CN112677906A - 一种电池系统、控制方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请涉及车辆换电技术领域，尤其涉及一种电池系统、控制方法及车辆。包括：壳体，所述壳体具有容置腔；至少一个电池模组，设置在所述容置腔内；直流变换器，设置在所述容置腔内，所述直流转换器与所述至少一个电池模组连接，用于将所述电池模组的电压转换为目标电压；电压控制器，用于控制所述直流变换器将所述电池模组的电压转换为目标电压。本申请实施例所述的电池系统，通过在电池系统壳体的内部集成直流变换器，并通过电压控制器控制直流变换器的输出电压，可将电池模组输出电压通过直流变换器变换为目标电压输出，从而使电池系统能够适配不同电压需求的车辆。

Description

一种电池系统、控制方法及车辆

技术领域

本申请涉及车辆换电技术领域，尤其涉及一种电池系统、控制方法及车辆。

背景技术

目前，对于电动汽车上的高压器件，如驱动电机、压缩机等，工作电压范围与电池的电压范围会进行匹配设计，使得在电池的电压范围内高压器件都能够正常工作。但由于目前电动汽车大部分为非换电车型，而且对于可换电车型也是匹配一种对应的电池，不存在电动汽车高压器件与电池电压不匹配的情况。随着换电技术的发展，机械接口与通讯协议逐渐标准化，换电电池逐渐标准化。但高压器件例如驱动电机其工作电压的设计受动力需求的功率、功率密度要求、减速比等因素的影响，不同的车型驱动电机的工作电压范围会有较大区别，且考虑到电力电子技术发展及减速器技术发展，新开发车型电机的工作电压范围随之变化。

目前动力电池的输出电压特性固定，即根据电池电量按照电池特性对应相应的输出电压。因而，随着不同车型高压器件工作电压范围而有较大差异，或随着新技术的发展新开发车型的高压器件的工作电压范围变化较大。综上分析，目前一种标准化的换电电池的电压范围很难适应不同车型，且很难适应技术的发展带来的电压工作范围改变。而换电电池虽然在机械接口与通讯协议上已经标准化使用，但如果电池电压范围与高压器件工作范围不匹配，则如果电池电压范围超出高压器件工作电压范围，则高压器件无法工作，车辆无法运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的电池系统无法适配不同电压需求的车辆的问题。

为解决上述技术问题，第一方面，本申请实施例公开了一种电池系统，包括：

壳体，所述壳体具有容置腔；

至少一个电池模组，设置在所述容置腔内；

直流变换器，设置在所述容置腔内，所述直流转换器与所述至少一个电池模组连接，用于将所述电池模组的电压转换为目标电压；

电压控制器，用于控制所述直流变换器将所述电池模组的电压转换为目标电压。

进一步的，所述直流变换器为升降压双向直流变换器。

进一步的，所述容置腔内设有多个电池模组，多个所述电池模组互相连接形成共同的模组输出端。

进一步的，所述直流变换器具有变换器输入端，所述模组输出端与所述变换器输入端连接。

进一步的，所述直流变换器具有变换器输出端，所述壳体上设有电池输出端，所述变换器输出端与所述电池输出端连接；

所述电池输出端还用于与车辆连接。

进一步的，所述电压控制器包括电压控制指令接收模块，所述电压控制指令接收模块用于接收电压控制指令。

进一步的，所述电压控制器还包括直流变换器控制模块，所述直流变换器控制模块用于根据电压控制指令控制所述直流变换器将所述电池模组的电压转换为目标电压。

进一步的，所述电池模组包括多个电芯，所述电芯为铅酸蓄电池电芯、镍氢电池电芯、钠硫电池电芯、二次锂电池电芯、空气电池电芯、三元锂电池电芯中的至少一种。

第二方面，本申请实施例公开了一种电池系统的控制方法，包括：

接收电压控制指令，所述电压控制指令中携带有目标电压，所述目标电压根据装载电池系统的车辆的工作状态确定；所述电池系统包括具有容置腔的壳体和设置在所述容置腔内的电池模组和直流变换器；

