CN116529118A - 冗余电源 - Google Patents

Abstract

如本文所述的系统可以被用于维持电动车辆的安全特征。这些特征包括冗余低压功率提供和冗余冷却，每个都通过使用多个电池串来提供。

Description

冗余电源

相关申请信息

本申请要求于2020年9月24日提交的美国临时申请第63/198,022号的权益，该申请的内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本公开一般涉及用于电动车辆的电池和电池系统，并且更特别地涉及具有冗余机制的高压电动车辆电池，用于在各种电压下向功率负载提供降压输出。

背景技术

随着消费者希望减少他们对环境的影响和改善空气质量，混合动力车辆和电动车辆越来越受欢迎。代替传统的内燃机，混合动力车辆和电动车辆包括由可充电电池组供电的一个或多个电机。大多数可充电电池组由一个或多个电池模块组成，每个模块包含多个电池电芯。基于功率要求和消费者需求，可充电电池组趋向于更高的工作电压。例如，基于欧姆定律(例如，P＝V²/R)，将可充电电池组的电压加倍大约使功率输出增加四倍(假设一个或多个电机的相似电阻)。因此，虽然电动车辆的电池组传统上倾向于在200-400V范围内，但较新的电动车辆可以包括输出高得多的高压电池系统，诸如约800V，使得具有等效内阻的电机将输出高得多的功率水平。

相比之下，许多车辆配件(例如，电动锁、电动车窗、乘员安全系统、冷却系统等)被设计为在12V系统上运行。因此，许多混合动力车辆和电动车辆包括12V电池以向车辆配件提供功率。同样，设计为可用于多个不同车辆的一些设备可以在一定范围的电压下运行，或者可能已经被设计用于输出200-400V的较低电压车辆。这些设备可以包括空调系统、电池冷却、转向或需要比典型的12V配件更高的功率输出，但历史上未在800V或更高的电压下运行过的其他这种系统。

尽管提高现代电动车辆的电压已被证明能有效满足车辆性能电力需求方面，但这种高压系统的使用提出了技术挑战，因为从高压降压到低压(例如，800V到12V)需要大尺寸的变压器，这为车辆增加了重量、成本和复杂性。虽然维持单独的12V电池可以解决这些问题中的一些问题，但是这种低压电池的故障可能会导致配件不可用，并且可能需要更昂贵、更重的特征(诸如交流发电机)来维持充电状态。

此外，在极少数情况下，来自高压系统的损坏的电池单元内的失控化学反应会导致单元过热。在极端情况下，来自经历热事件的单元的热传播可以转移到相邻单元，从而提高相邻单元的温度，导致热事件在整个电池组中传播(有时称为“热失控”)，可能会消耗整个电动车辆。在这些情况下，重要的是要考虑在所有电压水平下运行的配件的可用性，以及它们中每个离线可能产生的影响。

本公开解决了这些问题。

发明内容

本公开的实施例提供了一种用于从高压电池系统提供低压功率的冗余电源。本文所述的高压电池系统包括多个串，该多个串当串联布置时，组合以形成高压输出。本文描述的系统还包括具有至少两个输入的DC/DC转换器。这些输入可以各自被耦合到高压电池串(battery string)中对应的一个，并且变压器产生单个低电压输出。例如，800V的电池可以包括两个400V的串，每个串单独耦合到具有单个12V的输出的DC/DC变压器(本文中称为“转换器”，可互换)的其自己的输入。因此，DC/DC转换器可以选择性地提供一致的12V功率输出，当连接到800V电池模块的单独的400V串中的任何一个时。因此，在实施例中，具有组合的低压输出的多个DCDC转换器可以各自被连接到高压电池模块的单独串。应该理解，这些值仅作为示例被提供，并且任何数量的串都可以被组合以形成高压输出。例如，在900V下工作的电机可以从三个300V串串联接收功率，每个串被耦合到相同(或不同)的DC/DC变压器，以提供诸如5V、12V或20V的低压输出。在实施例中，串甚至可以不是相同大小。例如，一个400V串和两个200V串可以容易地提供800V高压输出。

此外，本公开的实施例可以提供被动平衡，由于来自具有较高电压的串的较高功率输出，以及冗余系统，使得单个高压串连接的丢失将不会中断低压输出。实施例即使在高压充电期间也能够实现连续的低压输出，并且能够向规避机动系统提供功率。

