CN108736531B - 动力电池组、复合电源、控制方法以及车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种动力电池组、复合电源、控制方法以及车辆，涉及电池技术领域，该动力电池组包括：串联连接的N个电池模组组成的串联电池组，以及用于控制N个电池模组的开关组；其中，串联电池组的正极与第一直流母线连接，串联电池组的负极与第二直流母线连接，开关组用于在N个电池模组中的一个或多个电池模组发生故障时，将一个或多个电池模组从所述串联电池组中脱开。能够在该串联电池组中的电池模组故障时脱开发生故障的电池模组而维持其余正常电池模组正常工作。该复合电源包括该动力电池组、电压转换单元以及电容模组，能够避免在某一个或多个电池模组脱开后动力电池组的电压降低的影响，以保证使用该动力电池组的设备或车辆的正常运行。

Description

动力电池组、复合电源、控制方法以及车辆

技术领域

本公开涉及电池技术领域，尤其涉及一种动力电池组、复合电源、控制方法以及车辆。

背景技术

随着机动车性能和功能不断提升，机动车辆对车载蓄电池的容量和故障处理的要求也随之不断提高。锂离子电池时车载蓄电池的种类之一，在实际使用过程中，锂离子电池组通常由n个锂离子电池单体以串并联的方式组成一个模组，再由m个模组串联组成一个电池组。电池组在使用时可能发生多种故障，如：单体电芯电压异常、单体电芯温度异常、电池管理系统(Battery Management System，简称BMS)的硬件故障、通信故障、电流过高故障、电池组继电器故障等。在进行电池故障处理时，可以将电池组的故障类型分为两类，一类是单体电芯故障，如单体电芯温度异常、单体电芯电压异常等；另一类是电池组故障，如BMS硬件故障、电池组通讯故障、电池组继电器故障等。现有技术中，对于电池组的故障的处理方法主要是降低电池组充放电功率或断开电池组继电器，当出现BMS的硬件故障、通信故障、电池组继电器故障等故障时，通常只能通过断开继电器的方式停止整个电池组的使用以保证车辆的安全。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种动力电池组、复合电源、控制方法以及车辆。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种动力电池组，所述动力电池组包括：

串联连接的N个电池模组组成的串联电池组，以及用于控制所述N个电池模组的开关组；

其中，所述串联电池组的正极与第一直流母线连接，所述串联电池组的负极与第二直流母线连接，所述开关组用于在所述N个电池模组中的一个或多个电池模组发生故障时，将所述一个或多个电池模组从所述串联电池组中脱开。

可选的，所述开关组包括：N-1个第一开关以及N+1个第二开关；

其中，在所述N个电池模组中的每两个相邻的电池模组之间设置有所述第一开关，前N个所述第二开关中的第i个所述第二开关的一端与第i个所述电池模组的正极连接，第i个所述第二开关的另一端与其他N个所述第二开关连接，1≥i≥N，第N+1个所述第二开关的一端与所述第二直流母线连接。

可选的，当所述N个电池模组处于正常状态时，所述N-1个第一开关均闭合，所述N+1个第二开关均断开，用于连通所述第一直流母线、所述N个电池模组以及所述第二直流母线；

当所述N个电池模组中的第i个电池模组发生故障时，第i个所述第一开关、所述第i个所述第二开关以及所述第i+1个所述第二开关均闭合，用于使所述第i个电池模组从所述N个电池模组中脱开。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种复合电源，所述复合电源包括：

前述的动力电池组、电压转换单元以及电容模组；

其中，所述动力电池组的正极通过第三开关与第一直流母线连接，所述动力电池组的负极与第二直流母线连接，所述电压转换单元的一端与所述动力电池组的正极连接，所述电压转换单元的另一端与所述第二直流母线连接，所述电容模组的一端与所述动力电池组的正极连接，并且通过第四开关与所述第一直流母线连接，所述电容模组的另一端与所述第二直流母线连接。

可选的，当所述动力电池组中的N个电池模组处于正常状态时，所述第三开关闭合，所述第四开关断开，所述动力电池组通过所述第三开关与所述第一直流母线、所述第二直流母线连通，所述电容模组通过所述电压转换单元与所述第一直流母线、所述第二直流母线连通；

当所述动力电池组中的至少一个电池模组脱开时，所述第三开关断开，所述第四开关闭合，所述电容模组通过所述第四开关与所述第一直流母线、所述第二直流母线连通，所述动力电池组通过所述电压转换单元与所述第一直流母线、所述第二直流母线连通。

