CN114142108A - 一种集成不同化学体系的电池系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成不同化学体系的电池系统，其包括：第一电池组，其包括若干串联和/或并联在一起的第一电池单体；第二电池组，其包括若干串联和/或并联在一起的第二电池单体；第一电池单体与第二电池单体在模组宽度或长度方向交替布置，第一电池单体的至少一个大面与第二电池单体的至少一个大面贴合；第一电池状态检测单元与第一电池组连接；第二电池状态检测单元与第二电池组连接；电池控制单元，其与车辆的整车控制单元、第一电池状态检测单元、第二电池状态检测单元、第一电池组、第二电池组分别连接，并根据第一电池状态检测单元和第二电池状态检测单元采集的电池参数和整车控制单元的指令控制第一电池组和第二电池组单独或共同向外输出功率。

Description

一种集成不同化学体系的电池系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种电池系统及其控制方法，尤其涉及一种集成不同化学体系的电池系统及其控制方法。
背景技术
近年来，随着化石能源的日益减少以及环境问题的日益严峻，人们对于新能源汽车的研发也变得越来越重视。新能源汽车的快速发展使得动力电池逐步地代替汽油而成为汽车的新动力源。
在新能源汽车中，由于锂离子电池相对于其它类型电池具有较高的能量密度和功率密度，因而锂离子电池目前是新能源汽车应用最为广泛的电池类型。其中，锂离子电池通常按正极材料类型进行分类，可分为磷酸铁锂电池、三元锂电池、四元锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池及镍锰酸锂电池等。
目前，在新能源汽车动力电池领域中，磷酸铁锂电池是应用最为广泛的锂离子电池类型之一，磷酸铁锂电池具有长寿命、高安全以及耐高温的优势，并且由于其具有更低的成本，从而大大降低了电动车与燃油车的差价，加速了电动车的普及；然而，磷酸铁锂电池低温性能很差，搭载磷酸铁锂电池的车辆在寒冷地区存在无法启动的可能，同时在如冬天的低温环境下，其续驶里程往往将会显著降低。
因此，尽管磷酸铁锂电池具有长寿命、高安全、低成本及耐高温的优势，但由于其自身存在的低温性能差的短板，使得搭载磷酸铁锂电池的电动车的应用存在明显的地域性，极大阻碍了磷酸铁锂电池在寒冷地区的应用和普及。
磷酸铁锂电池低温性能差是磷酸铁锂电池正极材料的固有特性，短期内很难研发出低温性能优异的磷酸铁锂电池，这限制了电动车的规模化发展。
在现有技术中，目前所采用的提高磷酸铁锂电池低温性能的策略主要是通过在低温环境下的加热策略实现对电池的加热，使电池维持在较为舒适的温度区间；但是，这种技术方案增加了大量能耗，并且漫长的加热时间造成用户体验较差，存在大量的用户抱怨。
为了克服上述问题，本发明期望获得一种集成不同化学体系的电池系统及其控制方法，其可以将如磷酸铁锂电池等低温性能差的电池组和低温性能较优的低温型电池组在同一电池模块中进行集成，并可以在电池系统层级形成双电池系统。基于设计好的电池系统，本发明进一步采用了特别设计的控制方法，以使电池系统在低温环境下利用低温型电池的自身热量并优选地配合叠加加热装置产生的热量对磷酸铁锂电池等低温性能不佳的电池进行立体加热，其缩短了传热路径，并节省了大量能耗，有效克服传统现有技术中电池系统存在的低温性能差的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种集成不同化学体系的电池系统，该电池系统可以将如磷酸铁锂电池等低温性能差的电池组和低温性能较优的低温型电池组在同一电池模块中进行集成，并可以在电池系统层级形成双电池系统。
该电池系统在低温环境下可以利用低温型电池组对另一个低温性能不佳的电池组进行加热，其可以缩短传热路径，节省大量能耗，有效克服传统现有技术中电池系统存在的低温性能差的问题。
为了实现上述目的，本发明提出了一种集成不同化学体系的电池系统，其包括：
第一电池组，其包括若干个串联和/或并联在一起的第一电池单体，，所述第一电池组具有正输出极和负输出极；
第二电池组，其包括若干个串联和/或并联在一起的第二电池单体，所述第二电池组为低温型电池组，所述第一电池组具有正输出极和负输出极；
