CN117584748A - 高电压电池断连方法和使用该方法的机动载具 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于控制载具电池系统的方法，所述载具电池系统包括具有正和负总线轨的电压总线、连接到所述电压总线并且具有正和负电池端子的至少一个电池组、以及电池断连单元。所述方法包括：通过在检测到事件状况时执行第一电池断连过程、通过在检测到高过电流状况时执行第二电池断连过程、以及通过在检测到低过电流状况时执行第三电池断连过程来经由所述电池断连单元将所述至少一个电池组从所述电压总线断连。第一电池断连过程利用断开主要爆炸熔丝，第二电池断连过程利用热熔丝、固态继电器和/或电流传感器中的一个或多个，并且第三电池断连过程利用一个或多个接触器或固态继电器。
Description
技术领域
本公开涉及高电压(HV)电池电气系统，该系统具有可再充电的电化学电池组以及与其连接的一个或多个HV组件。当该电池电气系统被用作电气化动力系统(electrifiedpowertrain)的一部分时，例如电池电动载具(vehicle)(BEV)、插电式混合电动载具(HEV)或其他移动系统的一部分时，电池组是可再充电的能量储存系统(RESS)的组成组件。RESS进而连接到一个或多个电气推进马达。当电气推进马达被配置为多相/交流(AC)马达时，被布置在对应的HV电路支路(circuit leg)或通道中的HV组件可以包括对应的功率逆变器，该功率逆变器在本领域中并且在本文中被公开为功率逆变器模块(PIM)。由RESS供电的其他HV组件可以包括：以直流(DC)至DC电压转换器形式的附件(accessory)功率模块(APM)、车载(onboard)充电模块(OBCM)、空气调节压缩机模块(ACCM)、低电压(LV)和其他模块，它们跨DC电压总线的相对的电压总线轨(voltage bus rail)而连接到RESS以及(一个或多个)其电池组。
本公开涉及一种HV电池系统(诸如用于给BEV、HEV或其他移动平台上的推进功能供电的类型)、以及具有这种电池系统作为车载(onboard)DC功率供给的一部分的电气动力系统。更具体地，本公开涉及将BEV、HEV或其他移动系统的电池从各种高电压(HV)负载断连(disconnect)，以便实现各种状况/模式/事件的电压断连要求。
背景技术
纯BEV、HEV、以及具有电气化动力系统的其他移动系统可以包括一个或多个快速动作的烟火开关(pyrotechnic switch)，诸如爆炸熔丝(pyro fuse)，其响应于电子触发信号以不可逆的方式立即断开(open)。这种载具或系统的移动系统可以包括传感器，该传感器被配置成响应于检测到指示由阈值、所测量的加速度、减速度和/或重力指示的失效(failure)模式的状况而输出电子触发信号，典型地作为电流或电压信号。推进电池组的电路系统内的一个或多个烟火开关的策略性定位旨在帮助确保电池组响应于超过预定义加速度/减速度限制的事件而从HV总线快速地断连。
发明内容
具有电气化动力系统的机动载具的目前电气系统可以通过如下方式来部分地满足HV断连要求：利用每个HV电路的热熔丝、来自电池的所有电路的单个主要热熔丝、以及爆炸熔丝，并且代替于利用爆炸熔丝，用电流传感器监测来断开接触器。本文中提供的各种解决方案旨在改进这种HV断连硬件和相关控制系统的品质和性能，如下面详细描述的。
本公开利用针对各种HV负载的不同HV断连要求的分类，以提供一种改进的方法，该方法限制爆炸熔丝和接触器的高成本以及品质和性能问题的数量，并且降低导致功率损失(LoP)的HV负载断连的频率。具体地，本公开涉及利用高电压断连装置和用于不同高电压电路的控制以及基于电流传感器的监测系统的组合来触发电池的断连，以便以改进的品质和性能以及成本降低来更好地在不同失效状况下满足断连要求。
