电池电力系统及具有电池电力系统的机动车辆的制作方法

本公开涉及用于电池电力系统的电路触发故障缓解，以及具有电池电力系统的机动车辆。本公开进一步涉及高电压(hv)电池电力系统，其具有可再充电的电化学电池组和与其连接的一个或多个hv部件。

背景技术：

1、当电池电力系统用作例如电池电动车辆(bev)、插电式混合动力电动车辆或其他移动系统的电气化动力传动系的一部分时，电池组是可再充电能量存储系统(ress)的集成部件。ress在这种系统中又连接到一个或多个电动推进马达。当电动推进马达被配置为多相/交流(ac)马达时，布置在相应hv电路支路或通道中的hv部件可以包括对应的功率逆变器，在本领域和下文中称为功率逆变器模块(pim)。由ress供电的其他hv部件可以包括dc-dc直流电压转换器形式的辅助电源模块(apm)、车载充电模块(obcm)、空调压缩机模块(accm)等，这些部件跨dc电压总线的相对电压总线轨连接到ress及其电池组。

2、大功率车辆应用传统上采用具有适合应用数量的电化学电池单元的单个电池组。组成电池单元共同向连接的hv部件提供所需的电池电压。相反，新兴的可重新配置的电池选择性地将多个电池组以串联(“s连接”)或并联(“p连接”)配置互连。这种类型的可重新配置的电池能够在使用车外充电站的电池充电操作期间选择性地采用s连接配置，该车外充电站可以能够提供远高于通常用于为车辆推进功能供电的水平的dc充电电压。

技术实现思路

1、如本文所述的电池电力系统包括一个或多个电池组，其中电池电力系统可操作用于以故障相关的方式断开电池组和/或连接的hv部件。在本公开的范围内，可以在不同的实施例中使用附加的电池组或仅一个电池组。在如本文所示的两个电池组的代表性构造中，电池组可使用电池切换电路选择性地串联(“s连接”)或并联(“p连接”)互连。

2、另外，电池电力系统包括配备有一个或多个电流感测元件的电池断接电路。来自电流感测元件的输出信号在本文中用于为主题电池电力系统提供短路故障断开功能，使得以基于电路/主动控制的方式触发断开操作，这与被动热熔断器激活相反。尽管基于短路故障的断开功能是所公开的电池断接电路的主要焦点，但是本教导还使用所提供的电路硬件提供电池组的基于紧急/事故后和过电流故障的断开。下面描述的各种解决方案共同能够使用各种不可逆开关装置的基于传感器输出的触发，其包括所描述的烟火式开关或熔断器(统称为“烟火式熔断器”)，或可以提供复位功能的固态继电器/电子熔断器/e熔断器。

3、为了说明清楚，本文将控制系统例示为具有多个电子控制单元，包括感测和诊断模块(sdm)、总线断开信号板(bdsb)和车辆集成控制模块(vicm)。每个控制单元在提供所描述的断开功能和保护的过程中执行相应的功能，如下面更详细地阐述的。

4、特别地，本公开的断开策略旨在在各种潜在的车辆故障(包括短路故障、事故或其他基于阈值力/减速的故障事件以及过电流故障)之后保护ress和连接的hv部件免受热损坏。在各种所描述的实施例中，通常设置在电池组和连接的hv部件之间的多个类型的热熔断器由一个或多个电流感测元件代替。来自电流感测元件的电子信号，经由一个或多个主烟火熔断器(“主pyro熔断器”)或hv通道专用开关(“通道开关”)直接或间接地触发断开操作。

5、根据示例性实施例，电池电力系统包括具有正总线轨和负总线轨的直流(dc)电压总线，以及连接到dc电压总线并具有正电池端子和负电池端子的电池组。hv部件经由hv通道连接到dc电压总线，而电流感测元件连接到hv通道上的hv部件并且被配置为输出测量的电流值。在该配置中，控制系统通过将电压信号传输到主烟火式熔断器来选择性地将电池组与电压总线断开。这在测量的电流值指示短路故障时发生。

6、电流感测元件可以包括可操作用于检测短路故障的过电流比较器。

7、在一个或多个实施例中，hv部件(例如，功率逆变器)包括多个hv部件，其中电流感测元件具有多个电流传感器。每个电流传感器本身与hv部件中的相应一个串联连接。

8、在可能的实施方式中，控制系统包括感测和诊断模块(sdm)，其可操作用于检测移动平台的阈值力或减速故障，并且用于响应于此经由对应的电压信号打开(断开)主烟火式熔断器。

9、ress可以包括连接到电池组和dc电压总线(例如，其负总线轨)的主接触器。控制系统可以包括总线断开信号板(bdsb)或其他合适的电子控制单元，其与电流感测元件通信并且可操作用于响应于检测到的电池电力系统的过电流故障而打开(断开)主接触器。

