CN109677267B - 用于车辆的电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的电池系统包括：电池组件，其包括至少一个第一电池模块和至少一个第二电池模块；第一继电器，其在第一结点和在第一电池模块的第一端和第二电池模块的第一端中的一个之间闭合/断开，其中，第二电池模块的第一端连接到第一电池模块的第二端；第二继电器，其在第二结点和第二电池模块的第二端之间闭合/断开；转换器，其对结点之间的电压进行转换；第三继电器，其在所述转换器和第一电池模块的第一端之间闭合/断开；第四继电器，其在第一电池模块的第一端和地之间闭合/断开；以及电池管理器，其根据车辆的行驶状态和模块的能量存储量来控制继电器。

Description

用于车辆的电池系统
技术领域
本申请涉及一种用于车辆的电池系统，更具体地，涉及一种高压-低压集成的电池系统，其将用于提供驱动动力的高压电池系统与用于将电力提供到车辆的电子负载等的低压电池系统集成。
背景技术
通常，具有用于将驱动动力提供到车轮的电动机的环保车辆(比如，混合动力车辆、电动车辆、燃料电池车辆等)具有高压电池，以提供用于电动机的高压能量。具体地，高压指的是比用于起动发动机驱动的车辆或者用于将电力提供到电子负载的电池的电压(通常，在11至14V的范围)相对更高的电压。
因此，环保车辆通常分别具有用于运行电动机的高压电池和用于将电力供应到电子负载的低压电池。对用于分开的高压电池和低压电池的独立的电力系统进行管理导致系统的尺寸变大，因此效率降低。
为了解决该问题，利用由数个单元或模块组成的单个电池组件，已经提出了常规的高压-低压集成系统，其中，组成高压电池的数个电池模块的部分用于低压电力供应。
然而，常规的高压-低压集成系统的问题在于：包括在单个电池组件中的数个模块之间的荷电状态存在不平衡，因此，系统的效率或者鲁棒性变差，并且运行变得不稳定。
前面的内容仅仅旨在帮助对本申请的背景的理解，而不旨在意指本申请落在已为本领域技术人员所公知的现有技术的范围之内。
发明内容
因此，本申请提出一种用于车辆的电池系统，其针对车辆的每种状态而适当地进行电池状态控制，使得组成高压电池的数个电池模块中的部分可以稳定并且有效地用于低压系统，从而可以以集成的方式对高压系统和低压系统进行管理。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提出一种用于车辆的电池系统，所述系统包括：电池组件，其包括至少一个第一电池模块和至少一个第二电池模块，所述至少一个第一电池模块和所述至少一个第二电池模块彼此串联地连接；第一继电器，其在第一结点与第一电池模块的第一端和第二电池模块的第一端中的一个之间闭合/断开，其中，第二电池模块的第一端连接到第一电池模块的第二端；第二继电器，其在第二结点和第二电池模块的第二端之间闭合/断开；转换器，其对所述第一结点与所述第二结点之间的电压进行转换，以输出经转换的电压；第三继电器，其在所述转换器的输出端和第一电池模块的第一端之间闭合/断开；第四继电器，其在第一电池模块的第一端和地之间闭合/断开；以及电池管理器，其根据车辆的行驶状态以及第一电池模块和第二电池模块的能量存储量来控制第一继电器至第四继电器。
在本申请的实施方案中，所述第一结点和所述第二结点可以连接到逆变器的输入端，其中，所述逆变器将电池组件的直流电转换成交流电，从而将交流电提供到车辆的驱动电机。
在本申请的实施方案中，所述第一结点和所述第二结点可以接收用于对第一电池模块和第二电池模块进行充电的充电电力。
在本申请的实施方案中，所述转换器的输出端可以连接到车辆的电子元件的电力输入端。
在本申请的实施方案中，第一电池模块的容量可以大于第二电池模块的容量。
在本申请的实施方案中，在车辆的电力接通关断的情况下，当通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值小于零时，所述电池管理器可以将所述第一继电器控制为将所述第一结点连接到第二电池模块的第一端，可以将所述第二继电器控制为将所述第二结点连接到第二电池模块的第二端，并可以将所述第三继电器和所述第四继电器控制为闭合，并且所述电池管理器可以使所述转换器运行，以通过利用存储在第二电池模块中的能量来对第一电池模块进行充电，从而使得第一电池模块的能量存储量达到预先设置的参考值。
在本申请的实施方案中，在车辆的电力接通关断的情况下，当通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值超过预先设置的参考值时，所述电池管理器可以使第一电池模块放电，从而使得第一电池模块的能量存储量达到所述预先设置的参考值。
在本申请的实施方案中，所述电池管理器可以通过对第一电池模块进行被动平衡而使第一电池模块放电，从而使得第一电池模块的能量存储量达到所述预先设置的参考值。
