CN104716703B - 带有自调式电阻的蓄电池放电装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个示例性方面，一种蓄电池放电装置除了其他方面以外包括：配置用于感测高压电源的参数的传感器，与传感器通信的控制器，以及响应于来自控制器的命令信号释放储存于高压电源中的能量的放电电路。该放电电路包括多个相互并联连接的电阻器。

Description

带有自调式电阻的蓄电池放电装置

技术领域

本发明涉及电气化车辆，以及更具体但不完全地，涉及一种在异常事件之后释放储存于电气化车辆高压电源中的能量的蓄电池放电装置。

背景技术

混合动力车辆(HEV)，插电式混合动力车辆(PHV)，纯电动车(BEV)，燃料电池车辆以及其他公知的电气化车辆不同于传统机动车辆之处在于他们靠一个或多个电机(即，电动机和/或发电机)代替内燃发动机来提供动力或除了内燃发动机以外还靠一个或多个电机(即，电动机和/或发电机)来提供动力。为这些类型的电机提供动力的高电压电流典型地由拥有一个或多个储存能量的蓄电池单元的牵引蓄电池系统来供应的。

牵引蓄电池系统的一个或多个蓄电池单元可能会在例如车辆碰撞这样的异常事件过程中遭到损坏。期望在这样的事件之后回收利用损坏的蓄电池单元。然而，可能需要消散储存于蓄电池单元内的能量以使电池在从电气化车辆中移出前呈现惰性(即，零电压状态)。

发明内容

根据本发明的一个示例性方面，蓄电池放电装置除了其他方面以外包括：配置用于感测高压电源的参数的传感器，与传感器通信的控制器，以及响应于来自控制器的命令信号释放储存于高压电源中的能量的放电电路。该放电电路包括彼此相互并联连接的多个电阻器。

在上述蓄电池放电装置的进一步非限制性实施例中，传感器为电压传感器。

在上述任一蓄电池放电装置的进一步非限制性实施例中，传感器为电流传感器。

在上述任一蓄电池放电装置的进一步非限制性实施例中，传感器为组合的电压和电流传感器。

在上述任一蓄电池放电装置的进一步非限制性实施例中，接触器位于放电电路和高压电源之间。

在上述任一蓄电池放电装置的进一步非限制性实施例中，接触器包括能够在第一位置与第二位置之间激活的转换器，其中第一位置关闭高压电源与放电电路之间的连接，并且第二位置开启该连接。

在上述任一蓄电池放电装置的进一步非限制性实施例中，控制器由与高压电源分离的蓄电池来提供动力。

在上述任一蓄电池放电装置的进一步非限制性实施例中，布线系统将传感器电连接于控制器。

在上述任一蓄电池放电装置的进一步非限制性实施例中，开关装置与多个电阻器中的每一个串联连接。

在上述任一蓄电池放电装置的进一步非限制性实施例中，控制器配置用于至少激活开关装置以便将多个电阻器的附加电阻器接入放电电路内操作。

根据本发明的另一个示例性方面，电气化车辆除了其他方面以外包括：蓄电池，为电机提供动力的高压电源和由蓄电池提供动力并配置用于释放储存于高压电源中的能量的蓄电池放电装置。

在上述电气化车辆的进一步非限制性实施例中，高压电源为电气化车辆的牵引蓄电池系统。

在上述任一电气化车辆的进一步非限制性实施例中，蓄电池位于电气化车辆上。

在上述任一电气化车辆的进一步非限制性实施例中，蓄电池放电装置包括多个相互并联连接的电阻器，并且多个电阻器中的每一个与转换器串联连接。

在上述任一电气化车辆的进一步非限制性实施例中，蓄电池放电装置为与电气化车辆分离的独立单元。

根据本发明的另一个示例性方面，一种方法除了其他方面以外包括：连接蓄电池放电装置至电气化车辆的高压电源，用位于电气化车辆上的蓄电池为蓄电池放电装置提供动力，和用蓄电池放电装置释放储存于高压电源中的能量。

