CN102951034A - 用于优化能量存储装置循环寿命的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为用于优化能量存储装置循环寿命的系统和方法。提供一种多能量存储装置系统，其包括耦合到直流(DC)链路的第一能量存储装置(ESD)。双向降压/升压转换器包括耦合到DC链路和输入通道的输出通道。耦合到输入通道的第二ESD具有可使用能量存储范围，该可使用能量存储范围定义其中可存储的可使用能量的总量。数据库包括与已知加速事件关联的存储的信息。系统控制器配置成获取与已知加速事件关联的存储的信息，并在已知加速事件期间，促使降压/升压转换器使第二ESD的电压升压并将升压的电压供给到DC链路，以便在已知加速事件之后，第二ESD的电荷状态小于或基本等于电荷的最小可使用能量存储状态。

Description

用于优化能量存储装置循环寿命的系统和方法
技术领域
本发明的实施例一般涉及车辆驱动系统，以及更确切地说，涉及控制能量管理系统以优化车辆或非车辆系统中的能量存储装置的循环寿命。
背景技术
电动车辆和混合电动车辆典型地由一个或多个能量存储装置单独地或与内燃机组合来提供动力。在纯电动车辆中，一个或多个能量存储装置对整个驱动系统供电，从而无需内燃机。另一方面，混合电动车辆包括能量存储装置功率以补充内燃机供给的功率，这大大地增加了内燃机和车辆的燃料效率。传统方式下，电动推进系统或混合电动推进系统中的能量存储装置包括电池、超级电容器、储能轮或这些元件的组合，以便提供足够的能量对电动机供电。
当使用两种或两种以上的能量源来向驱动系统提供功率时，这些能量源典型地非常适合提供不同类型的功率。例如，第一能量源可以是在提供长期功率时更有效率的高能量源(high energy source)，而第二能量源可以是在提供短期功率时更有效率的高特定功率源。高特定功率源可以用于协助高能量源在例如加速或脉冲负载事件期间向系统提供功率。通常，高特定能量源具有的充电/放电循环寿命比高功率源的循环寿命更短。
增加高能量源的循环寿命的一种方法可以包括增加源的尺寸和/或能量额定。但是，增加这些参数的任何一个典型地导致高能量源的成本和重量增加，并且如在车辆应用中使用，则可能潜在地降低加速度变化率。
因此，期望提供一种系统，其控制多能源系统中的能量流，从而优化用于输送功率以驱动负载的功率源/能量源的循环寿命。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种多能量存储装置系统，包括第一能量存储装置和负载，该第一能量存储装置耦合到直流(DC)链路，该负载耦合到DC链路且配置成从DC链路接收能量。一种双向降压/升压转换器组装件，包括第一双向降压/升压转换器，该第一双向降压/升压转换器包括耦合到DC链路的输出通道和包括第一输入通道。包括经由第一DC总线耦合到第一双向降压/升压转换器的第一输入通道的第二能量存储装置，该第二能量存储装置具有可使用能量存储范围，该可使用能量存储范围定义第二能量存储装置中可存储的可使用能量的总量。该系统还包括系统控制器和数据库，该数据库包含与其中需要向负载供给能量的已知加速事件关联的存储的信息。该系统控制器配置成在已知加速事件期间获取与已知加速事件关联的存储的信息，并促使第一双向降压/升压转换器使第二能量存储装置的电压升压并将升压的电压供给到DC链路以对负载供电，以便在已知加速事件之后，第二能量存储装置的电荷状态小于或基本等于电荷的最小可使用能量存储状态。
根据本发明的另一个方面，一种组装推进能量系统的方法，包括将第一能量存储装置耦合到直流(DC)链路以及耦合双向降压/升压转换器组装件的输出通道到DC链路，该双向降压/升压转换器包括一双向降压/升压转换器。该方法还包括将第二能量存储装置耦合到双向降压/升压转换器的第一输入通道和将负载耦合到DC链路。该第二能量存储装置具有可使用能量存储范围，该可使用能量存储范围定义第二能量存储装置中可存储的可使用能量的总量，该负载配置成经由DC链路从第一能量存储装置和第二能量存储装置的其中之一接收能量。该方法还包括将控制器耦合到第一能量存储装置和第二能量存储装置，耦合到双向降压/升压转换器以及耦合到负载，并且将控制器配置成从存储数据库获取第一组存储的信息，该第一组存储的信息与其中要向负载供给能量的已知加速事件相关联。该控制器还配置成促使双向降压/升压转换器在已知加速事件期间使第二能量存储装置中的存储的电压升压，并将升压的电压供给到DC链路以对负载供电，以便在已知加速事件之后，第二能量存储装置的电荷状态小于或基本等于电荷的最小可使用能量存储状态。
根据本发明的又一个方面，一种其上存储有计算机程序并表示一组指令的非临时性计算机可读存储介质，该一组指令在被计算机执行时，促使计算机访问包含与已知加速事件关联的存储的信息的数据库，在该已知加速事件中记录为增加与负载关联的旋转速度对负载的能量供给。该组指令还促使计算机以促使双向降压/升压转换器在已知加速事件期间将第一能量存储装置升压，并将升压的电压供给到DC链路以对负载供电，以便在已知加速事件之后，第一能量存储装置的电荷状态小于或基本等于电荷的最小可使用能量存储状态，其中第一能量存储装置具有可使用能量存储范围，该可使用能量存储范围定义其中可存储的可使用能量的总量。
通过下文的详细描述和附图，将使多种其他特征和优点显而易见。
附图说明
