背景技術(shù)：

本公開總的來(lái)說涉及電池和電池模塊的領(lǐng)域。更具體來(lái)說，本公開涉及可用于車輛情形下以及其它能量存儲(chǔ)/消耗應(yīng)用中的高電壓電池連接器。

本章希望向讀者介紹可與下文所述的本公開的各方面相關(guān)的技術(shù)的各方面。此論述內(nèi)容被認(rèn)為有助于向讀者提供背景信息以便于較好地理解本公開的各方面。因此，應(yīng)理解，這些陳述將有鑒于此而被解讀，而并不認(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)。

使用一個(gè)或更多個(gè)電池系統(tǒng)來(lái)為車輛提供全部或一部分動(dòng)力的車輛可被稱為xev，其中術(shù)語(yǔ)“xev”在本文中被定義為包含所有以下車輛或其任何變化或組合，這些車輛使用電力來(lái)提供其車輛動(dòng)力的全部或一部分。例如，xev包含利用電力來(lái)提供全部動(dòng)力的電動(dòng)車輛(ev)。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解的是，也被稱為xev的混合電動(dòng)車輛(hev)將內(nèi)燃機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)和電池供電電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)(例如，48伏或130伏系統(tǒng))組合在一起。術(shù)語(yǔ)hev可包含混合電動(dòng)車輛的任何變化。例如，全混合動(dòng)力系統(tǒng)(fhev)可使用一個(gè)或更多個(gè)電動(dòng)機(jī)、僅使用內(nèi)燃機(jī)或使用兩者而將動(dòng)力和其它電力提供給車輛。相比之下，輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)(mhev)在車輛怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)停用內(nèi)燃機(jī)，并利用電池系統(tǒng)來(lái)繼續(xù)對(duì)空調(diào)單元、無(wú)線電或其它電子器件供電并在需要推進(jìn)時(shí)重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)也可例如在加速期間施加某一程度的動(dòng)力輔助，以對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充。輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)通常是96v到130v，并且經(jīng)由與皮帶或曲柄集成的起動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)而回收制動(dòng)能量。此外，微混合電動(dòng)車輛(mhev)還使用類似于輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)的“停止-起動(dòng)”系統(tǒng)，但mhev的微混合動(dòng)力系統(tǒng)可以向內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力輔助或者不那樣，并在低于60v的電壓下操作。出于本論述內(nèi)容的目的，應(yīng)注意，mhev通常在技術(shù)上不使用直接提供給曲柄軸或傳動(dòng)裝置的電力作為車輛的動(dòng)力的任何部分，實(shí)際上，mhev可仍被視為xev，這是因?yàn)楫?dāng)車輛怠速運(yùn)轉(zhuǎn)而內(nèi)燃機(jī)停用時(shí)，mhev不使用電力來(lái)對(duì)車輛的動(dòng)力需求進(jìn)行補(bǔ)充，并且經(jīng)由集成式起動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)來(lái)回收制動(dòng)能量。此外，插電式電動(dòng)車輛(pev)是可從外部電源(例如，壁式插座)充電的任何車輛，并且可再充電電池組中所存儲(chǔ)的能量驅(qū)動(dòng)或有助于驅(qū)動(dòng)車輪。pev是一種亞范疇的ev，其包含全電動(dòng)或電池電動(dòng)車輛(bev)、插電式混合電動(dòng)車輛(phev)以及混合電動(dòng)車輛與常規(guī)內(nèi)燃機(jī)車輛的電動(dòng)車輛變型。

與僅使用內(nèi)燃機(jī)以及通常作為由鉛酸電池供電的12v系統(tǒng)的傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)的較傳統(tǒng)的燃?xì)鈩?dòng)力車輛相比，如上所述的xev提供許多優(yōu)點(diǎn)。例如，與常規(guī)內(nèi)燃車輛相比，xev可產(chǎn)生較少的不良排放物并且可展現(xiàn)較高燃料效率，并且在一些狀況下，這些xev可完全省去汽油的使用，如同某些類型的ev或pev的狀況。

xev中的電池供電電氣系統(tǒng)可能包含這樣的機(jī)構(gòu)：當(dāng)在電氣系統(tǒng)中任何地方發(fā)生短路狀況時(shí)從車輛的電氣系統(tǒng)電移除鋰離子電池模塊。即使在從車輛的電氣系統(tǒng)移除鋰離子電池模塊的情況下，鋰離子電池模塊的端子仍有可能經(jīng)受短路狀況。因此，短路保護(hù)電路可在發(fā)生短路狀況的情形下絕緣鋰離子電池模塊。短路保護(hù)電路的一個(gè)問題在于，在檢測(cè)到短路狀況的發(fā)生時(shí)，短路保護(hù)電路消耗電力。因此，在電池可能長(zhǎng)時(shí)間沒有再充電的情形下，短路保護(hù)電路的電力汲取可將電池放電。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

下文闡述本文所公開的某些實(shí)施例的概述。應(yīng)理解，呈現(xiàn)這些方面僅是為了向讀者提供這些實(shí)施例的簡(jiǎn)要概述，并且這些方面不希望限制本公開的范圍。實(shí)際上，本公開可涵蓋下文可能沒有闡述的各方面。