其中，第一电池单体与第二电池单体在复合型双极电池模组的宽度或长度方向上交替布置，第一电池单体的至少一个大面与第二电池单体的至少一个大面贴合，以使得二者之间能够进行热传导；所述第一电池单体与第二电池单体具有不同的化学体系；
第一电池状态检测单元，其与第一电池组连接，以检测第一电池组的电池参数；
第二电池状态检测单元，其与第二电池组连接，以检测第二电池组的电池参数；
电池控制单元，其与第一电池状态检测单元、第二电池状态检测单元、第一电池组、第二电池组分别连接；所述电池控制单元还与车辆的整车控制单元连接；
其中，所述电池控制单元根据第一电池状态检测单元和第二电池状态检测单元采集的电池参数以及来自整车控制单元的指令控制第一电池组和第二电池组单独地或共同地向外输出功率；
所述电池参数包括：电压、电流、温度和荷电状态SOC。
在本发明上述技术方案中，本发明所述的电池系统包括有：第一电池组和第二电池组。其中，第一电池组和第二电池组所采用的是两种不同化学体系的电池，第一电池组可以选用为磷酸铁锂电池或其它低温性能差、寿命长的电池类型，第二电池组可以选用为低温性能良好的低温型电池组。
在本发明所述的电池系统中，第一电池组和选用为低温型电池组的第二电池组(低温型电池组)可以在同一电池模块中进行集成，并可以在电池系统层级形成双电池系统。
在集成获得的电池模块中，其可以包括若干个第一电池单体和若干个第二电池单体以及高压汇流排。其中，第一电池单体与第二电池单体可以在复合型双极电池模组的长度或宽度方向上交替布置，并且所有第一电池单体的至少一个大面(面积大于电池单体表面积的六分之一的面)与第二电池单体的至少一个大面贴合，以使得二者之间能够进行热传导。
当然，在一些优选实施方式中，还可以优选地在第一电池单体的大面和第二电池单体的大面之间加导热介质，导热介质可为导热胶或导热垫，导热介质还需具有可压缩性，以吸收电芯的膨胀。
在本发明中，所有第一电池单体可以通过高压汇流排以串联、并联或者串并联的形式进行电连接，以得到第一电池组；所有第二电池单体同样可以通过高压汇流排以串联、并联或者串并联的形式进行电连接，以得到第二电池组。
相应地，高压汇流排可以在集成获得的电池模块长度(L)方向的两端输出两对输出极，一对为第一电池组的正输出极和负输出极，另一对为第二电池组(低温型电池组)的正输出极和负输出极，形成双极电池模组。
相应地，除上述第一电池组、第二电池组外，本发明所述的电池系统还可以包括：第一电池状态检测单元、第二电池状态检测单元、DC/DC转换器、反向电流检测单元、加热装置及电池控制单元。
在本发明中，所述第一电池状态检测单元能够与第一电池组对应连接，第二电池状态检测单元能够与第二电池组(低温型电池组)对应连接，二者可以分别检测第一电池组和第二电池组的电压、电流、温度和荷电状态SOC(State of Charge)等电池参数。
在本发明中，本发明所述的电池控制单元能够与第一电池组、第二电池组、第一电池状态检测单元、第二电池状态检测单元、DC/DC转换器、反向电流检测单元、加热装置、车辆的整车控制单元、车辆的整车状态检测单元以及车辆的逆变器连接。其中，车辆的整车控制单元与整车状态检测单元连接，整车状态检测单元能够采集用户输入、整车需求功率、车速等信号并将信号传输到整车控制单元。
本发明所述的电池控制单元可以根据第一电池状态检测单元和第二电池状态检测单元采集的电池参数以及来自整车控制单元的指令控制第一电池组和第二电池组单独地或共同地向外输出功率，而后通过逆变器启动车辆的驱动模块，以驱动车辆。
进一步地，在本发明所述的电池系统中，还包括：加热装置，其与所述电池控制单元连接，所述加热装置基于电池控制单元的指令以至少对第一电池组进行加热，所述加热装置的加热面垂直于第一电池单体的大面。
进一步地，在本发明所述的电池系统中，还包括：DC/DC转换器，其与所述电池控制单元连接，所述DC/DC转换器还与第一电池组或第二电池组连接；当第一电池组和第二电池组共同地向外输出功率时，所述电池控制单元基于第一电池组和第二电池组的电压，控制DC/DC转换器进行升压或降压，以使第二电池组的电压与第一电池组的电压相等。
进一步地，在本发明所述的电池系统中，还包括：DC/DC转换器，其与所述电池控制单元连接和第二电池组分别连接；当第一电池组和第二电池组共同地向外输出功率时，所述电池控制单元基于第一电池组和第二电池组的电压，控制DC/DC转换器进行升压或降压，以使第二电池组的电压与第一电池组的电压相等。
