[发明专利]用于预测多电池电能存储系统的功率状态的方法

说明书

一种用于预测电能存储系统ESS(1)的功率状态SoP的方法，所述电能存储系统ESS(1)包括并联电连接的至少两个电池单元(2、2’、2”)，所述方法包括：‑在所述ESS的操作期间，从ESS的至少两个电池单元获得操作数据；‑基于所获得的操作数据并通过使用基于ESS的系统级模型的算法来计算(S1‑2)ESS的功率状态，其中ESS的系统级模型一方面考虑ESS的至少两个电池单元中的每一个，另一方面考虑至少两个电池单元之间的至少一个电连接，并且其中ESS的系统级模型还考虑至少两个电池单元之间的动态并联负载分布。

技术领域

本发明涉及一种用于预测电能存储系统ESS的功率状态的方法，所述电能存储系统ESS包括并联电连接的至少两个电池单元。本发明还涉及一种用于控制电能存储系统的加载的方法、电能存储系统的控制单元、计算机程序、计算机可读介质、电能存储系统和车辆。

本发明可以应用于包括并联连接的至少两个电池单元的任何电能存储系统，其中一个或多个并联连接可以存在于ESS内的任何级别。这种ESS通常也称为多电池ESS。尤其是，本发明可以应用于电动重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备。尽管本发明将针对全电气化公共汽车进行描述，但是本发明不限于这种特定的车辆，而是也可以用于其他车辆，例如公共汽车、拖车、轮式装载机、挖掘机、客车等。它可应用于完全电动操作的车辆以及还包括内燃机的混合动力车辆。

本发明还可以应用于例如电力推进和操作的船只的功率系统以及各种工作机械。它还可以应用于固定电能存储系统，例如智能电网或备用电源系统。

背景技术

电能存储系统经常用于各种各样的应用和技术领域。在汽车工业中，能量存储系统可用于车辆的推进以及为车辆的各种系统提供电能。

为了增加电能存储系统(以下也称为ESS)的功率容量，可以提供一种解决方案，其中ESS的两个或多个电池模块/电池组彼此并联电连接，即多电池ESS。取决于ESS的配置，这使得并联连接的各个电池模块能够容易地彼此连接和断开，尽管ESS可以包括电池单元之间的可断开和固定并联连接。此外，与仅使用单个电池模块/电池组相比，提供了增加的总功率容量以及增加的能量容量。

然而，具有并联连接的电池模块的电能存储系统的问题在于，电池模块需要处于近似相同的物理状态，以获得最佳的功率和能量使用，即最大化来自ESS的总可用功率的利用。术语“物理状态”在这里被理解为包括充电状态(SoC)、健康状态(SoH)、电阻状态(SoR)、温度状态(SoT)等。然而，常见的场景是电池模块/电池组不处于相同的物理状态。例如，如果并联连接的电池模块不同程度上老化，即其中一个电池模块最近被新的且未使用的电池模块替换，则不同程度上老化的电池模块之间很可能存在功率容量的差异。更旧且更弱的电池模块将与新的且更强的电池模块具有复杂的动态相互作用，因此与它们各自的总和相比，可能拉低该联合系统的总可用功率。简而言之，ESS的最大可用功率将受到系统中最薄弱环节(例如最老的电池模块)的限制。此外，在同一ESS中混合不同代/类型的电池单体/模块/电池组时，应小心谨慎，因为它们的阻抗和开路电压(OCV)特性彼此明显不同。另一个示例是，如果电池模块之一具有比其他电池模块更高的温度，则具有升高温度的电池模块的电阻将很可能低于具有较低温度的电池模块的电阻。在这种情况下，存在较热的电池模块将接收到超过其阈值的充电电流的风险。

具有并联连接的电池模块的多电池能量存储系统的另一个问题是，不同的电池组可能被放置在车辆的不同位置，因此可能需要不同长度的高压电缆，从而引入大的电阻差异。

在充电或放电期间，可持续施加到ESS的负载电流或功率量由ESS的功率状态SoP决定。因此，为了控制将哪个负载施加到ESS，有必要以某种方式预测ESS的SoP。在工业实践和学术研究中，预测SoP的最常见方法是使用所谓的自下而上方法，首先估计ESS中各个电池单体的SoP，然后根据这些单个单体的SoP推断ESS的SoP。这种方法被称为基于单体SoP的方法。