本公開涉及電池和電池模塊。更具體來(lái)說，本公開涉及所有電化學(xué)的以及靜電的能量存儲(chǔ)技術(shù)(例如，超級(jí)電容器、鎳-鋅電池、鎳-金屬氫化物電池和鋰電池)。特定實(shí)施例涉及可用于車輛情形(例如，混合電動(dòng)車輛)下以及其它能量存儲(chǔ)/消耗應(yīng)用(例如，針對(duì)電網(wǎng)的能量存儲(chǔ))中的鋰離子電池單體。

更具體來(lái)說，本公開涉及用于電池模塊的短路檢測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)車輛進(jìn)入休眠模式或熄火位置時(shí)，使用最少能量來(lái)檢測(cè)電池模塊中的短路可能是有利的。為了減少能量消耗，檢測(cè)電路可警告電池控制單元中的休眠處理器可能的短路狀況，這是通過提供可喚醒所述處理器的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在接收到信號(hào)之后，處理器可指示電池控制單元斷開繼電器并將一個(gè)或更多個(gè)電池模塊從電池系統(tǒng)電移除。

因此，在第一實(shí)施例中，一種汽車電池系統(tǒng)可包含耦接到電氣系統(tǒng)的第一電池，并且第一電池可包含第一電池化學(xué)成分。此外，汽車電池系統(tǒng)還可包含與第一電池并聯(lián)并耦接到電氣系統(tǒng)的第二電池。此外，汽車電池系統(tǒng)可包含耦接到第二電池的正端子的開關(guān)，并且所述開關(guān)可將第二電池電耦接到電氣系統(tǒng)或?qū)⒌诙姵嘏c電氣系統(tǒng)電氣斷開。此外，汽車電池系統(tǒng)可包含檢測(cè)第一電池、第二電池或兩者的短路狀況的電池控制單元，并且電池控制單元可在檢測(cè)到短路狀況之后通過斷開開關(guān)而將第二電池與電氣系統(tǒng)斷開。

在另一實(shí)施例中，一種用于操作汽車電池系統(tǒng)的短路檢測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)的方法可包含：將車輛系統(tǒng)電子器件斷電，而喚醒控制單元除外。此外，所述方法可包含：將電池模塊的電壓輸出的瞬時(shí)改變速率與預(yù)定閾值電壓作比較。此外，所述方法可包含：在電壓輸出的瞬時(shí)改變速率大于預(yù)定閾值電壓時(shí)，將喚醒信號(hào)提供給短路檢測(cè)電子器件，并且經(jīng)由短路檢測(cè)電子器件而確定是否存在短路狀況。此外，所述方法可包含：在存在短路狀況時(shí)，將耦接在電池模塊內(nèi)的個(gè)別電池與電池模塊的端子之間的開關(guān)斷開。

在又一實(shí)施例中，一種用于車輛中的電池模塊可包含：外殼；第一端子和第二端子；第一電池，設(shè)置在外殼中并耦接在第一端子和第二端子兩端；以及第二電池，設(shè)置在外殼中，與第一電池并聯(lián)并耦接到第一端子和第二端子。此外，電池模塊可包含：開關(guān)，設(shè)置在第一電池的正端子與第一端子之間；以及電池控制單元，可控制第一電池、第二電池和開關(guān)的操作。此外，電池模塊可包含電耦接到第一端子的喚醒控制單元，當(dāng)車輛處于車輛休眠模式中時(shí)，喚醒控制單元可檢測(cè)潛在的短路狀況，并且在檢測(cè)到潛在的短路狀況之后將喚醒信號(hào)提供給電池控制單元以喚醒電池控制單元。此外，電池模塊可包含電容器組，其中電容器組設(shè)置在外殼內(nèi)以在喚醒控制單元喚醒電池控制單元之后將電力提供給電池控制單元和開關(guān)。

附圖簡(jiǎn)單說明

可在閱讀具體實(shí)施方式之后并在參照附圖之后更好地理解本公開的各方面，在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的車輛(xev)的立體圖，其中車輛(xev)具有貢獻(xiàn)車輛的全部或一部分電力的電池系統(tǒng)；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的呈混合電動(dòng)車輛(bev)形式的圖1的xev的剖視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池系統(tǒng)的示意圖，其中電池系統(tǒng)具有第一電池、第二電池和電池控制單元；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖3的電池系統(tǒng)的喚醒控制單元的示意圖；

圖5是描述根據(jù)實(shí)施例的用于檢測(cè)短路狀況并從電池系統(tǒng)電移除電池的方法的過程流程圖；以及

圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于鋰離子電池中的棱柱狀電池單體的立體圖。

具體實(shí)施方式

下文將描述一個(gè)或更多個(gè)具體實(shí)施例。為了提供對(duì)這些實(shí)施例的簡(jiǎn)明描述，在本說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方案的所有特征。應(yīng)了解，在任何此類實(shí)際實(shí)施方案的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，必須做出眾多專門針對(duì)實(shí)施方案的決策來(lái)取得開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如，符合系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束條件，所述約束條件在不同的實(shí)施方案中可以是不同的。此外，應(yīng)了解，此類開發(fā)工作可能是復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但是仍然將是可受益于本公開的一般技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)、構(gòu)造和制造的例行工作。