可选的，所述电容模组包括：超级电容组，所述电压转换单元包括双向DC-DC变换器。

根据本公开实施例的第三方面，提供一种动力电池组的控制方法，应用于动力电池组，所述动力电池组包括：串联连接的N个电池模组组成的串联电池组，以及用于控制所述N个电池模组的开关组，其中，所述串联电池组的正极与第一直流母线连接，所述串联电池组的负极与第二直流母线连接，所述方法包括：

在所述N个电池模组中的一个或多个电池模组发生故障时，通过所述开关组将所述一个或多个电池模组从所述串联电池组中脱开。

可选的，所述开关组包括：N-1个第一开关以及N+1个第二开关，其中，在所述N个电池模组中的每两个相邻的电池模组之间设置有所述第一开关，前N个所述第二开关种的第i个所述第二开关的一端与第i个所述电池模组的正极连接，第i个所述第二开关的另一端与其他N个所述第二开关连接，1≥i≥N，第N+1个所述第二开关的一端与所述第二直流母线连接，所述在所述N个电池模组中的一个或多个电池模组发生故障时，通过所述开关组将所述一个或多个电池模组从所述串联电池组中脱开，包括：

当所述N个电池模组处于正常状态时，控制所述N-1个第一开关闭合，所述N+1个第二开关断开，使所述第一直流母线、所述N个电池模组以及所述第二直流母线连通；

当所述N个电池模组中的第i个电池模组发生故障时，控制第i个所述第一开关、所述第i个所述第二开关以及所述第i+1个所述第二开关闭合，使所述第i个电池模组从所述N个电池模组中脱开。

根据本公开实施例的第四方面，提供一种复合电源的控制方法，应用于复合电源，所述复合电源包括：前述的动力电池组、电压转换单元以及电容模组；其中，所述动力电池组的正极通过第三开关与第一直流母线连接，所述动力电池组的负极与第二直流母线连接，所述电压转换单元的一端与所述动力电池组的正极连接，所述电压转换单元的另一端与所述第二直流母线连接，所述电容模组的一端与所述动力电池组的正极连接，并且通过第四开关与所述第一直流母线连接，所述电容模组的另一端与所述第二直流母线连接，所述方法包括：

当所述动力电池组中的N个电池模组处于正常状态时，控制所述第三开关闭合，所述第四开关断开，使所述动力电池组通过所述第三开关与所述第一直流母线、所述第二直流母线连通，以及使所述电容模组通过所述电压转换单元与所述第一直流母线、所述第二直流母线连通；

当所述动力电池组中的至少一个电池模组脱开时，控制所述第三开关断开，所述第四开关闭合，使所述电容模组通过所述第四开关与所述第一直流母线、所述第二直流母线连通，以及使所述动力电池组通过所述电压转换单元与所述第一直流母线、所述第二直流母线连通。

根据本公开实施例的第五方面，提供一种车辆，所述车辆包括：前述的复合电源。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开提供的动力电池组包括N个电池模组串联组成的串联电池组和用于控制N个电池模组的开关组，能够在该N个电池模组中的一个或多个电池模组发生故障时，通过开关组将故障的电池模组从该串联电池组中脱开，并且在至少一个电池模组脱开时，能够通过控制开关的断开与闭合，切换电容模组、电压转换单元以及该动力电池组与直流母线的连接方式，将该动力电池组与该直流母线隔离。能够在该串联电池组中的某一个或几个电池模组故障时脱开发生故障的电池模组而维持其余正常电池模组正常工作，并且本公开提供的复合电源能够避免在某一个或多个电池模组脱开后动力电池组的电压降低的影响，从而保证使用该动力电池组的设备或车辆的正常运行。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种复合电源的电路结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种动力电池组的控制方法的流程图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种复合电源的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图1是根据一示例性实施例示出的一种复合电源的电路结构示意图，参见图1，该复合电源100可以包括：动力电池组101、电压转换单元102以及电容模组103。

该动力电池组101，可以包括：

串联连接的N个电池模组C1～Cn组成的串联电池组，以及用于控制该N个电池模组C1～Cn的开关组。

其中，该串联电池组的正极与第一直流母线104连接，该串联电池组的负极与第二直流母线105连接，该开关组用于在该N个电池模组C1～Cn中的一个或多个电池模组发生故障时，将该一个或多个电池模组从该串联电池组中脱开。其中该第一直流母线104为正极直流母线，第二直流母线105为负极直流母线。

示例地，该动力电池组101中可以包括一个或多个该串联电池组，一个该电池模组中可以包括一个或多个单体电芯，本实施例以一个该串联电池组中的一个或多个电池模组的故障处理为例进行说明。

