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CN105409108A - 管理通过自身由电池供电的变换器来供电的负载的方法及其系统 - Google Patents

管理通过自身由电池供电的变换器来供电的负载的方法及其系统 Download PDF

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CN105409108A CN201480035223.XA CN201480035223A CN105409108A CN 105409108 A CN105409108 A CN 105409108A CN 201480035223 A CN201480035223 A CN 201480035223A CN 105409108 A CN105409108 A CN 105409108A
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Abstract

一种通过由电池供电的变换器供电的负载管理的方法，以及对应的系统。在所述方法及对应的系统中，所述负载由变换器来供电，所述变换器自身由电池来供电，所述电池包括能够被投切的模块，电容器被放置在所述电池和所述变换器之间。所述方法包括：检测投切命令(E01)，如果检测到投切命令，则所述变换器向所述负载提供低功率(E02)，执行投切(E03)，如果执行了所述投切，则所述变换器向所述负载提供正常功率(E04)。本发明适用于具有电动或混合牵引的电动机汽车的传动系统的管理。

Description

管理通过自身由电池供电的变换器来供电的负载的方法及其系统
技术领域
本发明涉及装备有电池的系统，特别涉及装备有由串联设置的电池模块构成的电池的系统，特别是采用电动或混合动力的汽车。
背景技术
通常，在这些系统中，电源变换器可用于将来自电池可提供的直流电的电源供给负载。具体地，变换器可以用作逆变器，为电动机提供正弦电流，例如，三相电流。变换器和电动机构成传动系统。
电池可以由串联设置的多个电池模块构成，并且这些模块可以独立地串联或不串联放置，即，可以是投切的。也就是说，根据期望被供给负载的电压，来激活更多或更少数目的电池模块。在系统的运行过程中，电池的两端的电压相应地改变。
通常，在电池和负载之间放置电容器，以平滑由变换器吸收的涌入电流和高频电流。当电池(即模块的组件)通过继电器的方式连接到变换器时(例如，在启动过程中的汽车内)，强的涌入电流出现并且可能损害部件，例如，所使用的继电器、电容器、或者甚至是电源开关。另外，当电池的两端的电压变化时，可能出现电流，因为电池和电容器均充当电压发生器。
此外，当电池的两端的电压变化时，可能出现由电动机产生的抖动(jerk)。
因此，在电池的两端的电压改变后，电容器一般被充电，使得该电容器的两端的电压等于电池的两端的电压。
可以参考欧洲专利申请EP2361799，其阐述了一种用于在连接传动系统之前提升电容器的两端的电压的系统，即，一种用于电容器的预充电系统。具体而言，该文献提出利用电阻器来构成RC型电路以对电容器充电。该系统的不足之处在于，它不能使电容器充电完全，充电的持续时间过长。该系统的另一不足之处是，增加了串联在系统中的电阻器。由于该电阻器，该系统仅能用在汽车的启动时。因此，该系统不适用于在汽车运行过程中激活或去激活电池模块。
还参考美国专利申请US2012/0025768，其阐述了一种用于对电容器预充电的系统，该系统包括低阻值的电阻器和用于改善电容器的预充电的一组开关。该系统也不能用在汽车的运行过程中。
国际专利申请WO2009/077668阐述了一种用于电容器的预充电系统，在该系统中，将开关与电容器串联连接，并且该开关由脉宽调制信号控制，该信号的占空比是变化的。该解决方案的不足之处在于它增加了包括电容器的支路的阻抗。
最后，可以参考法国专利申请FR2923962，其阐述了一种用于使用升压型电力变换器来对电容器预充电的系统，但是该系统的不足之处仍是增加了包括电容器的支路的阻抗。因此，该系统也不可能用于汽车的运行过程中，原因在于阻抗的增加所导致的过高损耗。
发明内容
因此，本发明的目的是限制投切电池的模块时高电流(有时也被称作过电流)的出现，并且防止在这些投切过程中可能出现的抖动。
根据第一实施方式，本发明的主题是一种用于管理负载的方法，通过变换器对该负载供电，该变换器自身由包含可以被投切的模块的电池来供电，电容器被放置于电池和变换器之间。
根据本方法的一般特征：
-检测投切命令，
-如果检测到投切命令，则变换器向负载提供低功率，
-执行投切动作，
-如果执行了投切动作，则变换器向负载提供正常功率。
所谓正常功率具体被理解为例如对于汽车不被限制并且对应于驾驶员的预期命令的功率。也就是说，当变换器向负载提供正常功率时，不再向负载提供低功率，除非变换器已经要运行在低功率(汽车以低速行驶)。
包括可投切的电池模块的电池是在任何时候均可以将电池模块串联投入或断开连接的电池。通过指示的方式，由电池管理系统(BMS)来控制这些投切。通过示例的方式，可以在任何时候在汽车中执行这些投切，可以在汽车行驶时、充电时或者甚至再生制动阶段期间执行这些投切。
当应用投切命令时，电池两端的电压改变，并且发明人已经发现这对控制变换器使其向负载提供低功率以防止过电流和避免抖动的发生极其有利。通过向负载提供低功率，来限制在向电容充电的同时可流向负载的电流的量。在已经实施了对应于投切命令的投切后，可以提供不受限制的正常功率。
此外，变换器可以向负载提供零功率。
