CN110271451B - 具有串联和并联充电和推进模式的模块化电池组系统 - Google Patents

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Abstract

一种模块化电池组系统包括电池组和控制器。电池组具有经由电缆互连的第一和第二电池模块，每个模块具有电池单元串。该电池组具有第一、第二和第三电连接器以及四个开关，这些开关选择性地将该串连接到电连接器中的一个或多个。DC充电连接器电连接到电池模块的第一电连接器之间的电缆中的一个，并将电池组电连接到车外DC快速充电站。响应于对应于所请求模式的输入信号，控制器经由开关控制信号命令每个开关的断开/闭合状态，以建立串联充电模式、并联充电模式，以及电池组的串联和/或并联驱动模式中的一个或多个。机动车辆包括该系统。

Description

具有串联和并联充电和推进模式的模块化电池组系统
背景技术
电动动力系通常包括一个或多个多相/交流(AC)电机。电机的相绕组使用功率逆变器和高压多电池直流(DC)电池组单独供电。位于功率逆变器内的半导体开关对的开关状态控制最终产生适合于给机器相绕组通电的AC输出电压。通电的相绕组最终引起产生转矩的机器旋转和马达转矩。
高压DC电池组形成现代电动车辆、混合动力电动车辆以及其他移动或固定高压系统中使用的类型的可再充电能量存储系统的核心部分。可以使用由车外AC或DC电源提供的充电电力在一些系统配置中选择性地对电池组进行再充电。当车外电源产生具有AC波形的充电电压时，正在充电的系统上的AC-DC转换器将AC波形转换为适合于对电池组内的电池单元充电的DC波形。或者，DC快速充电系统可以用作相对高功率/高速充电选项。
用于给具有电动动力系的现代车辆上的推进功能通电的电池组的电压容量持续增加，以便延长电动行驶里程并提高整体驾驶性能。DC快速充电基础设施和充电方法同样继续发展，以跟上电池容量的改进步伐。然而，将较高功率DC快速充电站整合到现有电池充电基础设施中的深思熟虑步伐应确保在可预见的未来继续需要较旧的较低功率“传统”充电站。由于这种趋势，给定的DC快速充电站可能或可能不能完全给某些电池组充电。
发明内容
本发明涉及模块化高压电池组和开关控制电路，当它们一起使用时，有助于确保电池组与传统的车外DC快速充电站的向后兼容性水平。车辆可以仅使用来自电池组的电力供电，例如电池电动车辆或BEV，或者混合动力电动车辆(HEV)配置，其中可燃燃料也用于点燃发动机。车辆类型以及诸如发电厂的其他系统中都配备有电池组，该电池组具有可能超过DC快速充电站的最大充电电压容量的最大电压容量。
作为说明性示例，可以使用来自传统DC快速充电站的400-500伏DC(VDC)充电电压对400-500VDC电池组进行完全充电。然而，新兴的电池组可以额定为800-1000VDC或更高，因此在这种相对低的充电水平下不能达到完全充电状态。本方法实现了相同配置的模块化电池组，例如，在上述800-1000VDC示例应用中，对于总电压为800-1000VDC，每个额定电压为400-500VDC，以提供与传统DC快速充电站的向后兼容性问题的解决方案。
在特定实施例中，模块化电池组系统包括电池组和控制器。电池组包括基本相同的第一和第二电池模块，它们经由外部电缆彼此电互连。第一和第二电池模块具有相应的电池单元串、第一、第二和第三电连接器，以及第一、第二、第三和第四开关。当闭合时，开关选择性地将电池单元串连接到相应电池组的一个或多个电连接器。该系统还包括多针DC充电连接器，其电连接到第一和第二电池模块的第一电连接器之间的电缆中的一个，DC充电连接器配置成将电池组电连接到车外DC快速充电站。
与每个开关通信的控制器被配置成经由开关控制信号来命令断开或闭合状态，即，选择性地断开或闭合第一、第二、第三和第四开关中的一些或全部。这是响应于所请求的操作模式而完成的，无论是操作员请求还是自主请求。基于该模式，控制器选择性地建立串联充电模式、并联充电模式，以及电池组的串联驱动模式和并联驱动模式中的一个或多个，其中控制器被编程为执行所有这些模式。
