控制多個存儲裝置的系統和方法
【專利摘要】提供控制多個存儲設備的系統和方法。系統可以包括第一存儲裝置和第二存儲裝置，每一個適合于存儲和釋放電能。該系統還可以包括連接到第一存儲裝置、第二存儲裝置以及負載的控制器。該控制器適合于通過以可變方式控制第一存儲裝置、第二存儲裝置以及負載之間的電荷流通來優化與第一系統參數相關的系統操作。
【專利說明】控制多個存儲裝置的系統和方法
相關申請的交叉引用
[0001]本申請是2011年3月16日提交的題為“用于交通工具應用的組合電池和超級電容器的系統”的美國臨時專利申請N0.61/453，474、2011年7月16日提交的題為“具有集成控制器的電荷和能量存儲系統”的美國臨時專利申請N0.61/508，621、2011年4月21日提交的題為“用于交通工具應用的多電池系統”的美國臨時專利申請N0.61/477，730以及2011年7月16日提交的題為“提高充電能力的不同電荷狀態電池”的美國臨時專利申請N0.61/508,622的非臨時申請，在此以引用方式并入上述臨時申請。
[0002]本專利申請總體上涉及下面的共同待決的專利申請，在此以參見方式將其引入本申請中:于同一日期由茅歐(Ou Mao)等人提交的題為“具有帶不同電荷狀態的裝置的能源
系統”的美國專利申請N0._，于同一日期由布萊恩.C..西斯科(Brian C.Sick)等
人提交的題為“用于控制多個存儲裝置的系統和方法”的美國專利申請N0._，于同一
日期由佩里.M..懷亞特(Perry M.Wyatt)等人提交的題為“具有電池和超級電容器的能
源裝置和系統”的美國專利申請N0._，以及于同一日期由蔣軍偉(Junwei Jiang)等
人提交的題為“用于組合能源系統中過充電保護和充電平衡的系統和方法”的美國專利申請 N0.ο
【技術領域】
[0003]本發明總體涉及控制方法和系統，更具體地涉及用于多個存儲裝置系統的控制器。
【背景技術】
[0004]機電系統，例如交通工具和用于商業、工業以及居民建筑的電網，經常需要電能來為其操作提供動力。因此，此類機電系統經常從能夠提供電能的一個或多個存儲裝置接收電能。適合于對機電系統提供電能的這類存儲裝置在它們的循環壽命衰竭之前，通常能夠多循環地放電并重新充滿電。在一些例子中，單一的機電系統可以從不止一個主電源接收電能。例如，某些交通工具，諸如轎車、摩托車和卡車，可以利用諸如電池的一個或多個存儲裝置來提供電能，提供的電能能夠達到足夠啟動該交通工具內燃發動機的水平。遺憾的是，由于多個存儲裝置對單一系統提供能量，這類多個存儲裝置所服務的機電系統目前存在著多種無效率事例。
【發明內容】
[0005]在一個實施例中，系統包括適合于存儲和釋放電能的第一存儲裝置和適合于存儲和釋放電能的第二存儲裝置。系統還包括連接到第一存儲裝置和第二存儲裝置的機電系統，該機電系統適合于產生能量需求，并利用來自第一存儲裝置和第二存儲裝置中至少一個的電能來滿足能量需求。系統還包括連接到第一存儲裝置、第二存儲裝置和機電系統的控制器。控制器適合于通過控制第一存儲裝置、第二存儲裝置與機電系統之間的電荷流動來優化與第一參數相關的系統操作。控制器通過選擇性控制由第一存儲裝置和第二存儲裝置中的每一個所接收和釋放的電能數量來控制電荷流動。
[0006]在另一個實施例中，提供了用于存儲系統的控制器。控制器適合于監測與第一存儲裝置相關聯的第一參數和與第二存儲裝置相關聯的第二參數。控制器還適合于接收與優化標準相對應的數據，優化標準包括一個或多個操作優化參數，并根據所監測的第一參數和所監測的第二參數，確定第一存儲裝置、第二存儲裝置與機電裝置之間的優化電荷流動。根據確定的優化電荷流動，控制器還適合于產生控制信號從而以可變方式控制電荷流至第一存儲裝置和第二存儲裝置和/或從第一存儲裝置和第二存儲裝置流出。
[0007]在另一個實施方案中，系統包括適合于存儲和釋放電能的第一存儲裝置和適合于存儲和釋放電能的第二存儲裝置。系統還包括連接到第一存儲裝置、第二存儲裝置以及負載的控制器。控制器適合于通過以可變方式控制第一存儲裝置、第二存儲裝置與負載之間的電荷溝道來優化與第一系統參數相關的系統操作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是示出了存儲系統的一個實施例的框圖，該存儲系統包括控制器，該控制器能夠調節能量存儲裝置和電荷存儲裝置的操作；
[0009]圖2示出了圖1中的控制器可采用的方法的實施例，根據期望的標準，該方法用來改進或優化系統的性能；
[0010]圖3示出了圖1中的控制器的實施例，根據從溫度檢測系統接收到的反饋，該控制器能夠對系統執打控制；
[0011]圖4示出了圖1中的控制器的實施例，根據從檢測系統接收到的反饋，該控制器能夠對系統執打控制；
[0012]圖5示出了圖1中的控制器的實施例，該控制器能夠對系統執行控制，以使與電動交通工具系統操作相關的貨幣成本降低或最小化；以及
