估计并提高能源储存系统中的剩余性能

摘要

提供一种用于超过所述能源储存系统的保用期后提高能源储存系统可提供的性能的方法和系统。所述系统包括一个能源管理系统，其被配置为与所述能源储存系统通信并管理所述能源储存系统；和一个数据处理系统，其被配置为与所述能源管理系统通信。所述系统被配置为估计所述能源储存系统可提供的超过所述能源储存系统的保用期的性能、识别为提高所述能源储存系统的性能可做的调整，并对所述能源储存系统进行调整，从而提高能源储存系统所能提供的超过所述能源储存系统的保用期的性能。

说明书

技术领域

此处公开的实施例涉及能源储存系统(ESS)，并且进一步，特别而非排他地，涉及提高 并估计能源储存系统的使用寿命。

背景技术

能源储存系统，比如电池，用于给各种系统，例如电动车、混合动力型汽车和不间断供 电系统及其它系统供电。使用一段时间后，该能源储存系统开始老化并导致由该能源储存系 统提供的性能降低。能源储存系统的老化可能由于各种因素导致，例如，该能源储存系统被 使用的方式、工作条件以及尤其是对能源储存系统的不正确的保养，等等。此外，有时候能 源储存系统比正常情况下更快地开始老化，并且如果不采取改正措施，则最终会降低该能源 储存系统的使用寿命。

一般地，生产商根据该能源储存系统将被使用的用途提供关于该能源储存系统性能的保 证书。而且，保用期是根据能源储存系统的在该用途下的正常工作条件来定的。一般地，超 过该保用期后，能源储存系统通常不能提供所需的性能。

该能源储存系统，尽管在保用期之后，通常不能提供它的该用途最初所需的性能，但是 能够在超出保用期之后为该同一用途持续被使用一段时间，然而性能有所降低。或者说，能 源储存系统能超过保用期为其它的应用持续更长使用时间，其中性能指标比其初始能够满足 的性能指标有所下降。

根据上述讨论，需要知道能源储存系统可以提供的性能。更进一步地，需要提高能源储 存系统可以提供的性能以及增加能源储存系统能被持续使用的时间。

发明内容

因此本发明提供一种用于估计由能源储存系统提供的性能的方法和系统。该方法包括， 收集对应于该能源储存系统的数据，使用至少一部分所述收集的数据来生成该能源储存系统 的行为模式，将所述行为模式与利用历史数据生成的模式相比较，识别所述使用历史数据生 成的模式中的一种模式，其中所述识别的模式与该能源储存系统的行为模式相似，并根据所 述识别的模式中表明的性能估计由能源储存系统提供的性能。

还提供一种用于提高由能源储存系统提供的性能的方法和系统。所述方法包括，识别为 提高能源储存系统的性所需做的调整，并对所述能源储存系统进行调整，从而提高能源储存 系统所能提供的性能。

结合下面的说明及相应的附图，将会更好地认识和理解此处实施例的这些方面以及它方 面。然而，应该认识到，以下的描述，表示优选实施例及其许多细节，是为了便于阐述而并 非进行限制。在此处所述实施例的范围内，可进行多种变化和修改而不背离其精神，并且此 处所述的实施例包括全部的这样的修改。

