CN102666209B - 用于车辆的电存储元件控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的电存储元件控制系统。所述控制系统包括并联地相互电耦合的电存储元件、开关装置、以及控制器。电存储元件中的每个限定总存储容量并具有电荷状态，总存储容量和电荷状态协作地限定总存储电荷，并且每个电存储元件适于与电负载和电源电通信。开关装置与电存储元件电耦合，使得每个开关装置与相应的电存储元件相关联，并且每个开关装置能够在连接状态与断开状态之间操作。控制器与开关装置电通信，以选择性地在连接状态与断开状态之间改变开关装置中的每个，从而基于总存储电荷相对于负载以及基于电存储元件的总存储容量相对于电源连接和断开电存储元件中的一个或多个。

Description

用于车辆的电存储元件控制系统
相关申请
本专利申请要求2009年7月31日提交的美国专利申请No.12/534,008的优先权，特此该专利申请的全部内容通过参引的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及用于车辆的电存储元件的控制系统，更具体地，本发明涉及用于控制进入和离开电存储元件的电力的控制系统。
背景技术
大型车辆（例如，半牵引车、卡车等）通常用来运输货物。牵引车-挂车组合中已有的牵引车一般包括被空调系统调节的驾驶室。通常，来自电源的电能被存储在车辆的一个或多个电池中，以提供所存储的电能用于在电源不可用时的稍后使用。在一些车辆中，提供电池组用于向车辆的电部件供电。这些电池组通常以并联的关系电连接于电源。
一般地，已有的电池充电控制系统通过将单个电源连接于一整组并行连接的电池而对所述一整组电池进行充电。当这些电池具有相对较大的电荷接受容量（即，低内阻）时，电池的电流接受量通常超过从电源供给的电流。此外，这些传统的控制系统对供给电压进行控制以免受过电流充电情况，而过电流充电情况对电池寿命会是不利的。通常，这些传统的控制系统不提供到电池的适当的初始电流量，因而限制了电池的电池寿命。
通过同时对多个整组的电池进行充电，传统的电池充电控制系统一般要求组中的每个电池都具有相同的电特性（例如，内阻、公差、架构，等等）。当来自每个电池的电流要求超过正在对电池进行充电的电源的电流容量时，电源和/或电池可能受损或低效地工作。来自一组电池的过度电流要求还带来了电池的充电不足，从而降低了电池的电存储容量和/或电池的循环能力。
发明内容
在一种构造中，本发明提供一种用于车辆的电存储元件控制系统，该车辆具有限定负载吸取的电负载。该控制系统包括并联地相互电耦合的多个电存储元件、多个开关装置、以及控制器。所述多个电存储元件中的每个限定总存储容量并具有电荷状态，总存储容量和电荷状态协作地限定总存储电荷，并且每个电存储元件适于与负载和限定功率容量的电源电通信。所述多个开关装置与所述多个电存储元件电耦合，使得所述多个开关装置中的每个开关装置与相应的电存储元件相关联，并且每个开关装置能够在连接状态与断开状态之间操作。控制器与所述多个开关装置电通信，以选择性地在连接状态与断开状态之间改变开关装置中的每个，从而基于总存储电荷相对于负载以及基于电存储元件的总存储容量相对于电源选择性地连接和断开电存储元件中的一个或多个。
在另一种构造中，本发明提供一种用于车辆的电存储元件控制系统，该车辆具有限定负载吸取的电负载。该控制系统包括：第一电存储元件，该第一电存储元件限定总存储容量并具有电荷状态，该总存储容量和该电荷状态协作地限定第一总存储电荷，并且所述第一电存储元件适于与负载和限定功率容量的电源电通信；以及第二电存储元件，第二电存储元件以并联的关系与第一电存储元件电耦合。该第二电存储元件限定总存储容量并具有电荷状态，该总存储容量和该电荷状态协作地限定第二总存储电荷，并且该第二电存储元件适于与负载和电源电通信。该控制系统还包括第一开关装置、第二开关装置以及与第一开关装置和第二开关装置电通信的控制器。第一开关装置与第一电存储元件电耦合，并且能够在用于将第一电存储元件连接于负载或电源的连接状态与用于将第一电存储元件与负载或电源断开的断开状态之间操作。第二开关装置与第二电存储元件电耦合，并且能够在用于将第二电存储元件连接于负载或电源的连接状态与用于将第二电存储元件与负载或电源断开的断开状态之间操作。控制器能够操作成基于第一电存储元件的总存储容量和第二电存储元件的总存储容量、以及进一步基于电源的功率容量相对于电源选择性地在连接状态与断开状态之间改变第一开关装置和第二开关装置。控制器还能够操作成基于第一总存储电荷和第二总存储电荷以及进一步地基于负载吸取相对于负载在连接状态与断开状态之间选择性地改变第一开关装置和第二开关装置。
在又一种构造中，本发明提供一种控制用于车辆的电存储元件的方法，该车辆具有限定负载吸取的电负载。所述方法包括提供并联地相互电耦合的多个电存储元件，其中所述多个电存储元件中的每个限定总存储容量并具有电荷状态，该总存储容量和电荷状态协作地限定总存储电荷。所述方法还包括在电系统的放电阶段期间基于所选择性连接的电存储元件中的每个的总存储电荷以及负载吸取相对于负载选择性地连接和断开所述多个电存储元件中的至少一个、以及在电系统的充电阶段期间基于所选择性连接的电存储元件的总存储容量以及功率容量相对于电源选择性地连接和断开所述多个电存储元件中的至少一个。