根据所述电压控制指令控制所述直流变换器将所述电池模组的电压转换为目标电压。

第三方面，本申请实施例公开了一种车辆，所述车辆包括电池系统安装结构和电压控制指令发送模块，所述电池系统安装结构用于安装可更换的电池系统，电压控制指令发送模块用于发送电压控制指令，所述电压控制指令用于控制所述电池系统输出与所述车辆的工作状态匹配的目标电压。

本申请实施例提供的电池系统、控制方法及车辆，具有如下技术效果：

本申请实施例所述的电池系统，通过在电池系统壳体的内部集成直流变换器，并通过电压控制器控制直流变换器的输出电压，可将电池模组输出电压通过直流变换器变换为目标电压输出，从而使电池系统能够适配不同电压需求的车辆。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本申请实施例提供的一种电池系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种电池系统的控制方法的流程图；

以下对附图作补充说明：

101-壳体；102-电池模组；103-直流变换器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

车辆动力电池的输出电压由电池电量根据电池特性对应固定电压，目前的车辆主要为非换电车辆，动力电池与车辆绑定，不存在动力电池适用于不同电压平台车辆的问题。而动力电池与车辆在设计的时候会考虑到高压器件的电压适用范围能够涵盖动力电池的电压范围，因此不会考虑到将动力电池的输出电压设置为可调。此外，对于目前的换电车辆来说，基本上都是每种动力电池与特定型号的车辆匹配，即单一动力电池适用于单一型号的车辆，不存在动力电池适用于不同电压平台车辆的问题。而如果考虑到动力电池的平台化应用，除了通讯接口、机械接口等需要统一标准之外，动力电池的电压同样需要能够适应不同电压平台的车辆，否则无法做到平台化应用。

请参阅图1，图1是本申请实施例提供的一种电池系统的结构示意图，本申请实施例公开了一种电池系统，包括：壳体101，壳体101具有容置腔；至少一个电池模组102，设置在容置腔内；直流变换器103，设置在容置腔内，直流转换器与至少一个电池模组102连接，用于将电池模组102的电压转换为目标电压；电压控制器，用于控制直流变换器103将电池模组102的电压转换为目标电压。

针对目前车辆动力电池的输出电压由电池电量根据电池特性对应固定电压，无法与所有换电车辆的高压器件的工作电压进行适应性的匹配，导致无法实现一种动力电池适用于不同的换电车辆。本申请实施例所述的电池系统，通过在电池系统壳体101的内部集成直流变换器103，并通过电压控制器控制直流变换器103的输出电压，可将电池模组102输出电压通过直流变换器103变换为目标电压输出，从而使电池系统能够适配不同电压需求的车辆，实现一种动力电池能够适用于不同车型的换电车辆。从而使换电站能够对不同电压平台车辆进行换电，有利于新能源车辆的推广。

本申请实施例所述的电池系统，如图1所示，为可应用于换电车辆的动力电池包。电池系统的壳体101为具有容置腔的盒状或筒状结构，可选的，容置腔具有一个侧面，即壳体101为圆筒状结构；可选的，容置腔具有两个以上侧面，即壳体101为多边柱状体、多边台状体等，在一些实施例中还可以是多边锥状体。壳体101包括底板和侧板，侧板的底部边沿或靠近底部的位置与底板连接围成容置腔，可选的，壳体101包括一块侧板，一块侧板按照预设形状折弯形成一个至多个侧面；可选的，壳体101包括多块侧板，多块侧板连接形成容置腔的多个侧面。电池模组102设置在容置腔内，容置腔内设置有至少一个电池模组102。直流变换器103DC/DC变换器与电池模组102连接，直流变换器103用于将电池模组102输出的与电池本身特性相关的输出电压转换为能够适配不同电压需求车辆的目标电压，该目标电压为动力电池驱动电动车辆正常行驶工作时的需求工作电压。直流变换器103设置在容置腔内，以便于使电池系统能够适配换电站快速对车辆更换动力电池，实现电池系统的集成化。电压控制器用于控制直流变换器103，使直流变换器103输出目标电压。可选的，电压控制器为特定的环境下在接口所限定范围内能够执行一个或多个逻辑接点任务的实体。可选的，电压控制器为智能电子设备Intelligent Electronic Device，IED。电压控制器可以设置在壳体101的容置腔内，也可设置在容置腔外，为了便于电池系统适用于换电，优选的，电压控制器设置在壳体101的容置腔内。