在其他实施例中，多个串联充电模式是可能的，以及执行另外一对驱动模式和另外一对充电模式，其中控制器分别在驱动或充电期间断开两个电池模块中的一个，例如，响应于检测到的故障状况。
第一和第二电池模块可以具有400-500VDC的相应电压容量，使得当以串联驱动模式和串联充电模式操作时电池组具有800-1000VDC的电压容量。
在一些实施例中，第一和第二电池模块的第一、第二、第三和第四开关中的至少一个可以是电机接触器。在其他实施例中，第一、第二、第三和第四开关中的至少一个可以是固态开关和二极管。
第一和第二电池模块可选地包括与第三电连接器并联的第四电连接器，例如，具有连接到第四电连接器的辅助电路。
当处于闭合状态时，第一和第二开关分别将第一和第二电池模块中的相应一个的电池单元串连接到第一和第二电池模块的第二和第三电连接器。当处于闭合状态时，第三和第四开关分别将第一和第二电池模块中的相应一个的电池单元串连接到第一和第二电池模块的第一电连接器。
串联充电模式可以包括至少第一和第二串联充电模式，其中控制器被配置成响应于第一和第二电池模块的充电状态中的阈值发散以通过改变第一和第二电池模块的第一和第二开关的断开或闭合状态而在第一和第二串联充电模式之间交替。
该系统可以包括分别直接连接到第一和第二电池模块的第三电连接器的第一和第二牵引功率逆变器模块(TPIM)，以及分别连接到第一和第二TPIM的第一和第二电机。
该系统可以用在车辆上，该车辆具有分别连接到前驱动轴和后驱动轴的前驱动轮和后驱动轮，前驱动轴和后驱动轴分别由第一和第二电池模块驱动。
第一和第二电池模块可以具有相应的第一表面，相应的第一和第二电池模块的电连接器连接到第一表面，以及与第一表面相对定位的第二表面，其特征在于没有电连接器。在一些实施例中，第一和第二电池模块可以布置在电池组中，使得第二表面彼此紧邻地定位。
控制器可以选择性地建立断电模式，其中经由该组开关控制信号断开第一和第二电池模块的第一、第二、第三和第四开关。
控制器可以被配置成检测在第一或第二电池模块中存在故障的故障模式，并且使用没有经历过故障的第一或第二电池模块进入默认驱动或充电操作模式。
本文还公开了一种车辆，其具有上述系统，以及分别连接到前驱动轴和后驱动轴的前驱动轮和后驱动轮，以及分别连接到前TPIM和后TPIM并由前TPIM和后TPIM驱动的前电机和后电机。
以上发明内容并不旨在表示本发明的每个实施例或方面。更确切而言，前述发明内容举例说明了本文所述的某些新颖方面和特征。从以下结合附图和所附权利要求进行的本发明的代表性实施例和模式的具体实施方式中，本发明的上述和其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是经历DC快速充电操作的示例性机动车辆的示意图，其中车辆具有由一对低压电池模块构成的高压电池组，该低压电池模块具有如本文所述的开关控制电路。
图2是高压电池组和控制器的示意性电路图，该控制器可用作图1所示的示例性车辆的一部分。
图3是用于控制图2的高压电池组的可能的串联和并联操作模式以及对应的开关状态的表格。
图4至图7是图2的高压电池组的示意电路图和对应的开关状态，分别为示例性并联驱动模式、串联充电模式、并联充电模式和串联驱动模式。
