带有具有多极高压接触器的电池系统的电传动系的制作方法

1.本公开涉及一种高压电池系统，例如，用于为电池电动车辆(“bev”)、混合动力电动车辆(“hev”)或其他移动平台上的推进功能提供动力的类型，以及涉及一种具有这种电池系统作为车载直流(dc)电源的一部分的电传动系。更具体地，本公开涉及具有一个或多个高压多极接触器的电池系统和电传动系，所述高压多极接触器如本文所述配置和操作以使用一个切换控制动作在电池系统和电传动系内提供两个不同的电路路径连接。


背景技术：

2.电传动系通常包括一个或多个由绕线定子和磁性转子构成的多相/交变/交流(ac)旋转电机。电机的各相引线连接到功率逆变器，功率逆变器继而连接到直流(dc)电压总线。当电机用作牵引或推进马达时，容纳在功率逆变器内的各种半导体开关的单独的on/off切换状态的控制产生处于适于激励电机的电平的ac输出电压。激励相绕组最终产生与转子磁场相互作用的旋转磁场，以产生电机旋转和马达输出扭矩。
3.多电池单元直流电池组形成电池系统的核心部分，后者也称为可再充电能量存储系统(ress)。跨接dc电压总线的正和负总线轨连接的电池组可以在一些电池系统中使用车外充电站选择性地再充电。当充电站产生具有ac波形的充电电压时，ac-dc转换器将ac充电波形转换为适于对电池组的组成电池单元充电的dc波形。替代地，dc快速充电(“dcfc”)站可用于传输高压dc充电波形作为相对高功率/高速度充电选项。电池系统可以包括两个或更多个电池组。为了充分利用在给定充电站处可用的较高充电电压，一些电池系统可自动重新配置以建立多个组成电池组的串联连接配置，其中并联连接配置用于推进模式或用于使用较低电压充电站充电。


技术实现要素：

4.本文公开了一种高压多极接触器以及使用该高压多极接触器的多电池组电池系统和电动传动系。电池系统的实施例包括第一和第二电池组。电池组可经由一组高压开关以串联连接配置(s配置)或并联连接配置(p配置)选择性地连接。在电池系统充电之前，由车载控制器自动地做出切换控制决定，其中控制器部分地基于来自车外dc快速充电(dcfc)站的可用充电电流来确定各个开关的相关切换状态。
5.对于具有相等的电池组电压的两个电池组，s配置有效地使得充电能够以每个单独的电池组的电压容量的两倍发生，例如当每个电池组具有400v的电压容量时以800v发生。然而，如本文所述，并联连接多个电池组所需的切换电路拓扑往往是复杂的，这继而导致成本、质量和硬件/软件电路复杂性增加。
6.根据示例性实施例的本公开的电池系统包括一组高压开关，其包括如本文所述配置的至少一个多极接触器。该电池系统还包括第一和第二电池组，其可根据需要通过开关的操作选择性地连接成s配置或p配置。
7.多极接触器包括具有相同的on或off切换状态的第一和第二内部开关。即，第一和
第二内部开关都是on/导通或都是off/不导通，这与将一对分别控制的两端子/单极开关封装到一个开关外壳中的结构不同。第一内部开关由被第一电路间隙分开的第一对电端子以及被配置为闭合或打开第一电路间隙的第一接触器臂形成。同样，第二内部开关包括由第二电路间隙分开的第二对电端子以及被配置为闭合或打开第二电路间隙的第二接触器臂。因此，接触器的on/导通状态对应于第一和第二电路间隙都闭合，而当第一和第二电路间隙都打开时呈现接触器的off/非导通状态。
8.电池系统可包括dc充电耦合器，其被配置为将电池系统连接到车外dcfc站。第一电池组包括正电极端子。第二电池组包括负电极端子。在该实施例中，所述至少一个多极接触器包括第一多极接触器，所述第一多极接触器连接到所述dc充电耦合器、所述第一电池组的所述正电极端子和所述第二电池组的所述负电极端子。
9.由第一和第二对电端子中的每一对电端子(“输入端子”)的电端子中的一个形成的接触器的输入侧可以连接到dc充电耦合器。由第一对电端子和第二对电端子中的每一对电端子的剩余电端子(“输出端子”)形成的接触器的输出侧可以连接到第二电池组的负电极端子和第一电池组的正电极端子。