[0013]圖6示出了圖1中的存儲系統的實施例，其中控制器調節電荷存儲裝置、能量存儲裝置與機電系統之間的控制。
[0014]圖7是具有電池模塊或系統的交通工具的實施例的透視圖，該電池模塊或系統為交通工具提供全部或部分動力；以及
[0015]圖8示出了圖7中交通工具的實施例的剖面示意圖，該交通工具是以混合電動交通工具的形式提供。
【具體實施方式】
[0016]如下面更具體的描述，在此提供的是包括控制器和多個存儲裝置的存儲系統的實施例，該控制器能夠控制多個存儲裝置來優化一個或多個期望的參數。應該注意，在目前公開的實施例中，當討論一個參數或多個參數時，應該理解，控制器可以利用單一參數、多個參數或這些參數的任意組合。在某些實施例中，多個存儲裝置可以包括一個或多個能量存儲裝置、電荷存儲裝置或其任意組合。同樣地，本文中使用的術語“存儲裝置”指的是能夠存儲能量和/或電荷的任何裝置。例如，在一些實施例中，存儲裝置可以包括但不局限于電荷存儲裝置，諸如電容器、超級電容器、連接到或包含在能量存儲裝置內的電容性電極等。而且，在某些實施例中，存儲裝置可以包括但不局限于能量存儲裝置，諸如電化學存儲裝置(例如鋰基電池、鎳基電池、鉛基電池等)、燃料電池、或能夠存儲能量的任何其它合適的材料或裝置。另外，應該注意，本文中使用的術語“存儲裝置”、“能量存儲裝置”以及“電荷存儲裝置”可對應于此類裝置的一個或多個，并因而可以指單一裝置或連接在一起的多個此類裝置。因此，當提到第一存儲裝置、第二存儲裝置等時，本文所使用的此類裝置可以被單獨利用或以任意期望的組合一起利用。例如，在一個實施例中，能量或電荷存儲裝置可以構造為共同發揮作用的電容器堆或電池堆。
[0017]此外，應該注意，本領域技術人員應該理解，“電荷”和“能量”之間的區別既有物理學上的也有按照單位分析上的。總之，在使用過程中電荷將被存儲并且能量將被轉化。然而，在本文中，這兩個術語將經常在某種程度上互換使用。因此，有時指的是“電荷存儲”或“電荷流動”，或者有時則指的是“能量”的類似運用。這種用法不應該因為提到電池、超級電容器以及其它裝置和部件而被理解成技術上不準確或有限制，照一般說法，該方法既可以作為能量存儲裝置也可以作為電荷存儲裝置，并且有時候指兩者其一也可以同時指兩者。
[0018]目前控制器公開的實施例中能夠控制電荷流至多個存儲裝置和/或從多個存儲裝置流出，以改進或優化一個或多個期望的參數。例如，在一個實施例中，存儲系統可以連接到諸如交通工具的機電系統，并且可以控制存儲系統的操作來提高交通工具的燃料效率。進一步舉例，在另一個實施例中，控制器可以監測存儲裝置的特性以及與機電系統的操作參數或系統用戶相對應的數據，并且根據接收到的數據，控制器可以用可變方式控制來自存儲系統的電荷流動。實際上，提供的控制器可以使用各種具體實施的控制方案，用以多樣化控制存儲系統和機電系統部件之間的電荷流動，從而改進或優化一個或多個期望的參數。例如，可以控制部件之間的電荷流動，使兩個存儲裝置按照控制器指定的數量和速率同時接收或釋放能量。同樣地，如以下詳細的描述，本文中提供的協作的能量和電荷存儲系統的實施例具有集成控制器，該控制器能夠控制系統中的裝置而改進或優化系統性能。
[0019]應該注意，本文中描述的控制器適合于與任意各種合適的多個存儲裝置系統一起使用。在一個實施例中，可采用控制器的實施例來控制包括電容裝置和電池裝置的存儲裝置，電容裝置和電池裝置封裝在單一外殼中，例如在共同待決的題為“具有電池和超級電容器的能源裝置和系統” (ENERGY SOURCE DEVICE AND SYSTEM HAVING A BATTERY AND ANULTRACAPACITOR)的申請中描述的系統，如上所述，該申請通過引用結合與此。另外，應該注意，本文中描述的控制器可以構造成適合于與例如已有的交通工具或已有的電池一起使用的改裝裝置。
[0020]現在轉向附圖，圖1示出了系統10的實施例，系統10包括存儲系統12、交通工具
14、數據輸入系統16以及傳感器系統18。存儲系統12包括一個或多個能量存儲裝置20、一個或多個電荷存儲裝置22以及控制器24，根據接收到的輸入，控制器24能夠控制存儲裝置20和22而改進或優化一個或多個期望的參數。為此，控制器24通信地連接到并電連接到能量存儲裝置20和電荷存儲裝置22，分別如箭頭26和28所示。這種連接可以使控制器24監測存儲裝置20和22的一個或多個參數，并且在能量存儲裝置20、電荷存儲裝置22和/或系統10中的其它部件之間以可變方式傳輸電能。同樣地，通過對多個存儲裝置系統10的整合和協同控制，控制器24可以提高系統10的效率。