根据第一实施例，电源系统包括第一电池串，被配置为以第一电压提供功率。该系统还包括第二电池串，被配置为以第二电压提供功率。该系统包括变压器，该变压器被配置为从第一电池串接收第一电压的功率，并且被配置为从第二电池串接收第二电压的功率。该系统还包括驱动系统。继电器(relay)被配置为选择性地耦合第一电池串和第二电池串，以在等于第一电压和第二电压之和的电压下向驱动系统递送功率。

根据另一个实施例，电源系统包括第一电池串，被配置为以第一电压提供功率；第二电池串，被配置为以第二电压提供功率；以及与第一实施例中描述的那些类似的驱动系统。此外，第二实施例包括高压接线盒(junction box)和继电器，该继电器被配置为选择性地耦合第一电池串和第二电池串。继电器被配置为使得在正常操作条件下，继电器以等于第一电压和第二电压之和的电压向驱动系统和接线盒两者递送功率。在异常操作条件下，继电器以第一电压和第二电压中的一个向接线盒递送功率。

两个实施例的第一电压和第二电压可以相同，或者它们可以彼此不同。变压器可以被配置为以低电压水平输出功率。低电压水平可以是12V。电源系统可以进一步包括低压总线。低压总线可配置为向由以下组成的组中的一个或多个供电：车窗电机、门锁、门把手、导航系统和通信系统。第一电压和第二电压都可以是400V。第一电池串和第二电池串可以各自包括串联的多个电池模块。

电源系统还可以包括耦合到接线盒的冷凝器，并且压缩机可以被配置为在第一电压、第二电压或第一电压和第二电压之和中的任一者下操作。冷凝器可以产生冷却的流体。该系统(或其中布置该系统的车辆)可以包括多个阀和管道，其中多个阀或管道被配置为选择性地将冷却的流体递送到第一电池串、第二电池串和驱动系统。包括电源系统的车辆不需要具有单独的低压电池或系统。

根据另一个实施例，描述了一种用于从高压电池系统处提供低压直流输出的方法。该方法包括从第一电池串提供具有第一电压的第一功率输出；从第二电池串提供具有第二电压的第二功率输出；经由继电器选择性地组合第一功率输出和第二功率输出，使得在正常操作条件下，继电器以等于第一电压和第二电压之和的电压向驱动系统和接线盒两者递送功率；并且在异常操作条件下，继电器以第一电压和第二电压中的一个向接线盒递送功率。

根据另一个实施例，一种用于从高压电池系统处提供低压直流输出的方法包括：从被配置为以第一电压提供功率的第一电池串提供第一功率输出；从被配置为以第二电压提供功率的第二电池串提供第二功率输出；提供耦合到第一电池串和第二电池串二者的变压器，其中变压器从第一电池串接收第一电压的功率，并且还从第二电池串接收第二电压的功率；提供驱动系统；以及提供继电器，继电器被配置为选择性地耦合第一电池串和第二电池串，以在等于第一电压和第二电压之和的电压下向驱动系统递送功率。

以上发明内容并非旨在描述本公开的每个所示实施例或每种实施方式。下面的附图和具体实施方式更具体地举例说明了这些实施例。

附图说明

结合附图考虑到本公开的各种实施例的以下具体实施方式，可以更全面地理解本公开，其中：

图1是描绘根据本公开的实施例的包括冗余低压车辆配件电源的用于电动车辆的高压电池系统的示意图。

图2是描绘根据本公开的实施例的电池断开单元的示意图。

图3是图1描绘根据本公开的实施例的用于监测电池状况的高压电池系统内的一个或多个位置的示意图。

图4是描绘根据本公开的实施例的具有双400V输入的DCDC转换器的示意图。

图5是根据实施例的包括几个中高压组件的布线系统的示意图。

图6是根据实施例的被配置为选择性地冷却车辆的组件的阀和管道的系统的示意图。

图7是根据实施例的冷却面板的系统的透视图。

虽然本公开的实施例适用于各种修改和替代形式，但将详细描述在附图中以示例的方式示出的其细节。然而，应该理解的是，意图不是将本公开限于所描述的特定实施例。相反，意图是涵盖落入如权利要求所限定的主题的精神和范围内的所有修改、等效物和替代物。