这些附图图示目前设想用于执行本发明的优选实施例。
在这些附图中：
图1以示意图形式图示根据本发明实施例的推进系统的实施例。
图2以示意图形式图示根据本发明实施例的推进系统的另一个实施例。
图3以示意图形式图示根据本发明实施例的推进系统的另一个实施例。
图4以示意图形式图示根据本发明实施例的推进系统的另一个实施例。
图5是图示根据本发明实施例的系统控制器的过程步骤的流程图。
图6是图示根据本发明的另一个实施例的系统控制器的过程步骤的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例涉及车辆和非车辆应用。车辆应用可以包括例如公路用车和非公路用车、高尔夫车、社区电动车、叉车和公用事业货车中的纯电动车辆或混合电动车辆应用。非车辆应用可以包括非车辆类型的负载，包括泵、风扇、卷扬机、起重机或其他电机驱动的负载。虽然是结合车辆应用来描述的，但是本发明的实施例无意局限于此。
图1图示根据本发明的实施例的推进系统100。推进系统100可以在电动车辆或混合电动车辆应用中使用。车辆推进系统100包括能量系统102和系统控制器104。能量系统102包括第一能量存储装置106、第二能量存储装置108和降压/升压转换器组装件110，降压/升压转换器组装件110具有耦合到双向DC-DC降压/升压转换器的输入通道112和具有耦合到DC链路116的输出通道114。第一能量存储装置106配置成具有高能量存储能力，但是具有较低中等循环寿命。可以将循环寿命确定为能量存储装置的放电/再充电电平的深度的函数。第二能量存储装置108具有比第一能量存储装置低的能量存储能力，但是具有比第一能量存储装置106高的循环寿命。相应地，第二能量存储装置108的深度放电和再充电循环次数高于第一能量存储装置106的等效深度放电和再充电循环次数，这指示当在等效状况下操作时，第二能量存储装置108将具有比第一能量存储装置106更长的操作寿命。虽然第一能量存储装置106图示为电池，但是还可设想如超级电容器、燃料电池、储能轮等的另一种类型的能量存储装置。虽然第二能量存储装置108图示为超级电容器，但是还可设想如电池、燃料电池、储能轮等的另一种类型的能量存储装置。
第一能量存储装置106经由DC链路116耦合到负载118，根据本发明的实施例，负载118是包括DC-AC逆变器120和电机或机电装置122的电驱动器。电机122优选地是AC电机，但是不局限于此。虽然未示出，但是要理解多个电机122的每个电机可以耦合到相应的车轮或其他负载，或每个电机122可以耦合到用于将旋转功率分发到车轮或其他负载的差动装置(differential)。
一般来说，在加速操作模式中，第一能量存储装置106在能量系统102的高电压端124上提供的电压经由DC链路116供给到DC-AC逆变器120以驱动电机122。双向降压/升压转换器110还执行动作以将能量系统102的低电压端126提供的电压升压到能量系统102的高电压端124。即，将来自第二能量存储装置108的电压经由总线128提供到双向降压/升压转换器110，该总线128耦合到能量系统102的低电压端126上的其第一通道(a)。通过双向降压/升压转换器110将提供的电压升压，以使在能量系统102的高电压端124上提供到DC链路116的电压被增加到电驱动器118的操作电平。
由电压测量装置130和电流测量装置132分别地将DC链路116上的电压测量和电流提供到系统控制器104。基于电压测量装置130和电流测量装置132的其中之一或二者的测量可以被系统控制器104用于确定第一能量存储装置106的电荷状态(SOC)。另一个电压测量装置134将第二能量存储装置108的电压的测量提供到系统控制器104以用于确定其电荷状态。
根据本发明的实施例，系统控制器104配置成控制流自和流进第一能量存储装置106的能量以优化其循环寿命。以此方式，可以延长第一能量存储装置106的操作寿命，这促成更少装置更换以及允许使用较低额定值的源，从而降低系统成本。
第二能量存储装置108具有上限或最大可使用SOC阈值，其中高于该上限或最大可使用SOC阈值时，通过持续对其输送能量不增加其中存储的可使用能量的量。其他电参数极限也可以约束最大可使用值。第二能量存储装置108还具有下限或最小可使用SOC阈值，其中低于该阈值时，任何余下存储的能量无法用于车辆推进。其他电参数极限，例如SOC低值下操作期间下降的效率也可以约束最小可使用值。第二能量存储装置108的整个可使用能量存储范围是上限和下限可使用阈值之间的能量存储的量。例如，如果第二能量存储装置108是超级电容器，则当装置从额定电压到超级电容器装置额定电压的一半操作时，可使用能量典型地是超级电容器的理想存储的能量的75%，并且因此SOC阈值的最小值将对应于以额定电压一半操作。
推进系统100的操作一般包括经由速度改变事件来改变电机122的旋转速度。在从0增加电机122的旋转速度或从其对其当前速度增加到更高速度的加速操作模式中，根据本发明的实施例，系统控制器104编程为混合利用两个能量存储装置，以便在加速模式期间，使第二能量存储装置108的整个可使用能量存储被利用来减少从第一能量存储装置106汲取的能量的量。在将电机122的旋转速度从其当前速度降低到0或更低速度的减速操作模式中，系统控制器104编程为以再生模式操作电驱动器118，其中在再生性制动事件期间通过DC-AC逆变器120将电功率或能量返回到DC链路116。根据本发明的实施例，系统控制器104使得再生性制动能量被输送到第二能量存储装置108以及促使第二能量存储装置108在其中存储最大量的可使用能量。因此，在减速期间，以能量填充第二能量存储装置108的整个可使用能量存储范围。