具体地，本发明提供了一种用于控制机动载具的电池电气系统的方法、系统和机动载具。本文中公开了一种用于控制机动车辆的电池电气系统的方法，所述电池电气系统包括具有正总线轨(bus rail)和负总线轨的直流(DC)电压总线、连接到所述DC电压总线并且具有正电池端子和负电池端子的至少一个电池组、以及电池断连单元(BDU)。所述方法通过在检测到事件状况时经由所述BDU执行第一电池断连过程来将所述至少一个电池组从所述DC电压总线断连，第一电池断连过程利用爆炸熔丝，通过在检测到高过电流状况时经由所述BDU执行第二电池断连过程来将所述至少一个电池组从所述DC电压总线断连，第二电池断连过程利用热熔丝、固态继电器(SSR)和电流传感器中的一个或多个，以及通过在检测到低过电流状况时经由所述BDU执行第三电池断连过程来将所述至少一个电池组从所述DC电压总线断连，第三电池断连过程利用一个或多个接触器或一个或多个SSR。
第一电池断连过程断开主要爆炸熔丝以断连所述至少一个电池组。第二电池断连过程确定附件负载上的高过电流并且利用至少一个或多个热熔丝、SSR或电流传感器来断连所述至少一个电池组，或者确定过电流阈值或过电流持续时间被超过并且断开所述主要爆炸熔丝，或者利用所述一个或多个接触器或所述一个或多个SSR来断连所述至少一个电池组。第三电池断连过程利用所述一个或多个接触器或所述一个或多个SSR来断连所述至少一个电池组。
断开所述主要爆炸熔丝利用引爆管驱动器(squib driver)。检测所述事件状况包括从所述机动载具的安全气囊模块接收指示。检测所述高过电流状况包括确定引起硬短路的过电流。检测所述低过电流状况包括确定引起所述至少一个电池组的低电池单元电压的过电流。
所述事件状况与指示所述机动载具的阈值减速度的外部载具事件相关。所述低过电流状况与附件负载、功率逆变器模块(PIM)、或DC快速充电(DCFC)事件相关。
本文中还公开了一种机动载具的电池电气系统，所述系统包括：具有正总线轨和负总线轨的直流(DC)电压总线、连接到所述DC电压总线并且具有正电池端子和负电池端子的至少一个电池组、以及电池断连单元(BDU)。所述BDU包括电池监测单元，所述电池监测单元被配置成检测事件状况并且激活对应的第一电池断连过程，检测高过电流状况并且激活对应的第二电池断连过程，以及检测低过电流状况并且激活对应的第三电池断连过程。所述BDU还包括控制单元，所述控制单元被配置成：通过在检测到事件状况时经由所述BDU执行第一电池断连过程来将所述至少一个电池组从所述DC电压总线断连，第一电池断连过程利用爆炸熔丝；通过在检测到高过电流状况时经由所述BDU执行第二电池断连过程来将所述至少一个电池组从所述DC电压总线断连，第二电池断连过程利用热熔丝、固态继电器(SSR)和电流传感器中的一个或多个；以及通过在检测到低过电流状况时经由所述BDU执行第三电池断连过程来将所述至少一个电池组从所述DC电压总线断连，第三电池断连过程利用一个或多个接触器或一个或多个SSR。
第一电池断连过程包括断开主要爆炸熔丝以断连所述至少一个电池组。第二电池断连过程包括确定附件负载上的高过电流并且利用至少一个或多个热熔丝、SSR或电流传感器来断连所述至少一个电池组，或者确定过电流阈值或过电流持续时间被超过并且断开所述主要爆炸熔丝，或者利用所述一个或多个接触器或所述一个或多个SSR来断连所述至少一个电池组。第三电池断连过程包括利用所述一个或多个接触器或所述一个或多个SSR来断连所述至少一个电池组。
断开所述主要爆炸熔丝包括利用引爆管驱动器。检测所述事件状况包括从所述机动载具的安全气囊模块接收指示。检测所述高过电流状况包括确定引起硬短路的过电流。检测所述低过电流状况包括确定指示引起所述至少一个电池组的低电池单元电压的短路状况或电阻性短路的过电流。
所述事件状况与指示所述机动载具的阈值减速度的外部载具事件相关。所述低过电流状况与附件负载、功率逆变器模块(PIM)、或DC快速充电(DCFC)事件相关。
本文中还公开了一种机动载具，包括：载具主体、连接到所述载具主体的轮、以及可操作用于给所述轮供电的电池电气系统，所述电池电气系统包括具有正总线轨和负总线轨的直流(DC)电压总线、连接到所述DC电压总线并且具有正电池端子和负电池端子的至少一个电池组、以及电池断连单元(BDU)。所述BDU包括电池监测单元，所述电池监测单元被配置成检测事件状况并且激活对应的第一电池断连过程，检测高过电流状况并且激活对应的第二电池断连过程，以及检测低过电流状况并且激活对应的第三电池断连过程。所述BDU还包括控制单元，所述控制单元被配置成：通过在检测到事件状况时经由所述BDU执行第一电池断连过程来将所述至少一个电池组从所述DC电压总线断连，第一电池断连过程利用爆炸熔丝；通过在检测到高过电流状况时经由所述BDU执行第二电池断连过程来将所述至少一个电池组从所述DC电压总线断连，第二电池断连过程利用热熔丝、固态继电器(SSR)和电流传感器中的一个或多个；以及通过在检测到低过电流状况时经由所述BDU执行第三电池断连过程来将所述至少一个电池组从所述DC电压总线断连，第三电池断连过程利用一个或多个接触器或一个或多个SSR。
