專(zhuān)利名稱(chēng)：機(jī)動(dòng)車(chē)輛的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)動(dòng)車(chē)輛的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)可用于電驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車(chē)輛。某些用于平衡電力系統(tǒng)的存儲(chǔ)單元的技術(shù)是 已知的。例如，美國(guó)專(zhuān)利第6，984，961號(hào)公開(kāi)一種電池總成系統(tǒng)，其包括多個(gè)串聯(lián)的蓄電 池、用于探測(cè)蓄電池內(nèi)產(chǎn)生的電壓的電壓探測(cè)器和用于探測(cè)在多個(gè)蓄電池內(nèi)流動(dòng)的電流的 電流探測(cè)器。該電池總成系統(tǒng)還包括用于基于探測(cè)的電壓和電流計(jì)算蓄電池的荷電狀態(tài) (S0C)的S0C計(jì)算器和用于充電或放電多個(gè)蓄電池中至少一個(gè)以便平衡由S0C計(jì)算器計(jì)算 的蓄電池的S0C的充電/放電單元。 又例如，美國(guó)專(zhuān)利第6， 882， 129號(hào)公開(kāi)用于電池驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的電池組。電池組包含 串聯(lián)的電池模塊。電池模塊配置用于將電能提供至電池驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。每個(gè)電池模塊具有SOC。 電池組還包含連接至電池模塊的電池控制模塊(BCM)。每個(gè)電池模塊連接至BCM中的一個(gè) 并且每個(gè)BCM均配置用于監(jiān)視電池模塊參數(shù)。電池組進(jìn)一步包含連接至每一個(gè)BCM的電池 控制接口模塊(BCM) 。 BCIM配置用于從每一個(gè)BCM接收電池模塊參數(shù)并且基于電池模塊 參數(shù)獨(dú)立調(diào)節(jié)每一個(gè)電池模塊的S0C。 再例如，美國(guó)專(zhuān)利第6， 583， 602號(hào)公開(kāi)了將低壓電能供應(yīng)至低壓負(fù)載的低壓電池 塊。至少一個(gè)高壓電池塊與低壓電池塊串聯(lián)并且與該低壓電池塊配合以將高壓電能供應(yīng)至 高壓負(fù)載。該低壓電池塊和高壓電池塊均包括電池。DC/DC轉(zhuǎn)換器將電能從高壓電池塊傳 輸至低壓電池塊?？刂破魈綔y(cè)(i)涉及低壓電池塊內(nèi)平均每個(gè)電池電壓的低壓電池塊的電 參數(shù)，及(ii)涉及高壓電池塊內(nèi)平均每個(gè)電池電壓的高壓電池塊的電參數(shù)?？刂破黜憫?yīng)探 測(cè)的電參數(shù)控制DC/DC轉(zhuǎn)換器，以平衡低壓電池塊內(nèi)的平均每個(gè)電池電壓和高壓電池塊內(nèi) 的平均每個(gè)電池電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含電串聯(lián)的多個(gè) 能量存儲(chǔ)單元和各自具有第一側(cè)和第二側(cè)的多個(gè)雙向電源轉(zhuǎn)換器。各個(gè)第一側(cè)均與多個(gè)能 量存儲(chǔ)單元中的一個(gè)電連接。該系統(tǒng)還包括另一個(gè)能量存儲(chǔ)單元。多個(gè)雙向電源轉(zhuǎn)換器的 第二側(cè)與另一個(gè)能量存儲(chǔ)單元電并聯(lián)。各個(gè)雙向電源轉(zhuǎn)換器均能夠在第一側(cè)和第二側(cè)之間 轉(zhuǎn)移能量。 本發(fā)明還公開(kāi)了 一種機(jī)動(dòng)車(chē)輛，其包括電機(jī)、電串聯(lián)并電連接至電機(jī)的多個(gè)電池、 以及各自具有第一側(cè)和第二側(cè)的多個(gè)雙向DC/DC電源轉(zhuǎn)換器。各個(gè)第一側(cè)均與多個(gè)電池中 的一個(gè)電連接。車(chē)輛還包括電負(fù)載和與電負(fù)載電連接的另一個(gè)電池。多個(gè)雙向DC/DC電源 轉(zhuǎn)換器的第二側(cè)與該另一個(gè)電池電并聯(lián)。各個(gè)雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器均能夠在第一側(cè)和第二側(cè) 之間轉(zhuǎn)移能量。 本發(fā)明還公開(kāi)了一種用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含包括多個(gè)能
3量存儲(chǔ)單元的電池組和各自具有第一側(cè)和第二側(cè)并且能夠在第一側(cè)和第二側(cè)之間轉(zhuǎn)移能
量的多個(gè)雙向DC/DC電源轉(zhuǎn)換器。各個(gè)第一側(cè)均與多個(gè)能量存儲(chǔ)單元中的一個(gè)電連接，而