在本申请的实施方案中，在车辆的电力接通关断的情况下，当通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值等于预先设置的参考值时，所述电池管理器可以将所述第一继电器和所述第二继电器控制为使得所述第一结点和所述第二结点处于空置状态，并且可以将所述第三继电器和所述第四继电器控制为闭合，而在将所述第三继电器和所述第四继电器控制为闭合之后，当第一电池模块的能量存储量等于或小于预先设置的阈值时，所述电池管理器可以将所述第三继电器和所述第四继电器控制为断开。
在本申请的实施方案中，在车辆点火接通之后，当从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值等于或者大于零并且等于或者小于预先设置的参考值时，所述电池管理器可以将所述第一继电器控制为将所述第一结点连接到第一电池模块的第一端，可以将所述第二继电器控制为将所述第二结点连接到第二电池模块的第二端，并且可以将所述第三继电器和所述第四继电器控制为断开。
在本申请的实施方案中，在车辆点火接通之后，当通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值超过预先设置的参考值时，所述电池管理器可以使第一电池模块放电，从而使得第一电池模块的能量存储量达到所述预先设置的参考值。
在本申请的实施方案中，所述电池管理器可以通过对第一电池模块进行被动平衡而使第一电池模块放电，从而使得第一电池模块的能量存储量达到所述预先设置的参考值。
在本申请的实施方案中，当车辆在第一电池模块放电期间行驶时，所述电池管理器可以将所述第一继电器控制为将所述第一结点连接到第二电池模块的第一端，并且可以将所述第二继电器控制为将所述第二结点连接到第二电池模块的第二端，直到第一电池模块放电到所述预先设置的参考值为止，从而将存储在第二电池模块中的能量提供到车辆的驱动电机。
在本申请的实施方案中，在车辆点火接通之后，当从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值小于零时，所述电池管理器可以将所述第一继电器控制为将所述第一结点连接到第二电池模块的第一端，并且可以将所述第二继电器控制为将所述第二结点连接到第二电池模块的第二端，从而将存储在第二电池模块中的能量提供到车辆的驱动电机。
在本申请的实施方案中，当充电电力从外部经由所述第一结点和所述第二结点供应时，所述电池管理器可以将所述第一继电器控制为将所述第一结点连接到第二电池模块的第一端，可以将所述第二继电器控制为将所述第二结点连接到第二电池模块的第二端，并可以将所述第三继电器和所述第四继电器控制为闭合，并且所述电池管理器可以使所述转换器运行，以通过利用存储在第二电池模块中的能量来对第一电池模块进行充电。
在本申请的实施方案中，所述系统可以进一步包括：第五继电器，其在第一电池模块的第二端和第二电池模块的第一端之间闭合/断开；其中，当所述第一继电器在所述第一结点和第一电池模块的第一端之间闭合时，所述电池管理器可以使所述第五继电器闭合，而当所述第二继电器在所述第二结点和第二电池模块的第一端之间闭合，或者第二结点处于空置状态时，所述电池管理器可以使所述第五继电器断开。
在本申请的实施方案中，所述预先设置的参考值可以是通过从第一电池模块的容量中减去第二电池模块的容量而获得的值。
根据另一个方面，提供一种用于车辆的电池系统，所述系统包括：电池组件，其包括至少一个第一电池模块和至少一个第二电池模块，所述至少一个第一电池模块和所述至少一个第二电池模块具有彼此不同的容量；输入/输出端，其中，第一电池模块的能量或为第一电池模块的能量和第二电池模块的能量的总和的能量选择性地施加到所述输入/输出端；转换器，其对施加到所述输入/输出端的所述电池组件的能量的电压进行转换，并且选择性地将经转换的电压提供到第一电池模块；以及电池管理器，其根据车辆的行驶状态以及第一电池模块和第二电池模块的能量存储量来确定所述电池组件与所述输入/输出端之间的电连接以及所述转换器与第一电池模块之间的电连接。
在本申请的实施方案中，所述电池管理器可以确定所述电池组件与所述输入/输出端之间的电连接以及所述转换器与第一电池模块之间的电连接，从而使得通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值处于预先设置的参考范围内。
根据又一个方面，提供一种用于车辆的电池系统，所述系统包括：电池组件，其包括至少一个第一电池模块和至少一个第二电池模块，所述至少一个第一电池模块和所述至少一个第二电池模块彼此串联地连接；第一继电器，其在所述电池组件的第一端和第一结点之间闭合/断开；第二继电器，其在所述电池组件的第二端和第二结点之间闭合/断开；转换器，其对所述第一结点和所述第二结点之间的电压进行转换，以输出经转换的电压；第三继电器，其在所述转换器的输出端和第一电池模块的第一端之间闭合/断开；第四继电器，其在第一电池模块的第一端和地之间闭合/断开；以及电池管理器，其根据车辆的行驶状态以及第一电池模块和第二电池模块的能量存储量来控制所述第一继电器至所述第四继电器。
