用于控制运载工具能量存储装置的方法和系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102164772 A (43)申请公布日 2011.08.24 CN 102164772 A *CN102164772A* (21)申请号 200980138134.7 (22)申请日 2009.07.02 12/179,188 2008.07.24 US B60L 11/18(2006.01) (71)申请人 通用电气公司 地址 美国纽约州 (72)发明人 AK库马 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 严志军 谭祐祥 (54) 发明名称 用于控制运载工具能量存储装置的方法和系 统 (57) 摘要 描述了系统和方法， 该系统和方。

2、法用于在功 率传递时机期间， 控制进入和 / 或离开在诸如机 车的运载工具上的能量存储装置的功率传递速 率。该方法包括根据功率传递时机的持续时间的 预定量来调节功率传递速率， 以使功率传递的持 续时间与时机的持续时间匹配并且实现指定的充 电状态。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.03.24 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2009/049537 2009.07.02 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/011484 EN 2010.01.28 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页。

3、 说明书 8 页 附图 3 页 CN 102164775 A1/2 页 2 1. 一种用于在功率传递时机期间控制进入和 / 或离开运载工具能量存储装置的功率 传递速率的方法， 所述方法包括 ： 根据所述功率传递时机的持续时间的预定量来调节功率传递速率， 以使功率传递的持 续时间与所述时机的持续时间匹配并且实现指定的充电状态。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述运载工具为机车， 并且其中， 所述运 载工具包括具有不同的性能特征的多个能量存储装置， 其中， 根据所述功率传递时机的持 续时间和所述性能特征的相应差异来调节各个能量存储装置的功率传递速率。 3. 根据权利要求 1 。

4、所述的方法， 其特征在于， 所述能量存储装置包括电池。 4. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述能量存储装置为包括多个能量存储 组的能量存储系统。 5. 根据权利要求 4 所述的方法， 其特征在于， 所述多个能量存储组包括电池。 6. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 调节功率传递速率包括 ： 当所述功率传递 时机的持续时间增加时， 降低功率传递速率， 同时增加所述功率传递持续时间， 以基本满足 所述功率传递时机的预定持续时间。 7. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 调节功率传递速率包括 ： 当所述功率传递 时机的持续时间减少时， 增加功率传递速率， 。

5、同时减少所述功率传递持续时间， 以基本满足 所述功率传递时机的预定持续时间。 8. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括 ： 响应于所述能量存储装 置的运行状况来调节所述能量存储装置的功率传递速率。 9. 根据权利要求 4 所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括 ： 响应于所述能量存储组 的运行状况来调节所述多个能量存储组中的至少一个的功率传递速率。 10. 根据权利要求 9 所述的方法， 其特征在于， 所述运行状况为所述装置的年龄。 11. 根据权利要求 9 所述的方法， 其特征在于， 所述运行状况为所述装置的温度。 12. 根据权利要求 11 所述的方法， 其特。

6、征在于， 响应于所述装置的温度来调节所述能 量存储装置的功率传递速率包括 ： 对于所述功率传递持续时间， 当所述装置的温度升高时， 降低所述装置的功率传递速率。 13. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括 ： 响应于所述能量存储 装置的温度和年龄来调节针对期望的充电状态的上阈值和下阈值。 14. 根据权利要求 13 所述的方法， 其特征在于， 调节上阈值和下阈值包括 ： 当所述装 置的温度升高或年龄增加时， 针对所述指定的充电状态减小所述上阈值并且增加所述下阈 值。 15. 一种用于机车的系统， 包括 ： 能量存储装置 ； 以及 控制系统， 其构造成在功率传递时机期间。

7、， 根据所述功率传递时机的信息来预先确定 所述功率传递时机的持续时间， 并且根据所述预定持续时间来调节所述装置的功率传递速 率， 以由此调节实际功率传递持续时间， 以用于实现指定的充电状态。 16. 根据权利要求 15 所述的系统， 其特征在于， 所述控制系统还响应于所述能量存储 装置的运行状况来调节所述能量存储装置的功率传递速率。 17. 一种用于机车的系统， 包括 ： 权 利 要 求 书 CN 102164772 A CN 102164775 A2/2 页 3 能量存储装置 ； 以及 控制系统， 其构造成， 在带有第一预定功率传递时机持续时间的第一功率传递时机期间， 在其中所述能量存 储装。