如上文所論述，雙電池xev車輛系統(tǒng)可相比傳統(tǒng)燃?xì)鈩?dòng)力車輛技術(shù)提供諸多優(yōu)點(diǎn)。此外，相比較傳統(tǒng)的燃?xì)鈩?dòng)力車輛，雙電池xev技術(shù)已導(dǎo)致燃料經(jīng)濟(jì)性的提高和/或不良排放物的減少。例如，再生制動(dòng)車輛捕獲并存儲(chǔ)在車輛制動(dòng)或平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電能。然后可利用所捕獲的電能將電力供應(yīng)給車輛的電氣系統(tǒng)。作為另一實(shí)例，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池模塊可納入有固定電力系統(tǒng)(例如，非汽車系統(tǒng))或?qū)㈦娏μ峁┙o所述固定電力系統(tǒng)。

基于相比于傳統(tǒng)燃?xì)鈩?dòng)力車輛的優(yōu)點(diǎn)，通常生產(chǎn)傳統(tǒng)燃?xì)鈩?dòng)力車輛的制造商可能希望在其車輛生產(chǎn)線內(nèi)利用改進(jìn)的車輛技術(shù)(例如，再生制動(dòng)技術(shù))。通常，這些制造商可將其傳統(tǒng)車輛生產(chǎn)平臺(tái)之一作為起點(diǎn)。因此，因?yàn)閭鹘y(tǒng)燃?xì)鈩?dòng)力車輛被設(shè)計(jì)成利用12伏電池系統(tǒng)，所以12伏鋰離子電池可用于對(duì)12伏鉛酸電池進(jìn)行補(bǔ)充。更具體來(lái)說，12伏鋰離子電池可用于較有效地捕獲在再生制動(dòng)期間產(chǎn)生的電能，并隨后供應(yīng)電能以對(duì)車輛的電氣系統(tǒng)供電。

然而，隨著車輛技術(shù)的發(fā)展，高電壓電氣裝置可包含在車輛的電氣系統(tǒng)中。例如，鋰離子電池可將電能供應(yīng)給輕度混合動(dòng)力車輛中的電動(dòng)機(jī)。通常，這些高電壓電氣裝置利用高于12伏的電壓，例如，高達(dá)48伏。因此，在一些實(shí)施例中，12伏鋰離子電池的輸出電壓可使用dc-dc轉(zhuǎn)換器而升壓以將電力供應(yīng)給高電壓裝置。作為附加或替代，48伏鋰離子電池可用于對(duì)12伏鉛酸電池進(jìn)行補(bǔ)充。更具體來(lái)說，48伏鋰離子電池可用于較有效地捕獲在再生制動(dòng)期間產(chǎn)生的電能，并隨后供應(yīng)電能以對(duì)高電壓裝置供電。

因此，關(guān)于利用12伏鋰離子電池還是48伏鋰離子電池的設(shè)計(jì)選擇可直接取決于包含在特定車輛中的所使用的電氣裝置。然而，雖然電壓特性可能不同，但12伏鋰離子電池和48伏鋰離子電池的操作原理大體上類似。更具體來(lái)說，如上所述，12伏鋰離子電池和48伏鋰離子電池均可用于在再生制動(dòng)期間捕獲電能并隨后供應(yīng)電能以對(duì)車輛中的電氣裝置供電。

因此，為了簡(jiǎn)化下面的論述，將關(guān)聯(lián)于具有12伏鋰離子電池和12伏鉛酸電池的電池系統(tǒng)來(lái)描述本發(fā)明的技術(shù)。然而，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)能夠使本發(fā)明的技術(shù)適用于其它電池系統(tǒng)，例如，具有48伏鋰離子電池和12伏鉛酸電池的電池系統(tǒng)。

有鑒于前述內(nèi)容，本公開描述了用于控制電池系統(tǒng)的操作以檢測(cè)短路狀況并保護(hù)車輛和電池不受短路狀況影響的技術(shù)。例如，實(shí)施例檢測(cè)短路狀況，并將一個(gè)或更多個(gè)電池從車輛的電氣系統(tǒng)移除。更具體來(lái)說，當(dāng)電池的電壓輸出的瞬時(shí)改變速率達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，可將信號(hào)提供給電池控制單元以確定是否存在短路。在確定電池系統(tǒng)中存在短路之后，一個(gè)或更多個(gè)電池可與電氣系統(tǒng)電絕緣。因此，本文所述的技術(shù)使短路檢測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)能夠提高檢測(cè)效率并限制短路檢測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)所消耗的電力。

為了幫助說明，圖1是車輛10的實(shí)施例的立體圖，其中車輛10可利用再生制動(dòng)系統(tǒng)。雖然關(guān)聯(lián)于具有再生制動(dòng)系統(tǒng)的車輛而給出下文的論述，但本文所述的技術(shù)可應(yīng)用到其它車輛，包含xev和燃?xì)鈩?dòng)力車輛。