具体实施方式

如本文所述，电池和电路布置被用于向推进系统提供相对高的电压，同时保持对低压功率的极其稳定和可靠的访问。这在不需要庞大、昂贵的变压器将功率从非常高的电压水平转换为低压的情况下，并且在不需要单独或隔离的低压电池系统的组件的情况下被实现。另外，本文描述的实施例可以提供在各种中间电压水平的功率。

贯穿本申请，一些术语被用于指代与当今电动车辆一致的电压水平。

例如，“低压”被用于指通常用于为如扬声器、控制台显示器、门锁、车窗电机、除霜器电线、风扇、座椅加热器、有线和无线充电器和插座等配件供电的电压水平。贯穿本申请使用的“低压”通常指处于或低于230V(即欧洲标准工作电压)的任何电压，但更多的是处于12V(标准配件的工作总线电压)或者甚至5V(用于诸如手机充电器和其他类似尺寸的电子设备的系统)。

同样，“中档电压”指在现有电动车辆中通常用于推进的范围内的电压。“中档电压”是指可用于推进的功率水平，并且可能已经在一些现代车辆中，但低于高压水平(见下文)。中档电压可以是例如，202V(用于诸如丰田普锐斯的混合动力车辆的传动系统)、375V(用于诸如特斯拉Model S和Model 3的现代纯电动传动系统)、389V(用于捷豹I-Pace)或该范围内的其他电压。

最后，“高压”指现代纯电动传动系统中开始被使用的电压水平。这些大大超过了中档电压，认识到同一电动机的功率输出随着输入电压的增加而显著地呈指数级增加。这种高压系统被用于申请人博乐斯达(Polestar)生产的下一代车辆。

一般来说，出于本申请的目的，并且受上述细节约束，可以假设“低压”等于或小于200V，“中档电压”指高于200V并低于400V的电压，并且“高压”指处于或高于400V的电压。然而，应该理解的是，未来电动车辆的工作电压可能会增加。这是由于电池组内的标称功率输出和能量存储的预期增加，以及为了功率输出而增加上述工作电压的激励。因此，人们完全预期，未来电动车辆背景下的“高压”可能会达到更高的水平，诸如数千伏，以及“中档电压”仍然是指用于推进的高压值和用于如门锁和车窗电机等配件的低压值之间的整个电压范围。本申请中描述的原理同样适用于通常使用的电压范围变化，因为它们预计会随着时间的推移而变化。

在整个申请中，诸如上述电压的范围被描述为“大约”、“基本上”或“大概”等于某个值。应该理解的是，电池功率输出和电压根据所理解的设计公差而变化，并且是不精确的。此外，特定电池系统的电压或功率输出可能会随着各种不同的条件而变化，诸如充电状态、电池温度、负载水平(现有的或历史的)、电池的磨损或老化、连接电气组件和导体的电阻等。当一个水平被称为“大约”、“基本上”或“大概”等于某个值时，意味着该值是标称值，受到这种正常变化的影响。

图1示出了根据实施例的电池和电气化方案的示例示意图。图1示出了第一电池串100、第二电池串102，每个电池串包括串联布置的四个模块(用电压源的传统符号描绘)。在现代电池架构中，四个模块中的每个可以是100V，例如，使得第一电池串100和第二电池串102各自具有大概400V的净电压。然而，在替代实施例中，每个模块可以具有不同的电压，或者不同数量的模块可以在第一电池串100和第二电池串102中的每个电池串中被使用以产生不同的净输出电压。

图1还示出了DC/DC变压器104。DC/DC变压器104可以被用于产生低压输出。DC/DC变压器104可以被供电以产生例如12V的输出。DC/DC变压器104具有分别对应于第一电池串100和第二电池串的输入104A和104B。出于清楚的目的，DC/DC变压器104的输出未在图1中示出，但是12V电源可以用于多种目的中的任何目的。例如，12V电源可以被用于如扬声器、控制台显示器、门锁、车窗电机、除霜器电线、风扇、座椅加热器、有线和无线充电器和插座等配件。可以使用附加的升压或降压变压器来修改未在图1中描绘的来自DC/DC变压器104的输出，诸如从USB端口或手机充电器输出5V功率的进一步降压变压器，或者操作更高电压的座椅或方向盘加热器、控制台显示器或用于车内互联网或通信的无线路由器的升压变压器。