在本申请的实施方案中，第一电池模块的容量可以大于第二电池模块的容量。
在本申请的实施方案中，在车辆的电力接通关断的情况下，当通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值小于零时，所述电池管理器可以将所述第一继电器至所述第四继电器控制为闭合，并且可以使所述转换器运行，以通过利用存储在所述电池组件中的能量来对第一电池模块进行充电，从而使得第一电池模块的能量存储量达到预先设置的参考值。
在本申请的实施方案中，在车辆的电力接通关断的情况下，当通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值超过预先设置的参考值时，所述电池管理器可以通过对第一电池模块进行被动平衡而使第一电池模块放电，从而使得第一电池模块的能量存储量达到所述预先设置的参考值。
在本申请的实施方案中，在车辆的电力接通关断的情况下，当通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值等于预先设置的参考值时，所述电池管理器可以将所述第一继电器和所述第二继电器控制为断开，并且将所述第三继电器和所述第四继电器控制为闭合，而在将所述第三继电器和所述第四继电器控制为闭合之后，当第一电池模块的能量存储量等于或小于预先设置的阈值时，所述电池管理器可以将所述第三继电器和所述第四继电器控制为断开。
在本申请的实施方案中，在车辆点火接通之后，当通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值等于或者大于零并且等于或者小于预先设置的参考值时，所述电池管理器可以将所述第一继电器和所述第二继电器控制为闭合，并且将所述第三继电器和所述第四继电器控制为断开。
在本申请的实施方案中，在车辆点火接通之后，当通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值超过预先设置的参考值时，所述电池管理器可以通过对第一电池模块进行被动平衡而使第一电池模块放电，从而使得第一电池模块的能量存储量达到所述预先设置的参考值。
在本申请的实施方案中，当充电电力从外部经由所述第一结点和所述第二结点而供应时，所述电池管理器可以将所述第一继电器至所述第四继电器控制为闭合，并且可以使所述转换器运行，以通过利用存储在所述电池组件中的能量来对第一电池模块进行充电。
在本申请的实施方案中，所述预先设置的参考值可以是通过从第一电池模块的容量中减去第二电池模块的容量而获得的值。
根据用于车辆的电池系统，组成用于车辆的高压系统的一个电池组件的数个电池模块的部分可以用于低压系统。而且，用于低压的电池模块的容量显著大于其余电池模块中的每个的容量，并且根据车辆的行驶状态和低压电池模块与其余的电池模块之间的能量存储量的偏差来确定用于高压电力的电池模块，从而可以解决比如将电池组件的一些模块用于低压所需的平衡的问题。
根据用于车辆的电池系统，不需要单独的低压电池，从而在车辆中不再需要单独的低压电池所需要的空间，进而可以容易制造电池系统并且可以降低制造成本。
而且，根据用于车辆的电池系统，用于低压的模块也可以用于高压，从而高压电力的总容量增加，由此可以增加里程和发动机动力。
附图说明
通过下面结合附图所呈现的具体实施方式，将会更为清楚地理解本申请的以上和其它目的、特征以及其他优点，在这些附图中：
图1为示出根据本申请的实施方案的用于车辆的电池系统的结构图；
图2为示出在车辆的电力接通关断中的根据本申请的实施方案的用于车辆的电池系统的运行的流程图；
图3为详细示出图2的确定模块的能量存储量的过程的流程图；
图4为示出在车辆的点火接通(IG ON)的状态中的根据本申请的实施方案的用于车辆的电池系统的运行的流程图，其中E1为模块(110)的能量存储量，而E2为模块(121)的能量存储量；
图5为示出在车辆的充电状态中的根据本申请的实施方案的用于车辆的电池系统的运行的流程图；以及
图6和图7为示出根据本申请的各个实施方案的用于车辆的电池系统的结构图。
具体实施方式
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
本文中所使用的术语仅出于描述具体实施方案的目的并且并不旨在限制本申请。此处所使用的单数形式“一个”和“这个”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚指明了另外的情况。应该进一步理解的是，当被用在本说明书中时，术语“包括”和/或“包含”，指定存在陈述的特征、数值、步骤、操作、元件、和/或零件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、数值、步骤、操作、元件、零件、和/或其组合。此处所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列出的项目的任何和全部组合。全文中，除非明确地记载了相反的情况，词语“包括”及其变型(比如，“包含”或“具有”)，应被理解成表示包括所述元件而不排除任何其他元件。另外，本说明书中描述的术语“单元”、“…器”、“…设备”、“模块”指的是用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可以通过硬件组件、软件组件或及其组合来实现。