10.在可能的实施方式中，电池系统可以被配置成与dc电压总线一起使用。至少一个多极接触器可以包括上述接触器(“第一多极接触器”)和第二多极接触器。第二多极接触器的输出端子连接到第一和第二电池组的相应负极端子。在该实施例中，第二多极接触器的输入端子可选择性地连接到dc电压总线的负总线轨。为了清楚起见，第一多极接触器在此被称为“上”或“充电”接触器，而第二多极接触器被称为“下”或“负”接触器。
11.包括第一和第二多极接触器在内，在可能的实施例中，电池系统可以具有总共八个高压开关，其中由于内部开关具有相同的on/off状态，接触器每个都被当作单个开关。
12.控制器可耦合到所述高压开关且被配置成将模式选择信号发射到所述高压开关。模式选择信号选择性地控制每个高压开关的相应的on/off状态，从而将电池系统从s配置转换到p配置，反之亦然。
13.对于第一电池组和第二电池组中的每个相应的电池组，高压开关可以包括相应的预充电开关和与预充电开关并联的两位置/两状态开关。
14.本文还公开了一种电传动系。电传动系系统的一种可能的配置包括机械负载、控制器和上面概述的电池系统。电负载包括连接到功率逆变器模块并且耦合到机械负载的旋转电机。电池系统与控制器通信并且被配置为向电负载供电。
15.本技术还可包括下列方案。
16.1. 一种用于为负载供电的电池系统，所述电池系统包括：一组高压开关，包括多极接触器；第一电池组；以及第二电池组，其中所述第一电池组和所述第二电池组经由该组高压开关的操作以串联配置(s配置)或并联配置(p配置)选择性地可连接到所述负载，并且其中所述多极接触器包括由第一电路间隙分开的第一对电端子、被配置成闭合或打开所述第一电路间隙的第一接触器臂、由第二电路间隙分开的第二对电端子、以及被配置成闭合或打开所述第二电路间隙的第二接触器臂，其中所述多极接触器的on/导通状态和off/非导通状态分别对应于所述第一电路间隙和所述第二电路间隙两者被闭合或打开。
17.2. 根据方案1所述的电池系统，还包括dc充电耦合器，所述dc充电耦合器被配置为将所述电池系统连接到dc快速充电(dcfc)站，其中，所述第一电池组和所述第二电池组各自包括相应的负电极端子和相应的正电极端子，并且其中，所述多极接触器连接到所述dc充电耦合器、所述第一电池组的所述正电极端子和所述第二电池组的所述负电极端子。
18.3. 根据方案2所述的电池系统，其中所述电池系统被配置成与具有负总线轨的dc电压总线一起使用，并且多极接触器是第一多极接触器，所述电池系统还包括第二多极接触器，所述第二多极接触器分别连接到所述第一电池组和所述第二电池组的所述负电极端子，并且能够选择性地连接到所述dc电压总线的所述负总线轨以及从所述dc电压总线的所述负总线轨断开。
19.4. 根据方案3所述的电池系统，其中，包括所述第一多极接触器和所述第二多极接触器的所述电池系统具有总共八个所述高压开关。
20.5. 根据方案1所述的电池系统，还包括控制器，所述控制器耦合到所述高压开关并且被配置为向所述高压开关传输模式选择信号，其中，所述模式选择信号选择性地控制所述高压开关中的每个的相应的on/off状态，从而将所述电池系统从所述s配置转换到所述p配置，并且反之亦然。
21.6. 根据方案1所述的电池系统，其中，对于所述第一电池组和所述第二电池组中的每个相应的电池组，该组高压开关包括相应的预充电开关和与所述预充电开关并联的两位置/两状态开关。
22.7. 根据方案1所述的电池系统，其中所述第一电池组和所述第二电池组中的每个具有至少400v的相应电压容量，使得所述电池系统在处于所述s配置时具有至少800v的总电压容量。
23.8. 根据方案1所述的电池系统，其中所述负载包括功率逆变器模块(pim)和连接到所述pim的旋转电机。