8、置处于第一年龄和第一温度处， 以第一功率传递速率将功率传递到和 / 或传递出所述 能量存储装置达第一功率传递持续时间， 所述第一功率传递速率具有针对期望的充电状态 的第一上阈值和第一下阈值， 以基本满足所述第一预定功率传递时机持续时间 ； 在带有第二预定功率传递时机持续时间的第二功率传递时机期间， 所述第二预定持续 时间大于所述第一预定持续时间， 在其中所述能量存储装置处于所述第一年龄和所述第一 温度处， 以第二功率传递速率将功率传递到和 / 或传递出所述能量存储装置达第二功率传 递持续时间， 所述第二功率传递速率小于所述第一功率传递速率， 所述第二功率传递持续 时间大于所述第一功率传递持续时。

9、间， 以基本满足所述第二预定功率传递时机持续时间 ； 以及 在带有第三预定功率传递时机持续时间的第三功率传递时机期间， 所述第三预定持续 时间小于所述第一预定持续时间， 在其中所述能量存储装置处于所述第一年龄和所述第一 温度处， 以第三功率传递速率将功率传递到和 / 或传递出所述能量存储装置达第三功率传 递持续时间， 所述第三功率传递速率大于所述第一功率传递速率， 所述第三功率传递持续 时间小于所述第一功率传递持续时间， 以基本满足所述第三预定功率传递时机持续时间。 18. 根据权利要求 17 所述的系统， 其特征在于， 所述控制系统还构造成， 在所述第一功率传递时机期间， 其中所述能量存储装。

10、置处于第二年龄和 / 或第二温度 处， 所述第二年龄大于所述第一年龄并且所述第二温度高于所述第一温度， 以第四功率传 递速率将功率传递到和 / 或传递出所述能量存储装置达给定功率传递持续时间， 所述第四 功率传递速率小于所述第一功率传递速率， 所述第四功率传递速率具有针对期望的充电状 态的第二上阈值和第二下阈值， 所述第二上阈值设置成小于所述第一上阈值， 而所述第二 下阈值设置成大于所述第一下阈值。 19. 一种在功率传递时机期间控制进入和 / 或离开动力系统中的能量存储装置的功率 传递速率的方法， 所述方法包括 ： 根据计划表来运行所述动力系统， 其中， 所述计划表包括关于所述时机的持续时间。

11、的 数据， 以在所述动力系统中产生电功率 ； 以及 根据所述数据来调节进入或离开所述能量存储装置的电能的功率传递速率， 以使功率 传递持续时间与所述时机的持续时间匹配并且实现指定的充电状态。 20. 根据权利要求 19 所述的方法， 其特征在于， 还根据所述能量存储装置的年龄相对 于联接在所述带动力系统中的另一个能量存储装置的年龄来调节功率传递速率。 权 利 要 求 书 CN 102164772 A CN 102164775 A1/8 页 4 用于控制运载工具能量存储装置的方法和系统 技术领域 0001 本文公开的主题涉及用于改进运载工具 (vehicle) 能量存储装置的功率传递分 布 (p。

12、ower transfer profile) 以由此改进装置的运行寿命的方法和系统。 背景技术 0002 电动和混合电动运载工具 ( 例如机车 ) 用机载可再充电的电能存储装置来运行。 能量存储装置可包括一种或多种类型的电池、 超高电容 (super-capacitor) 及飞轮系统。 0003 在运行期间， 能量存储装置经历频繁的周期性的充电和放电循环。 另外， 这种装置 的运行寿命和性能特征可受充电 / 放电的速率和深度 (depth) 和 / 或功率传递发生时所处 的电流水平影响。 装置的充电状态和温度的相关的变化也可影响其寿命和性能特征。 例如， 在大量充电 / 放电事件期间使用更快速。

13、且更深度的功率传递速率和更高的电流 ( 和 / 或电 压 ) 水平可对能量存储装置的运行寿命和存储容量有不利影响。装置的年龄、 使用的频率、 能量存储的状态以及存储的温度是影响其性能的一些另外的参数。 电能存储装置的降低的 性能继而可影响其中使用电能存储装置的运载工具系统的燃料效率。 发明内容 0004 提供了在功率传递时机 (power transfer opportunity) 期间用于控制进入和 / 或离开运载工具能量存储装置的功率传递速率的方法和系统。在一个实施例中， 方法包括 根据功率传递时机的持续时间(duration)的预定量(predetermination)来调节功率传递 速。