为了利用第二能量存储装置108中的整个可使用存储的能量，期望事先知道将发生加速和减速的时间期间。推进系统100包括数据库136，数据库136配置成存储有关车辆沿着已知路径或根据车辆加速/减速趋势的历史或已知加速和减速期间的信息。车辆位置传感器138配置成基于如里程碑、日内时间或全球定位系统(GPS)定位信息的位置标识符来确定车辆沿着路径的位置。车辆位置信息与数据库136中存储的加速事件关联。数据库136中的每个加速事件和减速事件还包含有关加速或减速事件的时间持续长度的信息。在非车辆实施例中，已知的加速期间和减速期间可以是与要向如电驱动器118的负载供给能量的任何需求关联的存储的信息事件，或与来自负载的任何能量供给关联的存储的信息事件，其可以被捕获并存储在能量存储装置106、108中。
在加速模式期间，系统控制器104使用车辆位置传感器138感测的车辆的位置以在数据库136中定位与该车辆位置对应的加速事件。基于从数据库136定位的加速事件信息，系统控制器104能够确定将发生加速的时间量或能够确定加速所需的能量的量。基于加速时间或能量的量以及基于第二能量存储装置108的电荷状态，系统控制器104促使来自第二能量存储装置108的可使用的存储的能量的全部或基本全部在加速事件期间经由降压/升压转换器组装件110供给到DC链路116。根据优选实施例，第二能量存储装置108的SOC在加速事件开始时处于或基本接近上限可使用SOC阈值以及在加速事件结束时处于或基本接近下限可使用阈值。以此方式，在加速事件期间减少从第一能量存储装置106汲取的能量，并且将第二能量存储装置108的SOC降低到基本接近下限可使用SOC阈值，从而在加速事件期间，减少从第一能量存储装置106汲取的能量的量。相应地，减少加速事件期间第一能量存储装置106的放电深度以及峰值功率，从而减少能够缩短第一能量存储装置106的循环寿命的深度放电效应。
在减速模式期间，系统控制器104使用车辆位置传感器138感测的车辆的位置以在数据库136中定位与该车辆位置对应的减速事件。基于从数据库136定位的减速事件信息，系统控制器104能够确定将发生减速的时间量或能够确定将生成的预期能量的量。基于减速时间或预期的能量以及基于电荷状态，系统控制器104促使电驱动器118以再生模式操作，以及促使第二能量存储装置108在减速事件捕获并存储再生性制动能量的一部分以填充全部可使用的存储的能量空间。根据优选实施例，使第二能量存储装置108的SOC达到处于或基本接近上限可使用阈值的SOC水平。以此方式，在下一次加速事件期间，可以按上文描述的从其中提取整个可使用的存储的能量。第一能量存储装置106捕获并存储再生性制动能量的一部分。耦合到DC链路116的动态阻滞器(dynamic retarder)140也可以被控制为当电驱动器118在再生模式下以高功率电平操作时或当功率电平高于能够对两个能量存储装置106、108再充电的极限时(如两个能量存储装置106、108的相对较高SOC值下操作期间)节制在DC链路116上发展的再生功率或能量的电平。
图2图示根据本发明的另一个实施例的推进系统142。推进系统142图示电动车辆应用中的推进系统100的应用。根据情况将相对于相同引用数字来论述牵引系统100和142所共有的元件和组件
如图2所示，降压/升压转换器组装件110是多通道降压/升压转换器组装件。即，降压/升压转换器组装件110包括具有相应输入通道112和148的第一和第二双向DC-DC降压/升压转换器144、146。第一和第二双向DC-DC降压/升压转换器共用至DC链路116的输出通道114的连接。
除了与推进系统100共有的组件102-140外，推进系统142的能量系统102还包括第三能量存储装置150，第三能量存储装置150耦合到双向降压/升压转换器110的第二通道148。第三能量存储装置150优选地具有高特定能量存储特征，并且在巡航或监测操作模式期间，向电机122提供功率。一般来说，双向降压/升压转换器110执行动作以将能量系统102的低电压端126提供的电压升压到能量系统102的高电压端124。即，将来自第三能量存储装置150的电压提供到能量系统102的低电压端126上的双向降压/升压转换器110的第二通道148。通过双向降压/升压转换器110将提供的电压升压，以使在能量系统102的高电压端124上提供到DC链路116的电压被增加到电驱动器118的操作电平。
推进系统142还包括耦合装置152，耦合装置152配置成选择性地将降压/升压转换器组装件110的通道112耦合到其通道148。在第二能量存储装置108存储的可使用功率或能量耗尽(如，加速事件之后)的情况下，耦合装置152导通，以便可以使用双向降压/升压转换器110的两个通道(112和148)将来自第三能量存储装置150的电压升压到DC链路116电压，从而能够得到较之双向降压/升压转换器110的单个通道的额定功率的大约两倍以促进车辆的操作。
