CN106067568B - 一种电池系统和电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池系统和电动汽车。电池系统包括：电池管理单元BMU；执行板，与BMU控制连接；电池模组，与BMU控制连接；每个电池模组包括多个电池模块单元，每个电池模块单元包括多个电芯，每个电芯上布置并连接一个加热极耳；每个电池模块单元中设置有温度传感器，用于检测电芯的温度，执行板采集温度传感器获取的温度信号；多个常闭继电器，与执行板连接，每个加热极耳连接一个常闭继电器；本发明的电池系统中，通过在电芯上设置的加热极耳实现对电芯的加热。这种加热方式提高了加热效率，并保证了电芯不被过加热，同时可保证在短时间内完成电芯温度的提升，使电芯温度达到大功率充放电的温度，满足整车大功率需求。

Description

一种电池系统和电动汽车
技术领域
本发明涉及汽车制造领域，尤其涉及一种电池系统和电动汽车。
背景技术
伴随着日新月异的科技进步，人们对生活质量的追求也越来越高，汽车已经成为人们日常出行必不可少的交通工具，人们对汽车的舒适性、安全性和环保性要求也越来越挑剔。
新能源汽车，尤其是电动汽车已经引领汽车未来发展方向，电动汽车逐渐进入人们日常的生活。
电动汽车常用的电池是一种化学电源，通过化学反应来实现充电和放电。因为化学反应速率受温度影响明显，一般当温度降低时，化学反应速率降低，所以电池内阻增大，放电功率降低，放电电量减少。
现有技术中，电动汽车动力电池的主要加热方法是通过电池外部的加热装置进行。该种加热方式，在电池外部加热，热量慢慢传入电芯，需要较长的时间才使得电芯被加热。所以，该方法存在加热耗时长，效率低等缺陷。因此，亟待一种的新的电池系统。
发明内容
为了克服现有技术中对电池外部进行加热的方式加热效率低的技术问题，本发明提供了一种电池系统和电动汽车。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种电池系统，包括：
电池管理单元BMU；
执行板，与所述BMU控制连接；
电池模组，与所述BMU控制连接；
每个所述电池模组包括多个电池模块单元，每个电池模块单元包括多个电芯，每个所述电芯上布置并连接一个加热极耳；
每个所述电池模块单元中设置有温度传感器，用于检测所述电芯的温度，所述执行板采集所述温度传感器获取的温度信号；
多个常闭继电器，与所述执行板连接，每个所述加热极耳连接一个所述常闭继电器；
若所述温度传感器检测到的温度小于第一阈值，则执行板控制所述常闭继电器断开，接通所述电芯的正极对所述加热极耳的供电电路，所述加热极耳对所述电芯进行加热；若所述温度传感器检测到的温度大于第二阈值，则执行板控制所述常闭继电器闭合，断开所述电芯的正极对所述加热极耳的供电电路，所述加热极耳处于停止加热状态。
进一步来说，所述的电池系统中，所述加热极耳通过所述常闭继电器与所述电芯的负极连接。
进一步来说，所述的电池系统中，每个所述电芯上设置一个温度传感器。
进一步来说，所述的电池系统中，同一所述电池模块单元的每个所述常闭继电器通过一根高边驱动线束与所述执行板连接。
进一步来说，所述的电池系统中，所述BMU与所述电池模组连接，采集所述电池模组的电压。
进一步来说，所述的电池系统中，所述执行板包括：
驱动芯片，所述常闭继电器与所述驱动芯片连接；
单片机，与所述驱动芯片连接；
外部模数转换模块，与所述单片机连接，所述外部模数转换模块与所述温度传感器连接。
进一步来说，所述的电池系统中，所述单片机和所述驱动芯片通过串行外设接口SPI连接，所述单片机和所述外部模数转换模块通过所述SPI连接。
进一步来说，所述的电池系统中，所述常闭继电器与所述电芯的负极之间连接有保险丝。
进一步来说，所述的电池系统中，还包括：电池控制单元BCU，每个所述BMU通过CAN总线与所述BCU连接；
所述执行板和所述BMU通过CAN总线连接。
本发明还提供了一种电动汽车，包括上述的电池系统。
本发明的有益效果是：本发明的电池系统中，通过在电芯上设置的加热极耳实现对电芯的加热。这种加热方式提高了加热效率，并保证了电芯不被过加热，同时可保证在短时间内完成电芯温度的提升，使电芯温度达到大功率充放电的温度，满足整车大功率需求。
附图说明
图1表示本发明实施例中电池系统的加热原理示意图；
图2表示本发明实施例中电池系统的结构示意图；