10、可能设置中的电池组包括第一电池组和第二电池组，第一电池组和第二电池组可根据需要经由开关电路以串联连接(s连接)配置或并联连接(p连接)配置选择性地连接。在非限制性配置中，第一电池组和第二电池组具有至少300伏的相应标称电压能力，其中p连接配置因此提供至少300伏的标称电池电压，并且s连接配置提供至少600伏的标称电池电压。

11、如上所述，本公开的某些实施例在上述hv通道上使用通道开关。因此，替代实施例中的电池电力系统的代表性构造包括dc电压总线和连接到其上的电池组，以及经由hv通道中的相应一个连接到电压总线的hv部件。对于每个hv通道，电流感测元件连接到hv部件，作为不同的电流感测元件或公共/共享电流感测元件。通道开关连接到(一个或多个)电流感测元件或与(一个或多个)电流感测元件集成，其中通道开关被配置为将hv部件与电压总线断开。这个动作发生在通过来自控制系统的电压信号或在替代实施例中通过通道开关本身的响应动作命令通道开关打开时，这又响应于来自电流感测元件的测量电流指示短路故障而发生。

12、电流感测元件可以包括可操作用于检测短路故障的过电流比较器。

13、如本文所设想的，通道开关可以包括类似于上述主烟火式熔断器的通道烟火式熔断器，或者通道开关可以体现为固态继电器。在一个或多个实施例中的电流感测元件与通道开关是集成一体的。例如，电流感测元件和通道开关可以封装在一起以形成机电熔断器组件或“智能熔断器”，其被配置为响应于阈值电流而打开(断开)。

14、本公开的另一方面包括一种机动车辆，其具有连接到车身的车轮，以及可操作用于为车轮提供动力的电池电力系统。根据代表性实施例的电池电力系统包括连接到dc电压总线的电池组、经由hv通道连接到总线的hv部件、连接到hv通道上的hv部件的电流感测元件、以及通道开关。该非限制性配置中的通道开关连接到电流感测元件或与电流感测元件集成一体，并且被配置为通过响应于来自电流感测元件的测量电流指示短路故障而打开，从而将hv部件与dc电压总线断开。

15、以上
技术实现要素：
并非旨在表示本公开的每个实施例或方面。相反，前述发明内容例示了如本文所阐述的某些新颖方面和特征。当结合附图和所附权利要求考虑时，本公开的上述和其他特征和优点将从用于执行本公开的代表性实施例和模式的以下详细说明书中变得显而易见。

技术特征：

1.一种电池电力系统，包括：

2.根据权利要求1所述的电池电力系统，还包括控制系统，其中所述通道开关被配置为响应于来自所述控制系统的电压信号而打开。

3.根据权利要求1所述的电池电力系统，其中，所述通道开关包括通道烟火式熔断器。

4.根据权利要求1所述的电池电力系统，其中，所述通道开关包括固态继电器。

5.根据权利要求1所述的电池电力系统，其中，所述电流感测元件与所述通道开关集成。

6.根据权利要求5所述的电池电力系统，其中，所述电流感测元件和所述通道开关一起形成机电熔断器组件，所述机电熔断器组件被配置成响应于阈值电流而打开。

7.一种机动车辆，包括：

8.根据权利要求7所述的机动车辆，还包括控制系统，其中所述通道开关被配置为响应于来自所述控制系统的电压信号而打开。

9.根据权利要求7所述的机动车辆，其中所述通道开关包括通道烟火式熔断器或固态继电器。

10.根据权利要求7所述的机动车辆，其中所述电流感测元件和所述通道开关一起形成机电熔断器组件，所述机电熔断器组件被配置为响应于阈值电流而打开。

技术总结
一种用于机动车辆或另一电气化系统的电池电力系统包括电池组，所述电池组连接到直流电压总线并且具有正电池端子和负电池端子；主烟火式熔断器(“pyro熔断器”)、经由HV通道连接到所述总线的高电压(HV)部件；连接到HV通道上的HV部件的电流感测元件；以及控制系统。所述控制系统被配置为当来自所述电流传感器的测量电流值指示短路故障时，通过向所述主火熔断器发送电压信号来选择性地将所述电池组与所述总线断开。通道开关可以连接到所述电流感测元件或与所述电流感测元件集成一体，并且所述HV部件被配置为通过响应于所测量的电流值而打开，从而将所述HV部件与所述总线断开。

技术研发人员：R.普拉萨德,R.J.海德尔,A.K.钱德勒,S.V.谢埃奇,C.S.纳穆杜里,E.C.皮茨斯
受保护的技术使用者：通用汽车环球科技运作有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15