CN104159795A - 用于将电池组释能的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于车辆电池组释能的系统和方法，车辆从电池产生的电力获得其至少一部分动力。举例来说，一个实施例包括构造成电气联接于车辆上的接口或插座，例如检修断电插座，并构造成释放存储在电池组中的电能的电池释能器。另一实施例包括设计成监测一个或多个传感器以确定是否已发生撞击的电池管理单元(BMU)。如果确定已发生撞击，BMU将电池释能电路电气联接于电池组以释放存储在电池组中的电能。

Description

用于将电池组释能的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2012年1月9日提交的标题为“BATTERY PACK DE-ENERGIZER PLUG AND RECEPTACLE”的美国临时申请序列No.61/584,576的优先权，在此以参考方式引入其全部内容以用于所有目的。
技术领域
本发明总体上涉及用于从电能获得其至少一部分动力的车辆的电池系统。更具体地，本发明涉及用于将上述车辆的电池系统放电的系统和方法。
背景技术
本部分旨在向读者介绍可能跟以下描述和/或主张的本公开的各个方面相关的领域的各方面内容。相信这种讨论有助于向读者提供背景技术信息，以便于更好地理解本发明的各个方面。因此，应当理解，这些陈述内容要从这个角度去阅读，而并非认可构成现有技术。
车辆例如轿车、卡车和货车在现代社会中被广泛用于帮助转移人和货物。车辆可利用多种不同的能源(例如，烃类燃料、电池系统、电容系统、压缩空气系统)来产生动力。尤其是，术语“xEV”可用于描述从电源(例如，电池系统)获得其至少一部分动力的任何车辆。例如，也称为全电动车辆的电动车辆(EVs)通常包括电池系统并使用电能作为其全部动力。同样地，EVs理论上可依靠插电式能源来给电池系统充电，而其它的能量产生/保存系统(例如再生制动系统)可以在运行期间帮助延长电池的寿命并提高EV的行程。
xEV的两个具体的子类别是混合动力车辆(HEV)和插电式混合动力车辆(PHEV)。HEV和PHEVs通常除了电池系统之外都还包括内燃机。对于PHEV而言，顾名思义，电池系统能够通过插电式能源充电。串联式混合动力车辆(例如，串联式PHEV或HEV)使用内燃机转为发电机以相应地向电机提供电流来移动车辆。相比之下，并联式混合动力车(例如，并联式PHEV或HEV)可同时从内燃机和电池供电的电驱动系统提供动力。即，某些xEVs可利用存储在电池系统中的电能来推动车辆的动力系统(即，向其提供附加动力)。此外，xEVs(例如，PHEVs和HEVs)除了使用至少一部分来自发动机的动力之外，还可利用机会主义的能量捕获(例如，经由再生制动系统或类似的能量保存系统)来给电池系统充电。
通常，xEVs与单纯依赖内燃机来提供动力的传统的燃油车辆相比具有许多优点。例如，xEVs与仅使用内燃机来推动车辆的车辆相比，可产生较少的不良排放物，并可呈现较高的燃油效率。此外，对于一些xEVs而言，例如缺少内燃机的全电动车辆，可完全排除汽油的使用。
在撞击致使xEV不可用的情况下，存储在xEV的电池组中的电能不再用于为车辆提供能量，从而致使其没有必要保留在电池组中。然而，使用电池组的电池端子来释放电能通常需要仅有熟练的技术人员才拥有的专业技术。由于熟练的技术人员数量有限，因此期望具有一种为电池组放电的更简单的方式。
发明内容
以下列出了在这里公开的某些实施例的概述。应当理解的是，这些方面仅是向读者提供这些实施例的简要概述，且这些方面并不旨在限制本发明的范围。实际上，该发明可覆盖以下可能未列出的多个方面。
本发明实施例包括通过将电池组释能器附接在xEV现有的检修断开装置上用于为xEV的电池组放电的系统和方法。在一个实施例中，电池释能器构造成自动电气联接于检修断电插座并释放存储在xEV的电池组中的电能。在另一实施例中，xEV的电池组包括电池、检修断电插座和电池释能器。电池释能器电气联接于检修断电插座以释放存储在电池组的电池中的电能。在另一实施例中，车辆的电池系统包括电池组和xEV的电池管理单元(BMU)。BMU利用一个或多个传感器来确定是否已发生撞击或其它灾难事件。如果已发生，则BMU发送信号以将电池释能电路电气联接于电池组以释放存储的电能。
