混合电源系统的在线监测技术

预测HPS运行时间

蓄电池和燃料电池监测子系统能够为主系统提供总电量和峰值电量的数据，使主系统能够判断各种所需的用户数据。在这个实例结构中，我们采用了一个电源控制器，它具有多种优点。主要优点之一就是能够管理数据和子系统，使得混合电源在使用过程中就好像一个标准的蓄电池电源一样。

电源控制器负责接收监测数据并管理蓄电池的使用过程，在HPS的预期寿命期内发挥最高的性能。这对于两个方面特别有利。

● 通过燃料电池对蓄电池进行充电，即使在没有直流电源的情况下，也能够确保峰值有效电量处于最佳的水平。

● 管理电池的电荷状态(SOC)，从而尽可能地提高这一结构的可用性。

对SOC特性的管理与当前大多数便携式应用中使用电池的方式是相背离的。一般而言，蓄电池是唯一的无线电源，所以它必须为主系统提供所有的电能。因此，蓄电池应该安全地存储尽可能多的电能，最终实现最长的系统运行时间。同样，蓄电池的充电时间也是至关重要的，充电时间越短越好。

我们可以在蓄电池的充电时间和寿命之间进行权衡，但是这在目前的消费产品中并不常见。对于HPS而言，这两个使用动力不起作用，因此采用电源控制器可以在蓄电池与燃料电池两者的最佳状态之间实现更好的平衡。理想情况下，HPS中的蓄电池能够在整个HPS寿命期限内持续工作，不需要更换。为了实现这一目标，电源控制器可以提供蓄电池充电管理功能，例如在较低的电压下充电，采用较慢的速率充电，以及对充电电压/速率进行温度补偿。电源控制器通过调节电池的充电电流，能够确保当连接系统负载时有足够的直流电源供电。

最近推出的智能电池数据集(SBDS)补遗将燃料电池的数据添加到现有的支持蓄电池的数据集中，使主机能够访问，从而控制燃料电池和蓄电池的使用过程。采用电源控制器之后，能够处理复杂的HPS功能，根据SBDS燃料电池附加内容能够帮助主系统更有效地使用HPS。

增加燃料电池和蓄电池的总有效电量，能够使主系统实现有效运行时间指示、剩余时间报警(RTA)，或剩余容量/电量报警(RCA)等基本功能。

预测运行时间的公式如下所示：

AtRateTimeToEmpty (ARTTE) =总有效电量/AtRate( )

根据这一公式，主系统能够根据其掌握的用户操作意图判断有效运行时间，例如播放DVD，或者启动系统诊断。如果主系统能够进一步掌握在不同模式和不同程序下的能耗情况，那就更好了。

图2 电量使用率的对比

受控式断电与HPS运行时间的最大化

由于未来总是难以预测的，因此为用户预测运行时间是一种"水晶球"式的做法。但是，根据电源系统所提供的数据，我们可以在电量较低时实现一种受控的系统断电过程。这种控制功能越精确，系统的运行时间就越长。

受控关断必须要考虑测量误差，以确保其在任何条件下都能实现。对测量总可用电量的准确度的提高将会直接增加用户的可用电量。因此，充分发掘能源的潜力将会获得更长的运行时间(见图2)。