CN104203638B

CN104203638B - 蓄电池安全系统

Info

Publication number: CN104203638B
Application number: CN201380015818.4A
Authority: CN
Inventors: 杰里米·格林伍德; 克里斯·克拉克
Original assignee: Land Rover UK Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2017-10-13
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: CN104203638A; WO2013139943A3; WO2013139943A2; EP2828118A2; US20150051771A1; GB2500427B; EP2828118B1; GB201205039D0; JP6542856B2; JP2015518702A; US10411482B2; GB2500427A; JP6271500B2; JP2018029466A

Abstract

一种用于释放电动车辆或者混合电动车辆的牵引蓄电池中所储存的电量的系统。系统包括具有多个电池单元的牵引蓄电池，用于对各个电池单元中所储存的电量进行平衡或者调节的蓄电池管理系统。车辆上设置有检测车辆事件的传感器。蓄电池管理系统在收到指示已发生车辆事件的信号时，开始实施通过能量耗散装置进行的对储存在蓄电池的一个或多个电池单元中的电能的释放周期，其中能量耗散装置例如为蓄电池调节器或者蓄电池平衡器。

Description

蓄电池安全系统

技术领域

本发明涉及蓄电池安全系统以及使蓄电池放电的方法，并且特别地但不排它地，本发明涉及在蓄电池的完整性可能已被危及时使蓄电池放电的蓄电池安全系统。本发明的方面涉及系统、车辆以及方法。

背景技术

已知在电动车辆和混合电动车辆中设置有蓄电池系统用于为电动驱动马达提供电力以推进车辆。这种蓄电池通常在大约300伏特-400伏特的电压下操作并且能够，至少短暂地，传输1000安培级别的直流电。

在某些情况中，例如车辆碰撞之后，可能期望提供可自动地或手动地触发蓄电池放电的蓄电池安全系统。

已经在此背景下构想出本发明。本发明的实施方式可以提供在特别地应用于车辆的蓄电池系统的领域中的改进。也可以在除了车辆之外的其他的应用中利用本发明。从下面的描述、权利要求以及附图中，本发明的其他目的和优点将变得明显。

发明内容

根据本发明寻求保护的一方面，提供了一种使车辆蓄电池放电的方法，其包括：

通过一个或多个传感器检测车辆事件，并且响应于所述车辆事件；

利用蓄电池管理系统使车辆蓄电池的一个或多个电池单元放电直到蓄电池的电气特征达到预先限定的阈值，

其中，蓄电池管理系统设置成控制第一组电池单元独立于至少第二组电池单元进行放电。

可选择地，蓄电池管理系统适于控制多个开关，以选择性地使第一组电池单元独立于至少第二组电池单元进行放电。

可选择地，电气特征为以下特征中的一者：

在一个或多个电池单元中所储存的电量或者由一个或多个电池单元所储存的电量，或者

蓄电池两侧的电压或电势差。

在某些实施方式中，方法包括根据预先限定的标准优先使一个或多个电池单元放电。

可选择地，预先限定的标准为以下的一者或多者：

一个或多个电池单元在蓄电池的壳体内的物理位置；

检测到一个或多个电池单元的损坏；或者

车辆设计。

在本发明的实施方式中，方法包括使蓄电池的端子与电池单元隔离。

可选择地，控制一个或多个电池单元的放电以防止蓄电池的温度达到阈值水平。

根据本发明寻求保护的另一方面，提供了一种使车辆的蓄电池放电的方法，蓄电池具有多个电池单元，每个电池单元适于储存电量，该方法包括：

通过一个或多个传感器检测车辆事件，并且响应于车辆事件；

利用蓄电池管理系统使蓄电池放电直到蓄电池的电气特征达到预先限定的阈值，

其中，蓄电池管理系统适于控制多个电池单元中的第一组一个或多个电池单元基本独立于多个电池单元中的至少第二组一个或多个电池单元放电，其中多个电池单元的第一组包括一个或多个电池单元。

