输出。缓冲器具有被联接至快速能量PCC106的输出344(设定点)。

下面的描述采用了这样的马达负载，其中FES105被用作快速储能装置，且蓄电池被用于进行长期储能。然而，所属领域技术人员将认识到：可使用任何其它负载或快速储能装置。

瞬态估算器320计算瞬态期间，例如加速、会车、超车、爬山和牵引负载期间，的快速储能电流。瞬态估算器利用PCC106确定要从蓄电池102(慢能量源)输送至负载(被联接至电流驱动装置140的马达150)和要从FES输送至所述负载的负载电流的比例。瞬态电流(例如由于加速而产生)被分析且与稳态电流(例如由于爬山而产生)分开，且瞬态电流估算值变成了PCC106的设定点。这可通过确定负载电流的改变速率的方式确定，即较高的改变速率对应于加速，或一般性的高负载电流对应于牵引负载或爬山的情况。

PCC随后导致FES105将瞬态电流供应至负载(马达)150，因此限制了从蓄电池102获得的电流且由此保护了蓄电池不受过量电流的作用。在一些实施例中，该蓄电池保护功能是由图2所示蓄电池保护模块250实施的。

在负载电流是稳态电流的情况下(例如当没有加速时)，没有有效的瞬态电流(i_pcc)被发送给负载150。这表示有机会将FES再充电至适当的充电状态(SOC)；这种再充电是由SOC控制器310执行的。

SOC控制器310在负载电流为稳态电流，即没有瞬态电流时对快速储能装置(FES)进行再充电。SOC控制器负责将FES充电水平在储存至所需设定点(SOC设定点，例如85％的充电量)。在短期内，FES中的电量可相对于SOC设定点产生相当大的改变，尤其是当车辆的需求产生变化时。SOC控制器利用了稳态条件的优点以便将FES的SOC恢复至所需SOC设定点。术语“状态”可用于表示“设定点”，这是因为二者都指的是充电状态值(绝对值或相对值)。

再充电逻辑单元330包括用于确定是否经由SOC控制器310对FES105进行再充电的逻辑单元(被实施为包括图2所示再充电管理算法234的硬件和/或软件，所述硬件和/或软件的输出被示于图4B和图6所示的曲线图中)。再充电逻辑单元330框确定系统合适处于稳态(即没有瞬态电流)且随后使用SOC控制器310以及瞬态估算器320的输出，所述输出被发送至缓冲器340。在一些实施例中，SOC控制器输出与瞬态估算器输出加合在一起。

缓冲器340防止了快速储能装置出现过充电或过放电。缓冲器340表示了将快速储能装置保持在运行界限内的一种计算(所述计算是由硬件、软件或其组合执行的)。当接近FES的满界限或空界限时，缓冲器340的计算(如图7所示曲线的斜边712和714所示)逐渐减小了作为指令发送至PCC的电流。缓冲器因此将快速储能装置保持在其运行界限内。在执行了缓冲器340的计算之后计算输出值PCC106的输出。在一些实施例中，在与满界限或空界限相隔一定距离的范围内执行缓冲操作，例如在界限值的5％范围内、10％范围内、15％范围内、20％范围内、25％范围内。

正如下面的曲线图(例如图4A、图4B、图6)中所讨论地那样，当从电源中获取电流时，马达、总线、蓄电池和FES电流被示出且被描述为负值，当在再生减速期间将电流发送至电源时，所述马达、总线、蓄电池和FES电流被示出且被描述为正值。在本文范围内，“高蓄电池电流(high battery current)”指的是电流值大于“低蓄电池电流(lowbattery current)”的蓄电池电流，即，“高”和“低”是彼此相对的。

图4A是根据一些实施例的负载电流(即，由负载获得的电流)和蓄电池电流(即由蓄电池获得的电流)随时间变化的叠加曲线图400。图4A示出了瞬态电流(i_pcc)是如何与负载电流和蓄电池电流相关的。图4A示出了负载电流(i_mot)410和由蓄电池供应的电流(i_bat)420，进入蓄电池端子内的电流。马达电流是在DC总线处测得的。负电流将功率输送至马达。正电流将来自马达/发电机的再生能量提供到DC总线上。

i_mot410与i_bat420之差表示将要由FES供应的瞬态电流，i_pcc440，且该电流对应于加速条件。i_pcc是流入功率转换器/控制器(PCC)电子器件内的电流(对快速储能装置进行充电)，且也被描述为“瞬态电流”。

再充电区域430是FES再充电模块(图2、图3)将瞬态电流主动地在储存到FES上以便对齐充电的区域，且对应于稳态条件。在一些实施例中，FES是由蓄电池进行再充电的。在一些实施例中，通过来自被联接至蓄电池的发电机的电流对FES进行充电。在一些实施例中，蓄电池保护模块250(图2)限制了选电池电流的变化，因此保护了蓄电池。

图4B是示出了根据一些实施例的流向/来自快速储能系统的瞬态电流106随时间变化的曲线图，即该图更详细地示出了图4A所示的瞬态电流(i_pcc)440。FES的放电被示作负电流(即，X轴下方的由附图标记460表示的内容为负电流)，且再充电420被示作正电流(即，X轴上方的由附图标记450表示的内容是正电流)。还可能用发电机再生的能量对FES进行充电。在这种情况下，SOC控制器310或瞬态估算器320计算可使FES充满电的正电流。

在加速条件期间，瞬态电流(i_pcc)440是负的，这表示电流获取自快速储能装置105。在再充电条件455期间，瞬态电流420是正的420，这表示电流420是正的，表示电流由PCC106供应至快速储能装置105。

图5是框图，图中示意性地示出了根据一些实施例的用于对快速储能装置进行再充电的电路。在一些实施例中，图5对应于图2所示的再充电管理算法234。图6是流过图1C所示PCC106的电流的曲线图，图中示出了使用搜寻带对快速储能装置进行再充电的方式。搜寻带是当应用于计算出的瞬态电流i_pcc的带(通常以约0安培为中心)，此时i_pcc处于该带范围内，可对快速储能装置进行再充电。为清晰起见，首先描述图6。

在一些实施例中，如果瞬态电流i_pcc处在搜寻带内，则搜寻电流被添加到从蓄电池获得的瞬态电流上，且该总电流被发送以便对FES进行再充电。

在其它实施例中，被发送以便对FES进行再充电的输出被选择以便为搜寻电流或瞬态电流。如果瞬态电流i_pcc处在搜寻带范围内，则仅发送搜寻电流以便对FES进行再充电，否则将瞬态电流发送至FES。

图6示出了根据一些实施例的流过(图1C所示)PCC106的瞬态电流或早充电电流随时间的曲线图，图中示出了使用搜寻带对快速储能装置进行再充电的方式。参见图6，搜寻带610被限定为2个，包括正搜寻带650和负搜寻带660。当计算出的瞬态电流i_pcc620在瞬态放电结束时下降至正搜寻带与负搜寻带之间(例如在瞬态放电结束时处在点630处)时，车辆被因为在稳态条件下运行，即不需要由FES提供较大的瞬态电流。在瞬态放电阶段665期间，瞬态电流620处在搜寻带之外，且未发生再充电。在再充电阶段675期间，瞬态电流处在搜寻带内(630)且进行再充电，如瞬态电流设定点640(i_pcc_sp)所示，所述设定点源自于图5所示的搜寻逻辑框510(下文所述)。来自图5所示低通滤波器520的经滤波的搜寻电流输出被添加到瞬态电流i_pcc上以便形成正的瞬态电流设定点640，从而导致快速储能装置进行再充电。

在一些实施例中，图5所示电路包括搜寻逻辑单元510(对应于图2所示的再充电管理算法234)，所述搜寻逻辑单元接收来自SOC控制器的搜寻电流输入，所述控制器接收来自负载的负载电流i_mot，且所述负载接收来自瞬态估算器的瞬态电流(i_pcc)。搜寻逻辑单元510具有被联接至低通滤波器520的输出。低通滤波器520具有被联接至加法器512的经滤波的搜寻电流。来自加法器512的经过加合的输出被联接至缓冲器算法530。缓冲器算法具有作为用于PCC电流的设定点(i_pcc_sp)的输出，所述电流是由能量管理算法产生的，在一些实施例中，所述算法被实施在特殊用途的功率转换器处理器上。

在一些实施例中，搜寻逻辑单元510防止了在以下情况下进行再充电，i_pcc下降至搜寻带620范围之外的情况下、电动马达正在进行能量再生的情况下、或者驾驶员已经将加速器踏板置于“满节气门”的情况下，即信号hi_accel是主动的。

结合图5和图6对再充电逻辑单元进行描述。当将要由蓄电池(使用SOC控制器310，图3)或其它长期能量源对FES105(图1)进行再充电时，则要确定再充电逻辑单元303(图3)的功能。逻辑单元510将传递来自SOC控制器的再充电信号(seek_current)以便随后开始对FES进行再充电；流向PCC的实际再充电电流是i_pcc_sp640。seek_current是由充电状态(SOC)控制器计算出的电流指令，所述指令试图将快速储能装置再充电至特定的充电水平。

低通滤波器520防止了从SOC控制器向PCC产生粗糙的阶梯式过渡。该滤波器通常是快速滤波器，所述快速滤波器在逻辑单元520中出现变化时使信号seek_current_filt沿斜线产生变化，因此避免了阶梯式变化。低通滤波器520是被设计以便传送低于特定值的电磁频率，同时排除了频率更高的那些信号的滤波器；滤波器可具有简单或复杂的设计。

加法器512将经滤波的搜寻电流和来自瞬态估算器的PCC电流加起来并提供了加合的输出。

缓冲器逻辑单元530应用于将信号实际地传送至功率转换器/控制器(PCC)之前。基于来自加法器的输出(包括经滤波的搜寻电流)，缓冲器算法控制来自/通往PCC的电流710(图7)i_pcc_sp，并在达到全SOC(例100％)或空SOC(例如25％)时使该电流沿斜线向下(712、714，图7)，因此避免了FES的过充电或充电不足。在一些实施例中，这种倾斜是线性的。

