[发明专利]多电池组的联锁机制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年11月11日提交的题为“多电池组的联锁机制”的美国临时申请第61/260,393号的优先权，其内容通过引证结合于本申请中。

技术领域

本发明涉及电池系统。

背景技术

对于使用电池并需要高功率的电子设备，例如电动车辆或混合动力车辆，电池系统通常包含多个电池组，仅其中一个电池组在任何时候都会向系统供电。因此电池系统需要能够以保护电池组和接触器(开关，contactor)的方式从一个组切换到另一个组，特别是在车辆运行时。具有多个电池组的普通系统通常通过将负载完全断开而不管运行状态并等待长时段进行切换而切换到不同电池组。这可导致潜在的危险问题，包括使车辆长时间持续不运行的长的切换时间或车辆处于加速时进行切换。

具有N个电池组的电动车的电池系统的示例示于图1中，其中N是2以上。在该系统中，每次仅一个电池组连接至车辆负载。当电池组1中的电荷耗尽时，系统可切换至具有可用充电的下一个电池组。

附图说明

在附图的各图中，以示例的方式示出了本发明，但本发明并不局限于此，附图中，相同的参考标号指的是相同的元件，附图中：

图1示出了现有的多个电池组系统的示例示图；

图2A示出了电池组切换延时减少的多个电池组系统的示例示图；

图2B示出了电池管理系统的示例系统示图；

图3示出了多个电池组系统中电池组之间切换的示例操作顺序；

图4示出了在电池组切换期间电压和时间之间的关系的示例曲线图；

图5A、图5B示出了确定开关是处于闭合状态还是断开状态的示例操作顺序；

图6示出了确定开关是处于闭合状态还是断开状态的示例电路；以及

图7示出了确定开关是处于闭合状态还是断开状态的其他示例操作顺序。

具体实施方式

在本文中公开的各个实施方式中，与现有技术中所要求的延时相比，使用预充电装置和开关测试装置减少多个电池组系统中的电池组之间切换的延时。切换延时的减少会提供很多重要的益处，包括：例如，由于关键时期发生断电的可能性很小使得具有改进的电动/混合动力车辆的驾驶性能和安全性。此外，因为以下原因延长了电池寿命：a)防止多个电池组同时连接；以及b)防止车辆负载的固有电容放电，这两点都能够造成过电流流动以及对电池系统的损坏。虽然前述益处具体地应用于电动/混合动力车辆，但是需要在电池组之间进行切换的任何系统或设备都可受益于本文中所描述的技术。

图2A示出了具有用于减少在电池组之间进行切换所花费的时间的开关测试240装置和预充电220装置的电池组系统的一个实施方式。系统由电池管理系统(BMS)270控制。车辆管理系统(VMS)280经由控制器区域网络(CAN)总线与BMS通信并监控和/或控制车辆负载260。图2B中示出的BMS包括处理器、存储器和与互连总线耦接一起的I/O块。BMS能够执行本文所公开的操作顺序。预充电装置的一个实施方式是具有由BMS控制的继电器的电阻器。计算电阻的目的在于a)允许在期望时限内可对车辆负载260的固有电容进行充电的电流，以及b)限制来自电池组210的电流低于最大限度。预充电装置的可选实施方式可为电流源。开关测试装置240用于确定连接至电池组的一个或两个开关是断开的还是闭合的。在一个实施方式中，该信息用于防止多个电池组同时连接至车辆负载。二极管230和二极管开关225用于在电池组之间切换的预充电时段使耗尽的电池组提供低电力电平。开关可以是任何类型的开关元件，包括例如但不限于继电器(或任何其他机械开关)、半导体器件或电绝缘开关元件。

图3示出了用于在多个电池组系统中的电池组之间进行切换的示例操作顺序。在步骤315中，处理等待直至当前电池组(在该示例电池组1中)中的电荷变得足够低而需要进行电池组切换。在步骤325中，闭合开关NB(从图2A中所见)以连接两个电池组的负端子。在步骤330中，使当前使用的电池组上的二极管保护的阳极开关DC1闭合。这允许电流继续从耗尽的电池组流出，并防止任何反向电流。在335中，BMS监控车辆电力需求，且当其降低为低于阈值(基于开关的特性和其他因素是可编程的)时，在步骤340中断开开关1A。这将使电力汲取立即切换至开关DC1 225(通过二极管)。接下来在345中，开关测试装置240用于确定开关1A是否已经成功断开。开关测试装置的一个实施方式示于以下描述的图6中。