根据本发明寻求保护的另一方面，提供了一种使具有多个电池单元的蓄电池释放电量的系统，该系统包括：使各个电池单元的电量平衡的蓄电池管理系统，以及检测车辆事件的传感器，其中，蓄电池管理系统配置成在收到指示已发生车辆事件的信号时，开始实施通过一个或多个能量耗散装置进行的对储存在蓄电池的一个或多个电池单元中的电能的释放周期，其中，蓄电池管理系统适于控制多个电池单元的第一组独立于多个电池单元的至少第二组进行放电。

可选择地，能量耗散装置为无源蓄电池调节器或者有源蓄电池平衡器。有利地，因此，能量耗散装置为在蓄电池正常操作期间使用的蓄电池的组成部件。这意味着无需储存另外的放电装置。因此，具有直接的成本效益。

在某些实施方式中，蓄电池是用于为电动驱动马达提供电力以推进车辆的牵引蓄电池。

可选择地，车辆事件为撞击并且传感器为用于测量车辆的减速度或者检测碰撞冲击的撞击传感器。

可选择地，车辆事件为车辆的淹浸并且传感器为用于检测不适宜的位置中存在水的水传感器。

可选择地，车辆事件是车辆的维护并且传感器是在维护期间能够操作的开关。

本发明的方面可以提供非快速的放电时间。这通过使电池单元组的电量平衡以便逐渐地降低所储存的电量来实现。这在蓄电池快速放电可能并不优选的撞击情况中是有利的。

系统可以包括用于将蓄电池的端子与多个电池单元电气断开的隔离器。

根据本发明寻求保护的又一方面，提供了一种车辆，该车辆包括在相关前述段落中所描述的系统。

在本申请的范围内，明显意在：可以单独地或以任意组合的方式采用在前面段落中、在权利要求中和/或在下面的描述及附图中所提出的各个方面、实施方式、示例以及替代方式，特别是其各自的特征。例如，关于一个实施方式所描述的特征能够适用于所有实施方式，除非这此特征是不相容的。

附图说明

现在，将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的实施方式，其中：

图1是根据本发明实施方式的车辆的侧视图；以及

图2是根据本发明实施方式的蓄电池系统的示意图。

具体实施方式

本文公开了本发明的蓄电池系统以及使蓄电池放电的方法的特定实施方式的详细描述。应当理解的是，公开的实施方式仅仅是可实施本发明的某些方面的方法的示例而并不表示可以实施本发明的所有方法的穷举列表。事实上，应当理解的是，本文描述的蓄电池系统以及使蓄电池放电的方法可以以不同的、替代性的形式实施。附图未必成比例并且可能放大或缩小一些特征来示出特定部件的细节。为了防止使本公开模糊不清，对周知的部件、材料或者方法未必进行详细的描述。本文公开的任何特定结构和功能细节不应理解为限制，而是仅仅作为用于权利要求的基础以及作为用于教导本领域的普通技术人员多样化地利用本发明的代表性基础。

图1示出了根据本发明的实施方式的车辆10；车辆10包括蓄电池12。蓄电池12可选地是为驱动马达(未示出)提供电力以推进车辆10的牵引蓄电池。在某些实施方式中，车辆10可以包括诸如内燃发动机之类的另外的驱动装置(未示出)。

控制单元14联接至蓄电池12并且联接至传感器16，或者更具体地，车辆事件传感器16。在示出的实施方式中，传感器16为撞击传感器，撞击传感器16形成乘员气囊安全系统(未示出)的一部分。

撞击传感器16可以为机电或电子传感器，诸如介电加速计。可选择地，撞击传感器16还可以构造为在碰撞事件中响应于车辆所经受的足够的减速来启用车辆10内的乘员气囊(未示出)。

在替代性的实施方式中，传感器16可以为适于检测车辆的淹浸事件的水传感器。应当理解的是，致使车辆不能使用的淹浸事件可能还需要立即使车辆停机。在这种情况中，传感器可以构造为致使车辆停机。