附图说明

此处结合附图对实施例进行说明，其中使用附图标记表示各个附图中对应的部分。参考 所述附图将更好地理解此处所述实施例，其中：

图1和图1a是根据一个实施例说明系统100的框图，该系统能够确定并提高能源储存系 统102可提供的性能；

图2是根据一个实施例说明能源管理系统104的框图；

图3是根据一个实施例说明用于确定所述能源储存系统102的性能/使用寿命的方法的流 程图；

图4是根据一个实施例说明工作温度对能源储存系统102的性能的影响的一个示例性的 图表；

图5是根据一个实施例说明空闲时的充电状态对能源储存系统102的的使用寿命的影响 一个示例性的图表；

图6是根据一个实施例的说明用于提高所述能源储存系统102的性能/使用寿命的方法的 流程图；

图7说明根据一个实施例对所述能源储存系统102所作的调整；以及

图8是根据一个实施例说明能源储存系统的充电和放电模式的图表。

具体实施方式

以下将参考通过相应的附图阐述的非限制性的实施例和细节对此处所述实施例及其各种 特征和优点做进一步完整的说明。为了避免对此处所述实施例造成不必要的模糊，将略去那 些对公知的元件和处理技术的说明。此处使用的例子仅仅是为了促进对所述实施例可能的实 施方式的理解而且使本领域技术人员能够实施所述实施例。因此，不应该将这些例子看作是 对此处所述实施例的范围的限制。

此处所述实施例使得能够估计能源储存系统可提供的性能。更进一步地，此处公开的实 施例使得能够增强所述能源储存系统可以提供的性能。现在参考附图，特别是图1到图8， 其中使用相同的附图标记在所有附图中一致地表示对应的特征，这些附图显示优选实施例。

系统描述

图1和图1a是根据一个实施例说明系统100的框图，该系统能够估计能源储存系统102 可提供的性能；进一步的，系统100能够提高所述能源储存系统102可以提供的性能。系统 100包括能源储存系统102、能源管理系统(EMS)104和数据处理系统(DPS)106。能源储存 系统102被配置为由能源管理系统104管理。而且，能源管理系统104被配置为通过通信网 络108与数据处理系统106通讯。所述通信网络108可以包括有线的方式、无线的方式或有 线和无线组合的方式，从而使得能够在所述能源管理系统104和所述数据处理系统106之间 通信。举例来说，能源管理系统104被配置为通过电信网与数据处理系统106通讯。更进一 步，一个实施例中，所述数据处理系统106可以位于对所述能源储存系统102和能源管理系 统104的位置来说远程的位置。

能源储存系统

所述能源储存系统102可以是能储存电量的一个电池组。所述能源储存系统102，举例 来说，可包括一个或多个或组合形式的铅酸电池、胶体钠硫电池、锂离子电池、锂离子聚合 体电池、钠硫钠硫电池、镍铁电池、镍金属氢化物电池、镍镉电池和电容器。能源储存系统 102被配置为由能源管理系统104管理。

能源管理系统

图2是根据一个实施例说明能源管理系统104的框图；能源管理系统104包括处理器202、 存储器204、输入输出(I/O)设备206和信号收发设备208。处理器202能够接收并处理从I/O 设备206、信号收发设备208和存储器204获得的数据。更进一步，处理器202能够向存储 器204发送要存储的数据。此外，处理器202能够向I/O设备206发送指令，其中所述I/O 设备206轮流同与其相关的系统和子系统通信。进一步地，所述处理器202能够向信号收发 设备208发送数据以便将该数据发送到数据处理系统106等。一个实施例中，处理器202由 市场上可买到的通用的微型控制器芯片组成的电子电路制成。所述存储器204可包括能以数 字形式储存信息的易失性的和非易失性的存储器芯片的组合。所述I/O设备206包括一组输 出线，其中每个输出线单独地连接到所述处理器202。这些输出线可以是模拟输入、模拟输 出、数字输入、数字输出的、脉冲/频率输出和数据线的组合。所述数据线通过信号收发设 备208与外界相连。

数据处理系统

所述能源管理系统104可以被配置为发送数据到远程和从远程接收数据。一些实施例中， 所述能源管理系统104与一个或多个数据处理系统通讯，所述一个或多个数据处理系统可位 于包括一个或多个远程位置的任何位置。所述数据处理系统106可以包括一个或多个连接到 一个或多个处理单元的储存设备。所述一个或多个处理单元可以包括，例如，一个通用的微 处理器、一个专用集成电路、一个现场可编程门阵列、另一个可操作数据的设备，或设备的 组合。某些实施例中，所述一个或多个储存设备中至少一些集成到所述处理单元中的至少一 个。在一个实施例中，数据处理系统104是一个能通过电信网无线通信的专用计算机。在其 他的实施例中，所述数据处理系统可以是单独执行此处所述的一个数据处理系统的单个功能 的多个单个元件组成的集合。