该开关组可以包括：N-1个第一开关T1～Tn-1以及N+1个第二开关G1～Gn+1。

其中，在该N个电池模组C1～Cn中的每两个相邻的电池模组之间设置有该第一开关，前N个该第二开关中的第i个该第二开关Gi的一端与第i个该电池模组Ci的正极连接，第i个该第二开关Gi的另一端与其他N个该第二开关连接，1≥i≥N，第N+1个该第二开关Gn+1的一端与该第二直流母线105连接。

示例地，当该N个电池模组C1～Cn处于正常状态时，该N-1个第一开关T1～Tn-1均闭合，该N+1个第二开关G1～Gn+1均断开，用于连通该第一直流母线104、该N个电池模组C1～Cn以及该第二直流母线105，此时，该N个电池模组C1～Cn全部用于为直流母线上的用电设备供电；当该N个电池模组中的第i个电池模组Ci发生故障时，第i个该第一开关Ti、该第i个该第二开关Gi以及该第i+1个该第二开关Gi+1均闭合，用于使该第i个电池模组Ci从该N个电池模组C1～Cn中脱开，此时，该电池模组Ci的正极和负极通过该第二开关Gi以及该第二开关Gi+1直接相连，该发生故障的电池模组Ci被短路，不再为直流母线上的用电设备供电，同时除电池模组Ci外的其他电池模组保持正常运作。

其中，该动力电池组101的正极通过第三开关S1与第一直流母线104连接，该动力电池组101的负极与第二直流母线105连接，该电压转换单元102的一端与该动力电池组101的正极连接，该电压转换单元102的另一端与该第二直流母线105连接，该电容模组103的一端与该动力电池组101的正极连接，并且通过第四开关S2与该第一直流母线104连接，该电容模组103的另一端与该第二直流母线105连接。

其中，该电容模组103可以包括：超级电容组，该超级电容组用于：在需要时向直流母线提供电能辅助该动力电池组供电，例如在该动力电池组输出的功率不足时，该超级电容组可以输出一定的功率进行补偿，使该复合电源100提供的电功率范围与直流母线上的用电设备的需求电功率相符合；以及，储存用电设备通过直流母线回馈的电能(例如，电动车刹车的时候，回馈的功率)；该电压转换单元102可以为双向DC-DC变换器。

示例地，当该动力电池组101中的N个电池模组C1～Cn处于正常状态时，该第三开关S1闭合，该第四开关S2断开，该动力电池组101通过该第三开关S1与该第一直流母线104、该第二直流母线105连通，该电容模组103通过该电压转换单元102与该第一直流母线104、该第二直流母线105连通，此时，动力电池组101中的电池模组均处于正常状态，该动力电池组101的电压处于正常工作电压。

当该动力电池组101中的至少一个电池模组脱开时，该第三开关S1断开，该第四开关S2闭合，该电容模组103通过该第四开关S2与该第一直流母线104、该第二直流母线105连通，该动力电池组101通过该电压转换单元102与该第一直流母线104、该第二直流母线105连通。

示例地，当该动力电池组101中的至少一个电池模组脱开时，该动力电池组101的电压低于正常工作电压，此时该动力电池组101通过电压转换单元102，即双向DC-DC变换器将电压进行升压后输出到直流母线上，从而能够保持该复合电源100整体的输出电压满足用电设备的正常工作需求，并且能够将该动力电池组101与直流母线隔离，不会影响直流母线上的其他用电设备。此时，该电容模组，即超级电容组，主要用于滤除杂波。

由此可见，当动力电池组中的一个或多个电池模组因故障被脱开而造成电压以及电功率等参数的变化时，可以通过切换电容模组、电压转换单元以及该动力电池组与直流母线的连接方式，对变化的电压和/或电功率等参数进行补偿，以维持该复合电源的正常运行。

本公开提供的动力电池组包括N个电池模组串联组成的串联电池组和用于控制N个电池模组的开关组，能够在该N个电池模组中的一个或多个电池模组发生故障时，通过开关组将故障的电池模组从该串联电池组中脱开，并且在至少一个电池模组脱开时，能够通过控制开关的断开与闭合，切换电容模组、电压转换单元以及该动力电池组与直流母线的连接方式，将该动力电池组与该直流母线隔离。能够在该串联电池组中的某一个或几个电池模组故障时脱开发生故障的电池模组而维持其余正常电池模组正常工作，并且通过本公开提供的复合电源能够避免在某一个或多个电池模组脱开后动力电池组的电压降低的影响，从而保证使用该动力电池组的设备或车辆的正常运行。