在替代性的实施方式中，传感器16可以为在车辆的维护期间能够由维护技术人员操作的开关。

在替代性的实施方式中，控制单元14可以间接地——可选择地例如经由一个或多个中间控制器——联接至传感器16。例如，在传感器16为撞击传感器的实施方式中，中间控制器可以为乘员气囊控制器(未示出)。可以经由相关联的控制器通过车辆CAN-总线或者其他适当的车载数据网络来传输来自传感器16的信息。在另一实施方式中，传感器16专用于蓄电池安全系统并且可以结合至蓄电池12的封装中。

图2示出了用于在车辆10中使用的系统20；系统20包括蓄电池12、控制单元14以及传感器16。

蓄电池12包括具有第一、正端子T1和第二、负端子T2的壳体13。第一端子T1和第二端子T2经由导线联接至电动马达(未示出)，该电动马达为车辆10的驱动轮22(图1中示出)提供旋转。蓄电池12包括用于储存电量的多个电池单元C1、C2、C3、C4、C5。

蓄电池12包括一对开关或接触器23、24。接触器23在电气上紧邻端子T1定位，并且接触器24在电气上紧邻端子T2定位；使得能够将蓄电池12的电池单元C1、C2、C3、C4、C5断开电气连接。当车辆不使用或者在诸如以下车辆事件之类的紧急状况下，可利用接触器23、24来隔离蓄电池12与车辆10，以便在救援作业期间保护车辆乘员和紧急维护人员。车辆事件可以为例如车辆的撞击或者车辆的淹浸。相似地，在维护期间，可以利用接触器来隔离蓄电池并且因此保护维护人员。因此，车辆事件还可以为车辆的维护。

设想了开关23、24通过相应的连接件26、30联接至控制单元14，使得在由传感器16检测到车辆事件时，开关23、24配置成采取断开位置，因此，使电池单元C1、C2、C3、C4、C5与第一端子T1和第二端子T2断开电气连接。

平衡控制器18通过连接器28联接至控制单元14，使得在由传感器16检测到车辆事件时，平衡控制器命令开关S1、S2、S3闭合，由此通过将电量在相应电阻器R1、R2、R3上耗散为热量，而将各个电池单元C1、C2、C3放电。因此，应当指出的是电阻器为能量耗散装置。

蓄电池12包括蓄电池管理系统19，蓄电池管理系统19包括用于有源平衡电池单元C1、C2、C3、C4、C5的蓄电池平衡器或者用于无源控制电池单元C1、C2、C3、C4、C5的充电状态的蓄电池调节器。在图2示出的实施方式中，示出了蓄电池调节器。蓄电池平衡器和蓄电池调节器中的每一者均为能量耗散装置。蓄电池平衡器和/或调节器为在蓄电池正常操作期间——即蓄电池放电之前——所使用的蓄电池部件。因此，系统的实施方式不需要额外的单独的放电装置，这种放电装置可能较昂贵。此外，存在如下风险：在诸如撞击之类的车辆事件期间，蓄电池与单独的放电装置之间的连通路径可能中断并且因此阻止蓄电池放电。因此，本发明的实施方式所实现的蓄电池与放电装置的组合减轻了这种风险。

图2的蓄电池管理系统19包括无源蓄电池调节器，该无源蓄电池调节器包含跨过相应的电池单元C1、C2、C3、C4、C5连接的电阻器R1、R2、R3。在示出的实施方式中，电阻器R1跨过电池单元C2连接；电阻器R2跨过电池单元C3连接；并且电阻器R3跨过电池单元C4连接。未示出的电阻器跨过电池单元C1和C5中的每者连接。

开关S1与跨电池单元C2的电阻器R1串联连接。开关S2与跨电池单元C3的电阻器R2串联连接。开关S3与跨电池单元C4的电阻器R3串联连接。

设想了开关S1、S2、S3为诸如金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)之类的晶体管。

蓄电池管理系统19包括联接至开关S1、S2、S3的平衡控制器18。平衡控制器18配置成对蓄电池12内的各个电池单元C1、C2、C3、C4、C5中所储存的电量进行平衡或调节。