[0021 ] 如上所述，在一些實施例中，能量存儲裝置20和電荷存儲裝置22可以是多個合適形式中的一個或多個。例如，能量存儲裝置20可以是電池(例如鋰基、鎳基、鉛基等)、燃料電池、任何合適的電化學存儲裝置、或能夠存儲能量的任何其它材料或裝置中的一個或多個。另外，在一些實施例中，電荷存儲裝置22可以是電容器、連接到或包含在能量存儲裝置中的電容性電極、或能夠存儲電荷的任何其它合適的材料或裝備中的一個或多個。進一步舉例，電荷存儲裝置22可以包括電容性電極，該電容性電極連接到或包含在碳電極、鉛/碳復合電極、含鋰和碳的電極、含鈦電極或具有電容性特性的任何其它合適的電極中的一個或多個中。
[0022]在系統10的操作過程中，控制器24接收各種具體執行輸入并利用該輸入協同控制系統10。例如，在不出的實施例中，控制器24接收來自存儲系統12中部件的各種輸入，諸如箭頭32所指示的各種機載指標30和箭頭36所指示的用戶歷史概況34，概況34對應于多個用戶38、40和42的概況。在示出的實施例中，存儲系統12連接到交通工具14，并且因此用戶歷史概況34對應于多個駕駛者38、40和42的駕駛概況。換句話說，用戶歷史概況34可包括對應于交通工具14的一個或多個可能的駕駛者的駕駛習慣(例如平均駕駛速度、主動或被動駕駛概況、頻繁或非頻繁剎車等)的數據。然而，在其它實施例中，存儲系統12可以連接到利用電源的另一類型的系統，并且用戶概況可以對應于利用給定系統的用戶特定類型。
[0023]另外，控制器24例如通過分別如箭頭48和50所指示的數據端口 44和/或無線連接46，可以接收來自系統10 (諸如來自數據輸入系統16、傳感器系統18以及交通工具14)中部件的輸入。例如，通過在具有交通工具數據總線(例如控制器局域網(CAN)總線、機載診斷系統等)的數據端口 44處的有線連接、IP網絡或任何其它合適的物理連接，可傳輸多個數據源。可選擇地，或除了數據傳輸端口之外，可以通過無線連接46傳輸數據源，例如通過藍牙、802.lx、移動電話連接、射頻識別(RFID)通信或任何其它合適的無線連接。因此，應該注意，雖然圖1中示出了無線通信(例如框46)和有線通信(例如框44)，但在其它實施例中，可采用一種或兩種通信方式傳輸系統部件之間的數據。而且，應該理解，數據可以源于連接在系統中并能夠產生、接收和/或存儲有用數據的任意部件。至少在系統操作的某些期間中，數據可以源于一些可提供數據的單一裝置或多個裝置。
[0024]在圖示的實施例中，如箭頭54所示，控制器24控制位于交通工具14中的機電系統52的電荷供應。如圖所示，交通工具14還包括交通工具數據總線56，其通過數據端口44與控制器24連接，如箭頭58所示。交通工具數據總線56接收來自多個交通工具數據源62與交通工具14操作相關的數據60。交通工具數據源62可包括但不局限于交通工具路線64、交通信息66、天氣信息68、與其它交通工具參數相對應的信息70以及任何其它相關數據72。例如，交通工具數據源62可以來源于與交通工具14相關的全球定位系統(GPS)。通過交通工具數據總線56，來自交通工具數據源62的數據傳送至控制器24，并且控制器24可以利用這些數據來確定能量存儲裝置20、電荷存儲裝置22與機電系統52之間的電荷流動的優化平衡。
[0025]在一些實施例中，交通工具14可以是電動交通工具(EV)、混合電動交通工具(HEV)、插電式混合電動交通工具(PHEV)或采用電能驅動的任意其它類型交通工具(統稱為“電動交通工具”)。另外，交通工具14的類型可以是特定執行的，因此在不同的實施例之間可以不同，上述所有類型均意向屬于本發明的范圍。例如，交通工具14可以是卡車、公共汽車、工業車輛、摩托車、休閑車、船只或任意其它類型交通工具，該交通工具可以得益于使用電能作為它的全部或部分驅動動力。然而，還應該注意，本技術還應用到交通工具中能量的存儲和使用，這些交通工具不使用或者有時候使用電能來驅動。例如，此類交通工具可以包括傳統的使用內燃發動機來驅動的交通工具，或采用再生制動但不直接使用產生的能量用來驅動的交通工具。而且，本技術對任意交通工具在特定使用場合下尤其具有優勢。例如，在所謂的停止-啟動應用中，交通工具的發動機或原動機在特定時間(例如當停在十字路口時)可以關閉并且每次可以重啟，導致啟動能量的需要。最后，應該注意，本技術不僅對交通工具范圍內的實例有利，對非交通工具范圍的實例也是有利的，例如對驅動配件、電力負載等等。
[0026]在圖示的實施例中，機電系統52是交通工具14的部件。然而，應該注意，圖1中的系統10只是一個舉例。在其它實施例中，機電系統52可以代替為另一合適類型的系統，例如建筑物電網和附屬的裝置，包括居民的、商業的和/或工業的系統。在此類實施例中，控制器24能夠調節存儲裝置20和22與給定的電網的機電系統之間的電荷流動。
[0027]再進一步，控制器24利用通過數據端口 44接收來自傳感器系統18的輸入74，通過對系統部件之間的電荷流動執行控制，以改進或優化系統性能10。如圖所示，傳感器系統