此外，本申请的控制逻辑可以实施为在包含通过处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非易失性计算机可读介质。计算机可读媒介的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读媒介也可以分布在网络联接的计算机系统中，使得计算机可读媒介以分布式进行存储和执行，例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)。
下文中，将参考附图对用于车辆的电池系统进行详细的描述。
图1为示出根据本申请的实施方案的用于车辆的电池系统的结构图。
参照图1，根据本申请的实施方案的用于车辆的电池系统可以包括：电池组件10、多个继电器R1至R4、转换器40和电池管理器100，其中，电池组件10具有多个电池模块110和121至123，电池管理器100根据车辆的状态而控制继电器R1至R4的状态。
电池组件10可以形成一个封装单元，其包括彼此串联地电连接的多个电池模块110和121至123。也即，电池组件10设置为在外观上为一个结构的铸件(casting)的形状，并且多个电池模块110和121至123在电池组件10的内部彼此串联地电连接。
电池组件10中包括的多个电池模块可以包括第一电池模块110和第二电池模块121至123。在图1中，第一电池模块110显示为一个电池模块，但是，其可以实现为具有相同容量并且彼此串联地电连接的多个电池模块。另外，在图1中，第二电池模块121至123显示为多个电池模块，但是其可以实现为一个电池模块。
具体地，第一电池模块110是输出电压与车辆的低压电子负载的电力具有相等的水平的电池模块，并且是包括在电池组件10中的模块之一，但是可以用作低压电池。因此，可取为，第一电池模块110比第二电池模块121至123中的每个具有更大的容量。
如本文中所使用的，电池模块的术语“容量”可以指可以存储在电池模块中的最大能量。也即，在制造每个电池模块时对容量进行预先设置，并且可以根据包括在电池模块中的电池单元的数量来确定容量。当设置多个第一电池模块时，可取为，各容量彼此相等。当设置多个第二电池模块时，可取为，各容量彼此相等。
第一电池模块110的第一端C1和第一电池模块110的第二端连接到第二电池模块121至123的第一端C2和第二电池模块121至123的第二端C3。第一端C2和第二端C3可以选择性地借助第一继电器R1和第二继电器R2而电连接到第一结点N1和第二结点N2。为了便于解释，第一电池模块110的第一端称为第一接触点C1，第二电池模块121至123的第一端称为第二接触点C2，而第二电池模块121至123的第二端称为第三接触点C3。
第一继电器R1和第二继电器R2可以提供或者阻断第一至第三接触点C1至C3与第一和第二结点N1和N2之间的电连接。第一继电器R1可以在第一结点N1与第一接触点C1和第二接触点C2中的一个之间闭合/断开。例如，根据电池管理器100的控制，第一继电器R1可以将第一结点N1连接到第一接触点C1，或者可以将第一结点N1连接到第二接触点C2，或者可以不将第一结点N1连接到第一接触点C1和第二接触点C2中的任意一个，从而使第一结点N1处于空置(floating)状态。
第二继电器R2可以在第三接触点C3和第二结点N2之间闭合/断开。例如，根据电池管理器100的控制，第二继电器R2可以将第二结点N2连接到第三接触点C3，或者可以将第二结点N2与第三接触点C3分开。
第一结点N1和第二结点N2可以提供电池系统的输入端和输出端。也即，第一结点N1和第二结点N2可以连接到逆变器(或者包括逆变器的电机控制单元)20的输入端，其中，逆变器将电池电力进行转换并将其提供到高压电机30，从而使车辆可以行驶。而且，第一结点N1和第二结点N2可以连接到高压充电器60的输出端，其中，高压充电器60从外部接收电力并使其转换成为用于电池充电的电力。而且，第一结点N1和第二结点N2可以连接到转换器40的输入端，其中，转换器40将高压转换成低压，从而将较低的电压提供到低压电子元件50。
转换器40将从电池组件10所接收的高压转换成低压，从而将较低的电压提供到低压电子元件50作为电力，或者提供用于电池组件10中包括的第一组的电池模块110的充电电压。转换器40是将直流高压转换成直流低压的转换器，并且可以称为低压DC-DC转换器(LDC)。
第三继电器R3和第四继电器R4是用于确定用于实现低压电池的第一组的两端的电连接状态的继电器。第三继电器R3可以在转换器40的输出端与第一组的第一端之间闭合/断开，而第四继电器R4可以在第一组的第二端(也即，与第二组的连接端)与地之间闭合/断开。