通过闭合开关S1、S2、S3中的任一者，相应的电池单元C1、C2、C3可耗散储存在其中的电量。这是由于闭合所需的开关使相应的电路闭合或形成，从而使得电流流过相应的电阻器R1、R2、R3。储存在相应电池单元C1、C2、C3、C4、C5中的电能或电量在电阻器R1、R2、R3内被耗散为热量。

在诸如撞击或车辆碰撞之类的车辆事件的情况中，可能造成车辆10的突然减速，该减速由传感器16检测到。替代性地或者另外，传感器16可以配置成检测车辆的诸如淹浸或者维护或维修行为之类的其他的车辆事件，在这些其它事件中期望的是蓄电池在断开连接时放电。在这些示例中的每一者中，控制单元14接收来自传感器16的信号，控制单元14配置成响应于该信号确定应当在蓄电池12中开始实施放电周期。平衡控制器18从控制单元14接收信号。平衡控制器18配置成此后命令开关S1、S2、S3中的一者或多者闭合。在某些实施方式中，全部开关S1、S2、S3同时闭合。在其他的实施方式中，全部开关S1、S2、S3以预先限定的先后顺序闭合。在另外的实施方式中，如下面将进一步所述的，两个或多个开关S1、S2、S3同时闭合，随后按顺序闭合剩余的开关S1、S2、S3。

因此，在与电池单元C1、C2、C3、C4、C5的相关的各个开关S1、S2、S3已闭合时释放该电池单元中所储存的电量。因此，减小电池单元C1、C2、C3、C4、C5的每者的电压或电势差，并且因此减小蓄电池的12整体的电压或电势差。

平衡控制器18可以包括温度传感器(未示出)用以在电池单元C1、C2、C3、C4、C5放电时监测蓄电池12的温度。在本发明的某些实施方式中，可以设置有多个温度传感器；可选择地，为每个电池单元C1、C2、C3、C4、C5设置一个温度传感器。平衡控制器18可以配置成打开一个或多个开关S1、S2、S3，从而使相应的电阻器R1、R2、R3与电池单元C1、C2、C3断开连接，并且由此，至少暂时地中止或停止电流流动。以此方式，中止电能在电阻器R1、R2、R3中耗散为热量，并且热量可通过对流、传导或者辐射传递至周围环境。因此，降低蓄电池12的温度。在某些实施方式中，可以设置风扇或者鼓风机以在放电周期期间控制蓄电池12的温度。

在又一实施方式中，平衡控制器18可以闭合间隔的开关，例如闭合开关S1和S3同时保持开关S2打开。这时电池单元C3可以用作电池单元C1和C3之间的散热件或者缓冲件，由此来散布热量，否则该热量可能在放电周期中积聚于蓄电池12中。

在这种布置中，平衡控制器18可以根据电池单元在蓄电池内的布置或位置而使电池单元C1、C2、C3、C4、C5中的第一组放电一段时间、或者放电直到被放电的每个电池单元C1、C2、C3、C4、C5达到预先限定的电量水平或者电压电势，并且之后使电池单元C1、C2、C3、C4、C5中的不同的第二组放电一段时间或者直到达到预先限定的电量水平。

之后，平衡控制器18可以使电池单元的第三组或随后一组开始放电，或者使第一组恢复放电另一段时间或者直到达到第二电量水平或电压电势(第二电量水平或电压电势低于第一电量水平或电压电势)。之后，平衡控制器18可以在两组电池单元C1、C2、C3、C4、C5之间循环，或者使用不同组电池单元C1、C2、C3、C4、C5，直到达到预先限定的电量水平(该电量水平低于阈值)或者直到电池单元C1、C2、C3、C4、C5完全耗尽电量。

在又一实施方式中，平衡控制器18可以基于电池单元C1、C2、C3、C4、C5在蓄电池12中的物理位置优先使特定的电池单元C1、C2、C3、C4、C5放电。例如，可以使蓄电池壳体的外周附近设置的电池单元C1、C2、C3、C4、C5在位于中央的电池单元C1、C2、C3、C4、C5之前放电。在替代性的实施方式中，可以根据车辆设计和/或撞击或淹浸的参数来给出特定电池单元C1、C2、C3、C4、C5的放电优先级，使得在撞击或淹浸事件中最容易损坏的那些电池单元C1、C2、C3、C4、C5以最高优先级进行放电。