附图说明
通过阅读下列详细描述并结合附图可以更好地理解本公开的各个方面，其中：
图1是根据本发明的实施例的xEV的透视图，该xEV包括车辆控制单元(VCU)和具有电池管理单元(BMU)的电池组；
图2是根据本发明的实施例的混合动力车辆(HEV)的切开示意图，该混合动力车辆(HEV)包括具有BMUs的电池组；
图3是根据本发明的实施例连接到xEV的检修断电插座上的电池释能器的电路图；
图4根据本发明的实施例示出在VCU、BMU和各撞击传感器之间的通信关系的系统层级图。
图5是根据本发明的实施例描述BMU自动放电逻辑的流程图；
图6是根据本发明的实施例如果检测到撞击的话，通过BMU可自动连接，从而为xEV的电池组放电的电池释能器的电路图；
图7是根据本发明的实施例连接到xEV的高压连接器的电池释能器的电路图；
图8是根据本发明的实施例连接到xEV的充电接口上的电池释能器的电路图；以及
图9是根据本发明的实施例连接到xEV的专用放电接口上的电池释能器的电路图。
具体实施方式
以下介绍了一个或多个具体实施例。为了致力于提供这些实施例的简要介绍，并未在说明书内描述实际实施方式中的所有特征。应当意识到在开发任何这样的实际实施方式时，如在任何的工程或设计项目中一样，都必须做出大量的实施方式专用决策，以实现开发者的特定目标，例如符合与系统相关和业务相关的约束条件，而这些约束条件在不同的实施方式中可能有所不同。而且，应该意识到尽管这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但对受益于本公开的本领域普通技术人员来说，这仍然是一种从事设计、制造和加工的常规手段。
在介绍本公开不同实施例的要素时，冠词“一”、“一个”和“这个”旨在指存在一个或多个所述的要素。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在包含在内并意味着除了列举的要素之外还可以有另外的要素。另外，应当理解，提及本公开“一个实施例”或“某个实施例”并不旨在被解读为排除了同样包含所述特征的其它实施例的存在。
就本公开的目的来说，应当指出的是，目前公开的实施例尤其涉及xEV电动车辆的应用。本领域技术人员应当意识到，混合动力车辆(HEVs)将内燃机推动和高压电池能相接合来形成牵引力。插电式电动车辆(PEV)是能够从诸如壁式电源等外部电源充电的任何车辆，并且储存在可再次充电电池组中的能量驱动或有助于驱动车轮。PEVs是电动车辆的子类别，该电动车辆包括全电动或纯电动车辆(BEVs)、插电式混合动力车辆(PHEVs)，以及混合动力车辆和传统的燃油动力车辆转化的电动车辆。电动车辆(EV)是将由电能提供动力的一台或多台电机用于其推动力的全电动车辆。术语“xEV”在这里限定为包括包含电能作为动力的所有上述类型或任意的变形或组合。
如上所述，用于xEVs的电池组可包括诸如电池管理单元(BMU)等电子控制器，以监测与电池组的操作相关的各参数。例如，BMU使用遍布电池组分布的多个传感器来监测电池组的各电池模块和电化学电池单元(例如，NiMH和/或锂离子电池单元)的温度、压力、电流、电压、容量等。另外，BMU可将监测的电池组的参数传输给车辆控制单元(VCU)，该车辆控制单元通常可监测xEV的操作并告知驾驶者和/或响应于监测对xEV的操作进行调整。
因此，本发明实施例涉及用于将存储在xEV的电池组中的电能释放的系统和方法。该系统和方法包括设置在xEV的电池组中的两个电池模块之间的检修断开装置。移除检修断开装置并将电池释能器插入其位置。电池释能器在一段时间内保持插在XEV内，以使电池组放电。其它的实施例包括在每个电池组上的电池管理单元(BMU)和在xEV中的车辆控制单元(VCU)。BMU和VCU都监测布置在xEV中用于指示撞击的各传感器。在发生撞击或其它的灾难事件中，BMU可请求连接电池释能电路，以将xEV的电池组放电。