本发明易于进行修改和替代形式，其中代表性实施例在附图中以示例的方式示出并在下面详细描述。本发明的发明方面不限于所公开的特定形式。更确切而言，本发明旨在涵盖落入由所附权利要求限定的本发明的范围内的修改、等效物、组合和替代。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记表示多个附图中的相同或相似的组件，如图1中示意性示出的模块化多单元高压电池组10用作具有车身200的示例性机动车辆20的动力系的一部分。示出车辆20经历直流(DC)快速充电操作，其中电池组10经由车辆充电端口200C电连接到车外DC快速充电站30，该车辆充电端口使用一定长度的高压充电电缆30C在内部连接到DC充电连接器40(参见图2和图4至图7)。尽管未在图1中示出，但充电电缆30C到充电端口200C的端部连接可以是SAE J1772或CHAdeMO充电连接器，或其他合适的区域或国家标准充电插头或连接器。本教导独立于最终在涉及DC快速充电站30的DC快速充电操作中采用的特定充电标准，因此上述示例仅仅是说明性的。
其内部结构和开关控制在下面参考图2至图7详细描述的电池组10可以用作机动车辆20的一部分或者用作其他电气系统的一部分，诸如固定或移动发电厂、机器人或平台。对于车辆应用，诸如飞机、船舶和铁路车辆的非机动车辆可享有类似的益处。同样地，电池组10可以用作移动系统的动力系的一部分，诸如示例性车辆20，或者用于DC快速充电站30是移动并且使用电池组10的系统保持固定的配置中。为了说明的一致性，在下文中将描述在机动车辆背景下用作车辆20的组成部分的电池组10的示例应用，而不将本发明限制于这样的实施例。
图1的车辆20分别包括前驱动轮14F和后驱动轮14R。在车辆20的全轮驱动(AWD)配置中，驱动轮14F和14R分别连接到单独的前驱动轴11F和后驱动轴11R。如下面特别参考图2所述，在这种AWD实施例中，驱动轴11F和11R可以由电机60(MA)和160(MB)单独供电，这些电机经由对应的牵引功率逆变器模块25和125通电以用作牵引马达。
图1中所示的车身200可以在用户可访问的外部位置处定义或包括充电端口200C。车辆20可以不同地具体实施为具有电池组10的插电式电动车辆，例如，可以选择性地经由来自车外DC快速充电站30的DC快速充电电压V1再充电的多电池锂离子、锌-空气、镍-金属氢化物或铅酸电池组10。当车辆20运行时，由控制器50(图2)执行电池组10的开关控制，以最终产生并将马达转矩传递到驱动轮14F和/或14R，从而推进车辆20，或执行其他有用的工作。因此，电池组10和控制器50一起形成模块化电池组系统。
参考图2，图1中示意性地示出的电池组10可以由两个电池模块12A和12B构成，这两个电池模块用作相应的第一和第二可再充电能量存储系统RESS#1和RESS#2的核心部分。在所描绘的示例性实施例中，电池模块12A和12B基本相同，即具有相同的内部组件和相等的电压容量，例如400-500VDC，但是可以设想其他电压电平。如图2中所示，电池模块12A和12B可以可选地背对背地连接在一起，然后，如图3的逻辑表35所示，使用开关控制逻辑由控制器50控制以从对应的前牵引功率逆变器模块(F-TPIM)25或后牵引功率逆变器模块(R-TPIM)125接收或输出400VDC电压，每个模块连接到图1的驱动轴11F或11R中的相应一个驱动轴上的电机60或160，或根据操作模式接收或输出800VDC电压。如下所述，所公开的电池组10的配置使得能够通过控制器50选择并联驱动模式、一个或多个串联充电模式、并联驱动模式和串联驱动模式，如分别在图4、图5、图6和图7中详细描述。一对RESS驱动或充电模式中的一个的基于故障的模式选择也是可能的，如下面参考图3详细描述。
仍然参考图2，通过控制器50的操作来执行电池组10的开关状态控制。控制器50具有处理器(P)和存储器(M)，即，经由一组开关控制信号(箭头CCO)的传输。存储器(M)包括有形的非暂时性存储器，例如，只读存储器，无论是光学的、磁性的、闪存还是其他类型的。控制器50还包括应用足够量的随机存取存储器、电可擦除可编程只读存储器等，以及高速时钟、模数和数模转换电路，以及输入/输出电路和设备，以及适当的信号调理和缓冲电路。控制器50被编程为执行具体实施开关控制方法的指令100，其中控制器50接收指示电池组10的驾驶员请求或自主请求的操作模式的输入信号(箭头CCI)，并且作为响应，输出开关控制信号(箭头CCO)。在将车辆20连接到图1的站30时，诸如当站30将其最大充电电压(V1)传送到控制器50时，输入信号(箭头CCI)可以在充电期间确定，作为图1的控制器50和DC快速充电站30之间的持续通信的一部分。在驾驶模式中，操作者或自主确定的推进请求可以使控制器50使用并联或串联驱动模式，例如，在全轮驱动(AWD)模式中。