在又一种构造中，本发明提供一种控制用于车辆的电存储元件控制系统的电源在充电阶段期间的输出的方法。所述方法包括：提供并联地相互电耦合的多个电存储元件，其中所述多个电存储元件中的每个限定总存储容量并具有电荷状态，该总存储容量和电荷状态协作地限定总存储电荷；以及确定所述多个电存储元件中的每个的总存储电荷的状态。所述方法还包括：基于选择性连接的电存储元件的总存储容量以及电源的功率容量将所述多个电存储元件中的至少一个选择性地连接于电源；基于所述至少一个选择性连接的电存储元件的总存储电荷的状态修改电源的输出；以及对所述至少一个选择性连接的电存储元件进行充电。
通过考虑详细的描述和附图，本发明的其他方面将变得明显。
附图说明
图1是包括控制系统、多个电存储元件、电源以及空调系统的车辆的示意图。
图2是控制系统和所述多个电存储元件的示意图。
具体实施方式
在对本发明的任何实施例进行详细论述之前，应当理解，本发明在其应用方面不局限于在下面的描述中阐释或在附图中图示的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施方式并能够以多种方式来实施或执行。另外，应当理解，本文使用的措辞和术语用于说明的目的，不应被认作是限定性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变化形式的使用意在涵盖其后面所列的项及其等同形式以及附加的项。
图1示出了体现本发明的用于路上操作的车辆10。所示的车辆10是半牵引车，其用来将存储在货物舱（例如，集装箱、拖车等）中的货物或将人运送到一个或多个目的地，尽管也可以考虑其他车辆（例如，平卡、厢式货车、公共汽车、汽车等）。在下文中，术语“车辆”应当用来代表所有的这些车辆，并且不应理解为将本发明的应用完全局限于牵引车-拖车组合中的牵引车。
车辆10包括车架15、车轮20、原动机25、燃料储存器30、以及直流（DC）发电机或交流发电机35。车轮20能旋转地耦接于车架15，以使车辆10能够运动。交流发电机35耦接于原动机25，使得由原动机25产生的机械能能够被转换成电能或电力。交流发电机35和原动机25协作以限定出用于车辆10的第一电源40。第一电源40能够在“接通”状态和“关闭”状态（例如，当第一电源40处于待机模式或断开时）下操作，并且具有基于在预定电压下来自交流发电机35的可用电力（例如，电荷）的第一功率容量。
原动机25耦接于车架15并且设置在与车辆10的前端相邻的隔室45中。原动机25与车轮20中的一个或多个通信以驱动车辆10。原动机25能够在第一模式和第二模式下操作，并且包括“接通”状态和“关闭”状态。第一模式对应于原动机25被接合，使得动力被提供给车轮20，从而车辆10能够在第一模式下被驱动。第一模式还对应于原动机25空转但不被接合、使得操作人员能够驱动车辆10时。换句话说，当原动机25处于“接通”状态时，原动机25能够在第一模式下操作。在车辆10的待机操作期间（例如，当车辆泊车时，等等），原动机25处于第二模式。通常，车辆10的待机操作对应于原动机25被松开。换句话说，当原动机25处于“关闭”状态时，原动机25处于第二模式。
参照图1，车辆10还包括驾驶室50和加热、通风和空调（HVAC）系统55。驾驶室50在隔室45后方支撑在车架15上，并且包括限定空间65的壁60。在一些构造中，空间65可以分隔成驱动部和睡眠部。HVAC系统55耦接于车辆10并与驾驶室50通信以对空间65进行调节。所示的车辆10包括位于邻近空间65并与空间65通信的单个HVAC系统55。在其他的构造中，HVAC系统55能够在车辆中定位成调节睡眠部，并且另一个HVAC系统能够在车辆中定位成调节驱动部。通常，车辆中HVAC系统的数量至少部分地取决于驾驶室内要调节的区域的大小和数量。
HVAC系统55限定车辆10的示例性电负载。车辆10还可包括其他电负载（例如，车辆附件、灯，等等）。通常，电负载具有限定负载吸取(loaddraw)的预定功率特性，其对应于充分地向负载供电所必需的电力。HVAC系统能够在“接通”状态（例如，活动状态）和“关闭”状态（例如，不活动状态或断开状态）下操作。
HVAC系统55的部件能够位于车辆10上的任何位置。在所示的构造中，HVAC系统55包括：蒸发器组件70，其位于驾驶室50中，用于对空间65进行调节；以及冷凝器组件75，其在驾驶室50的外侧耦接于壁60中的一个，以提供HVAC系统55中的制冷剂与周围环境之间的热交换。在一些构造中，HVAC系统55的部件能够一起组装成单个、整体式封装。在其他构造中，HVAC系统55的每个部件能够与HVAC系统55的其他部件分开。