进一步地，在本发明所述的电池系统中，还包括：反向电流检测单元，其与所述电池控制单元连接，所述反向电流检测单元还与第一电池组或第二电池组连接；当反向电流检测单元检测到第一电池组或第二电池组的反向电流信号时，电池控制单元控制具有反向电流信号的第一电池组或第二电池组停止向外输出功率。
进一步地，在本发明所述的电池系统中，所述第一电池组包括磷酸铁锂电池；并且/或者所述第二电池组包括锂离子电池和/或钠离子电池。
进一步地，在本发明所述的电池系统中，所述磷酸铁锂电池的正极材料为磷酸铁锂和/或改性磷酸铁锂；所述改性磷酸铁锂采用碳包覆、金属氧化物包覆或过渡金属元素掺杂的方式改性。
在本发明上述技术方案中，磷酸铁锂电池采用的正极材料可以为磷酸铁锂和改性磷酸铁锂中至少一种及其组合，且所述改性磷酸铁锂中的改性方法包括但不限于碳包覆、金属氧化物包覆及过渡金属元素掺杂等方式改性。
需要说明的是，在本发明中，上述改性时包覆的金属氧化物可以选自TiO2、ZrO2、Al2O3、MgO、Fe2O3中的一种或多种。改性时掺杂的过度金属元素可以选自Ti、Cr、Mn、Ni、Co和V中的一种或多种。
相应地，在本发明中，所述第二电池组选用低温型电池，低温型电池的低温性能优于磷酸铁锂电池，可为锂离子电池或钠离子电池，其中所述锂离子电池包括但不限于锰酸锂电池、镍锰酸锂电池、三元锂电池、四元锂电池及富锂锰基电池。
进一步地，在本发明所述的电池系统中，彼此贴合的第一电池单体的大面与第二电池单体的大面之间设有导热介质。
进一步地，在本发明所述的电池系统中，电池控制单元包括：第一主正开关、第二主正开关及主负开关，其中第一主正开关与第一电池组的正输出极连接，第二主正开关与第二电池组的正输出极连接，主负开关与第一电池组和第二电池组的负输出极连接。
在本发明上述技术方案中，本发明所述的电池控制单元还可以优选地包括：第一主正开关、第二主正开关及主负开关。其中，第一主正开关能够与第一电池组的正输出极连接，第二主正开关与第二电池组的正输出极连接，主负开关与第一电池组和第二电池组的负输出极连接。
本发明所述的电池控制单元可以根据第一电池状态检测单元和第二电池状态检测单元采集的两种电池的温度和荷电状态SOC等信号以及整车控制单元的指令(整车控制单元的指令与整车状态检测单元采集的用户输入信号有关)，通过控制第一主正开关、第二主正开关及主负开关的通断来控制第一电池组和第二电池组单独或共同向外输出功率。
在一些实施方式中，当电池控制单元控制第一主正开关和主负开关闭合且第二主正开关断开时，第一电池组可以单独向外输出功率；当电池控制单元控制第二主正开关和主负开关闭合且第一主正开关断开时，第二电池组可以单独向外输出功率；当电池控制单元控制第一、二主正开关及主负开关闭合时，第一电池组和第二电池组可以共同向外输出功率。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种上述电池系统的控制方法，该控制方法可以基于本发明上述设计好的电池系统实施，采用这种特别设计的控制方法可以使电池系统在低温环境下利用第二电池组(低温型电池组)的自身热量和/或加热装置产生的热量对采用磷酸铁锂电池等低温性能不佳的第一电池组进行立体加热，其缩短了传热路径，并节省了大量能耗，克服了传统现有技术中搭载磷酸铁锂电池的电池系统存在低温性能差的问题。
此外，本发明所述的控制方法对电池系统的电力输出进行了优化设计，其设计了多种不同的输出模式，以充分利用第一电池组在常温和高温下的高性能、长寿命优势，从而使电池系统具备优异的常温、高温性能的特点，有效延长电池系统的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明提出了上述电池系统的控制方法，其包括步骤：
当电池控制单元接收到整车控制单元传输的高功率模式指令时，电池控制单元控制第一电池组和第二电池组共同地向外输出功率；
当电池控制单元未接收到整车控制单元传输的高功率模式指令，并且第一电池组的温度高于设定的温度阈值时，并且第一电池组的荷电状态SOC高于设定的阈值时，电池控制单元控制第一电池组单独地向外输出功率；
当电池控制单元未接收到整车控制单元传输的高功率模式指令，并且第一电池组的温度低于设定的温度阈值或者第一电池组的荷电状态SOC低于设定的阈值时，电池控制单元控制第二电池组单独地向外输出功率。