本申请实施例中，现有的电池系统内，为了保证电池系统的充放电安全，通常会在电池系统设置主正接触器、主负接触器以及预充电路，而本申请实施例所述的电池系统，在电池系统内集成DC/DC，由于电池系统内包含DC/DC能够实现动力电池对外输出电压的控制，所以电池系统内可省去主正接触器和主负接触器。此外，由于电池系统内包含DC/DC能够实现电压逐渐上升，所以动力电池系统内可省去预充电路，简化电池系统结构，降低成本。

直流变换器103为升降压双向直流变换器103。

本申请实施例中，直流变换器103可以为升压变换器，也可以为降压变换器，优选的，直流变换器103为升降压双向直流变换器103。具体可根据电池模组102的输出电压以及换电车辆的常用驱动电压范围选择。目前市面上的电动车辆的适配动力电池的输出电压为300V-500V，而由于采用不同电池材料制成的电芯具有不同的输出电压，电芯的连接方式不同也会使电池模组102的输出电压不同，本申请实施例不对电池模组102的输出电压作出限制，电池系统的最终输出电压与电池模组102的输出电压无关，而是与直流变换器103相关。作为一种示例，电池模组102的输出电压为300V，待换电车辆的适配电压为500V，电池模组102的输出电压通过直流变换器103升压转换为500V的目标电压，从而实现适配待换电车辆。作为另一种示例，电池模组102的输出电压为500V，待换电车辆的适配电压为300V，电池模组102的输出电压通过直流变换器103降压转换为300V的目标电压，从而实现适配待换电车辆。作为另一种示例，电池模组102的输出电压为800V，电池模组102的输出电压高于常见的现有换电车辆的适配电压，电池模组102的输出电压通过直流变换器103降压转换为目标电压，从而实现适配更多型号的换电车辆。当然，以上仅仅是对直流变换器103选择做出的举例，并非限制本申请实施中电池模组102的输出电压为300V-800V，同样的，也并非限制本申请实施例中的直流变换器103可变换的目标电压范围为300V-500V，本领域技术人员应该明白电池模组102的输出电压可以更高或更低，直流变换器103可变换的目标电压可以更高或更低。

容置腔内设有多个电池模组102，多个电池模组102互相连接形成共同的模组输出端。

本申请实施例中，电池系统的壳体101内可能设置了多个电池模组102，以提高电池系统的电池容量，多个电池模组102可以通过串联的方式连接，也可以通过并联的方式连接。优选的，多个电池模组102中部分电池模组102串联后再与剩余的电池模组102并联。多个电池模组102连接后形成共同的模组输出端。

如图1所示，直流变换器103具有变换器输入端，模组输出端与变换器输入端连接。

本申请实施例中，模组输出端与变换器输入端导电连接。模组输出端包括模组正极输出端和模组负极输出端，变换器输入端包括变换器正极输入端和变换器负极输入端，模组正极输出端与变换器正极输入端连接，模组负极输出端与变换器负极输入端连接。

如图1所示，直流变换器103具有变换器输出端，壳体101上设有电池输出端，变换器输出端与电池输出端连接；电池输出端还用于与车辆连接。

本申请实施例中，电池输出端用于与车辆连接，实现将直流变换器103变换后的目标电压向车辆输出。变换器输出端与电池输出端导电连接。变换器输出端包括变换器正极输出端和变换器负极输出端，电池壳体101上设有电池输出端，可选的，壳体101包括具有容置腔的盒体和盖板构成，电池输出端设置在盖板上。电池输出端包括电池正极输出端和电池负极输出端，变换器正极输出端与电池正极输出端连接，变换器负极输出端与电池负极输出端连接。在一些实施例中，还可以在壳体101上设置通孔，直接将变换器输出端由壳体101内部伸出作为电池系统的正负极输出端。