14、率， 以与时机的持续时间匹配以及实现指定的 (specified) 充电状态。 0005 例如， 当预定充电时机具有更长的持续时间时， 与当预定充电时机具有更短的持 续时间时相比， 能量存储装置可以更低的速率 ( 例如以更低的充电电流 ) 充电。类似地， 可 响应于即将到来的放电时机的已知持续时间来恰当地调节针对能量存储装置的放电速率。 这样， 利用关于充电/放电时机的先验(priori)信息(例如在充电/放电时机之前已知的、 推断出的和 / 或估计出的信息 ) 而通过更低的充电 / 放电速率来更好地利用更长的充电 / 放电持续时间是可行的。由于诸如降低的总体损耗的补充益处的原因， 更长的充电。

15、 / 放电 时间可进一步增加电池寿命和性能。在一个实例中， 总体损耗可由于电阻热损耗 ( 这是由 于 I2R 功率损耗引起的能量损耗 ) 的直接降低的原因而降低。在另一个实例中， 降低总体 损耗(以电阻的方式或别的方式)使得能够降低需要的冷却功率的量和其它的热量管理要 求。降低总体损耗的这种协同益处可比与充电 / 放电时机的时间延长相关的问题重要。总 之， 因此这种操作提供了更高效率的功率传递， 并且减少了运载工具中的能量存储装置的 退化， 同时仍然在时机结束时达到期望的充电状态。 0006 应当理解， 提供上面的概述来以简化的形式引入一系列的在详细描述中进一步描 述的概念。不意图确定所要求保。

16、护的主题的关键或重要特征， 其范围由在详细描述之后的 权利要求书唯一限定。此外， 所要求保护的主题不限于解决上面或在此公开的任何部分中 提到的任何缺点的实现方案。 说 明 书 CN 102164772 A CN 102164775 A2/8 页 5 附图说明 0007 从参照附图阅读非限制性实施例的以下描述中将更好理解本发明， 其中下面 ： 0008 图 1 显示了具有根据本公开的能量管理系统的柴油电动机车的实例实施例。 0009 图 2 显示了给定的期望的充电状态的备选充电 / 放电分布的实例图 (example map)。 0010 图 3 显示了用于控制根据本公开的能量存储装置的功率传递。

17、分布的高水平流程 图。 具体实施方式 0011 用可再充电的电能存储装置运行的运载工具(例如机车)可构造有控制到能量存 储装置和来自能量存储装置的功率传递速率的集成式能量管理系统。不仅可根据能量存 储装置的运行状况， 而且还可响应于在任务期间可用的充电 / 放电时机来控制功率传递速 率。参照图 1 示出了一个实例， 其中， 能量管理系统监测机车的机载能量存储装置的运行状 况， 并且根据功率传递时机的持续时间来调节充电 / 放电分布， 以便使得能够进行高效的 功率传递。在这样做时， 可延长能量存储装置的运行寿命， 同时降低失效率。在多个能量存 储组 (bank) 的情况下， 可响应于各个指定的存。

18、储组的年龄、 容量、 性能、 存储状态、 温度以 及其它运行特性来定制功率传递分布。 如图2中所示， 系统可从各种充电/放电分布中进行 选择， 以获得相同的最终充电状态。 所选择的分布可通过执行功率传递分布程序(routine) (例如如图3中所描绘的那样)来确定， 使得功率传递可利用关于功率传递时机的持续时间 的先验信息。通过响应于装置的运行状况和关于充电 / 放电时机的即将到来的持续时间的 预定信息来定制能量存储装置的操作， 可增加到 / 来自能量存储装置的功率传递的效率， 同时改进装置的运行寿命以及降低失效率。 0012 图 1 是本文中描绘为机车 100 的实例混合运载工具系统的简图，。

19、 机车 100 构造成 在轨道 104 上行驶。如本文中所描绘的那样， 在一个实例中， 机车为柴油电动运载工具， 其 运行设定在主发动机壳体 102 内的柴油发动机 106。但是， 在机车 100 的备选实施例中， 可 采用备选发动机构造， 诸如例如汽油发动机或生物柴油或天然气发动机。 将理解到， 虽然在 所描绘的实例中， 运载工具为机车， 但是运载工具可备选地为非公路运载工具 (OHV)， 例如 大型挖掘机、 挖掘倾卸式卡车 (excavation dump truck) 等。另外， 运载工具系统可为例如 可用于海上应用和固定 (stationary) 应用中的混合电动推进系统。 0013 。