在一个实施例中，所述能源储存系统102和能源管理系统104可以是能源系统110的子 系统，如图1a所述。所述能源系统110包括能源储存系统102、能源管理系统104和能源消 耗系统(ECS)112。所述能源消耗系统112的一个或多个子系统被配置为消耗存储在所述能源 储存系统102中的能源。进一步的，在一个实施例中，所述能源管理系统104被配置为管理 能源储存系统102和能源消耗系统112两者。能源系统110的例子包括，但是不限于，电动 车、混合电动车和无间断电源供应系统。更进一步的，在一个能源系统110是电动车的实施 例中，所述能源消耗系统112可以包括子系统，例如传动系统、发动机控制、客舱温度控制、 子系统温度、充电系统、仪表板显示、汽车准入系统、驱动马达、座椅温度控制、客舱加热/ 通风/空调、附加加热系统、电池加热器、电池通风系统、车载充电器、安全系统、碰撞传感 器、感知系统、温度传感器、液面传感器和压力传感器，等等。所述能源消耗系统112的一 个或多个子系统至少部分地消耗存储在所述能源储存系统102中的电能。存储在所述能源储 存系统102中的电能到所述能源消耗系统112的子系统的分配至少部分地由所述能源管理系 统104管理。

用于估计能源储存系统102可提供的性能的方法

图3是一个根据一个实施例说明用于确定由所述能源储存系统102可提供的性能(注意单 词″性能″在某些实施例中用于指所述能源储存系统102的使用寿命)的方法的流程图。在步 骤302，收集对应于所述能源储存系统102的数据。注意对应于所述能源储存系统102的一 些参数影响可由能源储存系统102提供的性能。因此，为了确定所述可由能源储存系统102 提供的性能，监控对应于所述能源储存系统102的参数。所述能源管理系统104收集与对应 于所述能源储存系统102的参数对应的数据。在一个实施例中，所述能源管理系统104大体 上实时收集数据。在另一个实施例中，所述能源管理系统104每隔一段时间收集所述数据。 进一步的，将由所述能源管理系统104收集的数据发送到所述数据处理系统106。在一个实 施例中，所述能源管理系统104处理所述收集到的数据，并通过所述信号收发设备208向所 述数据处理系统106发送所述处理后的数据。进一步的，在一个实施例中，所述能源管理系 统104向所述数据处理系统106发送全部的所述收集的数据。可替换地，所述能源管理系统 104可部分地向所述数据处理系统106发送所述收集的数据。

在步骤304，所述从所述能源储存系统收集的数据用于生成能源储存系统102的行为模 式。所述模式表示所述能源储存系统102工作的方式。所述模式可用于估计所述能源储存系 统102的性能。在步骤306，将所述能源储存系统102的行为模式与使用历史数据生成的模 式比较以估计所述性能。所述历史数据，例如从所述能源储存系统102收集的参数，是从相 似的能源储存系统经过一段时间收集的。使用这些数据，生成对应于所述能源储存系统的行 为的历史模式。因此，这些历史模式表明能源储存系统将表现的对应于他们的行为的方式。 在一个实施例中，历史数据还可以意指用于经验数学模型的数据，所述数学模型用于生成与 行为模式相比较的模式。所述使用经验数学模型生成的模式在此处被认为是历史模式。在步 骤306，将所述在步骤304生成的行为模式与所述历史模式比较以识别一个与当前行为模式 相类似的历史模式。只要根据所述历史模式中的行为识别了一个历史模式，则估计了能源储 存系统102的行为。

所述在上述的方法中的各种操作可以按照描述的次序执行，也可以按不同的次序或同时 执行。进一步的，在一些实施例中，列在图3中的一些操作可以略去。

在一个实施例中，上述方法用于估计能源储存系统102过保用期后的能源储存系统102 的性能。进一步的，根据所述估计性能，可以计算超过所述能源储存系统102的保用期的值。 此外，以所述估计为基础，还可以确定所述能源储存系统可在过保用期后使用的范围。