根据上述内容，图1是根据本发明的实施例的xEV10的透视图。示出的xEV10可以是具有用于提供至少一部分动力来推动车辆的电池系统的任何类型的车辆。例如，xEV10可以是纯电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)、插电式混合动力车辆(PHEV)，或其它类型的利用电能为车辆提供至少一部分推动力的车辆。尽管xEV10在图1中被图示为轿车，但是在其它实施例中，其它类型的车辆也可使用本发明的技术。例如，在其它实施例中，xEV10可以是卡车、公共汽车、工业车辆、摩托车、游艺车、船或任何其它类型的可以至少部分使用电能来移动的车辆。因此，xEV10包括能够将电能供给xEV10的电池组12，该电池组12除了为xEV10的其它结构(例如，车灯、自动窗、自动锁、娱乐系统以及xEV10的类似构件和配件)提供能量以外，还可用于移动xEV10。应当理解的是，在这里使用的术语“电池组”通常指的是包括多个电化学电池单元和电池管理单元(BMU)14的电池系统。还应当理解的是，在其它实施例中，BMU14可以是在安装时联接于电池组12的独立构件(例如，xEV10的部件)。此外，虽然在图1中示出的电池组12位于xEV10的后备箱中或后部，但是在其它实施例中，电池组12可以位于xEV10的其它地方。例如，电池组12可根据xEV10内的可用空间，xEV10的希望的配重平衡、与电池组12一起使用的其它构件(例如，电池管理系统、通风口或冷却装置，或类似系统)的位置，以及类似的工程考量因素来定位。
除了包括BMU14的电池组12之外，示出的xEV10还具有车辆控制单元(VCU)16。如上所述，VCU16通常可监测并控制xEV10的某些参数。例如，VCU16可使用多个传感器来监测xEV10内的温度、xEV10外的温度、xEV10的速度、电动机上的负荷等。在某些实施例中，VCU16可包括环绕xEV10布置的传感器，以检测xEV10的构件何时在期望范围外(例如，发送机故障、变速箱故障、电池故障等)操作，并且可以进一步告知驾驶者和/或xEV10的失能构件作为响应。对于包括内燃机的混合动力xEVs而言，例如HEVs和PHEVs，VCU16还可监测并控制内燃机的参数(例如，在进气口处的氧含量、大气压力、剩余燃料、每分钟转速、冷却剂温度以及其它影响内燃机的性能和操作的因素)。
如上所述，BMU 14和VCU 16在车辆总线18上彼此通信。车辆总线18可包括构造成使电信号在xEV10的BMU 14和VCU 16之间传送数据的线缆系统。在BMU 14和VCU 16之间还可通过无线通信链路进行通信。BMU 14和VCU 16可使用诸如控制器局域网络(CAN)协议等通信协议在车辆总线18上进行通信。CAN是为汽车应用专门设计的基于信息的协议。
如上所述，像在图1中示出的xEVs一样，xEVs可根据车辆的内部设计分成更具体的子类别。图2是根据本发明的示例性实施例的具体的xEV：混合动力车辆(HEV)40的切开示意图，该混合动力车辆(HEV)40包括具有BMUs的电池组。像在图1中示出的xEV 10一样，HEV40包括朝向HEV40后部的电池组12。在某些实施例中，多个并联的电池组12可分别包括独立的BMU14。另外，HEV40包括内燃机42，该内燃机42可燃烧烃类燃料以生成能够用于推动HEV40的动力。而且，HEV40安装有电动机44，该电动机44联接于电池组12并且也被用于推动HEV40。示出的HEV40还安装有动力分配装置46，该动力分配装置46允许将一部分动力(例如，旋转能量)引导至适于给电池组12充电的发电机48。应当指出的是，其它类型的xEVs(例如EVs、HEVs、PHEVs等)和其它的结构(例如其他结构中的车辆的类型、车辆技术类型，和电池的化学性)可用于本方法的各实施例中。
