CN104569543A - 电压感测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种电压感测系统和方法,所述电压感测系统和方法用于具有多个电池单元的车辆牵引电池。所述电压感测系统包括:电池控制器;多个电路,每个电路分别连接到所述多个电池单元中的至少一个,并包括用于限制电流通过所述每个电路的电子元件;多条导线,每条导线分别连接到所述多个电路中的一个和控制器,所述多个电路中的一个与用于限制电流的电子元件中的相应一个串联。

Description

电压感测系统和方法
技术领域
本公开涉及一种电压感测系统和方法。
背景技术
根据使用了感测电池的电压的应用,由于许多原因,感测电池的电压可能较为重要。例如,在可使用由许多较小的电池单元组成的高压电池的电动车辆或混合动力电动车辆的情况下,对于许多控制功能而言重要的是知晓每个电池单元或一组电池单元中的电压,这些控制功能包括:控制再生制动决定,使用发动机还是电动机推进车辆;如何控制车辆中的各种电负载(例如,空调),其他示例不一一列举。在诸如这些的应用中,电导体(例如导线)可用于从一个电池单元或多个电池单元向车辆中的控制器输送电压信息。在正常情况下,这种导线将仅输送低电流负载,并因此可能会具有相对小的规格。
如果这些导线中的两条或更多条短接在一起,则它们所连接到的电池单元也将短接在一起,并且大量的电流可能随后流过这些导线,而这些导线可能没有配置为应对这种负载。通过额外的嵌入式电流保护器(例如,保险丝)保护导线通常不是解决潜在问题的好的方案。首先,可能存在阻止嵌入式元件用于这些“感测导线”的工业设计标准。其次,将元件绞接成小规格的感测导线产生新的问题,例如,支撑具有额外的元件重量的导线以不过度压迫导线连接到元件的两个绞接处。因此,在车辆的整个寿命周期中确保绞接处的可靠性会出现不间断存在的问题,例如,如果两个绞接处中的一个变成分开或部分分开,则错误的电压信息或没有信息会被传输到控制器。
因此,存在对于一种用于保护电压感测导线不受非期望的大电流负载的影响且没有依靠嵌入式保险丝保护的系统和方法的需要。
发明内容
本发明的至少一些实施例包括一种用于具有多个电池单元的车辆牵引电池的电压感测系统。所述电压感测系统包括:电池控制器,可以(例如)被构造为基于来自所述多个电池单元的输入确定所述多个电池单元的电压;多个电路,每个电路分别连接到所述多个电池单元中的至少一个,并包括用于限制电流通过所述每个电路的电子元件;多条导线,每条导线分别连接到控制器和所述多个电路中的一个,所述多个电路中的一个与用于限制电流通过所述导线的电子元件中的相应一个串联。
一种用于具有多个电池单元的车辆牵引电池的电压感测系统,所述电压感测系统包括:电池控制器;多个电路,每个电路分别连接到所述多个电池单元中的至少一个,并包括用于限制电流通过所述每个电路的电子元件;多条导线,每条导线分别连接到控制器和所述多个电路中的一个,所述多个电路中的一个与用于限制电流的电子元件中的相应一个串联。
所述电压感测系统还包括多个印刷电路板,在每个印刷电路板上设置有所述多个电路中的一个。
所述多个电池单元中的每个包括附着到其上的至少一个汇流排,并且印刷电路板中的至少一些通过汇流排中的相应一个分别连接到所述多个电池单元中的至少一个。
所述多个电路中的每个连接到相应的单个电池单元。
电子元件是电阻器或保险丝中的一种。
所述多条导线中的每条被构造为输送低水平的电流。
本发明的至少一些实施例包括一种用于具有多个电池单元的车辆牵引电池的电压感测系统。所述电压感测系统包括:控制器,被构造为基于来自所述多个电池单元中的至少一个的输入确定电压。所述电压感测系统还包括:导体,电连接到所述多个电池单元中的至少一个和控制器;电路,连接到所述多个电池单元中的至少一个和导体,并包括用于限制电流通过导体的电子元件。