图1还示出了电动前轴驱动(electric front axle drive，EFAD)106和电动后轴驱动(electronic rear axle drive，ERAD)108。EFAD和ERAD中的每个都用于推进目的。也就是说，功率可以分别在EFAD 106和ERAD 108处被路由到车辆的前部和车辆的后部，以被用于使车辆移动。在两轮驱动车辆中，可以省略EFAD 106或ERAD 108中的任一个。EFAD 106和ERAD 108被配置为在高压下工作。在其中每个模块在100V下工作的上面示例中，EFAD106和ERAD 108可以在800V下工作。

在每个模块内有更多模块、更多电池串或更高电压的其他实施例中，EFAD 106和ERAD 108可以在对应于每个模块的工作电压之和的甚至更高的电压下工作。由于以下将变得清楚的原因，可能期望EFAD 106和ERAD 108各自即使在接收到较低电压时也能够提供推进。也就是说，即使仅由第一电池串100单独供电，或者仅当由第二电池串102单独供电，EFAD 106和/或ERAD 108也可以被配置为工作。在上面的示例中，也就是说，EFAD 106和ERAD 108将各自能够以400V驱动车辆推进。

为了清楚起见，在图1中没有示出车辆的电机。然而，应该理解的是，EFAD 106可以被耦合到一个电机(驱动所有前轮)，或者它可以用作将功率路由到车辆前部的几个驱动轮中的每个的功率总线。同样，ERAD 108可以被耦合到一个后电机，或者可以将功率路由到多个后轮。在乘用车中，由EFAD 106的在车辆前部的驱动轮的数量将典型地为两个，由ERAD108服务的在后部处的驱动轮数量也将为两个。然而，本文所描述的概念并不是如此狭窄以至于被限制于这种实施例。应当理解，在三轮车实施例中，EFAD 106可以服务于单个前轮，而ERAD 108可以服务于一对后轮。另一方面，对于货运卡车或铰接式公共车辆，可能有明显多于四个的总驱动轮。在这种实施例中，EFAD和ERAD连接的数量将基于车辆几何形状而变化。例如，用于长途驾驶的18轮牵引拖车可以受益于具有九个与如EFAD 106和ERAD 108的配电总线的连接。

图1还示出了高压组件110。这些高压组件110可以包括在高电压水平下工作但不与推进直接相关联的组件。例如，转向、电池冷却和自动驾驶特征可以使用高压输入，但(自动驾驶除外)从不负责使车辆移动。同样，自动驾驶可以由高压供电，但在一些或所有正常使用期间可能不被激活。在图1中，这些高压组件110从EFAD 106接收功率，但在替代实施例中，它们可以从ERAD 108接收功率，或者可以直接被耦合到电池串100和102。

除了消耗功率的负载之外，图1还示出了DC充电总线112。DC充电总线112可以是例如从被路由到电池串100和102的外部电源接收高压功率的车辆的充电端口。在实施例中，在DC充电总线112处接收的电压可以与电池串100和102的标称电压相同，或者电压可以通过适当的电路(未示出)被操纵以对电池串100、102充电。典型的充电电压在大约120V和大约600V之间，并且在一些实施例中，DC充电总线112可以被配置为在这些电压中的任何电压下接收功率，用于充电目的。

第一电池串100和第二电池串102中的每个单独地被电气耦合到DC/DC变压器104。同样，第一电池串100和第二电池串102中的每个被电气耦合到EFAD 106和其他800V组件以及ERAD 108。总之，DC/DC变压器104、EFAD 106、ERAD 108和高压组件110中的每个都被耦合到电池串100和102两者。然而，一个显著的区别是，DC/DC变压器104在分开的输入处从两个电池串接收功率，而其他组件106、108和110在公共输入处从电池串100和102两者接收功率。

现在转到图2，图1的系统的电压水平以简化的示意图被描绘。在整个图2和本文档的其余部分中，类似的组件在具有以因子100迭代的类似参考数字的附图中被描绘。例如，图1的电池串100在功能上等同于图2的电池串200。已经关于先前图所讨论的每个组件的描述将不再重复，以避免冗余。

如图2所示，电池串200和202各自被耦合到对应的预充电电路：第一电池串200被耦合到预充电电路A(214)，而第二电池串202被耦合到预充电路B(216)。另外，电池串200、202中的每个单独地被耦合到DC/DC变压器204。