在一些实施例中，缓冲器使得无需关闭在电容器的极限时出现的极高电流，因此避免了功率电子器件的瞬态。在一些实施例中，低通滤波器520防止了将高再充电电流突然施加到功率电子器件上，这同样避免了瞬态的出现且避免了功率电子器件寿命可能的降低。

图7是示出了根据一些实施例的被供应至FES的满电流的百分比与快速储能装置的充电状态的关系图，且图中示出了保护快速储能装置不会过度充电或过度耗尽的缓冲器作用。缓冲器是变化速率限制器。

满电流意味着被在一定的充电水平范围内(百分比范围内)被施加到快速储能装置上以便对其进行再充电的最大电流。在一些实施例中，该满电流可在该充电范围内产生变化。在一些实施例中，该满电流可响应于温度、快速储能装置的使用年限、快速储能装置的充电/放电周期数量等产生变化。在一些实施例中，图7所示的缓冲器功能对应于图2所示的放电/再充电FES模块230。

图7以曲线图的方式示出了执行该功能的方法。在相对较高的714带和/或相对较低的带712中，流入FES105内的电流被减小以便限制当达到高水平或低水平时电流的变化速率。例如，如果FES在满电流水平(例如100％的电流水平)下被充电直至FES被100％充满，则充电电流将从满电流(100％)迅速降为零(0％)。这种电流的快速变化会使FES随时间受损，因此所希望的是用缓冲器作用防止这种快速变化。

当FES充电710达到相对较高的(例如95％)的充电状态(SOC)时，电流被减小714直至在100％的SOC下，缓冲器530不传送电流。在相对较低(例如30％至25％)的充电状态(SOC)下也会使用缓冲作用，此时电流被减小712，直至在相对较低的水平下(例如，在“空”被限定为FES中留下的充电量的25％的情况下)，缓冲器530不传送电流。在一些实施例中，可使用更宽或更窄的缓冲器带，这取决于特定的应用情况。

图8是根据一些实施例的用于对应用于车辆中的FES进行再充电的闭路调节器电路800的实例。在一些实施例中，图8所示功能对应于图2所示放电/再充电FES模块230。

调节器电路包括SOC设定点逻辑单元810，所述逻辑单元接收固定SOC设定点输入802(例如0.8或80％)和车辆速度输入804。SOC设定点逻辑单元810具有经过调节的SOC设定点输出812，所述输出被联接至加法器826。SOC设定点输入802对应于FES的充电水平。SOC设定点输出812对应于所需的FES充电水平，这考虑到了由传感器确定的车辆的当前速度(spd_veh)804，所述传感器例如为动力系、轴或轮上。

调节器电路进一步包括SOC计算器820，所述计算器接收快速储能装置电压(来自FES电压传感器的v_ucap)。SOC计算器820具有估算的SOC输出824，所述输出被联接至加法器826。来自加法器826的经过加合的输出被联接至积分器框830。积分器框830接收来自上限框834的上限信号。积分器框830输出经过几分的搜寻电流840。

调节器800用来在稳态操作期间恢复FES上的电量。在一些实施例中，该调节器是闭路系统，且用以使测得的FES的SOC恢复固定的设定点值。其它类型的闭路控制器可获得相似的结果；在图8所示车辆实例中，使用SOC调节器算法，所述算法利用的是传统的比例积分(PI)控制技术。在其它实施例中，可使用查询表或另一种适当的控制算法。

充电状态设定点逻辑单元810将固定的设定点802(soc_sp)与测得的FES的SOC(soc)进行对比。如果车辆速度较低，则电路810强制地使SOC设定点达到或接近100％，这确保了车辆在满的FES充电水平下启动；或者该设定点为小于100％的值(例如80％)，从而为再生制动留出一些余量。

SOC计算器820通过测得的端子电压v_ucap估算FES SOC。在一些实施例中，v_ucap是估算的电容器的理论电压(即，对电压降进行了校正的端子电压)，并将其作为估算的SOC输出824而输出。在一些实施例中，端子电压被单独使用，这是因为当达到SOC目标时，或者在放电结束(此时电流为零)时，SOC变得更为准确。值Vmax_ucap表示FES(例如超级电容器)能够安全储存的最大电压(和相应的充电量)。

加法器826将SOC设定点逻辑单元810的输出与SOC计算器逻辑单元820的输出加在一起。加起来的输出(表示计算出的SOC 824与目标SOC 812之差)被联接至控制器框830。

控制器框830施加比例增益和积分增益并对它们进行调谐，从而以稳定的方式恢复FES充电量。再充电电流限于由Fast_seek_lim或Slow_seek_lim限定的最大充电电流，所述Fast_seek_lim或Slow_seek_lim来自上限框834。Fast_seek_lim用来在车辆处于低速或停止时对FES进行快速充电。在一个实施例中，控制器将对FES充电且并不对其进行放电；为此原因，在上限框834中使用零的下限。

上限框834确定是对FES进行快速充电(例如Fast_seek_lim以便对车辆进行再充电，从而使其可从停车等启动)还是缓慢充电(例如Slow_seek_lim)。

图9A是根据一些实施例的瞬态电流估算器电路900(例如见于PCC106中，图1)的实例，所述估算器电路用于计算将要由快速储能装置供应或吸收的瞬态电流。在一些实施例中，瞬态电流估算器电路900对应于图3所示的电流估算器320。

电流估算器电路包括低通滤波器910，所述低通滤波器接收由马达获取的负载电流(i_mot)902输入，和起始条件逻辑单元904输入。蓄电池电流估算器910产生估算的蓄电池电流(ibat_est)912输出，所述输出被传送至加法器920。加法器还接收负载电流902作为输入。加法器输出负载地阿牛与估算的蓄电池电流之间的电流差，且该电流差被联接至积分器930。积分器被联接至来自下限逻辑单元931的输入并接收所述输入。积分器输出估算的瞬态且该瞬态被传送至PCC106。

在一些实施例中，蓄电池电流估算器910、加法器920和积分器930被实施在PCC106处，所述实施使利用硬件和/或软件进行的。在一些实施例中，这些功能被实施为图2所示电流控制模块220的一部分。

蓄电池电流估算器910监控马达电流(i_mot)并计算该电流的经滤波的结果(用低通滤波器)。低通滤波器计算经过平滑处理的电流轮廓，所述轮廓所包含的瞬态要少于马达电流且因此更适用于由蓄电池(或燃料电池)传送出去。蓄电池电流估算器910的输出被表示为估算的蓄电池电流i_bat_est。这是对有能量管理算法计算出的所需蓄电池电流的估算。低通滤波器可包括单个滤波器(例如具有单个时间常数的单极滤波器)，或其可包括更复杂类型的滤波器，这取决于应用情况。

滤波器910具有相关的时间常数，且FES操作受到对该值进行的调节的影响。具有较大的时间常数(较低的截止频率)的滤波器导致产生更平滑的蓄电池电流估算值和更高的瞬态电流。这需要有更多的FES容量来供应瞬态电流，这是因为滤波器的反应时间更慢了。具有较小的时间常数(更高的截止频率)的滤波器需要更少的容量，但将导致蓄电池电流产生更迅速地变化。对于给定的FES型号而言，可能调节算法(通过调节滤波器截止频率)以便在大多数情况下都能充分利用FES，这是所属领域技术人员应该意识到的。

起始条件逻辑单元确定了车辆加速时所处的速率，且因此设定了蓄电池电流界限。如果目前的加速速率高于以前的加速速率(911)，则蓄电池电流界限被设定为更高的水平(例如280安培)。如果目前的加速速率低于以前的加速速率(914)，则蓄电池电流界限被设定为更低的水平(例如-120安培)。

在一些实施例中，在低通滤波器910之后施加界限，以便限制蓄电池电流的范围。下限逻辑单元931确定FES106将以高速932(例如-500安培)释放能量还是以低速934(例如-150安培)释放能量。高速可用以提供突发功率(例如在加速期间)，且低速可用于在更长的时间期间(例如爬山时)提供辅助。

加法器920被构造以便计算负载电流902与估算的蓄电池电流912之间的电流差。该电流差对应于图4A和图4B所示的PCC电流(i_pcc)440。在一些实施例中，FES提供了马达电流的非蓄电池部分，这是由加法器920计算出来的。该非蓄电池部分包括瞬态行为，所述瞬态行为可被FES更好地输送(或吸收)。该部分是通过计算马达电流与估算的蓄电池电流的电流差920(即，i_mot-i_bat_est)。

积分器930对来自加法器920的差值输入进行积分以便对其进行平滑，并给予下限逻辑单元931发送将要由PCC106提供的功率的估算值938。如果车辆处于高加速模式中(取决于下限逻辑单元931)，则来自积分器的估算值938与高速率932相关联。如果车辆处于低加速模式下，则来自积分器的估算值938与低速934相关联。在一些实施例中，来自积分器的估算值938可在高速与低速之间变化。

图9B示出了根据一些实施例的用于确定车辆处于高加速状态还是低加速状态下的加速需求检测电路940。电路940的输出952被联接至图9A所示的起始条件逻辑单元904。

加速需求检测电路包括被联接至低通滤波器940的加速位置传感器942(例如汽车中的节气门或“气动”踏板)。来自低通滤波器的经滤波的输出942被联接至加速需求检测电路950，所述电路提供高加速输出952。