第二側(cè)電并聯(lián)。該系統(tǒng)還包括配置用于通過(guò)經(jīng)由多個(gè)雙向DC/DC電源轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)
在多個(gè)能量存儲(chǔ)單元中的至少兩個(gè)之間傳輸能量以平衡該電池組的控制器。 盡管說(shuō)明和公開(kāi)了根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，但是這樣的公開(kāi)不應(yīng)理解為限制本
發(fā)明。應(yīng)了解在不脫離本發(fā)明的范圍下，可作出多種修改和可替代設(shè)計(jì)。


圖1為依照本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)動(dòng)車(chē)輛電力系統(tǒng)的方塊圖。
圖2為圖1的DC/DC轉(zhuǎn)換器的示意圖。 圖3為依照本發(fā)明另一實(shí)施例的機(jī)動(dòng)車(chē)輛的電力系統(tǒng)的方塊圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參考圖l，用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛12的電力系統(tǒng)IO可包括多個(gè)高壓(例如300V)蓄電池 14、至少一個(gè)低壓(例如12V)蓄電池16、多個(gè)雙向DC/DC電源轉(zhuǎn)換器18和單向DC/DC電源 轉(zhuǎn)換器20(具有例如300 : 12的匝數(shù)比)。在圖1的實(shí)施例中，蓄電池14為鋰離子電池并 且蓄電池16為鉛酸電池。然而，可使用其它蓄電池。 低壓蓄電池16與低壓負(fù)載22(例如點(diǎn)火系統(tǒng))電連接。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明 顯的是，如果需要可將來(lái)自蓄電池16的電能供應(yīng)至負(fù)載22。 多個(gè)蓄電池14電串聯(lián)并且形成高壓電池組24。電池組24與單向DC/DC轉(zhuǎn)換器20 和高壓負(fù)載26電連接。DC/DC轉(zhuǎn)換器20也與低壓蓄電池16電連接。來(lái)自電池組24的電 能可供應(yīng)至DC/DC轉(zhuǎn)換器20。 DC/DC轉(zhuǎn)換器20可將該高壓電能逐步降低至低壓電能。可 將該低壓電能供應(yīng)至蓄電池16以例如為蓄電池16充電。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是， 來(lái)自電池組24的電能也可供應(yīng)至高壓負(fù)載26，例如電機(jī)。該電機(jī)可用于為車(chē)輛12提供動(dòng) 力。 多個(gè)雙向DC/DC電源轉(zhuǎn)換器18中的每一個(gè)均與多個(gè)高壓蓄電池14中的一個(gè)和低 壓蓄電池16電連接。如下面更詳細(xì)地討論，電源轉(zhuǎn)換器18中的每一個(gè)均可在高壓蓄電池 14/高壓電池組24和低壓蓄電池16之間傳輸電能。 現(xiàn)參考圖2，各個(gè)雙向DC/DC電源轉(zhuǎn)換器18中均可包括一對(duì)雙向整流器/逆變器 28 、 30 、 一對(duì)線圈32 、 34和電容器36 。電容器36可平滑進(jìn)/出電源轉(zhuǎn)換器18的電流輸入/ 輸出。 在圖2的實(shí)施例中，雙向整流器/逆變器28包含金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 橋(MOSFET bridge,例如4晶體管控制的橋)，并且與線圈32電連接。雙向整流器/逆變 器30也包含MOSFET橋并且與線圈34電連接。然而，可使用任何合適的晶體管(例如絕緣 柵雙極型晶體管(IGBT))。 圖2中的線圈32、34具有3.6 : 12的匝數(shù)比并且形成高頻隔離變壓器38?？捎?電池14、 16的標(biāo)稱(chēng)電壓確定匝數(shù)比高壓蓄電池14均可具有3. 6V的標(biāo)稱(chēng)電壓并且低壓蓄 電池16可具有12V的標(biāo)稱(chēng)電壓。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，隔離變壓器38將高壓電 池組24與低壓蓄電池16電隔離。當(dāng)然，電源轉(zhuǎn)換器18可具有任何合適的配置。
再次參考圖1，電力系統(tǒng)10進(jìn)一步包括控制器40?？刂破?0與多個(gè)高壓蓄電池
14中每一個(gè)和雙向DC/DC電源轉(zhuǎn)換器18中每一個(gè)電連接并且進(jìn)行通訊。 控制器40可確定關(guān)于每一個(gè)蓄電池14的狀況的信息。例如，控制器40可從合適
的傳感器(未顯示)讀取與每一個(gè)蓄電池14相關(guān)的溫度、電壓和電流信息，這些傳感器可
運(yùn)轉(zhuǎn)地設(shè)置以用于感應(yīng)蓄電池14的這些參數(shù)?？刂破?0可進(jìn)一步基于各個(gè)蓄電池14的
