CN114243128A - 电池系统 - Google Patents

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Abstract

在一些方面，公开了一种监测工业载具的电池系统的方法。所述电池系统可包括：第一串电池模块，所述第一串电池模块包括串联连接的至少两个电池模块；连接到所述第一串电池模块的正极端的第一接触器；连接到所述第一串电池模块的负极端的第二接触器；连接到所述第一接触器的第三接触器；连接到所述第二接触器的第四接触器；以及一个或多个控制器，所述一个或多个控制器被配置成监测所述第一接触器和所述第二接触器。所述方法可包括：在所述一个或多个控制器处接收所述第一接触器和所述第二接触器之一的故障的指示；以及经由所述一个或多个控制器打开所述第三接触器或所述第四接触器中的至少一者。

Description

电池系统
技术领域
本公开大体上涉及一种用于工业设备的电池系统，并且更具体地涉及一种用于工业载具的电池系统。
背景技术
诸如采矿作业的工业作业涉及复杂作业，其需要大型工业机器和机器操作员在通常危险的环境中承担具有挑战性的任务。采矿中使用的典型工业机器包括连续采矿机、给料破碎机、锚杆机、用于采矿的多用途车、装运卸(LHD)载具、地下采矿装载机和地下铰接式卡车，并且这些机器在日常采矿作业期间承受着巨大压力。例如，此类采矿机器可能遭受岩石落到机器上或矿壁或矿顶完全倒塌或塌陷到机器上的影响。如果大量岩石或其他材料落到机器上，机器的部件处于高损坏风险。机器操作员因部件损坏、发动机故障或因落石损坏造成的部件失火而受伤的可能性很高，而采矿机器损坏或其他发动机故障可能会无限期地使机器无法移动，从而阻止将机器从危险的采矿环境移出。当使用需要高电压操作的电池供电的工业载具时，这些风险被放大。
LHD载具或类似工业机器通常配备有铲斗、容器或其它类型的作业器具以用于承载/运输负载。此类工业载具需要发动机以远高于常规汽车或卡车的功耗需求来运行。例如，在运输重型负载方面，例如在承包作业中，经常使用工业载具。工业载具可以在没有道路的区域中以大负载和重负载操作，例如与道路或隧道建设、沙坑、矿场和类似环境有关的运输，这通常需要向轮子输出更高的扭矩来操纵通过此类环境。
用于地下采矿作业的工业载具(例如，用于房柱式采矿的装运机)可由载具上携带的大型电池系统供电。这种电池系统可包括壳体，该壳体含有电化学电池阵列，从而允许载具在没有电线的情况下在整个矿场中行进有限的时间段。此类电池系统需要高电压为采矿车供电，并且这些电池系统的高操作电压增加了发动机故障或电池故障的风险。载具中的电池系统需要包括用于监测电池操作参数并检测电池系统中的故障的系统和装置。此外，当电池系统发生故障时，大型工业载具可能难以移动，因此需要可以允许载具在部分电池系统故障之后运行的电池系统。
根据本公开的电池系统解决了上文阐述的一个或多个挑战和/或本领域的其它问题。然而，本公开的范围由所附权利要求限定，而不是由解决任何特定问题的能力限定。
发明内容
本公开大体上涉及工业载具领域。更具体地，本公开涉及用于控制和监测与工业载具一起使用的电池组件的系统、方法和装置，所述工业载具是例如电池供电的地下装运卸机。
在一些方面，公开了一种监测工业载具的电池系统的方法。所述电池系统可包括第一串电池模块，所述第一串电池模块包括串联连接的至少两个电池模块；连接到所述第一串电池模块的正极端的第一接触器；连接到所述第一串电池模块的负极端的第二接触器；连接到所述第一接触器的第三接触器；连接到所述第二接触器的第四接触器；以及一个或多个控制器，所述一个或多个控制器被配置成监测所述第一接触器和所述第二接触器。所述方法可包括：在所述一个或多个控制器处接收所述第一接触器和所述第二接触器之一的故障的指示；以及经由所述一个或多个控制器打开所述第三接触器或所述第四接触器中的至少一者。
所述方法可包括以下特征中的一个或多个。所述方法可包括：在所述一个或多个控制器处接收所述第三接触器和所述第四接触器之一的故障的指示；以及经由所述一个或多个控制器打开第一接触器或第二接触器中的至少一者。所述电池系统还可包括：连接到所述第一串电池模块的正极端的第一预充电接触器和第一预充电电阻器；以及连接到所述第一串电池模块的负极端的第二预充电接触器和第二预充电电阻器。所述电池系统还可包括：第二串电池模块，所述第二串电池模块包括串联连接的至少两个电池模块，其中所述第一串电池模块并联连接到所述第二串电池模块；第五接触器，所述第五接触器连接到所述第二串电池模块的正极端并且连接到所述第三接触器；以及第六接触器，所述第六接触器连接到所述第二串电池模块的负极端并且连接到所述第四接触器。所述方法还可包括：在所述一个或多个控制器处接收所述第五接触器或所述第六接触器之一的故障的指示；以及响应于所述第五接触器或所述第六接触器之一的故障的指示而经由所述一个或多个控制器打开所述第三接触器或所述第四接触器中的至少一者。所述电池系统还可包括：连接到所述第一串电池模块的第一断路开关；以及连接到所述第二串电池模块的第二断路开关。