在图9B所示的电路中，加速位置传感器942(例如位于踏板、驱动系统、电源总线、蓄电池等装置上或与这些装置相关联或被联接至这些装置的传感器)检测节气门控制或加速器踏板的位置(例如信号pedal_veh)或由此产生的参数，以便确定驾驶员何时完全压下和/或以较大程度压下(例如“满节气门”)踏板，并预期车辆达到最高性能。低通滤波器940和加速需求检测电路950确定hi_accel为0还是为1。如果踏板被完全压下(例如90％或更大)，则随后使用标记hi_accel来改变瞬态估算器界限和起始条件904/935。这允许蓄电池电流在从FES上卸载能量(911)之前达到高于正常水平的水平。当加速器踏板位置被缩回时，即当驾驶员放开脚且踏板的压下程度减少(914)时，例如压下程度小于50％，则初始条件被降低。这些分别对应于图9A所示下限逻辑单元931的高电流932和低电流934。在一些实施例中，仅对高(满节气门)位置条件进行分析。在一些实施例中，滞后(例如介于50％的踏板压下程度与90％的踏板压下程度之间)可根据使用者的偏好和/或车辆构型(例如运动轿车对比家用货车)。

在一些实施例中，蓄电池电流估算器910和/或加速需求检测逻辑单元950被实施为对应于图2所示模式控制模块260的硬件和/或软件。

在一些实施例中，双储能系统在瞬态功率与可变的高平均功率之间进行区分。控制方法(例如正如图8和图9所示)随着平均功率需求在正常行驶过程产生的较大的变化而进行适应。在一些实施例中，该控制方法保护了蓄电池、对FES进行充电从而使其对于出现方式相对不可预测的瞬态具有高度的可用性、且允许使FES的尺寸最小化。

图10A-图10D是示出了根据本发明的特定实施例的用于进行双储能管理的计算机方法1000的流程图。计算机方法1000可受到储存在计算机可读储存介质中且由一个或多个服务器的一个或多个处理器执行的指令的控制。计算机可读储存介质可包括磁盘储存介质或光盘储存介质、固态储存介质如闪存、或其它一个或多个非挥发性存储器装置。存储在计算机可读储存介质上的计算机可读指令以源代码、汇编语言代码或由一个或多个处理器编译的其它指令格式存在。

参见图10A，首先确定由负载获得的负载电流(1002)。在一些实施例中，在被联接至车辆动力系的传感器(例如传感器170，图1C)处测量与负载电流(例如负载电流410，图4A)相关联的能量(1004)。例如，PCC106，图1C，确定由马达驱动功率电子器件(MDPE)140获得的负载电流i_mot。在一些实施例中，通过图2所示的电流控制模块220测量负载电流。

在一些实施例中，在被联接至车辆的动力系的传感器处测量电压。例如，在图1C中，在动力系(DC总线)104上测量总线电压v_bus。总线电压是DC功率供应总线上的DC电压，所述电压通常被限定在界限范围内。其通常取决于系统中的蓄电池电压。

在一些实施例中，测量加速踏板的位置，其中加速踏板被构造以便响应于使用者对车辆的控制而压下。例如，在图9B中，加速位置传感器942的pedal_veh被测量且被用来控制加速需求检测电路950。在一些实施例中，通过图2所示模式控制模块260控制加速需求检测。

在一些实施例中，测量节气门控制装置的位置(例如，手动节气门控制装置对应于踏板控制装置的pedal_veh)(1010)，其中节气门控制装置被构造以便响应于使用者对车辆(例如节气门或“启动踏板”)的控制而升高或降低功率。

在一些实施例中，用低通滤波器对负载电流进行滤波(1012)。

基于负载电流对将要由蓄电池供应至负载的蓄电池电流进行估算(1014)。在一些实施例中，该估算是在功率控制器转换器(例如图1所示的PCC106)处执行的。例如，在图9A中，蓄电池电流估算器910估算蓄电池电流，并将其提供给加法器929，在提供给积分器930之前，用加法器从马达电流i_mot中减去所述蓄电池电流。在一些实施例中，通过图2所示蓄电池保护模块250对蓄电池电流进行估算。

在一些实施例中，估算安全蓄电池电流(1015)，所述安全蓄电池电流是蓄电池在不受损的情况下所能够提供的电流。该估算在蓄电池电流估算器910处执行，其中表示该最大安全蓄电池电流的max_discharge_bat值被提供给估算器910。

在一些实施例中，估算的蓄电池电流限于最大阈值(1016)。

在一些实施例中，对负载电流进行滤波以便产生估算的蓄电池电流(1017)。

在一些实施例中，如果估算的蓄电池电流在接近最大阈值的电流值下所保持的时间超出了预定时期，则将估算的蓄电池电流降至低于最大阈值的更低的阈值(1018)。

在一些实施例中，如果负载电流低于该更低的阈值，则对快速储能装置进行再充电(1019)。

参见图10B，基于估算的蓄电池电流和负载电流确定需要从快速储能装置流向负载的瞬态电流(1020)。例如，在图9A中，积分器930估算瞬态并将其发送至功率转换器(PCC)。

在一些实施例中，负载电流被监控和滤波(1022)，且从负载电流中减去蓄电池电流。例如，在图9A中，加法器929从负载电流i_mot中减去估算的蓄电池电流i_bat_est。

在一些实施例中，瞬态电流是负载电流与蓄电池电流之间的差(1024)。在图9中，估算的瞬态电流i_pcc930被传送至功率转换器。

在一些实施例中，在放电模式期间(1026)，瞬态电流从快速储能装置流向负载，且负载电流包括来自快速储能装置的瞬态电流和来自蓄电池的蓄电池电流。例如，再图1C中，瞬态电流i_ucap由快速储能装置通过DC-DC功率转换器112(受到PCC106的控制)提供给负载马达驱动功率电子器件140。

在一些实施例中，当快速储能装置达到最小容量时，降低负载电流(1028)。对于蓄电池而言，该容量通常以安培-小时(Ah)为单位；其还可表示为Wh或kWh。这种负载电流的降低被称作“转矩限制”，这是因为马达功率(转矩)被减小了，即马达执行的功的大小被减小了，这因此限制了马达获取的负载电流。在一些实施例中，该转矩限制对应于图2所示的转矩限制模块240。

在一些实施例中，从蓄电池获得的电流被限于最大蓄电池电流水平(1030)。例如，图9A所示的蓄电池高水平lbat_hi_init 911或蓄电池低水平lbat_lo_init 914是阈值水平。在一些实施例中，最大蓄电池电流水平响应于蓄电池温度产生变化(1032)。

从快速储能装置向负载进行的瞬态电流的放电或充电过程受到控制(1040)。例如，瞬态电流估算值938(图9A)被传送至PCC106(图1)，所述PCC控制快速储能装置105。

在一些实施例中，在通用供电源中的通用功率控制器转换器处控制功率分布(1042)。

在一些实施例中，在至少部分的混合动力电动车辆，如车辆100，图1中控制功率分布(1044)。

在一些实施例中，在汽车中的汽车功率控制器转换器(例如PCC106，图1)中执行控制。PCC执行能量管理算法110(图1C)或者使PCC执行能量管理算法以便控制进出PCC的电流。

在一些实施例中，在提升机构中的提升功率控制器转换器处执行所述控制(1050)。

在一些实施例中，放电指令被传送给功率转换器控制器(1052)，其中功率转换器控制器对快速储能装置与蓄电池之间的电能流进行管理(这例如是用能量管理算法110实施的，正如本文所述地那样)。

参见图10C，在一些实施例中，对负载电流进行分析(1060)并确定何时达到稳态。例如，图6示出了处在搜寻带中时的再充电行为。在再充电时期675期间，瞬态电流(需要从快速储能装置获得的电流)处在搜寻带内，且因此对快速储能装置进行再充电(再充电430，图4A)。

在一些实施例中，瞬态电流是再充电电流(1062)。基于稳态对将要由蓄电池供应给快速储能装置的再充电电流进行估算。

在一些实施例中，监控快速储能装置的充电状态(1064)并逐渐减小将要由蓄电池供应的估算的再充电电流，以便保护快速储能装置不受损。例如，图8示出了被监控810的FES充电状态(SOC)设定点Soc_sp 802。图7示出了“缓冲器”作用710，其中充电状态受到监控。如果充电状态处于中间范围710内(例如介于图7所示的“低”712与“高”714之间)，则并不对流入快速储能装置内的充电量进行限制，即允许充电量完全流入快速储能装置内。如果充电状态处于低区域中(例如介于“空”与“低”之间或介于介于“高”与“满”之间的高区域)，则充电量的流速受到限制(如曲线图的左侧和右侧处的斜线所示)。这种限制防止了过快的变化速率伤害快速储能装置。

在一些实施例中，测量快速储能装置的电参数(1066)。例如在图8中，FES电压传感器v_ucap测量快速储能装置上的电压值。在一些实施例中，电压传感器上的电压值对应于例如由被联接至快速储能装置的热电偶感测到的温度。

在一些实施例中，通过在达到设定点时将再充电电流从第一电流降至第二电流的方式限制再充电电流(1068)，其中该设定点是高充电量设定点。上文已经结合图7对此进行了描述。

在一些实施例中，再充电指令(例如i_pcc_sp，图6)被传送至功率转换器控制器(例如PCC106，图1)(1070)，其中功率转换器控制器管理快速储能装置与蓄电池之间的电能流。在一些实施例中，再充电指令与图2所示放电/再充电FES模块230相关联。

在一些实施例中，确定负载电流是处于停止的稳态还是处于巡航的稳态(1072)。例如，在图8中，FES SOC设定点810确定车辆速度是否小于慢速，且如果是这样，则将SOC设定点设定为满充电量(即soc_sp＝1.0)。如果车辆速度高于低速，则SOC设定点被设定为小于满充电量以便允许通过再生制动捕获能量。

如果负载被停止，则控制再充电电流以便将快速储能装置充电至最大充电量，且如果负载在稳态下运行，则控制再充电电流以便将快速储能装置充电至低于最大充电量的充电量。

在一些实施例中，将负载电流与搜寻带对比(1074)，其中搜寻带规定了负载电流的范围，在该范围内，快速储能装置将被再充电，正如图6的再充电区域675所示，如上文所述。