图1和2示出了车辆10还包括电存储系统80和与电存储系统80通信的控制系统85。电存储系统80与车辆的电负载（例如，HVAC系统55）电通信，以基于负载吸取提供充分的电力给电负载。电存储系统80还与第一电源40电通信，用于在原动机25处于第一模式时接收电力。除了第一电源40之外或代替第一电源40，电存储系统80还与第二电源90成选择性的电通信，用于接收来自第二电源90的电力。在所示的构造中，第二电源90可以包括岸电电源、光电器件、燃料电池、风力发电机或其他电源。第二电源90能够在“接通”状态和“关闭”状态（例如，当第二电源90处于待机模式或断开时）下操作，并且具有基于在预定电压下来自电源的可用电力（例如，电荷）的第二电功率容量。
第一电源40和第二电源90中的每一个在相应的电源40、90连接于电存储系统80时（例如，当电源40、90中的一个或两个处于“接通”状态时），限定被连接的电源。第一电源40和第二电源90中的每一个在相应的电源40、90从电存储系统80断开时（例如，当电源处于“关闭”状态或处于待机模式时），限定被断开的电源。第一电源40和第二电源90中的一个或两个能够连接于电存储系统80或从电存储系统80断开。
电存储系统80能够在充电阶段、放电阶段、以及待机阶段操作，并且包括第一多个电存储元件或电池95以及第二多个电存储元件或电池100。电池95、100在充电阶段期间接收和存储来自第一电源40和第二电源90中的一个或两个的电能，并在放电阶段期间向电负载放电或输送电力（例如，放电）。电池95、100处于待机阶段，此时第一电源40和第二电源处于相应的“关闭”状态并且电池95、100从负载断开。电池100能够用来向一个或多个专门的负载供电，或者帮助电池95向同一个或多个负载供电。
在所示的构造中，第一多个电池95包括车辆10的已有电池，并且第二多个电池100包括用于车辆10的单独的、附加的电池。在其他的构造中，第一多个电池95和第二多个电池100可以包括在车辆10上作为除已有车辆电池之外的单独电池。如图2所示，第一多个电池95限定包括以并联的关系相互布置的四个电池95a、95b、95c、95d的第一组电池。在一些构造中，第一多个电池95可以包括少于或多于四个电池。在其他构造中，电池95a-95d中的一些可以彼此串联地电连接。第二多个电池100限定第二组电池，第二组电池包括与第一多个电池95并联地并且彼此并联地布置的三个电池100a、100b和100c。在一些构造中，电池100a-100c中的一些可以彼此串联地电连接。在其他构造中，第二多个电池100可以包括少于或多于三个电池。
每个电池95a-95d、100a-100c限定总存储容量或电池容量，该总存储容量或电池容量至少部分地基于预定设计特性（例如，容量、充电电压、充电间隔等）、实现电池的环境状态（例如，周围环境的温度或湿度，等）、以及与时间相关的状态（例如，电池老化）。第一组电池95和第二组电池100可以具有大致基本相同的或不同的设计特性（例如，容量、充电电压、充电间隔等）。电池95a-95d、100a-100c中的每个电池的总存储容量是相应的电池95a-95d、100a-100c能够存储、以待稍后使用的电能量。
每个电池95a-95d、100a-100c具有基于预定设计特性的电荷状态（例如，40%电荷、90%电荷等）和存储在电池95a-95d、100a-100c中的每个中的电能量。通常，电荷状态是电池95a-95d、100a-100c中的每个中的存储电能量相对于相关的电池95a-95d、100a-100c的总存储容量之比。每个电池95a-95d、100a-100c的电荷状态和总存储容量协作以限定相关的电池95a-95d、100a-100c的电势能或总存储电荷。在放电阶段，总存储电荷对应于每个电池95a-95d、100a-100c能够在一段时期内向负载供给的电荷量。在充电阶段，总存储电荷对应于电池95a-95d、100a-100c已经从所连接的电源接收并存储的电荷量。例如，当电池95a-95d、100a-100c中的一个或多个电池的电荷状态是总存储容量的100%时，相应的总存储电荷等于总存储容量（即，电池95a-95d、100a-100c具有完全充电）。当电池95a-95d、100a-100c中的一个或多个电池的电荷状态是总存储容量的50%时，相应的总存储电荷等于总存储容量的50%。
电池95a-95d、100a-100c中的每个可以根据相应的电池95a-95d、100a-100c的期望电存储特性而具有基本相同的或不同的预定设计特性，使得电池95a-95d、100a-100c中的每个电池的总存储电荷可以相对于彼此相同或不同。在电池95a-95d、100a-100c中的一些或全部具有基本相同的预定设计特性的车辆10中，总存储容量将对于这些电池95a-95d、100a-100c是基本相同的。由总存储容量限定的总存储电荷与每个电池95a-95d的电荷状态协作地限定第一多个电池95的总计或第一总存储电荷。由总存储容量限定的总存储电荷与每个电池100a-100c的电荷状态协作地限定第二多个电池100的总计或第二总存储电荷，使得第二多个电池95的第二总存储电荷可以基于各个电池100a-100c的相应总存储电荷而渐增。
通常，每个电池95a-95d、100a-100c的总存储电荷对应于在充电阶段期间存储的能量的量和能够在放电阶段提供或供给到负载的电力。每个电池95a-95d、100a-100c的总存储电荷与放电阶段的相关放电容量相关联，并且每个电池95a-95d、100a-100c的总存储容量对应于在充电阶段的相关电荷容量。