第一电池断连过程包括断开主要爆炸熔丝以断连所述至少一个电池组。第二电池断连过程包括确定附件负载上的高过电流并且利用至少一个或多个热熔丝、SSR或电流传感器来断连所述至少一个电池组，或者确定过电流阈值或过电流持续时间被超过并且断开所述主要爆炸熔丝，或者利用所述一个或多个接触器或所述一个或多个SSR来断连所述至少一个电池组。第三电池断连过程包括利用所述一个或多个接触器或所述一个或多个SSR来断连所述至少一个电池组。
检测所述高过电流状况包括确定引起硬短路的过电流。检测所述低过电流状况包括确定指示引起所述至少一个电池组的低电池单元电压的短路状况或电阻性短路的过电流。
附图说明
图1图示了根据本公开的实施例的机动载具，该机动载具具有配备有高电压(HV)电池组和紧急断连电路的电池电气系统。
图1A图示了根据本公开的实施例的电池电气系统。
图2A图示了根据本公开的实施例的电池电气系统。
图2B图示了根据本公开的替代实施例的电池电气系统。
图3图示了根据本公开的实施例的用于与图2A和2B中所图示的电池电气系统一起使用的控制系统。
图4图示了根据本公开的实施例的电池组或HV组件的基于故障的断连的控制序列。
图5图示了根据本公开的实施例的电池断连单元(BDU)。
本公开可以扩展到修改和替代形式，其中代表性实施例在附图中被图示并且在本文中被详细公开。本公开的创造性方面不限于所公开的实施例。而是，本公开旨在覆盖落入由所附权利要求限定的本公开范围内的修改、等同物、组合和替代物。
具体实施方式
本公开可以以许多不同的形式来体现。本公开的代表性实施例在附图中被图示并且在本文中被详细公开作为本公开的非限制性示例。权利要求中没有明确记载的公开内容不应当通过暗示、推断或以其他方式被单独地或集体地并入到权利要求中。
出于本公开的目的，除非具体地否认，否则单数时态的使用包括复数时态，并且反之亦然，术语“和”和“或”应既是合取性的(conjunctive)又是析取性的(disjunctive)，并且词语“包括”、“含有”、“包含”、“具有”和类似术语应意指“包括但不限于”。此外，近似词语(诸如，“大约”、“几乎”、“基本上”、“大体上”、“近似地”以及类似词语)在本文中可以用来意指“处于、接近、或几乎处于”、或“在......的0-5％内”、或“在可接受的制造容差内”、或其逻辑组合。
公开为“被配置成执行”或“被配置用于执行”指定功能的组件能够在没有更改的情况下执行该指定功能，而不是仅仅具有在进一步修改之后执行该指定功能的潜力。换句话说，所公开的硬件当明确地“被配置成执行”或“被配置用于执行”该指定功能时是出于执行该指定功能的目的而被特别地选择、创建、实现、利用、编程和/或设计的。在附图中，相似的附图标记指代相同或类似的组件。
图1图示了机动载具20，根据本公开的实施例，该机动载具20包括电池电气系统13，该电池电气系统13配备有高电压(HV)电池组和紧急断连电路。图1A图示了根据本公开的实施例的电池电气系统。如图1A中所图示，来自可再充电能量储存系统(RESS)10的放电的电功率被用于给作为电池电气系统13的一部分的多个HV组件(12......12n)供电(如图1A中所图示)，其中“n”是应用特定的整数。为了清楚和简单，该多个HV组件12......12n在下文中被称为“HV组件12”。如图1A中所图示，作为示例而非限制，HV组件12可以包括一个或多个功率逆变器、辅助功率模块/DC至DC电压转换器、车载充电模块、驱动单元和类似元件。电池电气系统13可以用于示例性机动载具20中，例如当机动载具20被配置为如本文中公开的电池电动载具或插电式混合电动载具时。在本公开的范围内可设想其他可再充电系统，并且因此，图1中所图示的机动载具20仅仅是本公开的一个可能的实现方式。