在一些实施例中，对再充电电流进行估算以便在负载电流处于停止的稳态810的情况下将快速储能装置充电至最大充电量，如图所示，如上文所述。

在一些实施例中，如果负载电流处于巡航的稳态，则对负载再充电电流进行估算以便将快速储能装置充电至低于最大充电量的充电量，如图8所示，如上文所述。

在一些实施例中，通过在达到低充电量设定点时将瞬态电流从第一电流降至第二电流的方式限制瞬态电流(1079)。例如，可执行转矩限制以便降低马达负载电流。可通过限制图2所示转矩模块240的方式控制转矩限制，如上文所述。

参见图10D，图中示出了用于双储能管理的计算机方法1080的流程图。确定由负载获得的负载电流(1082)。通过对负载电流进行滤波的方式确定估算的蓄电池电流(1082)，如文中所述。使估算的蓄电池电流以第一上阈值为界限(1084)，如文中所述。使估算的蓄电池电流以第二下阈值为界限(1088)，如文中所述。

在一些实施例中，如果负载获得的电流大于第一上阈值达一定时期，则将从蓄电池获得的最大电流限于该第一上阈值(1090)。

在一些实施例中，如果负载电流低于该第二阈值(1092)，则对快速储能装置进行再充电。

在一些实施例中，基于估算的蓄电池电流确定需要从快速储能装置流至负载的瞬态电流，并对从快速储能装置向负载进行的瞬态电流释放进行控制(1094)。

本文所述的方法可受到指令的操控，所述指令被储存咋计算机可读的储存介质上并由一个或多个服务器的一个或多个处理器执行。该方法的每个操作可对应于储存在计算机存储器或计算机可读的储存介质上的指令。储存在计算机可读的储存介质上的计算机可读的指令包括源代码、汇编语言代码、结果代码或由一个或多个处理器编译的其它指令格式。

图11-图24描述了一种用于对PHEV的双储能系统中的FES或其它快速储能(FES)装置的充电状态进行适应性管理的系统和方法。该系统和方法改进了蓄电池的保护，改进了性能，且使FES的所需容量最小化。控制方法被置于控制器(在一些实施例中，为图1A所示的PCC106)中，所述控制器既操纵马达驱动装置(例如图1A所示的马达150)又操纵DC-DC转换器(例如转换器112，图1C)，所述转换器管理FES(例如，FES105，图1A)与DC总线之间的功率流。

该系统和方法(由控制器执行)提供了多种功能，这包括利用FES和转矩限制手段保护蓄电池不会被抽取高电流、使FES的实用性最大化、将转矩限制的使用最小化、且使FES的容量最小化。

本文所述的一个实施例包括在不干涉功率电子器件的情况下被联接至DC总线的蓄电池(例如图1A所示的蓄电池102)。如图1C所示，FES通过DC-DC转换器112被联接至DC总线，在一些实施例中被联接至PCC106，或被联接至PCC的部分。马达150通过反相器(马达驱动功率电子器件140)被联接至DC总线。FES电流和马达电流被控制以使得流过的净电流为蓄电池电流。另一种可选方式是，可通过介于蓄电池与DC总线之间的DC-DC转换器实施本文所披露的方法。控制蓄电池电流的目的是保护蓄电池不会过热并增加蓄电池寿命。

本文所披露的控制方法是自适应性的且适用于多种类型的车辆中。该方法可在不进行变型的情况下实施于加速、减速、巡航、持续高负载操作过程如爬山或牵引和空闲过程中。该测量使得无需监控车辆的多个操作方法、与常规的解决方案相比实施起来更为简单也更为廉价、且更为可靠。所应用的多个控制过程包括：确定蓄电池电流界限、从FES获得或吸收能量、和将电流界限施加到马达上。

为了响应于平均牵引功率的较宽范围，使用适应性蓄电池电流界限代替固定蓄电池电流界限。描述了计算该适应性蓄电池电流界限的方法和系统。适应性蓄电池电流界限的有利之处在于其先顶了蓄电池电流的可接受的范围以便防止造成损伤并延长了蓄电池寿命。该界限是通过首先为车辆补充来自FES的能量且仅在必要时降低提供给马达的牵引功率(例如在FES能量被耗尽或接近耗尽的情况下)的方式而实施的。

在一个实施例中，建立蓄电池电流上限和蓄电池电流下限，且蓄电池电流界限在这些界限之间变化。它们可被设定为固定的参数、由用户选择的参数或者由控制器动态且自动地调节的参数。在一些实施例中，蓄电池电流界限被储存在存储器(挥发性或非挥发性)中和/或查询表(LUT)中。

蓄电池电流下限的代表值为蓄电池的连续电流额定值。蓄电池电流上限的代表值为蓄电池的30秒瞬态电流界限，即，在不损伤蓄电池的情况下，在30秒时间内可获取的最大电流。在一些实施例中，可使用其它时期或时间水平。

尽管希望将蓄电池电流限于低水平，但也可短时间使用高电流水平。高电流水平的使用应该被降至最低限度以使蓄电池寿命最大化。

蓄电池电流界限还可在下边界与上边界之间得到动态调节。例如，在“满节气门”加速情况下(例如结合图9B所述的完全压下的踏板)，一种方式是将蓄电池电流界限设定为等于蓄电池电流上限。

蓄电池电流上限可作为蓄电池温度的函数而降低以便保护蓄电池免受损伤或老化。可使用多种其它参数作为调节蓄电池电流界限的输入，这包括蓄电池使用年限、环境温度、蓄电池迄今为止的周期数量等。

蓄电池电流界限可在处理器的作用下在下限与上限之间变化，所述处理器例如处于PCC处或与PCC相关联。通过观察马达电流的方式确定如何调节蓄电池电流界限。在一些实施例中，通过对马达电流进行连续平均的方式计算蓄电池电流界限(该计算可通过多种方式执行，这包简单指数低通滤波器，或移动平均器)。因而，该平均值表示应该由蓄电池供应的稳态电流。该计算值以下限和上限为边界。

适应性蓄电池电流界限优于固定界限的优点在于：适应性蓄电池电流界限允许暂时进行较高的平均功率操作，而不会使FES耗尽。例如，以恒定速度在高速公路上爬山会导致平均功率超过在市内和公路上的加速功率需求。固定电流界限允许FES在市内和公路加速过程中对蓄电池进行保护，但同时也允许FES以恒速在高速公路上爬山的过程中出现耗尽的情况下，从而使得车辆无法进行加速以便会车或进行应急操纵。在使用适应性电流界限的情况下，当车辆已恒定速度爬山时，蓄电池电流节选估算值增加以便与平均马达电流需求相匹配。这使得下文所述的FES充电方法可保持足够的充电量以便进行会车或操纵。

可实施代替蓄电池电流界限估算器的多种其它可选方式。在一些实施例中，估算器被实施为滤波器或实施为简单的移动平均器，所述滤波器或移动平均器是由处理器或专用估算器硬件执行的。在一些实施例中，滤波器的阶和时间常数是硬编码的或者被设定为参数。在一些实施例中，滤波器的参数是动态可调的。

可使用多种能量管理策略以便高效地使用FES。在一些实施例中，基于蓄电池电流选择用于FES的控制模块，且存在两个蓄电池电流区域，由此用特定的蓄电池电流水平作为划分FES的两种控制方式的依据。在一些实施例中，将这些控制方式区分开来的划分用蓄电池电流是蓄电池电流下限。在其它实施例中，划分用蓄电池电流可被随意选择。对于这种划分而言，存在至少两种控制方式：充电状态(SOC)控制带和瞬态电流控制(TCC)带。

在瞬态电流控制(TCC)期间，FES进行操作以便减小蓄电池上的瞬态负载，因此保存蓄电池寿命。通过对马达电流进行连续平均(或滤波)的方式估算可接受的蓄电池电流界限。TCC用于从FES中获取后洗手电流以便将蓄电池电流保持在计算的蓄电池电流估算值处或低于该估算值。瞬态电流控制器是监控瞬态电流并确保瞬态电流不会给蓄电池带来损伤的电路。

马达(负载)获得负载电流并产生转矩以便转动车辆的车轮。该马达转矩受到PCC的监控。如果马达电流需求超过了FES输出加上蓄电池电流上限之和，则PCC限制了转矩以便减小马达电流从而将蓄电池电流保持在蓄电池电流上限或低于该上限。限制转矩意味着减小提供给车轮的功率，从而使得车辆的加速程度将更少、爬升更慢(爬山时)或者牵引地更慢(通过牵引器或负载)。

在一些实施例中，马达驱动装置具有控制马达施加多少转矩的信号输入。在一些实施例中，该信号源自于节气门控制(例如加速器踏板)，在一些实施例中，信号输出可受到软件的限制以便不会将满的加速器输出施加到马达驱动装置上。

在一些实施例中，当快速储能装置达到最小容量时，马达转矩受到限制。在一些实施例中，最小容量处在一定范围内，例如正常容量的20％至30％，正常容量的10％至40％等。当FES被耗尽且无法保护蓄电池不受高电流作用时，马达电流被降低。在本发明的范围内，可用多种变型方式来计算用于进行转矩限制的阈值。

双储能容量和蓄电池电流上限可受到控制以便保护蓄电池并提供令人满意的性能。加速时间(如0-60mph时间)通常用于在车辆之间对比。FES可用于使加速最大化，同时不会获取过多的蓄电池电流。

在一些实施例中，系统自动检测满节气门事件，并将蓄电池电流界限调节至最大允许界限。这充分利用了蓄电池(在其安全操作界限内)，同时FES提供了剩余的所需功率后电流。在一些实施例中，FES控制参数还可被自动调节以便在车辆获得60mph或某种其它目标速度时使FES完全耗尽。该目标速度可由使用者设定、由车辆的制造商设定，或者可取决于位置(例如当地公路法、城市法等)。

如果FES旨在承载加速事件的主要负荷，则在此情况下所需要的FES将比其它情况下所需的FES小得多。这使得能够降低车辆双储能需求的成本、重量和占地面积，并降低了制造具有这种双储能系统的车辆的成本。

参见图11，图中示意性地示出了用于适应性地管理汽车中的FES(或其它储能装置)的充电状态的车辆系统，所述汽车例如为图1A所示的汽车。图18-图20示出了其它可选的车辆系统。