在上述方法的进一步非限制性实施例中，连接的步骤包括在车辆碰撞之后电连接蓄电池放电装置至高压电源。

在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，方法包括在放电的步骤前感测与高压电源相关的参数的步骤。

在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，放电的步骤包括激活第一开关装置使能量释放到蓄电池放电装置的第一电阻器。

在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，方法包括至少激活第二转换器以便向放电电路中添加并联电阻。

可以单独或以任意组合得到前述段落、权利要求书或具体实施方式及附图的实施例、示例和替代物，包括任何它们的各个方面或各自的特征。结合一个实施例描述的特征可以适用于所有实施例，除非这些特征是不兼容的。

通过下面的具体实施方式，对本领域的技术人员来说，本发明的各种特征和优点将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可以简单描述如下。

附图说明

图1示意性地描述了电气化车辆的动力传动系统；

图2描述了蓄电池放电装置；

图3示意性地描述了释放储存于电气化车辆的高压电源中的能量的方法。

具体实施方式

本发明涉及用于释放储存于电气化车辆的高压电源中的能量的蓄电池放电装置。蓄电池放电装置是与电气化车辆分离的独立单元，且可连接到电气化车辆。蓄电池放电装置可以包括感测与高压电源相关的参数的传感器以及监控感测到的参数的控制器。基于感测到的参数，控制器可以命令放电电路的操作。放电电路包括多个并联电阻器，该多个并联电阻器可以选择性地接入电路以便为了释放储存于高压电源中的能量而增加并联电阻。这里将更详细地讨论这些和其他特点。

图1示意性地描述了如HEV这样的电气化车辆12的动力传动系统10。应当理解的是，尽管描述为HEV，但此处描述的概念并不限于HEV，并且可以延伸到包括但是不限于PHEV、BEV以及燃料电池车辆的其他电气化车辆。

在一个实施例中，动力传动系统10是使用第一驱动系统和第二驱动系统的功率分流系统，该第一驱动系统包括发动机14和发电机16(即，第一电机)的组合，并且该第二驱动系统包括至少马达36(即，第二电机)、发电机16和牵引蓄电池系统50。例如，马达36、发电机16和牵引蓄电池系统50可以构成动力传动系统10的电动驱动系统25。如下面更加详细讨论的，第一和第二驱动系统产生扭矩以驱动电气化车辆12的一组或多组车辆驱动轮30。

发动机14——例如内燃发动机——和发电机16可以通过动力传输单元18连接。在一个非限定性实施例中，动力传输单元18是行星齿轮组。当然，包括其他齿轮组和变速器的其他类型的动力传输单元也可以用于将发动机14连接到发电机16。动力传输单元18可以包括环形齿轮20、太阳齿轮22和齿轮架总成24。当充当发电机的时候，发电机16由动力传输单元18驱动，以将动能转换成电能。作为选择地，发电机16可以起马达的作用以将电能转换成动能，因此向连接到动力传输单元18的齿轮架总成24的轴26输出扭矩。因为发电机16可操作地连接到发动机14，发动机14的速度可以由发电机16控制。在另一个实施例中，发动机14充当发电机，且马达36驱动车辆驱动轮30

动力传输单元18的环形齿轮20可以连接到轴28，该轴28通过第二动力传输单元32连接到车辆驱动轮30。第二动力传输单元32可以包括具有多个齿轮34A、34B、34C、34D、34E和34F的齿轮组。其他动力传输单元也可以是适合的。齿轮34A-34F将扭矩从发动机14传输到差速器38以向车辆驱动轮30提供牵引力。差速器38可以包括多个能够将扭矩传输到车辆驱动轮30的齿轮。第二动力传输单元32通过差速器38机械地耦接到轮轴40以将扭矩分配到车辆驱动轮30。