在一个实施例中，耦合装置152是二极管，其配置成当第二能量存储装置108的可使用电压下降到下限电压阈值以下时自动耦合双向降压/升压转换器110的通道112和148。在另一个实施方案中，耦合装置152包括电压传感器(未示出)和接触器(未示出)。在本实施例中，当第二能量存储装置108的感测的电压下降到或低于下限电压阈值时，系统控制器104可以促使接触器闭合，从而将通道112耦合到通道148。还可以利用功率半导体器件来实现耦合装置152的备选实现，该功率半导体器件包括硅控制整流器(SCR)或接触器。
图3图示本发明的另一个实施例。图3所示的推进系统154图示图2的推进系统142的双超级电容器实施例。如图3所示，第一能量存储装置106和第二能量存储装置108是超级电容器，并且配置成在加速事件期间向电驱动器118供给附加的功率以及在减速事件期间捕获再生性制动功率。
在本实施例中，第一能量存储装置106具有比第二能量存储装置108更高的功率额定，并且其电压与DC链路116的电压匹配。第二能量存储装置108的电压低于DC链路116的电压，并在加速事件期间经由降压/升压转换器组装件110升压到DC链路电压，如上所述。给定能量存储装置106、108均是超级电容器，则第一能量存储装置106的循环寿命可能更接近地与第二能量存储装置108的循环寿命匹配。但是，一般来说，第一能量存储装置106是比第二能量存储装置108更大且更贵的装置，因为其增加了功率额定。根据本发明的实施例，仍具有减少从第一能量存储装置106汲取深度能量的电平，也增加其寿命以及避免在降低驱动系统118的性能的实质性低电压电平下操作。相应地，系统控制器104在加速事件期间按本文描述的操作以在已知加速事件期间利用第二能量存储装置108的整个可使用能量存储范围中的存储的能量。再者，在已知减速事件期间，系统控制器104还编程为在第二能量存储装置108中捕获再生性制动能量，以促使第二能量存储装置108在其中存储最大量的可使用能量。因此，在减速期间，以能量填充整个可使用能量存储范围。
图4图示本发明的另一个实施例。图4所示的推进系统156包括与图1的系统100中所示的组件相似的组件，因此用于指示图1中的组件的数字也将被用于指示图4中的相似组件。
如图4所示，降压/升压转换器组装件110是多降压/升压转换器组装件。即，降压/升压转换器组装件110包括具有相应输入通道112和162的第一和第二双向DC-DC降压/升压转换器158、160。第一和第二双向DC-DC降压/升压转换器共用至DC链路116的输出通道114的连接。
除了与推进系统100共有的组件102-140外，推进系统156的能量系统102还包括附属能量系统164，附属能量系统164经由总线166耦合到双向降压/升压转换器110的第二通道162。附属能量系统164包括耦合到引擎驱动的交流发电机170的热机(或内燃机)168。作为备选，热机可以是燃气涡轮或任何外燃机。交流发电机170将从热机168接收的机械能量转换成AC功率或能量，并将AC功率或能量供给到整流器组装件172，整流器组装件172配置成将AC功率或能量转换成DC功率或能量以用于供给到总线166。作为备选，虽然未示出，但是燃料电池可以替代热机168和交流发电机170。
附属能量系统164包括一个或多个AC附属负载174，AC附属负载174被耦合到交流发电机170的一个或多个AC附属负载控件176控制。此外，附属能量系统164可以包括一个或多个DC附属负载178，DC附属负载178被一个或多个DC负载控件180控制，其可以包括耦合到AC附属负载的DC-AC逆变器。DC-AC逆变器还可以包括无源滤波器组件以改善电波形质量。附属AC或DC负载可以包括例如，空调单元、气动或其他流体压缩机单元、泵、散热风扇、加热器、照明灯和与牵引系统分离的其他电负载。在一个实施例中，热机168和交流发电机170的尺寸可以设为处理使所有附连的负载操作所需的最大负载。
如上所述，根据本发明的实施例，系统控制器104促使在已知加速事件期间利用第一能量存储装置106中存储的能量的同时，利用第二能量存储装置108的整个可使用能量存储范围中的存储的能量。再者，在已知减速事件期间，系统控制器104还编程为在第二能量存储装置108中捕获再生性制动能量，以促使第二能量存储装置108在其中存储最大量的可使用能量。
根据本发明的另一个实施例，系统控制器104配置成促使双向降压/升压转换器110的通道162转换来自附属能量系统164的电压以提供额外的加速功率，从而协助第二能量存储装置108或在第二能量存储装置108的可使用的存储的能量耗尽之后提供额外的加速功率。此外，基于来自AC附属负载控件176和任何DC附属负载控件180的反馈，系统控制器104可以确定哪个负载174、178正在从交流发电机170接收功率，以及是否有额外功率可用或是否需要来自热机168和交流发电机170的附加功率。如果有足够量的超额功率可用而无需关闭一个或多个负载174、178，则系统控制器104可以促使双向降压/升压转换器110对总线166上的可用电压升压以用于加速。
但是，如果系统控制器104确定没有超额功率或超额功率不够高以提供所需的附加加速功率，则系统控制器104配置成关闭或减少从一个或多个负载174、178汲取的功率，以使来自热机168和交流发电机170的功率可以用于提供加速所用的功率。即，系统控制器104可以控制AC或DC附属负载控件176、180，以使分别耦合的负载174、178从交流发电机汲取更少的功率，从而释放用于转换和加速的功率。
