CN106099254B - 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：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，每个电芯上布置有第一加热极耳和与第一加热极耳电连接的第二加热极耳；第一加热极耳串联在第一支路上，第二加热极耳串联在第二支路上；第一支路连接外部电源的负极，第二支路连接外部电源的正极；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。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有第一加热极耳和与所述第一加热极耳电连接的第二加热极耳；
所述第一加热极耳串联在第一支路上，所述第二加热极耳串联在第二支路上；所述第一支路连接外部电源的负极，所述第二支路连接所述外部电源的正极；所述第一支路、所述第二支路和所述外部电源形成一个加热回路；
温度传感器，设置于所述电芯上，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；
加热继电器，设置在加热回路中，所述加热继电器与所述执行板连接；
若所述温度传感器检测到的温度小于第一阈值，则执行板控制所述加热继电器闭合，所述加热回路导通，所述第一加热极耳和所述第二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，则执行板控制所述加热继电器断开，所述第一加热极耳和所述第二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，所述加热继电器连接于所述第一支路和所述外部电源的负极之间。
进一步来说，所述的电池系统中，每个所述电池模块单元上设置一个温度传感器。
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，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，所述加热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，所述加热继电器与所述外部电源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之一；
图3表示本发明实施例中电池系统的结构示意图之二；
图4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、图2和图3所示，本发明提供了一种电池系统，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上布置有第一加热极耳401和和与第一加热极耳401电连接的第二加热极耳402；第一加热极耳401串联在第一支路410上，第二加热极耳402串联在第二支路420上；第一支路410连接外部电源6的负极，第二支路420连接外部电源6的正极；第一支路410、第二支路420和外部电源6形成一个加热回路；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；加热继电器5，设置在加热回路中，加热继电器5与执行板3连接；若温度传感器41检测到的温度小于第一阈值，则执行板3控制加热继电器5闭合，加热回路导通，第一加热极耳401和第二加热极耳402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控制加热继电器5断开，第一加热极耳401和第二加热极耳402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，直接关系到电池系统的性能。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根据温度对加热继电器5进行控制。加热继电器5的作用是控制加热回路的导通或者是截止。其中，加热回路是由第一支路410、第二支路420和外部电源6构成。其中第一支路410上串联所有的第一加热极耳401，第二支路420上串联所有的第二加热极耳402。所以当加热继电器5导通加热回路时，外部电源6为全部的第一加热极耳401和第二加热极耳402提供电源进行加热，此时每个电芯601均由两个加热极耳进行加热，电芯601可以很快的提高温度，增加电池系统的充放电功率。
若温度传感器41检测到电芯400的温度小于第一阈值，则执行板3控制加热继电器5闭合，接通加热回路，电芯400被第一加热极耳401和第二加热极耳402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在被第一加热极耳401和第二加热极耳402加热的过程中温度上升大于第二阈值后，温度传感器41检测到电芯400的温度大于第二阈值，则执行板3控制加热继电器5断开，外部电源6断开对加热回路的供电，第一加热极耳401和第二加热极耳402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400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上的第一加热极耳401和第二加热极耳402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，增加了对电芯400的加热效率，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制造和使用，便于组装过程中以模块的形式进行使用，同时方便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，加热继电器5连接于第一支路410和外部电源6的负极之间。加热继电器5控制外部电源6的负极和第一支路410之间的通断，从而控制第一支路410、第二支路420和外部电源6组成的加热回路的通断。该电池系统中，外部电源6为第一加热极耳401和第二加热极耳402提供加热电源，只是需要一个加热继电器5即可以控制每个第一加热极耳401和每个第二加热极耳402的加热。该种方式简化了电池系统的元件数量，在一定程度上简化了电池系统的布置难度。
具体来说，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判断需要对电芯400加热的时候，加热继电器5闭合，电流通过第一支路410和第二支路420流向每个第一加热极耳401和每个第二加热极耳402，对电芯400加热，从而提升电芯400的温度。第一加热极耳401和每个第二加热极耳402对电芯400进行加热的过程中，电芯400依然保持正常充放电。电芯400的充放电回路与加热回路是相互独立的两条回路，避免了对电芯400正常充放电的影响。
为了保证加热回路的安全，加热继电器5与外部电源6的负极之间连接有保险丝，保险丝起到过流保护的作用。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。
作为一种优选的设置方式，加热继电器5通过一根高边驱动线束与执行板3连接，这样保证了电池系统的稳定性。
参照图4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中所设置的加热继电器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发出对加热继电器的控制信号。
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。