在一些实例中，所述方法可包括以下特征中的一个或多个。所述电池系统可以被配置成在以下情况下操作：1)所述第一串电池模块和所述第二串电池模块两者均连接到所述电池系统，2)仅所述第一串电池模块连接到所述电池系统，且所述第二断路开关被致动以从所述电池系统断开所述第二串电池模块，或3)仅所述第二串电池模块连接到所述电池系统，且所述第一断路开关被致动以从所述电池系统断开所述第一串电池模块。所述第一接触器和所述第二接触器之一的故障的指示可包括所述第一接触器或所述第二接触器中的一个已焊接闭合的指示。电池系统可以被配置成产生至少200千瓦小时的能量。所述一个或多个控制器是第一一个或多个控制器；其中所述第一串电池模块、所述第一接触器、所述第二接触器、所述第三接触器和所述第四接触器密封在第一壳体内；并且其中所述电池系统还包括：第二串电池模块，所述第二串电池模块包括串联连接的至少两个电池模块；第五接触器，所述第五接触器连接到所述第二串电池模块的正极端；第六接触器，所述第六接触器连接到所述第二串电池模块的负极端；第七接触器，所述第七接触器连接到所述第五接触器；第八接触器，所述第八接触器连接到所述第六接触器；以及第二一个或多个控制器，所述第二一个或多个控制器被配置成监测所述第五接触器和所述第六接触器。所述第二串电池模块、所述第五接触器、所述第六接触器、所述第七接触器、所述第八接触器和所述第二一个或多个控制器可以密封在第二壳体内。所述方法还可包括：经由所述一个或多个控制器打开所述第三接触器或所述第四接触器中的至少一者；以及仅利用由所述第二串电池模块提供的电力操作所述工业载具。
在其它方面，电池系统可设置在工业载具中。所述电池系统可包括：包括串联连接的多个电池模块的一串电池模块；第一接触器，所述第一接触器连接到所述一串电池模块的负极输出；第二接触器，所述第二接触器连接到所述一串电池模块的正极输出；各自连接到所述第一接触器的第三接触器和第一预充电电阻器；第一预充电接触器，所述第一预充电接触器连接到所述第一预充电电阻器；各自连接到所述第二接触器的第四接触器和第二预充电电阻器；以及第二预充电接触器，所述第二预充电接触器连接到所述第二预充电电阻器。
所述电池系统可包括以下特征中的一个或多个。所述一串电池模块是第一串电池模块，并且所述电池系统还可包括：第二串电池模块，所述第二串电池模块包括串联连接的多个电池模块；第五接触器，所述第五接触器连接到所述第二串电池模块的负极输出；第六接触器，所述第六接触器连接到所述第二串电池模块的正极输出。所述第三接触器和所述第一预充电电阻器可以各自连接到所述第五接触器；并且所述第四接触器和所述第二预充电电阻器可以各自连接到所述第六接触器。所述电池系统还可包括：第一控制器，所述第一控制器连接到所述第一接触器和所述第二接触器；第二控制器，所述第二控制器连接到所述第五接触器和所述第六接触器；以及一个或多个控制器，所述一个或多个控制器连接到所述第三接触器和所述第四接触器。所述电池系统还可包括：第一断路开关，所述第一断路开关连接到所述第一串电池模块；以及第二断路开关，所述第二断路开关连接到所述第二串电池模块。所述电池系统可以定位在密封壳体内。所述第一串电池模块和所述第二串电池模块中的每一个可被配置成每小时产生15至30千瓦的能量。所述电池系统还可包括：第三串电池模块，所述第三串电池模块包括串联连接的多个电池模块；第七接触器，所述第七接触器连接到所述第三串电池模块的负极输出；第八接触器，所述第八接触器连接到所述第三串电池模块的正极输出；第四串电池模块，所述第四串电池模块包括串联连接的多个电池模块；第九接触器，所述第九接触器连接到所述第四串电池模块的负极输出；第十接触器，所述第十接触器连接到所述第四串电池模块的正极输出；第五串电池模块，所述第五串电池模块包括串联连接的多个电池模块；第十一接触器，所述第十一接触器连接到所述第五串电池模块的负极输出；第十二接触器，所述第十二接触器连接到第五串电池模块的正极输出。所述第三接触器和所述第一预充电电阻器可各自连接到所述第七接触器、所述第九接触器和所述第十一接触器；并且所述第四接触器和所述第二预充电电阻器可以各自连接到所述第八接触器、所述第十接触器和所述第十二接触器。