如上文所論述，希望電池系統(tǒng)12在很大程度上與傳統(tǒng)車輛設(shè)計(jì)兼容。因此，電池系統(tǒng)12可被放置在車輛10中本應(yīng)容納傳統(tǒng)電池系統(tǒng)的位置中。例如，如圖示，車輛10可包含電池系統(tǒng)12，其位置類似于典型內(nèi)燃機(jī)車輛的鉛酸電池的位置(例如，在車輛10的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋之下)。此外，如下文更詳細(xì)地描述，電池系統(tǒng)12可被定位成便于管理電池系統(tǒng)12的溫度。例如，在一些實(shí)施例中，將電池系統(tǒng)12定位在車輛10的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋之下可使空氣管道能夠在電池系統(tǒng)12上導(dǎo)引氣流并冷卻電池系統(tǒng)12。

圖2中描述電池系統(tǒng)12的較詳細(xì)視圖。如圖所描繪，電池系統(tǒng)12包含能量存儲(chǔ)部件14，其中能量存儲(chǔ)部件14耦接到點(diǎn)火系統(tǒng)16、交流發(fā)電機(jī)18、車輛操縱臺(tái)20并可選擇地耦接到電動(dòng)機(jī)22。通常，能量存儲(chǔ)部件14可捕獲/存儲(chǔ)車輛10中所產(chǎn)生的電能，并輸出電能以對(duì)車輛10中的電氣裝置供電。

更具體來(lái)說，能量存儲(chǔ)部件14可捕獲/存儲(chǔ)所產(chǎn)生的電能并輸出電能以對(duì)這些部件中的每一個(gè)以及其它部件供電。換句話說，電池系統(tǒng)12可將電力供應(yīng)給車輛的電氣系統(tǒng)的部件，其中所述部件可包含散熱冷卻風(fēng)扇、氣候控制系統(tǒng)、電力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、活動(dòng)懸架系統(tǒng)、自動(dòng)泊車系統(tǒng)、電動(dòng)油泵、電動(dòng)增壓器/渦輪增壓器、電動(dòng)水泵、加熱擋風(fēng)玻璃/除霜器、門窗升降電動(dòng)機(jī)、閱讀燈、胎壓監(jiān)視系統(tǒng)、天窗電動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)、電動(dòng)座椅、警報(bào)系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)、導(dǎo)航特征、車道偏離警告系統(tǒng)、電動(dòng)駐車制動(dòng)器、外部燈或其任何組合。如圖示地，圖2所描繪的能量存儲(chǔ)部件14將電力供應(yīng)給車輛操縱臺(tái)20和點(diǎn)火系統(tǒng)16以起動(dòng)(例如，曲柄起動(dòng))內(nèi)燃機(jī)24。在一些實(shí)施例中，點(diǎn)火系統(tǒng)16可包含傳統(tǒng)起動(dòng)機(jī)和/或皮帶起動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)(bsg)。

此外，能量存儲(chǔ)部件14可捕獲交流發(fā)電機(jī)18和/或電動(dòng)機(jī)22所產(chǎn)生的電能。在一些實(shí)施例中，交流發(fā)電機(jī)18可在內(nèi)燃機(jī)24正在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生電能。更具體來(lái)說，交流發(fā)電機(jī)18可將通過內(nèi)燃機(jī)24的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。作為附加或替代，當(dāng)車輛10包含電動(dòng)機(jī)22時(shí)，電動(dòng)機(jī)22可通過將通過車輛10的移動(dòng)(例如，車輪的旋轉(zhuǎn))而產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能而產(chǎn)生電能。換句話說，能量存儲(chǔ)部件14可捕獲再生制動(dòng)期間所產(chǎn)生的電能。

為了便于捕獲并供應(yīng)電能，能量存儲(chǔ)部件14可經(jīng)由總線26而耦接到車輛的電氣系統(tǒng)。例如，總線26可使能量存儲(chǔ)部件14能夠接收交流發(fā)電機(jī)18和/或電動(dòng)機(jī)22所產(chǎn)生的電能。此外，總線26可使能量存儲(chǔ)部件14能夠?qū)㈦娔茌敵鼋o點(diǎn)火系統(tǒng)16和/或車輛操縱臺(tái)20。因此，當(dāng)使用12伏電池系統(tǒng)12時(shí)，總線26可攜載通常介于8伏與18伏之間的電力。

此外，能量存儲(chǔ)部件14可包含多個(gè)電池模塊。例如，在所描繪的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)部件14包含第一電池模塊28和第二電池模塊30，其中第一電池模塊28和第二電池模塊30各自包含一個(gè)或更多個(gè)電池單體。在其它實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)部件14可包含任何數(shù)量的電池模塊。此外，雖然第一電池模塊28和第二電池模塊30被描繪為相互鄰近，但它們可定位在車輛周圍的不同區(qū)域中。例如，第二電池模塊30可定位在車輛的內(nèi)部中或車輛周圍，而第一電池模塊28可定位在車輛10的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋之下。

更具體來(lái)說，在一些實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)部件14可包含多個(gè)電池模塊以利用多種不同電池化學(xué)成分。例如，第一電池模塊28可利用鉛酸電池化學(xué)成分，并且第二電池模塊30可利用鋰離子電池化學(xué)成分。在此實(shí)施例中，電池系統(tǒng)12的性能可提高，這是因?yàn)橄啾茹U酸電池化學(xué)成分，鋰離子電池化學(xué)成分通常具有較高的庫(kù)倫效率和/或較高的充能接受速率(例如，較高的最大充電電流或充電電壓)。因此，電池系統(tǒng)12的捕獲、存儲(chǔ)和/或配電效率可提高。