电压控制器包括电压控制指令接收模块，电压控制指令接收模块用于接收电压控制指令。

本申请实施例中，直流变换器103的功能为将电池模组102的输出电压变换为与车辆适配的目标电压，而目标电压通过电压控制器获取。具体的，电压控制器中的电压控制指令接收模块通过接收车辆发送的电压控制指令，然后对电压控制指令进行解析从而获取目标电压。

电压控制器还包括直流变换器103控制模块，直流变换器103控制模块用于根据电压控制指令控制直流变换器103将电池模组102的电压转换为目标电压。

本申请实施例中，电压控制指令接收模块通过接收并解析电压控制指令获取目标电压的信息，然后通过直流变换器103控制模块指令控制直流变换器103将电池模组102的电压转换为目标电压。在一些实施例中，电压控制指令中还可以为包含有目标电压信息和上电信息或下电信息。如果电压控制指令接收模块解析电压控制指令得到上电信息和不为0的高压目标电压信息，则直流变换器103控制模块指令控制直流变换器103逐渐输出该不为0的高压目标电压。如果电压控制指令接收模块解析电压控制指令得到下电信息和目标电压为0的信息，则直流变换器103控制模块指令控制直流变换器103将电池系统输出电压逐步减小为0。

电池模组102包括多个电芯，电芯为铅酸蓄电池电芯、镍氢电池电芯、钠硫电池电芯、二次锂电池电芯、空气电池电芯、三元锂电池电芯中的至少一种。

本申请实施例中，电池模组102为多个电芯连接组合而成，本申请实施例所述的电池系统内的电芯为能够用于驱动车辆且适用于制作换电电池包的电芯，比如蓄电池，就目前的电池技术发展来说，蓄电池适用于纯电动汽车。

本申请实施例还提供了一种电池系统的控制方法，图2为本申请实施例提供的一种电池系统的控制方法流程图，如图2所示，该方法包括：

S201：接收电压控制指令，电压控制指令中携带有目标电压，目标电压根据装载电池系统的车辆的工作状态确定；电池系统包括具有容置腔的壳体101和设置在容置腔内的电池模组102和直流变换器103；

本申请实施例中，电池系统为上述实施方式中的电池系统。电压控制器中的电压控制指令接收模块接收车辆端发送的电压控制指令。可选的，电压控制指令是由设置在车辆上的整车控制器根据车辆上的高压器件，如驱动电机、压缩机等器件的工作电压范围计算得到适配于该车辆的驱动电压，并将该驱动电压作为目标电压发送给电压控制器。可选的，该车辆为可换电车辆。可选的，如果车辆上的高压器件，如驱动电机、压缩机等器件工作参数没有发生变化的情况下，整车控制器通过一次计算得到适配于该车辆的驱动电压后，即可将该驱动电压存储，此后在需要向电压控制器发送目标电压时，整车控制器可直接读取存储的驱动电压作为目标电压发送给电压控制器。在一些实施例中，还可以每台车辆下线前，在整车控制器预先设置驱动电压，此后在需要向电压控制器发送目标电压时，整车控制器可直接读取存储的驱动电压作为目标电压发送给电压控制器。

S203：根据电压控制指令控制直流变换器103将电池模组102的电压转换为目标电压。

本申请实施例中，电压控制器中的电压控制指令接收模块通过接收车辆发送的电压控制指令，然后对电压控制指令进行解析从而获取目标电压，然后通过直流变换器103控制模块指令控制直流变换器103将电池模组102的电压转换为目标电压。

在一个可选的实施方式中，整车控制器根据整车的工作电压范围及整车运行效率等因素确定电池系统输出的目标电压，整车控制器根据整车的工作状态向电池系统内的电压控制器发送电压控制指令，电压控制指令中包含了车辆当前是否需要送电的信息以及目标电压。电压控制器接收到电压控制指令后，根据电压控制指令判断电池系统是否应输出高压，如果需要输出高压则控制直流变换器103输出电压逐渐升高直至目标电压，如果不需要输出高压则控制直流变换器103输出电压为0。

本申请实施例还提供了一种车辆，车辆包括电池系统安装结构和电压控制指令发送模块，电池系统安装结构用于安装可更换的电池系统，电压控制指令发送模块用于发送电压控制指令，电压控制指令用于控制电池系统输出与车辆的工作状态匹配的目标电压。