在一些实例中，所述电池系统还可包括：第六串电池模块，所述第六串电池模块包括串联连接的多个电池模块；第十三接触器，所述第十三接触器连接到所述第六串电池模块的负极输出；第十四接触器，所述第十四接触器连接到所述第六串电池模块的正极输出；各自连接到所述第十三接触器的第十五接触器和第三预充电电阻器；第三预充电接触器，所述第三预充电接触器连接到所述第三预充电电阻器；各自连接到所述第十四接触器的第十六接触器和第四预充电电阻器；和连接到所述第四预充电电阻器的第四预充电接触器。所述第一、第二、第三、第四和第五串电池模块可以密封在第一壳体内；并且所述第六串电池模块可以密封在第二壳体内。
在其它方面，电池系统可以设置在工业载具中，并且所述电池系统可以包括壳体。所述壳体可包括：第一串电池模块，所述第一串电池模块包括串联连接的第一多个电池模块和连接到所述第一多个电池模块的第一物理断路开关；以及第二串电池模块，所述第二串电池模块包括串联连接的第二多个电池模块和连接到所述第二多个电池模块的第二物理断路开关。所述第一串电池模块和所述第二串电池模块可以并联连接。
所述电池系统可包括以下特征中的一个或多个。所述电池系统可以被配置成在以下情况下操作：1)所述第一串电池模块和所述第二串电池模块被连接；2)所述第一串电池模块被连接且所述第二串电池模块经由所述第二物理断路开关被断开；和3)所述第二串电池模块被连接且所述第一串电池模块经由所述第一物理断路开关被断开。所述壳体还可包括：第一接触器，所述第一接触器连接到所述第一串电池模块的负极端子；第二接触器，所述第二接触器连接到所述第一串电池模块的正极端子；第三接触器，所述第三接触器连接到所述第二串电池模块的负极端子；第四接触器，所述第四接触器连接到所述第二串电池模块的正极端子；连接到所述第一接触器和所述第三接触器的第五接触器和第一预充电电阻器；第六接触器，所述第六接触器连接到所述第一预充电电阻器；连接到所述第二接触器和所述第四接触器的第七接触器和第二预充电电阻器；以及第八接触器，所述第八接触器连接到所述第二预充电电阻器。
附图说明
图1示出了根据示例性实施例的装运卸机的透视图。
图2示出了根据示例性实施例的定位在图1的装运卸机内的电池系统。
图3示出了根据示例性实施例的图2的电池系统的一部分的透视图。
图4示出了根据示例性实施例的图3的电池系统的一部分的俯视图。
图5示出了根据示例性实施例的移除了壳体面板的图3的电池系统的一部分的俯视图。
图6示出了根据示例性实施例的电池系统的示意图。
图7和图7续示出了根据示例性实施例的并联电池系统的示意图。
具体实施方式
前面的一般描述和下面的详细描述都仅是示例性和说明性的，并且不限制所要求保护的特征。如本文所使用，术语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包括(including)”或其其它变型旨在涵盖非排他性包括，使得包括元素列表的过程、方法、制品或设备不仅仅包括那些元素，而且可包括未明确列出或此类过程、方法、制品或设备固有的其它元素。此外，在本公开中，相对术语，例如，如“约”、“大体上”、“基本上”和“大约”用于表示所述值的±10％的可能变化。
图1示出了呈装运卸(LHD)载具100形式的示例性工业载具，所述装运卸载具包括卸斗102、轮104、106、操作员控制室108和载具主体110。虽然下文的论述涉及LHD载具100的属性，但本文中论述的任何系统和装置可用于本领域已知的任何类型的工业载具，例如连续采矿机、给料破碎机、锚杆机、用于采矿的多用途车、地下采矿装载机、地下铰接式卡车，或用于工业目的(例如，装运、挖掘、钻孔、装载、倾倒、压实等)的任何其它载具。载具100还可包括电池系统300。图2示出了包括电池系统300的载具100的替代视图，所述电池系统包括电池盒214、215。如图2中所示，电池盒214、215定位在载具主体110的后部部分内，在操作员控制室108和轮104、106后方。电池盒214、215可以消耗载具100的后部部分内的大量空间，并且在高度、长度和宽度上可以具有几英尺的尺寸。在一些实例中，每个电池盒214、215可以为大约5.5英尺高、大约7英尺长和大约2英尺宽。电池盒214、215内的电池可以向载具100的一个或多个系统(例如，为轮104、106提供动力的系统以及使卸斗102移动的系统)供电。载具100的电池系统300可包括定位在载具100的中心纵向轴线222的相对侧上的电池盒214、215，其中电池盒214在载具100的左侧上，电池盒215在载具100的右侧上。通过将电池盒214、215定位在载具100的中心纵向轴线222的相对侧上，电池盒214、215的重量可以均匀地分布在载具100的后部部分上，并且当影响电池盒214、215中的一个的故障或事故发生时，使载具主体110内的电池盒214、215分开可以减轻对电池盒214、215中的另一个的损坏。