為了便于將電力從電池系統(tǒng)12供應(yīng)給車輛的電氣系統(tǒng)中的各種部件(例如，hvac系統(tǒng)和車輛操縱臺(tái)20)，能量存儲(chǔ)部件14(即，電池模塊)包含第一端子32和第二端子34。在一些實(shí)施例中，第二端子34可提供接地連接，并且第一端子32可提供介于7伏與18伏之間的正電壓。圖3中描繪被表示為電池模塊14的能量存儲(chǔ)部件14的實(shí)施例的更詳細(xì)視圖。如上所述，電池模塊14可具有與典型鉛酸電池的尺寸相當(dāng)?shù)某叽?，以限制?duì)車輛10設(shè)計(jì)的修改來(lái)適應(yīng)電池系統(tǒng)12。例如，電池模塊14的尺寸可類似于h6電池的尺寸，其中h6電池可以是大約13.9英寸×6.8英寸×7.5英寸。如圖所描繪，電池模塊14可包含在單個(gè)連續(xù)外殼內(nèi)。在其它實(shí)施例中，電池模塊14可包含耦接在一起的多個(gè)外殼(例如，包含第一電池28的第一外殼以及包含第二電池30的第二外殼)。在其它實(shí)施例中，如上所述，電池模塊14可包含位于車輛10的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋之下的第一電池模塊28，并且第二電池模塊30可位于車輛10的內(nèi)部?jī)?nèi)。

如圖所描繪，電池模塊14包含第一端子32、第二端子34、第一電池(例如，鉛酸電池)28、第二電池30(例如，鋰離子電池)和電池控制單元36。如本文所使用，電池控制單元36通常表示控制電池系統(tǒng)12的操作的控制部件，例如，電池模塊內(nèi)的繼電器或交流發(fā)電機(jī)18中的開關(guān)。電池模塊14的操作可受電池控制單元36控制。例如，電池控制單元36調(diào)節(jié)每一電池模塊28或30所捕獲/供應(yīng)的電能的量(例如，降低電池系統(tǒng)12的額定值和重新設(shè)定電池系統(tǒng)12的額定值)，在電池之間執(zhí)行負(fù)載平衡，控制電池的充電和放電(例如，經(jīng)由繼電器或dc/dc轉(zhuǎn)換器)，確定每一電池和/或整個(gè)電池模塊14的充電狀態(tài)，激活主動(dòng)冷卻機(jī)構(gòu)，激活短路保護(hù)系統(tǒng)等。

因此，電池控制單元36可包含一個(gè)或更多個(gè)存儲(chǔ)器38以及被編程為執(zhí)行用于執(zhí)行這些任務(wù)的控制算法的一個(gè)或更多個(gè)處理器40。更具體來(lái)說，一個(gè)或更多個(gè)處理器40可包含一個(gè)或更多個(gè)專用集成電路(asic)、一個(gè)或更多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)、一個(gè)或更多個(gè)通用處理器或其任何組合。此外，一個(gè)或更多個(gè)存儲(chǔ)器38可包含易失性存儲(chǔ)器(例如，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram))和/或非易失性存儲(chǔ)器(例如，只讀存儲(chǔ)器(rom)、光學(xué)驅(qū)動(dòng)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器或固態(tài)驅(qū)動(dòng)器)。在一些實(shí)施例中，電池控制單元36可包含車輛控制單元(vcu)的一些部分和/或獨(dú)立的電池控制模塊。此外，如圖所描繪，可包含與電池模塊14分離的電池控制單元36，例如，獨(dú)立模塊。在其它實(shí)施例中，如圖3所描繪，電池控制單元36可被包含在電池模塊14內(nèi)。

此外，如圖2所描繪，第一電池28和第二電池30并聯(lián)連接在第一端子32和第二端子34兩端以實(shí)現(xiàn)電池的充電和放電。如上所述，電池端子32和34可輸出電池模塊14中所存儲(chǔ)的電力以將電力提供給車輛的電氣系統(tǒng)。此外，電池端子32和34也可例如在交流發(fā)電機(jī)18通過再生制動(dòng)而產(chǎn)生電力時(shí)，將電力輸入到電池模塊14以使第一電池28和第二電池30能夠進(jìn)行充電。

此外，電池模塊可包含喚醒控制單元42。如下文更詳細(xì)地論述，喚醒控制單元42可在車輛休眠模式期間從第一端子32接收電壓信號(hào)，其中車輛休眠模式可包含當(dāng)車輛10處于熄火位置中時(shí)的車輛10模式。當(dāng)喚醒控制單元42接收到指示電池28和30中的一個(gè)或兩個(gè)的潛在的短路狀況的信號(hào)時(shí)，喚醒控制單元42可將喚醒信號(hào)提供給電池控制單元36的處理器40以開始短路檢測(cè)與保護(hù)過程。短路檢測(cè)與保護(hù)過程可測(cè)試電池28和30的短路狀況，并保護(hù)電池28和30不受短路狀況影響。