本公开解决如下状况：在所述状况下，图2A和图2B的HV总线17或电池组40的断连在某些预定故障状况期间是必要的。本公开通过在不同的状况之间进行区分来提供高电压过电流保护(HVOCP)，在所述不同的状况下，HV总线17的断连是必要的，这些状况具体地是需要立即断连HV总线的第一状况、以及可能不需要立即断连HV总线17的与第一状况不同的第二和第三状况。
如图1中所图示，目前的控制策略可以体现为计算机可读指令100，该计算机可读指令100被记录在控制系统50(图1中被指示为“C”)的存储器(M)中并且由一个或多个处理器(P)来执行，该控制系统诸如一个或多个数字计算机或电子控制单元。存储器(M)包括有形的非暂时性存储器，例如只读存储器，无论它是光学、磁性、闪存还是其他类型。控制系统50还包括对于应用足够的量的随机存取存储器、电可擦除可编程只读存储器和类似的存储器、以及高速时钟、模数和数模电路系统以及输入/输出电路系统和装置、以及适当的信号调节和缓冲电路系统。
图1中所图示的电池电气系统13包括电池断连单元(BDU)11。控制系统50可操作以接收来自BDU 11的输入信号(箭头CC11)，该输入信号指示在RESS 10和各种HV组件12之间通过的电流。本公开保护RESS 10和HV组件12免受由于短路故障以及事件所致的热损坏。所述事件可以是与由控制系统50检测到的外部对象的接触相关的事故以及其他阈值力/加速度/减速度状况和过电流故障。如随后使用的，为了简洁起见，术语“事件”或“多个事件”将用于指代这种事故、阈值力/减速度故障和过电流故障。控制系统50经由输出信号(箭头CCO)来执行所公开的控制动作。
如图1中所图示，机动载具20包括具有充电插座200C的载具主体200。载具主体200连接到前车轮14F和后车轮14R。当RESS 10将储存的电荷放电至HV组件12中的一个或多个时，前和后车轮14F和14R关于对应的前驱动轴14FDA和后驱动轴14RDA旋转，HV组件12被配置为例如用于多相/交流电气推进马达的功率逆变器。脉宽调制(PWM)或其他开关状态控制被用于激励(一个或多个)牵引马达的个体相绕组，由此产生关于驱动轴14FDA和/或14RDA中的一个或两者的扭矩。在不同的实施例中，电池电气系统13可操作以给车轮14F和/或14R供电，这取决于机动载具20或该非限制性实施例中的其他移动系统的具体驱动配置。
在图1中所图示的充电状态中，RESS 10通过来自非车载(offboard)充电站30的充电电压(VCH)被再充电(recharge)。该充电电压由非车载充电站30经由充电线缆30C提供给RESS 10，其中充电线缆30C终止于合适的充电连接器中，该充电连接器诸如SAE J1772充电连接器(未图示)。当机动载具20连接到非车载充电站30时，该充电电压和对应的充电电流被用于对RESS 10的每个电化学电池单元42进行再充电，如图2A和图2B中所图示。
在一些实例中，图1中所图示的非车载充电站30可以被配置为DC快速充电(DCFC)站，使得该充电电压标称为300伏至400伏或更高。在一些实施例中，RESS 10可以选择性地被转变到特定配置，以适应较低或较高水平的充电电压，或者RESS 10可以使用单个电池组40，如图2A和图2B中所示。
图2A图示了根据本公开的实施例的电池电气系统13。图2B图示了根据本公开的替代实施例的电池电气系统。
如图2A中所图示，电池电气系统13包括电池组，其中个体电流感测元件(CSE)46与对应数量的高电压(HV)组件串联连接。具体地，电池电气系统13包括可再充电能量储存系统(RESS)10，其中个体CSE 46与对应数量的HV组件12串联连接。RESS 10包括一个或多个电池组或电池模块40，每个电池组或电池模块具有正(+)和负(-)电池端子。每个电池组40的多个电化学电池单元42可以由锂离子、锌空气、镍金属氢化物或其他适合应用的高能量电池化学物质(chemistry)构成。
如图2A中所图示，RESS 10被配置成跨HV总线17的正和负总线轨17+和17-来供应电池电压。附加地，RESS 10包括与主要烟火熔丝PF 46A(“主要爆炸熔丝”)串联的分流器(shunt)S 48，该分流器是一种类型的CSE，诸如霍尔效应。分流器S 48测量总电池组40电流，并且主要爆炸熔丝(PF)46A响应于对应的电流信号或电流/电压信号(CCA*或CCB*)(见图3)而在断开位置中不可逆地失效，以响应于检测到的故障而快速断连每个电池组40。每个CSE 46测量个体负载的电流，该负载诸如前功率逆变器模块(FPIM)、DCFC和后功率逆变器模块(RPIM)。
