能量分配系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)電流保護(hù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及高電壓分配系統(tǒng)中的電流保護(hù)，并且更具體地而不是排他性地涉及用于電動(dòng)車輛的高電壓電池組中的動(dòng)態(tài)電流保護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在【背景技術(shù)】部分中討論的內(nèi)容不應(yīng)當(dāng)僅因?yàn)樵诒尽颈尘凹夹g(shù)】部分中有所涉及而被假設(shè)為現(xiàn)有技術(shù)。類似地，在本【背景技術(shù)】部分中提及的問題或與本【背景技術(shù)】部分的內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的問題不應(yīng)當(dāng)被假設(shè)為之前已經(jīng)在本領(lǐng)域中被識(shí)別。在【背景技術(shù)】部分中的內(nèi)容僅僅表示不同的方法，其中的或其本身也可以是發(fā)明。
[0003]諸如被用在電動(dòng)車輛(EV)中的高電壓電池組之類的可充電能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的高能量分配在正常操作期間以危險(xiǎn)的電壓和電流操作。通常提供諸如熔斷器之類的過電流保護(hù)器件以限制與短路電流的過電流相關(guān)的危害。
[0004]用于諸如EV之類的應(yīng)用的正常操作包括寬范圍的電流需求。設(shè)置過電流保護(hù)器件以針對(duì)最大電流需求進(jìn)行保護(hù)可能造成不受保護(hù)的情況，在該不受保護(hù)的情況中有潛在危害的短路電流對(duì)于更加典型的電流需求是在正常操作范圍以內(nèi)。設(shè)置過電流保護(hù)器件以針對(duì)在更加典型的電流需求處的過電流短路進(jìn)行保護(hù)冒險(xiǎn)限制性能或者冒險(xiǎn)在EV的高性能使用期間觸發(fā)過電流保護(hù)機(jī)構(gòu)。
[0005]需要的是用于增加針對(duì)不同的使用場(chǎng)景的有效過電流保護(hù)范圍的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]公開的是一種用于針對(duì)不同的使用場(chǎng)景的增加和控制有效過電流保護(hù)的范圍的系統(tǒng)和方法。
[0007]提供了本發(fā)明的以下概要以促進(jìn)對(duì)某些涉及用于可變高能量分配的主動(dòng)過電流保護(hù)的技術(shù)特征的理解，并且不意在作為本發(fā)明的完整描述。本發(fā)明的各個(gè)方面的全面理解可以通過將整個(gè)說明書、權(quán)利要求書、附圖和摘要作為一個(gè)整體而得到。本發(fā)明適用于除了電動(dòng)車輛之外的其它實(shí)施方式，包括電網(wǎng)連接系統(tǒng)和實(shí)施方式，其中存在操作電流的正常水平和/或操作電流的瞬時(shí)峰值水平。
[0008]—種電路，包括:從操作電流可操作的電氣負(fù)載；能量分配系統(tǒng)，其在第一模式和第二模式兩者提供操作電流，使得第一模式具有在零至第一特定電流值的第一范圍中的第一電流并且使得第二模式具有在第一特定電流值至第二特定電流值的第二范圍中的第二電流；以及主動(dòng)保護(hù)，其被耦合至能量分配系統(tǒng)，該主動(dòng)保護(hù)在第一模式與第二模式之間是動(dòng)態(tài)地可重新配置的，當(dāng)操作電流在所述第一模式中操作時(shí)該第一模式向操作電流應(yīng)用第一過電流保護(hù)額定值(rating)，并且當(dāng)操作電流在第二模式中操作時(shí)該第二模式向操作電流應(yīng)用第二過電流保護(hù)額定值。
[0009]一種用于操作電路的方法，包括:a)將操作電流從能量分配系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至負(fù)載；以及b)響應(yīng)于操作電流的電流幅值，向操作電流動(dòng)態(tài)地應(yīng)用多個(gè)預(yù)定的可選擇的過電流保護(hù)額定值中的特定的一個(gè)過電流保護(hù)額定值。
[0010]本文描述的任何實(shí)施例可以被單獨(dú)使用或與另一個(gè)實(shí)施例以任何組合一起使用。在本說明書中包括的發(fā)明也可以包括在本
【發(fā)明內(nèi)容】
中或在摘要中僅部分地提及或暗示或完全沒有提及或完全沒有暗示的實(shí)施例。雖然本發(fā)明的各種實(shí)施例由現(xiàn)有技術(shù)的各種缺陷為動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生，各種缺陷可能在本說明書的一個(gè)或多個(gè)地方被討論或暗示，但是本發(fā)明的實(shí)施例并不一定解決所有這些缺陷。換言之，本發(fā)明的不同實(shí)施例可解決在說明書中討論的不同的缺陷。一些實(shí)施例可僅部分地解決在說明書中討論的一些缺陷或僅僅一個(gè)缺陷，并且一些實(shí)施例可不解決這些缺陷中的任何一個(gè)。