20、机车操作员和在机车系统控制和管理中涉及的电子构件 ( 例如能量管理系统 116) 可容纳在机车驾驶室 (cab)103 内。能量管理系统 116 可包括多个微处理器和 / 或计 算机。能量管理系统 116 可与运载工具控制系统 128 通讯。运载工具控制系统 128 可为也 设定在机车驾驶室 103 中的机载控制系统。备选地， 运载工具控制系统可设定在远处。运 载工具控制系统 128 和 / 或能量管理系统 116 还可包括位置识别系统 ( 例如全球定位系统 (GPS)、 任务计划， 从而使得能量管理系统能够知道当前的任务分布。 0014 柴油发动机 106 产生扭矩， 扭矩沿着传动轴 ( 未。

21、显示 ) 传输到交流发电机 108。所 产生的扭矩由交流发电机 108 使用， 以产生用于运载工具的随后的行驶 (propagation) 的 电。可根据运行需求来运行机车发动机 106。以这个方式产生的电功率可称为原动力功率 说 明 书 CN 102164772 A CN 102164775 A3/8 页 6 (prime mover power)。 在机车100的备选实施例中可可选地提供产生用于辅助构件(例如 空气调节器、 加热器等 ) 的较少量的功率 ( 辅助功率 ) 的辅助交流发电机。电功率可沿着 电气母线 (electrical bus)110 传输到各种下游电气构件。根据所产生的电。

22、输出的性质， 电气母线可为直流 (DC) 母线 ( 如所描绘的那样 ) 或备选的交流 (AC) 母线。 0015 交流发电机 108 可串联连接到一个或多个整流器 ( 未显示 ) 上， 该一个或多个整 流器在交流发电机的电输出沿着 DC 母线 110 传输之前将其转换成 DC 电功率。根据接收来 自 DC 母线 110 的功率的下游电气构件的构造， 变换器 (inverter)112 可用来将 DC 电功率 转换成 AC 电功率。在机车 100 的一个实施例中， 单个变换器 112 可从 DC 母线 110 给多个 构件供应 AC 电功率。在备选实施例中， 多个不同的变换器中的各个可将电功率供。

23、应给不同 的构件。将理解到， 在另外的实施例中， 机车可包括连接到开关上的一个或多个变换器， 可 控制开关， 以选择性地将电功率提供给连接到开关上的不同的构件。 0016 安装在主发动机壳体 102 下面的转向架 (truck)122 上的牵引马达 120 可通过 DC 母线 110 接收来自交流发电机 108 的电功率， 以提供牵引功率来推进机车。如本文所述， 牵 引马达 120 可为 AC 马达。因此， 与牵引马达配对的变换器可将 DC 输入转换成适当的 AC 输 入， 例如三相 AC 输入， 以便于随后由牵引马达使用。在备选实施例中， 牵引马达 120 可为直 接使用在经过整流并且沿着 。

24、DC 母线传输或者通过适当的 DC/DC 转换器的交流发电机的输 出的 DC 马达。对于每个轮轴 124， 一个实例机车构造包括一个变换器 / 牵引马达对。如本 文中所描绘的那样， 显示了用于机车的六个轴-轮对中的各个的六个变换器-牵引马达对。 在备选实施例中， 机车 100 例如可构造有四个变换器 / 牵引马达对。将理解到， 备选地， 单 个变换器可与多个牵引马达配对。 0017 牵引马达 120 也可构造成用作提供动态制动来对机车 100 制动的发电机。具体而 言， 在动态制动期间， 牵引马达可在与滚动方向相反的方向上提供扭矩， 从而产生电。所产 生的电功率的至少一部分可传送到在本文中描绘。

25、为电池 114 的电能存储装置。当能量存储 装置不能够接收和 / 或存储所有动态制动能量时， 多余的能量可传送到电阻器 126 的格网 (grid)上， 并且作为热量消散掉。 在一个实例中， 格网包括直接串联连接到电气母线上的电 阻元件堆叠。电阻元件堆叠可定位成紧邻主发动机壳体 102 的顶板， 以便有利于空气冷却 和从格网消散热量。另外， 在当发动机 106 操作成使得其提供比驱动牵引马达 120 所需要 的能量更多的能量时的时段期间， 多余的容量 ( 也称为多余的原动力功率 ) 可可选地存储 在电池 114 中。因此， 可在当牵引马达在动态制动模式中运行时之外的时间对能量存储装 置充电。机。

26、车 100 也可使用利用压缩空气的空气制动器 ( 未显示 ) 作为运载工具制动系统 的一部分。 0018 可运行大量的马达驱动的气流装置， 以用于机车构件的温度控制。 例如， 用以在繁 重的工作的时段期间冷却牵引马达 120 的牵引马达送风机、 用以冷却交流发电机 108 的交 流发电机送风机、 以及用以冷却电阻器126的格网的格网送风机。 各个送风机可由AC或DC 马达驱动， 并且因此可构造成通过相应的变换器接收来自 DC 母线 110 的电功率。 0019 发动机温度部分由散热器 118 维持。水可在发动机 106 的周围循环， 以吸收多余 的热量， 并且使温度保持在期望的范围内， 以用于。