如上所述，图2的电池组10被配置成提供图1的车辆20，具有AWD性能。各个电池模块12A和12B可以电连接到车辆20的单独的前驱动组件和后驱动组件，其各部分在图2中示出为F-TPIM 25和R-TPIM 125。为此，电池模块12A和12B配备有相应的高压电连接器组17和170。电连接器组17和170包括相应的多个电连接器，诸如为清楚起见标记为A、B、C和D的四个电连接器。牵引功率逆变器模块25和125分别经由电连接器C连接到电池模块12A和12B。另外，分别在图2中标记为“HV Accy1”和“HV Accy 2”的高压辅助电路18和180可以经由电连接器B连接到相应的电池模块12A和12B。
代替电连接器B，高压辅助电路18和180可以替代地连接到电连接器C，因此可以考虑与对应的一个电连接器C并联的电连接器B是可选的。然而，电连接器B可以为单独熔断的低功率负载提供输出的益处，从而允许电连接器B的适合较小负载的构造。
如本文所使用，术语“前”和“后”指的是相对于图1中所示的车辆20的前端和后端的相对驱动位置，其中前驱动轴11F和后驱动轴11R连接到相应的前驱动轮14F和后驱动轮14R。因此，F-TPIM 25和对应的电机60为前驱动轴11F和R-TPIM 125供电，而另一个对应的电机160为后驱动轴11R提供动力。辅助电路18和180可以类似地设置，以便执行前或后指定的辅助功能，诸如辅助电源模块、高压电机控制模块或执行相应电池模块12A和12B的热调节功能的电池冷却模块。
图2中所示的电池模块12A和12B包含在相应的电池壳体22内。每个电池壳体22具有相应的第一面22F和第二面22S。第一面22F是包含该组连接器17和170的电池壳体22的侧面。第二面22S与第一面22F径向相对，其特征在于没有该组电连接器17和170。因此在图2和图4至图7的示例配置中，电池模块12A和12B各自处于电池组10整体电压容量的一半，背对背布置，即第二面22S彼此紧邻并且当组装电池组10期间互连电池模块12A和12B时，第一面22F能够被操作者访问。可以设想其他实施例，其中第一电池模块12A和第二电池模块12B，或RESS#1或#2，具有倾斜表面或突起，并且/或者该组17或170中的一些电连接器位于壳体22的顶部或底部。因此，示例性“背对背”配置是非限制性的，其他封装实施例是可能的，例如，电池模块12B相对于图2和图4至图7的示意图旋转180°的实施例。
仍然参考图2，第一电缆15、第二电缆19、第三电缆21和第四电缆23具有适合电压的绝缘和适合电流的测量结构，用于经由该组电连接器17和170互连电池模块12A和12B。具体地，第一电缆15和第二电缆19在电连接器D之间延伸而没有中间结构，即，电连接器D彼此直接连接并相对于壳体22向外延伸。类似地，电连接器A经由第四电缆23彼此直接连接。另外，第三电缆21经由中间的DC充电连接器40连接电连接器A，即，物理多针插座被配置成接收充电电缆30C，如图1所示。HV辅助电路18和180直接插入电连接器B。以相同的方式，连接到相应的前TPIM25和后TPIM 125的电缆直接插入电连接器C中。