一种用于具有多个电池单元的车辆牵引电池的电压感测系统,所述电压感测系统包括:控制器,被构造为基于来自所述多个电池单元中的至少一个的输入确定电压;导体,电连接到所述多个电池单元中的至少一个和控制器;电路,连接到所述多个电池单元中的至少一个和导体,并包括用于限制电流通过导体的电子元件。
所述电压感测系统还包括具有电路设置在其上的印刷电路板。
所述电压感测系统还包括附着到所述多个电池单元中的至少一个的汇流排,并且印刷电路板通过汇流排电连接到所述多个电池单元中的至少一个。
电子元件是电阻器或保险丝中的一种。
所述电压感测系统还包括多个导体,所述多个导体中的每个电连接到所述多个电池单元中的相应一个或更多个电池单元和控制器,使得所述一个或更多个电池单元中的每个向控制器提供单独的输入。
所述多个导体中的每个电连接到相应的单个电池单元和控制器。
所述多个导体中的每个包括被构造为输送低水平的电流的导线。
本发明的至少一些实施例包括一种用于车辆牵引电池的电压感测系统,所述车辆牵引电池具有电池控制器,所述电池控制器被构造为确定所述多个电池单元中的各个电池单元的电压。所述电压感测系统包括:电路,连接到所述多个电池单元中的一个,并包括串联连接在所述一个电池单元与控制器之间的限流电子元件;导线,连接到电路和控制器。
本发明的至少一些实施例包括一种用于具有牵引电池的车辆的电压感测方法,所述牵引电池具有多个电池单元,所述多个电池单元结合到控制器。所述电压感测方法包括:限制电流通过多个电路中的每个,每个电路分别连接到所述多个电池单元中的至少一个和控制器。
一种用于具有牵引电池的车辆的电压感测方法,所述牵引电池具有结合到控制器的多个电池单元,所述电压感测方法包括:限制电流通过多个电路中的每个,每个电路分别连接到所述多个电池单元中的至少一个和控制器。
限制电流的步骤包括:将保险丝整合到所述多个电路中的一个中,使得保险丝串联连接在所述多个电池单元中的至少一个与控制器之间。
限制电流的步骤包括:将电阻器整合到所述多个电路中的一个中,使得电阻器串联连接在所述多个电池单元中的至少一个与控制器之间。
控制器被构造为确定所述多个电池单元中的至少一个中的每个的电压。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的电压感测系统的示意性表示;
图2是图1中示出的电压感测系统10的一部分的侧视图;
图3是图2中示出的电压感测系统的所述一部分的俯视图。
具体实施方式
根据需要,在此公开本发明的详细实施例;然而,将理解的是,所公开的实施例仅仅是本发明的示例,本发明可以以各种和替代形式实施。附图不一定按照比例;可以夸大或最小化一些特征,以示出特定组件的细节。因此,在此公开的具体结构和功能性细节不应解释为限定,而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式应用本发明的代表性基础。
图1示出了根据本发明的实施例的电压感测系统10的示意性表示。在图1中示出的示例中,电压感测系统10正在与高压牵引电池12一起使用,高压牵引电池12具有可与(例如)电动车辆或混合动力电动车辆,尤其与这种车辆的牵引电机一起使用的类型。电池12由许多电池单元14、16、18、20、22、26、28、30、32、34、36组成。在附图中,这些电池单元被标记为X1、X2、X3、X4、X5…Xn-5、Xn-4、Xn-3、Xn-2、Xn-1、Xn,这些标号指示在电池12中可以有任何数量的电池单元,图1中仅示出了这些电池单元中的十一个电池单元。