24.9. 一种电传动系系统，包括：机械负载；电负载，包括功率逆变器模块(pim)和旋转电机，其中所述旋转电机连接到所述pim并且耦合到所述机械负载；控制器；以及电池系统，所述电池系统与所述控制器通信并且被配置为向所述电负载供电，所述电池系统包括：一组高压开关，包括至少一个多极接触器，该组高压开关响应于来自控制器的切换控制信号；第一电池组；以及第二电池组，其中所述第一电池组和所述第二电池组经由该组高压开关的操作以串联配置(s配置)或并联配置(p配置)选择性地可连接到所述负载，并且其中所述多极接触器包括由第一电路间隙分开的第一对电端子、被配置成闭合或打开所述第一电路间隙的第一接触器臂、由第二电路间隙分开的第二对电端子、以及被配置成闭合或打开所述第二电路间隙的第二接触器臂，其中所述多极接触器的on/导通状态和off/非导通状态分别对应于所述第一电路间隙和所述第二电路间隙两者被闭合或打开。
25.10. 根据方案9所述的电传动系系统，还包括dc充电耦合器，所述dc充电耦合器被配置为将所述电池系统连接到dc快速充电(dcfc)站，其中，所述第一电池组和所述第二电池组各自包括相应的负电极端子和相应的正电极端子，并且其中，所述多极接触器连接到所述dc充电耦合器、所述第一电池组的所述正电极端子和所述第二电池组的所述负电极端子。
26.11. 根据方案9所述的电传动系系统，其中，所述电池系统被配置成与具有负总线的dc电压总线一起使用，并且多极接触器是第一多极接触器，所述电池系统还包括第二多极接触器，所述第二多极接触器分别连接到所述第一电池组和所述第二电池组的负电极端子，并且能够选择性地连接到所述dc电压总线的负总线轨以及从所述dc电压总线的负总线轨断开。
27.12. 根据方案9所述的电传动系系统，其中，包括所述第一多极接触器和所述第二多极接触器的所述电池系统具有总共八个所述高压开关。
28.13. 根据方案9所述的电传动系系统，还包括控制器，所述控制器耦合到所述高压开关并且被配置为向所述高压开关传输模式选择信号，其中，所述模式选择信号选择性地控制所述高压开关中的每个的相应的on/off状态，从而将所述电池系统从所述s配置转换到所述p配置，并且反之亦然。
29.14. 根据方案9所述的电传动系系统，其中，对于所述第一电池组和所述第二电池组中的每个相应的电池组，该组高压开关包括相应的预充电开关和与所述预充电开关并联的两位置/两状态开关。
30.15. 根据方案9所述的电传动系系统，其中，所述第一电池组和所述第二电池组中的每个具有至少400v的相应电压容量，使得所述电池系统在处于所述s配置时具有至少800v的总电压容量。
31.16. 根据方案9所述的电传动系系统，其中，所述机械负载包括机动车辆的一个或多个车轮。
32.17. 一种多极接触器，包括：由第一电路间隙分开的第一对电端子；第一接触器臂，所述第一接触器臂被配置成闭合或打开所述第一电路间隙，使得所述第一对电端子和所述第一接触器臂形成所述多极接触器的第一内部开关；由第二电路间隙分开的第二对电端子；以及第二接触器臂，所述第二接触器臂被配置成闭合或打开所述第二电路间隙，使得所述第二对电端子和所述第二接触器臂形成所述多极接触器的第二内部开关，所述第二内部开关与所述第一内部开关始终具有相同的on/off状态，使得所述多极接触器的on/导电状态和off/非导通状态分别对应于所述第一电路间隙和所述第二电路间隙两者均闭合或打开。
33.18. 根据方案17所述的多极接触器，其中，所述多极接触器包括平面基座，所述平面基座被配置成安装到具有第一和第二电池组的电池系统的基底。
34.19. 根据方案18所述的多极接触器，其中，所述多极接触器的额定电压为至少800v。
35.上述发明内容不旨在代表本公开的每个实施例或方面。相反，前述发明内容举例
说明了如本文所阐述的某些新颖方面和特征。从对用于实施本公开的代表性实施例和模式的以下详细描述结合附图和所附权利要求，本公开的上述和其他特征和优点将是显而易见的。