在内部，电池模块12A和12B如上所述相同地配置。也就是说，电池模块12A和12B具有相应的多个电池单元13(下文统称为电池单元串13)、熔丝F，以及具有预充电电阻器(R)的预充电电路16。另外，电池模块12A包括分别标记为SA1、SA2、SA3、SA4和SA1P的第一多个开关，其中开关SA1P是指定的预充电开关。类似地，电池模块12B包括分别标记为SB1、SB2、SB3、SB4和SB1P的相同的第二多个开关，其中SB1P是预充电开关。
在一些实施例中，电池模块12A和12B可以向图1中所示的车辆20提供推进动力。所描绘的配置旨在提供必要的电连接，用于使用两个功率逆变器(即F-TPIM 25和R-TPIM125)、HV辅助电路18和180，以及DC充电连接器40将电池组10连接到处于AWD配置的车辆20，并且最终将这些组建连接到图1中所示的DC快速充电站30。
使用所公开的方法，单个电池模块配置实现多级电池输出功率和能量。由相应的第一电缆15、第二电缆19、第三电缆21和第四电缆23具体实施的布线，所有这些都延伸到电池壳体22的外部以利于电池组10的制造和组装，使得能够实现相同配置的电池模块12A和12B。所描绘的图2的布线电路包括还允许控制器50以串联或并联的方式实时配置电池模块12A和12B，用于电池组10的模式专用充电或图1中所示的车辆20的推进。
参考图3，逻辑表35包括车辆模式列(VM)和多个开关状态列SA1-SA4和SB1-SB4。每个开关状态列38标有对应于图2中使用的标签的开关标识符，即SA1-SA4和SB1-SB4。图3中省略了预充电开关SA1P和SB1P，但下文相关地描述了预充电开关SA1P和SB1P的对应状态。
开关SA1-SA4、SB1-SB4、SA1P和SB1P可以是机电开关，诸如接触器或继电器，其可以阻塞任一方向上的电流流动。或者，开关SA1-SA4、SB1-SB4、SA1P和SB1P可以被配置成半导体开关，诸如IGBT或MOSFET，其具有或不具有反并联连接的二极管，单独地或组合地使用。如本领域普通技术人员所理解，许多类型的商用半导体开关能够阻塞一个方向上的电流流动，这种特性可能需要这类开关的背对背连接以用于双向电流阻塞，在一些情况下，使用上述反并联连接的二极管。逻辑表35填充有对应的模式专用开关断开/闭合状态，其中“O”对应于断开开关状态，其中形成开路，即开关不导电，并且“X”对应于开关导通的闭合开关状态。可由图2的控制器50根据逻辑表35实时选择的可能的操作模式包括断电模式(PWR-)、并联驱动模式(PD)、并联充电模式(PCh)、串联驱动模式(SD)和三个串联充电模式(SCh1、SCh2和SCh3)。另外，逻辑表35包括一对基于故障的默认RESS驱动模式(RESS#1D和RESS#2D)和一对RESS充电模式(RESS#1Ch、RESS#2Ch)。
断电模式(PWR-)：模式列36的可能操作模式包括断电(PWR-)模式，其中诸如当控制器50检测到车辆20已经处于熄火状态并且没有充电或以其他方式运行时，图1的车辆20处于真正断开状态。控制器50响应于检测到该模式而命令开关SA1-SA4和SB1-SB4断开。因此，图2的电池模块12A和12B可以彼此断开，与F-TPIM 25和R-TPIM 125断开以及与HV辅助电路18和180断开。
并联驱动模式(PD)：在并联驱动模式中，其在图4中示意性地示出，其中图1的(断开的)DC快速充电站30提供了0VDC，图2的控制器50闭合开关SA1和SA2。该控制动作将电池模块12A电连接到F-TPIM 25和HV辅助电路18。还命令位于电池模块12B中的对应开关SB1和SB2闭合，以便将电池模块12B连接到R-TPIM 125和HV辅助电路180。预充电开关SA1P和/或SB1P均在图4中以断开状态示出，可以用于在闭合开关SA1和/或SB1之前对外部电容进行预充电。另外，如果电池模块12A和12B处于显著不同的充电状态，使得高电流将倾向于在电池模块12A和12B之间流动，则预充电开关SA1P和/或SB1P的闭合将有助于限制这种电流流动，从而允许均衡。