图3表示本发明实施例中电池系统的执行板的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
参照图1和图2所示，本发明提供了一种电池系统，包括：电池管理单元BMU2；执行板3，与BMU2控制连接；电池模组4，与BMU2控制连接；每个电池模组4包括多个电池模块单元40，每个电池模块单元包括多个电芯400，每个电芯400上布置并连接一个加热极耳401；每个电池模块单元40中设置有温度传感器41，用于检测电芯400的温度，执行板3采集温度传感器41获取的温度信号；多个常闭继电器5，与执行板3连接，每个加热极耳401连接一个常闭继电器5；若温度传感器41检测到的温度小于第一阈值，则执行板3控制常闭继电器5断开，接通电芯400的正极对加热极耳401的供电电路，加热极耳401对电芯400进行加热；若温度传感器41检测到的温度大于第二阈值，则执行板3控制常闭继电器5闭合，断开电芯400的正极对加热极耳401的供电电路，加热极耳401处于停止加热状态。
具体来说，本发明的电池系统中，BMU2与执行板3控制连接，实现对执行板3的控制管理。具体来说，本电池系统的电池部分包括一个或者多个电池模组4，每个电池模组4包括多个电池模块单元40，每个电池模块单元包括多个电芯400。其中电芯400的工作温度对整个电池系统的功率有很大影响。温度传感器41用于检测电芯400的温度，执行板3采集温度传感器41获取的温度信号，执行板3根据温度对常闭继电器5进行控制。常闭继电器5的作用是控制加热极耳401与电芯400之间的连接是导通还是截止。若温度传感器41检测到的温度小于第一阈值，则执行板3控制常闭继电器5断开，接通电芯400对加热极耳401的供电电路，加热极耳401以电芯为供电电源进行加热，电芯400被加热极耳401进行加热，使得电芯400随着升高，从而加大了电芯400的充放电功率，满足整车大功率用电。若电芯400在被加热极耳401加热的过程中温度上升大于第二阈值后，温度传感器41检测到的温度大于第二阈值，则执行板3控制常闭继电器5闭合，断开电芯400对加热极耳401的供电电路，加热极耳401处于停止加热状态，保证了电芯400不被过加热。同时可保证在短时间内完成电芯温度的提升，使电芯温度达到大功率充放电的温度，满足整车大功率需求。
本发明的电池系统不再是对电池外部进行加热，而是利用设置在电芯400上的加热极耳401直接对电芯400进行加热。相比较现有技术的加热方式，本发明的电池系统中对电芯400直接加热无疑会缩短加热时间，增加加热效率，有利于电池系统能在较短时间内实现大功率的充放电作业，从而减少了用户使用时的等待时间，在一定程度上增加了整车的品质。
作为电池系统的控制部件，BCU1和BMU2组成了电池系统的BMS(电池管理系统，Battery Management Syetem)控制架构。BMU2与电池模组4连接，采集电池模组4的电压。电池系统还包括电池控制单元BCU1，每个BMU2通过CAN总线与BCU1连接。执行板3和BMU2通过CAN总线连接。BCU1对BMU2采集的电池模组4的电压进行分析和处理，以为整个电池系统提供控制参数和数据。其中，每个BMU2与两个执行板3进行级联。可以将一个BMU2和与之连接的两个执行板3整合为一块电路板进行使用，便于使用和对电池系统进行布置，可以在一定程度上增加效率。
进一步来说，加热极耳401通过常闭继电器5与电芯400的负极连接。常闭继电器5与加热极耳401和电芯400的负极之间连接的通断，常闭继电器5作为每个电芯400的加热回路的控制开关。
作为一种优选的方式，该电池系统中，通过电芯400为与之连接的加热极耳401提供加热电源，所以需要每个电芯400连接一个控制加热回路通断的常闭继电器5。该种控制加热极耳401的方式是每个常闭继电器5单独控制一个电芯400的加热回路的通断，可以实现对每个电芯400的精确控制。为了保证对每个电芯400加热的精确控制，必须保证每个电芯400配置一个温度传感器41，用于获取该电芯400的温度，每个电芯400的温度值传递给执行板3后，执行板3得到相应的控制信号控制该电芯对应的常闭继电器5。从而实现执行板3对每个电芯400的精确控制和单独控制。其中，各个电池模块单元40中的电芯400不受其他电池模块单元40的电芯400的影响，各个电芯400可以实现相互独立的控制，保证了整个电池系统中的控制效率和电量消耗。