18可以包括一個或多個傳感器76，傳感器76檢測期望的參數并且產生與檢測值相對應的傳感器數據78。然后，傳感器數據78可以被傳輸到控制器24，例如在操作過程中離散的時間點、持續全部操作過程或以任何其它期望的方式。包含在傳感器系統18中的傳感器76可以包括但不局限于溫度傳感器、濕度傳感器或任何其它能夠檢測相關操作參數的傳感器。
[0028]另外，控制器24可以接收來自數據輸入系統16的輸入，在圖示的實施例中，該系統16包括用戶數據源80和用戶裝置82。如圖所示，用戶數據源包括關于交通的信息84、用戶的目的地86、用戶的位置88以及任何其它相關的用戶數據90。這些信息通過輸入92，發送到移動通信裝置94并傳輸給控制器24，如箭頭96所示。而且，任何其它具體執行的可用用戶數據98可以通過一個或多個用戶附屬裝置100發送到控制器24，如箭頭102和104所示。
[0029]如上所述，在系統10操作過程中，根據接收到的輸入，控制器24通過控制能量存儲裝置20和電荷存儲裝置22而改進或優化系統性能。控制器24利用的數據既包括接收自存儲系統12內的數據，例如與能量存儲裝置20和/或電荷存儲裝置22的內部特性相關的數據，也包括從外部源獲得的數據，例如從交通工具14、傳感器系統18和/或數據輸入系統16所獲得的數據。隨后，可進行與一個或多個標準相關的系統改進或優化，該標準可以包括但不局限于功率輸出、操作的總貨幣成本、燃料效率、能量存儲裝置20和/或電荷存儲裝置22的壽命、或任意其它期望的標準。在某些實施例中，在制造、交通工具服務、操作的時間或在任何其它期望的時間點，標準可以選擇，一旦選定，控制器24按照改進或優化工藝的限定，可以操作控制能量存儲裝置20、電荷存儲裝置22與其它系統部件之間的合適的電荷流動。
[0030]根據期望的標準，圖2示出了采用控制器24從而改進或優化系統10性能的方法106的實施例。如圖所示，方法106包括監測第一存儲裝置的一個或多個參數(框108)和監測任何其它的存儲裝置的一個或多個參數(框110)。例如，這些步驟可以包括監測能量存儲裝置20和電荷存儲裝置22的操作或狀態參數。進一步舉例，在包括多個存儲裝置的實施例中，方法106提供用來監測各個存儲裝置的期望參數或監測一組或多組此類裝置的參數，例如電池堆的剩余能量容量。
[0031]通過接收來自一個或多個用戶和/或裝置的輸入(框112)，方法106繼續進行。例如，控制器24可以接收來自移動數據源的輸入，該數據源傳送交通數據、交通工具目的地數據、用戶位置數據或任何其它適合類型的數據到控制器24。進一步舉例，控制器24可以接收來自傳感器76、交通工具導航系統、用戶等的輸入。然后控制器24繼續進行來確定系統部件之間合適的電荷流動(框114)，并控制電荷供應器與其它系統部件之間的電荷流動，從而獲得期望的電荷流動(框116)。以這種方式，控制器24可以利用方法106既監測系統部件又控制該部件的操作，從而獲得對系統內電荷流動改進后或優化后的平衡。關于系統10各種合適參數中的任一參數例如貨幣成本或存儲裝置壽命的操作可以被改進或優化，如下具體描述。然而，應該注意，圖示出的和下面所描述的改進或優化參數僅僅是舉例，控制器能夠利用其它已知的各種參數來改進或優化系統性能，并不局限于本文描述的這些。
[0032]圖3示出了控制器24的實施例，根據接收來自溫度檢測系統120的反饋，該控制器能夠控制系統118。如圖所示，系統118包括溫度檢測系統120，溫度檢測系統120監測電荷存儲裝置22、能量存儲裝置20以及周圍環境122的溫度。溫度檢測系統120包括連接到處理電路128的溫度傳感器124和存儲器126。存儲器126可以包括易失性或非易失性存儲器，例如只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、磁存儲器、光學存儲器或它們中的組合。另外，在溫度檢測系統120操作期間，各種控制參數可以與代碼一起存儲在存儲器中，該代碼構造成提供具體的輸出(例如，在操作期間的多個離散時間點傳送信號給控制器、連續地傳送檢測到的信息等)。
[0033]系統118還包括由處理器電路128產生的并傳輸到控制器24的可能的輸出130、132和134的例子。在這個實施例中，控制器24包括控制電路136、功率轉換電路138以及存儲器140。控制器24通信地連接到并電連接到電荷存儲裝置22、能量存儲裝置20和機電系統52，因此根據從溫度檢測系統120接收到的溫度反饋，能使控制器24控制這些裝置之間的電荷流動。