导体电连接到电池单元14至36中的每个,在本示例中导体是小规格导线40、42、44、46、50、52、54、56、58、60、62。导线40至62中的每个的一端连接到电池单元14至36中的相应一个的正端子,同时导线40至62的每个的另一端终止于电池控制器63,电池控制器63被构造为确定电池单元14至36的电压。导线40至62中的每个向控制器63提供输入,且该输入与来自在前相邻的电池单元的参考电压作比较。例如,来自电池单元16的输入(由导线42提供)与来自电池单元14的输入(由导线40提供)通过控制器63作比较。来自电池单元14的输入作为用于确定电池单元16中的电压的参考电压。除了没有在前相邻的电池单元的电池单元14以外,对于每个电池单元来说该方法均相同。因此,为了有助于确定电池单元14的电压,另一条导线64连接到电池单元14的负端子且也终止于电池控制器63。导线64向控制器63提供用于电池单元14的参考输入。图1中还示出了导体66、68,导体66向母线电气中心提供来自电池12的正高压输出(HV+),且导体68向母线电气中心提供来自电池12的负高压输出(HV-)。
虽然图1中示出的实施例示出了电池单元14至36中的每个经由其自己的导体40至62连接到控制器63,因而电池单元14至36中的每个向控制器63提供单独的输入,但是在其它实施例中仅电池单元中的一些可被构造为具有它们的感测电压,或可选地,电池单元中的几组可连接在一起并具有它们的共同确定的电压。在一些电池单元布置中,电池单元中的至少一些可并行地连接,在这种情况下测量每个并行组将提供电池单元中的每个的测量电压。因此,本发明考虑用于电压感测的各种构造。
图1中还示出了多个电路,通过印刷电路板70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90示意性地示出了多个电路。电路(在本实施例中是电路板70至90)中的每个连接到电池单元14至36中的相应一个,还连接到导线40至62中的相应一个。在不是所有的电池单元都具有它们的感测电压的不同的实施例中,电路可仅连接到电池单元中的某些电池单元。然而,在本实施例中,电路中的每个连接到相应的单个电池单元。额外的电路(示出为电路板92)连接到电池单元14的负端子和向电池控制器63输送参考电压的导线64。如接下来更详细地解释,电路中的每个与电子元件一起构造,与导线40至62中的相应一个串联连接,用于限制流过导线40至62中的相应一个的电流。按照这种方式,为导线40至64中的每个提供过电流保护,导线40至64可具有相对小的规格并被构造为输送低水平的电流。
汇流排94、96、98、100、102、104、106、108、110、112、114中的至少一个连接到电池单元14至36中的每个。在图1中示出的实施例中,汇流排94至114中的每个将一个电池单元的正端子连接到相邻电池单元的负端子,因而电池单元中的每个串联连接。电路板70至90中的每个分别通过汇流排94至114中的一个连接到电池单元的正端子;相反地,电路板92直接地连接到电池单元14的负端子,而没有使用汇流排。参考图1中示出的串联布置,电池(例如,具有70至80个电池单元的电池12,每个电池单元具有3.5至4伏(V)的输出电压)可具有接近300V的总输出电压。在这种应用中,感测导线40至62通常将输送极低水平的电流(例如,接近100毫安(mA)),但是作为设计考虑,选择的导线使它们能够输送较大的电流负载。例如,根据周围温度和导线上绝缘材料的种类,对于图1中示出的应用(即,用于车辆中的高压电池的电压感测),导线可以是(例如)能够输送10A或更大的电流的22AWG(美国线规)。因此,如在此所使用的,被构造(例如,被选择)为输送“低水平电流”的导线将被设定为用于输送10A或更小的电流。
图2示出了电池单元14的一部分的侧视图。具体地,示出了正端子116沿着柱状电池单元14的顶部,并且正端子116通过塑料保持件118与电池单元“容器”隔开,塑料保持件118还用于辅助支撑端子116。如图2所示,汇流排94电连接到端子116,并且它还电连接到电路板70。与汇流排94类似,其它汇流排96至114可根据具体应用经由熔接、焊接或甚至导电粘合剂而附着到它们各自的电路板72至90。塑料壳体120至少部分地包围汇流排94和电路板70,并提供电气隔离和保护以不与其它电池单元或甚至其它非电池元件接触。导线40附着到印刷在电路板70上的电路,导线40还能经由熔接、焊接或通过一些其它的导电方式附着到电路板70。