[0011]本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀以下包括說明書、附圖和權(quán)利要求書的公開之后，本發(fā)明的其他特征、益處以及優(yōu)勢(shì)將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0012]附圖與本發(fā)明的詳細(xì)描述一起作用為解釋本發(fā)明的原理，在附圖中，貫穿分離的視圖，同樣的附圖標(biāo)記涉及相同的或功能類似的元件，并且附圖被整合入并形成說明書的一部分以進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0013]圖1圖示了電氣系統(tǒng)的概觀；
[0014]圖2圖示了被用于圖1的電氣系統(tǒng)中的主動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的功能圖；以及
[0015]圖3圖示了在圖1中所示的主動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的針對(duì)各種模式的電流對(duì)時(shí)間的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于針對(duì)不同的使用場(chǎng)景的控制有效過電流保護(hù)范圍的系統(tǒng)和方法。以下描述被提出以使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠做出和使用本發(fā)明，并且在專利申請(qǐng)及其要求的背景下被提供。
[0017]本文描述的特征和一般原理以及對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的各種修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。因而，本發(fā)明并不旨在被限制為所示的實(shí)施例，但應(yīng)被賦予與本文描述的特征和原理一致的最寬的范圍。
[0018]圖1圖示了電氣系統(tǒng)100的概觀。系統(tǒng)100可以被用在像電動(dòng)車輛的移動(dòng)環(huán)境中或者具有推進(jìn)系統(tǒng)的電能驅(qū)動(dòng)的部件的其它裝置中。系統(tǒng)100的特征在于存在能量耗散的第一速率的持續(xù)的時(shí)間段和能量耗散的大于第一速率的第二速率的較不頻繁的時(shí)間段。在用戶受控的移動(dòng)環(huán)境中，存在與這些不同速率的分配和每個(gè)時(shí)間段的長(zhǎng)度相關(guān)聯(lián)的隨機(jī)性。一些實(shí)施例可以在這些類別中的一個(gè)或兩個(gè)中具有更高可預(yù)測(cè)性并且仍實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0019]電氣系統(tǒng)100包括向負(fù)載110提供功率的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)105。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)105是數(shù)百至數(shù)千并聯(lián)及串聯(lián)連接的能量存儲(chǔ)元件的組件，其共同地產(chǎn)生高電壓和高電流至負(fù)載110。這些能量存儲(chǔ)元件可以是電池單元、超級(jí)電容等，其從標(biāo)稱4伏特、2500mAh的元件產(chǎn)生數(shù)百伏特以及數(shù)十、數(shù)百或數(shù)千kWh的能量。
[0020]負(fù)載110包括一系列裝置，包括電推進(jìn)電動(dòng)機(jī)以及在高電壓和/或高電流操作的其它耗散組件。針對(duì)負(fù)載110的能量耗散場(chǎng)景可以是高度可變的，但通常包括相對(duì)低的功率消耗(正常操作)的持續(xù)的時(shí)間段，不時(shí)伴有相對(duì)高(例如，最大)功率消耗(峰值操作)的短暫的時(shí)間段。例如，機(jī)器的高功率件可以操作連接至能量分配系統(tǒng)(例如，電網(wǎng))480V并且通常使用50A，但在安裝或其它操作期間對(duì)于僅僅數(shù)秒要求300A的峰值電流。
[0021]過電流保護(hù)常常包含在一般由能源系統(tǒng)100所表示的類型的系統(tǒng)中。過電流是能量存儲(chǔ)系統(tǒng)105中的電流大于負(fù)載110的額定電流的情況，并且可以是過載、短路、或接地故障的結(jié)果。隨著能量、電壓和電流增大，提供合適的過電流保護(hù)變得越來越重要。利用高電壓能量存儲(chǔ)系統(tǒng)105，當(dāng)用戶要求任何功率耗散速率時(shí)，存在可向負(fù)載110產(chǎn)生不期望的高能量轉(zhuǎn)移的劣化或妥協(xié)可能性。傳統(tǒng)的系統(tǒng)包括置于電池組與推進(jìn)電機(jī)之間的單個(gè)熔斷器件以僅僅防止這樣的事件。