为了向负载提供零功率，可以断开所述变换器的多个开关，例如，逆变器的开关中的全部开关。
在变型中，可以断开被放置于电容器和变换器之间的开关，以向负载提供零功率。该开关可以在完成对电容器充电之后闭合，以允许系统的正常运行。
该负载可以是采用电动或混合动力的汽车传动系统的电机。
根据另一方面，本发明的主题是一种用于管理负载的系统，通过变换器对该负载供电，该变换器自身由包含可以被投切的模块的电池来供电，电容器被放置于电池和变换器之间。
根据该方面的一般特征，该系统包括：
-被配置为用于检测投切命令的装置(9)，以及
-被配置为用于向负载提供低功率并且由所述被配置为用于检测投切命令的装置控制的装置(11，12，15)。
所述被配置为用于向负载提供低功率的装置可以被配置为用于向负载提供零功率。
所述被配置为用于向负载提供低功率的装置被被配置为用于向负载提供零功率，并且包括被配置为用于断开所述变换器的多个开关的装置。
该系统还可以包括被放置于电容器和变换器之间的开关。
根据又一方面，本发明的主题是一种采用电动或混合动力的汽车，其包括形成所述负载的传动系统的电机并且包括所述系统。
附图说明
一旦阅读了以非限制的示例的方式单独给出并且参考附图做出的以下描述，其它目的、特征及优势将显而易见，在附图中：
-图1示意性地示出了根据现有技术的系统，
-图2示意性地示出了根据实施本发明的一种模式的方法的各个步骤，
-图3和图4示意性地示出了本发明的两个变型实施例。
具体实施方式
在图1中，示意性地示出了根据现有技术的用于管理负载的系统。该系统可以被集成于采用电动或混合动力的汽车内。
该系统包括电池1，电池1包括例如多个电池模块，可以将多个电池模块串联连接，从而使得该电池两端的电压等于所接入的模块中的每个模块两端的电压的和。该电池的这些模块可以被投切。
该系统还包括电容器2，电容器2的两个极板被连接至电池1的正负两端。在现有技术的解决方案中，电容器2被预充电，从而例如在启动汽车时(连接电池1时)或者接入或投切电池模块时，保护电容器2以及其它部件。
电容器2还与传动系统3连接，传动系统3包括：变换器4，此处为逆变器；和负载5，此处为三相电动机，该三相电动机包括可能由在电池或电池模块接入期间发生的过高的电流所损害的机械部分。该逆变器级4包括多个开关6，这里开关6为要采用3条连接线7上的三相电流来控制负载5的绝缘栅双极型晶体管。二极管8与每个开关6并联连接。
图2示意性地示出了根据本发明的用于管理负载的方法的步骤，负载例如是由变换器来供电的电动机，变换器例如是由包括可以切换的模块的电池(例如，电池1)来供电的逆变器4。
在第一步骤E01中，检测投切命令，例如，由BMS型系统或任何其它能够控制电池模块的投切的系统所发出的命令。
如果检测到该投切命令，则可以实施步骤E02，其中，变换器向负载提供低功率(E02)。变换器还可以例如通过断开一个或多个开关来向负载提供零功率，以防止电流流向负载。
可以注意的是，在完全限制功率或施加零功率之前，以渐进的方式来减小功率是可能的。通过示例的方式，一旦越过电流阈值，就可以施加低(或者零)功率。为了这一目的，可采用配置为用于测量电流的装置。
之后，在不再监测电流或过电流的发生的情况下实施投切动作(E03)是可能的。
一个或多个电池模块的投切持续时间可以是确定的，该持续时间一般是固定的。选择长的投切持续时间将是有利地可能的，具体地，使该投切持续时间长于变换器的从动持续时间。从而获得汽车的驾驶员察觉不到的投切，因为其不产生抖动。
另外，向负载施加低功率的持续时间长于实施投切所需的持续时间。然而，该持续时间要充分短，以使驾驶员觉察不到。因此，应该采用充分快的部件以在汽车的驾驶员不能够注意到传动系统在受限方式下运行或被断开连接的情况下来执行步骤E02。
投切之后，可以向负载施加正常功率(步骤E04)。
图3示出了用于管理负载5的系统SYS，这里负载5是由变换器4供电的电动机，变换器4在这里为逆变器。具有相同的参考标记的元件与图1中所示的元件相同。
系统SYS可以被集成于汽车计算机内，例如，集成于电子控制单元内。系统SYS包括配置为用于检测投切命令的装置9。装置9可以实施参考图2所描述的步骤E01。
此外，系统SYS包括配置为用于控制开关12和执行步骤E02的装置11，其中，在这里，因为通过断开该开关而切断了变换器的电源，零功率被提供给了负载。用于控制开关的装置11通过电气连接线13的方式来与装置9通信，并且用于控制开关的装置通过电气连接线14的方式来控制该开关。
开关12被控制以在检测到投切命令时断开，从而可以在不向负载供电的情况下为电容器2充电。当电容器2被充电并且投切动作已经被执行时，可以闭合开关12，以允许传动系统3的正常运行(步骤E04)。
参考图3所描述的实施例，使得在一检测到投切命令就完全隔离传动系统成为可能。可以注意的是，在使用汽车时，一旦断开开关12，电动机就凭惯性运行。
参考图4所描述的实施例与参考图3所描述的实施例不同，因为在电池1两端的电压变化期间，传动系统3没有与电池和电容器完全隔离。
在图4中，示出了系统SYS’，其中，装置9可以控制被配置用于控制变换器4的开关6的装置。一组电气连接线16使得控制开关6成为可能。
一旦检测到投切命令，就可以断开的开关6中的所有开关，或者，在变型中，可以向电动机5提供非常低的功率，即，非常低的转矩设定点。从而在向电容器2充电时限制流向电动机的电流值。
系统SYS’可以被集成于已经存在于汽车中的计算机内，例如，控制变换器4的计算机内。
凭借本发明，已经大大减少了投切电池模块时可能产生的电流尖峰。此外，本发明的优点是采用减少数目的附加元件，并且因此有利地成本低廉。