除了如上所述提供附加加速功率或能量外，附属能量系统164还可以用于提供充电功率或能量以便对第二能量存储装置108或第一能量存储装置106再充电。即，系统控制器104可以配置成使用交流发电机170在低功率操作期间(例如，恒速或巡航操作模式期间或无推进力矩(如车辆停止时)期间)供给的超额功率或能量将超额功率或能量升压以用于经由双向降压/升压转换器158的升压控件对第一能量存储装置106再充电或经由双向降压/升压转换器160的降压控件降低被升压的附属功率以对第二能量存储装置108再充电。
推进系统156还包括耦合装置182，耦合装置182配置成选择性地将降压/升压转换器组装件110的通道112耦合到其通道162。在第二能量存储装置108存储的可使用功率或能量耗尽(如，加速事件之后)的情况下，耦合装置182导通，以便可以使用双向降压/升压转换器110的两个通道(112和162)将来自附属能量系统164的电压升压到DC链路116电压，从而能够得到较之双向降压/升压转换器110的单个通道的额定功率的大约两倍以促进车辆的操作。在一个实施例中，耦合装置182是二极管，其配置成当第二能量存储装置108的可使用电压下降到下限电压阈值以下时自动耦合双向降压/升压转换器110的通道112和162。在另一个实施方案中，耦合装置182包括电压传感器(未示出)和接触器(未示出)。在本实施例中，当第二能量存储装置108的感测的电压下降到或低于下限可使用SOC阈值时，系统控制器104可以促使接触器闭合，从而将通道112耦合到通道162。还可以利用功率半导体器件来实现耦合装置152的备选实现，该功率半导体器件包括硅控制整流器(SCR)或接触器。
现在参考图5，示出描述根据本发明的实施例的系统控制器104的操作算法的流程图184。在步骤186处，系统控制器确定当前或下一次加速或减速事件。例如，基于从位置测量装置(如车辆位置传感器138)接收的车辆的位置测量，或基于时间或距离测量，可以确定车辆沿着已知路径的位置或定位。车辆的位置或定位可以指示即将来临的加速或减速事件或可以指示车辆应该处于加速或减速事件中。在步骤188中，从此类存储的信息的数据库获取与当前或下一次加速/减速事件对应的数据。这些事件数据可以包括，例如，事件的时间持续长度以及事件期间预期的负载使用或发电机生成的功率需求。
如果当前或下一次事件是加速事件190，则在步骤192处，控制器104配置成促使来自较高循环寿命的能量存储装置(如第二能量存储装置108)的可使用能量存储范围的能量在加速事件期间被完全地输送。在此步骤中，在加速事件期间，使用或消耗来自可使用能量存储范围的能量。即，在加速事件之前，设想第二能量存储装置108具有等于或基本等于其上限可使用SOC阈值的电荷状态。相应地，在加速事件期间，系统控制器104编程为促使第二能量存储装置108输送其可使用的存储的能量的全部，以便在加速事件结束时，第二能量存储装置108的电荷状态等于或基本等于其下限可使用SOC阈值。
在步骤194处，控制器104配置成确定在加速事件期间是否需要来自其他能量存储装置的或由附属负载的控件的附加的能量(如图4所示的实施例)。例如，这可以基于与加速事件对应的获取的数据连同系统中的能量存储装置的功率额定来确定。如果需要附加的能量196，则在步骤198处，控制器104促使来自附加存储装置的能量在加速事件期间被输送。因此，此附加的能量是在高循环寿命的存储装置的可使用存储的能量耗尽之后。
在加速事件之后或如果不需要附加的能量200，则过程控制返回到步骤186，并且在车辆继续沿着已知路径行驶的同时，操作算法按上文描述地继续。
如果当前或下一次事件是减速事件202，则在步骤204处，控制器104配置成在减速事件期间促使再生能量被存储在较高循环寿命的能量存储装置(如第二能量存储装置108)中。再生能量可以在减速事件期间通过在再生模式下操作电驱动器118生成，其中通过DC-AC逆变器120将电功率或能量返回到DC链路116。在此步骤中，再生能量完全补充或填充存储装置的整个可使用能量存储范围。即，在减速事件之前，设想第二能量存储装置108具有小于其下限可使用SOC阈值的电荷状态。相应地，在减速事件期间，系统控制器104编程为促使第二能量存储装置108完全地补充或填充其可使用的存储的能量，以便在减速事件结束时，第二能量存储装置108的电荷状态等于或基本等于其上限可使用SOC阈值。
在步骤206处，控制器104配置成确定是否有附加再生能量可用，以及如果情况如此208，则在步骤210处，控制器104在减速事件期间促使再生能量输送到并存储在系统的附加能量存储装置中。在减速事件之后或如果没有附加再生能量可用212，则过程控制返回到步骤186，并且在车辆继续沿着已知路径行驶的同时，操作算法按上文描述地继续。
图6图示描述根据本发明的另一个实施例的系统控制器104的操作算法的流程图214。上文流程图184描述了在存储和使用来自较低循环寿命的能量存储装置的能量之前先使用较高循环寿命的能量存储装置中存储和输送的能量的实施例，而流程图214描述同时使用较高和较低循环寿命的能量存储装置的实施例。在步骤216处，系统控制器确定当前或下一次加速或减速事件。例如，基于从位置测量装置(如车辆位置传感器138)接收的车辆的位置测量，或基于时间或距离测量，可以确定车辆沿着已知路径的位置或定位。车辆的位置或定位可以指示即将来临的加速或减速事件或可以指示车辆应该处于加速或减速事件中。在步骤218中，从此类存储的信息的数据库获取与当前或下一次加速/减速事件对应的数据。这些事件数据可以包括，例如，事件的时间持续长度以及事件期间预期的负载使用或发电机生成的功率需求。