图1和图2示出了控制系统85包括耦接于第二多个电池100的开关装置105a、105b、105c，以及与开关装置105a-105c电耦合的控制器110。在所示的构造中，控制系统85包括三个开关装置105a-105c，其中开关装置105a-105c中的每个与电池100a-100c中的一个相关联。在其他构造中，开关装置105a-105c中的一些或全部可以与电池100a-100c中的两个或更多个（例如，第二多个电池100的子组合）相关联。开关装置105a-105c能够通过控制器110在连接状态与断开状态之间操作。在连接状态下，开关装置105a-105c中的每个在充电阶段期间将相关的电池100a-100c电连接于所连接的电源，并在放电阶段期间将相关的电池100a-100c电连接于电负载。在断开状态下，开关装置105a-105c中的每个在充电阶段期间将相关的电池100a-100c与所连接的电源断开电连接，并在放电阶段期间将相关的电池100a-100c与电负载断开电连接。
控制器110与所连接的电源电通信，以确定所连接的电源的功率容量。控制器110还与第一多个电池95和第二多个电池100成电通信，以基于电池95a-95d、100a-100c的功率特性（例如，电压输入、电压输出、电流输入、电流输出等）确定相应的电池95a-95d、100a-100c的一个或多个工作状态。控制器110能操作地基于连接于电源的电池95a-95d、100a-100c的工作状态和所连接的电源的功率容量来控制从电源40、90到第一多个电池95和第二多个电池100的电力供给或输出（例如，电压或电流输出）。由控制器110确定的工作状态可以包括第一多个电池95和第二多个电池100中的一个或多个是否在充电阶段期间经历过电流状态或欠电流状态、以及第一总存储电荷和第二总存储电荷中的一个或两个是否足以向电负载供电。工作状态还可以包括第一多个电池95和第二多个电池100的其他特性（例如，电压状态、电池寿命、电荷容量、电池负载等）。通常，工作状态指示相应的电池95a-95d、100a-100c的总存储电荷的状态（例如，相对较低的电荷，相对较高的电荷，等等）。
控制器110进一步通过开关装置105a-105c与第二多个电池100电通信，以在充电阶段期间独立地控制每个电池100a-100c并相对于第一电源40和/或第二电源90选择性地连接和断开每个电池100a-100c。控制器110还能够操作成在放电阶段期间相对于电负载独立地并选择性地连接和断开每个电池100a-100c。
在操作中，第一多个电池95和第二多个电池100在充电阶段期间通过所连接的电源被充电，并且在放电阶段期间向电负载供给或提供电力。第一多个电池95在充电阶段期间独立于第二多个电池100持续地电耦合于所连接的电源（例如，第一电源和/或第二电源），用于存储来自所连接的电源的电力。电池95a-95d——作为车辆10上的已有电池——在放电阶段期间也独立于第二多个电池100持续地电耦合于电负载，用于向负载放电。在其他构造中，电池95a-95d可以选择性地和/或独立地连接于负载或所连接的电源。
在充电阶段期间，每个电池100a-100c通过控制器100经由相关的开关装置105a-105c独立地并选择性地电耦合于所连接的电源，用于基于电池100a-100c的相应的总存储容量和总存储电荷以及所连接的电源的功率容量来存储来自所连接的电源的电力。在放电阶段期间，每个电池100a-100c通过控制器100经由相关的开关装置105a-105c独立地并选择性地电耦合于电负载，用于基于相应的总存储电荷和负载吸取向负载放电。
在充电阶段开始（即，当第一电源40和/或第二电源90最初连接于电存储系统80时），第一多个电池95电连接于所连接的电源，使得第一多个电池95能够被充电。控制器110基于电池95a-95d的功率特性确定电池的相应总存储电荷的状态，并且管理由所连接的电源提供的电力输出，使得电力输出被调节以适应第一多个电池95的总存储电荷的状态，从而避免不利的充电状态（例如，过电流状态，过电压状态，等等）。
此外，根据第一多个电池95的总存储电荷的状态和所连接的电源的功率容量，在充电阶段的开始时，电池100a-100c中的一些或全部可以连接于所连接的电源，或者电池100a-100c一个都不连接于所连接的电源。通常，控制器10基于所连接的电源的功率容量和要被连接于电源的相应电池的总存储电荷的状态而在连接状态和断开状态之间选择性地改变开关装置105a-105c以调整电源的电力输出来适应电池的工作状态。
例如，当连接于电源的电池95a-95d、100a-100c中的一个或多个的总存储电荷的状态位于第一预定电荷阈值之下时，所连接的电源的电力输出能够被减小，以限制向所连接的电池95a-95d、100a-100c供给的电力（例如，电流，电压）。当连接于电源的电池95a-95d、100a-100c中的一个或多个的总存储电荷的状态位于第二预定电荷阈值之上时，所连接的电源的电力输出能够被增大，以向所连接的电池95a-95d、100a-100c充电而不超过电源的电力输出。