除了在预充电电路214、216处的那些先前描述的组件之外，图2示出了高压部分218，用虚线包围。也就是说，位于预充电电路A和B(214、216)电气下游的组件被组合，使得在正常操作期间，EFAD 206和ERAD 208都在来自高压部分218的高压下供电。

图2还示出了电源断开装置(power disconnect device，PDD)220和继电器224。PDD 220可以被用于在紧急事件中断开电源。同时，继电器222可以被用于在开关闭合时并联耦合两个电池串200和202，使得高压部分218处的功率输出是两个电池串200和202的电压之和。

值得注意的是，DC/DC变压器204从第一电池串200和第二电池串204两者接收功率，而无论电源断开220或继电器222的状态如何。

在操作中，隔离测量点(因此使用常规符号示出)可以检测异常，以操作图2中所示的PDD 220、继电器222和其他开关。当电池串200、202中的每个处的电压输出在正常参数内时，继电器222闭合，高压部分218处于高电压，并且DC/DC变压器204同时从两个串接收功率。如果任一电池串将太多的功率投入DC/DC变压器204，则熔断器(在图2中用其常规符号示出)将被熔断，但DC/DC变压器204仍将由剩余的电池串供电。另一方面，如果电池串200、202中的一个没有输出功率(或者如果功率输出处于低电压)，则DC/DC变压器204仍然可以通过从另一个电池串输入的功率来操作。

图3示出了应用于图1的更具体情况的图2的简化系统。如图1所示，在使用期间，开关Relay_AB(类似于图2的继电器222)可以闭合，从而将来自第一电池串300的正极输出连接到第二电池串302的负极，其中标记为HV_B-GND的开关以及标记为HV_A-GND的开关断开。也就是说，标记为U_MAIN_HV+的点与标记为U_MAIN_HV-的点的电压差将为第一电池串和第二电池串300和302内的所有模块的净电压。

否则，如果一个电芯由于故障或异常操作而断开操作，则Relay_AB可以断开(或者，造成相同效果，熔断器U_SFUSE_HV+可能被熔断)，并且与剩余可操作串相对应的开关可以闭合。也就是说，如果第一串300如通过隔离测量确定的那样仍然是可操作的，则继电器A-和继电器A+可以闭合，而Relay_AB例如断开。

应该理解，这同样适用于反向充电：当DC_CHARGE+和DC_CHARGE-接收功率时，对应的开关闭合，并且可以对两个串(Relay_AB闭合)或单个串(Relay_AB-断开，并且对应于仅一个串的开关闭合)充电。

一次对一个串充电可能有好处。例如，一次对一个串充电可以帮助平衡两个串之间的电荷水平。在其他情况下，一个串可能太热或太冷而无法安全地接收DC充电。DC充电也可以独立地或在对电池串300、302中的一个或两个充电时被路由到诸如电池冷却器或加热器的组件(在标记为800V组件的模块处)。

这种系统的其他优点可以包括：

·当一个电池串离线时，将自动驾驶维持在400V；

·在电源故障事件期间向车辆系统选择性配电(例如，第一是安全系统，第二是电池冷却，第三是自动驾驶，最后是配件)；

·补偿将以其他方式使分离的12V系统离线的事件(例如，在通常容纳12V电池处发生追尾碰撞期间)，包括在从400V或800V系统抽出的有限12V功率可用时选择性配电；

·使用太阳能电池板或其他低电流特征，在更长的持续时间内平衡电池串充电水平；以及

·受益于多串架构的车辆到电网功率应用或电子存储系统。

图4是根据实施例的DC/DC变压器404的更详细的示意图。根据该实施例，存在两个400V输入，输入424和426。每个独立于另一个并且提供功率，诸如来自其自身的对应电池串，如上文关于图1-图3所描述的。同样，400V输入424和426中的每个分别具有对应的接地线428和430。

第一对输入和接地(424和428)被耦合到第一变压器电路432A。第二对输入和接地(426和430)被耦合到第二变压器电路432B。这些中的每个都并联地被耦合到12V总线434和低压连接器436。

图4中所示的布置提供了几个优点。第一，如上关于图1-图3所述，即使当输入电压线424和426中的一个被断开、不可操作或以其他方式不能提供稳定的输入功率时，输入电压线中的另一个仍然可以保持低压功率输出。第二，由于图4中所示的包括两个变压器电路432A和432B的特定设计，即使变压器电路中的一个被损坏或以其他方式不可操作，另一个也可以继续提供低压输出。