在开关SA1、SB1、SA2和SB2闭合/导通的情况下，电池模块12A和12B以及HV辅助电路18和180经由在图2的电力连接器D之间延伸的电缆15和19并联电连接。该外部连接提供用于平衡电流的电流流动路径(箭头EE和FF)，同时确保电池模块12A和12B保持在相同的充电状态，而不管F-TPIM 25和R-TPIM 125之间的电力平衡如何。作为并联驱动模式的一部分，开关SA4和SB3由控制器50断开，以隔离DC充电连接器40的连接器针。
串联充电模式(SCh1、SCh2、SCh3)：在串联充电模式中，其中三种可经由图3的逻辑表35实现，电池模块12A和12B的电池单元串13串联连接。因此，来自图1的车外电源30的充电电流可以串联地供给电池模块12A和12B，如下面详细描述的图5的箭头AA和BB所示。在该模式下，开关SA3、SA4、SB3和SB4闭合。
另外，可以闭合一对开关(SA1、SA2)或(SB1、SB2)，其中该对对应于图3中的串联充电模式SCh1或SCh2。该控制动作还连接前后推进电路，即F-TPIM 25与电机60连接并且R-TPIM 125与电机160连接，并将HV辅助电路18和180连接到电池模块12A或12B，从而允许满足推进和辅助组件的操作电压限制。当两对开关(SA1、SA2)和(SB1、SB2)断开且开关SA3、SA4、SB3和SB4闭合时，实现串联充电模式SCh3。在该模式中，相等的充电电流将流过两个电池单元串13，因为使用TPIM 25和125的推进电路以及HV辅助电路18和180都不连接。
图5描绘了具有来自DC快速充电站30(图1)的800VDC充电电压的串联充电模式SCh1，即，通过控制器50(图2)的动作闭合开关SA1和SA2。该开关控制动作将电池模块12A和12B的电池单元串13串联电连接，以在两个电池单元串13的组合电压下接受来自图1的车外DC快速充电站30的电力。这里，具有电池模块12A的RESS#1并联地供应F-TPIM25和R-TPIM125以及HV辅助电路18和180。因此，在串联充电模式(SCh1)中，电池模块12A和12B之间形成电流路径(箭头AA、BB、CC、DD)。
由于辅助电力是从电池模块12A或12B中的一个而不是另一个电池模块中汲取的，因此取决于充电速率和辅助电力消耗可能导致充电状态的发散。在这种情况下，可以在串联充电模式(SCh1)和另一个串联充电模式(SCh2)之间交替，图3中描绘了其开关状态。即，从串联充电模式(SCh1)转换到串联充电模式(SCh2)，开关SA1和SA2断开，而开关SB1和SB2闭合。这种交替可以根据需要以规则的间隔发生，以平衡电池模块12A和12B之间的辅助电力，并且将充电状态差保持在规定的限度内。
并联充电模式：在图6中所示的并联充电模式(PCh)中，利用来自DC快速充电站30(图1)的400VDC充电电压，除了开关SA1、SA2、SB1和SB2之外，如在并联驱动模式中那样，开关SB3和SA4被命令闭合。控制器50的这个动作允许图1的车外DC快速充电站30为电池模块12A和12B并联充电，其中充电电流(箭头GG)首先供应给电池模块12B。另外，包括F-TPIM 25和R-TPIM 125以及HV辅助电路18和180的推进电路并联连接到DC快速充电站30。该状态允许辅助电源电路18或180在充电期间提供操作风扇、泵、控制器等所需的辅助电路。电流流动如箭头II和HH所示。
串联驱动模式(SD)：在该模式中，如图7中所示，通过控制器50的动作命令开关SA1、SA4、SB2和SB3断开，开关SB3和SA4的断开状态隔离DC充电连接器40的DC充电连接器针。开关SA3和SB4闭合，以将电池模块12A和12B串联电连接。开关SA2和SB1的闭合状态将F-TPIM 25和R-TPIM 125连接在现在串联的电池模块12A和12B的组合上。在串联驱动模式中，电池模块12A和12B的串联连接是经由在电源连接器A之间延伸的电缆23实现的。而不是如在上述并联驱动模式并如图4所示仅在一个RESS中为F-TPIM 25或R-TPIM 125供电，电池单元串13串联组合以实现更高电压操作。