电池系统的上述整体运行可以由电池管理器100执行。电池管理器100可以通过根据第一电池模块110与第二电池模块121至123的能量存储量和车辆的状态(也即，车辆是否起动、是否行驶、是否充电等)来控制第一至第四继电器R1至R4的状态，从而使高压-低压集成系统稳定地运行。
下文中，将参照图2至图5对根据本申请的各种实施方案的电池管理器100的控制操作(也即，电池系统的运行)进行描述。
首先，图2和图3为示出在车辆的电力接通关断(key-off)状态中的根据本申请的实施方案的用于车辆的电池系统的运行的流程图。
在本申请的实施方案中，在车辆的行驶终止的电力接通关断的情况下，在步骤S31，电池管理器100确定电池模块110和121至123的能量存储量。在步骤S31的确定是将第一电池模块110的能量存储量与第二电池模块121至123中的一个(在图2至图5中为121)的能量存储量进行比较并且将差值控制为预先设置的参考值的过程。
图3为详细示出图2的确定模块的能量存储量的过程的流程图。
参照图3，当开始在步骤S31对模块的能量存储量的确定时，在步骤S311，电池管理器100确定第一电池模块110的能量存储量是否等于或小于第二电池模块121的能量存储量。
当在步骤S311确定为第一电池模块110的能量存储量等于或小于第二电池模块121的能量存储量时，在步骤S312，确定通过从第一电池模块110的能量存储量中减去第二电池模块121的能量存储量而获得的值是否等于预先设置的参考值A。
当通过从第一电池模块110的能量存储量中减去第二电池模块121的能量存储量而获得的值等于预先设置的参考值A时，结束对能量存储量的确定。
当在步骤S312，通过从第一电池模块110的能量存储量中减去第二电池模块121的能量存储量而获得的值不同于预先设置的参考值A(也即，通过从第一电池模块110的能量存储量中减去第二电池模块121的能量存储量而获得的值小于预先设置的参考值A)时，在步骤S314，电池管理器100将第一继电器R1连接到第二电池模块121至123的第一端C2，将第二继电器R2连接到第二电池模块121至123的第二端C3并且闭合第三和第四继电器R3和R4。接下来，在步骤S315，电池管理器100使转换器工作，从而通过利用第二电池模块121至123中存储的能量对第一电池模块110进行充电。通过利用第二电池模块121至123中存储的能量对第一电池模块110进行充电，直到通过从第一电池模块110的能量存储量中减去第二电池模块121的能量存储量而获得的值达到预先设置的参考值A为止。
具体地，预先设置的参考值A可以是通过从第一电池模块110的容量中减去第二电池模块121的容量而获得的值。也即，包括在电池组件10中的第一电池模块110利用第二电池模块121至123而作为高压电池工作，并且也通过其自身而作为用于低压电子负载的低压电池而工作。因此，第一电池模块110比第二电池模块121至123中的每个具有更大的容量。可以根据在电池工作期间保持初始状态(电池模块的制造状态)下的两个电池模块之间的容量差这一可取情况来确定参考值。
同时，当在步骤S311第一电池模块110的能量存储量不等于或小于第二电池模块121的能量存储量(也即，第一电池模块110的能量存储量超过第二电池模块121的能量存储量)时，在步骤S313消耗在第一电池模块110中存储的能量。在本申请的实施方案中，电池管理器100可以通过对第一电池模块110进行被动平衡(passive balancing)而使第一电池模块110放电，从而消耗在第一电池模块110中存储的能量。
在步骤S313执行对在第一电池模块110中存储的能量的消耗之后，电池管理器100重复确定步骤S311和S312。由此，第一电池模块110中存储的能量与第二电池模块121中存储的能量之间的差达到参考值A。
再次参照图2，当结束在步骤S31对能量存储量的确定时，在步骤S33，电池管理器100将第一继电器R1和第二继电器R2控制为不与特定端接触，从而使第一结点N1和第二结点N2处于空置状态，并且闭合第三继电器R3和第四继电器R4，从而在第一电池模块110和低压电子元件50之间提供电连接。也即，通过上述一系列的过程，通过在步骤S31确定能量存储量而将作为低压电池工作的第一电池模块110的能量存储量控制为最佳状态，并且随后，第一电池模块作为用于低压电子元件50的电源工作。
在步骤S33控制继电器R1至R4之前，可以在步骤S32确定第一电池模块110中存储的能量是否处于预先设置的范围内，从而确认对能量存储量的确定S31是否恰当地执行。
在步骤S33提供第一电池模块110和低压电子元件50之间的电连接之后，电池管理器100监视第一电池模块110的能量存储量。当第一电池模块110的能量存储量等于或小于预先设置的阈值时，电池管理器100断开第三和第四继电器R3和R4，从而避免第一电池模块110的额外放电。具体地，预先设置的阈值可以是第二电池模块121的能量存储量。
图4为示出在车辆的点火接通(IG ON)的状态中的根据本申请的实施方案的用于车辆的电池系统的运行的流程图。