如上所述，在诸如HEV40等xEV10涉及撞击的情况下，简单地给电池组12放电将会是期望的，因为其不再需要提供动力。为了给电池组12放电，电池释能器80可连接到xEV10的检修断电插座上，如图3所示。在图3中的实施例中，电池释能器80可以是插头。如上所述，xEV10可包括用于提供xEV的一部分动力的电池组12。电池组12可包括多个串联电连接的电池模块82，以产生从正高压端子84到负高压端子86的电压。正高压端子84和负高压端子86可电气联接xEV10的动力系统并为其提供能量。在电池组12的正常操作期间，检修断电插头可电气联接第一对检修断电插座88，以允许电流流经电池组12。在检修期间，技术人员可将检修断电插头拔出，以使电池组12的每半个部分电气绝缘，从而允许技术人员在xEV10上工作。
在xEV撞击或其它灾难事件的情况下，任何具有电池释能器80的人可将检修断电插头移除，并将电池释能器80连接到第一对检修断电插座88和第二对检修断电插座90上。在某些实施例中，第二对检修断电插座90可设计成包括防触电接头，以防止使用者触及电池组12的正高压端子84和负高压端子86。一旦将电池释能器80插入第一对检修断电插座88和第二对检修断电插座90，则电流可从电池模块82流经第一电阻92和第二电阻94。这样，在一段时间内，第一电阻92和第二电阻94可以热的形式消散存储在电池组12中的能量。根据电阻值，电池组放电的时间段可从几小时到几天不等。第一电阻92和第二电阻94的电阻值越小，可造成放电时间越长，而第一电阻92和第二电阻94的电阻值越大，可造成放电时间越短。
在图3中的实施例中，人们将电池释能器80实体性地插入检修断电插座，以给xEV的电池组12放电。然而，在其它实施例中，电池释能器80可自动连接到xEV10的电池组12上以释放存储在电池组12中的能量。图4示出使用BMU 14和VCU 16将电池组12自动放电的实施例，和图5示出描述在将电池组12自动放电期间由BMU14执行的逻辑的流程图140。BMU 14和VCU16可监测在电池组12和xEV10上的多个传感器，正如图5中的方框142所示。所述多个传感器可包括由VCU16监测的气囊传感器110、胎压传感器112、加速计114和速度计116以及由BMU14监测的电池电压传感器118、加速计120、电池温度传感器122和电池电流传感器124。其中一些传感器，例如气囊传感器110和速度计116可预先设置在xEV10中。类似地，一些传感器，例如电池电压传感器118、电池温度传感器120和电池电流传感器122通常可用于其它的目的，而不是确定xEV10是否已经历撞击或灾难事件。例如，在电池组12上的电池电压传感器118通常可用于协助确定在电池组12的特定电池模块82上剩余的电荷。
然而，如果特定电池模块82的电压高于预定阈值，则指示电池组12在撞击中被损坏。类似地，电池电流传感器122通常可用于确定电池组12是否能够控制为xEV10的动力系统的另一构件提供动力。然而，如果电流莫名其妙地降至预定阈值以下或升至预定阈值以上，则电池组12可能受到损坏，指示撞击。如图5的方框144所示，BMU14可监测所述多个传感器直至这些传感器指示需要将电池组12放电。
类似地，VCU16可监测传感器以确定电池组是否需要放电。在某些实施例中，BMU14和VCU16可考虑一个以上的传感器，以确定是否已发生撞击。例如，如果另一车辆与xEV10在相撞，且撞击处靠近电池组，则由BMU14监测的加速计120可指示撞击，而由VCU16监测的加速计114可能没有指示撞击。再举一个例子，如果任何一个传感器都指示撞击，但是速度计116指示xEV10仍然处于运转中，则可能无法确定撞击。
在某些实施例中，BMU14和VCU16可彼此通信，以确定是否已发生撞击。在其它实施例中，BMU14或VCU16可各自确定是否已发生撞击。在由BMU14、VCU16或其组合确定撞击的情况下，可以将撞击指示信号发送给BMU14，且BMU14可发布命令来断开检修断电接触器并闭合电池释能接触器126，如图5中的方框146所示。如图6所示，电池释能接触器126可自动将电池释能器80连接于电池组12以释放存储在电池模块82中的能量。一旦电池组12正在放电，BMU14可使用电池电压传感器118周期性地监测电池组12，以保证其正在正确地放电，如图5中的方框148所示。在图5中的方框150处，BMU14可以检查电池组12是否完全放电。如果未完全放电，BMU14可继续使用电池电压传感器118周期性地监测电池组12的电压。如果电池组12完全放电，则电池释能序列完成，并且从BMU14发送适当的指示给VCU16，以使得可以显示电池组的状态，如图5中的方框152所示。