图2A中所图示的RESS 10可连接到图1中所图示的非车载充电站30，以经由充电插座200C来执行DCFC操作。在示例性电路拓扑中，电池组40的正电池端子通过接触器PCA(串联电阻器RA)、SA1、SB1和SC1连接到正总线轨17+。接触器PCA1是预充电接触器，并且电阻器RA1是预充电电阻器。要注意的是，PCA2/RA2、SC1和SB1的组合可以被称为断连模块59，并且可以由SSR或手动开关来代替。
与正总线轨17+处的接触器SA1类似，RESS 10还包括主要负接触器SA2、SB2和SC2，以将电池组40的负电池端子连接到负总线轨17-。因此，通过断开主要负接触器SA2、SB2和SC2、和/或通过断开接触器SA1、SB1和SC1，可以通过图1中所图示的控制系统50的操作来断连电池组40。如图2A中所图示，该过程响应于检测到的过电流故障而发生。
随后公开的图2A的电池电气系统13的其他元件包括先前公开的CSE 46，该CSE 46可以与分流器S 48和烟火开关或爆炸熔丝PF 46A一起使用。可以由固态继电器来代替的热熔丝(TF)56以及CSE 46随后参考图3-5被详细地阐述。
图2B的替代实施例与图2A的实施例类似。然而，与图2A的实施例不同的是，图2B的实施例通过利用与始终可用附件功率模块(AA APM)58串联的TF 56和针对正总线轨17+和负总线轨17-两者的LV被应用于LV。
图3图示了根据本公开的实施例的用于与图1A中所图示的电池电气系统13一起使用的图1的控制系统50。如图3中所图示，控制系统50可以包括多个子控制器或电子控制单元，每个子控制器或电子控制单元具有专用的一组断连功能，具体地是传感器和诊断模块(SDM)50A、电池断连感测板(BDSB)50B和载具集成控制模块(VICM)50C。
SDM 50A检测指示事件的阈值力/减速度。响应于由SDM 50A例如通过利用加速度计或力传感器检测到的阈值力/减速度故障，SDM 50A输出信号CCA或CCA*，其中在不同的实施例中，CCA*被提供给PF 46A并且CCA被提供给BDSB 50B。CCA*的接收使得PF 46A经由热力学烟火响应而立即断开，从而产生电池组40从HV总线17的立即且不可逆的断连。
VICM 50C信号控制接触器操作。BDSB 50B检测HV总线上的电压、电流和隔离。BDSB50B在快速动作的短路事件期间经由短分路S48来断开HV总线。VICM 50C在缓慢过电流事件期间经由CSE 46或霍尔效应传感器来断开HV总线。VICM 50C可以位于控制图2A和2B中所图示的各种接触器(诸如PCA、SA1、SA2、SB1、SB2、SC1和SC2)的断开/闭合状态的电子电路板上。在各种实施例中，图2A和2B中所图示的CSE 46向BDSB 50B提供输入信号(箭头CC11)，作为指定的基于短路故障的断连功能的一部分。VICM 50C是图1中所图示的机动载具20的另一个嵌入式控制器，该另一个嵌入式控制器被编程以执行本文中公开的特定功能以及控制系统50的总体操作中的其他功能。VICM 50C向BDSB 50B输出控制信号(箭头CCC)，以对检测到的过电流故障做出响应，作为其经编程的过电流保护功能的一部分。
本公开利用PF 46A和BDU 11的电路触发的控制以在如下三种不同的状况下保护RESS 10：(1)短路故障、(2)基于力/减速度的故障、以及(3)过电流故障。对于过电流故障保护，图2A和2B的实施例可以依赖于图3中所图示的VICM 50C，该VICM 50C经由图2A和2B中所图示的控制信号CCC向BDSB 50B告知该过电流状况。
VICM 50C经由控制信号CCC向BDSB 50B告知该过电流状况，其中VICM 50C通过断开主要负接触器SA2或SB2来做出响应以将电池组40从负总线轨17断连。BDSB 50B向VICM50C通知电流对比时间值。VICM 50C确定过电流事件，并且通知BDSB 50B以断开接触器。如果VICM 50C确定已经出现过电流，则VICM 50C断开接触器。本公开的其他两种故障处置策略(具体地是RESS 10的基于短路和力/减速度的断连)利用各种硬件和电子信号来实现期望的断连。