当电池95a-95d的总存储容量基本对应于所连接的电源的功率容量或与其基本相同时，电池95a-95d由所连接的电源充电，并且控制器110将第二多个电池与该电源断开（或保持第二多个电池与该电源的断开）。当控制器110确定电源的功率容量超过第一多个电池95的总计总存储容量时（例如，当第一多个电池95的电池部分地或完全地被充电时），控制器110将开关装置105a-105c中的至少一个改变到连接状态，以向相关的电池100a-100c充电。取决于电源的功率容量与电池95a-95d的总存储容量之差，控制器110可以通过将相应的开关装置105a-105c中的一些或全部改变到连接状态而将电池100a-100c中的一些或全部电连接到电源。控制器110基于所确定的工作状态调整所连接的电源的电力输出来适应电池100a-100c的相应的总存储电荷的状态，从而避免过电流或过电压状态，或者其他影响电池100a-100c的寿命的不利状态。
当控制器110确定所连接的电源的功率容量低于所连接的电池的组合或总计总存储容量时，控制器110将每个开关装置105a-105c（例如，一次一个或同时地）独立地从连接状态改变到断开状态，直至所连接的电源的功率容量与连接于电源的电池的总存储容量基本相关或对应，从而保护所连接的电池免受不利的欠电压状态，以及保护电源免受不利的过电压状态。
通常，控制器110基于充电阶段期间的所连接的电池的能量势能(energypotentials)和所连接的电源的功率容量在连接状态和断开状态之间改变开关装置105a-105c并调节所连接的电源的电力输出。开关装置105a-105c的独立且选择性的控制在充电阶段期间提供第二多个电池100的离散、动态控制，使得要被控制器110连接的电池的总存储容量能够变化，以适应于或对应于所连接的电源的功率容量，并使得电力输出能够被调整以适应总存储电荷的状态，从而避免不利的充电状态。通过这种方式调整电池来适应电源使得可获得的来自电源的电力输出最大化，而不会超过电池95a-95d、100a-100c的可用电力的量或充电能力。
当控制器110确定连接于电源的第二多个电池100a-100c中的一个或多个的总存储电荷的状态指示基本完全充电时，控制器110通过开关装置105a-105c将相应的电池100a-100c与电源断开。在控制器110基于总存储电荷的相应状态确定其他电池100a-100c未完全充电的情况下，控制器110通过将相关的开关装置105a-105c改变到连接状态而将这些电池100a-100c连接于电源。如果这些其他的电池100a-100c已经连接，那么控制器110保持这种连接，直至这些电池100a-100c能够基本完全充电。
在一些构造中，取决于电源的功率容量和电池100a-100c的总存储容量，两个或更多个电池100a-100c（即，电池的子组合）可以基本同时地连接到所连接的电源而不会遇到不利的电荷状态。控制器110顺序地将每个电池100a-100c或替代性地将电池的子组合连接到所连接的电源，使得每个电池100a-100c的总存储电荷是平衡的，或者使得电池100a-100c以特定的顺序被充电。在一些构造中，每个电池100a-100c或电池100a-100c的子组合可以基本同时地连接到电源。
在其他构造中，电池100a-100c中的一个或多个可以顺序地连接到电源，而其他电池100a-100c可以基本同时地连接到电源。通过将每个电池100a-100c独立地且选择性地连接于电源，能够进行特殊的调节，以基于相应的总存储容量和工作状态优化第一多个电池95和第二多个电池100的充电。例如，当电池100a-100c中的一个或多个具有相对较高的总存储容量时（例如，由于较大的设计电荷容量或较好的健康状态），与具有相对较低的总存储容量的剩余电池100a-100c（例如，例如较低的电荷容量或较差的健康状态）相比，该电池100a-100c能够在较大比例的时间内连接于电源。
在放电阶段，电池95a-95d电连接于电负载以充分地向负载供电。在放电阶段的开始时，取决于负载吸取和电池95a-95d的第一总存储电荷，电池100a-100c中的一些或全部能够连接于电负载。通常，控制器110基于负载吸取和电池95a-95d、100a-100c的总存储电荷在连接状态与断开状态之间选择性地改变开关装置105a-105c。例如，当第一总存储电荷与向负载充分地供电所需的电力基本相同时，电池95a-95d基本向负载供电，而电池100a-100c与负载断开。在一些构造中，电池95a-95d可以连接于电负载，而电池100a-100c可以连接于电源，或者电池95a-95d可以连接于电源，而电池100a-100c可以连接于电负载。也就是说，电池95a-95d可以处于放电阶段（或充电阶段），而电池100a-100c中的一些或全部可以处于充电阶段（或放电阶段）。
当负载吸取超过第一总存储电荷预定负载阈值时（例如，当第一多个电池95的电池具有低电荷状态时，等等），控制器110将开关装置105a-105c中的至少一个改变到连接状态，以至少部分地供电负载电池100a-100c中的至少一个。取决于负载吸取、第一总存储电荷与相应的电池100a-100c的总存储电荷之差，控制器110可以通过将相应的开关装置105a-105c中的一些或全部改变到连接状态来将电池100a-100c中的一些或全部电连接于电负载。