当然，为了减少系统的成本，可以减少温度传感器41的数量。例如，使得其中两个电芯400中的一个电芯400加装温度传感器41，这两个电芯41的加热回路的通断由各自的常闭继电器5控制。这两个常闭继电器5的控制信号由执行板3提供，而此时执行板3以其中一个电芯400上设置的温度传感器41获取的温度信号作为判断依据。这样，两个常闭继电器5共用一个温度信号。该种方式只是对本发明电池系统的另一种实施方式的说明，其他可以利用如上表述推理出的实施方式不再一一列举。
具体来说，常闭继电器5在电芯400不需要加热的情况下处于常闭状态，此时电芯400正常充放电。加热极耳401与电芯400的负极相连，电流从电芯400的正极流向负极和加热极耳401，由于常闭继电器5处于闭合状态，加热极耳401与电芯400的负极相当于短路连接，电流直接通过电芯400的负极流向加热极耳，电芯400此时不被加热。
当执行板3判断需要对电芯400加热的时候，常闭继电器5断开，电流通过电芯400的正极流向加热极耳401，电芯400对其自身进行加热，从而提升电芯400的温度。此时的加热极耳401所在的加热回路是以该电芯400作为电源，通过消耗电芯400自身的电量来为加热极耳401供电，以提高电芯400的充放电功率，满足电动汽车的大功率需求。
进一步来说，为了实现对每个电芯400的精确控制，每个电芯400上设置一个温度传感器41。每个电芯400由单独的常闭继电器5控制，并且每个电芯400具有单独的温度传感器41，每个温度传感器41可以精确的监测对应的每个电芯400的温度。执行板3精确获取每个电芯400的温度，同时精确控制每个常闭继电器5对电芯400的加热及停止加热，以免发生电芯400过加热的现象。
最为一种优选的实施方式，为了保证每个电芯400加热回路的安全运作，将常闭继电器5与电芯400的负极之间连接有保险丝，保险丝起到过流保护的作用，避免加热回路出现过流烧毁的情况发生。加热继电器5在连接的过程中，需要保证加热继电器5的一端与接地端连接。
另外，每个电池模块单元40包括多个电芯400，每个电芯400分别使用一个常闭继电器5进行加热控制。作为一种优选的设置方式，将同一电池模块单元40的每个常闭继电器5通过一根高边驱动线束与执行板3连接，这样方便电池系统的布置，精简了电路结构。
参照图3所示，下面对执行板3的结构进行具体介绍。执行板3包括：驱动芯片301，每个电池模组4中所设置的常闭继电器5与对应的执行板3的驱动芯片301连接；单片机302，与驱动芯片301连接；外部模数转换模块303，与单片机302连接，外部模数转换模块303与温度传感器41连接。每个电池模组4的所有温度传感器41均与该执行板3的外部模数转换模块303连接。温度传感器41获取的模拟信号经过外部模数转换模块303转换后，输入到单片机302中进行处理。单片机302处理温度信号后，由驱动芯片301发出对常闭继电器的控制信号。
另外，单片机302和驱动芯片301通过串行外设接口SPI304连接，单片机302和外部模数转换模块303通过SPI304连接。SPI304提高了执行板3内部信号交互的效率。
下面通过具体的实施例来介绍本发明的电池系统。
该电池系统中包括一个BCU1，一个BCU1连接控制四个BMU2。每个BMU2控制两个执行板3，每个执行板3控制一个电池模组4。执行板3通过CAN总线与BMU2通讯；BMU2通过CAN总线与BCU1通讯。
每个电池模组4由12个电池模块单元40组成。每个电池模块单元40由四个电芯400组成。BMU2采集每个电池模块单元40的电压。
其中，每个电芯400配置一个温度传感器41；每个电芯400配置一个常闭继电器5，常闭继电器5可根据执行板3的控制对电芯400进行加热；每个电芯400的加热功率根据电芯400的实际性能决定。执行板3采集每个电芯400的温度值，并控制常闭继电器5的开闭。
加热继电器5在电芯400不需要加热的情况下处于断开状态，此时电芯400正常充放电。当执行板3根据温度传感器41获取到的电芯400的温度情况，若温度小于第一阈值，执行板3断开常闭继电器5，加热极耳401对电芯400进行加热，使得电芯400的温度升高。当若温度大于第二阈值，闭合常闭继电器5，加热极耳401停止加热。
本发明的电池系统实现了电芯400的内部加热。每个电芯400配置一个温度传感器41，每个电芯400配置一个常闭继电器5。温度传感器41可实时监控每个电芯400的温度情况，并每个常闭继电器5可单独控制每个电芯400的加热。该电池系统的提高了加热效率，并保证了电芯400不被过加热，可在短时间内完成电,400温度的提升，使电芯400的温度达到大功率充放电的温度，满足整车大功率需求。
