[发明专利]具有低压控制架构和方法的高压系统

说明书

一种高压(HV)电气系统，其包括HV电气总线，执行电池管理系统(BMS)功能的低压(LV)控制器，以及连接到HV电气总线的可充电储能系统(RESS)。RESS具有连接到电压轨的接触器，电池组，产生表征组端电流的电压信号的电流传感器，连接到指定的电池单体的单体监测单元(CMU)，用以测量相应的单体电压，以及处于CMU和LV控制器之间的电压隔离硬件。电压隔离硬件包括接触器，可能还包括变压器。RESS和LV控制器通过LV串行连接而相连，使得LV控制器执行指定的BMS功能，包括监测组端电流和控制接触器的打开/关闭状态。一种动力传动系统，其包括电气系统、电机和耦合负载。

技术领域

本发明涉及车辆电池领域，特别涉及具有低压控制架构和方法的高压系统。

背景技术

电力传动采用一个或多个电机来产生转矩。所产生的转矩例如通过变速器或传动轴传递到耦合负载。当电机作为牵引电动机运行时，牵引电动机的相绕组通电所需的电能由可充电储能系统（RESS）提供。RESS包括多单体电池组、相关的电力电子器件和热调节硬件，且RESS可以通过常驻电池控制模块来控制，其中常驻电池控制模块通常被称为电池监测系统（BMS）。

BMS可用于监测RESS的硬件和软件组件的持续健康状况，以及控制电池组的充电和放电操作。由BMS执行的其他功能可以包括监测和报告电池组电压、各个单体电压和单体电流、荷电状态和温度。BMS还可以执行周期性的单体平衡操作以均衡各电池单体的荷电状态。使用相关的电路测量和监测各单体电压，以使电池单体保持在允许的电压窗口内，从而防止单体过早退化。

发明内容

本发明公开了一种高压（HV）电气系统。如下面参考各附图所述，低压（LV）控制架构将电池管理系统（BMS）功能转移到LV控制器中。LV控制器通过硬连线或无线方式连接到HV可充电储能系统（RESS）。在示例性实施例中，术语“高压”指至少60V的直流电压（60VDC），而“低压”指低于高压电平的电压电平，例如，12-15VDC的辅助电压电平。这里使用的术语“BMS功能”指的是限定的一组电池管理和车辆控制功能，包括但不限于响应于电池组和单体的电压和电流、荷电状态、接触器打开/关闭状态、高压互锁（HVIL）状态、充电状态、加热、通风和空调（HVAC）以及热控制的持续监测和控制决策。

本方法旨在对电池控制架构进行改进，其中，BMS功能在高压电平下存在于RESS中。将指定的BMS监测和控制功能从RESS转移到LV控制器可以释放RESS内宝贵的封装空间。进而，这样做可以改善电池组封装的灵活性，所公开的跨其他平台架构的通用性或可重用性，同时还提供如本文所述的附加好处。

LV控制架构可以由硬连线模拟和数字实现，以及由无线/射频（RF）实现。在各个公开的实施例中提供HV电压隔离。

在一实施例中的高压（HV）电气系统包括具有正电压轨和负电压轨的HV电气总线，用于在HV电气系统内执行指定BMS功能的LV控制器，和连接到HV电气总线的RESS。RESS具有分别连接到正电压轨和负电压轨的第一和第二组接触器。这种接触器用作电压隔离硬件，使得当接触器打开时，HV RESS与高压组件例如功率逆变器模块（PIM）、车载充电模块（OBCM）和辅助功率模块（APM）隔离。RESS还具有带有多个电池单体的电池组。电流传感器相对于电压轨之一放置。电流传感器输出电压信号，例如0-5VDC比例电压，以表征所测得的组端电流，即流入或流出电池组的电流。

单体监测单元（CMU）与指定的电池单体电连接，并被配置为测量相应的各单体电压。在某些硬连线实现中，电压隔离硬件可以设置在CMU和LV控制器之间。除了上述接触器之外，电压隔离硬件可能还包括变压器。在这样的实施例中，可以通过LV串行连接将RESS和LV控制器连接起来。BMS功能可以包括监测组端电流和响应于组端电流和/或其他运行状况来控制接触器的打开/关闭状态。

硬连线实施例中的电压隔离硬件可以与CMU之一组合或集成。