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原文传递电池模块并联开关装置系统及方法

专利名称：	电池模块并联开关装置系统及方法
摘要：	本公开包括一种使用开关装置来提高运行性能和可靠性的汽车电池系统。电池系统包括电池单元、电耦接到电池单元的端子的初级开关装置、以及电耦接到电池单元的端子并与初级开关装置并联的次级开关装置。初级开关装置包括机电开关装置，其能够使电池充电或放电并产生升高的电压。次级开关装置包括串联电耦接的固态开关装置和二极管，其以节电的方式检测短路状况并通过使用升高的电压来致动电枢来消除短路状况。此外，并联的开关装置一起工作以输送电气装置所需的适当电量，从而提高电池系统的性能、可靠性和寿命。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	美国;US
申请人：	江森自控科技公司
发明人：	迈克尔·R·布莱姆伯格;罗纳德·J·杜勒;马克·R·约翰逊;布莱恩·L·蒂米
专利状态：	有效
申请日期：	2017-10-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-02T00:00:00+0800
申请号：	CN201780065446.4
公开号：	CN109963738A
代理机构：	上海脱颖律师事务所
代理人：	脱颖
分类号：	B60L3/00(2019.01);B;B60;B60L;B60L3
申请人地址：	美国密歇根州
主权项：	1.一种汽车，包含：电池单元；初级开关装置，其电耦接到所述电池单元的端子，其中所述初级开关装置包含机电开关装置，所述机电开关装置被配置为当处于第一闭合位置时：使电流沿第一方向流过所述初级开关装置，以便于对所述电池单元充电；和使电流沿第二方向流过所述初级开关装置，以便于对所述电池单元放电；和次级开关装置，其与所述初级开关装置并联地电耦接至所述电池单元的所述端子，其中所述次级开关装置包含：固态开关装置；和二极管，其与所述固态开关装置串联电耦接，其中所述二极管被配置为当所述固态开关装置处于第二闭合位置时使电流仅沿所述第一方向和所述第二方向中的一个方向流过所述次级开关装置。 2.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述机电开关装置包含：第一继电器线圈，其电耦接到电容器，其中所述第一继电器线圈被配置为当接收某一电池电压下的电力时：产生第一磁场，所述第一磁场便于将所述机电开关装置从第一断开位置切换到第一闭合位置；和便于使所述电池电压升高到升高的电压以存储在所述电容器中；以及第二继电器线圈，其被配置为当从所述电容器向所述第二继电器线圈供应所述升高的电压下的电力时，产生第二磁场，所述第二磁场便于将所述机电开关装置从所述第一闭合位置切换到所述第一断开位置。 3.根据权利要求2所述的机动车辆，包含通信地耦接到所述初级开关装置和所述次级开关装置的电池控制系统，其中：所述次级开关装置被配置为当所述机动车辆熄火时确定何时预计存在短路状况；和所述电池控制系统被配置为：当所述机动车辆从点火转换到熄火时，从活动模式切换到休眠模式，以便于减少电力消耗；当从所述次级开关装置接收到指示预计存在所述短路状况的信号时，从所述休眠模式切换到所述活动模式；和当所述电池控制系统确认实际存在所述短路状况时，指示所述初级开关装置以所述升高的电压将电力从所述电容器供应到所述第二继电器线圈。 4.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述次级开关装置包含：电流镜支路，其电耦接在所述固态开关装置和所述二极管之间；和短路保护电路，其电耦接在所述电流镜支路和所述固态开关装置的栅极之间，其中所述短路保护电路被配置为：至少部分地基于通过所述电流镜支路的电流确定何时预计存在短路状况；和当预计存在所述短路状况时：指示所述固态开关从所述第二闭合位置转换到所述第二断开位置；和输出时钟信号以唤醒所述电池控制系统，以使所述电池控制系统能够确认是否实际存在所述短路状况。 