如果当前或下一次事件是加速事件220，则在步骤222处，控制器104配置成促使来自较高和较低循环寿命的能量存储装置(如第一能量存储装置106和第二能量存储装置108)的可使用能量存储范围的能量在加速事件期间被完全地输送。在此步骤中，在加速事件期间使用或消耗来自较高循环寿命的能量存储装置中的可使用能量存储范围的能量，同时以比单独使用的情况下更低的速率供给来自较低循环寿命能量存储装置的能量。在加速事件期间，系统控制器104编程为促使第一能量存储装置106输送其可使用的存储的能量的一部分以及同时促使第二能量存储装置108中的可使用的存储的能量的全部输送，以便在加速事件结束时，第二能量存储装置108的电荷状态等于或基本等于其下限可使用SOC阈值。
在加速事件之后，过程控制返回到步骤216，并且在车辆继续沿着已知路径行驶的同时，操作算法按上文描述地继续。
如果当前或下一次事件是减速事件224，则在步骤226处，控制器104配置成在减速事件期间促使再生能量同时地存储在较高和较低循环寿命的能量存储装置(如第一能量存储装置和第二能量存储装置106和108)中。再生能量可以在减速事件期间通过在再生模式下操作电驱动器118生成，其中通过DC-AC逆变器120将电功率或能量返回到DC链路116。在此步骤中，再生能量完全补充或填充存储装置的整个可使用能量存储范围。即，在减速事件之前，设想第二能量存储装置108具有小于其下限可使用SOC阈值的电荷状态。相应地，在减速事件期间，系统控制器104编程为促使第二能量存储装置108完全地补充或填充其可使用的存储的能量，以便在减速事件结束时，第二能量存储装置108的电荷状态等于或基本等于其上限可使用SOC阈值。在步骤226处，在减速事件期间，控制器104还促使再生能量输送到并存储在系统的附加能量存储装置中。在减速事件之后，过程控制返回到步骤216，并且在车辆继续沿着已知路径行驶的同时，操作算法按上文描述的继续。
本领域技术人员将意识到，系统控制器106可以通过多种组件来实现，如电子组件、硬件组件和/或计算机软件组件的其中一个或多个。这些组件可以包括一个或多个有形计算机可读存储介质，一个或多个计算机可读存储介质一般存储如用于执行一个或多个实现或实施例的一个或多个部分的软件、固件和/或汇编语言的指令。有形计算机可读存储介质的示例包括可记录数据存储介质和/或海量存储装置。此类有形计算机可读存储介质可以采用例如磁、电、光、生物和/或原子数据存储介质的其中一种或多种。而且，此类介质可以采用例如软盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、硬盘驱动器和/或电子存储器的形式。可以结合本发明的实施例采用未列出的其他形式的有形计算机可读存储介质。
可以在本文描述的系统的实现中将多个此类组件组合或分开。而且，此类组件可以包括利用多种编程语言编写或实现的一组和/或一系列计算机指令，正如本领域技术人员将意识到的。
公开的方法和设备的技术贡献提供一种能够优化车辆或非车辆系统的电池循环寿命的计算机实现的装置。
因此，根据本发明的实施例，一种多能量存储装置系统，包括第一能量存储装置和负载，该第一能量存储装置耦合到直流(DC)链路，该负载耦合到DC链路且配置成从DC链路接收能量。一种双向降压/升压转换器组装件，包括第一双向降压/升压转换器，该第一双向降压/升压转换器包括耦合到DC链路的输出通道和包括第一输入通道。包括经由第一DC总线耦合到第一双向降压/升压转换器的第一输入通道的第二能量存储装置，该第二能量存储装置具有可使用能量存储范围，该可使用能量存储范围定义第二能量存储装置中可存储的可使用能量的总量。该系统还包括系统控制器和数据库，该数据库包含与其中需要向负载供给能量的已知加速事件关联的存储的信息。该系统控制器配置成获取与已知加速事件关联的存储的信息，并在已知加速事件期间促使第一双向降压/升压转换器使第二能量存储装置的电压升压并将升压的电压供给到DC链路以对负载供电，以便在已知加速事件之后，第二能量存储装置的电荷状态小于或基本等于电荷的最小可使用能量存储状态。
根据本发明的另一个实施例，一种组装推进能量系统的方法，包括将第一能量存储装置耦合到直流(DC)链路以及耦合双向降压/升压转换器组装件的输出通道到DC链路，该双向降压/升压转换器包括一双向降压/升压转换器。该方法还包括将第二能量存储装置耦合到双向降压/升压转换器的第一输入通道和将负载耦合到DC链路。该第二能量存储装置具有可使用能量存储范围，该可使用能量存储范围定义第二能量存储装置中可存储的可使用能量的总量，该负载配置成经由DC链路从第一能量存储装置和第二能量存储装置的其中之一接收能量。该方法还包括将控制器耦合到第一能量存储装置和第二能量存储装置，耦合到双向降压/升压转换器以及耦合到负载，并且将控制器配置成从存储数据库获取第一组存储的信息，该第一组存储的信息与其中要向负载供给能量的已知加速事件相关联。该控制器还配置成促使双向降压/升压转换器在已知加速事件期间使第二能量存储装置中的存储的电压升压，并将升压的电压供给到DC链路以对负载供电，以便在已知加速事件之后，第二能量存储装置的电荷状态小于或基本等于电荷的最小可使用能量存储状态。