当在放电阶段期间负载吸取减小或低于所连接的电池95a-95d、100a-100c的组合总存储电荷时，控制器110将开关装置105a-105c中的每个独立地（例如，一次一个，或同时地）从连接状态改变到断开状态，直至负载吸取基本匹配或对应于连接于负载的电池95a-95d、100a-100c的总存储电荷。通常，在放电阶段期间，控制器110基于连接于负载的电池95a-95d、100a-100c的总存储电荷和负载的负载吸取在连接状态和断开状态之间改变开关装置105a-105c，以避免将电池95a-95d、100a-100c中的可用能量消耗到超过预定放电阈值，使得相应的电池95a-95d、100a-100c的充电寿命不必要地缩短，同时仍提供充分的电力给负载。
开关装置105a-105c的独立和选择性控制在放电阶段期间提供电池100a-100c中的每个的离散、动态控制，使得要被控制器110连接的电池100a-100c的总存储电荷能够被调整以使之适应负载吸取，从而避免向负载提供不足的电力并避免过度地消耗相应的电池100a-100c中可用的能量。通过这种方式调整电池95a-95d、100a-100c使之适应电负载使对负载可用的电力最大化，而不会超过电池95a-95d、100a-100c的可用电力的大小或放电能力。
当控制器110确定电池100a-100c中的一个或多个的总存储电荷指示相应的电池100a-100c已经达到或已经降到预定放电阈值之下时，控制器110将相应的电池100a-100c与负载断开。如果可能的话，控制器110通过相关的开关装置105a-105c将其他的电池100a-100c连接于负载，以提供充分的电力给负载。
在一些构造中，取决于负载的负载吸取和电池95a-95d、100a-100c的总存储电荷，电池100a-100c的子组合可以基本同时地或顺序地连接于负载。通常，控制器110能够将每个电池100a-100c或电池100a-100c的子组合顺序地连接于负载，使得由每个电池100a-100c供给的电力根据负载而被平衡，或者使得来自电池100a-100c的电力基于相应的总存储电荷以特定的顺序被提供。在其他构造中，电池100a-100c中的一个或多个可以被顺序地连接于负载，而剩余的电池100a-100c可以基本同时地连接于负载。通过相对于负载独立地且选择性地连接和断开每个电池100a-100c，能够进行特殊化的调节，以基于第一多个电池95和第二多个电池100的总存储电荷和工作状态优化向负载的供电。例如，当电池100a-100c中的一个或多个具有相对较高的总存储电荷和相应的高的总存储容量时，与具有相对较低的总存储电荷和/或较低的总存储容量的其他电池95a-95d、100a-100c相比，该电池100a-100c能够在较大比例的时间内连接于负载。
利用开关装置105a-105c进行的第二多个电池100的选择性连接和断开允许电池100a-100c中的一些或全部与负载隔离。电池与负载的隔离通过将从相应的电池放电的功率限制到预定放电阈值来保护电池的健康（例如，电池寿命）。控制器110能够确定电池100a-100c中的一个或多个何时已经达到或超过预定放电阈值并将这些电池100a-100c与负载断开，从而避免大大地将存储在相应的电池100a-100c中的电力消耗到超过预定放电阈值。这种独立的控制允许电池100a-100c被同时消耗，或者可替代地，允许电池100a-100c中的一些被隔离，用于将来的使用（例如，在第一连接电池已经消耗到预定量之后）。在一些构造中，控制器110可以将电池100a-100c中的一个或多个与剩余的电池100a-100c隔离，使得被隔离的电池可被用来向车辆的其他负载（例如，辅助或第二HVAC系统等）供电。
控制器110选择性地且独立地控制向电池100a-100c放电的电力和从电池100a-100c放电的电力。每个独立控制的电池100a-100c可以在用于相关电池100a-100c的全部总存储电荷已经被达到之后，与电源断开或隔离，以防止可能由多种因素（例如，充电阶段期间的氢气漏气，长期存储期间由寄存负载导致的电池不慎放电，等等）造成的损坏。每个独立控制的电池100a-100c还可以在总存储电荷达到或降到预定放电阈值之下之后，与负载断开或隔离，以防止可能由多种因素（例如，长期存储期间由寄存负载导致的电池不慎放电，电池在低电荷状态下的存储，等等）造成的损坏。
控制器110和开关装置105a-105c将电池100a-100c中的每个独立地且选择性地耦接于所连接的电源，以允许电池100a-100c的充分充电，而不会从所连接的电源吸取过多的电力。通过这样的方式，控制系统85允许第二多个电池100之中的变化（例如，电池连接件的电阻，电池的制造公差，电池的健康状态，电池的当前电荷状态，电池容量的有意变化，电池化学性的有意变化，电池设计或结构的变化，等等），使得第二多个电池100的总存储电荷能够适应电系统的期望工作特性，并且允许对供给到电池95a-95d、100a-100c的电力和从电池95a-95d、100a-100c放电的电力的精确控制，从而最佳地保持总存储容量、总存储电荷以及电池寿命，同时避免了不利的充电和放电状态。另外，由控制系统85提供的独立控制允许受损的个体电池100a-100c或在与规格不符的条件下工作的个体电池100a-100c与剩余的电池100a-100c断开。