例如，环境较冷的情况下，电动汽车的空调升温的过程速度较慢。此时，电池系统的执行板3获取每个温度传感器41采集的温度信号。若其中一个电芯400的温度小于第一阈值，则加热继电器5导通此电芯所在的加热回路，该电芯400作为加热极耳401的供电电源，使得该加热极耳401为对应的电芯400进行加热。此电芯400的温度升高，从而增加了该电芯400的放电功率，加大该电芯400对空调的驱动功率，加速空调升温。但是，在加热电芯的过程中，如果某一个电芯400的温度高于第二阈值，则执行板3控制加热继电器5断开加热回路，从而防止整个电池系统过热产生危险。
本发明还提供了一种电动汽车，包括上述的电池系统。
需要说明的是，该电动汽车是包括上述电池系统的汽车，上述电池系统实施例的实现方式同样适用于该电动汽车的实施例中，也能达到相同的技术效果，在此不再赘述。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电池系统，其特征在于，包括：
电池管理单元BMU(2)；
执行板(3)，与所述BMU(2)控制连接；
多个电池模组(4)，与所述BMU(2)控制连接；
每个所述电池模组(4)包括多个电池模块单元(40)，每个电池模块单元包括多个电芯(400)，每个所述电芯(400)上布置并连接一个加热极耳(401)；
每个所述电池模块单元(40)中设置有温度传感器(41)，用于检测所述电芯(400)的温度，所述执行板(3)采集所述温度传感器(41)获取的温度信号；
多个常闭继电器(5)，与所述执行板(3)连接，每个所述加热极耳(401)连接一个所述常闭继电器(5)；
其中，所述加热极耳(401)通过所述常闭继电器(5)与所述电芯(400)的负极连接；
若所述温度传感器(41)检测到的温度小于第一阈值，则执行板(3)控制所述常闭继电器(5)断开，接通所述电芯(400)的正极对所述加热极耳(401)的供电电路，所述加热极耳(401)对所述电芯(400)进行加热；若所述温度传感器(41)检测到的温度大于第二阈值，则执行板(3)控制所述常闭继电器(5)闭合，断开所述电芯(400)的正极对所述加热极耳(401)的供电电路，所述加热极耳(401)处于停止加热状态。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，每个所述电芯(400)上设置一个温度传感器(41)。
3.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，同一所述电池模块单元(40)的每个所述常闭继电器(5)通过一根高边驱动线束与所述执行板(3)连接。
4.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述BMU(2)与所述电池模组(4)连接，采集所述电池模组(4)的电压。
5.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述执行板(3)包括：
驱动芯片(301)，所述常闭继电器(5)与所述驱动芯片(301)连接；
单片机(302)，与所述驱动芯片(301)连接；
外部模数转换模块(303)，与所述单片机(302)连接，所述外部模数转换模块(303)与所述温度传感器(41)连接。
6.根据权利要求5所述电池系统，其特征在于，所述单片机(302)和所述驱动芯片(301)通过一串行外设接口SPI(304)连接，所述单片机(302)和所述外部模数转换模块(303)通过另一串行外设接口SPI(304)连接。
7.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述常闭继电器(5)与所述电芯(400)的负极之间连接有保险丝。
8.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述电池系统包括多个BMU(2)，还包括：电池控制单元BCU(1)，每个所述BMU(2)通过CAN总线与所述BCU(1)连接；
所述执行板(3)和所述BMU(2)通过CAN总线连接。
9.一种电动汽车，其特征在于，包括根据权利要求1至8中任意一项所述的电池系统。
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