图11示出了串联插入式混合动力电动车辆(PHEV)的实施例1100，所述车辆具有一根从东周。串联PHEV具有未被机械地联接至轴/轮而是驱动发电机的发动机，所述发电机为蓄电池提供电流且以便驱动电动马达。

车辆包括被联接至第一马达/发电机1101的发动机1103(例如文中所述的常规的烃燃料发动机)，其中发动机驱动马达/发电机以便产生电力。第一马达/发电机1101被联接至功率控制器转换器(PCC)1107。PCC1107被联接至FES1108，且被联接至慢储能装置(例如蓄电池)1109。PCC1107被联接至DC总线1111，所述DC总线被进一步联接至第二马达/发电机1102。第二马达/发电机经由齿轮箱1104被联接至一根或多根轴1105，所述轴被联接至一个或多个轮1106，此时第二马达直接驱动轮。在一些实施例中，总线1111可以是AC总线而非DC总线。

功率转换器和控制器1107通过DC总线1111在马达/发电机、蓄电池1109、FES1108与辅助系统之间交换电功率。第二马达/发电机1102消耗电力以便产生牵引功率和/或可通过再生制动产生电力。功率转换器和控制器1107在联接的部件，如马达/发电机、储能装置和充电系统以及其它辅助系统，之间处理、调节并引导电功率流。功率转换器和控制器1107获得或吸收处在一定电压和功率水平范围内的DC、单相AC和/或多相AC电力。

图12示意性地示出了功率转换器和控制器(PCC)1107的示图1200，所述功率转换器和控制器对应于图11所示的串联混合PHEV。

PCC1107被联接至第一马达/发电机1101且被联接至第二马达/发电机1102。PCC1107为第一和第二马达/发电机提供功率(在驱动模式下)并接收来自所述第一和第二马达/发电机的功率(在再充电模式下)。在一些实施例中。PCC1107还被联接至FES1108和满储能装置(例如蓄电池)1109。

在PCC1107内部，控制器1211被联接至直流总线1111，且经由PCC总线被联接至多个开关装置1201。平滑电容器1212被联接在来自蓄电池1109的电压线上。开关装置1201被串联地联接在来自蓄电池1109的电压线上。电感1213被联接至电压线。

参见图12，驱动马达/发电机1101和1102的开关装置1201包括两个三相反相器构型。FES1108通过升降压转换器1201被联接至DC总线1111，所述转换器包括单相腿以及两个开关装置1201和电感1213。该升降压转换器1202有利于使可变FES电压与相对恒定的DC总线电压相匹配。平滑电容器1212有助于稳定总线电压和减少电压脉动。开关装置1201被控制器1211操作。尽管图中并未示出，但电流和电压反馈被用于帮助控制反相器。为了简便起见，图中仅示出了控制器1211与开关装置1201之间的几条控制路径。

在一些实施例中，本文所述(且如图2所示)的能量管理策略是由控制器1211执行的。所施加的多个控制过程包括：建立适应性蓄电池电流界限、管理流向和流自FES的能量流、并将电流界限施加到马达上。

适应性蓄电池电流基线限定出给定时间下用于车辆的可接受蓄电池电流的水平。该界限是通过首先为车辆补充来自FES的能量，且仅在必要时降低提供给马达的牵引功(即，在FES能量被耗尽的情况下)的方式被实施的。图13、图14、图15和图16示出了这种情况。

图13是根据一些实施例的蓄电池电流与时间的线性曲线图1300.，图中示出了充电状态(SOC)和瞬态电流控制(TCC)操作区域。图13示出了多个操作区域和能量管理策略，所述策略在观察蓄电池电流界限的同时使用FES。在X轴上方，再生区域1304表明蓄电池和/或FES在充电。在X轴下方，低功率操作区域1305表示蓄电池在略微放电且FES在充电，正如结合图6所示搜寻带所讨论地那样。高功率操作区域1306表明蓄电池在放电，且FES放电以便实施蓄电池电流界限。抓举限制区域1307表明蓄电池在其电流上限1302下放电且马达转矩被限制以便实施该电流上限从而防止蓄电池受损。在一些实施例中，各个带之间的界限可以是动态的。

在再生区域1304中，蓄电池电流是正的(Y轴上的1350)，这表明其在充电。FES也可利用可得的马达能量被便利地充电。

在低功率操作区域1305中，蓄电池电流是负的(Y轴上的1360)，且车辆在吸收名义量的蓄电池电流(在下限1301，IB-min，内)。IB-min是蓄电池电流下限(下限大小)。FES的充电时间并不必需，但可以与不超过蓄电池电流界限1301的时间一样长。

在高功率操作区域1306中(TCC控制区域1310)中，车辆将使用FES以便将电流限制与蓄电池电流下限1301或动态调节界限(1403-图14)，所述界限在下限1301与上限1302之间移动。

在高功率情况下，蓄电池可能需要达到蓄电池电流上限1302。在转矩限制操作区域1307中，利用马达转矩限制将蓄电池电流保持在不超过蓄电池电流上限1302的情况下，尤其是当FES能量已被耗尽的情况下更是如此。

在一些实施例中，可采用多种控制策略以便优化地利用FES。在一些实施例中，基于蓄电池电流选择两种控制模式中的一种模式，其中存在蓄电池电流的两个区域(图13所示的SOC区域1309和TCC区域1310)，由此用特定的蓄电池电流水平1301(下限)作为划分两种FES控制方式的手段。在一些实施例中，划分这两种控制手段的蓄电池电流值可被任意地选择。在一些实施例中，划分用蓄电池电流是蓄电池电流下限1301。

在充电状态控制(SOC)区域1309中，蓄电池电流的大小小于蓄电池电流下限。在这种方式中，FES无需保护蓄电池不受高电流作用。控制器对FES进行充电以便用简单的反馈控制策略搜寻目标充电状态SOC。目标SOC可具有任何值，但将通常接近满充电量。这种操作模式被称作SOC控制，受到SOC控制器的控制(上文结合1611，图16进行了讨论)。

在瞬态电流控制(TCC)区域1310中，蓄电池电流大小超过了蓄电池电流下限。在这种方式中，FES控制器获取或吸收电流以便补偿马达电流与蓄电池电流界限估算值之间的电流差。该模式被称作TCC控制模式，由TCC控制器控制(上文结合1612，图16进行了讨论)。

在适应性蓄电池电流界限的一些实施例中，构建起蓄电池电流上限1302和蓄电池电流下限1301且蓄电池电流界限在上限与下限之间变化(1403，图14)。它们可被设定为固定参数、由用户选择、或由控制器适应性地自动调节。

在一些实施例中，适应性(可变的)蓄电池电流界限1403表示经滤波的负载电流。

尽管将蓄电池电流限制到低水平1301是所希望的，但也可在不损伤蓄电池的情况下在短时间内使用高电流水平。高电流水平1302的使用应该被降至最低限度以使蓄电池寿命最大化。蓄电池电流下限1301的代表值为蓄电池的连续电流额定值。蓄电池电流上限的代表值为蓄电池的30秒瞬态电流界限，即，在不损伤蓄电池的情况下，在30秒时间内可获取的最大电流。在一些实施例中，可使用其它时期或时间水平。

图14是蓄电池电流随时间变化的曲线图1400，图中示出了根据一些实施例的蓄电池电流界限和适应性蓄电池电流限制操作。图14所示的操作区域对应于图13所示的操作区域。图14中的X轴表示时间且Y轴表示蓄电池电流。Y轴的正部分1450对应于蓄电池充电情况。Y轴的负部分1460对应于蓄电池放电情况。蓄电池最小电流界限1301和蓄电池最大电流界限1302(均如图13所示)表示了蓄电池电流上限和蓄电池电流下限。如图所示的适应性蓄电池电流界限1403介于这些上限与下限之间。

参见图14，蓄电池电流界限1403可在下限(最小界限)1301与上限(最大界限)1302之间被适应性地调节。在一些实施例中，通过观察马达电流1508的方式确定如何调节蓄电池电流界限，如图15所示。

图15A图15B是分别是根据一些实施例的蓄电池电流(IB_lim_est)和FES电流随时间变化的两条曲线1600，图中示出了在TCC操作范围内的蓄电池、马达与FES电流之间的关系。

图15A中的X轴表示时间且Y轴表示蓄电池电流。图15A所示Y轴上的正值1550表示蓄电池充电状况。负值1560表示蓄电池放电情况。图中示出了蓄电池电流最小值(1301)和最大值(1302)，且马达电流1508在这些值之间变化。

图15B中的X轴表示时间且Y轴表示FES电流。电流的正值表示FES在充电1515，且负值表示FES在放电1516。图中示出了来自瞬态电流控制(TCC)的FES总线电流1513。

图15B上的时期1517对应于图15A中这样的时期，其中负载(马达)电流1508小于估算的蓄电池电流1303IB_lim_est。由于蓄电池电流超出了负载所需的电流，因此该过量的电流可用于对FES进行充电。

图15B上的时期1518对应于图15A中这样的时期，其中负载(马达)电流大于估算的蓄电池电流1303。由于蓄电池电流不足以安全地提供负载所需的电流，因此FES提供电流以便补足电流差并防止从蓄电池获得过多的电流。

参见图15B，在一种实施方式中，通过对负载(马达)电流1508进行连续平均的方式计算蓄电池电流界限(这种计算可通过多种方式执行，这包简单指数低通滤波器，或移动平均器)。因而，该平均值表示应该由蓄电池供应的稳态电流。该计算值以下限1301和上限1302为边界。

在一些实施例中，蓄电池电流界限还可在下边界1301与上边界1302之间得到迅速调节。例如，在“满节气门”加速事件的情况下，一种方式是将蓄电池电流界限设定为等于蓄电池电流上限1302。在一些实施例中，这种调节是阶梯式变化。在一些实施例中，这种调节是斜线式变化。