附加模式是可能的，包括模式RESS#1D、RESS#2D、RESS#1Ch和RESS#2Ch。这四种附加模式允许在驱动或充电期间根据需要断开两个电池模块12A或12B中的一个。这种容错能力允许车辆20在两个电池模块12A或12B中的任何一个发生故障的情况下保持驱动或充电功能的可用性。在这种情况下，驱动或充电功率受限于单个电池模块12A或12B以及其特定的RESS#1或RESS#2的容量。
RESS#1D：对于第一RESS驱动模式，开关SA1和SA2闭合以将电池模块12A连接到F-TPIM 25和HV辅助电路18，并连接到通过连接电池模块12A和12B的外部电缆提供的R-TPIM125和HV辅助电路180。
RESS#1Ch：对于第一RESS充电模式，开关SA4和SB3闭合以将充电连接器40的DC充电连接器针连接在电池模块12A或12B上，从而允许DC充电。开关SB1断开，以便将电池模块12B内的电池与F-TPIM 25和R-TPIM 125、HV辅助电路18和180以及DC充电连接器40隔离。
RESS#2D：类似于模式RESS#1D，开关SB1和SB2闭合以将电池模块12B连接到R-TPIM125和HV辅助电路180，并连接到通过连接电池模块12A和12B的外部电缆提供的F-TPIM 25和辅助电路18。
RESS#2Ch：类似于模式RESS#1Ch，在第二RESS充电模式RESS#2Ch中，开关SA4和SB3通过控制器50的动作闭合，以连接电池模块12B上的DC充电连接器40的DC充电连接器针，从而允许发生DC充电。开关SA1断开以将电池模块12A与F-TPIM 25和R-TPIM 125、辅助电路18和180以及DC充电连接器40隔离。
如本领域普通技术人员将理解，上面提到的电池电路形貌可以与电动车辆和具有增加的高功率充电要求的其他系统一起使用。对于通常在400-500VDC量级的传统DC快速充电基础设施，所公开的电池组10使得能够串联或并联使用电池模块12A和12B以向图1的车辆20提供AWD性能，其中传统或高功率充电都是选项。在制造方面，电池模块12A或12B中的单个电池模块可以在一些配置中使用，例如，具有400-500VDC的最大电压容量的单个电池组10，或者可以如图2中所示布置电池模块12A和12B以提供所公开的充电和推进电压电平的灵活性。
虽然已经详细描述了一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的本教导的各种替代设计和实施例。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所公开的实施例进行修改。此外，本概念明确地包括所描述的元件和特征的组合和子组合。具体实施方式和附图是对本教导的支持和描述，其中本教导的范围仅由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种模块化电池组系统，包括：
电池组，具有：
多个电缆；
经由所述多个电缆彼此电互连的第一和第二电池模块，所述第一电池模块具有电池单元串、第一电连接器、第二电连接器和第三电连接器、第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述第二电池模块具有电池单元串、第一电连接器、第二电连接器和第三电连接器、第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述开关选择性地将相应的电池单元串连接到所述第一、第二和第三电连接器中的一个或多个；以及
直流（DC）充电连接器，其电连接到所述第一和第二电池模块的所述第一电连接器之间的所述电缆中的一个，所述直流充电连接器被配置成将所述电池组电连接到车外直流快速充电站；以及