电池系统300可以提供电力以操作载具100。电池盒214、215可以密封，使得电池盒214、215内的部件完全由电池盒214、215封闭，这可以防止诸如沙子、灰尘或岩石的不希望的材料进入电池盒214、215，并且防止损坏电池盒214、215内的部件。电池盒214、215可包括可移除面板，以允许接近电池盒214、215内的部件。
图3示出了电池盒214，其中移除了侧面板并且控制器365连接到电池系统300(图2)。电池系统300的电池盒214、215中的每一个可以具有图3中所示的内部部件。电池系统300可包括图3中所示的所有部件，并且还包括电池盒315(未示出)内的所有部件，使得每个电池盒214、215内的部件用作单个系统。多个电池模块341、342可定位在电池盒214中。电池模块441、442可包括每个电池模块441、442内的多个电池单元。在一些实例中，电池系统300可包括2,160个电池单元，且每个电池单元可包括快速充电电池。在一些实例中，每个电池单元可包括一个或多个锂离子电池。在一些实例中，每个电池模块341、342可包括串联连接的12个电池单元。每个电池模块341、342可具有以下规格：39.4额定电压、30安培小时容量和1.188千瓦小时能量容量。电池模块341、342可以是液体冷却的，可以包括一个或多个传感器以监测模块的电压和温度，并且可以包括集成电阻电池平衡。
电池盒214可以由中央板571(图5中示出)分成两侧，该中央板延伸通过电池盒214的整个长度L和高度H，并且将电池盒214的宽度W分成两半。图3示出了电池模块341、342在电池盒214的第一侧上的配置，并且电池盒214的第二侧(未示出)可以在板571的相对侧上。电池盒214的第二侧可以镜像反映电池盒214的第一侧的配置。
如图3所示，电池盒214可包括板571的每一侧上的六行电池模块341、342。电池模块341、342的相同配置可以在电池盒214内的板571的相对侧上，包括九个电池模块341、341的三行和六个电池模块的三行。在一些实例中，母线可将电池模块341、342彼此连接。
每个电池盒214、215可包括五个电池串。每个电池串可包括彼此串联连接的十八个电池模块。每串电池模块341、342可具有712额定电压、30安培小时容量和21.3千瓦小时能量容量的规格。载具100可以被构造成通过利用18个电池模块341、342的一个或多个串来操作。每个电池盒214、215可包括十八个电池模块341、342的五个电池串。在电池盒214内，每个电池串可以彼此并联连接，并且并联连接的五个电池串的功率规格可以是712额定电压、150安培小时容量和106.5千瓦小时能量容量。电池盒214中的十八个电池模块的五个串中的每一个都可以具有连接到所述十八个电池模块的串的独立电池管理单元和独立控制电路。在一些实例中，每个独立电池管理单元可以是控制单元，该控制单元被配置成监测以下各项中的一者或多者：电池模块的总电压、各个电池的电压、最小和最大电池电压、平均温度、冷却剂入口温度、冷却剂输出温度、各个电池的温度、电池模块或各个电池的充电状态、电池模块的功率状态、进出电池模块或电池模块的各个电池的电流或本领域已知的任何其他参数。
控制器365可以是低压控制器，例如在24伏下操作的控制器。通过将低压控制器365与电池盒214的顶部处的高压部件分开，可以在技术人员不必接近系统300的危险高压部件的情况下修理和/或维修电池系统300。可移除的检修板361、362提供对电池盒214的顶部处的高压部件的接近。断路开关371可以定位在电池盒214的顶部处。电池盒214内的五个电池串中的每个电池串都可具有断路开关371。通过移除断路开关371，可以断开相应的电池串。