当然，在替代实施例中，可以具有单个变压器电路，该变压器电路从两个输入424和426并联而不是串联地接收功率。这种设计以较低的重量和复杂性换取减少的冗余，在某些情况下这可能是值得的权衡。如前所述，在实施例中，可能存在两个以上的电池串，在这种情况下，对于每个串具有单独的变压器电路可能是低效的或不切实际的。因此，可以基于所需的冗余量设计类似于图4所示的DC/DC变压器，其包括适当数量(在1和多个之间)的变压器电路。设计可以考虑电池串的数量(例如，如图4所示，每个电池串可以有一个变压器电路)。

如图4所示，每个变压器电路432A、432B能够在12V下输出2.1kW的功率。出于操作车辆的安全特征，诸如门锁、遥测和车窗电机的目的，该功率水平是充足的。在一些车辆中，每个电路432A、432B的输出可以足以操作所有的低压特征。在其他车辆和实施例中，单个变压器电路432A/432B的功率输出可能不足以同时操作所有低压系统。对于包括许多非必要但高功耗配件(诸如座椅加热器、立体声系统、车载娱乐系统等)的车辆尤其如此。通过使用适当的软件，12V总线436可以选择性地将功率路由到这些低压系统，以确保在没有足够的功率在同一时间操作所有系统时，安全特征在非必要的那些之前被供电。在实施例中，这种软件可以向驾驶员通信(通过车载显示器、音频、仪表板指示灯或与用户电话的通信)12V系统已经受到限制，并指示驾驶员寻求帮助。

在某些情况下，诸如在一个电池串中的失控热事件期间，保持12V的功率有助于向用户通信错误消息，指示车辆应该被撤离。此外，车辆可以继续在低压下操作遥测或导航系统，其允许适当的消防或救援服务来定位车辆。最重要的是，电动车辆通常包含设计功能，诸如齐平式门把手以及全自动门锁和车窗电机。在车辆由于电池故障或碰撞而变得不安全的情况下，图1-图4中描述的系统为这些特征提供持续的功率。也就是说，不仅可以提醒驾驶室内的人注意危险情况，而且这些乘客能够安全且容易地离开车辆。

图5示出了类似于先前关于图1-图3描述的那些的系统的示意图，但更详细地示出了可以被耦合到EFAD 506的高压组件。为了简化附图和清楚起见，包括前面描述的DC/DC变压器系统的其他组件已从该视图中被省略。

图5展示了两种可能的充电机制。第一个是AC充电器512A，其被示为400VAC充电系统。应该理解，根据电源的类型，AC功率可以以各种频率和电压被递送，其在被递送到接线盒536之前被转换。第二电源，DC电源512B，如先前附图中所述将功率路由到EFAD 506，EFAD506然后将功率路由到接线盒536。

如图5所示，接线盒536是能够在具有800V总电池模块输出的车辆中递送从230-850V范围内的功率的通用分配总线。也就是说，接线盒536能够在中等范围电压和高压范围下递送功率。接线盒536被耦合到负载540-546，每个负载都消耗该范围内的功率。

高级驾驶员辅助系统(Advanced driver-assistance systems，ADAS)540可以包括许多东西，包括传感器、致动器、处理器和被配置为将车辆保持在其车道内、以适当的速度安全驾驶的其他子系统。在实施例中，ADAS 540可以被耦合到EFAD转换器542，其为动力传动系统本身供电。压缩机544可以被用于多种目的，包括气候控制(即，空调)以及冷却用于将电池温度保持在期望范围内的流体。在实施例中，多个压缩机544可以由接线盒536供电，以分离这些功能，而在其他实施例中单个压缩机可以执行这两种功能。同样，加热器546可以被用于车厢加热或用于电池(或其他机械组件)加热，或者在实施例中，单个加热器可以被用于这两种功能。

在实施例中，由接线盒536供电的元件可以在来自组合电池串的全高压输出水平下可操作，或者它们可以在来自单个串的电压下可操作。在一些情况下，由接线盒536供电的组件可以在任一电压下操作。