在本发明上述技术方案中，本发明所述的控制方法对电池系统的电力输出进行了优化设计，其优选设计了三种不同的运行输出模式：
模式1：采用低温性能较差，但常温、高温性能较优的第一电池组单独运行；模式2：采用低温性能较优的第二电池组(低温型电池组)单独运行。在本发明中，电池系统在运行模式1或模式2时的最大输出功率由第一电池组或第二电池组的当前荷电状态SOC和温度决定。
模式3：对应电池系统的高功率输出模式，当电池控制单元接收到整车控制单元传输的高功率模式指令时，电池控制单元控制第一电池组和第二电池组共同地向外输出功率。
这意味着，在本技术方案中，当电池控制单元接收到高功率模式指令时，即运行模式3，当电池控制单元没有接收到高功率模式指令时，本发明所述的电池系统运行模式1或模式2。
需要说明的是，在本发明中，针对第一电池组荷电状态SOC设定的阈值m以及针对第二电池组荷电状态SOC设定的阈值n实际上是可以由本领域技术人员根据实际应用需求进行选择的；例如，在某些实施方式中，阈值m可以控制为50％或70％或其他值；当然，阈值n也可以控制为50％或70％或其他值。
相应地，在上述技术方案中，针对第一电池组设定的温度阈值t0，同样是可以由本领域技术人员根据实际应用需求进行选择的；例如：在某些实施方式中，温度阈值t0可以选用为0℃或10℃或其他值。
相较于现有技术，本发明所述的集成不同化学体系的电池系统及其控制方法具有如下所述的优点和有益效果：
(1)本发明所述的电池系统采用了优化的结构设计，其将所有低温性能不佳的第一电池单体的至少一个大面与低温性能较优的第二电池单体的至少一个大面贴合，并在低温条件下单独运行第二电池组(低温型电池组)，通过其自身产生的热量并优选地配合叠加加热装置的热量能够使得第一电池组得到立体式加热，使其温度迅速升高，为快速切换为单独运行第一电池组创造了条件，并且对第二电池组自生热量的充分利用，节省了大量能耗，有效克服传统现有技术中电池系统存在的低温性能差的问题，并且具备长寿命、低能耗的优势。
(2)本发明可通过简单的调整第一电池单体和第二电池单体的数量、尺寸、堆叠方式以及具体的材料配方，或者通过调整集成获得的电池模块的数量、尺寸以及布置方式，从而设计出不同带电量的第一电池组和第二电池组。
(3)在本发明所述的控制方法中，创新性设置三种运行模型并提供了模式切换方法：模式1(第一电池组单独运行)、模式2(第二电池组单独运行)及模式3(第一电池组和第二电池组共同运行)。
本发明所述的电池系统可根据在实际应用过程中用户的输入以及第一电池组和第二电池组的温度和荷电状态SOC来选择具体的运行模式；在常温和高温条件下，运行模式1(第一电池组单独运行)的使用策略，有效利用了如采用磷酸铁锂电池等低温性能不佳的第一电池组在常温和高温下性能优异且具有超长循环寿命的优势；在低温条件下，运行模式2(第二电池组单独运行)的使用策略，此时可以有效利用第二电池组(低温型电池组)在低温下性能优异的优势，从而大大提高整个电池系统的环境温度耐受性；在高功率模式下，电池系统运行模式3，此时第一电池组和第二电池组共同运行，使车辆兼具有强大的动力输出能力。
由此可见，本发明提供的集成不同化学体系的电池系统及其控制方法解决了传统现有技术中搭载磷酸铁锂电池的电池系统在低温下无法启动或者续航显著降低的问题，并且具备长寿命、低能耗的优势。
附图说明
图1示意性地显示了本发明所述的集成不同化学体系的电池系统在一种实施方式下集成获得的电池模块的结构示意图。
图2为本发明所述的集成不同化学体系的电池系统在一种实施方式下的高压电连接示意图。
图3示意性地显示了本发明所述的集成不同化学体系的电池系统在一种实施方式下的结构原理示意图。
图4为本发明所述的集成不同化学体系的电池系统在一种实施方式下对磷酸铁锂电池单体进行加热的示意图。
图5示意性地显示了本发明所述的集成不同化学体系的电池系统在一种实施方式下的运行模式切换原理图。
图6示意性地显示了本发明所述的集成不同化学体系的电池系统在一种实施方式下的控制流程。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的集成不同化学体系的电池系统及其控制方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