参照图2和图3所示，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配置一个第一加热极耳401和一个第二加热极耳402。该电池模组4中的所有第一加热极耳401串连在第一支路410上，所有第二加热极耳402串联在第二支路420上。一支路410、第二支路420和外部电源6组成的加热回路。加热继电器5可根据执行板3的控制第一支路410和外部电源6之间的通断。该电池系统实现了对电芯400的加热。
每个电芯400配置一个温度传感器41，也就是每个电池模块单元40中一共配置四个温度传感器41。温度传感器41可实时监控每个电池模块单元40中的每个电芯400的温度情况，并且执行板3可根据获取到的所有的温度信号对加热继电器5进行控制。
当执行板3根据温度传感器41获取到的电芯400的温度情况进行分析，若其中任何一个电芯400的温度小于第一阈值，执行板3闭合加热继电器5，第一一支路410、第二支路420和外部电源6组成的加热回路导通，第一加热极耳401和一个第二加热极耳402对电芯400进行加热。当若任何一个电芯400的温度大于第二阈值，断开加热继电器5，第一加热极耳401和一个第二加热极耳402停止加热。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芯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，电动汽车的电池系统进行充电的过程中充电速度较慢。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，可以得到每个电芯400的温度值。若其中一个电芯400的温度小于第一阈值，则加热继电器5导通加热回路，充电插头充当外部电源6，使得每一个第一加热极耳401和每一个第二加热极耳402为对应的电芯400进行加热。整个电池系统的电芯400的温度均提高，从而增加了整个电池系统的充电功率，加快充电速度。但是，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，使得整个电池系统的第一加热极耳401和第二加热极耳402均不进行加热。从而防止整个电池系统过热产生危险。
下面通过另一个具体的实施例来介绍本发明的电池系统。
参照图1和图3所示，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，每个电池模块单元40配置一个温度传感器41。也就是说，该种电池系统的设置方式中，减少了温度传感器41的使用数量，以某个电池模块单元40中的一个电芯400的温度值作为监控对象，不需要对电池模块单元40中的每个电芯400的温度均进行测量。该电池系统一共配备12个温度传感器41。该电池系统实现了电芯400的内部加热。
温度传感器41可实时监控每个电池模块单元40中的一个电芯400的温度情况，并且执行板3可根据获取到的温度信号对加热继电器5进行控制，执行板并不能获取每个电芯400的温度，只是从中抽取了四分之一数量的电芯400进行温度测量。
每个电芯400配置一个第一加热极耳401和一个第二加热极耳402。该电池模组4中的所有第一加热极耳401串连在第一支路410上，所有第二加热极耳402串联在第二支路420上。一支路410、第二支路420和外部电源6组成的加热回路。加热继电器5可根据执行板3的控制第一支路410和外部电源6之间的通断。每个电芯400的加热功率根据外部电源6的性能决定。
当执行板3根据温度传感器41获取到的电芯400的温度情况极性分析，若其中电池模块单元40中的一个电芯400的温度小于第一阈值，执行板3闭合加热继电器5，一支路410、第二支路420和外部电源6组成的加热回路导通，第一加热极耳401和一个第二加热极耳402对电芯400进行加热。当若温度大于第二阈值，断开加热继电器5，第一加热极耳401和一个第二加热极耳402停止加热。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芯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。
该种设置方式减少了温度传感器41的设置数量，适用于不需要十分精确控制的电池系统中，在一定程度上减少了制造成本。
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 (10)

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；
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)上布置有第一加热极耳(401)和与所述第一加热极耳(401)电连接的第二加热极耳(402)；
所述第一加热极耳(401)串联在第一支路(410)上，所述第二加热极耳(402)串联在第二支路(420)上；所述第一支路(410)连接外部电源(6)的负极，所述第二支路(420)连接所述外部电源(6)的正极；所述第一支路(410)、所述第二支路(420)和所述外部电源(6)形成一个加热回路；
温度传感器(41)，设置于所述电芯(400)上，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；
加热继电器(5)，设置在所述加热回路中，所述加热继电器(5)与所述执行板(3)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)控制所述加热继电器(5)闭合，所述加热回路导通，外部电源(6)为全部的第一加热极耳(401)和第二加热极耳(402)提供电源进行加热，所述第一加热极耳(401)和所述第二加热极耳(402)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)控制所述加热继电器(5)断开，所述第一加热极耳(401)和所述第二加热极耳(402)处于停止加热状态；
还包括：电池控制单元BCU(1)，BCU(1)和BMU(2)组成电池系统的BMS控制架构。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述加热继电器(5)连接于所述第一支路(410)和所述外部电源(6)的负极之间。
3.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，每个所述电池模块单元(40)中设置一个温度传感器(41)。
4.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)。
5.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。
6.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)，所述加热继电器(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。
7.根据权利要求6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)通过所述SPI(304)连接。
8.根据权利要求2所述的电池系统，其特征在于，所述加热继电器(5)与所述外部电源(6)的负极之间连接有保险丝。
9.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，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。
10.一种电动汽车，其特征在于，包括根据权利要求1至9中任意一项所述的电池系统。
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