為了提供關(guān)于電池模塊14的更多細(xì)節(jié)，圖3圖示電池模塊14的部件的示意圖。如圖所描繪，第一電池28和第二電池30在電池模塊14內(nèi)是分開的，這使得第一電池28和第二電池30各自能夠基于期望特性(例如，輸出電壓)來(lái)配置。例如，第一電池28和第二電池30的輸出電壓可取決于相應(yīng)第一電池28和第二電池30內(nèi)的個(gè)別電池單體的配置(例如，串聯(lián)或并聯(lián))以及所選擇的電池化學(xué)成分。此外，電池單體的配置和所選擇的電池化學(xué)成分可導(dǎo)致多種電池化學(xué)成分和電池單體布置特有的某些優(yōu)點(diǎn)。例如，優(yōu)點(diǎn)可包含增大的充電電壓范圍，或優(yōu)點(diǎn)可包含電池模塊14內(nèi)的變化的電力和充電容量。

此外，如上文所論述，第一電池28和第二電池30可按并聯(lián)方式耦接到第一端子32和第二端子34。換句話說，第一電池28的正端子44可電耦接到電池模塊14的第一端子32，并且負(fù)端子46可電耦接到電池模塊14的第二端子34。以類似方式，第二電池30的正端子48可電耦接到電池模塊14的第一端子32，并且第二電池30的負(fù)端子50可電耦接到電池模塊14的第二端子34。以此方式，兩個(gè)電池28、30可相互并聯(lián)地電耦接到總線26以將電力提供給車輛10的電氣系統(tǒng)的各部件。

此外，喚醒控制單元42可從正端子48、正端子44或兩者接收電壓信號(hào)以確定第二電池30、第一電池28或兩者的可能的短路狀況。在從第一電池28和/或第二電池30接收到電壓信號(hào)之后，喚醒控制單元42可在車輛處于休眠模式或熄火模式中時(shí)提供“喚醒”電池控制單元36的信號(hào)。因?yàn)殡姵乜刂茊卧?6直到電池控制單元36接收到“喚醒”信號(hào)為止才活動(dòng)，所以使用最少的能量來(lái)監(jiān)視電池28、30的潛在的短路狀況。當(dāng)電池控制單元36重新供能時(shí)，電池控制單元36可較準(zhǔn)確地確定是否存在短路狀況，并且在確認(rèn)存在短路狀況之后，電池控制單元36可指示開關(guān)52斷開。如本文所使用，“開關(guān)”希望描述可選擇性地連接和切斷電池28、30的任何機(jī)構(gòu)，例如，硬件開關(guān)、接觸器、繼電器或雙穩(wěn)態(tài)繼電器。

當(dāng)電池控制單元36從喚醒控制單元42接收到可能的短路狀況指示時(shí)，電池控制單元36可對(duì)電池系統(tǒng)12進(jìn)行另一次讀取以較準(zhǔn)確地確定是否存在短路狀況。此額外讀取和確定可能消耗比喚醒控制單元42更多的電力。因此，當(dāng)車輛處于休眠模式或熄火模式中并且不產(chǎn)生電力來(lái)對(duì)電池28、30充電時(shí)，電池系統(tǒng)12可僅在喚醒控制單元42檢測(cè)到潛在的短路時(shí)利用電池控制單元36的額外讀取和確定。

此外，可了解，在所說明的實(shí)施例中，開關(guān)52可處于作為系統(tǒng)的默認(rèn)位置的閉合位置。開關(guān)52可在檢測(cè)到短路狀況之后移動(dòng)到斷開位置，以將電池28、30中的一個(gè)或兩個(gè)與車輛10的電氣系統(tǒng)電絕緣。此外，如圖3所圖示，開關(guān)52的位置是沿著從第二電池30到第一端子32的路徑。在此特定實(shí)施例中，開關(guān)52可將第二電池30與電氣系統(tǒng)電絕緣。然而，開關(guān)52也可位于位置53或55處。在位置53處，開關(guān)52可起作用以在短路狀況檢測(cè)之后在開關(guān)52斷開之后，將第一電池28與車輛10的電氣系統(tǒng)絕緣。此外，在位置55處，開關(guān)52可起作用以在短路狀況檢測(cè)之后在開關(guān)52斷開之后，將兩個(gè)電池28和30與車輛10的電氣系統(tǒng)絕緣。還應(yīng)了解，取決于電池控制單元36可檢測(cè)到的短路狀況的各種類型，也可預(yù)期在多個(gè)位置處的多個(gè)開關(guān)52。例如，一個(gè)開關(guān)52可位于圖3所圖示的位置處，而另一開關(guān)52位于位置53處。以此方式，電池控制單元36可在檢測(cè)到短路狀況之后將電池28、30中的一個(gè)或兩個(gè)電絕緣。

有鑒于前述內(nèi)容，圖4是喚醒控制單元42的示意圖。如上文所論述，喚醒控制單元42可提供用于初步檢測(cè)電池28和30處的潛在的短路狀況的低電力系統(tǒng)。在所說明的實(shí)施例中，喚醒控制單元42可從電池模塊14的第一端子32接收電壓信號(hào)54(即，電池組電壓信號(hào))。一旦在喚醒控制單元42處接收到電壓信號(hào)54，電阻器56、電容器58、電阻器60和運(yùn)算放大器62便可按一種方式操縱電壓信號(hào)54，以便使運(yùn)算放大器62的輸出64表示電池模塊14的第一端子32處的電壓輸出的瞬時(shí)改變速率(即，dv/dt)。耦接在運(yùn)算放大器62周圍的電子部件的配置產(chǎn)生運(yùn)算放大器微分器65(即，高通濾波器)。運(yùn)算放大器微分器65操縱電壓信號(hào)54所提供的輸入以根據(jù)下式來(lái)確定電池模塊14的電壓輸出的瞬時(shí)改變速率：