[0034]在圖示的系統118工作期間，溫度傳感器124檢測電荷存儲裝置22、能量存儲裝置20以及環境122的各自的溫度并將檢測值發送至處理電路128。應該注意，根據一個或多個輸入或控制機制，可以對溫度傳感器124進行控制。例如，可以控制溫度傳感器124而獲得在離散的時間點或持續系統118的整個工作期間的檢測值。處理電路128接收來自溫度傳感器124的輸入并利用這些輸入來輸出對應于電荷存儲裝置22的檢測狀況、能量存儲裝置20的檢測狀況和環境檢測狀況的信號130、132和134。在一些實施例中，為了以后的恢復，處理電路128可以將來自溫度傳感器124的輸入存儲到存儲器126。例如，在一個實施例中，溫度傳感器124可以連續地獲得數據，但是處理電路128可以在離散的時間點周期性地引用存儲器來提供信號130、132和134。
[0035]在控制器24中，控制電路136接收并處理信號130、132和134。控制電路136利用溫度數據來確定電荷存儲裝置22、能量存儲裝置20與機電系統52之間的合適的電荷流動。為此，例如控制電路136可以引用存儲器140從而恢復與獲得的溫度檢測結果相一致的控制算法。另外，控制電路136控制功率轉換電路138而接收來自裝置22、20以及52的電輸入，并且將接收到的輸入轉換成適合于在接收裝置中使用的輸出。
[0036]例如，在一個實施例中，控制電路136監測機電系統52的電力需求以及存儲裝置20和22的溫度，并在滿足機電系統52的電力需求的同時改進或優化存儲裝置20和22的工作狀況。例如，在一個實施例中，控制器可以利用提高從電荷存儲裝置22獲得足夠電荷的可能性的邏輯，也可單獨或在能量存儲裝置20的輔助下啟動交通工具(其中機電系統52是其一部分)。例如，上述的控制器邏輯可以應用在低溫應用中，其中需要的電荷數量是溫度的函數。
[0037]再進一步，在另外的實施例中，例如高溫應用中，可通過控制電路136選擇執行的特定控制器邏輯，使能量存儲裝置20的結構和/或化學完整性基本上得以維持或使能量存儲裝置20完整性被損害的可能性減小或消除。在這種情況下，考慮到存儲裝置20和22的溫度和狀況，控制器24可以降低或防止由于存儲裝置存在已經破壞或損害的結構、電力或化學完整性而使系統118變為不可操作的可能性。
[0038]另外，在某些實施例中，控制器24可以控制存儲20和22的操作，使裝置20和22中的一個或多個的壽命達到預期的壽命。例如，在一個實施例中，能量存儲裝置20可以是具有保證期的電池，控制器24可以控制電池的壽命使它大致與保證期相等。進一步舉例，控制器24可以控制存儲裝置中一個或多個裝置的壽命來滿足消費者對裝置應該維持多長的預期。實際上，應該注意，在某些實施例中，控制器24可以裁量存儲裝置每一個的壽命來與期望的壽命相匹配，這可以通過各種具體執行的因素來設定。
[0039]圖4示出了控制器24的實施例，根據接收自檢測系統144的反饋，控制器24能夠控制系統142。如圖所示，系統142包括檢測系統144，檢測系統144檢測電荷存儲裝置22和/或能量存儲裝置20的一個或多個參數。例如，檢測系統144可以檢測與存儲裝置每一個電荷的性能和/或狀態相關的參數。進一步舉例，在一個實施例中，電荷存儲裝置22可以是電容器、超級電容器和/或電容性裝置堆。在這種例子中，檢測系統144可以獲得并處理與電容性裝置健康狀態相關的信息，例如內部阻抗、總電容、電荷接收動力學、隨時間表的電壓穩定性、電荷狀態、內部壓力、開放電路電壓或其組合。而且，檢測系統144可以檢測例如電壓和溫度的參數來確定電荷狀態、與時間成函數關系的電容保持力、功率密度衰減、其中的組合或任何其它合適的參數。
[0040]為了獲得檢測的信息，檢測系統144包括連接到處理電路150的存儲器148和一個或多個檢測裝置146。存儲器148可以包括易失性的或非易失性的存儲器，例如只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、磁存儲器、光學存儲器或其組合。另外，在檢測系統144工作期間，各種控制參數與代碼一起可以存儲在存儲器中，該代碼構造成提供具體的輸出(例如，在操作期間的多個離散時間點發送信號給控制器、連續地傳送檢測到的信息等)。
[0041]系統142還包括由處理電路150產生并傳送到控制器24的可能的輸出152和154的例子。如圖所示，處理電路150可以將電荷存儲裝置的一個或多個檢測狀況(框152)和/或能量存儲裝置的一個或多個檢測狀況(框154)發送給控制器24。另外，控制器24的控制電路136也接收與電荷存儲裝置相關的歷史數據(框156)和與能量存儲裝置相關的歷史數據(框158)。在示出的實施例中，示出的歷史數據156和158起源于控制器24的外部。然而，在一些實施例中，例如，歷史數據156和158可以存儲在控制器24內的存儲器140中并可以從中恢復。[0042]在圖示的實施例中，如前面所述，控制器24通信地連接到并電連接到電荷存儲裝置22、能量存儲裝置20以及機電系統52，因此，根據從檢測系統144接收到的檢測反饋，控制器24能使控制這些裝置之間的電荷流動。在一個實施例中，控制器24可以操作來改進或優化能量存儲裝置20、電荷存儲裝置22或其組合的操作狀況。例如，控制器24可以執行控制邏輯，以使在高速充放電應用中系統142利用電荷存儲裝置22作為主電力電荷源，且在低速充放電應用中系統142利用能量存儲裝置20作為主電力電荷源來拓展使用。而且，在一些實施例中，控制器24可以改進或優化操作狀況來基本維持電荷存儲裝置22中的電荷有效性。