27、高效的发动机运行。 经加热的水然后可通 过散热器 118， 其中， 通过散热器风扇吹送的空气可冷却经加热的水。包括基于水的冷却剂 的冷却系统可可选地结合散热器 118 来使用， 以对发动机 106 提供附加的冷却。气流装置 说 明 书 CN 102164772 A CN 102164775 A4/8 页 7 和 / 或冷却系统也可用来冷却能量存储装置。 0020 在此实例中描绘为电池 114 的系统电能存储装置也可联结到 DC 母线 110 上。 DC-DC 转换器 ( 未显示 ) 可构造在 DC 母线 110 和电池 114 之间， 以允许 DC 母线的高电压 (例如在1000V的范围中)恰。

28、当地下降， 以便于由电池使用(例如在12-75V的范围中)。 在 混合机车的情况下， 机载电能存储装置可成高压电池的形式， 从而使得可省略中间的 DC-DC 转换器。 0021 可通过运行发动机 106 来对电池 114 充电。备选地， 电池 114 可在再生制动期间 充电。存储在电池中的电能可在发动机运行的待机 (stand-by) 模式期间用来运行各种电 子构件， 例如灯、 机载监测系统、 微处理器、 处理器显示器、 气候控制器等。在混合机车或其 它混合电动推进系统中， 存储在电池中的电能也可用来使运载工具运动 (motor)。另外， 电 池 114 可用来提供初始电荷， 以使发动机 10。

29、6 从停机状况中启动。 0022 虽然在所描绘的实例中， 能量存储装置包括电池， 但是在备选实施例中， 电能存储 装置可为包括多个能量存储组的能量存储系统。 存储组可包括， 例如， 超高电容或超级电容 (ultra-capacitor)、 飞轮、 电池或它们的组合。存储组可独立地或以任何组合的方式来使 用。当以组合的方式使用时， 不同的存储组可提供使用任何单个能量存储装置不能实现的 协同益处。 例如， 飞轮系统可相对快地存储电能， 但是相对在其总的能量存储容量方面受到 限制。另一方面， 电池系统相对慢地存储能量， 但是可构造有较大的总体存储容量。因此， 当组合时， 飞轮可捕获电池不能及时捕获的。

30、动态制动能量， 而存储在飞轮中的能量可在此 后用来对电池充电。这样， 能量存储系统的总体存储和捕获能力扩充超过单独运行的飞轮 或电池的限值。在备选实施例中， 能量存储装置也可结合相同或不同类型的多个能量存储 组， 以满足较大的功率和 / 或能量要求。在一个实例中， 能量存储装置包括多个电池， 诸如 例如多个锂离子电池。 0023 将理解到， 多个能量存储组可设定在同一机车或备选机车上。另外， 备选能量源 117 可用来将能量传递到机载能量存储装置， 例如电池 114。备选能量源 117 和 / 或能量存 储组也可由发动机充电并由能量管理系统 116 管理。 0024 电池的能量额定值 ( 以安。

31、培 - 小时或千瓦 - 小时来表示 ) 可典型地反映电池中存 储的总体能量， 而非可用的能量。同样， 电池的充电状态 (SOC) 的下限值 ( 备选地由放电深 度 (DOD) 表示 ) 可反映实际可用的能量。在一个实例中， DOD 可为 80， 表示总体能量额定 值的仅 80可用。到和 / 或来自电池 114 的充电 / 放电速率和 / 或功率传递速率可由能量 管理系统 116 控制。 0025 能量管理系统 116 可另外包括功率电子器件、 DC/DC 转换器或双向升压转换器、 电 气联接装置、 接触器以及二极管。可包括在能量管理系统 116 中的双向升压转换器 ( 未显 示)使备选能量存储。

32、系统(例如由多个能量存储装置组成的能量存储系统中的终极电容或 第二电池 ) 的电压与电池 114 电压脱开联接。 0026 能量管理系统 116 可构造成便接收关于电池的状况的数据， 包括但不限于电池 充电状态 (SOC)、 电池温度和温度梯度、 使用频率、 已经经过的充电 / 放电循环的数量、 功 率传递电流和电压、 在充电 / 放电模式中的总运行小时数、 完成的运载工具任务的数量、 行进的运载工具距离、 在运行中经过的时间等。另外， 相关联的位置识别系统 ( 例如 GPS) 或来自自行程优化器 (Trip OptimizerTM) 软件 ( 见日期为 2007 年 9 月 27 日的美国公。