蓄电池电流上限1302可作为过高蓄电池温度的函数而降低以便保护蓄电池免受损伤或老化。可使用多种其它参数作为调节蓄电池电流界限的输入。

图16是根据一些实施例的逻辑电路示意图1600，图中示出了充电状态(SOC)和瞬态电流控制(TCC)的控制功能。

电路包括被联接至输入1615目标充电状态且被联接至输入1609实际充电状态的充电状态(SOC)控制器1611。充电状态控制器包括被联接至输入1615和1609的加法器1620，所述加法器确定这些输入之间的差值。差值(加法器输出)被联接至比例积分(PI)控制装置1622。比例积分(PI)控制装置1622的输出被联接至输出限制器1624。输出限制器1624的输出1614包括FES充电电流，且被联接至选择器1618。

电路进一步包括被联接至输入1608牵引马达电流的瞬态电流控制器(TCC)1612。TCC1612包括被联接至输入1608的TCC滤波器1617，且滤波器具有被联接至限制逻辑单元1632的输出。限制逻辑单元1632实施蓄电池电流界限估算值1301(最小蓄电池电流)、1302(最大蓄电池电流)和1403(动态调节的蓄电池界限)，如图13和图14所示。限制逻辑单元的输出被联接至加法器1634，所述加法器也被联接至输入1608牵引马达电流。加法器1634输出马达电流与估算的蓄电池电流界限之间的差值，且该输出被联接至输出限制器1636。输出限制器具有被联接至选择器1615的受限的差值输出1613。选择器1615提供表示FES总线电流指令的输出1616

上文结合图16所示的充电状态(SOC)控制器1611对充电状态(SOC)控制装置进行描述。充电状态控制装置用来在车辆性能受影响最小的时期期间恢复FES1108的充电量。当被调用时，SOC控制器1611将利用简单的反馈控制机构使FES的SOC恢复目标值1615。FES的耗尽程度越大，则对FES更迅速地充电是适当的。在一些实施例中，这是通过将比例反馈整合在策略中实现的。在一些实施例中，使用查询表(LUT)。

在一些实施例中，实际SOC(1609)是反馈。在一些实施例中，将实际SOC与目标SOC进行对比。将差值馈送至P算法，所述P算法计算输出至PCC的输出电流(Ic)指令。PCC获取或吸收来自超级电容器的电流所述电流改变了实际的SOC，且因此提供反馈回路。

可通过以适当方式将控制器的输出限制到高值或低值(利用输出限制器1624)的方式改变SOC控制模式下的高充电率。例如，当车辆停止时，适当的做法是对FES进行快速充电，从而使其准备好进行接下来的加速。

作为SOC和马达速度的函数来改变充电速率使得设计者(例如汽车设计者、机械设计者、构造设计者、电力供应设计者等)能够将FES的尺寸、重量和成本降至最低限度，同时为蓄电池提供特定的保护水平。当车辆停止或SOC较低时，与不实施提高充电速率概念的情况下提供相同保护水平的FES相比，应用提高充电速率的概念的FES的所需容量可大大降低。

结合图16的瞬态电流控制器(TCC)1612对瞬态电流控制(TCC)进行描述。在TCC控制过程中，FES进行运转以便降低蓄电池上的瞬态负载，因此保持蓄电池寿命。在一些实施例中，通过对马达电流1608进行连续平均(或滤波)的方式估算可接受的蓄电池电流界限。该蓄电池电流界限1303将通常处于上面结合图13所述的蓄电池下限1301与蓄电池上限1302之间。

TCC控制器1612被用来获取或吸收来自FES的电流以便补偿马达电流1608与蓄电池电流界限估算值1303之间的电流差1613。在一个实施例中，由FES1108获取或吸收的电流受到明确地控制并被设定为等于马达电流与蓄电池电流界限估算值(由滤波器1617和限制逻辑单元1632产生)之间的差值(由加法器1634确定)，因此对蓄电池电流进行调节。

在一些实施例中，TCC控制器与SOC控制器之间的选择法如图13中所示。

当负载(马达)电流1608的大小小于蓄电池电流界限估算值1303，但仍保持在用于SOC控制1301的阈值上方时，蓄电池电流与蓄电池电流界限估算值之间的差值被FES1608吸收，因此对FES1108进行充电。如果FES被充满，则允许蓄电池电流下降至低于蓄电池电流界限估算值。

当马达电流1608的大小超过蓄电池电流界限估算值1403时，TCC控制器1612从FES获取电流1613(如1518所示)，由此将蓄电池电流保持在蓄电池电流界限估算值下，从而使得蓄电池电流与FES电流的组合可满足马达电流需求。如果FES被耗尽且无法吸收电流，则允许蓄电池电流超出蓄电池电流界限估算值。如果蓄电池电流升高至蓄电池上限且试图超过该电流上限，则可利用转矩限制的方式降低马达电流以便将该电流调节至该允许的较高值。

在特定条件下，蓄电池电流界限估算值将被初始化，这意味着蓄电池电流界限估算值将被设定为初始值。初始值的分配可基于蓄电池的运行历史。通常情况下，初始蓄电池电流界限估算值将被设定为蓄电池电流下限1301，无论车辆是停止或停放。

正如所述，当FES无法保护蓄电池免受高电流作用时，降低马达电流，如图23所示2324。在一种实施方式中，可简单地利用可易于获得的参数计算马达转矩界限：

K{Pultracap+Vbus*IB-max}/w＝Tlimit

其中：

K＝比例参数

Pultracap＝由超级电容器获取的功率(测量值)

Vbus＝DC总线电压(测量值)

IB-max＝最大蓄电池电流(由估算器规定)

w＝马达自转速度(测量值)

在一些实施例中，马达运行达约12000rpm且这与约90mph的车辆速度相关。自转速度用以计算来自动力的转矩，因为基本的关系是：动力＝转矩*速度。

比例因子K用以矫正系统效率和单元插置。比例因子K考虑到了马达、马达驱动装置和齿轮箱或传动装置的效率。为简单起见，该比例因子可以是固定的，或者也可以是可变的以便更好地模拟随着电流、马达速度和其它因子变化的马达和驱动装置效率。

上述方法对转矩界限值进行直接估算。另一种可选方式是，也可使用任何数量的反馈控制方法以便将转矩限制施加到马达上，而作为电流与电流上限之间偏差的函数。典型的方法包括线性比例积分(PI)控制或非线性查询表方法。

确保控制过渡过程中的稳定性是希望的。一种避免在SOC控制器1611、TCC控制器1612和马达的转矩限制装置之间出现控制冲突(不稳定性)的方法是通过使用允许的操作区域(如图13所示)来排除特定类型的操作。稳定性意味着避免在控制模式如SOC控制与TCC之间出现自感应过渡。在一些实施例中，还可利用滞后线性来防止在运行模式之间出现快速过渡。在一些实施例中，可以如下方式实现稳定性。

参见图13，蓄电池电流上限1302和蓄电池电流下限1301可限定出带1306，其中利用TCC控制方法1612(图6)，且并不通过SOC控制1611，来获得期望的FES操作。在低于SOC控制区域1309中的蓄电池电流下限1301的情况下，TCC方法就被排除了，且仅使用SOC控制1611。当SOC控制被启动时，FES充电电流1614(图16)将不允许导致产生这样的蓄电池电流，这种电流将会给TCC方法带来疏忽性的过渡(通过使电流高于蓄电池电流下限1301的方式)。

本文描述了提供稳定性的典型规则，且也可使用其它规则。除了这些以外，同样会避免出现过大的蓄电池电流并抑制了控制状态之间的不希望的过渡的其它规则包括：

(1)控制FES电流IC，从而使得马达电流(IM)+FES电流(IC)大于最小蓄电池电流(IB-min)；

(2)需要马达电流(IM)大于零以使得能够对FES充电(即，利用马达再生而非用于对FES进行充电的蓄电池)；

(3)应用除了大于零的马达电流(IM)以外的固定或可变的阈值或者大于最小蓄电池电流(IB-min)的马达电流(IM)以使得能够对FES进行充电；

(4)自动调节TCC过滤器1617的时间常数(图6)以便影响FES在不同条件下被耗尽的速率(例如在较高的马达电流IM下使用更短的时间常数以便避免电容器被过快地耗尽)；

(5)使用固定或自动调节的FES电流(IC)电流界限(以及IB界限)以便为FES赋予较高的充电/放电速率，因此控制充电/耗尽时间；

(6)施加专用于实现限定FES充电状态的“搜寻状态”的目的的SOC控制区域1309(图13)，在所述状态下能够进行SOC控制；

这些等式使蓄电池和/或FES的放电呈现出负电流值，并将功率输送至马达。正值表示马达发电的再生情况，并对蓄电池和/或FES进行充电。

结合示出和描述了本发明优选实施例的附图和说明，将易于理解本发明进一步的方面。所属领域技术人员应该意识到：可在不偏离本发明概念的情况下对作出本发明的其它实施例且在多种方面中对本发明的细节作出改变。因此，下面的图和描述旨在被认为具有示例性本质而非具有限制性。

图17示出了变化的适应性电流与温度的关系曲线图1700。X轴1720示出了蓄电池温度(例如单位为F)且Y轴示出了放电电流界限，单位为安培(A)。虚线1740示出了蓄电池电流下限(IB下限)。实线1730示出了蓄电池电流上限IB上限，及其随着温度变化的方式，当蓄电池温度升高时，电流上限降低以便保护蓄电池不受损。

参见图18-22，图中披露了本发明的其它可选实施例。

图18示出了根据一些实施例的并联混合推进系统的示意图，所述系统具有一根电动轴。

并联混合推进系统包括发动机1803(例如文中所述的常规烃燃料发动机)，所述发动机被机械地联接至马达/发电机1802(其中在再充电过程中，齿轮箱驱动马达/发电机产生电力，且在放电过程中，马达/发电机驱动齿轮箱以便转动轴1805和轮1806)且被机械地联接至齿轮箱1804，且经由齿轮箱被联接至轴1805和轮1806。