马达36还可以用于通过向轴46输出扭矩来驱动车辆驱动轮30，该轴46也连接到第二动力传输单元32。在一个实施例中，马达36和发电机16是再生制动系统的一部分，在该再生制动系统中，马达36和发电机16二者均可以用作马达以输出扭矩。例如，马达36和发电机16的每一个可以向高压母线48和牵引蓄电池系统50输出电力。牵引蓄电池系统50可以是能够输出电力以操作马达36和发电机16的高压蓄电池。其他类型的能量储存装置和/或输出装置也可以合并用于与电气化车辆12一起使用。牵引蓄电池系统50可以包括一个或多个储存为马达36和/或发电机16提供动力所必须的能量的蓄电池单元55。

马达36、发电机16、动力传输单元18和动力传输单元32可以总体地被称为电气化车辆12的驱动桥42或变速器。因此，当驾驶员选择特定挡位时，驱动桥42被适当地控制以通过向车辆驱动轮30提供牵引力来为推动电气化车辆12向前提供相应的排挡。

动力传动系统10可以另外包括用于监控和/或控制电气化车辆12的不同方面的控制系统44。例如，控制系统44可以与电力驱动系统25、动力传输单元18、32或其他组件通信以监控和/或控制电气化车辆12。控制系统44包括电子设备和/或软件以执行必要的控制功能来运行电气化车辆12。在一个实施例中，控制单元44是组合式车辆系统控制器和动力传动系统控制模块(VSC/PCM)。尽管示为单一的硬件装置，但控制系统44可以包括多硬件装置形式的多个控制器，或一个或多个硬件装置内的多个软件控制器。

控制器局域网络(CAN)52允许控制系统44与驱动桥42通信。例如，控制系统44可以接收来自驱动桥42表示是否正进行挡位之间变换的信号。控制系统44还可以与牵引蓄电池系统50的电池控制模块或其他控制装置通信。

此外，电力驱动系统25可以包括一个或多个控制器54，例如逆变器系统控制器(ISC)。例如，为了支持双向功率流，控制器54配置用于控制驱动桥42内的具体组件，例如发电机16和/或马达36。在一个实施例中，控制器54是结合可变电压转换器的逆变器系统控制器(ISC/VVC)。

图2描述了可以用于在异常事件在之后消散储存于高压电源中的能量的蓄电池放电装置60。例如，在一个非限制性实施例中，牵引蓄电池系统50(见图1)的一个或多个内部组件(蓄电池盒、托盘、控制器、感测布线、阵列等)会响应于车辆碰撞而损坏。蓄电池放电装置60可以用于通过消散储存于蓄电池单元55内的能量至零电压状态或低于当前SOC(荷电状态)的任何SOC来使牵引蓄电池系统50呈现惰性。需要理解的是，在本发明公开的范围内，可以通过蓄电池放电装置60来为其他高压电源放电。

在一个实施例中，蓄电池放电装置60是与电气化车辆12分离的独立单元，且可连接到电气化车辆12。换句话说，蓄电池放电装置60是可运输的，并且可以以相对简单地方式由用户携带。

在一个实施例中，蓄电池放电装置60包括传感器62、控制器64、放电电路66以及接触器68。传感器62、控制器64、放电电路66以及接触器68中的每一个都可以容纳在外壳70内。外壳70可以包括用于运送蓄电池放电装置60到需要释放消散的高压电源的位置的把手75。在图2中以高度示意的方式描述了外壳70，其尺寸、形状和基本配置并非限制于本发明所公开的内容。

在一个实施例中，传感器62为电压传感器。在另一实施例中，传感器62为电流传感器。在又一个实施例中，传感器62为组合的电压和电流传感器。传感器62可以感测一个或多个与如图1的牵引蓄电池系统50这样的高压电源的相关的参数(即，电压、电流等)。该信息可以通过布线系统72传送至控制器64。在一个实施例中，布线系统72包括电连接控制器64和传感器62的四条电线，然而其他配置也是可预期的。