如图2A、2B和图3中所图示，SDM 50A通过向BDSB 50B传输CCA信号来对指示事件的检测到的阈值力/减速度做出响应，这进而导致PF 46A不可逆地断开。在示例性实施例中，可从美国北卡罗来纳州威尔明顿的亚德诺半导体公司(Analog Devices，Inc.)商业上获得的ADBMS2950芯片在利用图3中所图示的过电流比较器(OCC)47的情况下在16kHz处发生快速动作的短路。BDSB 50B向PF 46A提供CCB*信号，从而在小于2ms内断开PF 46A，或者向SA2提供CCB信号。给定双输入爆炸熔丝的目前有限的商业可用性，来自SDM 50A的CCA信号在该实施例中被路由通过BDSB 50B。
图2A和图2B中所图示的实施例中的短路故障处置是利用图1中所图示的各种HV组件12的CSE 46和熔丝以及分流器S 48来实现的，该分流器是用于短路检测的电流传感器，并且可以位于HV+上，或者优选地位于HV-上，如图2A和2B中所图示。CSE 46可以是霍尔效应传感器。
如图2A和2B中所图示，所实现的三种方法利用BDU 11来实现各种状况/模式/事件的EV高电压断连要求。失效状况/模式被分类并且利用不同的电路断连装置和控制来解决，以降低成本、改进HV保护性能、改进硬件品质并且减少推进损失事故。用于不同HV电路的高电压断连装置(爆炸熔丝、热熔丝、电子熔丝、接触器)和控制的组合在不同的失效状况下满足断连要求，提供了改进的性能以及成本降低。基于电流传感器的监测系统被用于在某些故障状况下触发推进驱动单元(PDU)和DCFC模块的单个爆炸熔丝断连。
在图2A中针对一些HV组件12图示了第一种方法。在图2B中针对其他HV组件12图示了第二种方法。在图2B中针对诸如事件之类的失效模式图示了第三种方法。
图2A中所图示的第一种方法利用CSE 46和/或短分路S 48，可能地包括图3中所图示的OCC 47，以用于检测过电流故障，其中CSE 46被提供在正电压轨17+与RPIM、FPIM和至图1的非车载充电站30的正(+)连接中的每一个之间。第一种方法利用电流传感器触发的爆炸熔丝，并且通过基于电池单元欠压诊断和缓解来断开接触器从而针对电阻性短路(R＞0.1欧姆)进行保护。在第一种方法中，通过利用分流器S 48，还利用了由短路状况触发的具有爆炸熔丝(PF)46A的铜熔化至开路或短路。第一种方法进一步在高于特定阈值的高过电流故障和低于特定阈值的低过电流故障以及其他故障状况之间进行区分，并且利用接触器(由HV组件的操作限制确定的接触器额定值(contactor rating))以在低过电流故障和其他故障状况下断连HV总线。
第二种方法利用热熔丝(TF)56或固态继电器(SSR)或其他合适的电子熔丝，以用于保护附件HV组件12中的某些，诸如APM和集成功率电子器件(IPE0(+))(或OBCM)。在由于中等或低电流(小于例如约100A的熔丝额定值)所致的电阻性短路状况下，不存在断连要求。第二种方法使得去往DU的HV能够在附件HV负载失效或故障期间减少功率损失(LoP)。(用于HV组件12(诸如IPE)的熔丝耐用性通常不是问题)。
第三种方法利用响应于来自SDM 50A的失效模式信号而被断开的单个爆炸熔丝PF46A，从而实现HV总线17的快速断连。
命名法“第一种方法”、“第二种方法”和“第三种方法”在本文中的使用并不旨在指示所公开的“三种方法”的分割，因为所公开的实施例由一个或多个控制元件经由各种硬件元件来实现，使得“三种方法”根据对应的断连要求同时共存。“后”和“前”命名法在本文中的使用仅仅是示例性的。图1中所图示的机动载具20中的具体位置和使用可以随着应用而变化。
图4图示了根据本公开的实施例的图2A和图2B的电池组40或HV组件12的基于故障的断连的控制序列。如图4中所图示，本公开在三个状况之间进行区分，在所述三个状况下，HV总线17的断连在故障状况期间是必需的。第一状况与事件(EVNT)60相关，该事件诸如需要立即断连HV总线17的失效模式或阈值加速度或减速度事件。第二状况与高过电流(HOC)70相关。第三状况与低过电流(LOC)80相关。与第一状况不同，第二和第三状况可能不需要立即断连HV总线17，从而使得对第二和第三状况的响应能够避免不必要的功率损失(LoP)事故。