附图说明
36.图1是经历直流(dc)快速充电操作的示例性机动车辆的示意图，其中机动车辆具有高压电池系统和如本文所述布置的一对多极接触器。
37.图2是描述图1的机动车辆的控制器与车外dc快速充电站和机动车辆的电传动系通信的示意性流程图。
38.图3是根据本公开的代表性多极接触器的示意性透视图。
39.图4是图3所示多极接触器的示意性平面图。
40.图5是用于使用图3和图4的多极接触器中的两个来实现电传动系的部分的示意性电路图，例如作为图1所示的机动车辆的电传动系的一部分。
41.图6是描述图5所示的高压开关的on/off状态的真值表。
42.本公开内容易于经受修改和替代形式，其中代表性实施例通过附图中的示例示出并且在下面详细描述。本公开的发明方面不限于所公开的特定形式。相反，本公开旨在覆盖落入由所附权利要求限定的本公开的范围内的修改、等同物、组合和替代方案。
具体实施方式
43.参考附图，其中在几个附图中相同的附图标记表示相同或相似的部件，在图1中示出了电传动系10。电传动系10包括具有一对高压多极接触器40的电池系统11，所述高压多极接触器的示例性实施例在图3和4中示出。
44.如本领域普通技术人员将理解的，用于实现具有多个串联配置(s配置)电池组的当前高电压电池系统的冗余要求需要将可控开关布置在特定位置。用于该目的汽车级接触器通常可用作两端子/ on-off状态接触器。这种装置只具有两种二进制状态，即on/闭合以及off/断开。以并联连接配置(p配置)连接多个高压电池组有效地使切换控制电路中所需的电开关的数量加倍，同时需要第二层硬件和软件冗余。
45.未来的电池电动车辆应用特别预想高功率充电和推进电力负载的使用。更高的可用充电电压提供了满足这些增加的功率要求而不增加相应电流的机会。这使得能够使用更小的车载电气部件，例如电压母线、电缆、接触器、开关和连接器。因此，本方案旨在使用所公开的多极接触器40来促进这种应用和其它类似的高电压/ s配置的电池操作，其使用一个切换控制动作在特定电路位置建立两个单独的电路路径连接。
46.本文所述的多极接触器40的特定配置、电路布置和控制继而减少了电池系统11或具有多腿部电连接的其它电气系统内的接触器的所需数量。每个接触器40包括四个电端子41 (见图4)，其布置成两个端子对，以提供通过接触器40的两个不同的电路路径k1和k2。当在图1和5的电池系统11中使用时，接触器40消除了使用上面简要提到的并且在本领域中公知的类型的典型两端子接触器来实现类似电路连接的相关控制和诊断检查、电路冗余和相关成本的需要。
47.在一些实施例中，图1所示的电传动系10可以用作机动车辆20或具有车身200的其
它移动系统的一部分。车身200可连接到一组车轮14f和14r，其中“f”和“r”在这种情况下分别指车轮14f和14r分别布置在其上的驱动杆轴14af和14ar的前和后位置。机动车辆20可以替代地实施为船舶、飞机、轨道车辆、机器人或其他移动平台，并且因此本教导不限于总体的车辆应用或特别地机动车辆。
48.图1中示出了处于直流快速充电(dcfc)操作过程中的机动车辆20。在这种操作期间，电池系统11经由内部耦合到电池系统11的车辆充电端口200c电连接到车外dcfc站(v
ch
) 30。电传动系10使用多个电池组，其中两个这样的电池组在图5中分别示为第一和第二电池组12a和12b。电池系统11可以不同地实施为多电池单元锂离子、锌空气、镍金属氢化物或其他合适的电池化学配置。
49.下面参考图5描述的示例性架构使得在电池系统11可选地被配置为如图5所示的多电池组电池系统11时能够改进对来自处于不同的电压电平的充电站30的充电电压的利用。例如，机动车辆20可以以较低的p配置电压电平（例如400-500v）推进，然后在充电期间被选择性地重新配置以接收处于较高s配置电压电平的充电电压，较高s配置电压电平例如在该非限制性示例性实施例中为800-1000v。在本公开的范围内可构想到其它电压电平，且因此标称400v/800v示例是非限制性的。