根据本发明的又一个实施例，一种其上存储有计算机程序并表示一组指令的非临时性计算机可读存储介质，该一组指令在被计算机执行时，促使计算机访问包含与已知加速事件关联的存储的信息的数据库，在该已知加速事件中记录为增加与负载关联的旋转速度对负载的能量供给。该组指令还促使计算机以促使双向降压/升压转换器在已知加速事件期间将第一能量存储装置升压，并将升压的电压提供到DC链路以对负载供电，从而增加与负载关联的旋转速度，以便在已知加速事件之后，第一能量存储装置的电荷状态小于或基本等于电荷的最小可使用能量存储状态，其中第一能量存储装置具有可使用能量存储范围，该可使用能量存储范围定义其中可存储的可使用能量的总量。
虽然本发明是仅结合数量有限的实施例来详细描述的，但是应该容易地理解，本发明并不限于此类公开的实施例。相反，本发明能够修改为并入前文未描述但与本发明的精神和范围匹配的任何数量的变化、替换、替代或等效布置。此外，虽然描述了本发明的多种实施例，但是要理解，本发明的多个方面可以包括描述的实施例的仅其中一些。因此，本发明不应视为由前文描述限定，而是仅由所附权利要求的范围来限定。

Claims (22)

1. 一种多能量存储装置系统，包括：
    第一能量存储装置，其耦合到直流(DC)链路；
    负载，其耦合到所述DC链路且配置成从所述DC链路接收能量；
    双向降压/升压转换器组装件，其包括第一双向降压/升压转换器，所述第一双向降压/升压转换器包括耦合到所述DC链路的输出通道和包括第一输入通道；
    第二能量存储装置，其经由第一DC总线耦合到所述第一双向降压/升压转换器的所述第一输入通道，所述第二能量存储装置具有可使用能量存储范围，所述可使用能量存储范围定义第二能量存储装置中可存储的可使用能量的总量；
    数据库，其包含与其中需要向所述负载供给能量的已知加速事件关联的存储的信息；以及
    系统控制器，其配置成：
       获取与所述已知加速事件关联的所述存储的信息；以及
       在所述已知加速事件期间，促使所述第一双向降压/升压转换器使所述第二能量存储装置的电压升压并将所升压的电压供给到所述DC链路以对所述负载供电，以便在所述已知加速事件之后，所述第二能量存储装置的电荷状态小于或基本等于电荷的最小可使用能量存储状态。
2. 如权利要求1所述的系统，其中，所述第一能量存储装置具有的循环寿命比所述第二能量存储装置的循环寿命低。
3. 如权利要求2所述的系统，其中，所述第一能量存储装置包括电池；以及
    其中所述第二能量存储装置包括超级电容器。
4. 如权利要求2所述的系统，其中，所述第一能量存储装置包括超级电容器；以及
    其中所述第二能量存储装置包括超级电容器。
5. 如权利要求1所述的系统，其中，所述可使用能量存储范围由上限可使用电荷状态(SOC)阈值和下限可使用SOC阈值约束；以及
    其中所述系统控制器在配置成促使所述第一双向降压/升压转换器使所述第二能量存储装置中的电压升压时，配置成促使所述第一双向降压/升压转换器使所述第二能量存储装置中的电压升压，直到所述第二能量存储装置的所述电荷状态基本达到所述下限可使用SOC阈值为止。
6. 如权利要求1所述的系统，其中，所述系统控制器还配置成促使所述第一能量存储装置向所述DC链路输送能量，以在所述已知加速事件期间对所述负载供电。
7. 如权利要求6所述的系统，其中，所述系统控制器在配置成促使所述第一能量存储装置向所述DC链路输送能量时，配置成在所述已知加速事件期间，在从第二能量存储装置输送能量的同时，促使所述第一能量存储装置向所述DC链路输送能量。
8. 如权利要求1所述的系统，其中，所述数据库还包括与已知减速事件关联的存储的信息；以及
    其中所述系统控制器还配置成：
       获取与所述已知减速事件关联的所述存储的信息；以及
       在所述已知减速事件期间：
          促使所述第一双向降压/升压转换器将再生性制动能量输送到所述第二能量存储装置；以及
          促使所述第二能量存储装置存储再生性制动能量，以便在所述已知减速事件之后，所述第二能量存储装置中存储的能量基本等于所述可使用能量存储范围。
9. 如权利要求8所述的系统，其中，所述可使用能量存储范围由上限可使用电荷状态(SOC)阈值和下限可使用SOC阈值约束；以及
    其中所述系统控制器在配置成促使所述第二能量存储装置存储再生性制动能量时，配置成促使所述第二能量存储装置存储再生性制动能量，直到所述第二能量存储装置的电荷状态基本达到所述上限可使用SOC阈值为止。
10. 如权利要求1所述的系统，其中，所述双向降压/升压转换器组装件还包括第二双向降压/升压转换器，所述第二双向降压/升压转换器包括第二输入通道和包括耦合到所述DC链路的输出通道；
    还包括耦合到所述第二双向降压/升压转换器的第三能量存储装置，其中所述第三能量存储装置；以及
    其中所述系统控制器还配置成促使所述第二双向降压/升压转换器使来自所述第三能量存储装置的电压升压并将所升压的电压供给到所述DC链路以在所述加速事件以外的操作模式期间对所述负载供电。
11. 如权利要求1所述的系统，其中，所述双向降压/升压转换器组装件还包括第二双向降压/升压转换器，所述第二双向降压/升压转换器包括第二输入通道和包括耦合到所述DC链路的输出通道；