其中r是電阻器60，c是電容器58，vout是輸出64，并且是第一端子32處的電壓輸出的瞬時(shí)改變速率。因此，運(yùn)算放大器微分器65可提供表示電池模塊14的dv/dt的測(cè)量值的電壓輸出。

此外，電池模塊14的dv/dt在車輛10處于休眠模式或熄火模式中時(shí)通常較低。例如，dv/dt可由于極少量的電池能量泄漏而接近零值。dv/dt的增大可指示電池模塊14的短路狀況，所述短路狀況導(dǎo)致電池28和30中的能量的損耗增加。因此，輸出64處所提供的dv/dt的增大可表示電池模塊14內(nèi)的短路狀況的可能性。

在操縱電壓信號(hào)54之后，比較器66的正端子可接收輸出64。比較器66可以是閾值比較單元67的部件。因此，比較器66可將輸出64與提供給比較器66的負(fù)輸入的預(yù)定閾值電壓值作比較。預(yù)定閾值電壓值可表示某一值，在該值下輸出64可能表示短路狀況。例如，可通過將已知電壓輸入68提供給包括電阻器70和72的分壓器來(lái)選擇閾值電壓值。通過操縱電阻器70和72的值，可選擇閾值電壓值以與輸出64進(jìn)行比較。如果輸出64超過閾值電壓值(即，dv/dt超過被認(rèn)為可接受的預(yù)定值)，那么比較器66可在輸出74處提供高信號(hào)(即，大于零的電壓)。另一方面，如果輸出64不超過閾值電壓值(即，dv/dt落入可接受的范圍內(nèi))，那么比較器66可在輸出74處提供低信號(hào)(即，實(shí)質(zhì)上為零的電壓)。

此外，輸出74可提供激活信號(hào)以指示將電池控制單元36“喚醒”。例如，輸出74可被提供給電池控制單元36的處理器40的時(shí)鐘輸入。一旦高信號(hào)由輸出74提供給時(shí)鐘輸入，那么電池控制單元36可開始短路檢測(cè)與保護(hù)過程。此外，因?yàn)殡姵乜刂茊卧?6可使用7v或更高電壓來(lái)斷開開關(guān)52并使電池28、30中的一個(gè)或更多個(gè)絕緣，并且因?yàn)殡姵?8、30內(nèi)所存儲(chǔ)的能量可因短路狀況而耗盡，所以可提供電容器組76，所述電容器組76耦接到電池控制單元36。電容器組76可提供一組電容器，其大小足以將電力提供給電池控制單元36以執(zhí)行短路檢測(cè)與保護(hù)過程。例如，500μf的電容器組76可將足夠電力提供給電池控制單元36以檢測(cè)低至0ω的短路，并提供足夠電力以斷開開關(guān)52。此外，500μf的電容器組可用極少成本來(lái)安裝，并提供最小的靜態(tài)電流汲取影響(例如，約50μα到300μα)。

如上文所論述，喚醒控制單元42可用于提供電池模塊14處的短路狀況的初步指示。為了說明此功能，圖5是描述用于檢測(cè)短路狀況并從電池系統(tǒng)12電移除電池28、30中的一個(gè)或更多個(gè)電池的方法78的過程流程圖。首先，方法78可始于框80，其中通過在車輛10進(jìn)入休眠模式或熄火模式時(shí)在將電池?cái)嚯娭按_保開關(guān)閉合，電池控制單元36使開關(guān)52做好準(zhǔn)備。

在框82中，在使開關(guān)52做好準(zhǔn)備之后，電池模塊14可處于適當(dāng)位置以使電池控制單元36和車輛10將車輛10除喚醒控制單元42之外的所有電子器件斷電。雖然在將電子器件關(guān)斷之后，電池模塊14可從車輛10的電氣系統(tǒng)電移除，但在理論上電池模塊14的端子32、34任然有可能經(jīng)受短路狀況。因此，即使在車輛10的其它電子部件的移除之后，喚醒控制單元42仍可保持耦接到第一端子32。

在框83中，在將車輛10除喚醒控制單元42之外的所有電子器件斷電之后，車輛可進(jìn)入休眠模式。進(jìn)入休眠模式可以是在電池模塊14處接收到車輛10的熄火指示的結(jié)果。在休眠模式期間，內(nèi)燃機(jī)24也可與車輛10的電子器件一起斷電。此外，休眠模式也可充當(dāng)使喚醒控制單元42的喚醒檢測(cè)電子器件監(jiān)視電池模塊14的潛在的短路狀況的開始點(diǎn)。