50.如本领域普通技术人员将理解的，由本文描述的架构实现的各种推进模式可以包括全轮驱动(“awd”)、前轮驱动(“fwd”)或后轮驱动(“rwd”)推进模式，这取决于电池功率、控制配置和可能的其他相关因素。同样，本教导能够使车轮14r相对于彼此独立地推进，即，左侧/驾驶员侧车轮14r可以由电传动系10独立地提供动力，如下文所述的。
51.在图1中，充电端口200c内部连接到电池系统11的dc充电耦合器65 (图5)/耦合到电池系统11，其中充电端口200c使用一段高压充电电缆30c连接到充电站30。虽然图1中未示出，但本领域技术人员可以理解，充电电缆30c的被配置为连接到充电端口200c的终端可以被实施为sae j1772或其他合适的充电连接器。然而，本教导与dcfc操作中最终采用的特定充电标准无关，因此上述示例仅是说明性的。
52.简要参照图2，电传动系(ept) 10包括电子控制单元或控制器(c)50，其被配置为控制图1所示的机动车辆20上的动力流操作。因此，控制器50被配置为从各种传感器或其他控制单元(未示出)接收输入信号(箭头cc
in
)，并响应于输入信号(箭头cc
in
)执行指令100，从而执行所指示的能够充电或推进的切换控制功能，包括用于实现如下所述的图6的表70中所示的切换状态的指令。
53.在可能操作的广泛范围内，输入信号(箭头cc
in
)可以包括多个可能值，例如温度、命令的和估计的操作速度、开关激活信号、所需充电功率、当前充电状态等。作为响应，控制器50可将控制信号(箭头cc
10
和cc
11
)传输至相应的电传动系10和电池系统11，包括将切换控制信号传输至以下参照图3-5描述的各种高压开关，以确保电传动系10将前和/或后扭矩(箭头tf和t
rr
、t
rl
)分配至前和/或后杆轴14af或14ar，或分配至与其连接的各个车轮14f或14r。
54.同样，控制信号可包括在dc快速充电会话期间与dcfc站30双向通信的充电控制信号(箭头cc
30
)和反馈信号(箭头cc
50
)。即，输入信号(箭头cc
in
)可包括来自dcfc站30的可用充电电压，其可在充电期间作为控制器50和dcfc站30之间进行通信的一部分来确定，例如，在机动车辆20连接到dcfc站30时，如本领域普通技术人员将理解的。
55.在其硬件配置方面，图2的控制器50包括处理器(p)和存储器(m)。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、闪存的或其他。控制器50还包括足够应用数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、模数和数模电路、输入/输出电路和装置，以及适当的信号调节和缓冲电路。控制器50被编程为在充电和推进模式期间执行指令100，如上所述，其包括执行下面参考图5描述的特定开关的切换控制操作。
56.控制器50通过合适的通信框架和协议（例如，控制器局域网(can)总线或其它差分电压信号线）与电传动系(ept) 10的各种受控部件通信。由电传动系10和电池系统11的相关部件接收信号(箭头cc
10
和cc
11
)则导致一个或多个(即，“n”个)电动机-发电机单元(mgun)产生所指示的马达扭矩(箭头tf、t
rl
、t
rr
)，后两个值（即t
rl
和t
rr
）对应于提供给右侧和左侧后车轮14r的扭矩，在示例性实施例中，后车轮14r经由相应的车轮马达独立地驱动，每个电动发电机单元经由相应的功率变换器模块(pimn)耦合到可再充电能量存储系统(ress)，即电池系统11。如本领域中所理解的，电动机-发电机单元(mgun)可配置为具有同心定子和转子(未示出)的多相/ ac牵引或推进电动机形式的高压电牵引或推进电动机，其中转子直接或间接地连接到一个或多个车轮14f和/或14r。