本发明的各种特征和优点在所附权利要求中进行了阐述。

Claims (30)

1.一种用于车辆的电控制系统，所述车辆具有限定负载吸取的电负载，所述控制系统包括：
并联地相互电耦合的多个电存储元件，所述多个电存储元件中的每个限定总存储容量并具有电荷状态，所述总存储容量和所述电荷状态协作地限定总存储电荷，并且每个电存储元件适于与所述负载和限定功率容量的电源电通信，所述电源具有输出电压；
多个开关装置，所述多个开关装置与所述多个电存储元件电耦合，使得所述多个开关装置中的每个开关装置与相应的电存储元件相关联，并且每个开关装置能够在连接状态与断开状态之间操作；以及
控制器，所述控制器与所述多个开关装置电通信，以选择性地在连接状态与断开状态之间改变所述开关装置中的每个，从而基于总存储电荷相对于所述负载以及基于所述电存储元件的总存储容量相对于所述电源连接和断开所述电存储元件中的一个或多个，以调节所述输出电压。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述多个电存储元件的第一电存储元件具有第一总存储电荷，所述第一总存储电荷不同于剩余的电存储元件的总存储电荷。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其中，所述多个电存储元件的第二电存储元件具有小于所述第一总存储电荷的第二总存储电荷，使得当所述第一电存储元件和所述第二电存储元件连接于所述负载或所述电源时，所述第一电存储元件被连接较长的时期。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述多个电存储元件限定一组电池，并且其中所述一组电池能够以并联的关系连接于车辆中已有的一组电池。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制器能够操作成选择性地将所述多个电存储元件中的一个或多个连接于所述负载，以使被选择性连接的电存储元件的总存储电荷适应所述负载吸取。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其中，被选择性连接的电存储元件的总存储电荷基本对应于所述负载吸取。
7.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制器能够操作成选择性地将所述多个电存储元件中的一个或多个连接于所述电源，以使被选择性连接的电存储元件的总存储容量适应所述电源的功率容量。
8.根据权利要求7所述的控制系统，其中，被选择性连接的电存储元件的总存储容量基本对应于所述电源的功率容量。
9.根据权利要求1所述的控制系统，其中，当相关的电存储元件的总存储电荷达到预定负载阈值时，所述控制器能够操作成选择性地将所述开关装置中的至少一个改变到断开状态，以将所述相关的电存储元件与所述负载断开。
10.根据权利要求1所述的控制系统，其中，当所述总存储电荷达到预定电荷阈值时，所述控制器能够操作成将相应的电存储元件与所述电源断开。
11.根据权利要求1所述的控制系统，其中，当所述负载吸取超过任何连接的电存储元件的总存储电荷预定负载阈值时，所述控制器能够操作成选择性地将所述开关装置中的至少一个改变到连接状态，以将相应的电存储元件连接于所述负载。
12.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述控制器能够操作成响应于所述电源的功率容量超过任何连接的电存储元件的总存储电荷预定电荷阈值而选择性地将所述开关装置中的至少一个改变到连接状态，以将相应的电存储元件连接到所述电源。
13.一种用于车辆的电存储元件控制系统，所述车辆具有限定负载吸取的电负载，所述控制系统包括：
第一电存储元件，所述第一电存储元件限定总存储容量并具有电荷状态，该总存储容量和该电荷状态协作地限定第一总存储电荷，并且所述第一电存储元件适于与所述负载和限定功率容量的电源电通信，所述电源具有输出电压；
第二电存储元件，所述第二电存储元件以并联的关系与所述第一电存储元件电耦合，所述第二电存储元件限定总存储容量并具有电荷状态，该总存储容量和该电荷状态协作地限定第二总存储电荷，并且所述第二电存储元件适于与所述负载和所述电源电通信；
与所述第一电存储元件电耦合的第一开关装置，所述第一开关装置能够在用于将所述第一电存储元件连接于所述负载或所述电源的连接状态与用于将所述第一电存储元件与所述负载或所述电源断开的断开状态之间操作；以及
与所述第二电存储元件电耦合的第二开关装置，所述第二开关装置能够在用于将所述第二电存储元件连接于所述负载或所述电源的连接状态与用于将所述第二电存储元件与所述负载或所述电源断开的断开状态之间操作；以及