狀況確定各個(gè)蓄電池14的荷電狀態(tài)。控制器40可使用該信息以平衡電池組24的蓄電池14。 如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，當(dāng)電能輸送至高壓電池組24或從其移除時(shí)，多個(gè)蓄電池 14可實(shí)現(xiàn)不同的荷電狀態(tài)。雙向DC/DC電源轉(zhuǎn)換器18可用于在蓄電池14之間往返傳輸電 能以平衡各自的荷電狀態(tài)。例如，如果一個(gè)或多個(gè)蓄電池14具有大于目標(biāo)荷電狀態(tài)的荷電 狀態(tài)，則控制器40可指令與所述一個(gè)或多個(gè)蓄電池14相關(guān)的那些電源轉(zhuǎn)換器18向例如低 壓蓄電池16放電，在本示例中低壓蓄電池16作用為存儲(chǔ)器。隨后該電能可重新分配至電 池組24的蓄電池14或通過(guò)蓄電池16保持。如果一個(gè)或多個(gè)蓄電池14具有低于目標(biāo)荷電 狀態(tài)的荷電狀態(tài)，則控制器40可指令與所述一個(gè)或多個(gè)蓄電池相關(guān)的那些電源轉(zhuǎn)換器18 從例如低壓蓄電池16中抽取電能并且將其提供至所述一個(gè)或多個(gè)蓄電池14。當(dāng)然其它情 景也是可能的。 現(xiàn)參考圖3，相對(duì)于圖1中編號(hào)元件相差100的圖3中編號(hào)元件具有類(lèi)似(然而 不需要相同)于圖l中編號(hào)元件的描述。機(jī)動(dòng)車(chē)輛112的電力系統(tǒng)110包括多個(gè)高壓蓄電 池114、至少一個(gè)低壓蓄電池116和多個(gè)雙向DC/DC電源轉(zhuǎn)換器118。然而，其它配置也是 可能的。 低壓蓄電池116與低壓負(fù)載122電連接。 多個(gè)蓄電池114電串聯(lián)并且形成高壓電池組124。電池組124與高壓負(fù)載126電 連接。來(lái)自電池組124的電能可供應(yīng)至高壓負(fù)載126。 多個(gè)雙向DC/DC電源轉(zhuǎn)換器118中的每一個(gè)均與多個(gè)高壓蓄電池114中的一個(gè)和 低壓蓄電池116電連接。各個(gè)電源轉(zhuǎn)換器118中可在高壓蓄電池114/高壓電池組124中 的一個(gè)和低壓蓄電池116之間傳輸電能。如下面更詳細(xì)地討論，可執(zhí)行其以平衡蓄電池114 和/或?yàn)樾铍姵?16充電。 電力系統(tǒng)110進(jìn)一步包括控制器140?？刂破?40與多個(gè)高壓蓄電池114中的每 一個(gè)和雙向DC/DC電源轉(zhuǎn)換器118中的每一個(gè)通信和/或電連接。如參考圖1中說(shuō)明的控 制器40所討論的，控制器140可基于各個(gè)蓄電池114的狀態(tài)進(jìn)一步確定它們的荷電狀態(tài)。 控制器140可使用該信息通過(guò)例如指令所選擇的電源轉(zhuǎn)換器118在蓄電池114之間往返傳 輸電能，以便以類(lèi)似于上述方式實(shí)現(xiàn)平衡來(lái)平衡電池組124的蓄電池114。
控制器140也可實(shí)時(shí)(on the fly)平衡蓄電池114，同時(shí)例如將電能提供至低壓 蓄電池116?？刂破?40可例如指令各個(gè)蓄電池114以將指定量的電能提供至蓄電池116。 該指定量可取決于具體蓄電池114的荷電狀態(tài)。例如，當(dāng)控制器140指令轉(zhuǎn)換器118輸送 1. OA以支持低壓蓄電池116上的負(fù)載時(shí)，荷電狀態(tài)大于目標(biāo)值的那些蓄電池114可調(diào)節(jié)它 們的指令以在固定時(shí)間段提供1. 1A的電流，同時(shí)荷電狀態(tài)低于目標(biāo)值的那些蓄電池114可 調(diào)節(jié)它們的指令以在固定時(shí)間段提供0. 9A的電流。該固定時(shí)間段可為將電流提供至蓄電 池116以實(shí)現(xiàn)荷電狀態(tài)平衡的總時(shí)間的一部分。因此，控制器140可持續(xù)地評(píng)估并改變蓄
5電池114之間的平衡，同時(shí)對(duì)蓄電池116充電或維持蓄電池116上的電荷。 在其它實(shí)施例中，可省略低壓蓄電池116并且雙向DC/DC電源轉(zhuǎn)換器118可與低
壓負(fù)載122電連接。電源轉(zhuǎn)換器118可具有一定大小以處理負(fù)載122帶來(lái)的最大瞬時(shí)負(fù)載，
并且因此來(lái)自蓄電池114的電能可逐漸增大并且經(jīng)由電源轉(zhuǎn)換器118共同提供至負(fù)載122。
其它設(shè)置和配置也是可能的。 盡管說(shuō)明并公開(kāi)了依照本發(fā)明的示例實(shí)施例，但這種公開(kāi)不應(yīng)解釋為限制本發(fā) 明?？梢灶A(yù)想在不脫離本發(fā)明范圍下作出多種修改和可替代設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