进一步的，注意性能可能对应于许多参数，例如，蓄能容量，功率特性，内阻抗，和自 放电比率，以及其它参数。

在一个实施例中，所述能源管理系统104为确定可由能源储存系统102提供的性能在能 源储存系统102正在充电时收集数据。当所述能源储存系统充电时，所述能源管理系统从所 述能源储存系统102收集数据，所述数据对应于充电开始和充电结束时的状态、电压、电流、 温度、定时、充电时间和阻抗，以及其它数据。此外，更进一步地或可替换地，在所述能源 储存系统102的放电周期内，所述能源管理系统从所述能源储存系统102收集数据，所述数 据对应于充电开始和放电结束时的状态、电压、电流、能源消耗、温度、时间、放电时间和 阻抗，以及其它数据。此外，更进一步地或可替换地，在空闲周期内，当所述能源储存系统 102既没在充电也没在由于能源消耗系统106的能源消耗而放电时，所述能源管理系统104 从所述能源储存系统102收集数据，所述数据对应于充电状态、电压、空闲周期的持续时间、 自身放电和温度，等等。更进一步地，可注意到，所属领域的技术人员，根据所述公开实施 例，能够收集一些或全部所述上述数据，或者还能够收集任何附加数据以便使得能确定可由 能源储存系统102提供的性能。这样的修改将包含在本发明的保护范围内。

所述收集的参数表示所述能源储存系统102的工作条件。所述工作条件将影响所述能源 储存系统102的性能。因此，收集表示所述工作条件的数据以便确定可由所述能源储存系统 102提供的性能。图4是根据一个实施例说明工作温度对能源储存系统102的性能的影响一 个示例性的图表；在图中，线条402表示能源储存系统102工作在25℃时电容的变化， 线条404表示能源储存系统102工作在45℃时电容的变化。进一步的，线条406和408分 别表示能源储存系统102电容的100％和80％。此外，点412和410分别表示能源储存系统 102的使用周期中的寿命或能源储存系统102的使用年数，在这些点处，能源储存系统102 工作在25℃和45℃时电容降低到80％。可以注意到，同工作在25℃时相比，能源储 存系统102工作在45℃时的电容更早地降低到80％。对所述性能的这样的影响用于确定能 源储存系统102的性能。

如前所述，另一个影响所述能源储存系统102的性能的工作条件是在空闲时的工作条件。 图5是根据一个实施例说明空闲时的充电状态对能源储存系统102的使用寿命的影响一个示 例性的图表；该图表示所述能源储存系统102在空闲时被维持的充电状态对能源储存系统的 使用寿命的影响。在该图中可以看到，在空闲时维持在充电状态的50％的能源储存系统102 的使用寿命最高。在确定能源储存系统102的性能时，考虑上述影响。

在一个实施例中，根据确定的能源储存系统102的性能和的使用寿命，基于能源储存系 统102的老化程度，过保用期，该能源储存系统的使用者可被收取适当的费用。在一些实施 例中，其中所述能源储存系统102或者所述能源系统110出租，在确定将由使用者支付的费 用时，也要考虑所述能源储存系统102的老化程度。

在另一个实施例中，根据能源储存系统102的老化程度来确定所述能源储存系统102的 所述值。

在一个实施例中，所述能源储存系统102可在一个基础结构中应用，其中所述能源储存 系统102被配置为与一个电网电通讯，向所述电网供应电量或者储存来自电网供应的电量(例 如：输送到电网基础结构)。在上述的基础结构中使用所述能源储存系统102可影响所述能源 储存系统102的性能。在某些情况下所述能源储存系统102可能加速老化。上述方法和系统 用于确定所述能源储存系统102的性能/老化程度。进一步的，基于所述估计，可以确定从 所述能源储存系统102提供给所述电网的电量的价格。更进一步地或者可替换地，还可以基 于所述估计决定是否在上述的基础结构中使用所述能源储存系统102。