与所述第一和第二电池模块的所述第一、第二、第三和第四开关通信的控制器，所述控制器被编程为执行多个串联充电模式或一个并联充电模式或所述电池组的一个串联驱动模式或一个并联驱动模式，其中所述控制器被配置成接收指示所述电池组的所请求的操作模式的输入信号，并且响应于所述输入信号，经由一组开关控制信号选择所述第一电池模块的所述第一、第二、第三和第四开关的断开/闭合状态以及所述第二电池模块的所述第一、第二、第三和第四开关的断开/闭合状态，从而建立多个所述串联充电模式或一个所述并联充电模式或一个所述串联驱动模式或一个所述并联驱动模式；
其中，当处于闭合状态时，所述第一和第二电池模块的所述第一和第二开关分别将所述第一和第二电池模块中的相应一个的所述相应电池单元串连接到所述第一和第二电池模块的所述第二和第三电连接器，其中所述第一电池模块的所述第二电连接器用于与第一高压辅助电路连接，所述第二电池模块的所述第二电连接器用于与第二高压辅助电路连接；以及
当处于闭合状态时，所述第一和第二电池模块的所述第三和第四开关分别将所述第一和第二电池模块中的相应一个的所述相应电池单元串连接到所述第一和第二电池模块的所述第一电连接器；
并且其中所述多个串联充电模式包括至少第一和第二串联充电模式，并且其中所述控制器被配置成响应于所述第一和第二电池模块的充电状态中的阈值发散以通过以规则的间隔改变所述第一和第二电池模块的所述第一和第二开关的所述断开或闭合状态而在所述第一和第二串联充电模式之间交替。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一和第二电池模块具有400-500 VDC的相应电压容量，使得当以所述串联驱动模式和所述串联充电模式操作时所述电池组具有800-1000 VDC的电压容量。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括：分别直接连接到所述第一和第二电池模块的所述第三电连接器的第一和第二牵引功率逆变器模块TPIM，以及分别连接到所述第一和第二TPIM的第一和第二电机。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述模块化电池组系统用在机动车辆上，所述机动车辆具有分别连接到前驱动轴和后驱动轴的前驱动轮和后驱动轮，所述前驱动轴和后驱动轴分别由所述第一和第二电池模块驱动。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一和第二电池模块中的每一个分别包括与所述第三电连接器并联的第四电连接器，所述系统还包括：
分别直接连接到所述第一和第二电池模块的所述第四电连接器的第一和第二辅助电路。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一和第二电池模块具有相应的第一表面，所述相应的第一和第二电池模块的所述电连接器连接到所述第一表面，以及与所述第一表面相对定位的第二表面，其特征在于没有所述电连接器，并且其中所述第一和第二电池模块布置在所述电池组中，使得所述第二表面彼此紧邻地定位。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器还被配置成选择性地建立断电模式，其中经由所述组开关控制信号断开所述第一和第二电池模块的所述第一、第二、第三和第四开关。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成检测在所述第一或第二电池模块中存在故障的故障模式，并且使用没有经历过所述故障的所述第一或第二电池模块进入默认驱动或充电模式。
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