    还包括耦合到所述第二输入通道的附属系统，所述附属系统包括：
       附属能量源；
       附属负载；以及
       附属负载控制器，其耦合到所述附属能量源和所述附属负载；以及
    其中所述系统控制器还配置成在所述已知加速事件期间促使所述第二双向降压/升压转换器使来自所述附属能量源的电压升压。
12. 如权利要求11所述的系统，其中，所述系统控制器还配置成促使所述附属负载控制器在所述已知加速事件期间减少所述附属负载汲取的功率。
13. 如权利要求11所述的系统，其中，所述系统控制器还配置成：
    促使所述第二双向降压/升压转换器使来自所述附属能量源的电压升压；
    促使所述第一双向降压/升压转换器将所升压的电压降压；以及
    促使所述第二能量存储装置存储所降压的电压。
14. 如权利要求1所述的系统，其中，所述负载包括：
    耦合到所述DC链路的DC-AC逆变器；以及
    耦合到所述DC-AC逆变器的机电装置。
15. 一种组装推进能量系统的方法，所述方法包括：
    将第一能量存储装置耦合到直流(DC)链路；
    耦合双向降压/升压转换器组装件的输出通道到所述DC链路，所述双向降压/升压转换器包括双向降压/升压转换器；
    将第二能量存储装置耦合到所述双向降压/升压转换器的第一输入通道，所述第二能量存储装置具有可使用能量存储范围，所述可使用能量存储范围定义第二能量存储装置中可存储的可使用能量的总量；
    将负载耦合到所述DC链路，所述负载配置成经由所述DC链路从所述第一能量存储装置和所述第二能量存储装置的其中之一接收能量；
    将控制器耦合到所述第一能量存储装置和第二能量存储装置，耦合到所述双向降压/升压转换器，和耦合到所述负载；以及
    将所述控制器配置成：
       从存储数据库获取第一组存储的信息，所述第一组存储的信息与其中要向所述负载供给能量的已知加速事件关联；以及
       促使所述双向降压/升压转换器在所述已知加速事件期间使所述第二能量存储装置中的存储的电压升压并将所升压的电压供给到所述DC链路以对所述负载供电，以便在所述已知加速事件之后，所述第二能量存储装置的电荷状态小于或基本等于电荷的最小可使用能量存储状态。
16. 如权利要求15所述的方法，还包括将所述控制器配置成：
    从所述存储数据库获取第二组存储的信息，所述第二组存储的信息与其中要由所述负载供给能量的已知减速事件关联；以及
    促使所述第二能量存储装置在所述已知减速事件期间存储所述负载装置供给的能量的一部分，以便在所述已知减速事件之后，所述第二能量存储装置中存储的能量基本等于所述第二能量存储装置的最大可使用能量存储。
17. 如权利要求16所述的方法，还包括将所述控制器配置成促使所述第一能量存储装置在所述已知减速事件期间存储所述负载装置供给的能量的至少一部分。
18. 如权利要求15所述的方法，还包括将所述控制器配置成促使所述第一能量存储装置向所述DC链路输送能量以在所述已知加速事件期间对所述负载供电。
19. 如权利要求15所述的方法，其中，所述第一能量存储装置包括具有第一循环寿命的电池；以及
    其中所述第二能量存储装置包括具有比所述电池更大的第二循环寿命的超级电容器。
20. 一种其上存储有计算机程序并表示一组指令的非临时性计算机可读存储介质，所述一组指令在被计算机执行时，促使所述计算机：
    访问数据库，所述数据库包含存储的信息，所述存储的信息与其中记录为增加与负载关联的旋转速度而对所述负载供给能量的已知加速事件关联；
    促使双向降压/升压转换器在所述已知加速事件期间将第一能量存储装置升压，并将所升压的电压供给到DC链路以对所述负载供电以增加与所述负载关联的所述旋转速度，以便在所述已知加速事件之后，所述第一能量存储装置的电荷状态小于或基本等于电荷的最小可使用能量存储状态，其中所述第一能量存储装置具有可使用能量存储范围，所述可使用能量存储范围定义其中可存储的可使用能量的总量。
21. 如权利要求20所述的计算机可读存储介质，其中，所述一组指令还促使所述计算机：
    访问所述数据库，所述数据库包含存储的信息，所述存储的信息与其中记录为降低与所述负载关联的旋转速度而从负载向所述DC链路供给能量的已知减速事件关联；
    促使所述双向降压/升压转换器将来自所述负载的能量供给降压并将降压的能量供给到所述第一能量存储装置以存储在其中，以便在所述已知减速事件之后，所述第一能量存储装置中存储的能量使得所述第一能量存储装置的电荷状态基本等于电荷的最大可使用能量状态。
22. 如权利要求21所述的计算机可读存储介质，其中，所述一组指令还促使所述计算机：
    在所述第一能量存储装置的所述电荷状态基本达到所述电荷的最小可使用能量状态之后，促使所述第二能量存储装置在所述已知加速事件期间向所述DC链路供给电压以对所述负载供电，其中所述第二能量存储装置具有的循环寿命比所述第一能量存储装置的循环寿命低；以及
    在所述第一能量存储装置的所述电荷状态基本达到所述电荷的最大可使用能量状态之后，促使所述第二能量存储装置在所述已知减速事件期间存储来自所述负载的能量。
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