参照图4，当起动车辆(IG ON)时，在步骤S41，电池管理器100可以确定通过从第一电池模块110的能量存储量中减去第二电池模块121的能量存储量而获得的值是否处于等于或者大于零并且等于或者小于预先设置的参考值A的范围内。
在本申请的实施方案中，对电池模块的能量存储量进行控制，从而使通过从第一电池模块110的能量存储量中减去第二电池模块121的能量存储量而获得的值保持在等于或者大于零并且等于或者小于预先设置的参考值A的范围内。也即，当在行驶期间第一电池模块110的容量大于第二电池模块121的容量时，第一和第二电池模块110和121至123保持可以通过再生制动而提供最大能量的状态。如上所述，参考值A可以是通过从第一电池模块110的容量中减去第二电池模块121的容量而获得的值。
当通过从第一电池模块110的能量存储量中减去第二电池模块121的能量存储量而获得的值处于等于或者大于零并且等于或者小于预先设置的参考值A的范围内时，在步骤S42，电池管理器100将第一继电器R1控制为使第一结点N1连接到第一电池模块110的第一端，将第二继电器R2控制为使第二结点N2连接到第二电池模块123的第二端，并且将第三和第四继电器R3和R4控制为断开，从而电池组件10可以用作用于车辆的驱动电机30的电源。
在车辆点火接通之后，当在步骤S43通过从第一电池模块110的能量存储量中减去第二电池模块121的能量存储量而获得的值超过预先设置的参考值A时，在步骤S44，电池管理器100可以使第一电池模块110放电，以使第一电池模块110的能量存储量为预先设置的值。例如，在步骤S44，电池管理器100可以通过对第一电池模块110进行被动平衡而使第一电池模块110放电。
当在第一电池模块110放电期间车辆行驶时，在步骤S47，电池管理器100将第一继电器R1控制为将第一结点N1连接到第二电池模块121的第一端，并且将第二继电器R2控制为将第二结点N2连接到第二电池模块123的第二端，直到第一电池模块110放电到参考值A为止。也即，当第一电池模块110的能量存储量放电到参考值A时，电池管理器100可以将存储在第二电池模块121至123(除了第一电池模块110以外)中的能量提供至车辆的驱动电机。当在步骤S46，第一电池模块110的放电结束时，在步骤S42，电池管理器100将第一继电器R1控制为将第一结点N1连接到第一电池模块110的第一端，将第二继电器R2控制为将第二结点N2连接到第二电池模块123的第二端，并且将第三和第四继电器R3和R4控制为断开，从而电池组件10可以用作用于车辆的驱动电机30的电源。
在车辆点火接通之后，当通过从第一电池模块110的能量存储量中减去第二电池模块121的能量存储量而获得的值小于零时，表明第一电池模块110的能量存储量不足，并且因此第一电池模块110不能用作高压电池的一部分。也即，在车辆点火接通之后，当通过从第一电池模块110的能量存储量中减去第二电池模块121的能量存储量而获得的值小于零时，在步骤S48，电池管理器100将第一继电器R1控制为将第一结点N1连接到第二电池模块121的第一端，并且将第二继电器R2控制为将第二结点N2连接到第二电池模块123的第二端，直到第一电池模块110放电到参考值A为止。
在车辆点火接通之后，电池管理器100可以根据用于将电力供应到驱动电机30的电池模块来控制电池组件10的荷电状态(SOC)。例如，当电池管理器100将第一继电器R1控制为将第一结点N1连接到第一电池模块110的第一端并且将第二继电器R2控制为将第二结点N2连接到第二电池模块123的第二端从而使得电池组件10作为用于车辆的驱动电机30的电源而工作时，在步骤S42，电池管理器100根据第一电池模块110和第二电池模块121至123两者来控制电池的荷电状态。当电池管理器100将第一继电器R1控制为将第一结点N1连接到第二电池模块121的第一端并且将第二继电器R2控制为将第二结点N2连接到第二电池模块123的第二端从而使得仅第二电池模块121至123作为用于驱动电机30的电源而工作时，电池管理器100可以仅根据第二电池模块121至123(除了第一电池模块110以外)来控制电池的荷电状态。
图5为示出在车辆的充电状态中的根据本申请的实施方案的用于车辆的电池系统的运行的流程图。
参照图5，当来自外部的充电电力经由充电器60而供应到第一结点N1和第二结点N2时，在步骤S51，电池管理器100将第一继电器R1控制为将第一结点N1连接到第二电池模块121的第一端，将第二继电器R2控制为将第二结点N2连接到第二电池模块123的第二端，并且将第三和第四继电器R3和R4控制为闭合。具体地，在步骤S52，转换器40运行，并且转换器40将第二电池模块121至123中存储的能量转换成低压，以将低压提供到第一电池模块110，从而对第一电池模块110进行充电。
在步骤S53，当各个荷电状态达到设置值(比如，100％)时，完成充电。
在完成充电之后，可以如图2至图4中所示根据车辆的状态对继电器R1至R4进行控制。