[0043]再進一步，在某些實施例中，控制器24可以利用電荷存儲裝置和能量存儲裝置的歷史數據156和158來進一步改進或優化系統142的性能。例如，控制器24可以利用歷史信息156和158來判斷能量存儲裝置的完整性隨著操作狀況(例如電流輸出)的變化發生降低的可能性。另外，在另一個實施例中，控制器24可以利用歷史信息156和158來判斷在需要從電荷存儲裝置釋放另一能量之前，發生對裝置進行再次充電的機會的可能性。此夕卜，控制器24既可以單獨使用歷史信息156和158，也可以與檢測狀態152、154和/或當前操作狀況(例如，充電/放電速率、溫度等)組合使用來降低或消除在操作期間能量存儲裝置20和/或電荷存儲裝置22的結構、化學或電學完整性將被損害的可能性。
[0044]圖5示出了控制器24的實施例，控制器24能夠對系統160執行控制以使與電動交通工具系統操作相關的貨幣成本降低或最小化。同樣地，在示出的實施例中，機電系統52可以是電動交通工具的部件。換句話說，機電系統52可以是全部或部分通過電荷驅動的交通工具的部件，并且系統的重復充電可以通過來自發動機和/或來自外部電荷源的電荷傳輸來發生，接收到的外部數據162可以對應于與電動交通工具操作相關的數據。
[0045]如圖所示，系統160包括存儲系統12以及充電基礎設施164。充電基礎設施164包括發電裝置166、電能存儲裝置168以及電能轉換電路170。如圖所示，充電基礎設施源位置172可以是各種合適的位置，例如私人充電站174、無線充電站176、家庭充電站178、社區充電站180、公共充電站182、移動充電站184或任何其它合適的充電站。
[0046]在示出的實施例中，在操作期間，能量和電荷存儲裝置20和22通過控制器24與充電基礎設施164連接，使電動交通工具使用的能量貨幣成本降低或最小化。例如，該連接可發生在電動交通工具操作期間(例如，當交通工具被操作者用來運輸時)或當交通工具連接到充電基礎設施164時。在一些實施例中，為了降低或最小化能量貨幣成本，控制器24可以利用外部數據162來確定在任何給定的時間是否從電網獲得電荷。同樣地，在這個實施例中，控制器接收到的其它數據72可以包括關于當前電價、過去電價、日時間、周時間、月時間、年時間、存儲裝置電荷狀態、駕駛者歷史34、其組合或任何其它相關的信息。一旦控制器24對所需能量的合適數量和能量將被獲得的時間作出決定，例如通過電能轉換電路170，控制器24就將這個決定發送到充電基礎設施164，將所需能量傳輸到存儲系統12。
[0047]在一些實施例中，為了協調電荷存儲裝置22和能量存儲裝置20之間的操作，存儲系統12可以包括方便內部通信的基礎設施。圖6示出了存儲系統12的實施例，其中控制器24在電荷存儲裝置12、能量存儲裝置20與機電系統52之間協調控制。在所示出的實施例中，存儲系統12包括電荷存儲系統186，電荷存儲系統186包括電荷存儲裝置22、開關188和通信裝置190。類似地，存儲系統12也包括能量存儲系統192，能量存儲系統192包括能量存儲裝置20、開關194和通信裝置196。
[0048]在示出的實施例中，電荷存儲系統186和能量存儲系統192與機電系統52直接連接，同時保持與控制器24連接并在其控制之下。進一步，如箭頭193所示，通過通信裝置190和196，電荷存儲系統186和能量存儲系統192彼此連接。然而，應該注意，在其它實施例中，存儲裝置20和22與機電系統52之間的控制和電連接可以通過控制器24來建立。然而，在示出的實施例中，在操作期間，來自電荷和能量存儲裝置22和20的電荷或能量指向至開關188和194，如箭頭200和202所示，它們根據控制器24的指令將電荷或電能以可變方式傳送至機電系統52中，如箭頭187和191所示。換句話說，通過以可變方式控制第一存儲裝置、第二存儲裝置與負載(例如機電系統)之間的電荷傳輸，控制器24可以優化與期望參數相關的系統操作。為此，控制器24將控制信號傳送至通信裝置190和196，如箭頭195和197所示，以實現整個系統期望的能量傳輸。而且，檢測和控制信號也從每個通信裝置190或196傳輸到與其相連的開關188或194。
[0049]進一步，利用開關188和194可以將檢測和控制數據傳送給能量存儲系統192和電荷存儲系統186的每一個。應該理解,在另一個實施例中，開關188和194可以不設置在存儲系統186和192內，而相反，開關188和194可以構造成分別連接到電荷存儲系統186和能量存儲系統192的獨立單元。再進一步，在存儲系統12操作期間，通信裝置190和196通過控制器24彼此連接，來傳輸存儲系統186和192之間的檢測和控制數據。