隨后，在框84中，喚醒控制單元42可監(jiān)視第一端子32處所提供的電壓以指示潛在的短路狀況。如上文所論述，監(jiān)視電池模塊14的dv/dt并將其與閾值比較以確定dv/dt是否超過可接受的范圍。這可經(jīng)由低成本且低能耗的電子器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果dv/dt值沒有超過閾值，那么方法78可返回到框83的休眠模式以做出是否存在潛在的短路狀況的另一判斷。

另一方面，如果在框84中指示潛在的短路狀況，那么在框86中，喚醒控制單元42可將“喚醒”信號(hào)提供給電池控制單元36以“喚醒”電池控制單元36的短路檢測(cè)電子器件。如上文所論述，喚醒控制單元42可將高信號(hào)提供給電池控制單元36的處理器40的時(shí)鐘輸入。在時(shí)鐘輸入處接收到高信號(hào)的上升邊沿之后，電池控制單元36內(nèi)的短路檢測(cè)電子器件可開始執(zhí)行檢測(cè)指令。

在框88中，一旦短路檢測(cè)電子器件開始在電池控制單元36中執(zhí)行檢測(cè)指令，那么短路檢測(cè)電子器件可較準(zhǔn)確地確定是否存在實(shí)際短路狀況。這可通過從電池模塊14的第一端子32獲取準(zhǔn)確的電流測(cè)量值來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果在框90中測(cè)量到高電流以指示真實(shí)短路狀況(即，高于電池系統(tǒng)12的預(yù)期短路電流值的電流)，那么在框92中，電池控制單元36可立即斷開開關(guān)52以從車輛10的電氣系統(tǒng)移除電池28、30中的一個(gè)或更多個(gè)。否則，如上文所論述，方法78可在框83中返回到休眠模式，以作出是否存在潛在的短路狀況的另一判斷并在檢測(cè)到潛在的短路狀況之后提供喚醒信號(hào)。

如果在框90中檢測(cè)到真實(shí)短路狀況并在框92中斷開開關(guān)52，那么在框94中，電池控制單元36可向車輛10警告事件，并將事件記錄在電池控制單元36的存儲(chǔ)器38內(nèi)或車輛10內(nèi)的任何其它存儲(chǔ)器單元內(nèi)。通過向車輛10警告事件并記錄事件，車輛10的駕駛員可被警告車輛10可能需要維修。此外，技術(shù)人員可有效地診斷問題以加快維修過程。

圖6中圖示本文所述的電池單體的一個(gè)實(shí)施例。本文所述的電池單體可以是棱柱狀電池單體96，其中如本文所定義的棱柱狀電池單體96包含形狀大體上是長(zhǎng)方形的棱柱狀殼體。與軟包電池相反，棱柱狀殼體由相對(duì)不可撓的硬質(zhì)(例如，金屬)材料形成。然而，應(yīng)注意，除棱柱狀電池單體之外或代替棱柱狀電池單體，下文所述的某些實(shí)施例可納入有軟包電池。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，每一棱柱狀電池單體可包含頂部殼體部分98，一組電池單體端子48、50(例如，正電池單體端子和負(fù)電池單體端子)可位于其上。一個(gè)或更多個(gè)電池單體排氣孔100也可位于頂部殼體部分98上。棱柱狀電池單體殼體也包含與頂部殼體部分98相對(duì)地定位的底部殼體部分102。第一側(cè)104和第二側(cè)106(它們可以是平直的或圓形的)在對(duì)應(yīng)于電池單體端子48、50的相應(yīng)位置中在底部殼體部分102與頂部殼體部分98之間延伸。第一面108和第二面110(它們可以是平坦的(如圖示)或圓形的)在每一電池單體96的相對(duì)端部處耦接第一側(cè)104和第二側(cè)106。

所公開的實(shí)施例中的一個(gè)或更多個(gè)可單獨(dú)或結(jié)合地提供一個(gè)或更多個(gè)技術(shù)效果，包含在車輛10不對(duì)電池28和30再充電時(shí)，在將電池電力汲取最小化的同時(shí)檢測(cè)短路狀況。本說明書中的技術(shù)效果和技術(shù)問題是示范性的，而不是限制性的。應(yīng)注意，本說明書所述的實(shí)施例可具有其它技術(shù)效果，并且可解決其它技術(shù)問題。

雖然僅說明并描述了某些特征和實(shí)施例，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說，可進(jìn)行許多修改和改變(例如，各元件的大小、尺寸、結(jié)構(gòu)、形狀和比例、參數(shù)(例如，溫度、壓力等)的值、安裝布置、材料的使用、顏色、取向等的變化)而不實(shí)質(zhì)上偏離所公開的主題的新穎教示和優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)替代實(shí)施例，任何過程或方法步驟的次序或序列可變化或重新排序。因此，應(yīng)理解，隨附權(quán)利要求書希望涵蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神內(nèi)的所有這些修改和改變。此外，為了提供對(duì)示范性實(shí)施例的簡(jiǎn)明描述，可能沒有描述實(shí)際實(shí)施方案的所有特征。應(yīng)了解，在任何此類實(shí)際實(shí)施方案的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，可做出許多專門針對(duì)實(shí)施方案的決策。此類開發(fā)工作可能是復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但是仍然將是可受益于本公開的一般技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)、構(gòu)造和制造的例行工作，而無(wú)需過多的實(shí)驗(yàn)。