电子元件122附着到电路板70,电子元件122被构造为限制流过其的电流量。电子元件122可以是(例如)保险丝或电阻器。对于在此描述的应用,在该应用中100mA的电流通常可流过导线40至62,1A保险丝可适用于电路板70至90。使用电阻器代替保险丝的话,0.5Ohm电阻器可适用。元件122可通过任何的有效方式(例如,通过表面安装技术(SMT)、波动焊接等)附着到印刷在电路板70上的电路。因为印刷在电路板70上的电路设置在导线40与电池14的端子116之间,所以经过导线40的电流将被限制到允许流过元件122的水平。
图3示出了图2中示出的元件的俯视图。如图3所示,导线40经由焊接板124附着到电路板70。图3清楚地示出了由本发明的电压感测系统所提供的过电流保护与嵌入式装置之间的差别。如上所讨论,嵌入式装置需要两个绞接的连接点,在导线40的情况下,这两个绞接的连接点位于导线40在电池单元14处的连接点与电池控制器63之间的某处(再次见图1)。相反地,本发明的实施例在导体(即电压感测导线)中不需要绞接,而提供过电流保护。更进一步,如以上在附图中示出和描述的,在由电路中的一个或更多个电子元件提供过电流保护的情况下,每条导线的一端可终止于电池控制器且另一端终止于电路。虽然在此示出和描述的本发明的实施例涉及用于车辆的高压电池中的电池单元的电压感测(其中相对低的水平的电流可能是常见的),但是本发明还可用于具有相对高的标称电流负载的其它应用(但是在其他应用中嵌入式电流保护是不实际的或不可实现的)。
虽然上面描述了根据本发明的系统的实施例,但是根据本发明的实施例的电压感测方法,更具体地,用于具有牵引电池(具有结合到控制器的多个电池单元)的车辆的电压感测方法可包括(例如)限制电流通过多个电路中的每个的步骤,而每个电路分别连接到多个电池单元中的至少一个和控制器,例如,参见图1中示出的电路70至90和电池单元14至36。限制电流的步骤可包括将保险丝或电阻器整合到电路中的一个中,使得保险丝串联连接在多个电池单元中的至少一个与控制器之间。
虽然上面已经描述了示例性实施例,但是这些实施例并不意图描述本发明的所有可能的形式。更进一步,在说明书中使用的词语是说明性词语而不是限制性词语,将被理解的是,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以做出各种改变。另外,可以结合各种实施的实施例的特征以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (7)

1.一种用于车辆牵引电池的电压感测系统,所述车辆牵引电池具有电池控制器,所述电池控制器被构造为确定多个电池单元中的各个电池单元的电压,所述电压感测系统包括:
电路,连接到所述多个电池单元中的一个电池单元,并包括串联连接在所述一个电池单元与控制器之间的限流电子元件;
导线,连接到电路和控制器。
2.根据权利要求1所述的电压感测系统,所述电压感测系统还包括印刷电路板,在所述印刷电路板上设置有所述电路。
3.根据权利要求2所述的电压感测系统,所述电压感测系统还包括多个电路、多个印刷电路板和多条导线,所述多个电路中的每个分别设置在所述多个印刷电路板中的一个上,所述多个印刷电路板中的每个分别连接到所述多个电池单元中的至少一个和所述多条导线中的一条。
4.根据权利要求3所述的电压感测系统,其中,所述多个电路中的每个连接到相应的单个电池单元。
5.根据权利要求3所述的电压感测系统,其中,所述多个电池单元中的每个包括附着的至少一个汇流排,并且所述多个印刷电路板中的至少一些通过汇流排中的相应一个分别连接到所述多个电池单元中的至少一个。
6.根据权利要求3所述的电压感测系统,其中,所述多条导线中的每条被构造为输送低水平的电流。
7.根据权利要求1所述的电压感测系统,其中,电子元件是电阻器或保险丝中的一种。
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