图6和图7为示出根据本申请的各个实施方案的用于车辆的电池系统的结构图。
图6中所示的实施方案是将第一电池模块110和第二电池模块121之间的继电器R5增加到图1中所示的实施方案的结构。当第一继电器R1连接到第二电池模块121的第一端，并且第二继电器R2连接到第二电池模块123的第二端时，继电器R5可以阻断第一电池模块110和第二电池模块121至123之间的电连接。具体地，当第三和第四继电器R3和R4闭合，以通过利用第二电池模块121至123中存储的能量对第一电池模块110进行充电时，电池管理器100可以将继电器R5控制为断开。继电器R5设置为防止高压回路和低压回路之间的电介质击穿。
图7中所示的实施方案是从图1中所示的实施方案中去除第二接触点C2(第二接触点C2是第二电池模块121的第一端)的结构。在图7的实施方案中，可以通过第一继电器R1来确定第一电池模块110的第一端C1与第一结点N1之间的电气闭合/断开，并且可以通过第二继电器R2来确定第二电池模块123的第二端C3与第二结点N2之间的电气闭合/断开。
在图7的实施方案中，被控制为连接到第一接触点C1的第一继电器R1可以代替图1所示的实施方案中的被控制为连接到第二接触点C2的第一继电器R1。例如，在图3的步骤S314，在图4的步骤S47和S48，以及在图5的步骤S51，可以将第一继电器R1控制为连接到第一电池模块110的第一端C1。
如上所述，在根据本申请的各个实施方案的用于车辆的电池系统中，将组成用于车辆的高压系统的一个电池组件的数个电池模块中的部分用于低压系统。而且，用于低压的电池模块的容量显著大于其余电池模块中的每个的容量，并且根据车辆的行驶状态以及低压电池模块与其余电池模块之间的能量存储量的偏差来确定用于高压电力的电池模块，从而可以解决比如使用用于低压的电池组件的一些模块所需的平衡的问题。
而且，在根据本申请的各个实施方案的用于车辆的电池系统中，不需要单独的低压电池，从而在车辆中不再需要单独的低压电池所需的空间，进而容易制造电池系统并且可以降低制造成本。
而且，在根据本申请的各个实施方案的用于车辆的电池系统中，用于低压的模块也可以用于高压，从而高压电力的总容量增加，由此可以增加里程和发动机动力。
尽管出于说明的目的已对本申请的优选实施方案进行了描述，但是本领域一般技术人员应当理解，各种修改、增加和替换是可能的，并不脱离所附权利要求中所公开的本申请的范围和精神。

Claims (19)

1.一种用于车辆的电池系统，所述系统包括：
电池组件，其包括至少一个第一电池模块和至少一个第二电池模块，所述至少一个第一电池模块和所述至少一个第二电池模块彼此串联地连接；
第一继电器，其在第一结点与第一电池模块的第一端和第二电池模块的第一端中的一个之间闭合/断开，其中，第二电池模块的第一端连接到第一电池模块的第二端；
第二继电器，其在第二结点与第二电池模块的第二端之间闭合/断开；
转换器，所述转换器的输入端与所述第一结点和所述第二结点连接，所述转换器的输出端与第三继电器和地连接，所述转换器对所述第一结点和所述第二结点之间的电压进行转换，并且选择性地将经转换的电压提供到第一电池模块用于给第一电池模块充电；
第三继电器，其在所述转换器的输出端与第一电池模块的第一端之间闭合/断开；
第四继电器，其在第一电池模块的第二端与地之间闭合/断开；以及
电池管理器，其根据车辆的行驶状态以及第一电池模块和第二电池模块的能量存储量来控制所述第一继电器至所述第四继电器。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的电池系统，其中，所述第一结点和所述第二结点连接到逆变器的输入端，所述逆变器将电池组件的直流电力转换成交流电力，从而将交流电力提供到车辆的驱动电机。
3.根据权利要求1所述的用于车辆的电池系统，其中，所述第一结点和所述第二结点接收用于对第一电池模块和第二电池模块进行充电的充电电力。
4.根据权利要求1所述的用于车辆的电池系统，其中，所述转换器的输出端连接到车辆的电子元件的电力输入端。
5.根据权利要求1所述的用于车辆的电池系统，其中，第一电池模块的容量大于第二电池模块的容量。
6.根据权利要求5所述的用于车辆的电池系统，其中，在车辆的电力接通关断的情况下，当通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值小于零时，所述电池管理器将所述第一继电器控制为将所述第一结点连接到第二电池模块的第一端，将所述第二继电器控制为将所述第二结点连接到第二电池模块的第二端，并将所述第三继电器和所述第四继电器控制为闭合，并且所述电池管理器使所述转换器运行，以通过利用存储在第二电池模块中的能量来对第一电池模块进行充电，从而使得第一电池模块的能量存储量达到预先设置的参考值。
7.根据权利要求5所述的用于车辆的电池系统，其中，在车辆的电力接通关断的情况下，当通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值超过预先设置的参考值时，所述电池管理器使第一电池模块放电，从而使得第一电池模块的能量存储量达到所述预先设置的参考值。