根据一个实施例，压缩机544被配置为冷却电池串500和502两者。在一个电池串(500或502)损坏的情况下，诸如由于失控的热事件或碰撞，热量可能开始在损坏的电芯中积聚。众所周知，如果不加以控制，这种反应将继续，额外的加热会导致电池的额外故障，直到如果不加以控制，电池电芯可以燃烧。出于这个原因，电动车辆包括许多防护措施，包括热屏蔽、通风和监测。然而，这些防护措施占用了电池托盘中的体积和重量，从而减少车辆的续航里程。随着电池容量的增加，热失控的容量和在这种事件期间消散的电量也会增加使得需要越来越多的屏蔽和监测。

然而，众所周知，在冷却的情况下，这种失控事件将不会传播到相邻的电芯，并且在某些情况下可以完全停止。值得注意的是，在该实施例中，压缩机544具有冗余电源，并且可以独立地从任一电源操作。也就是说，如果第一电池串500被损坏并且热事件开始，则第二电池串502仍然向EFAD 506提供功率(如图1-图3所述)，其又向接线盒536供电以驱动压缩机544，并且压缩机544使损坏的第一电池串500内的电芯冷却。

相反，如果第二电池串502损坏并且其中开始热事件，则第一电池串500仍然向EFAD 506提供功率(如图1-图3所述)，其又向接线盒536供电以驱动压缩机544，并且压缩机544使损坏的第二电池串502内的电芯冷却。

总之，将电池分成两个串至少在中等电压范围内提供冗余功率，并且在这种中等电压范围内可操作的压缩机足以防止热失控事件，而不需要电芯和模块之间越来越庞大和低效的间隔。

图6示出了将制冷机或压缩机644耦合到车辆内的各种组件的阀和管道系统的简化示意图，该系统包括电池600(应当理解，可以包括多个电池串)和DC/DC转换器604，以及EFAD 606和ERAD 608和其他组件。如图6所示，可以通过打开或闭合适当的阀门来关闭对车辆的某些部分的冷却，同时对其他部分保持冷却。例如，在图6所示的实施例中，可能希望在碰撞之后(或者在某些其他电芯损坏的情况下停止车辆之后)在页面底部所示的循环中关闭对EFAD 606和ERAD 608的冷却。然而，在此期间，流体流可以保持在车辆的制冷机或压缩机644和散热器部分648之间用于热交换，以及到页面右下角上的包括电池600和DC/DC变压器604的部分。

通过将冷却切割成回路(诸如具有EFAD 606和ERAD 608的底部回路)，即使在压缩机644以降低的电压运行的情况下，也可以保持递送到其余部分的冷却量和流体流。也就是说，如果压缩机标称设计为在800V下运行，但由于损坏的电池串而仅接收400V，则其仍可能在降低的容量下运行。但是，即使在这种降低的容量的情况下，通过选择性地操作图6所示的阀，也可以将足够的冷却流体流路由到电池600，以停止或延迟任何热事件，使得车辆内或附近的人能够保持安全。

应该理解的是，冷却可以模块化地进行，如图7所示，使用甚至更复杂的阀系统。图7仅示出了具有耦合到中央供应管道系统752的多个冷却面板750A-750C的电池托盘的冷却流图。在实施例中，传感器(其在各种实施例中可以是热传感器、压力传感器、放气传感器或电气传感器)检测需要额外冷却的区域，并增加冷却流体对对应冷却面板(750A-750C)的供应。通过选择性地冷却面板，需要从制冷机(例如，图6的压缩机644)递送的冷却量可以被更进一步减少。

本文已经描述了系统、设备和方法的各种实施例。这些实施例仅通过示例的方式给出，并不旨在限制所要求保护的发明的范围。此外，应该意识到，已经描述的实施例的各种特征可以以各种方式被组合，以产生许多附加的实施例。此外，尽管已经描述了各种材料、尺寸、形状、配置和位置等以与所公开的实施例一起使用，但是除了所公开的那些之外，其他也可以被使用，而不会超出所要求保护的发明的范围。

相关领域的普通技术人员将认识到，本文的主题可以包括比上述任何单个实施例中所示的更少的特征。本文所描述的实施例并不意味着是本文主题的各种特征可以被组合的方式的详尽呈现。因此，实施例不是特征的相互排斥的组合；相反，各种实施例可以包括从不同的单独实施例中选择的不同的单独特征的组合，如本领域普通技术人员所理解的。此外，关于一个实施例描述的元件即使在这种实施例中未被描述，也可以在其他实施例中被实施，除非另有说明。