33、开 说 明 书 CN 102164772 A CN 102164775 A5/8 页 8 No.20070219680A1) 的输入可对能量管理系统提供当前的任务线路的详细分布， 包括但不 限于坡度 (grade)、 速度限值、 曲率及高度 (altitude)。备选地， 可根据运行参数 ( 例如运 载工具吨位、 速度、 有效载荷量或其它统计输入 ) 来确定这种数据。另外， 可根据运行的时 间(例如白天对夜晚的运行， 和/或高交通量(traffic)时间对低交通量时间的运行)来确 定这种数据。根据接收到的数据， 能量管理系统 116 可能够计算当前充电 / 放电时机的详 细分布。在功率传递时机。

34、期间， 进入和 / 或离开运载工具能量存储装置的功率传递速率可 由能量管理系统根据功率传递时机的持续时间的预定量来调节， 以便使功率传递持续时间 与时机的持续时间匹配以及还实现指定的充电状态。 还可响应于能量存储装置的运行状况 来调节功率传递速率。在一个实例中， 运行状况为装置的年龄。在另一个实例中， 运行状况 为装置的温度。 将理解到， 当用多个能量存储组运行时， 可响应于各个相关的组的上述特性 来调节不同的年龄、 构造、 寿命-速率传递函数(例如电池提升减少量和充电速率之间的关 系， 这可为非线性的 ) 和相关的特性、 进入和 / 或离开组和 / 或在组之间的功率传递速率。 同样， 可根据。

35、这种特性以及充电时机的估计的持续时间来调节单独的电池或电池组的充电 速率。因此， 可响应于电池的寿命、 使用频率、 效率以及其它运行参数来分配最大和最小充 电 / 放电速率。可选地或附加地， 可使用相同的参数来为期望的充电状态分配最大阈值和 最小阈值。当任务和 / 或电池运行参数改变时， 可修改和更新充电 / 放电分布。 0027 图 2 显示了描绘针对给定的期望的充电状态的备选充电分布的实例图 200。如所 示的那样， 图200包括针对给定的电池的三个充电分布202、 204和206。 电池可具有针对充 电速率的上阈值和下阈值 ( 分别为 ROCmax和 ROCmin)。如果电池在 ROCm。

36、ax以上充电， 则电池 构件的过热和随后的退化可跟着发生， 从而导致电池性能退化。如果电池在 ROCmin以下充 电， 则加速的电荷消散可跟着发生， 从而对电池的容量有不利影响。将理解到， 对于针对给 定的期望的充电状态的备选放电分布， 可计算类似的图。不同的充电分布 (202， 204， 206) 在其充电速率和充电持续时间上大体不同。但是将理解到， 所有三个分布提供了相同的最 终充电状态， 如可通过各个曲线下方的面积计算的那样。充电分布 202 具有最高的充电速 率 ( 如由最高的幅度表示的那样 )， 但是其充电了最短的时段。作为一个实例， 能量存储装 置可在 1000kW 处充电 15 。

37、分钟， 以产生 250kWh 的电荷。同样， 充电分布 202 可为默认 ( 未 调节的 ) 最大功率传递速率分布。当例如当前功率传递时机具有更短持续时间时和 / 或当 电池还没有变得很旧时， 可选择充电分布 202。备选地， 当充电速率的变化不产生显著的益 处(例如显著的失效率降低、 寿命延长、 冷却功率降低或相关联的构件上的电压/电流应力 降低 ) 时， 可选择充电分布 202。当经由 204 移向分布 206 时， 充电速率降低， 并且充电持 续时间增加。作为一个实例， 能量存储装置可在 600kW 处充电 25 分钟 ( 作为分布 204 的实 例 ) 或在 250kW 处充电 60 。

38、分钟 ( 作为分布 206 的实例 )。当例如当前功率传递时机具有更 长的持续时间时和 / 或当电池已经变旧并且因此产生了高的内电阻从而使得以较高的速 率充电对电池寿命有害时， 可选择经调节的充电分布 204 或 206。备选地， 当降低速率降低 装置的失效率、 降低装置退化的速率和 / 或改进装置的寿命时， 可选择这种功率传递分布。 将理解到， 虽然所描绘的实例指示了针对不同的充电分布的充电速率 (ROC) 的共同的上限 值和下限值， 但是在备选实施例中， 可对各个充电分布独立地分配针对充电速率的上限制 和下限值。可响应于例如能量存储装置的温度、 SOC 及年龄来调节针对期望的充电状态的 上。