57.在图3中描绘了本多极接触器40的示例性汽车级实施方式。在该实施例中，壳体42包括平面基座49，其限定通孔45并具有平坦的下表面44，从而便于将接触器40安装到例如本公开中的图1和5的电池系统11的基底上。大致圆柱形的接触器主体46可从基座44突出，并包含四个电端子41 (见图4)。接触器主体46可连接/封装到端盖47，端盖继而通过一组紧固件48固定到接触器主体46，所述紧固件具有与图4的电端子41重合的轴向位置。
58.参照图4，多极接触器40以示意性平面图示出，以示出其双连接/相同状态切换功能。如图所示，接触器40包括第一对电端子41，其通过位于或沿着第一电路路径k1的第一电路间隙g1彼此分开。第二对电端子41同样沿第二电路路径k2通过第二电路间隙g2彼此分开。来自每对电端子41的一个端子41一起形成接触器40的输入端子对41-i，每对电端子41的剩余端子41形成输出端子对41-o。
59.在多极接触器40内，一对细长的接触器臂43被配置成：响应于作为如上所述的输入信号(图2的箭头cc
in
)的一部分而传输的相应的切换控制或激活信号，如箭头aa和bb所指示一致地断开或闭合。在接触器40的on/导通状态，接触器臂43都与第一和第二电路路径k1和k2同轴，因此同时填充和闭合相应的第一和第二电路间隙g1和g2以将输入端子对41-i连接到输出端子对41-o。因此，所描述的配置需要两个内部开关140和240一致地断开或闭合，使得内部开关140和240具有相同的on/off状态。也就是说，在内部开关240保持闭合的同时，内部开关140不能被断开，反之亦然。相反，来自图2的控制器50的一个切换控制信号同时断开或闭合两个内部开关140和240。
60.例如，在图5的非限制性示例应用中，多极接触器40u的这种统一开关动作被用于将dc充电耦合器65电连接到第一电池组12a的正电极端子13p以及第二电池组12b的负电极端子13n，其中“u”指所描绘的电路内的标称上部位置。另一个接触器40可用于冗余以将负电极端子13n连接到负轨35n，其中为了清楚起见，这种接触器40在图5中标记为40l (“下”)，并且由于其特定功能而在本文中也称为负接触器40l。
61.图2的控制器50可以执行电池系统11的切换控制，以最终产生并传递马达扭矩到
车轮14f和/或14r，并由此推进图1所示的机动车辆20。在充电操作中，控制器50可以同样执行切换控制操作，以提供多种可能的充电模式中的一种。控制器50因此可选地配置成在串联配置(s配置)和并联连接(p配置)布置以及对应的dcfc模式之间进行选择。在图5的指示位置处使用接触器40有助于这种s配置/ p配置布置，以有助于在结构和伴随的控制逻辑方面降低成本、质量和复杂性。
62.参考图5，在示例性的两电池组变体中，用作可再充电能量存储系统(ress)的电池系统11可以包括第一和第二电池组12a(batta)和12b(battb)，它们被布置在高压dc电压总线的正(+)和负(-)总线轨35p和35n之间并且被连接到/跨接它们。相应的第一和第二电池组12a和12b具有相应的正(+)和负(-)电极端子13p和13n，并且一起或单独地向电负载52和/或152供电。电阻器(r)可以在所指示的位置处用作例如限流器。
63.图3和4的一对多极接触器40设置在第一和第二电池组12a和12b之间，接触器40标记为40u和40l，以指示电池系统11内相对于正极和负极总线轨35p和35n的位置的相应标称“上”和“下”位置，如上所述。接触器40u被定位和配置成经由中间dc充电耦合器65将dcfc站30连接到第一电池组12a的正电极端子13p。接触器40l将负电极端子13n连接到负总线轨35n，并且因此可被认为是负接触器。这种接触器40l，尽管在电池系统11中不是严格必需的，但是可以用于提供冗余和其他电路断开功能，如本领域普通技术人员将理解的。