图1示意性地显示了本发明所述的集成不同化学体系的电池系统在一种实施方式下集成获得的电池模块的结构示意图。
如图1所示，在本实施方式中，电池模块中集成的两种不同化学体系的电池可以分别：为第一电池组选用的磷酸铁锂电池和第二电池组选用的低温型电池；其中，磷酸铁锂电池采用的正极材料为磷酸铁锂；低温型电池的低温性能好于磷酸铁锂电池，在本实施例中，上述低温型电池可以选用锂离子电池中的锰酸锂电池。
当然，在一些其他实施方式中，第一电池组选用的磷酸铁锂电池所采用的正极材料可以为改性磷酸铁锂；在某些实施方式中，第一电池组选用的磷酸铁锂电池所采用的正极材料也可以为：磷酸铁锂和改性磷酸铁锂。
相应地，在一些其他实施方式中，第二电池组选用的低温型电池还可以选用钠离子电池；在某些实施方式中，第二电池组选用的低温型电池也可以包括：锂离子电池和钠离子电池。
在上述技术方案中，改性磷酸铁锂中的改性方法包括但不限于碳包覆、金属氧化物包覆及过渡金属元素掺杂等方式改性。其中，上述改性时包覆的金属氧化物可以选自TiO2、ZrO2、Al2O3、MgO、Fe2O3中的一种或多种；改性时掺杂的过度金属元素可以选自Ti、Cr、Mn、Ni、Co和V中的一种或多种。
图1示意性地显示了集成获得的电池模块的结构，实际上，在本发明中，本发明所述的电池系统可以包括：若干个集成两种不同化学体系电池的电池模块和高压汇流排。其中，集成获得电池模块的数量、尺寸以及布置方式可以根据具体需求进行控制；在本实施方式中，电池系统中可以包括4个上述集成得到的电池模块。
在本发明所述电池系统中，集成得到的电池模块可以包括：若干个磷酸铁锂电池单体(第一电池单体，图1中以字符L表示)和若干个低温型电池单体(第二电池单体，图1中以字符D表示)以及高压汇流排(图1中未标出)；电池模块两端均布置一个低温型电池单体，每隔一个低温型电池单体布置两个磷酸铁锂电池单体，使得所有磷酸铁锂电池单体的一个大面(面积大于电池单体表面积的六分之一的面)与低温型电池单体的至少一个大面贴合，以使得二者之间能够进行热传导。
当然，在本实施方式中，本发明进一步优选地在磷酸铁锂电池单体的大面和低温型电池单体的大面之间添加了导热介质(图1中未示出)，导热介质可为导热胶或导热垫，导热介质还需具有可压缩性，以吸收电芯的膨胀。
在本发明中，所有第一电池单体可以通过高压汇流排以串联、并联或者串并联的形式进行电连接，以得到第一电池组；所有第二电池单体同样可以通过高压汇流排以串联、并联或者串并联的形式进行电连接，以得到第二电池组。
需要说明的是，在本实施方式中，所有磷酸铁锂电池单体通过高压汇流排以串联的形式进行电连接，所有低温型电池单体通过汇流排以串联的形式进行电连接；高压汇流排在电池模块长度(L)方向的两端输出两对输出极，一对为磷酸铁锂电池单体的正输出极和L+和负输出极和L-，另一对为低温型电池单体的正输出极D+和负输出极D-。
相应地，在本发明中，集成得到的电池模块可以进一步地与本发明所述电池系统中的部分其它部件进行高压电连接，相关高压电连接的示意图可以参阅下述图2。
图2为本发明所述的集成不同化学体系的电池系统在一种实施方式下的高压电连接示意图。
如图2所示，在本实施方式中，本发明所述的电池系统可以包括4个集成两种不同化学体系电池的电池模块3。除此之外，在本实施方式中，电池系统中还具有高压汇流排2、壳体1以及电池控制单元4。
其中，高压汇流排2用于对电池模块3的正输出极和负输出极进行电连接，所有电池模块3中的磷酸铁锂电池单体的正输出极和负输出极通过高压汇流排2进行串联连接，形成了磷酸铁锂电池组，即第一电池组；所有电池模块3中的低温型电池单体的正输出极和负输出极通过高压汇流排2进行串联连接，形成了低温型电池组，即第二电池组。
图3示意性地显示了本发明所述的集成不同化学体系的电池系统在一种实施方式下的结构原理示意图。
如图3所示，在本实施方式中，本发明所述的集成不同化学体系的电池系统可以包括：磷酸铁锂电池组(第一电池组)、低温型电池组(第二电池组)、磷酸铁锂电池状态检测单元(第一电池状态检测单元)、低温型电池状态检测单元(第二电池状态检测单元)、DC/DC转换器、反向电流检测单元、加热装置以及电池控制单元。
在本发明中，磷酸铁锂电池状态检测单元与磷酸铁锂电池组连接，低温型电池状态检测单元与低温型电池组连接，二者分可以分别检测磷酸铁锂电池组和低温型电池组的电池参数，以获得对应的电压、电流、温度、荷电状态SOC(State of Charge)参数。