如上所示，当BMU14、VCU16或其组合检测到撞击时，BMU14可发送命令来闭合电池释能接触器126并将电池释能器80连接到电池组12上。图6示出可由BMU14使用，以自动将xEV10的电池组12释能的电路的实施例。图6中的实施例的设计与图3中的实施例的设计相似，其具有正高压端子84、负高压端子86、第一电阻92和第二电阻94。如前面所述，检修断开装置X可从第一对检修断电插座88移开，以使电池组12的两个半部分电气绝缘，从而降低在正高压端子84和负高压端子86之间的电势。
另外，图6中的实施例包括检修断电接触器160以及电池释能接触器162。在正常操作期间，检修断电接触器160可形成闭合回路，而电池释能接触器162形成开路。如上所述，在BMU14确定撞击或其它灾难事件的情况下，BMU14可发送信号来断开检修断电接触器160并闭合电池释能接触器162，从而允许电流从电池组12流经第一电阻92和第二电阻94，并将电池组12有效地释能。存储在电池组12中的能量可以热的形式在电池释能器80中消散。在其它实施例中，电池释能器可包括两个以上的电阻或更加复杂的阻抗。
虽然上面描述的实施例涉及将电池释能器80连接到xEV10的检修断电插座，但是可使用xEV10的电池组12的其它插座或接口来消散存储在电池组12中的能量。举一个例子来说，图7示出连接到高压接口(具体地来说，正高压端子84)的电池释能器80A。在该实施例中，电池释能器80A可以是插头，虽然在其它实施例中，根据图4-6所给出的教导，在某些情况下——例如车辆撞击，其可自动连接。如果想要给电池组12放电，技术人员可将电池释能器80A附接到正高压端子84上，以使得在电池组12中的能量可通过电阻93消散。
再举一个例子，图8示出连接到xEV10的充电接口95上的电池释能器80B。在该实施例中，电池释能器80B可以是插头，虽然在其它实施例中，根据图4-6所给出的教导，在某些情况下——例如车辆撞击，其可自动连接。如果想要给电池组12放电，人们可将电池释能器80B附接到充电接口95上，以使得在电池组12中的能量可通过电阻97消散。应该认识到的是，该实施例使用任何人易于使用的xEV10的插座或接口，不像先前的实施例那样，插座或接口通常仅由技术人员或熟悉检修电池组12和/或xEV10的人员使用。实际上，由于电池释能器80B可联接于xEV10的充电接口95，任何人，包括xEV10的驾驶者，通过简单地将电池释能器80B插入充电接口95内来容易地开始给电池组12放电。
再举一个例子，图9示出连接到xEV10的电池组12的专用放电接口99上的电池释能器80C。在该实施例中，电池释能器80C可以是插头，虽然在其它实施例中，根据图4-6所给出的教导，在某些情况下——例如车辆撞击，其可自动连接。如果想要给电池组12放电，人们可将电池释能器80C附接到专用放电接口99上，以使得在电池组12中的能量可通过电阻101消散。不像先前的实施例那样，本实施例使用附加的接口完成该任务，而在先前的实施例中，电池组12和/或xEV10的现有插座或接口被用于联接于电池释能器80以消散电池组12中的能量。实际上，可能期望使用专用放电接口99代替现有的插座或接口来简单地提供单独的接口，每个单独的接口专用于单一功能。此外，专用放电接口99可以是由包括xEV10的驾驶者在内的任何人使用的接口，或者其仅可由技术人员或者熟悉检修电池组12和/或xEV10的其他人使用的接口。