如图4中所图示，EVNT状况60的确定可以基于事件指示器(EI)62(诸如安全气囊模块)，该事件指示器向事件检测器(ED)64提供EVNT状况60已经发生的指示，该事件检测器(ED)64例如比较器电路或可操作为引爆管驱动器的其他合适的传感器。PF 46A被用于断连HV总线17。
如图4中进一步图示，HOC 70状况利用硬短路(HSC)72、以及图2A和图2B的HV总线17是否将从附件负载(AL)74或功率逆变器模块(PIM)/DCFC模块76被断连的确定。热熔丝(TF)/SSR 742被用于将HV总线从AL 74断连。电流传感器(CS)762和对应的过电流阈值(OCT)764和过电流持续时间(OCD)766被用于经由ED 64和OCT 764或经由接触器(CT)或SSR768将HV总线从PIM/DCFC模块断连。
此外，如图4中所图示，LOC80状况或者利用低电阻短路(LRSC)状况82或者利用RESS极限电流短路(LCS)短路状况84来断连HV总线17。LRSC状况82或者利用加热到开路(HOC)822来断连HV总线，或者利用加热到硬短路(HHS)824和对应的HSC 72确定过程来将HV总线从AL 74或功率逆变器模块(PIM)/DCFC模块76断连。个体HV总线断连是通过SSR而不是CT执行的。RESS LCS状况84利用降低电池单元电压(LCV)842来延迟经由CT/SSR 768断连HV总线，直到LOC状况超过特定过电流持续时间(OCD)766，诸如10秒。
图5图示了根据本公开的实施例的电池断连单元(BDU)11。如图5中所图示，BDU 11包括提供指示所感测的电流的模拟信号(AS)的CSE 46、电池断连模块(BDM)54、PF 46A、以及主要接触器(MC)58，即先前公开的并且在图2A和图2B中示意性示出的接触器SA2和SB2。BDM 54包括HV电池监测模块(HVBMM)542，该HV电池监测模块监测来自CSE 46的信号(AS)，并且与诸如微控制器之类的控制器50的控制模块(CM)544交换参数(P)，诸如电流和时间以及诊断信息。CM 544然后向事件检测器(ED)64提供第一触发信号(TS 1)，事件检测器(ED)64利用来自CM 544的TS 1和来自事件指示器(EI)62的信息以向PF 46A提供第二TS(TS2)或引爆管驱动器信号，如先前所公开的。MC 58由载具控制模块(VCM)102(例如图3的VICM50C)来控制，该载具控制模块与电池无线通信模块(WCM)104进行通信，其中WCM进一步与BDU 11的BDM 54的HVBMM 542进行通信。
本公开使得能够在高过电流和低过电流故障状况以及其他事件下满足HV断连要求。本公开实现了还可以以成本高效的方式减少质量和封装空间的解决方案。本公开通过用热熔丝代替可能具有疲劳、有害跳闸(nuisance trip)、耐久性和品质问题的爆炸熔丝来进一步改进品质，并且减少了接触器损坏问题。此外，本公开通过允许在故障事件期间经由电子控制的高电压断连来精确控制HV系统断连从而改进性能，这通过减少推进损失事故来改进客户满意度。
具体实施方式和附图是对本公开的支持和描述，但是本公开的范围仅由所附权利要求来限定。虽然已经详细公开了用于实施本公开的一些最佳模式和其他实施例，但是存在各种替代设计和实施例来实践如所附权利要求中所记载的本公开。此外，本公开明确地包括本文中公开的元件和特征的组合和子组合。
已经参考所说明的实施例概括地和详细地呈现了本公开的各方面。在不脱离所公开的实施例的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以进行各种修改。相关领域的技术人员还将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，所公开的方法和支持硬件实现方式可以替代地以其他特定形式来体现。因此，本公开旨在是说明性的，而不是限制仅由所附权利要求限定的本发明范围。
Claims (10)