在本实施例中，DC/DC转换器与所述电池控制单元连接和低温型电池组分别连接，当磷酸铁锂电池组和低温型电池组共同地向外输出功率时，电池控制单元能够基于磷酸铁锂电池组和低温型电池组的电压，控制DC/DC转换器进行升压或降压，以使低温型电池组的电压与磷酸铁锂电池组的电压相等。
当然，在其他的实施例中，DC/DC转换器也可以与电池控制单元和磷酸铁锂电池组分别连接，而不是与低温型电池组连接。
同样地，在本实施例中，反向电流检测单元与电池控制单元和低温型电池组分别连接，当反向电流检测单元检测到低温型电池组的反向电流信号时，电池控制单元能够控制具有反向电流信号的低温型电池组停止向外输出功率。
当然，在其他的实施例中，反向电流检测单元也可以与电池控制单元和磷酸铁锂电池组分别连接，而不是与低温型电池组连接。
在实施方式中，加热装置与电池控制单元连接，该加热装置能够基于电池控制单元的指令以对集成获得的电池模块进行加热，其至少保证了对于磷酸铁锂电池组的加热。加热装置可以优选地设置在电池模块的底部，其加热面的方向与第一电池单体的大面垂直。
在本发明中，电池控制单元与磷酸铁锂电池组、低温型电池组、磷酸铁锂电池状态检测单元、低温型电池状态检测单元、DC/DC转换器、反向电流检测单元、加热装置、车辆的整车控制单元、车辆的整车状态检测单元以及车辆的逆变器分别连接；其中，车辆的整车控制单元能够与整车状态检测单元连接，整车状态检测单元可以采集用户输入、整车需求功率、车速等信号并将信号传输到整车控制单元。
需要说明的是，本发明所述的电池控制单元的功能有：根据磷酸铁锂电池状态检测单元和低温型电池状态检测单元采集的两种电池的温度、荷电状态SOC等信号以及整车控制单元的指令(整车控制单元的指令与整车状态检测单元采集的用户输入信号有关)，控制磷酸铁锂电池组和低温型电池组单独或共同向外输出功率，并通过逆变器启动车辆的驱动模块，以驱动车辆。
图4为本发明所述的集成不同化学体系的电池系统在一种实施方式下对磷酸铁锂电池单体进行加热的示意图。
如图4所示，在本实施方式中，每隔一个低温型电池单体布置两个磷酸铁锂电池单体，加热装置优先设置在电池底部，加热装置设置方向与电池大面垂直，所有磷酸铁锂电池单体的一个大面(面积大于电池单体表面积的六分之一的面)与低温型电池单体的至少一个大面贴合，在磷酸铁锂电池单体的大面和低温型电池单体的大面之间加导热介质，以加速低温型电池的热量向磷酸铁锂电池传导。
在本发明中，本发明所述的低温型电池组由内阻和电化学反应所产生的自身热量叠加加热装置的热量，可以对相邻磷酸铁锂电池组进行立体加热，使磷酸铁锂电池单体迅速升温，通过这种特别设计的两种电池单体的堆叠方式减小了导热路径，节省了大量能耗。
图5示意性地显示了本发明所述的集成不同化学体系的电池系统在一种实施方式下的运行模式切换原理图。
如图5所示，在本实施方式中，本发明所述的电池控制单元可以进一步包括：第一主正开关、第二主正开关及主负开关。其中，第一主正开关与磷酸铁锂电池组的正输出极串联连接，第二主正开关与低温型电池组的正输出极串联连接，主负开关同时与磷酸铁锂电池组和低温型电池组的负极连接。
需要说明的是，在本实施方式中，电池控制单元通过控制第一主正开关、第二主正开关及主负开关的通断来控制磷酸铁锂电池组和低温型电池组单独或共同向外输出功率。
当第一主正开关和主负开关闭合且第二主正开关断开时，此时磷酸铁锂电池组接入高压回路，运行模式1，即磷酸铁锂电池组单独向外输出功率；当第二主正开关和主负开关闭合且第一主正开关断开时，此时低温型电池组接入高压回路，运行模式2，即低温型电池组单独向外输出功率；当第一、二主正开关及主负开关闭合时，此时磷酸铁锂电池组和低温型电池组共同接入高压回路，运行模式3，即磷酸铁锂电池组和低温型电池组共同向外输出功率。
图6示意性地显示了本发明所述的集成不同化学体系的电池系统在一种实施方式下的控制流程。
如图6所示，在本实施方式中，本发明对电池系统的电力输出进行了优化设计，其设计了三种不同的运行输出模式：
模式1：采用低温性能较差，但常温、高温性能较优的磷酸铁锂电池组(第一电池组)单独运行。
模式2：采用低温性能较优的低温型电池组(第二电池组)单独运行。
需要说明的是，在本发明中，电池系统在运行模式1或模式2时的最大输出功率由磷酸铁锂电池组或低温型电池组的当前荷电状态SOC和温度决定。