图2是根据一示例性实施例示出的一种动力电池组的控制方法的流程图，应用于动力电池组，该动力电池组包括：串联连接的N个电池模组组成的串联电池组，以及用于控制该N个电池模组的开关组，其中，该串联电池组的正极与第一直流母线连接，该串联电池组的负极与第二直流母线连接，如图2所示，该动力电池组的控制方法可以包括：

步骤201，在该N个电池模组中的一个或多个电池模组发生故障时，通过该开关组将该一个或多个电池模组从该串联电池组中脱开。

其中，该开关组包括：N-1个第一开关以及N+1个第二开关，其中，在该N个电池模组中的每两个相邻的电池模组之间设置有该第一开关，前N个该第二开关种的第i个该第二开关的一端与第i个该电池模组的正极连接，第i个该第二开关的另一端与其他N个该第二开关连接，1≥i≥N，第N+1个该第二开关的一端与该第二直流母线连接，该步骤201，可以包括：

步骤2011，当该N个电池模组处于正常状态时，控制该N-1个第一开关闭合，该N+1个第二开关断开，使该第一直流母线、该N个电池模组以及该第二直流母线连通。

步骤2012，当该N个电池模组中的第i个电池模组发生故障时，控制第i个该第一开关、该第i个该第二开关以及该第i+1个该第二开关闭合，使该第i个电池模组从该N个电池模组中脱开。

图3是根据一示例性实施例示出的一种复合电源的控制方法的流程图，应用于复合电源，该复合电源包括：前述动力电池组、电压转换单元以及电容模组；其中，该动力电池组的正极通过第三开关与第一直流母线连接，该动力电池组的负极与第二直流母线连接，该电压转换单元的一端与该动力电池组的正极连接，该电压转换单元的另一端与该第二直流母线连接，该电容模组的一端与该动力电池组的正极连接，并且通过第四开关与该第一直流母线连接，该电容模组的另一端与该第二直流母线连接，如图3所示，该复合电源的控制方法可以包括以下步骤。

步骤301，当该动力电池组中的N个电池模组处于正常状态时，控制该第三开关闭合，该第四开关断开，使该动力电池组通过该第三开关与该第一直流母线、该第二直流母线连通，以及使该电容模组通过该电压转换单元与该第一直流母线、该第二直流母线连通。

步骤302，当该动力电池组中的至少一个电池模组脱开时，控制该第三开关断开，该第四开关闭合，使该电容模组通过该第四开关与该第一直流母线、该第二直流母线连通，以及使该动力电池组通过该电压转换单元与该第一直流母线、该第二直流母线连通。

本公开提供的动力电池组包括N个电池模组串联组成的串联电池组和用于控制N个电池模组的开关组，能够在该N个电池模组中的一个或多个电池模组发生故障时，通过控制开关组将故障的电池模组从该串联电池组中脱开，并且在至少一个电池模组脱开时，能够通过控制开关的断开与闭合，切换电容模组、电压转换单元以及该动力电池组与直流母线的连接方式，将该动力电池组与该直流母线隔离。能够在该串联电池组中的某一个或几个电池模组故障时脱开发生故障的电池模组而维持其余正常电池模组正常工作，并且通过本公开提供的复合电源能够避免在某一个或多个电池模组脱开后动力电池组的电压降低的影响，从而保证使用该动力电池组的设备或车辆的正常运行。

本公开还包括一车辆，该车辆可以为包括图1所示的复合电源100的机动车辆，例如使用蓄电池进行供电的汽车或者电动车等。其中，该电动车可以包括纯电动车或混合动力汽车。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (8)

1.一种动力电池组，其特征在于，包括：

串联连接的N个电池模组组成的串联电池组，以及用于控制所述N个电池模组的开关组；

其中，所述串联电池组的正极与第一直流母线连接，所述串联电池组的负极与第二直流母线连接，所述开关组用于在所述N个电池模组中的一个或多个电池模组发生故障时，将所述一个或多个电池模组从所述串联电池组中脱开；

所述动力电池组的正极与电压转换单元的一端连接，所述电压转换单元的另一端与所述第二直流母线连接；

所述电压转换单元用于，在所述动力电池组中的至少一个电池模组脱开的情况下，对电压进行升压后输出到所述第一直流母线和/或第二直流母线上；

所述第一直流母线和所述第二直流母线与用电设备连接，所述动力电池组的正极与电容模组的一端连接，所述电容模组的另一端与所述第二直流母线连接；

所述电容模组用于储存所述用电设备回馈的电功率；以及，在所述动力电池组输出的电功率不足时，输出补偿电功率，以使得输出至所述第一直流母线和所述第二直流母线的总电功率与所述用电设备的需求电功率相符合。