[0050]應該注意,前面的實施例可以應用在多個合適的系統中。例如,在一個實施例中，如圖7所示，交通工具210以具有電池模塊或系統212的汽車(例如轎車)的形式存在，電池模塊或系統212為交通工具210提供全部或部分動力，并且電池系統212被本文中描述的控制器控制并包括在控制器的實施例中。在一些實施例中，交通工具210可以是電動交通工具(EV)、混合電動交通工具(HEV)、插電式混合電動交通工具(PHEV)、或使用電能來驅動的任何其它類型交通工具(統稱為“電動交通工具”)。另外，雖然圖7中示出的是轎車，但是交通工具210的類型可以是具體執行的類型，因此，在其它實施例中可以不同，所有這些均意向屬于本發明的范圍。例如，交通工具210可以是卡車、公共汽車、工業車輛、摩托車、休閑車、船只或任何有利于使用電能來作為全部或部分驅動力的其它類型交通工具。
[0051]進一步，雖然在圖1中示出的電池模塊212設置在交通工具210的后備箱中或其尾部，但是根據其它示例性實施例，電池模塊212的位置可以不同。例如，根據交通工具210內可利用的空間、交通工具210期望的重量平衡、與電池系統一起使用的其它部件位置(例如電池管理系統、通風口或冷卻裝置等)以及其它各種具體執行中的考慮，電池模塊212的位置可以選擇。
[0052]圖8示出了交通工具210的剖面示意圖,根據目前公開的實施例,交通工具以HEV的形式提供。在示出的實施例中，提供的電池模塊或系統212朝向接近于燃料箱214的交通工具210的尾部。然而，在其它實施例中，電池模塊212可以緊鄰燃料箱214提供，或者可以在交通工具210 (例如卡車)的尾部之內的單獨隔間中提供，或者可以在交通工具210中的其它位置提供。當HEV使用汽油動力驅動交通工具210時，內燃發動機216同時被提供。電動機218、動力分配裝置220和發電機222也被提供作為交通工具驅動系統的部件。此類HEV可以只通過電池系統212或只通過發動機216或通過電池系統212和發動機216二者，來提供動力或驅動。應該注意，根據其它實施例，可以使用交通工具的其他類型和用于交通工具電力系統的構造，并且圖8中的示意圖不應該被認為是限制了本申請中描述的主題范圍。實際上，根據多個其它實施例，電池模塊或系統212的尺寸、形狀和位置、交通工具210的類型、交通工具技術的類型(例如EV、HEV、PHEV等)以及電池化學、其它特征之中可以不同于那些示出的或描述的。
[0053]根據一個實施例，電池模塊或系統212負責包裝或包含電化電池或電池，將電化電池彼此連接和/或連接到交通工具電力系統其它部件，并且控制電化電池和電池系統212的其它特征。例如，電池模塊或系統212可以包括如下特征:負責監測和控制系統電氣性能、管理系統熱行為、抑制和/或為排出物(例如可從電池單元中排出的氣體)指定路線以及電池模塊或系統的其它方面。
[0054]雖然本發明僅示出和描述了某些特征和實施例，但在實質上不偏離權利要求所記載的主題言論及有益效果的情況下，本領域技術人員可進行多種修改和變化(例如多個部件的大小、尺寸、結構、形狀和比例、參數值(例如溫度、壓力等)、安裝布置方式、材料的使用、顏色、方向等)。根據可選擇的實施例，任何工藝或方法步驟的順序或次序都可以變化或重新排序。因此，應該理解，所附的權利要求意向覆蓋落入本發明真正精神之內的所有此類修改和變化。而且，為了提供示例性實施例的簡明描述，可能沒有描述實際實施中的所有特征(也即，與實施本發明目前預期的最好方式無關的那些特征或與執行本發明無關的那些特征)。應該理解，在任何此類實際實施的發展中，如在任何工程或設計項目中，可以做出大量具體的實施決定。此類發展努力可能是復雜的和耗時的，但在不需要大量實驗的情況下，對得益于本發明的設計、組裝和生產，仍然是一種常規選擇。
【權利要求】
1.一種用于交通工具的控制系統，包括: 第一存儲裝置，構造成存儲和釋放電能； 第二存儲裝置，構造成存儲和釋放電能； 機電裝置，用于交通工具，所述機電裝置連接到所述第一存儲裝置和所述第二存儲裝置，并構造成產生能量需求，且利用來自所述第一存儲裝置和所述第二存儲裝置至少一個的電能來滿足所述能量需求；以及 控制器，連接到所述第一存儲裝置、所述第二存儲裝置以及所述機電裝置，所述控制器構造成通過控制所述第一存儲裝置、所述第二存儲裝置與所述機電系統之間的電荷流動，從而優化與第一參數相關的所述系統操作，其中控制電荷流動包括選擇性控制由所述第一存儲裝置和所述第二存儲裝置中的每一個所接收和釋放的電能數量。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述第一參數包括所述第一存儲裝置的狀況、所述第二存儲裝置的狀況、所述系統操作的貨幣成本、所述系統的燃料效率或測量到的操作參數。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述交通工具包括電動交通工具或混合電動交通工具。