5.根据权利要求4所述的机动车辆，包含通信地耦接到所述次级开关装置的电池控制系统，其中：所述次级开关装置包含自检支路，所述自检支路电耦接在所述电流镜支路和所述二极管之间；和所述电池控制系统被配置为当所述短路状况实际不存在时指示所述自检支路产生受控短路，所述受控短路能够检测所述短路保护电路的运行。 6.根据权利要求1所述的机动车辆，包含通信地耦接到所述初级开关装置和所述次级开关装置的电池控制系统，其中所述电池控制系统被配置为：确定从所述电池单元供应到电气装置的目标电流，所述电气装置电耦接到所述初级开关装置和所述次级开关装置；和当所述目标电流小于第一电流阈值时：指示所述固态开关装置保持在所述第二闭合位置，以便于从所述电池单元向所述电气装置供应目标电流下的电力；和指示所述机电开关装置保持在第一断开位置以便于限制向所述电气装置供应电力。 7.根据权利要求6所述的机动车辆，其中所述电池控制系统被配置为：当所述目标电流不小于所述第一电流阈值时，指示所述机电开关装置保持在所述第一闭合位置；当所述目标电流小于第二电流阈值时，所述第二电流阈值大于所述第一电流阈值，指示所述固态开关装置保持在第二断开位置，以便于限制向所述电气装置供应电力；和当所述目标电流不小于所述第二电流阈值时，指示所述固态开关装置保持在所述第二闭合位置，以便于从所述电池单元向所述电气装置供应所述目标电流下的电力。 8.一种用于实现汽车电池系统的方法，包含：实现电池模块，所述电池模块包含多个电池单元，所述多个电池单元电耦接在所述电池模块的正端子和负端子之间；和实现机电开关装置，所述机电开关装置包含电枢和线圈电路，其中实现所述线圈电路包含：将闭合继电器线圈电耦接在高侧闭合晶体管和低侧闭合晶体管之间，当通过所述高侧闭合晶体管向所述闭合继电器线圈供应第一电压下的电力时，使所述闭合继电器线圈能够产生第一磁场，所述第一磁场致动所述电枢；将开路继电器线圈电耦接在高侧开路晶体管和低侧开路晶体管之间，当通过所述高侧开路晶体管向所述开路继电器线圈供应大于所述第一电压的第二电压下的电力时，使所述开路继电器线圈能够产生第二磁场，所述第二磁场致动所述电枢；将第一二极管的阳极电耦接到所述闭合继电器线圈和所述低侧闭合晶体管；和将所述第一二极管的阴极电耦接到电容器和所述高侧开路晶体管，当向所述闭合继电器线圈供应所述第一电压下的电力时，使得能够将所述第二电压下的电能存储在所述电容器中。 9.根据权利要求8所述的方法，包含：通过将所述机电开关装置电耦接在多个电池单元和所述电池模块的所述正端子之间来实现初级开关装置，以使电流能够沿第一方向流过所述初级开关装置，以便于对所述多个电池单元进行充电，并在所述机电开关装置处于第一闭合位置时，使电流沿第二方向流过所述初级开关装置，以便于使所述多个电池单元放电；和通过将固态开关装置和第二二极管串联电耦接在所述多个电池单元和所述电池模块的所述正端子之间来实现次级开关装置，以在所述固态开关装置处于第二闭合位置时，使电流能够仅沿所述第一方向和所述第二方向中的一个方向流过所述次级开关装置。 10.根据权利要求9所述的方法，其中实现所述次级开关装置包含：将电流镜支路电耦接在所述固态开关装置和所述第二二极管之间；将短路保护电路电耦接在所述电流镜支路和所述固态开关装置的栅极之间，以使所述短路保护电路能够：至少部分地基于流过所述电流镜支路的电流来检测何时预计存在短路状况；和当预计存在所述短路状况时，自主地指示所述固态开关装置保持在断开位置。 11.