64.代表性的电负载52和152可包括一个或多个高压装置，例如但不限于一个或多个功率逆变器模块54a和54b (电负载52)和54c (电负载152)、集成功率电子器件(iec) 55、空调电动压缩机(acec) 56、车舱电加热器(ceh) 57以及一个或多个车载充电模块(obcm) 58和(obcm2) 158。当obcm2 158例如用于选择性地增加充电速率/减少充电时间时，耦合到正轨35p和负轨35n的开关60 (ob1)和160 (ob2)可用于根据需要选择性地连接或断开obcm2 158。
65.特别地，关于功率逆变器模块54a、54b和54c，所示的电池系统11使得各种传动系结构能够例如在前轮驱动或全轮驱动模式中将功率输送到图1的前车轮14f，或者在后轮驱动或awd模式中将功率输送到后车轮14r。当给后车轮14r提供动力时，图4的结构使得左后轮14r和右后轮14r能够被分别或独立地激励。在这种实施例中，左功率逆变器模块54a(lpim)和右功率逆变器模块54b(rpim)可连接到作为总电负载52的一部分的相应旋转电机，其中这种电机在图2中示意性地描绘为mgun。
66.功率逆变器模块54a、54b以及54c的操作利用igbt、mosfet和/或其它适用的半导体开关的半导体切换管芯的高速切换操作，每个半导体开关具有由控制器50通过脉宽调制(pwm)、脉冲密度调制(pdm)或另一切换控制技术控制的on/off状态。辅助电压电平电池(未示出)和其它装置也可以以完全实现方式连接到电池系统11，为了说明简单，从图5中省略了这样的装置和可能的dc-dc转换器。
67.相应的第一和第二电池组12a和12b具有相应的电池单元堆叠120a和120b，其中电池单元堆叠120a和120b的特定配置和电池化学性质是专用的，如上所述。电池系统11的s配置和p配置布置可以经由图2的控制器50通过单独地控制高压开关的集合的on/off状态来实现。在示例性的图5的实施例中，这样的开关位于第一电池组12a内，并且包括预充电开关pca和第一两位置/单极开关sa1。同样，第二电池组12b包括预充电开关pcb和第二两位置/单极开关pcb。开关sa1和sb1以及相应的预充电开关pca和pcb将相应的第一和第二电池组
12a和12b连接到正总线轨35p /从其断开，其中预充电开关pca和pcb与相应的开关sa1和sb1并联，如电池预充电电路领域中公知的。
68.仍然参考图5，为了实现s配置/ p配置的布置，电池系统11还可以包括设置在第一和第二电池组12a和12b之间的一对串联开关s-a和s-b。如同开关sa1和sb1，串联开关s-a和s-b通常被实施为两位置/单极开关，其中使用两个这样的开关s-a和s-b在第一电池组12a的负电极端子13n和第二电池组12b的正电极端子13p之间的指示路径内提供硬件冗余。
69.图6描述了表70，其描述了在“推进系统激活”(psa)模式、串联连接的dc快速充电(dcfc-s)模式和并联连接的dc快速充电(dcfc-p)模式期间图5中所示的各种高压开关的on/off状态位置。on/导通状态位置(x)表示相应的开关由图2的控制器50指令闭合，这使得电池电流能够从图4的输入端子对41-i流到输出端子对41-o。同样，off/非导通状态位置(o)表示开关被指令断开，从而中断图4的第一和第二电路路径k1和k2以防止电池电流到达输出端子对41-o。为了简单起见，省略了预充电开关psa和psb，其功能在本领域中是众所周知的。
70.为了在推进和充电模式（即，并联模式psa和dcfc-p）期间建立相应的第一和第二电池组12a和12b的p配置，串联开关s-a和s-b由图2的控制器50命令断开(o)，而当建立用于充电的s配置（即，dcfc-s）时，相同的两个串联开关s-a和s-b闭合(x)。开关sa1对于所有三种模式保持闭合(x)，但是可以根据需要响应故障模式由图2所示的控制器50选择性地断开，以将第一电池组12a从正总线轨35p断开。第二电池组12b中的相应开关sb1在串联连接的dcfc-s模式期间断开(o)，并且对于并联连接的psa和dcfc-p模式两者闭合(x)。