控制器，所述控制器与所述第一开关装置和所述第二开关装置电通信，所述控制器能够操作成基于所述第一电存储元件的总存储容量和所述第二电存储元件的总存储容量、以及进一步基于所述电源的功率容量相对于所述电源选择性地在连接状态与断开状态之间改变所述第一开关装置和所述第二开关装置，以调节所述输出电压，所述控制器还能够操作成基于总存储电荷和总存储电荷以及进一步地基于所述负载吸取相对于所述负载地在连接状态与断开状态之间选择性改变所述第一开关装置和所述第二开关装置。
14.根据权利要求13所述的控制系统，其中，所述控制器能够操作成将所述第一电存储元件和所述第二电存储元件顺序地连接于所述负载。
15.根据权利要求13所述的控制系统，其中，所述控制器能够操作成将所述第一电存储元件和所述第二电存储元件顺序地连接于所述电源。
16.根据权利要求13所述的控制系统，其中，所述第二总存储电荷不同于所述第一总存储电荷。
17.根据权利要求13所述的控制系统，其中，第一电存储元件和所述第二电存储元件在放电阶段基本同时连接于所述负载以及在充电阶段基本同时连接于所述电源。
18.根据权利要求13所述的控制系统，其中，所述控制器能够操作成将所述第一电存储元件和所述第二电存储元件顺序地与所述负载断开。
19.根据权利要求13所述的控制系统，其中，所述控制器能够操作成将所述第一电存储元件和所述第二电存储元件顺序地与所述电源断开。
20.一种控制用于车辆的电存储元件的方法，所述车辆具有限定负载吸取的电负载，所述方法包括：
提供并联地相互电耦合的多个电存储元件，所述多个电存储元件中的每个限定总存储容量并具有电荷状态，所述总存储容量和所述电荷状态协作地限定总存储电荷，并且每个电存储元件适于与所述负载和限定功率容量的电源电通信，所述电源具有输出电压；
在电系统的放电阶段期间基于所选择性连接的电存储元件中的每个的总存储电荷以及所述负载吸取相对于所述负载选择性地连接和断开所述多个电存储元件中的至少一个；以及
在电系统的充电阶段期间基于所选择性连接的电存储元件的总存储容量和所述功率容量相对于所述电源，使用开关装置选择性地连接和断开所述多个电存储元件中的至少一个，以调节所述输出电压。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：
在所述放电阶段期间使被选择性连接的电存储元件的总存储电荷适应所述负载；以及
在所述充电阶段期间使被选择性连接的电存储元件的总存储容量适应所述功率容量。
22.根据权利要求20所述的方法，还包括：
相对于所述负载选择性地顺序连接和断开所述多个电存储元件中的至少一些。
23.根据权利要求20所述的方法，还包括：
相对于所述电源选择性地顺序连接和断开所述多个电存储元件中的至少一些。
24.根据权利要求20所述的方法，其中，所述多个电存储元件是第一多个电存储元件，所述方法还包括：
提供第二多个电存储元件；以及
将所述第二多个电存储元件并联于所述第一多个电存储元件。
25.一种控制用于车辆的电存储元件控制系统的电源在充电阶段期间的输出电压的方法，所述电源限定功率容量，所述方法包括：
提供并联地相互电耦合的多个电存储元件，所述多个电存储元件中的每个限定总存储容量并具有电荷状态，所述总存储容量和所述电荷状态协作地限定总存储电荷；
确定所述多个电存储元件中的每个的总存储电荷的状态；
使用开关装置，基于选择性连接的电存储元件的总存储容量以及所述电源的功率容量将所述多个电存储元件中的至少一个选择性地连接于所述电源；
基于所述至少一个被选择性连接的电存储元件的总存储电荷的状态调节所述电源的输出；以及
对所述至少一个被选择性连接的电存储元件进行充电。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括：
确定被选择性连接的电存储元件的总存储电荷的状态处于电荷阈值之下；以及
响应于处于所述电荷阈值之下的总存储电荷的状态，减小所述电源的输出，以限制进入所述至少一个被选择性连接的电存储元件的电流和电压中的至少一个。
27.根据权利要求25所述的方法，还包括：
确定被选择性连接的电存储元件的总存储电荷的状态处于电荷阈值之上；以及
响应于处于所述电荷阈值之下的总存储电荷的状态，增大所述电源的输出，以对所述至少一个被选择性连接的电存储元件进行充电而不超过所述电源的电力输出。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括：
确定所述至少一个被选择性连接的电存储元件已经达到指示满电荷状态的总存储电荷的状态；以及
减少所述电源对所述至少一个被选择性连接的电存储元件的输出。
29.根据权利要求28所述的方法，还包括将所述至少一个电存储元件与所述电源断开。
30.根据权利要求25所述的方法，还包括将所述多个电存储元件中具有不同的总存储容量的至少两个连接于所述电源，并且其中对被选择性连接的电存储元件进行充电包括基于相应的总存储容量同步所述至少两个被选择性连接的电存储元件。
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