39、阈值和下阈值。备选地， 可响应于装置的运行状况来分配限值。在一个实例中， 当装置的 说 明 书 CN 102164772 A CN 102164775 A6/8 页 9 温度上升或年龄增加时， 针对指定的充电状态可降低上阈值以及增加下阈值， 从而防止装 置中的多余的热量发生。 备选地， 可降低最大的期望的SOC。 当能量存储装置包括多个能量 存储组时， 可响应于组的年龄、 温度、 使用频率及其它性能影响特性来独立地调节针对各个 单独的组的 ROC 和 / 或 SOC 的最大阈值。在一个实例中， 可增加针对一个组的 ROC 和 / 或 SOC， 同时降低针对另一个组的 ROC 和 / 或 SOC。

40、， 以产生净的正益处。例如， 当用多个基于电 池 ( 电池为不同年龄 ) 的能量存储组来运行能量存储装置时， 可增加较新 (younger) 的电 池的功率使用， 同时可降低较旧的电池的功率使用。 另外， 可响应于能量存储组的运行状况 来调节在多个能量存储组之间的和 / 或到和来自多个能量存储组中的至少一个的功率传 递速率。 在一个实例中， 对于功率传递持续时间， 这可通过随着装置的温度的升高降低装置 的功率传递速率来实现。 同样， 当用在其温度状况方面不同的多个能量存储组来运行时， 可 响应于各个组的温度来调节组的功率传递分布。例如， 可减少较热的组的功率使用 / 传递， 同时增加较冷的组的。

41、功率传递使用。 0028 这样， 可调节能量存储装置的功率传递分布， 以最大程度地增加针对当前的功率 传递时机的整个持续时间的功率传递。通过降低在 ROC 的最大阈值处的功率传递的频率， 以及通过延长能量移动(excursion)的持续时间(当根据先验信息可行时)， 可实现高效的 功率传递， 同时降低失效率以及改进存储装置的运行寿命。 0029 图3描绘了充电/放电分布程序300， 其可由机车控制系统或能量管理系统116的 微处理器执行， 以确定用于电池的功率传递分布。通过调节在功率传递时机开始时的功率 传递速率和/或功率水平， 该程序允许在当前功率传递时机结束时实现期望的SOC。 在一个 实。

42、例中， 当前功率传递时机为长持续时间的充电时机。这里， 在最大电流水平 (ROCmax) 处充 电达充电时机的整个持续时间将导致充电更早结束。 换句话说， 当在最大电流水平(ROCmax) 处充电时， 可在充电时机的估计的持续时间的一部分中获得期望的充电状态。 因此， 可降低 充电速率并且可增加充电的持续时间， 以满足充电时机的估计的持续时间。 因此， 当以经调 节的较低的速率充电时， 可在更靠近充电时机的实际终点处实现期望的充电状态。 0030 在另一个实例中， 当前功率传递时机为短持续时间的充电时机， 其中， 在最大电流 水平处充电达持续时间将不导致电池过度充电。 这里， 功率传递分布可保。

43、持不被调节， 并且 可维持在(默认)最大阈值水平处， 从而使得可在短持续时间结束时获得期望的充电状态， 但是不会更早。 这样， 可最大程度地增加在任一种充电时机的期间捕获的能量的量， 同时使 得能够进行高效的能量传递。这种方法也使得能够改进电池寿命。虽然所描绘的实例显示 了到充电时机结束时获得期望的 SOC， 但是将理解到， 在备选实施例中， 可在当前功率传递 时机结束之前获得期望的 SOC， 如果这种操作会提供附加的益处的话。在一个实例中， 可由 于在接口装置 ( 例如二极管 ) 中存在恒定的功率消散的原因而实现附加的益处。 0031 功率传递时机可有两种类型， 即充电或放电时机。能量管理系。

44、统 116 可构造成指 定在起作用运行 (active operation) 期间将放电能量引导到何处。在一个实例中， 应用 放电能量来使运载工具运动可为期望的。在另一个实例中， 当用多个能量存储组运行时， 将从一个组放出的能量存储在备选组中可为更加期望的。在另一个实例中， 当没有备选的 可选方案可用时， 放电能量可通过电阻器的格网消散。能量管理系统也可指定从何处获 得充电能量。虽然在一个实例中， 充电能量可从再生制动能量中 ( 以一阵猝发的方式 (in bursts) 获得， 但是在备选实例中， 充电能量可从发动机获得， 或以更加可控的方式从另一 说 明 书 CN 102164772 A C。