根据权利要求10所述的方法，其中实现所述次级开关装置包含：将自检支路电耦接在所述电流镜支路与所述第二二极管之间，以能够产生受控短路，所述受控短路便于检测所述短路保护电路的短路反应。 12.根据权利要求8所述的方法，其中实现所述机电开关装置包含：将第一静触点电耦接到所述多个电池单元；将第二静触点电耦接到所述电池模块的所述正端子；和在所述机电开关装置的所述电枢上实现第一可动触点和第二可动触点。 13.根据权利要求8所述的方法，包含：将电池控制系统通信地耦接到所述高侧闭合晶体管的第一栅极，以使所述电池控制系统能够控制从所述多个电池单元向所述闭合继电器线圈供应第一电压下的电力；将所述电池控制系统通信地耦接到所述低侧闭合晶体管的第二栅极，以使所述电池控制系统能够控制所述第一电压升高到所述第二电压；和将所述电池控制系统通信地耦接到所述高侧开路晶体管的第三栅极，以使所述电池控制系统能够控制从所述电容器向所述开路继电器线圈供应所述第二电压下的电力。 14.根据权利要求8所述的方法，其中实现所述线圈电路包含将所述电容器电耦接到电气装置，以使得能够向所述电气装置供应所述第二电压下的电力。 15.一种电池模块，包含：正端子和负端子，其形成在所述电池模块的壳体上；多个电池单元，其与所述电池模块的所述负端子串联电耦接；初级开关装置和次级开关装置，其并联电耦接在所述多个电池单元和所述电池模块的所述正端子之间，其中：所述初级开关装置包含电枢和线圈电路，其被配置为：当向所述线圈电路供应电力以将所述电枢从第一断开位置致动到第一闭合位置时，存储升高电压下的电能；和当检测到短路状况时，供应升高电压下的电力以将所述电枢从所述第一闭合位置致动到所述第一断开位置；和所述次级开关装置包含固态开关装置和第一二极管，所述第一二极管被配置为当所述固态开关装置处于第二闭合位置时限制通过所述次级开关装置的电流的流动方向。 16.根据权利要求15所述的电池模块，其中所述线圈电路包含：闭合继电器线圈，其电耦接在高侧闭合晶体管和低侧闭合晶体管之间，其中所述闭合继电器线圈被配置为当通过所述高侧闭合晶体管供应电力时：产生第一磁场，所述第一磁场将所述电枢从所述第一断开位置致动到所述第一闭合位置；和通过增加被供应到所述闭合继电器线圈的电力的电压来产生所述升高的电压；和第二二极管，所述第二二极管包含：阳极，其电耦接到所述闭合继电器线圈和所述低侧闭合晶体管；和阴极，其电耦接到所述高侧开路晶体管；和电容器，其电耦接到所述第二二极管的阴极，其中所述电容器被配置为存储所述升高电压下的电能，以便随后能够输出所述升高电压下的电力。 17.根据权利要求15所述的电池模块，其中：所述初级开关装置被配置为当所述电枢处于所述第一闭合位置时能够实现第一大小的双向电流；所述第一二极管被配置为当所述固态开关装置处于所述第二闭合位置时能够使单向电流流过次级开关装置；和所述固态开关装置被配置为当所述固态开关装置处于所述第二闭合位置时使电流能够具有小于所述第一大小的第二大小。 18.根据权利要求15所述的电池模块，包含通信地耦接到所述初级开关装置和所述次级开关装置的电池控制系统，其中所述电池控制系统被配置为：确定从所述电池模块输出的目标电力；当所述目标电力不小于电力阈值时，指示所述机电开关装置保持在所述第一闭合位置；当所述目标电力小于所述电力阈值时：指示所述固态开关装置保持在所述第二闭合位置；和指示所述机电开关装置保持在所述第一断开位置，以便于限制从所述电池模块输出的电力的大小。 19.根据权利要求15所述的电池模块，其中：所述初级开关装置被配置为在电气系统中部署所述电池模块之前保持在所述第一断开位置；和所述次级开关装置被配置为在所述电气系统中部署所述电池模块之前保持在所述第二闭合位置以便于检测所述电池模块。 20.根据权利要求15所述的电池模块，其中：所述正端子被配置为电耦接到机动车辆的正总线；和所述负端子被配置为电耦接到所述机动车辆的负总线。
所属类别：	发明专利