1.一种用于控制机动载具的电池电气系统的方法，所述电池电气系统包括具有正总线轨和负总线轨的直流(DC)电压总线、连接到所述DC电压总线并且具有正电池端子和负电池端子的至少一个电池组、以及电池断连单元(BDU)，所述方法包括：
通过在检测到事件状况时经由所述BDU执行第一电池断连过程来将所述至少一个电池组从所述DC电压总线断连，第一电池断连过程利用爆炸熔丝；
通过在检测到高过电流状况时经由所述BDU执行第二电池断连过程来将所述至少一个电池组从所述DC电压总线断连，第二电池断连过程利用热熔丝、固态继电器(SSR)和电流传感器中的一个或多个；以及
通过在检测到低过电流状况时经由所述BDU执行第三电池断连过程来将所述至少一个电池组从所述DC电压总线断连，第三电池断连过程利用一个或多个接触器或一个或多个SSR。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
第一电池断连过程包括断开主要爆炸熔丝以断连所述至少一个电池组；
第二电池断连过程包括：确定附件负载上的高过电流并且利用至少一个或多个热熔丝、SSR或电流传感器来断连所述至少一个电池组，或者确定过电流阈值或过电流持续时间被超过并且断开所述主要爆炸熔丝，或者利用所述一个或多个接触器或所述一个或多个SSR来断连所述至少一个电池组；以及
第三电池断连过程包括利用所述一个或多个接触器或所述一个或多个SSR来断连所述至少一个电池组。
3.根据权利要求2所述的方法，其中断开所述主要爆炸熔丝包括利用引爆管驱动器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述事件状况包括从所述机动载具的安全气囊模块接收指示。
5.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述高过电流状况包括确定引起硬短路的过电流。
6.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述低过电流状况包括确定指示引起所述至少一个电池组的低电池单元电压的短路状况或电阻性短路的过电流。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述事件状况与指示所述机动载具的阈值减速度的外部事件相关。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述低过电流状况与附件负载、功率逆变器模块(PIM)、或DC快速充电(DCFC)事件相关。
9.一种机动载具的电池电气系统，所述系统包括：
具有正总线轨和负总线轨的直流(DC)电压总线；
连接到所述DC电压总线并且具有正电池端子和负电池端子的至少一个电池组；以及
电池断连单元(BDU)，包括：
电池监测单元，其被配置成检测事件状况并且激活对应的第一电池断连过程，检测高过电流状况并且激活对应的第二电池断连过程，以及检测低过电流状况并且激活对应的第三电池断连过程；以及
控制单元，其被配置成：
通过在检测到所述事件状况时经由所述BDU执行第一电池断连过程来将所述至少一个电池组从所述DC电压总线断连，第一电池断连过程利用爆炸熔丝；
通过在检测到所述高过电流状况时经由所述BDU执行第二电池断连过程来将所述至少一个电池组从所述DC电压总线断连，第二电池断连过程利用热熔丝、固态继电器(SSR)和电流传感器中的一个或多个；以及
通过在检测到所述低过电流状况时经由所述BDU执行第三电池断连过程来将所述至少一个电池组从所述DC电压总线断连，第三电池断连过程利用一个或多个接触器或一个或多个SSR。
10.根据权利要求9所述的电池电气系统，其中：
第一电池断连过程包括断开主要爆炸熔丝以断连所述至少一个电池组；
第二电池断连过程包括：确定附件负载上的高过电流并且利用至少一个或多个热熔丝、SSR或电流传感器来断连所述至少一个电池组，或者确定过电流阈值或过电流持续时间被超过并且断开所述主要爆炸熔丝，或者利用所述一个或多个接触器或所述一个或多个SSR来断连所述至少一个电池组；以及
第三电池断连过程包括利用所述一个或多个接触器或所述一个或多个SSR来断连所述至少一个电池组。
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