马达/发电机1802经由DC总线1811被联接至功率控制器转换器(PCC)1807(但在一些实施例中，可使用AC总线)。PCC1107被联接至FES1808，且被联接至满储能装置(例如蓄电池1809)。PCC1808被联接至DC总线1811且因此被联接至马达/发电机1802。

通过功率转换器和控制器1807在马达/发电机1802、蓄电池1809、FES1808和辅助系统之间进行电功率的交换。常规的燃烧发动机1803和电动马达1802驱动同一组车轮1806。

图19示意性地示出了根据一些实施例的通过道路式(TTR)并联插入式混合动力车辆。TTR并联构型包括电功率部分1901和燃烧功率部分1900。

在该实施例中，电功率部分1901包括被联接至轴1905的第一组轮1906，其中轴被机械地连接至齿轮箱1905且被联接至电动马达/发电机1902。电动马达/发电机通过DC总线1913被电联接至功率转换器控制器(PCC)1907，且被联接至蓄电池1909被联接至FES1908。

燃烧功率部分1900包括发动机1903，所述发动机通过第二齿轮箱或驱动桥1910且通过第二轴或半轴1911被机械地联接至第二组轮1912。在TTR构型中，除了穿过车辆所行驶的道路的部分或系统以外，燃烧部分1900与电力部分1901之间不存在牵引能量的电力交换，且在发动机与电驱动系统之间不存在能量的机械交换。TTR能量传递的实例是发动机1903的运行功率高于推进车辆所必须的功率，同时操作电动驱动系统(齿轮箱1904和马达/发电机1902)以便提供再生制动，从而吸收有发动机1903产生的过多能量并将其储存在蓄电池1909或FES1908中。

图20示意性地示出了根据一些实施例的具有两根从动轴的串联混合推进系统2000。

串联混合推进系统包括发动机2003，所述发动机被机械地联接至第一马达/发电机2001，从而使得发动机驱动第一马达/发电机，而产生电力。马达/发电机2001被联接至功率控制器转换器(PCC)2007，且PCC2007被联接至FES2008且被联接至更慢的储能装置(例如蓄电池2009)。

第三马达发电机2013被电联接至PCC2007。第三马达/发电机2013被机械地联接至第二齿轮箱2010，所述齿轮箱被机械地联接至第二轴2011。第二轴被机械地联接至第二组轮2012。

第二马达/发电机2002通过DC总线2014(在一些实施例中也可使用AC总线)被电联接至PCC2007。第二马达/发电机2002被机械地联接至第一齿轮箱2004.，所述第一齿轮箱被机械地联接至第一轴2005。第一轴被机械地联接至第一组轮2006

第二马达/发电机2002利用电力以便经由第二齿轮箱(传动桥)和差微分装置2004以及第二轴或半轴2005将动力提供给第二从动轮2006。第三马达/发电机2013利用电力以便通过第二齿轮箱或传动桥2010以及第二轴或成组的半轴2011将动力提供给第二组从动轮2012。通过功率转换器和控制器2007在马达/发电机、蓄电池2009、FES2008与辅助系统之间交换功率。第二马达/发电机2002和第三马达/发电机2013可消耗电力以便产生牵引功率或可通过再生致动产生电力。

图21A和图21B示意性地示出了根据一些实施例的用于图18、图19和图20所示车辆的典型推进系统。

图21A示出了推进系统2100，所述推进系统包括被联接至更慢能量源(例如蓄电池2109)且被联接至FES2108的功率转换器控制器(PCC)2107。马达/发电机2101也被联接至PCC2107。PCC包括控制器2111、被联接在来自蓄电池2109的输入上的平滑电容器2112、被串联地连接在蓄电池2109的输入上的多个开关2101和被联接至来自FES2108的输入且被联接在第一组开关2101之间的电感2103。来自马达/发电机2102的多个输入还被联接在成组的开关2101之间。

图21A所示的推进系统2100示意性地示出了对应于图18所示并联驱动装置且对应于图19所示通过道路式(TTR)系统的功率转换器和控制器2107。

在一个实施例中，开关2101驱动马达/发电机2102且被布置成三相桥构型。FES2108通过升降压转换器被联接至DC总线(即，由蓄电池供应的功率)，所述升降压转换器包括单相腿以及第一组开关2101和电感2103。平滑电容器2112帮助稳定DC总线电压(即由蓄电池2109供应的功率)并减少脉动。开关装置2102由控制器2111操作。为简便起见，图中仅示出了控制器2111与开关装置2101之间的一些控制路径。

图21B所示的推进系统2120示意性地示出了对应于图20所示两轴串联构型的功率转换器和控制器2107。

推进系统2120包括(与图21A相似的)功率转换器控制器(OCC)2107，所述控制器被连接至更慢的能量源(例如蓄电池2109)且被联接至FES2108。PCC包括控制器2111、联接在来自蓄电池2109的输入上的平滑电容器2112、串联地联接在蓄电池2109的输入上的多个开关2101、和被联接至来自FES2108的输入且被联接在第一组开关2102之间的电感2103。

第一马达/发电机2122也被联接至PCC2107，且具有被联接在一组开关2102之间的多个输入。第二马达发电机2114和第三马达发电机2126被相似地联接至PCC2107。在一些实施例中，第一马达/发电机、第二马达/发电机和第三马达/发电机对应于图20所示的马达/发电机2001、2002和2013。

参见图21B，在一个实施例中，与图20所示两轴串联构型相对应的功率转换器和控制器(PCC)2107可具有两根从东周，例如对应于第二马达发电机2124和第三马达发电机2126。在一些实施例中，图20所示所有三个马达/发电机都通过三项倒相器被联接至DC总线(蓄电池2104)，所述倒相器包括由控制器2115操纵的开关装置2111，正如文中所述。

图22示出了根据一些实施例的负载电流的曲线图2202、PCC电流的曲线图2230和FES电压的曲线图2250，所有都是相对于时间而言的，图中示出了FES的适应性充电。在图22中，曲线图2202和2230，高于X轴的值表示正电流。在图22中，曲线图2250，高于X轴的值表示正电压。

曲线2202中的Y周表示电流2212且X轴表示时间2114。由负载(例如马达/发电机)获取的平均负载电流(Iload)2210在瞬态时期2219期间随着车辆的加速(例如从停止开始加速)而快速升高。由负载获得的负载电流通常比估算的蓄电池电流(Ibatt estimate)2218的升高速度更快。蓄电池是储存了大量能量慢储能装置，但该装置与负载电流2210的改变速率相比必须相对缓慢地释放该能量，才能避免蓄电池过热和受损。如果除了蓄电池外的动力源无法补足介于平均负载电流与估算的蓄电池电流之间的电流差，则蓄电池将尝试供应该电流差2211，获取超过安全状态的更多电流(即高于Ibatt estimate2218)，这可能使蓄电池受损。

快速储能装置供应瞬态时期2219期间估算的蓄电池电流2218与负载电流2210之间的电流差2211，且能量从电容器中被排出2220。曲线图2230示出了由快速储能装置获取的电流2234。该电流2234的积分提供了在瞬态时期2219期间从快速储能装置排出的充电量2236。曲线图2250示出了快速储能装置的充电状态(SOC)2252。当电流从快速储能装置中被获取且通过功率转换器控制器(PCC)被供应至负载(马达)时，该充电量在瞬态时期2219期间下降2254。充电量随后在时期2223期间随着电容器被再充电而升高，其中该充电量是由电流2234在时期2223期间的积分2238(加满电容器充电量)提供的。

在一些实施例中，当车辆接近目标速度(例如60mph)时，由负载获取的电流开始下降。在一些实施例中，这约为瞬态时期2219的中间。该电流随着驾驶员开始倒回加速装置时(即将他/她的脚略微远离加速器踏板)下降，此时车辆开始接近目标速度。当出现这种情况时，负载电流开始下降。尽管负载电流2210大于估算的蓄电池电流2218，但FES继续供应电流以便补充估算的蓄电池电流且当能量从FES被排出2222时耗尽了充电量2254。

当负载电流2210下降至低于估算的蓄电池电流2218时，蓄电池电流会超出负载电流，这种超出的电流用来对快速储能装置进行“加满”。这被示作曲线图2210的时期2223。在该时期期间，充电量从蓄电池流入PCC内(被示作曲线2230中的负电流2238)且这导致快速储能装置的充电状态(SOC)升高，被示作曲线2250上的电压升高2256。

当负载电流和蓄电池电流相等(时期2225)时，电流不再从蓄电池被供应至快速储能装置，没有附加的电流流入快速储能装置内，如曲线2230中的零电流2240所示。快速储能装置的充电状态2258变得水平且保持稳定2258。当平均负载电流2210下降至低于估算的蓄电池电流2218时，电容器再次充电。在一些实施例中，PCC可被构造(例如通过选择时间常数的方式)从而使得时间2223(充电电容器时间)更长，因而使得电容器在达到稳态时充满电(其中估算的蓄电池电流与负载电流相匹配)。

图23示出了根据其它实施例的负载电流和FES电压随时间变化的曲线，图中示出了快速储能装置的适应性充电。

图23示出了随时间流动2314的电流2312的曲线2310。在该实施例中，图中示出了平均负载电流2316以及估算的蓄电池电流2322。在时期2370期间，负载电流2316随着电流被马达获取而开始升高。在一些实施例中，一旦负载电流升高而超过蓄电池电流下限2330，则计算估算的蓄电池电流2322，例如通过PCC控制器计算。

在时期2372期间，当负载电流2316高于估算的蓄电池电流2322时，电流从快速储能装置被供应以便弥补该电流差。快速储能装置的充电状态(SOC)从满水平2350(或接近满水平的水平)下降至低水平2362。当快速储能装置达到低水平且被放电时，电流可不再有快速储能装置供应至负载。在该点处，通往负载的转矩被截止2324，且负载电流2316下降至一定水平以便与估算的蓄电池输出电流2322相匹配。估算的蓄电池输出电流可被设定在蓄电池电流上限2318处(或接近该上限的水平处)，例如暂时(例如30秒)达到蓄电池可供应的最大负载。在一些实施例中，接近意味着在最大值的5％范围内。在一些实施例中，接近意味着在最大值的30％范围内。