尽管从属权利要求在权利要求中可以指代与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他实施例也可以包括从属权利要求与每个其他从属权利要求的主题的组合，或者一个或多个特征与其他从属权利要求或独立权利要求的组合。本文提出了这种组合，除非声明不打算特定的组合。

通过引用上述文件的任何合并都被限制，使得不包含与本文明确公开相反的主题。通过引用上述文件的任何合并都被进一步限制，使得文件中包括的任何权利要求都不通过引用并入本文。通过引用上述文件的任何合并都还被进一步限制，使得文件中提供的任何定义都不通过引用并入本文，除非明确包括在本文中。

出于解释权利要求的目的，明确意图不援引35U.S.C.§112(f)的规定，除非在权利要求中叙述了特定术语“手段用于”或“步骤用于”。

Claims (15)

1.一种电源系统，包括：

第一电池串，其被配置为以第一电压提供功率；

第二电池串，其被配置为以第二电压提供功率；

变压器，其被配置为从所述第一电池串接收所述第一电压的功率，并且被配置为从所述第二电池串接收所述第二电压的功率；

驱动系统；以及

继电器，被配置为选择性地耦合所述第一电池串和所述第二电池串，以在等于所述第一电压和所述第二电压之和的电压下向所述驱动系统递送功率。

2.一种电源系统，包括：

第一电池串，其被配置为以第一电压提供功率；

第二电池串，其被配置为以第二电压提供功率；

驱动系统；

高压接线盒；以及

继电器，其被配置为选择性地耦合所述第一电池串和所述第二电池串，使得：

在正常操作条件下，所述继电器以等于所述第一电压和所述第二电压之和的电压向所述驱动系统和所述接线盒两者递送功率；并且

在异常操作条件下，所述继电器以所述第一电压和所述第二电压中的一个向所述接线盒递送功率。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的电源系统，其中，所述第一电压和所述第二电压相同。

4.根据权利要求1所述的电源系统，其中，所述变压器被配置为以低电压水平输出功率。

5.根据权利要求4所述的电源系统，其中，所述低电压是12V。

6.根据权利要求4所述的电源系统，还包括低压总线。

7.根据权利要求6所述的电源系统，其中，所述低压总线被配置为向由以下组成的组中的一个或多个供电：车窗电机、门锁、门把手、导航系统和通信系统。

8.根据权利要求3所述的电源系统，其中，所述第一电压和所述第二电压均为400V。

9.根据权利要求1或2所述的电源系统，其中，所述第一电池串和所述第二电池串中的每个包括多个电池模块。

10.根据权利要求2所述的电源系统，还包括耦合到所述接线盒的冷凝器，并且其中压缩机被配置为在所述第一电压、所述第二电压或所述第一电压和所述第二电压之和中的任一者下操作。

11.根据权利要求10所述的电源，其中，所述冷凝器被配置为产生冷却的流体。

12.根据权利要求11所述的电源，还包括多个阀和管道，其中，所述多个阀或管道被配置为选择性地将冷却的流体递送到所述第一电池串、所述第二电池串和所述驱动系统。

13.一种包括根据权利要求1或权利要求2所述的电源的车辆，其中，所述车辆不包括低压电池。

14.一种用于从高压电池系统处提供低压直流输出的方法，所述方法包括：

从第一电池串提供具有第一电压的第一功率输出；

从第二电池串提供具有第二电压的第二功率输出；

经由继电器选择性地组合所述第一功率输出和所述第二功率输出，使得：

在正常操作条件下，所述继电器以等于所述第一电压和所述第二电压之和的电压向驱动系统和接线盒两者递送功率；并且

在异常操作条件下，所述继电器以所述第一电压和所述第二电压中的一个向所述接线盒递送功率。

15.一种用于从高压电池系统处提供低压直流输出的方法，所述方法包括：

从被配置为以第一电压提供功率的第一电池串提供第一功率输出；

从被配置为以第二电压提供功率的第二电池串提供第二功率输出；

提供耦合到所述第一电池串和所述第二电池串二者的变压器，其中所述变压器从所述第一电池串接收所述第一电压的功率，并且还从所述第二电池串接收所述第二电压的功率；

提供驱动系统；以及

提供继电器，所述继电器被配置为选择性地耦合所述第一电池串和所述第二电池串，以在等于所述第一电压和所述第二电压之和的电压下向所述驱动系统递送功率。