在一个实施例中，控制器64为基于微处理器的控制器。该微处理器包括用于监控来自传感器62的反馈的必要的硬件和软件。如下面对于图3更加详细地讨论的，控制器64同样可以与接触器68和放电电路66通信并控制其操作。

接触器68包括至少一个用于有选择地开启和关闭放电电路66和高压电源之间连接的转换器74(如图3所示)。换言之，接触器68放置于放电电路66和高压电源之间并可以将蓄电池放电装置60耦接至高压电源，或与高压电源解耦。当转换器74闭合时，接触器68耦接放电电路66至高压电源以便使高压电源放电。反之，当开启时，接触器68将蓄电池放电装置60与高压电源解耦。

放电电路66充当消耗储存于高压电源中的能量的负载。例如，放电电路66可以包括多个电阻器76-1、76-2、76-3以及76-N。电阻器的数量N可以变化，且不旨在限制本发明所公开的内容。在一个非限制性实施例中，电阻器76-1、76-2、76-3以及76-N彼此并联放置。电阻器76-1、76-2、76-3以及76-N中的每一个可以分别串联连接开关装置78-1、78-2、78-3以及78-N。作为非限制性实施例，开关装置78-1、78-2、78-3以及78-N可以是转换器或继电器。在一个实施例中，放电电路66对放电状态下的高压电源的电压很敏感。如相对于图3更加详细地讨论的，附加电阻器76-2、76-3到76-N可以接入操作以便减少消散储存于高压电源中的能量所需要的时间量。

图3示意性地描述了运用蓄电池放电装置60释放储存于高压电源80中的能量的方法。可以响应于与电气化车辆12相关的异常事件而执行该方法。在一个实施例中，异常事件为在某种程度上损坏高压电源80的车辆撞击。在另一个实施例中，异常事件为隔离故障。然而，其他事件同样可以触发消散储存于高压电源80中的能量的必要性。需要理解的是，在此所描述的放电过程可以包括附加步骤，并且可以以与下面的具体描述不同的顺序来执行步骤。

蓄电池放电装置60可以在异常事件发生后的某个时间点连接至高压电源80。蓄电池放电装置60可以以任何公知的方式连接至高压电源80。在一个非限制性实施例中，可以用标准电夹(未显示)来连接蓄电池放电装置60至高压电源80的正极(+)和负极(-)。电夹可以是弹簧夹、鳄鱼夹或任何其他用于电连接两个组件的装置。

蓄电池放电装置60可以连接至蓄电池82，并由蓄电池82提供动力。该连接可以通过任何公知的方式来实现，并且可以与用于连接蓄电池放电装置60至高压电源80的连接方法相似或不相似。在一个非限制性实施例中，蓄电池82为位于靠高压电源80提供动力的同一辆电气化车辆上的12V蓄电池。在一个实施例中，蓄电池82是与高压电源80分离的电源。

在完成运行蓄电池放电装置60所需的各种连接以后，蓄电池放电装置60的传感器62可以感测与高压电源80相关的参数。在一个实施例中，感测到的参数包括高压电源80的电压读数。在另一实施例中，感测到的参数包括高压电源80的电流读数。在又一实施例中，感测到的参数包括高压电源80的电压读数和电流读数。

传感器62可以与控制器64在布线系统72上通信。例如，传感器62可以向控制器64传递与感测到的参数相关的信息。控制器64运用内部逻辑来分析感测到的参数，以便确定何时以及如何操作接触器68和放电电路66。

控制器64命令接触器68闭合，以开始放电过程。例如，控制器64可以在路径90上传递信号至接触器68，命令转换器74由开启位置P至闭合位置P’的激活。以这种方式闭合转换器74来耦接放电电路66至高压电源80，以便可以开始消散过程。