4.根據權利要求1所 述的系統，其中所述第一存儲裝置和所述第二存儲裝置的至少一個包括電荷存儲裝置。
5.根據權利要求1所述的系統，其中所述第一存儲裝置和所述第二存儲裝置的至少一個包括能量存儲裝置。
6.根據權利要求1所述的系統，其中所述第一存儲裝置和所述第二存儲裝置的至少一個包括電容器、電容器堆、鋰基電池、鎳基電池、鉛基電池、實質上相似的電池組、燃料電池、電容性電極、碳電極、鉛-碳復合電極、鋰-碳電極、含鈦電極或其組合。
7.根據權利要求1所述的系統，包括傳感器系統，所述傳感器系統構造成檢測所述第一存儲裝置的參數、所述第二存儲裝置的參數、周圍環境、或其組合，并構造成將檢測到的數據傳送至所述控制器。
8.根據權利要求7所述的系統，其中所述參數包括感測到的溫度、檢測到的狀況、或其組合。
9.根據權利要求1所述的系統，包括連接到所述第一存儲裝置的第一開關和連接到所述第二存儲裝置的第二開關，并且其中所述第一開關和所述第二開關各自構造成由所述控制器控制，從而以可變方式分別從所述第一存儲裝置和所述第二存儲裝置引出電荷和/或將電荷引至所述第一存儲裝置和所述第二存儲裝置。
10.根據權利要求1所述的系統，包括連接到所述第一存儲裝置的第一通信裝置和連接到所述第二存儲裝置的第二通信裝置，其中所述控制器構造成通過所述第一通信裝置和所述第二通信裝置在所述第一存儲裝置和所述第二存儲裝置之間傳輸檢測值和控制數據。
11.一種用于存儲系統的控制器，構造成: 監測與第一存儲裝置相關聯的第一參數和與第二存儲裝置相關聯的第二參數； 接收與優化標準相對應的數據，所述優化標準包括一個或多個操作優化參數； 根據所監測的所述第一參數和所監測的所述第二參數，確定所述第一存儲裝置、所述第二存儲裝置以及用于交通工具的機電裝置之間的優化電荷流動；并且根據所確定的優化電荷流動，產生控制信號從而以可變方式控制電荷流至所述第一存儲裝置和所述第二存儲裝置和/或從所述第一存儲裝置和所述第二存儲裝置流出。
12.根據權利要求11所述的控制器，還構造成接收一個或多個輸入，一個或多個輸入對應于用戶的駕駛模式、用戶的駕駛歷史、用戶的偏好、溫度檢測值、濕度檢測值、交通工具的目的地、天氣數據或交通數據。
13.根據權利要求11所述的控制器，其中所述第一參數包括所述第一存儲裝置的溫度、所述第一存儲裝置的壽命、或所述第一存儲裝置的狀況。
14.根據權利要求11所述的控制器，其中所述第二參數包括所述第二存儲裝置的溫度、所述第二存儲裝置的壽命、或所述第二存儲裝置的狀況。
15.根據權利要求11所述的控制器，其中所述操作參數包括根據天氣狀況的性能、燃料經濟性、所述第一存儲裝置的壽命、所述第二存儲裝置的壽命、與從電網引出電荷相關的貨幣成本，或其組合。
16.一種用于交通工具的機電系統的控制系統，包括: 第一存儲裝置，構造成存儲和釋放電能； 第二存儲裝置，構造成存儲和釋放電能；以及 控制器，連接到所述第一存儲裝置、所述第二存儲裝置以及負載，所述控制器構造成通過以可變方式控制所述第一存儲裝置、所述第二存儲裝置以及所述負載之間的電荷溝道，從而優化與所述第一系統參數相關的所述系統操作。
17.根據權利要求16所述的系統，包括連接到所述第一存儲裝置的第一開關和連接到所述第二存儲裝置的第二開關，其中所述第一開關和所述第二開關各自構造成由控制器控制，以可變方式分別從所述第一存儲裝置和所述第二存儲裝置引出電荷和/或將電荷引至所述第一存儲裝置和所述第二存儲`裝置。
18.根據權利要求16所述的系統，包括連接到所述第一存儲裝置的第一通信裝置和連接到所述第二存儲裝置的第二通信裝置，其中所述控制器構造成通過所述第一通信裝置和所述第二通信裝置在所述第一存儲裝置和所述第二存儲裝置之間傳輸檢測值和控制數據。
19.根據權利要求16所述的系統，其中所述負載包括機電系統，所述機電系統包括電動交通工具或混合電動交通工具。
20.根據權利要求16所述的系統，其中所述第一參數包括所述第一存儲裝置的狀況、所述第二存儲裝置的狀況、所述第一存儲裝置的壽命、所述第二存儲裝置的壽命、所述系統的操作貨幣成本、所述系統的燃料效率或測量到的操作參數。
【文檔編號】B60L11/18GK103687749SQ201280023877
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年3月16日 優先權日:2011年3月16日
【發明者】布萊恩·C·西斯科, 清·T·阮, 佩里·M·懷亞特, 賴安·S·馬什卡雷尼亞什, 蔣軍偉 申請人:約翰遜控制技術公司