在一个实施例中，如之前所述，可以使用数学模型生成历史模式。可注意到数学的或者 其他的模型可用于许多方式，独立地或者连同经验数据(例如：从相似的能源储存系统经过 一段时间收集的数据)生成用来对比的模式。例如：在一个实施例中，一个模型一个特定的 参数集合可用来基于短期的或者长期的使用模式来生成历史模式用来对比或者估计所述能源 储存系统102的性能下降。在另一个实施例中，可将一个模型同一个或多个可变参数一起使 用以符合已有的经验数据，以及进一步以推断随后时间的经验数据以生成一个用来对比的历 史模式。在另一个实施例中，可使用一个模型扩展已有的经验数据到不同的条件下。如果不 存在相同条件下的经验数据并且扩展的经验数据被认为比纯粹由模型生成的数据更准确，则 可将经验数据扩展到其他的条件下。例如：可在以下情况下扩展经验数据，其中能源储存系 统的工作方式与已有的经验数据的工作方式相似但在工作条件上存在一些差异，例如在不同 的温度下工作或者在不同的放电深度下工作，并且所述不同的参数的影响由所述模型精确地 表示。所述模型可以适于所述来自相似的能源储存系统的已有的经验数据和情况，按照所述 模型有关的参数可以改变并且所述模型用于生成新的条件下的模式。在另一个实施例中，一 个模型可用来分解改变工作条件和使用模式对使用寿命的影响。例如，如果存在能源储存系 统的超过使用期的电容老化程度的经验数据，能源储存系统在该使用期内以多种方式工作， 则可使用一个具有设置为适用于每个不同工作条件下的有关使用量的参数的模型来估计各部 分电容的老化分别由各工作模式或者各短期的事件引起，即使所述模型被认为不够准确到单 独估计绝对的老化程度。在另一个实施例中，一个模型可用来合计改变工作条件和使用模式 对使用寿命的影响。例如，如果存在来自多个相似的能源储存系统在不同的方式下工作的经 验数据，并且一个模型适于它们中的每一个，将工作模式中的差异适当地表示为适当的参数 的不同的值，所述模型因此能用于估计将来能源储存系统工作在不同的方式下对其使用寿命 的影响。

用于提高能源储存系统102可提供的性能的方法

图6是根据一个实施例的说明用于提高所述能源储存系统102的性能/使用寿命的方法的 流程图。在步骤602，所述数据处理系统106和/或所述能源管理系统104识别为提高所述能 源储存系统102的性能/使用寿命可做的调整。进一步的，如果可以进行调整以提高所述能源 储存系统的102的性能/使用寿命，过保用期，则在步骤604做这样的调整。在一个实施例中， 当识别所述用以提高所述能源储存系统102的性能/使用寿命所做的调整之后，所述数据处理 系统106或所述能源管理系统104确定这样的调整是否影响所述能源储存系统102的性能或 从属于所述能源储存系统的性能。此后，如果确定能够影响能源储存系统102或任何从属系 统的性能，则告知能源储存系统102的使用者，并且根据所述使用者的指令做调整。在一个 实施例中，在做任何调整以前，需要先得到所述使用者的许可。可替换地，可以不获得使用 者的许可而做调整。

在一个实施例中，在识别可提高所述能源储存系统102的性能/使用寿命的调整之前，估 计可由所述能源储存系统102提供的性能。

图7说明根据一个实施例对所述能源储存系统102所作的调整。所述调整基于图8所示 的能源储存系统102的充电和放电模式。根据图8，能源储存系统102的使用者习惯于每天 给所述能源储存系统102充电但是只在周末使用由所述能源储存系统102供电的汽车。他的 使用模式显示该汽车在一周的大部分时间都保持满电量空闲。如图5所示，这样会影响所述 能源储存系统102的使用寿命，使其使用寿命下降。如果所述能源储存系统102在所述空闲 周期内保持大约50％的充电状态则可以提高所述能源储存系统102的使用寿命。