71.关于图5中所示的多极接触器40u和40l，由图4的结构实现的切换功能提供了on/闭合/导通状态(xx)和off/断开/非导通状态(oo)，在on/闭合/导通状态(xx)中，相应的第一和第二电路间隙g1和g2都被中间接触器臂43 (即，内部开关140和240)闭合，在off/断开/非导通状态(oo)中，第一和第二电路间隙g1和g2都断开。图4的独特结构排除了第一或第二电路间隙g1或g2中仅有一个断开的状态。
72.psa模式：当推进系统激活时，即，所指示的psa模式，接触器40u被命令为off状态(oo)，而负/下接触器40l被命令为on (xx)，用两字符状态缩写指示图4的内部开关140和240中的每个的相应状态。同时，串联开关s-a和s-b都被命令为断开(o)以确保相应的第一和第二电池组12a和12b保持并联连接。开关sa1和sb1保持闭合。虽然可以选择性地实施串联推进模式，假设充分增加了组成电气和传动系部件的尺寸和结构以处理增加的电压，但是在图6的模式中不能构想到这种模式。然而，如果实施这种串联推进模式，则串联开关s-a和s-b都将闭合。
73.dcfc-s：当在串联充电模式dcfc-s下经由图1的dcfc站30以较高/组合的电池组电压对电池系统11充电时，两个串联开关s-a和s-b都被命令闭合。位于第二电池组12b内的开关sb1断开。多极接触器40u被命令为on/闭合，即，图4的第一和第二电路间隙g1和g2都被单独的中间接触器臂43闭合。位于负电极端子13n和负总线轨35n之间的用于冗余的可选下/负接触器40l被命令为off/断开，即，第一和第二电路间隙g1和g2断开，从而断开电路并防止电池电流流到图4所示的输出端子对41-o。该切换控制动作最终迫使电池电流通过闭合的串联开关s-a和s-b并进入第二电池组12b的正电极端子13p。
74.dcfc-p：当以并联充电模式dcfc-p对电池系统11充电时，串联开关s-a和s-b都断
开。然后，为了将第一和第二电池组12a和12b连接在正和负总线轨35p和35n上，开关sa1和sb1都闭合。多极接触器40u可被命令到on状态/闭合，以使得充电电流能够从dcfc站30进入电池系统11。下/负接触器40l在使用时同样被命令到on状态/闭合，从而确保相应的第一和第二电池组12a和12b通过接触器40l内的接触器臂43连接到负总线轨35n。
75.如本领域普通技术人员将理解的，上述电路拓扑可以与具有增加的高功率充电要求的电动车辆和其他系统一起使用。在传统dc快速充电基础设施通常在300-500v或更小的量级的情况下，电池系统11的所公开的多电池组实施例使得能够使用两个或更多个电池组，例如第一和第二电池组12a和12b，以向图1的机动车辆20提供fwd、rwd或awd推进能力，其中传统或高功率充电都是选项，并且同时保持在充电期间对所连接的负载供电的能力。
76.在此上下文中，图1的多极接触器40的使用便于在图4的第一电路路径k1和第二电路路径k2之间切换，以在较低或较高电压电平下实现充电。接触器40的多端子结构有助于消除附加的开关，同时使相关的控制和诊断复杂性最小化。鉴于上述公开，本领域技术人员将容易地理解这些和其它潜在的益处。
77.虽然已经详细描述了一些最佳模式和其它实施例，但是存在各种替代设计和实施例用于实施在所附权利要求中限定的本教导。本领域技术人员将认识到，在不偏离本公开的范围的情况下，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。详细描述和附图支持和描述了本教导，本教导的范围仅由权利要求限定。