模式3：对应电池系统的高功率输出模式，当电池控制单元接收到整车控制单元传输的高功率模式指令时，电池控制单元控制磷酸铁锂电池组(第一电池组)和低温型电池组(第二电池组)共同地向外输出功率：
如果此时磷酸铁锂电池组的荷电状态SOC高于设定的阈值m时，且低温型电池组的荷电状态SOC高于设定的阈值n时，电池控制单元可以控制第一、二主正开关和主负开关闭合，以控制磷酸铁锂电池组和低温型电池组共同地向外输出功率；对外输出的最大功率为磷酸铁锂电池组可对外输出的最大功率与低温型电池组可对外输出的最大功率之和，磷酸铁锂电池组和低温型电池组的可对外输出的最大功率分别由磷酸铁锂电池组和低温型电池组的当前温度、SOC等决定。
如果电池控制单元未接收到整车控制单元传输的高功率模式指令，本发明所述的电池系统运行模式1或模式2。
在某些实施例中，当磷酸铁锂电池组的荷电状态SOC低于设定的阈值m或者低温型电池组的荷电状态SOC低于设定的阈值n时，本发明所述的电池系统运行模式1或模式2。
在某些实施例中，磷酸铁锂电池组的温度t低于设定的阈值t0，并且磷酸铁锂电池组的荷电状态SOC大于设定的阈值m时，电池控制单元控制第一主正开关和主负开关闭合，且第二主正开关断开，电池系统运行模式1，即电池控制单元控制磷酸铁锂电池组单独地向外输出功率。
此时，当电池控制单元未接收到整车控制单元传输的高功率模式指令，磷酸铁锂电池组的温度t低于设定的阈值t0，并且低温型电池组的荷电状态SOC大于设定的阈值n时，电池控制单元控制第二主正开关和主负开关闭合，第一主正开关断开，此时电池系统运行模式2，即电池控制单元控制低温型电池组单独地向外输出功率。同时，此时电池控制单元还可以控制开启加热装置，低温型电池单体由内阻和电化学反应所产生的自身热量叠加加热装置的热量立体加热相邻的磷酸铁锂电池单体，以使磷酸铁锂电池单体的温度逐渐上升，当其温度高于设定的阈值t0时，可切换为运行模式1，即电池控制单元控制磷酸铁锂电池单独地向外输出功率。
需要说明的是，当电池系统运行上述模式1或者模式2时，且磷酸铁锂电池组的荷电状态SOC小于预设的阈值m时或低温型电池组的荷电状态SOC小于预设的阈值n时，电池系统的模式切换不再受电池温度的影响，此时电池系统的模式1和模式2可依次运行，使电池系统能够对外输出所有可输出的电能，保证车辆的长续航。
在本发明中，针对第一电池组荷电状态SOC设定的阈值m以及针对第二电池组荷电状态SOC设定的阈值n实际上是可以由本领域技术人员根据实际应用需求，进行常规控制选择的；在本实施方式中，阈值m可以控制为5％，阈值n可以控制为10％。
相应地，在上述技术方案中，针对第一电池组设定的温度阈值t0，同样是可以由本领域技术人员根据实际应用需求，进行合理控制选择的；在本实施方式中，温度阈值t0可以选用为0℃。
结合上述图1-图6可以看出，本实施例通过将磷酸铁锂电池和低温性能优异的锰酸锂电池在同一电池模块中进行集成，并在电池系统层级形成双电池系统，同时采用特别设计的控制方法使电池系统在低温环境下利用锰酸锂电池的自生热量和加热装置产生的热量对磷酸铁锂电池进行立体加热，缩短了传热路径，节省了大量能耗，克服了搭载磷酸铁锂电池的电池系统存在低温性能差的问题，大大拓宽了电池系统的可用温度范围，同时充分利用了磷酸铁锂电池在常温和高温下的高性能、长寿命优势，使电池系统具备优异的常温、高温性能以及长寿命的特点。
此外，由于锰酸锂电池同样具有低成本优势，从而使整个电池系统的成本较低；需要指出的是虽然本实施例选用锰酸锂电池作为低温型电池，但在其他实施例中可以选择任何低温性能优于磷酸铁锂电池的电池类型。
在本发明中，本发明并不限定于上述实施例，操作人员可以通过调整第一电池单体和第二电池单体的数量、尺寸、堆叠的布置方式以及材料配方，或者通过调整电池模块的数量、尺寸以及布置方式产生其他实施例子，其均在本申请的保护范围之内。
需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种集成不同化学体系的电池系统，其特征在于，包括：
第一电池组，其包括若干个串联和/或并联在一起的第一电池单体，所述第一电池组具有正输出极和负输出极；