一種用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，包含電串聯(lián)的多個(gè)能量存儲(chǔ)單元；多個(gè)具有第一側(cè)和第二側(cè)的雙向電源轉(zhuǎn)換器，所述第一側(cè)中的每一個(gè)均與所述多個(gè)能量存儲(chǔ)單元中的一個(gè)電連接；及另一個(gè)能量存儲(chǔ)單元，所述多個(gè)雙向電源轉(zhuǎn)換器的第二側(cè)與所述另一能量存儲(chǔ)單元電并聯(lián)，所述雙向電源轉(zhuǎn)換器中的每一個(gè)均能夠在所述第一側(cè)和所述第二側(cè)之間轉(zhuǎn)移能量。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一側(cè)和所述第二側(cè)均具有電壓并且 所述電壓不同。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述雙向電源轉(zhuǎn)換器包含DC/DC轉(zhuǎn)換器。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)能量存儲(chǔ)單元包含鋰離子電池。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述另一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置包含鉛酸電池。
6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含具有輸入側(cè)和輸出側(cè)的單向電源轉(zhuǎn)換器，所 述輸入側(cè)與所述多個(gè)能量存儲(chǔ)單元電連接并且所述輸出側(cè)與所述另一個(gè) 能量存儲(chǔ)單元電 連接，所述單向電源轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⒛芰繌乃鲚斎雮?cè)轉(zhuǎn)移至所述輸出側(cè)。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)能量存儲(chǔ)單元與所述另一個(gè)能量 存儲(chǔ)單元電隔離。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)雙向電源轉(zhuǎn)換器將所述多個(gè)能量 存儲(chǔ)單元與所述另一個(gè)能量存儲(chǔ)單元電隔離。
9. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含與所述多個(gè)雙向電源轉(zhuǎn)換器中的每一個(gè)通 信并且配置用于接收關(guān)于所述多個(gè)能量存儲(chǔ)單元的信息的控制器。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述關(guān)于多個(gè)能量存儲(chǔ)單元的信息包括溫 度信息、電壓信息和電流信息中的至少一個(gè)。
11. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器配置用于基于所述接收的信息 確定所述多個(gè)能量存儲(chǔ)單元中的每一個(gè)的荷電狀態(tài)。
12. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含控制器，配置用于同時(shí)指令(i)所述多個(gè) 雙向電源轉(zhuǎn)換器中的一些將能量從所述第一側(cè)轉(zhuǎn)移至所述第二側(cè)以及(ii)所述多個(gè)雙向 電源轉(zhuǎn)換器中的另外一些將能量從所述第二側(cè)轉(zhuǎn)移至所述第一側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含電串聯(lián)的多個(gè)能量存儲(chǔ)單元、每一個(gè)均具有第一側(cè)和第二側(cè)的多個(gè)雙向電源轉(zhuǎn)換器。第一側(cè)中的每一個(gè)與多個(gè)能量存儲(chǔ)單元中的一個(gè)電連接。該系統(tǒng)還包括另一個(gè)能量存儲(chǔ)單元。多個(gè)雙向電源轉(zhuǎn)換器的第二側(cè)與另一個(gè)能量存儲(chǔ)單元電并聯(lián)。雙向電源轉(zhuǎn)換器中的每一個(gè)均能夠在第一側(cè)和第二側(cè)之間轉(zhuǎn)移能量。這樣，本發(fā)明可持續(xù)地評(píng)估并改變蓄電池之間的平衡，同時(shí)對(duì)蓄電池充電或維持蓄電池上的電荷。
文檔編號(hào)B60R16/033GK101741118SQ200910207098
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者布魯斯·卡維·布雷克蒙, 斯蒂文·F·查利安, 王瑾, 道格拉斯·皮卡爾德 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司