来自于高压电源80的能量被消散到放电电路66的电阻器76-1、76-2、76-3以及76-N中。在一个非限制性过程中，激活第一开关装置78-1以开始将能量消散到第一电阻器76-1中。由于放电过程遵循欧姆定律(即，V＝IR)，消散随能量剩余量的减少而减速。因此，随着储存于高压电源80的能量的下降，可以通过激活开关装置78-2将第二电阻器76-2与第一电阻器76-1并联接入操作，以便加速放电过程。两个完全相同的并联电阻将具有为任一单独的原始电阻的一半的总电阻。通过以这种方式减小电阻，电流增大，从而减少了使高电压电源80放电至零电压状态所需时间量。附加电阻器76-3至76-N可以通过激活开关装置78-3至78-N与第一电阻器76-1和第二电阻器76-2并联接入放电电路66，以便进一步加速放电过程。

将附加电阻接入操作的决定是由控制器64来做出的。在一个实施例中，控制器64基于其接收到的来自传感器62的反馈而将附加电阻76-2至76-N接入操作。对于特定的放电过程，控制器64可以传递命令信号92，该命令信号92包括用于操作开关装置78和放电电路电阻器76的指令。控制器64可以监控各种用于测定何时接入附加电阻器76的信息，包括但不限于，电阻器76的温度、每一个电压阶跃的时间、电流电平的时间、电阻器76的最大额定电流、系统布线的最大额定电流、来自蓄电池82的低电压信号，以及外壳70的温度。

因此，蓄电池放电装置60提供了能够维持放电电流通过电阻网络的自调式电阻系统。用这种方法，不同的高压电源设计可以通过同一个蓄电池放电装置60来放电。

尽管将不同的非限定性实施例描述为具有特定的组件或步骤，但本发明的实施例并不限于那些特定的组合。结合来自任一非限定性实施例的一些组件或部件使用来自任一其他非限定性实施例的部件或组件是可能的。

应该理解的是，相同的附图标记标识多个附图中的相应的或相似的元件。应该理解的是，尽管在这些示例性实施例中公开并描述了特定组件布置，但其他布置也可以从本发明的教导中得到益处。

前述说明书应该被理解为说明性的而没有任何限定性意义。所属领域的技术人员将要理解，在本发明的范围内可以发生特定变型。由于这些理由，应当通过研究下面的权利要求书来确定本发明的真实范围和主题。

Claims (10)

1.一种蓄电池放电装置，包含：

配置用于感测高压电源的参数的传感器；

与所述传感器通信的控制器；以及

响应于来自所述控制器的命令信号释放储存于高压电源中的能量的放电电路，其中所述放电电路包括多个可选择性接入的相互并联连接的电阻器，其中，在放电过程中，随着储存于高压电源的能量的下降，将所述多个可选择性接入的相互并联连接的电阻器中的一个或多个接入放电电路，以便加速放电过程。

2.根据权利要求1所述的蓄电池放电装置，其中所述传感器为电压传感器。

3.根据权利要求1所述的蓄电池放电装置，其中所述传感器为电流传感器。

4.根据权利要求1所述的蓄电池放电装置，其中所述传感器为组合的电压和电流传感器。

5.根据权利要求1所述的蓄电池放电装置，包含位于所述放电电路和所述高压电源之间的接触器。

6.根据权利要求5所述的蓄电池放电装置，其中所述接触器包括能够在第一位置与第二位置之间激活的转换器，其中第一位置关闭所述高压电源与所述放电电路之间的连接，并且第二位置开启所述连接。

7.根据权利要求1所述的蓄电池放电装置，其中所述控制器由与所述高压电源分离的蓄电池来提供动力。

8.根据权利要求1所述的蓄电池放电装置，包含电连接所述传感器和所述控制器的布线系统。

9.根据权利要求1所述的蓄电池放电装置，包含与所述多个电阻器中的每一个串联连接的开关装置。

10.根据权利要求9所述的蓄电池放电装置，其中所述控制器配置用于至少激活所述开关装置以便将多个电阻器的附加电阻器接入所述放电电路内操作。

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