图4示出了具有可移除面板361、362和断路开关371的电池盒214的俯视图。顶部部分401包括电池系统300的高压部件。在图5中示出了电池盒214的顶部部分401，其中移除了面板362，并且省略了电池盒214的部分401之外(轴线775右侧)的其它部分。如图5中所示，板571延伸穿过电池盒214的中心部分，并将电池盒214的内部部分分成两侧573、575。由板571将定位在电池盒214的第一侧573上的电池模块341、342的正极连接与定位在第二侧575上的电池模块341、342的负极连接分开。板571延伸穿过电池盒214的中心纵向部分，以为电池盒214提供结构支撑。板571还通过将一侧573上的正电池连接与一侧575上的负电池连接分开，来为技术人员接近电池盒214的两侧573、575内的电池模块提供安全性。在一些实例中，板571可以是钢板和/或可以是4mm至20mm厚，例如8mm厚。板571可以防止电池盒214被采矿环境中落下的岩石或其它碎屑所施加的力压碎，并且提供额外的结构安全以解决采矿环境的危险。
接触器546-555可连接到电池盒214中的五个电池串中的每一个。接触器546-555和其它高压部件可以定位在电池盒214的顶部部分处。通过将高压部件定位在电池盒214的顶部部分处，可以接近电池盒214的下部部分，以对电池盒214进行维护和修理，而无需技术人员靠近系统300的危险高压部件。电池盒214中的五个电池串中的每一个都可连接到电池串的负极端子处的接触器546-555和电池串的正极端子处的单独接触器546-555。在一些实例中，每个接触器446、447都可连接到电池串的两个不同电池模块341、342。第一组接触器546-550可以分别连接到18个电池模块341、342的五个电池串中的每一串的正极端子，并且第二组接触器551-555可以连接到18个电池模块341、342的五个电池串中的每一串的负极端子。连接到电池模块341、342的正极端子的第一组接触器546-550可以定位在电池盒214的第一侧573上，并且连接到电池模块441、442的负极端子的第二组接触器551-555可以定位在板571的第二侧575上。在一些实例中，连接电池模块341、342的正极端子的配线可以与连接电池模块341、342的负极端子的配线隔开。例如，连接电池模块341、342的正极端子的配线可以定位在电池盒214的一侧处，而连接电池模块341、341的负极端子的配线可以定位在电池盒214的相对侧或内部部分处。板571可以在电池盒214的高度H的方向上延伸，使得板571在每个接触器546-555上方延伸，并且在连接到电池模块441、442的正极端子的接触器546-550与连接到电池模块441、442的负极端子的接触器551-555之间提供物理分离。通过物理分离连接到正极端子的接触器546-550和连接到负极端子的接触器551-555，板571通过防止电池模块341、342的正极端子与负极端子之间的不希望的连接，来为接近电池系统300的电池模块341、342或其它部件的技术人员提供安全性。例如，电池正极端子与电池负极端子之间的板571的物理屏障可以例如通过阻止工具连接正极端子和负极端子来防止电池模块341、342的正极端子和负极端子的意外连接。
图6还示出了上文论述的在电池系统300的电池盒214、215中的一个内的示例性电子架构600。电子架构600可包括五个高压电池串612、614、616、618、620、622、624、626、628、630。每个高压电池串(图6中所示的HV串1-5)可包括十八个电池模块。在整个本公开中，高压电池串可以被称为如图6中所示的“HV串”。在HV串1中，电池模块1-6在第一部段612中串联连接，然后将高压串断路开关641和高压串保险丝642连接到电池串，并且然后HV串1的电池模块7-18第二部段614中连接到高电串保险丝。每个HV串2-4可以具有与HV串1类似的结构。在HV串5中，电池模块1-9在第一部段628中串联连接，然后将高压串断路开关649和高压串保险丝650连接到电池串，并且然后HV串5的电池模块10-18第二部段630中连接到高压串保险丝650。通过为每个高压电池串(HV串1-5)提供单独的断路开关641、643、645、647、649和保险丝642、644、646、648、650，电子架构600可以通过允许系统独立地断开每个电池串且在没有一个或多个断开的串(HV串1-5)的情况下操作来增加电池系统300的安全性。每个电池串可以连接到两个高压接触器631-640：电池串正极端子处的高压接触器631、633、635、637、639和电池串负极端子处的高压接触器632、634、636、638、640。高压串接触器631-640中的每一个都可以包括在串接触器分组606内。此外，每个高压串接触器631-640都可连接到24Vdc继电器电路651、653、655、657、659，所述继电器电路可包括用于监测高压电池串(HV串1-5)的操作参数的串控制器或电池管理系统。每个串控制器都可以监测相应的电池串(HV串1-5)内的每个电池单元，并且可以被配置成如果单元在其正常操作参数(或任何其他定义的阈值)之外操作，则打开相应的串接触器631、632、633、634、635、636、637、638、639、640。