在某些实施方式中，蓄电池12包括能够检测对蓄电池12的损坏或对单个电池单元C1、C2、C3、C4、C5的损坏的完整性传感器，例如完整性传感器可以监测蓄电池12内和/或一个或多个单个电池单元C1、C2、C3、C4、C5内的电解液液位。可以给予如下电池单元放电的优先性：已损坏的电池单元，和/或特定的电池单元C1、C2、C3、C4、C5，例如设置在蓄电池壳体内最下侧的电池单元，这些电池单元可能由于其它电池单元遭受损坏而被危及。

在某些实施方式中，设想了蓄电池12包括指示器，如LED或者液晶显示器，以指示电池管理系统19已经开始实施蓄电池的放电周期或者蓄电池放电周期正在进行中。在某些实施方式中，指示器可以显示蓄电池中的剩余电量或者蓄电池的电压、和/或蓄电池放电周期的达到预先限定的电量值的预计完成时间。

在本发明的实施方式中，可以手动地触发蓄电池放电周期，例如通过将触发器或者其他的机械装置插入蓄电池12中或从蓄电池12中移除触发器或者其他的机械装置，例如车辆钥匙刃(blade of vehicle key)。

设想了可以在用户需要时终止蓄电池放电周期以防止电池进一步放电，例如通过与设置在蓄电池上的界面交互来实现。

在某些实施方式中，蓄电池12可以设置有“维护插头”或“维护断开件”。可接合或分离“维护插头”或“维护断开件”以将蓄电池的电池单元群分成两个或多个电气隔离的部分。通过移除或插入“维护插头”，蓄电池的露出的端子T1、T2不会对维护技术人员造成高电势的电气危险。在这种实施方式中，设想了蓄电池12设置为使得例如通过仅从电气隔离部分的一部分中引出电力而使蓄电池管理系统19仍能够操作，或者设置有诸如单独的蓄电池之类的备用电源。

能够理解的是，可以在本发明的范围内做出多种改变，例如，在本发明的其他的实施方式中，设想了除了蓄电池调节器之外或者替代蓄电池调节器地，可以利用有源蓄电池平衡器以在单个电池单元C1、C2、C3、C4、C5之间传递电量，以便使蓄电池12放电。

尽管上文参照的是包括该组或各个组包括多个电池单元，但是可以理解的是，组可以替代性地仅包括单个电池单元，并且蓄电池可以包括分别含有不同数量的电池单元的多个组。

Claims

1.一种使车辆的蓄电池放电的方法，所述蓄电池包括多个电池单元，各个电池单元适于储存电量，所述方法包括：

利用蓄电池管理系统使所述蓄电池放电直到所述蓄电池的电气特征达到预先限定的阈值，

其中，所述蓄电池管理系统设置成控制所述多个电池单元的第一组独立于所述多个电池单元的至少第二组进行放电，其中所述多个电池单元的所述组或各个组包括一个或多个电池单元，

并且其中，所述蓄电池管理系统布置成平衡所述电池单元的电量。

2.根据权利要求1所述的使车辆的蓄电池放电的方法，其中，所述蓄电池管理系统适于控制多个开关以选择性地使所述多个电池单元的所述第一组独立于所述多个电池单元的所述至少第二组进行放电。

3.根据权利要求1所述的使车辆的蓄电池放电的方法，其中，所述电气特征为以下特征中的一者：

在所述一个或多个电池单元中所储存的电量或者由所述一个或多个电池单元所储存的电量，或者

所述蓄电池两侧的电压或电势差。

4.根据前述权利要求中任一项所述的使车辆的蓄电池放电的方法，包括：

根据预先限定的标准按优先次序使一个或多个电池单元放电。

5.根据权利要求4所述的使车辆的蓄电池放电的方法，其中，所述预先限定的标准为以下的一者或多者：

所述一个或多个电池单元在所述蓄电池的壳体内的物理位置；

检测到所述一个或多个电池单元的损坏；或者

车辆设计。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的使车辆的蓄电池放电的方法，包括：

使所述蓄电池的端子与所述蓄电池的电池单元隔离。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的使车辆的蓄电池放电的方法，其中，所述车辆事件包括：