虽然仅示出和描述了本发明的某些特征和实施例，但是对本领域技术人员来说，在实质上不脱离权利要求书中描述的新颖教导和主题优点的情况下可以进行许多改进和变更(例如，在大小、尺寸、结构、各元件的形状和比例、参数值(例如，温度、压力等)、安装结构、材料的使用、颜色、方向等的变化)。根据本发明的替代实施例，任何工艺或方法步骤的次序或顺序可以改变或重新排序。因此，应当理解的是，所附权利要求旨在覆盖落入本发明真实精神内的所有上述修改和变更。此外，为了致力于提供这些实施例的简要介绍，并未描述实际实施方式中的所有特征(即，未涉及实施本发明的目前预计的最好模式的特征，或者未涉及实现主张的本发明的特征)。应当意识到在开发任何这样的实际实施方式时，如在任何的工程或设计项目中一样，都必须做出大量的实施方式专用决策。尽管这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但对受益于本公开的本领域普通技术人员来说，在不过度实验的情况下，这仍然是一种从事设计、制造和加工的常规手段。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
电池释能器，构造成电气联接于车辆的电池组的检修断电插座，车辆从电池组产生的电力获得其至少一部分动力；并构造成释放存储在电池组中的电能。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，电池释能器构造成以热的形式消散存储在电池组中的电能。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，电池释能器包括电阻以释放存储在电池组中的电能。
4.一种电池组，包括：
检修断电插座，构造成当检修断电插头与检修断电插座断开电气联接时在多个电池模块之间形成开路；和
电池释能器，构造成电气联接于检修断电插座并释放存储在所述多个电池模块中的电能。
5.根据权利要求4所述的电池组，其中，电池释能器构造成以热的形式消散存储在所述多个电池模块中的电能。
6.根据权利要求4所述的电池组，其中，电池释能器包括至少一个电阻以释放存储在所述多个电池模块中的电能。
7.根据权利要求4所述的电池组，包括电池管理单元，构造成监测一个或多个传感器，确定是否已发生撞击，以及如果已发生撞击则将电池释能电路电气联接于电池组以释放存储在电池组中的电能。
8.根据权利要求4所述的电池组，其中，电池释能器包括插头。
9.根据权利要求4所述的电池组，其中，检修断电插座包括在电池的电池模块之间的一对端子和联接于所述电池的所述端子的一对端子，并且其中，电池释能器电气联接于所述两对端子以释放存储在电池组中的电能。
10.根据权利要求7所述的电池组，其中，传感器包括一个或多个加速计，如果加速计超过预定力阈值则向电池管理单元指示撞击。
11.根据权利要求7所述的电池组，其中，传感器包括一个或多个温度传感器，如果温度传感器超过预定温度阈值则向电池管理单元指示撞击。
12.根据权利要求7所述的电池组，其中，传感器包括一个或多个电压传感器，如果所测电压超过预定阈值，所述电压传感器则向电池管理单元指示撞击。
13.根据权利要求7所述的电池组，其中，传感器包括一个或多个电流传感器，如果所测电流降至预定阈值以下或升至预定阈值以上，则所述电流传感器向电池管理单元指示撞击。
14.根据权利要求7所述的电池组，其中，电池管理单元考虑来自一个或多个传感器的两个或多个输入的组合以确定是否已发生撞击。
15.根据权利要求7所述的电池系统，包括车辆控制单元，构造成监测一个或多个附加的传感器，确定是否已发生撞击，以及如果确定撞击则将撞击指示信号发送给电池管理单元。
16.根据权利要求15所述的电池系统，其中，所述一个或多个附加的传感器包括气囊传感器以确定是否已发生撞击。
17.根据权利要求7所述的电池系统，其中，电池管理单元发送信号来闭合一个或多个电池释能接触器以将电池释能电路电气联接于电池组。
18.一种用于对车辆电池组放电的方法，车辆从电池组产生的电力获得其至少一部分动力，该方法包括：
监测一个或多个传感器以确定是否已发生撞击；和
如果已发生撞击，则发送信号来将电池释能电路电气联接于电池组以释放存储在电池组中的电能。
19.根据权利要求18所述的方法，包括：监测电池组的电压，以保证电池组正在正确地释放电能。
20.根据权利要求18所述的方法，包括：当电池组正在放电时，发送信号给检修断电接触器以将其断开，从而将检修断电装置与电池组断开。
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