8.根据权利要求7所述的用于车辆的电池系统，其中，所述电池管理器通过对第一电池模块进行被动平衡而使第一电池模块放电，从而使得第一电池模块的能量存储量达到所述预先设置的参考值。
9.根据权利要求5所述的用于车辆的电池系统，其中，在车辆的电力接通关断的情况下，当通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值等于预先设置的参考值时，所述电池管理器将所述第一继电器和所述第二继电器控制为使得所述第一结点和所述第二结点处于空置状态，并且将所述第三继电器和所述第四继电器控制为闭合，并且
在将所述第三继电器和所述第四继电器控制为闭合之后，当第一电池模块的能量存储量等于或小于预先设置的阈值时，所述电池管理器将所述第三继电器和所述第四继电器控制为断开。
10.根据权利要求5所述的用于车辆的电池系统，其中，在车辆点火接通之后，当通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值等于或者大于零并且等于或者小于预先设置的参考值时，所述电池管理器将所述第一继电器控制为将所述第一结点连接到第一电池模块的第一端，将所述第二继电器控制为将所述第二结点连接到第二电池模块的第二端，并且将所述第三继电器和所述第四继电器控制为断开。
11.根据权利要求5所述的用于车辆的电池系统，其中，在车辆点火接通之后，当通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值超过预先设置的参考值时，所述电池管理器使第一电池模块放电，从而使得第一电池模块的能量存储量达到所述预先设置的参考值。
12.根据权利要求11所述的用于车辆的电池系统，其中，所述电池管理器通过对第一电池模块进行被动平衡而使第一电池模块放电，从而使得第一电池模块的能量存储量达到所述预先设置的参考值。
13.根据权利要求11所述的用于车辆的电池系统，其中，当在第一电池模块放电期间车辆行驶时，所述电池管理器将所述第一继电器控制为将所述第一结点连接到第二电池模块的第一端，并且将所述第二继电器控制为将所述第二结点连接到第二电池模块的第二端，直到第一电池模块放电到所述预先设置的参考值为止，从而将存储在第二电池模块中的能量提供到车辆的驱动电机。
14.根据权利要求5所述的用于车辆的电池系统，其中，在车辆点火接通之后，当通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值小于零时，所述电池管理器将所述第一继电器控制为将所述第一结点连接到第二电池模块的第一端，并且将所述第二继电器控制为将所述第二结点连接到第二电池模块的第二端，从而将存储在第二电池模块中的能量提供到车辆的驱动电机。
15.根据权利要求5所述的用于车辆的电池系统，其中，当充电电力从外部经由所述第一结点和所述第二结点而供应时，所述电池管理器将所述第一继电器控制为将所述第一结点连接到第二电池模块的第一端，将所述第二继电器控制为将所述第二结点连接到第二电池模块的第二端，并将所述第三继电器和所述第四继电器控制为闭合，并且所述电池管理器使所述转换器运行，以通过利用存储在第二电池模块中的能量来对第一电池模块进行充电。
16.根据权利要求1所述的用于车辆的电池系统，进一步包括：
第五继电器，其在第一电池模块的第二端与第二电池模块的第一端之间闭合/断开；
其中，当所述第一继电器在所述第一结点与第一电池模块的第一端之间闭合时，所述电池管理器将所述第五继电器闭合，
当所述第二继电器在所述第二结点与第二电池模块的第一端之间闭合，或者所述第二结点处于空置状态时，所述电池管理器将所述第五继电器断开。
17.根据权利要求6所述的用于车辆的电池系统，其中，所述预先设置的参考值是通过从第一电池模块的容量中减去第二电池模块的容量而获得的值。
18.一种用于车辆的电池系统，所述系统包括：
电池组件，其包括至少一个第一电池模块和至少一个第二电池模块，所述至少一个第一电池模块和所述至少一个第二电池模块具有彼此不同的容量；
输入/输出端，其中，第一电池模块的能量或者第一电池模块的能量和第二电池模块的能量的总和的能量选择性地施加到所述输入/输出端；
转换器，其对施加到所述输入/输出端的电池组件的能量的电压进行转换，并且选择性地将经转换的电压提供到第一电池模块用于给第一电池模块充电；以及
电池管理器，其根据车辆的行驶状态以及第一电池模块和第二电池模块的能量存储量来确定所述电池组件与所述输入/输出端之间的电连接以及所述转换器与第一电池模块之间的电连接。
19.根据权利要求18所述的用于车辆的电池系统，其中，所述电池管理器确定所述电池组件与所述输入/输出端之间的电连接以及所述转换器与第一电池模块之间的电连接，使得通过从第一电池模块的能量存储量中减去第二电池模块的能量存储量而获得的值处于预先设置的参考范围内。
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