45、N 102164775 A7/8 页 10 个可用的能量存储组中获得。 0032 在 302 处， 确定了电池的当前 SOC(Q)。这可根据但不限于电池电解质 ( 例如在铅 酸电池中 ) 的指定的重力度量、 电压和 / 或电流度量、 电池单元 (cell) 阻抗度量或它们的 组合来估计。 备选地， 可根据电池的运行时间的估计值、 运载工具运行的距离或其它适当的 参数来推断 SOC 的确定值。在 304 处， 确定了当前功率传递时机的持续时间 ( 本文也称为 能量移动，“t” )。在 306 处， 可确定当前能量移动中的 SOC(Q) 的最大变化。能量管理系 统可努力计算SOC具有最大幅度的变化。

46、。 同样， Q表示如果电池接受运载工具系统可在当 前能量移动的持续时间下供应的最大电流或功率分布的情况下电池状态可改变的电荷量。 另外， 如果当前功率传递时机为充电类型， 则 Q 可分配正值。如果当前功率传递时机为放 电类型， 则 Q 可分配负值。 0033 在一个实例中， 当之前经历了相同任务时， 可根据同一运载工具的历史和 / 或统 计分析来确定当前能量移动的持续时间和 SOC 的最大变化。备选地， 当之前经历了类似任 务时， 可根据同一运载工具的历史来确定。将理解到， 在备选实施例中， 可根据经历了相同 任务的其它运载工具的历史， 或根据经历了类似的其它运载工具的统计平均值来计算 SOC。

47、 的最大变化。线路分布的数据库或计划表 (schedule) 可包括涉及坡度、 速度限值、 高度及 曲率的细节。 历史和相关的统计数据可预先计算， 并且在数据库或查找表格中是可用的， 在 任务途中可由能量管理系统容易地读取。通过比较当前机车位置与数据库或查找表格， 可 确定当前功率传递时机的持续时间。 将理解到， 作为历史和统计数据的替代， 可根据预测的 功率使用来确定持续时间。 0034 可根据类似的数据来计算 SOC 的最大变化。在计算 Q 时可考虑的附加的数据可 包括运载工具的有效载荷、 皮重、 平均燃料消耗、 任务地形、 位置、 速度限值、 期望的速度分 布、 交通拥塞参数或它们的任何。

48、组合。可从计算的充电 / 放电时机的持续时间减去缓冲时 间， 以说明 (account for) 当前运动和数据库之间的可变性。 0035 在 308 处， 确定在最大电流水平 (ROCmax)( 其为默认功率传递分布 ) 处充电 ( 或 放电 ) 达当前功率传递时机的整个持续时间 (“t” ) 是否将导致电池过度充电 ( 或过 度放电 )。在一个实例中， 这通过比较当前 SOC 和 SOC 的最大变化的总和 ( 即， Q+Q) 与期望的充电状态 (SOCdes) 阈值 ( 对于充电事件为 SOCmax， 对于放电事件为 SOCmin， 从而 SOCmaxSOCdesSOCmin)。 如果预期。

49、无过度充电或过度放电， 则在310处， 可使用未调节(最 大 ) 的功率传递分布。 0036 如果在 308 处确定可发生过度充电 ( 或过度放电 )， 则在 312 处， 可计算初始的经 调节的功率传递分布， 以避免超过目标 SOC。如之前在图 2 中详细描绘的那样， 可根据能量 移动的持续时间和期望的最终 SOC 来选择功率传递速率。具体而言， 调节功率传递速率包 括 ： 当功率传递时机的持续时间增加时， 降低功率传递速率同时增加功率传递的持续时间， 以基本满足功率传递时机的预定持续时间， 并且另外， 当功率传递时机的持续时间减少时， 提高功率传递速率同时减少功率传递的持续时间， 以基本满足功率传递时机的预定持续时 间。 0037 在一个实例中， 可准确地计算充电分布， 并且将其调节到更低的水平， 直到达到目 标 SOC 为止， 如图 2 中所描绘的那样。在另一个实例中， 可不准确计算当前分布减少量来精 确地满足目标 SOC， 而是使最大电流分布减少适当的量， 例如预定量或预定系数 (factor)。 说 明 书 CN 102164772 A CN 102164775 A8/8 页 11 可根据运载工具和。