第二电池组，其包括若干个串联和/或并联在一起的第二电池单体，所述第二电池组为低温型电池组，所述第二电池组具有正输出极和负输出极；其中，第一电池单体与第二电池单体在复合型双极电池模组的宽度或长度方向上交替布置，第一电池单体的至少一个大面与第二电池单体的至少一个大面贴合，以使得二者之间能够进行热传导；所述第一电池单体与第二电池单体具有不同的化学体系；
第一电池状态检测单元，其与第一电池组连接，以检测第一电池组的电池参数；
第二电池状态检测单元，其与第二电池组连接，以检测第二电池组的电池参数；
电池控制单元，其与第一电池状态检测单元、第二电池状态检测单元、第一电池组、第二电池组分别连接；所述电池控制单元还与车辆的整车控制单元连接；
其中，所述电池控制单元根据第一电池状态检测单元和第二电池状态检测单元采集的电池参数以及来自整车控制单元的指令控制第一电池组和第二电池组单独地或共同地向外输出功率；
所述电池参数包括：电压、电流、温度和荷电状态SOC。
2.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于，还包括：加热装置，其与所述电池控制单元连接，所述加热装置基于电池控制单元的指令以至少对第一电池组进行加热，所述加热装置的加热面垂直于第一电池单体的大面。
3.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于，还包括：DC/DC转换器，其与所述电池控制单元连接，所述DC/DC转换器还与第一电池组或第二电池组连接；当第一电池组和第二电池组共同地向外输出功率时，所述电池控制单元基于第一电池组和第二电池组的电压，控制DC/DC转换器进行升压或降压，以使第二电池组的电压与第一电池组的电压相等。
4.如权利要求3所述的电池系统，其特征在于，还包括：DC/DC转换器，其与所述电池控制单元连接和第二电池组分别连接；当第一电池组和第二电池组共同地向外输出功率时，所述电池控制单元基于第一电池组和第二电池组的电压，控制DC/DC转换器进行升压或降压，以使第二电池组的电压与第一电池组的电压相等。
5.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于，还包括：反向电流检测单元，其与所述电池控制单元连接，所述反向电流检测单元还与第一电池组或第二电池组连接；当反向电流检测单元检测到第一电池组或第二电池组的反向电流信号时，电池控制单元控制具有反向电流信号的第一电池组或第二电池组停止向外输出功率。
6.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述第一电池组包括磷酸铁锂电池；并且/或者所述第二电池组包括锂离子电池和/或钠离子电池。
7.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述磷酸铁锂电池的正极材料为磷酸铁锂和/或改性磷酸铁锂；所述改性磷酸铁锂采用碳包覆、金属氧化物包覆或过渡金属元素掺杂的方式改性。
8.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于，彼此贴合的第一电池单体的大面与第二电池单体的大面之间设有导热介质。
9.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于，电池控制单元包括：第一主正开关、第二主正开关及主负开关，其中第一主正开关与第一电池组的正输出极连接，第二主正开关与第二电池组的正输出极连接，主负开关与第一电池组和第二电池组的负输出极连接。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的电池系统的控制方法，其特征在于，包括步骤：
当电池控制单元接收到整车控制单元传输的高功率模式指令时，电池控制单元控制第一电池组和第二电池组共同地向外输出功率；
当电池控制单元未接收到整车控制单元传输的高功率模式指令，并且第一电池组的温度高于设定的温度阈值时，并且第一电池组的荷电状态SOC高于设定的阈值时，电池控制单元控制第一电池组单独地向外输出功率；
当电池控制单元未接收到整车控制单元传输的高功率模式指令，并且第一电池组的温度低于设定的温度阈值或者第一电池组的荷电状态SOC低于设定的阈值时，电池控制单元控制第二电池组单独地向外输出功率。
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