在介于蓄电池电流上限2318与蓄电池电流下限2330之间的带2326内，如果瞬态负载电流2316下降至低于估算的蓄电池电流2322，则将对快速储能装置(例如电容器)进行再充电。如果负载电流下降而落入低于蓄电池电流下限2330的带2328内，则将对快速储能装置进行再充电。

图24示出了电流2412随时间2314变化的曲线2410。在该实施例中，示出了由负载获取的平均负载电流2416以及估算的蓄电池电流2422。图24示出了蓄电池电流上限2418和蓄电池电流下限2420。当负载电流下降而低于估算的蓄电池电流2422时，快速储能装置(例如电容器)被再充电2426。如果负载电流下降而低于蓄电池电流下限2420，则对快速储能装置进行再充电2428。

图25是示出了根据本发明的特定实施例的用于进行双储能管理的计算机方法2500的流程图。

确定由马达负载(例如马达/发电机1102，图11)获取的负载电流(2502)，且如果负载电流处在电流下限内，则以再充电模式控制功率分布。

在一些实施例中，(例如FES1108，图11)被再充电(2504)。

如果负载电流高于电流下限，则确定车辆是在爬升模式还是加速模式下运行(2506)。

在一些实施例中，在爬升模式下，蓄电池电流界限被设定为连续电流界限(2508)，例如图14所示的最小蓄电池电流界限1301。该最小界限防止了快速储能装置被耗尽。在一些实施例中，快速储能装置被保持具有足够的充电量以便在爬升的同时操纵突发的加速，此时驱动装置需要快速操纵而脱离危险状况或与大型车辆(例如半挂车)会车。

在一些实施例中，当快速储能装置达到下限时，负载电流被降低(2510)，其中快速储能装置为负载提供了与蓄电池并联的电流。

在一些实施例中，在加速模式下，蓄电池电流界限被设定为大于适应性连续电流界限，例如图14所示的蓄电池最大电流界限1302的适应性蓄电池电流上限(2512)。该上限允许获得高功率以便进行快速加速，且可响应于蓄电池温度、蓄电池磨损、外部环境条件等产生适应性变化1403。在一些实施例中，这是有利的，因为这降低了功率系统的成本和重量，从而允许以更高效的方式利用蓄电池功率和快速储能装置功率。

在一些实施例中，适应性蓄电池电流上限以与蓄电池温度相反的方向产生变化(2514)。当蓄电池温度升高(由于从蓄电池获得的电流)时，从蓄电池获得的电流必须下降以便防止蓄电池受损。适应性电流界限考虑到了这种情况，当蓄电池变热时，从蓄电池获得的电流会下降，因此防止了蓄电池受损。

在一些实施例中，在加速模式下，功率被从蓄电池且从快速储能装置被提供给负载(2516)。例如，在图22中，在第一时期2219期间，汽车被加速，且马达获得较高的负载电流2210。蓄电池可仅安全地提供该负载电流(Ibatt estimate 2218)的一部分，且其余的差额2211由快速储能装置提供。曲线2230示出了从快速储能装置(电容器)2236排出的充电量。曲线2250示出了快速储能装置在为负载2210提供功率时，其充电状态的下降2254。

在一些实施例中，电流从快速储能装置被提供给马达负载，供应速率足以使快速储能装置在达到目标速度时排干至下限。例如，快速储能装置中的充电量可被排出2254作为功率，该功率可被提供给负载2211以便补充蓄电池功率。充电量排出的速率可被设定以便在0-60mph加速期间排出所有或大部分的充电量。许多汽车从0mph加速至60mph的时间段是规定且额定的。因此，在该加速期间对电容器进行排干可能是有利的以便为马达提供最大增压。

基于车辆的运行模式设定蓄电池电流界限(2520)，如文中所述。

基于蓄电池电流界限在车辆中分布功率(2522)。

上面已经出于说明的目的结合特定实施例进行了描述。然而，上面的示例性讨论并不旨在具有穷举性或者将本发明限于披露的确切形式。根据上述教导可能作出多种变型和改变。实施例被选择和描述以便最佳地解释本发明的远离及其实际应用，从而由此使得所属领域技术人员能够最佳地利用本发明以及各个实施例，及其适用于预想的特定用途的多种变型。

Claims (31)

1.一种控制功率分布的方法，所述方法包括：

确定由负载获得的负载电流；

基于所述负载电流估算将要从蓄电池供应至所述负载的估算蓄电池电流；

基于所述估算的蓄电池电流和所述负载电流确定需要从快速储能装置流向所述负载的瞬态电流；以及

控制从所述快速储能装置向所述负载释放的所述瞬态电流。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如果所述负载电流低于预定水平，则对所述快速储能装置进行再充电。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述估算进一步包括对所述负载电流进行滤波以便产生所述估算的蓄电池电流。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述估算的蓄电池电流限于最大阈值。

5.根据权利要求3所述的方法，其中如果所述估算的蓄电池电流保持在接近最大阈值的水平下的时间超过了预定时间，则将所述估算的蓄电池电流降低至低于所述最大阈值的更低的阈值。

6.根据权利要求3所述的方法，进一步包括如果所述负载电流低于所述更低的阈值，则对所述快速储能装置进行再充电。

7.根据权利要求1所述的方法，其中在功率控制器处实施估算、确定或控制中的至少一种操作。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在通用供电源(UPS)处执行所述方法。

9.根据权利要求1所述的方法，其中在至少部分电动的车辆中执行所述方法。

10.根据权利要求1所述的方法，其中在提升机构中的提升功率控制器转换器处执行所述方法。

11.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述负载电流包括在被联接至车辆的动力系的传感器处测量与负载电流相关的能量。

12.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述负载电流包括测量节气门控制装置的位置，其中所述节气门控制装置被构造以便增加或减小通往所述负载的负载电流。

13.根据权利要求2所述的方法，其中用低通滤波器对所述负载电流进行滤波。

14.根据权利要求1所述的方法，其中估算所述估算的蓄电池电流包括估算在不损伤蓄电池的情况下蓄电池所能够提供的安全蓄电池电流。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述瞬态电流是所述负载电流与所述估算的蓄电池电流之间的电流差。

16.根据权利要求1所述的方法，进一步包括当所述快速储能装置达到最小电量时，减小所述负载电流。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括将从所述蓄电池获得的所述估算的蓄电池电流限于最大蓄电池电流水平。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括使所述最大蓄电池电流水平响应于所述蓄电池的温度产生变化。

19.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在达到所述快速储能装置的低充电状态时，来自所述快速储能装置的所述瞬态电流逐渐减小以便保护所述快速储能装置不受损伤。

20.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制包括将放电指令发送给功率转换器控制器以便管理来自所述快速储能装置和所述蓄电池的电能流。

21.根据权利要求1所述的方法，进一步包括分析所述负载电流并确定何时已经达到稳态，和基于所述稳态确定将要由所述蓄电池供应给所述快速储能装置的估算的再充电电流。

22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括监控所述快速储能装置的充电状态并逐渐减小将要由所述蓄电池供应的所述估算的再充电电流以便保护所述快速储能装置不受损伤。

23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括将再充电指令发送给功率转换器控制器，其中所述功率转换器控制器管理所述快速储能装置与所述蓄电池之间的电能流。

24.根据权利要求21所述的方法，其中确定何时已经达到稳态包括将所述负载电流与搜寻带进行比较，其中所述搜寻带规定了将对所述快速储能装置进行再充电的瞬态电流范围。

25.根据权利要求21所述的方法，其中分析所述负载电流包括确定所述负载是处于停止的稳态还是处于巡航的稳态，且如果所述负载处于停止的稳态，则控制再充电电流以便将所述快速储能装置充电至所述最大电量，如果所述负载处于巡航的稳态，则控制再充电电流以便将所述快速储能装置充电至低于所述最大电量的水平。

26.一种计算机可读储存介质，所述介质储存有被构造以便由一个或多个处理器执行的程序，所述一个或多个程序包括用以实施如下行为的指令：

确定由负载获得的负载电流；

基于所述负载电流估算将要从蓄电池供应至所述负载的估算蓄电池电流；

基于所述估算的蓄电池电流和所述负载电流确定需要从快速储能装置流向所述负载的瞬态电流；以及

控制从所述快速储能装置向所述负载释放的所述瞬态电流。

27.一种适应性地控制由包括蓄电池和快速储能装置在内的系统驱动的负载的方法，所述方法包括：

确定由所述负载获得的负载电流；

通过对所述负载电流进行滤波的方式确定估算的蓄电池电流；

使所述估算的蓄电池电流以第一上阈值为界限；以及

使所述估算的蓄电池电流以第二下阈值为界限。

28.根据权利要求27所述的方法，进一步包括如果由所述负载获得的负载电流在一段时期内高于所述第一上阈值，则将从所述蓄电池获得的最大电流限于所述第一上阈值。

29.根据权利要求27所述的方法，进一步包括如果所述负载电流低于所述第二下阈值，则对所述快速储能装置进行再充电。

30.根据权利要求27所述的方法，进一步包括基于所述估算的蓄电池电流确定需要从快速储能装置流向所述负载的瞬态电流并且控制从所述快速储能装置向所述负载释放的所述瞬态电流。

31.一种计算机可读储存介质，所述介质储存有被构造以便由一个或多个处理器执行的程序，所述一个或多个程序包括用以适应性地控制系统中的功率分布的指令，所述系统包括蓄电池和快速储能装置，包括用以实施如下行为的指令：

确定由所述负载获得的负载电流；

通过对所述负载电流进行滤波的方式确定估算的蓄电池电流；

使所述估算的蓄电池电流以第一上阈值为界限；以及

使所述估算的蓄电池电流以第二下阈值为界限。

Images