通过为五个高压电池串中的每一个包括单独接触器631-640，电子架构600可以监测每个高压电池串的操作参数，并且在发生故障时断开任何单独的电池串612、614、616、618、620、622、624、626、628、630。例如，当检测到HV串5中的电池在超出其正常操作参数的电压下操作时，HV串5接触器639、640可被打开且因此断开HV串5。
如果技术人员或其它操作员需要接近电子架构600的电池串，则特定电池串的高压串断路开关641、643、645、647、649可以被移除或切换到关闭位置，这断开该电池串的电源，并且提供电池串的物理可验证断开。高压串接触器631-640中的每一个都经由高压连接604连接到高压盒分组602。
高压盒分组602在电子架构600中提供额外冗余，且提供额外控制系统以用于监测五个高压电池串1-5的电力输出。负极端子高压串接触器632、634、636、638、640连接到高压盒分组602内的负极端子高压盒接触器664，且正极端子高压串接触器631、633、635、637、639连接到正极端子高压盒接触器663。正极端子高压盒接触器663和负极端子高压盒接触器664提供通过打开两个接触器663、664来切断所有五个高压电池串的电力的手段。为了在不限制电子架构600的操作电流的情况下限制浪涌电流，正极端子高压盒接触器663和负极端子高压盒接触器664中的每一个都连接到预充电电路，该预充电电路包括高压盒预充电电阻器662、665和高压盒预充电接触器661、666。高压盒预充电电阻器662、665和高压盒预充电接触器661、666保护高压盒接触器663、664免受来自五个高压电池串的极端浪涌电流的影响，这有助于防止高压盒接触器663、664故障。高压盒接触器663、664和高压盒预充电接触器661、666中的每一个都可连接到24Vdc继电器电路690，且高压盒接触器663、664和高压盒预充电接触器661、666中的每一个可连接到单独的控制器。单独的控制器可以是24Vdc继电器电路690的一部分，并且可以监测电池盒214内的高压电池串1-5的电压和其它操作参数。高压盒分组602可以连接到高压电缆终端算法状态机667，该高压电缆终端算法状态机接着连接到电池盒屏蔽罩668，且接着连接到电子架构600的高压接线盒670，以接着供应电力以运行载具。
图6提供了用于单个电池盒214、215的电子架构600。通过在电子架构600的若干不同层处提供若干接触器，即使电池系统300的各个电池串发生故障，电池系统300也可以维持性能。例如，如果五个电池串中的一个发生故障或在正常操作参数之外操作，则技术人员可致动该特定串的高压串断路开关641、643、645、647、649以从电池系统断开该串，并且允许剩余的电池串向载具供电。此外，如果高压串接触器发生故障(例如，焊接闭合并且不能打开以断开电池串的电源)，则电子架构600可以打开高压盒分组602的接触器661、663、664、666，以从电池系统断开电池串并停止向载具供电。在一些实例中，载具100可包括电子停止(e-stop)按钮或致动器，该按钮或致动器在激活时打开电子架构600的所有接触器以完全断开电池系统300。
图7示出了包括两个电池盒214、215的电池系统300的完整电子架构700。电子架构700包括上文论述的在电池系统300的两个电池盒214、215中的每一个中的电子架构600，其包括每个电池盒214、215的五个高压电池串、经由高压连接708、709连接到高压盒分组710、711的串接触器分组706、707，电池盒屏蔽罩714、715和高压接线盒703。两个电子架构704、705在高压接线盒703处并联连接。电子架构700可以具有关于电子架构600描述的任何特征。在一些实例中，电子架构700可包括额外的控制器或电池管理系统，其监测供应给高压接线盒703的电压，所述高压接线盒接收电池系统300中的两个电池盒214、215的每个电池架构704、705的输出电压。电力由电池系统300从高压接线盒703输出，并引导至载具100的各个部件。