所述车辆的撞击；或者

所述车辆的淹浸；或者

对所述车辆的维护或维修活动；或者

所述车辆的电隔离或绝缘系统的失效。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的使车辆的蓄电池放电的方法，其中，控制所述一个或多个电池单元的放电以防止所述蓄电池的温度达到阈值水平。

9.一种使车辆的蓄电池释放电量的系统，所述蓄电池具有多个电池单元，各个电池单元适于储存电量，所述使车辆的蓄电池释放电量的系统包括：使各个电池单元的电量平衡的蓄电池管理系统，以及检测车辆事件的传感器，其中，所述蓄电池管理系统在收到指示已发生所述车辆事件的信号时配置成开始实施通过一个或多个能量耗散装置进行的对储存在所述蓄电池的一个或多个电池单元中的电能的放电周期，其中，所述蓄电池管理系统适于控制所述多个电池单元的第一组独立于所述多个电池单元的至少第二组进行放电，其中，所述多个电池单元的所述第一组包括一个或多个电池单元。

10.根据权利要求9所述的使车辆的蓄电池释放电量的系统，其中，所述一个或多个能量耗散装置包括无源蓄电池调节器或者有源蓄电池平衡器。

11.根据权利要求9所述的使车辆的蓄电池释放电量的系统，其中，所述蓄电池是为电动驱动马达提供电力以推进车辆的牵引蓄电池。

12.根据权利要求9至11中的任一项所述的使车辆的蓄电池释放电量的系统，其中，所述车辆事件为车辆撞击，并且所述传感器为测量所述车辆的减速或者检测碰撞冲击的撞击传感器。

13.根据权利要求9至11中的任一项所述的使车辆的蓄电池释放电量的系统，其中，所述车辆事件为所述车辆的淹浸，并且所述传感器为检测在不适宜的位置处存在水的水传感器。

14.根据权利要求9至11中的任一项所述的使车辆的蓄电池释放电量的系统，其中，所述车辆事件为维护事件，并且所述传感器为在维护所述车辆期间能够操作的开关。

15.根据权利要求9至11中的任一项所述的使车辆的蓄电池释放电量的系统，包括使所述蓄电池的端子与所述多个电池单元电气断开的隔离器。

16.一种蓄电池，所述蓄电池包括根据权利要求9所述的使车辆的蓄电池释放电量的系统。

17.一种车辆，所述车辆包括根据权利要求9至15中的任一项所述的使车辆的蓄电池释放电量的系统。

18.一种使车辆蓄电池放电的方法，所述蓄电池具有多个电池单元，各个所述电池单元适于储存电量，所述方法利用设置成使各个电池单元的电量平衡的蓄电池管理系统，所述方法包括：

通过一个或多个传感器检测撞击事件，并且响应于所述撞击事件；

利用所述蓄电池管理系统使所述车辆蓄电池的一个或多个电池单元放电直到所述蓄电池的电气特征达到预先限定的阈值。

19.一种配置成实施根据权利要求18所述的方法的使车辆的蓄电池释放电量的系统，所述使车辆的蓄电池释放电量的系统包括：使各个电池单元的电量平衡的蓄电池管理系统，以及检测撞击事件的传感器，其中，所述蓄电池管理系统在收到指示已发生撞击事件的信号时配置成开始实施通过能量耗散装置进行的对储存在所述蓄电池的一个或多个电池单元中的电能的放电周期。

20.一种蓄电池，所述蓄电池包括根据权利要求19所述的使车辆的蓄电池释放电量的系统。

21.一种车辆，所述车辆包括根据权利要求16所述的蓄电池或者根据权利要求19所述的使车辆的蓄电池释放电量的系统。