本申请实施例中，车辆中设有电池系统，关于电池系统的实施方式请参考上述描述电池系统的全部方式。

本申请实施例中，与常规车辆不同的是，上述车辆中设有电压控制指令发送模块，用于向电池系统发送电压控制指令。

本申请实施例所述的电池系统、控制方法及车辆，具有如下优点：

1、通过集成DC/DC在电池系统内，使得电池系统输出电压能够根据整车的工作电压范围进行调整，实现了换电电池能够适用于不同电压范围的车型。

2、集成DC/DC在电池系统内，能够实现电池系统输出电压的分断控制及电压逐渐上升，相对于无DC/DC的电池系统，可省去主正接触器、主负接触器、预充电路；此外，对于设有接触器的电池系统来说接触器控制电池停止输出时，在带载分断时容易造成接触器粘连，本申请实施例所述的电池系统，通过DC/DC控制电池系统停止输出，不存在粘连的问题，可实现带载分断；

3、由于在电池系统内集成DC/DC，因此电池系统不需要预充电路，所以不会出现直流母线电容不同导致的预充电阻烧毁，且能够适用不同母线电容容值的车型；

4、无DC/DC的电池系统其输出电压会随着电量的变化而变化，而电机驱动系统的效率与电池输出电压有关，因而在部分工况下电池输出电压降低时电机驱动系统效率会下降，而本申请实施例所述的电池系统，集成DC/DC的电池系统的输出电压能够保持恒定，使得在同样的工况下电机驱动系统工作效率提高。

需要说明的是：上述本申请实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池系统，其特征在于，包括：

壳体(101)，所述壳体(101)具有容置腔；

至少一个电池模组(102)，设置在所述容置腔内；

直流变换器(103)，设置在所述容置腔内，所述直流转换器与所述至少一个电池模组(102)连接，用于将所述电池模组(102)的电压转换为目标电压；

电压控制器，用于控制所述直流变换器(103)将所述电池模组(102)的电压转换为目标电压。

2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述直流变换器(103)为升降压双向直流变换器(103)。

3.根据权利要求2所述的电池系统，其特征在于，所述容置腔内设有多个电池模组(102)，多个所述电池模组(102)互相连接形成共同的模组输出端。

4.根据权利要求3所述的电池系统，其特征在于，所述直流变换器(103)具有变换器输入端，所述模组输出端与所述变换器输入端连接。

5.根据权利要求4所述的电池系统，其特征在于，所述直流变换器(103)具有变换器输出端，所述壳体(101)上设有电池输出端，所述变换器输出端与所述电池输出端连接；

所述电池输出端还用于与车辆连接。

6.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述电压控制器包括电压控制指令接收模块，所述电压控制指令接收模块用于接收电压控制指令。

7.根据权利要求6所述的电池系统，其特征在于，所述电压控制器还包括直流变换器(103)控制模块，所述直流变换器(103)控制模块用于根据电压控制指令控制所述直流变换器(103)将所述电池模组(102)的电压转换为目标电压。

8.根据权利要求1-7任一项所述的电池系统，其特征在于，所述电池模组(102)包括多个电芯，所述电芯为铅酸蓄电池电芯、镍氢电池电芯、钠硫电池电芯、二次锂电池电芯、空气电池电芯、三元锂电池电芯中的至少一种。

9.一种电池系统的控制方法，其特征在于，包括：

接收电压控制指令，所述电压控制指令中携带有目标电压，所述目标电压根据装载电池系统的车辆的工作状态确定；所述电池系统包括具有容置腔的壳体(101)和设置在所述容置腔内的电池模组(102)和直流变换器(103)；

根据所述电压控制指令控制所述直流变换器(103)将所述电池模组(102)的电压转换为目标电压。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括电池系统安装结构和电压控制指令发送模块，所述电池系统安装结构用于安装可更换的电池系统，电压控制指令发送模块用于发送电压控制指令，所述电压控制指令用于控制所述电池系统输出与所述车辆的工作状态匹配的目标电压。

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