电子架构700可包括针对电子架构700内的一个或多个接触器的故障进行调整的系统。例如，连接到高压盒分组710的一个或多个控制器可以监测串接触器分组706中的每个高压串接触器。当在串接触器分组706的一个或多个串接触器中检测到故障时，高压盒分组710的一个或多个控制器可以打开高压盒分组710内的所有接触器，以从系统断开五个电池串。当高压盒分组710的所有接触器通过依赖于由电池盒215供应的电力而打开时，电子架构700可为载具供电。通过在电子架构700内提供多层接触器，电池系统可经由接触器断开一个或多个故障电池串，并且在一个或多个高压电池串发生故障时维持系统的操作。
工业适用性
本公开的包括两个电池盒214、215的电池系统300专门设计成在工业环境中操作，并且包括用于解决与在工业环境中操作电池供电的载具相关联的独特危险和可接近性问题的特征。例如，工业载具需要大量的电力来操作，并且因此通常需要非常大的电池组件来有效地操作机器。电池系统300能够储存至少200千瓦小时的能量，并且在一些实例中可以存储213千瓦小时的能量。在一些实例中，电池系统300可输出超过800千瓦的电力。将大型电池系统300分成两个单独的密封容器，增加了操作工业载具的安全性，并通过不将整个电池组件集中在单个壳体中来减少潜在故障。通过将电池系统300的高压部件定位在电池盒214、215的顶部部分，技术人员或其他人员可以接近每个电池盒214、215的内部部分，而不会接近或接触电池系统300的危险高压部件。此外，包含延伸穿过每个电池盒214、215的中心部分的中央板571为电池盒提供了结构支撑，并且在载具100在工业环境内操作时，当岩石或其它碎屑掉落或以其它方式与电池系统300接触时，防止损坏电池系统300。另外，板571在每个电池盒214、215的第一侧575上的电池模块的正极连接与每个电池盒214、215的第二侧573上的电池模块的负极连接之间提供分离，这防止了电池之间的不希望的电压连接，并为技术人员在接近电池系统300时提供额外的安全性。
电池系统300的电子架构600、700包括若干设计特征，这些设计特征增加了工业载具100中的电池系统300的安全性和可操作性。例如，提供若干层的接触器(包括连接到每个单个电池串的单个串接触器和高压接触器)提供了电池系统的被单独监测和控制的若干层，这允许系统在电池故障时断开系统的各部分。此外，在电池系统300的每个电池串内提供断路开关提供了额外的安全性和在发生故障时断开电池串的另一种方式。由于电池系统300可能遇到暴露于可能导致电池故障的灰尘、岩石和其他碎屑，因此电子架构快速调整电池系统300并在断开已发生故障的系统的一部分时允许电池系统300继续向载具100提供电力的能力提高了载具的持久性。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所公开的电池系统进行各种修改和更改，这对本领域技术人员来说将是显而易见的。考虑到说明书和附图，电池系统的其它实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。本说明书，特别是本文提供的实例旨在仅被视为是示例性的，本公开的真实范围由下文的权利要求及其等同物指示。

Claims (15)

1.一种监测工业载具的电池系统的方法，所述电池系统包括：
第一串电池模块，所述第一串电池模块包括串联连接的至少两个电池模块；
第一接触器，所述第一接触器连接到所述第一串电池模块的正极端；
第二接触器，所述第二接触器连接到所述第一串电池模块的负极端；
第三接触器，所述第三接触器连接到所述第一接触器；
第四接触器，所述第四接触器连接到所述第二接触器；以及
一个或多个控制器，所述一个或多个控制器被配置成监测所述第一接触器和所述第二接触器；
其中所述方法包括：
在所述一个或多个控制器处接收所述第一接触器和所述第二接触器之一的故障的指示；以及
经由所述一个或多个控制器打开所述第三接触器或所述第四接触器中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述一个或多个控制器处接收所述第三接触器和所述第四接触器之一的故障的指示；以及
经由所述一个或多个控制器打开所述第一接触器或所述第二接触器中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述电池系统还包括：
连接到所述第一串电池模块的正极端的第一预充电接触器和第一预充电电阻器；以及
连接到所述第一串电池模块的负极端的第二预充电接触器和第二预充电电阻器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述电池系统还包括：
第二串电池模块，所述第二串电池模块包括串联连接的至少两个电池模块，其中所述第一串电池模块并联连接到所述第二串电池模块；