为了提高所述能源储存系统102的性能/使用寿命，调整所述能源储存系统102的充电方 式以便将所述空闲周期内的充电程度被限制在一个可提高所述使用寿命的百分比。

图7描述了一个新的充电方式。所述数据处理系统106或所述能源管理系统104保证所 述能源储存系统102被充电至大约50％。进一步的，数据处理系统106或能源管理系统104 保证在下一个星期六所述用户需要使用所述汽车之前开始启动充电以使能源储存系统102被 充满电。因此可在不牺牲使用需求的情况下提高所述能源储存系统102的使用寿命。

根据上述讨论，本领域普通技术人员清楚还可以调整供电使用模式和存放温度模式来提 高所述能源储存系统102的性能/使用寿命。

在一个实施例中，可出租所述能源储存系统102，并且为使用能源储存系统102所支付 的租金可以根据所述估计的能源储存系统102的性能/使用寿命来确定。当所述能源储存系统 102被出租使用时，收集对应于所述能源储存系统102的数据。所述收集的数据用于生成能 源储存系统的102的行为模式并且同样用于估计所述能源储存系统102的性能/使用寿命。以 这些估计为基础，如果按照能提高所述能源储存系统102的性能/使用寿命的方式使用所述 能源储存系统102，则租金因某些因素而降低。可替换地，如果按照会降低所述能源储存系 统102的性能/使用寿命的方式使用所述能源储存系统102，则租金因某些因素而增加。在 一个实施例中，可通过对所述能源储存系统102进行能够提高所述能源储存系统102的性能/ 使用寿命的调整，以使所述使用者减少用于租用所述能源储存系统102的租金。

此处公开的实施例可以通过至少一个运行在硬件设备上软件程序来执行并且执行网络管 理功能以控制网络元件。图1所示的网络元件包括模块，所述模块可以是至少一个硬件设备 或硬件设备和软件模块的组合。

此处公开的实施例包括用于确定所述能源储存系统可提供的超过它的保用期的性能和所 述能源储存系统能被超过它的保用期使用的持续时间。此外，此处公开的实施例能够使能源 储存系统可提供超过它的保用期的性能提高和增加能源储存系统能被超过它的保用期使用的 持续时间的技术。所以，所述公开的实施例包括一个程序和一个储存有数据的计算机可读媒 质。所述计算机可读媒质可以包含用于执行所述公开的方法的一个或多个步骤的程序代码。 所述公开的实施例还包括一个服务器或任何适当的被配置为执行那些程序代码的可编程设 备。一个或多个所述公开的方法可以是通过或连同以超高速集成电路硬件描述语言(VHDL) 或另外的程序设计语言写成的软件程序来执行。进一步的，所述公开的方法可以由一个或多 个在至少一个硬件设备上执行的软件模块执行。所述至少一个硬件设备可以包括任何类型的 可编程的便携式的设备。所述至少一个硬件设备还可以包括可编程的设备(例如，如专用集 成电路的硬件设备，硬件和软件设备的组合例如专用集成电路和现场可编程门阵列、或至少 一个微处理器和至少一个设置有软件模块的存储器)。此处描述的方法可部分地在硬件上并 部分地在软件中执行。可替换地，实施例可在不同的硬件设备，例如使用多个CPU执行。

上述对具体实施例的说明将完全地揭示此处公开的实施例的一般特性，通过应用现有技 术，可以很容易地修改和/或为各种应用而调整这些具体实施例而不背离所述一般的概念， 所以，这样的调整和修改将被视为在所述公开实施例等同替代的意思和范围内。此处使用的 措辞或术语是为了说明而非进行限制。所以，尽管此处公开的实施例按照优选实施例来描述， 本领域技术人员将承认此处公开的实施例可以在此处所述的实施例的精神和范围内经过修改 实施。