[0022]隨著正常操作與峰值操作的能量轉(zhuǎn)移速率之間的差異變大，出于本文指出的原因，依賴單個(gè)熔斷器越來越有問題?；诜逯挡僮麟娏髟O(shè)置熔斷器以保護(hù)負(fù)載增加了系統(tǒng)在正常操作期間將不防止遭受過電流的風(fēng)險(xiǎn)。類似地，基于正常操作設(shè)置熔斷器以保護(hù)負(fù)載增加了電流在峰值操作期間將觸發(fā)熔斷器的風(fēng)險(xiǎn)。
[0023]電氣系統(tǒng)100使用主動(dòng)保護(hù)115以在寬的電流范圍上保護(hù)負(fù)載110。主動(dòng)保護(hù)115在其動(dòng)態(tài)地將自身配置為使用場(chǎng)景以選擇性地使能在各個(gè)操作區(qū)域處(例如，對(duì)于正常操作和峰值操作兩者)的過電流保護(hù)的合適水平的意義上而言是主動(dòng)的。主動(dòng)保護(hù)115并不被要求作為分開的組件，但取決于實(shí)施方式其可以被集成進(jìn)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)105和/或負(fù)載110中或其它系統(tǒng)中。
[0024]圖2圖示了被用于電氣系統(tǒng)100中的主動(dòng)保護(hù)115的功能圖。圖2的主動(dòng)保護(hù)115包括多個(gè)并聯(lián)的選擇性主動(dòng)保護(hù)(SAP) 205元件。每個(gè)選擇性主動(dòng)保護(hù)205元件包括與過電流保護(hù)器215串聯(lián)的開關(guān)210。選擇性主動(dòng)保護(hù)元件205的數(shù)量取決于待被獨(dú)立保護(hù)的不同標(biāo)準(zhǔn)操作模式的數(shù)量。針對(duì)限定了正常操作和峰值操作的示例，對(duì)于主動(dòng)保護(hù)115而言N = 2。其它實(shí)施方式可以具有等于其它值的N。
[0025]開關(guān)210可以被用來控制相對(duì)大能量的電流并且主動(dòng)保護(hù)115被預(yù)期經(jīng)常動(dòng)態(tài)地重新配置其本身。因此，開關(guān)210可以被實(shí)施為高壓接觸器、繼電器等。過電流保護(hù)器215是防止遭受過電流的器件或組件，諸如熔斷器、繼電器、斷路器、或其它電流中斷器件，雖然一些實(shí)施例可以包括電流限制器或適用于過電流保護(hù)的實(shí)施方式的其它器件。
[0026]在圖示的實(shí)施例中使用的過電流保護(hù)器215的特性在于其允許額定量的電流(具有可接受的裕量過電流百分比)，以及其允許短時(shí)間段的過量電流(該時(shí)間段通常與過電流百分比負(fù)相關(guān))。
[0027]主動(dòng)保護(hù)115包括控制每個(gè)開關(guān)210x的控制功能220?？刂乒δ?20接收關(guān)于操作模式改變的信息并且使用該信息重新配置選擇性主動(dòng)保護(hù)205元件。開關(guān)210將被合適地啟用或禁用以提供期望的過電流保護(hù)?？刂乒δ?20可以從其它系統(tǒng)接收操作模式命令的或預(yù)測(cè)性的信息，其它系統(tǒng)諸如是節(jié)流控制、導(dǎo)航系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、或接收關(guān)于實(shí)際命令的電流或來自能量存儲(chǔ)系統(tǒng)105的預(yù)計(jì)即將到來的命令的電流的信息的其它系統(tǒng)。
[0028]電氣系統(tǒng)100的操作環(huán)境通常包括一個(gè)或多個(gè)冷卻系統(tǒng)，特別是對(duì)于高電壓和高電流實(shí)施方式。選擇性主動(dòng)保護(hù)205，尤其是開關(guān)210可能由于它們分配的功率導(dǎo)致變熱。冷卻系統(tǒng)可以被延伸至每個(gè)選擇性主動(dòng)保護(hù)205以解決與加熱它們相關(guān)聯(lián)的任何風(fēng)險(xiǎn)。控制功能220可以監(jiān)視開關(guān)和/或過電流保護(hù)設(shè)備的溫度以報(bào)告熱剖面(thermal profile)、過度的溫度、和/或啟動(dòng)對(duì)過度的溫度的響應(yīng)，該響應(yīng)包括激發(fā)/增加冷卻劑或限制最大電流。
[0029]圖3圖示了在圖1中所示的主動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)100的針對(duì)各種模式的電流對(duì)時(shí)間的性能圖表300。圖表300包括正常曲線305和峰值曲線310。正常曲線305表示用于正常操作模式(例如，Cl的標(biāo)稱巡航電流)的電流使用，并且峰值曲線310表示用于峰值操作模式(例如，C2的標(biāo)稱高加速度電流)的電流使用。對(duì)于這兩個(gè)模式，在圖2的背景下N被設(shè)置為等于2，并且使用了若干并聯(lián)的選擇性主動(dòng)保護(hù)205元件。
[0030]圖表300包括時(shí)間Tl，其表示過電流可以存在而不觸發(fā)過電流保護(hù)器件的預(yù)選擇的持續(xù)時(shí)間。在圖3中，Tl表示1ms但其它主動(dòng)保護(hù)115可以實(shí)施不同于該值的持續(xù)時(shí)間。
[0031]圖表A還包括SAP_1曲線315和SAP_1+SAP_2曲線320。SAP_1曲線315圖