2.根据权利要求1所述的动力电池组，其特征在于，所述开关组包括：N-1个第一开关以及N+1个第二开关；

其中，在所述N个电池模组中的每两个相邻的电池模组之间设置有所述第一开关，前N个所述第二开关中的第i个所述第二开关的一端与第i个所述电池模组的正极连接，第i个所述第二开关的另一端与其他N个所述第二开关连接，1≥i≥N，第N+1个所述第二开关的一端与所述第二直流母线连接。

3.根据权利要求2所述的动力电池组，其特征在于，

当所述N个电池模组处于正常状态时，所述N-1个第一开关均闭合，所述N+1个第二开关均断开，用于连通所述第一直流母线、所述N个电池模组以及所述第二直流母线；

当所述N个电池模组中的第i个电池模组发生故障时，第i个所述第一开关、所述第i个所述第二开关以及所述第i+1个所述第二开关均闭合，用于使所述第i个电池模组从所述N个电池模组中脱开。

4.一种复合电源，其特征在于，包括：

权利要求1-3任一项所述的动力电池组、电压转换单元以及电容模组；

其中，所述动力电池组的正极通过第三开关与第一直流母线连接，所述动力电池组的负极与第二直流母线连接，所述电压转换单元的一端与所述动力电池组的正极连接，所述电压转换单元的另一端与所述第二直流母线连接，所述电容模组的一端与所述动力电池组的正极连接，并且通过第四开关与所述第一直流母线连接，所述电容模组的另一端与所述第二直流母线连接；

所述电压转换单元用于，在所述动力电池组中的至少一个电池模组脱开的情况下，对电压进行升压后输出到所述第一直流母线和/或第二直流母线上；

所述第一直流母线和所述第二直流母线与用电设备连接，所述电容模组用于储存所述用电设备回馈的电功率；以及，在所述动力电池组输出的功率不足时，输出补偿功率，以使输出至所述第一直流母线和所述第二直流母线的总电功率与所述用电设备的需求电功率相符合。

5.根据权利要求4所述的复合电源，其特征在于，所述电容模组包括：超级电容组，所述电压转换单元包括双向DC-DC变换器。

6.一种动力电池组的控制方法，其特征在于，应用于动力电池组，所述动力电池组包括：串联连接的N个电池模组组成的串联电池组，以及用于控制所述N个电池模组的开关组，其中，所述串联电池组的正极与第一直流母线连接，所述串联电池组的负极与第二直流母线连接，所述动力电池组的正极与电压转换单元的一端连接，所述电压转换单元的另一端与所述第二直流母线连接，所述方法包括：

在所述N个电池模组中的一个或多个电池模组发生故障时，通过所述开关组将所述一个或多个电池模组从所述串联电池组中脱开；以及，

在所述动力电池组中的至少一个电池模组脱开的情况下，对电压进行升压后输出到所述第一直流母线和/或第二直流母线上；

所述第一直流母线和所述第二直流母线与用电设备连接，所述动力电池组的正极与电容模组的一端连接，所述电容模组的另一端与所述第二直流母线连接，所述方法还包括：

通过所述电容模组储存所述用电设备回馈的电功率；以及，

在所述动力电池组输出的电功率不足时，通过所述电容模组输出补偿电功率，以使得输出至所述第一直流母线和所述第二直流母线的总电功率与所述用电设备的需求电功率相符合。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述开关组包括：N-1个第一开关以及N+1个第二开关，其中，在所述N个电池模组中的每两个相邻的电池模组之间设置有所述第一开关，前N个所述第二开关种的第i个所述第二开关的一端与第i个所述电池模组的正极连接，第i个所述第二开关的另一端与其他N个所述第二开关连接，1≥i≥N，第N+1个所述第二开关的一端与所述第二直流母线连接，所述在所述N个电池模组中的一个或多个电池模组发生故障时，通过所述开关组将所述一个或多个电池模组从所述串联电池组中脱开，包括：

当所述N个电池模组处于正常状态时，控制所述N-1个第一开关闭合，所述N+1个第二开关断开，使所述第一直流母线、所述N个电池模组以及所述第二直流母线连通；

当所述N个电池模组中的第i个电池模组发生故障时，控制第i个所述第一开关、所述第i个所述第二开关以及所述第i+1个所述第二开关闭合，使所述第i个电池模组从所述N个电池模组中脱开。

8.一种车辆，其特征在于，包括：权利要求4或5所述的复合电源。

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