Claims (10)

1.一种用于管理负载的方法，所述负载由变换器来供电，所述变换器自身由电池来供电，所述电池包括能够被投切的模块，电容器被放置在所述电池和所述变换器之间，其特征在于：
-检测投切命令(E01)，
-如果检测到投切命令，则所述变换器向所述负载提供低功率(E02)，
-执行投切(E03)，
-如果执行了所述投切，则所述变换器向所述负载提供正常功率(E04)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述变换器向所述负载提供零功率。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，断开所述变换器的多个开关，以向所述负载提供零功率。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，断开放置于所述电容器和所述变换器之间的开关，以向所述负载提供零功率。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述负载为采用电气驱动或混合动力驱动的汽车车辆传动系统的电机。
6.一种用于管理负载(5)的系统，所述负载(5)由变换器(4)来供电，所述变换器(4)自身由电池(1)来供电，所述电池(1)包括能够被投切的模块，电容器(2)被放置于所述电池和所述变换器之间，其特征在于，所述系统包括：
-被配置为用于检测投切命令的装置(9)，以及
-被配置为用于向所述负载提供低功率的装置(11、12、15)，所述装置由所述被配置为用于检测投切命令的装置来控制。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述被配置为用于向所述负载提供低功率的装置被配置为向所述负载提供零功率。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述被配置为用于向所述负载提供低功率的装置向所述负载提供零功率，并且包括被配置为用于断开所述变换器的多个开关的装置。
9.根据权利要求7所述的系统，还包括放置于所述电容器和所述变换器之间的开关。
10.一种采用电气驱动或混合动力驱动的汽车车辆，包括构成所述负载的传动系统的电机，并且包括根据权利要求6-9中的任一项所述的系统。
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