第五接触器，所述第五接触器连接到所述第二串电池模块的正极端并且连接到所述第三接触器；以及
第六接触器，所述第六接触器连接到所述第二串电池模块的负极端并且连接到所述第四接触器。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述方法还包括：
在所述一个或多个控制器处接收所述第五接触器或所述第六接触器之一的故障的指示；以及
响应于所述第五接触器或所述第六接触器之一的故障的指示，经由所述一个或多个控制器打开所述第三接触器或所述第四接触器中的至少一者。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述电池系统还包括：
第一断路开关，所述第一断路开关连接到所述第一串电池模块；以及
第二断路开关，所述第二断路开关连接到所述第二串电池模块；
其中所述电池系统被配置成在以下情况下操作：1)所述第一串电池模块和所述第二串电池模块两者都连接到所述电池系统，2)仅所述第一串电池模块连接到所述电池系统，并且所述第二断路开关被致动以从所述电池系统断开所述第二串电池模块，或3)仅所述第二串电池模块连接到所述电池系统，并且所述第一断路开关被致动以从所述电池系统断开所述第一串电池模块。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一接触器和所述第二接触器之一的故障的指示包括所述第一接触器或所述第二接触器中的一个已焊接闭合的指示。
8.根据权利要求4所述的方法，其中所述电池系统被配置成产生至少200千瓦小时的能量。
9.根据权利要求4所述的方法，其中所述一个或多个控制器是第一一个或多个控制器；其中所述第一串电池模块、所述第一接触器、所述第二接触器、所述第三接触器和所述第四接触器密封在第一壳体内；并且其中所述电池系统还包括：
第二串电池模块，所述第二串电池模块包括串联连接的至少两个电池模块；
第五接触器，所述第五接触器连接到所述第二串电池模块的正极端；
第六接触器，所述第六接触器连接到所述第二串电池模块的负极端；
第七接触器，所述第七接触器连接到所述第五接触器；
第八接触器，所述第八接触器连接到所述第六接触器；以及
第二一个或多个控制器，所述第二一个或多个控制器被配置成监测所述第五接触器和所述第六接触器；
其中所述第二串电池模块、所述第五接触器、所述第六接触器、所述第七接触器、所述第八接触器和所述第二一个或多个控制器密封在第二壳体内；并且
其中所述方法还包括：
经由所述一个或多个控制器打开所述第三接触器或所述第四接触器中的至少一者；以及
仅利用由所述第二串电池模块提供的电力操作所述工业载具。
10.一种设置在工业载具中的电池系统，所述电池系统包括：
一串电池模块，所述一串电池模块包括串联连接的多个电池模块；
第一接触器，所述第一接触器连接到所述一串电池模块的负极输出；
第二接触器，所述第二接触器连接到所述一串电池模块的正极输出；
各自连接到所述第一接触器的第三接触器和第一预充电电阻器；
第一预充电接触器，所述第一预充电接触器连接到所述第一预充电电阻器；
各自连接到所述第二接触器的第四接触器和第二预充电电阻器；以及
第二预充电接触器，所述第二预充电接触器连接到所述第二预充电电阻器。
11.根据权利要求10所述的电池系统，其中所述一串电池模块是第一串电池模块，并且所述电池系统还包括：
第二串电池模块，所述第二串电池模块包括串联连接的多个电池模块；
第五接触器，所述第五接触器连接到所述第二串电池模块的负极输出；
第六接触器，所述第六接触器连接到所述第二串电池模块的正极输出；
其中所述第三接触器和所述第一预充电电阻器各自连接到所述第五接触器；并且
其中所述第四接触器和所述第二预充电电阻器各自连接到所述第六接触器。
12.根据权利要求11所述的电池系统，还包括：
第一控制器，所述第一控制器连接到所述第一接触器和所述第二接触器；
第二控制器，所述第二控制器连接到所述第五接触器和所述第六接触器；以及
连接到所述第三接触器和所述第四接触器的一个或多个控制器。
13.根据权利要求11所述的电池系统，还包括：
第一断路开关，所述第一断路开关连接到所述第一串电池模块；以及
第二断路开关，所述第二断路开关连接到所述第二串电池模块。
14.根据权利要求11所述的电池系统，其中所述电池系统定位在密封壳体内。
15.根据权利要求11所述的电池系统，其中所述第一串电池模块和所述第二串电池模块中的每一个被配置成每小时产生15至30千瓦。
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