CN114750594A - 一种电池系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池系统及车辆，其将动力电池均分为n个电芯组，检测电芯组的电压，配合无线充电模块和可控开关，用满足条件的电芯组替代低压蓄电池进行低压供电，不需要改变动力电池原本的电芯连接方式和高压输出端，与传统低压供电方式相比，仅需搭载一块动力电池就能实现对车辆上的低压电器系统供电，能取消低压蓄电池及DC‑DC转换器，降低整车制造及维护成本，增加整车的可使用空间。

Description

一种电池系统及车辆
技术领域
本发明属于新能源汽车电池技术领域，具体涉及一种电池系统及车辆。
背景技术
随着汽车技术的发展，低压蓄电池因其可反复充电的特性被广泛运用到车辆中，例如，利用低压蓄电池来进行车辆启动或者车辆监控等功能的供电。传统车辆是通过DC-DC转换器，将动力电池的高压电降压、整流、滤波后供给低压蓄电池充电和为低压电器系统供电。在车辆启动后，高压系统上电前，由低压蓄电池为整车需要供电的低压电器系统（包括各控制器、各高压继电器等）供电。低压蓄电池为现有技术中不可或缺的部件，没有低压蓄电池车辆无法上高压电；然而低压蓄电池密度低、体积大，抢占了汽车中本就不多的空间，并且其循环寿命短需要维护，报废铅酸蓄电池中的重金属铅还会污染环境及危害人体健康；另外，车辆长期停放时低压蓄电池亏电，导致只能外搭电源的情况也是时有发生。因此，车辆的低压蓄电池极大增加了整车制造和维护成本，降低了用车客户的体验感。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池系统及车辆，以降低整车制造及维护成本，增加车辆的可使用空间。
本发明所述的一种电池系统，包括控制器和动力电池，动力电池的两端作为高压输出端；该电池系统还包括n个可控开关、n个无线充电模块和n个电压传感器，每个无线充电模块包括无线充电发射电路和无线充电接收电路；将动力电池中的所有电芯均分为n组，形成n个电芯组，第i个电芯组、第i个可控开关的被控端和第i个无线充电模块的无线充电发射电路串联形成第i个低压供电回路，i依次取1至n的所有整数；n个无线充电模块的无线充电接收电路并联，且两端（即无线充电模块的无线充电接收电路的两端）作为低压输出端；n个可控开关的控制端和n个电压传感器与控制器连接，n个电压传感器与n个电芯组一一对应连接，n个电压传感器将检测的n个电芯组的电压发送给控制器，控制器根据n个电芯组的电压通过控制可控开关来控制满足条件的低压供电回路接通，使低压输出端输出低压电。利用电芯组通过无线充电的方式输出低压电，为整车低压电器系统供电，低压输出端与高压输出端各自独立（无直接的硬线线路连接关系），n个无线充电模块的无线充电接收电路并联，低压输出端输出的低压电为单个电芯组的电压，不会出现整个动力电池（高压）为低压电器系统供电的危险情况，安全性高。
优选的，为了减小低压输出端输出低压电的波动，所述电池系统还包括滤波稳压电路，滤波稳压电路与无线充电模块的无线充电接收电路并联（滤波稳压电路的两端也是与低压输出端连接）。
优选的，所述可控开关为继电器或者MOS管。
优选的，所述控制器根据n个电芯组的电压通过控制可控开关来控制满足条件的低压供电回路接通，使低压输出端输出低压电的具体方式为：
在整车工作时，控制器实时接收并判断n个电芯组的电压大小，若某个电芯组B'的电压最大（表示满足条件），则控制器控制电芯组B'所在的低压供电回路中的可控开关闭合，控制剩余的可控开关断开，电芯组B'所在的低压供电回路接通，低压输出端输出低压电；在低压输出端输出低压电的过程中，电芯组B'因持续放电而电压下降，若某个时刻电芯组B"的电压最大，则控制器控制电芯组B"所在的低压供电回路中的可控开关闭合，电芯组B"所在的低压供电回路接通，低压输出端继续输出低压电，延时第一预设时间（比如1s）后，控制器再控制电芯组B'所在的低压供电回路中的可控开关断开。
在整车休眠时，控制器控制各个可控开关保持进入休眠时刻的状态，低压输出端继续输出低压电，控制器每隔第二预设时间（比如1天、2天或者5天）接收并判断一次n个电芯组的电压大小，若此时电芯组B'"的电压最大，则控制器控制电芯组B"'所在的低压供电回路中的可控开关闭合，电芯组B"'所在的低压供电回路接通，低压输出端继续输出低压电，延时第一预设时间后，控制器再控制前一次处于闭合状态的可控开关断开；其中，所述第二预设时间大于第一预设时间。在整车休眠时的处理方式能避免一直使用同一个电芯组，而导致车辆静置过久使该电芯组馈电的情况发生，可避免因传统低压蓄电池馈电而导致整车无法启动的问题。
本发明所述的另一种电池系统，包括控制器和动力电池，动力电池的两端作为高压输出端；该动力电池还包括n个可控开关组和n个电压传感器，每个可控开关组内有两个可控开关；将动力电池中的所有电芯均分为n组，形成n个电芯组，第j个可控开关组与第j个电芯组对应，第j个可控开关组内的两个可控开关的被控端分别与第j个电芯组的两端连接，且作为低压输出端，j依次取1至n的所有整数；2n个可控开关的控制端和n个电压传感器与控制器连接，n个电压传感器与n个电芯组一一对应连接，n个电压传感器将检测的n个电芯组的电压发送给控制器，控制器根据n个电芯组的电压通过控制可控开关来控制满足条件的电芯组通过低压输出端输出低压电。
优选的，为了减小低压输出端输出低压电的波动，所述电池系统还包括滤波稳压电路，滤波稳压电路的两端与低压输出端连接。
优选的，所述控制器根据n个电芯组的电压通过控制可控开关来控制满足条件的电芯组通过低压输出端输出低压电的具体方式为：
在整车工作时，控制器实时接收并判断n个电芯组的电压大小，若某个电芯组B'的电压最大（表示满足条件），则控制器控制与电芯组B'连接的两个可控开关闭合，控制剩余的可控开关断开，电芯组B'通过低压输出端输出低压电；在低压输出端输出低压电的过程中，电芯组B'因持续放电而电压下降，若某个时刻电芯组B"的电压最大，则控制器控制与电芯组B"连接的两个可控开关闭合，同时控制与电芯组B'连接的两个可控开关断开，电芯组B"通过低压输出端输出低压电。
在整车休眠时，控制器控制各个可控开关保持进入休眠时刻的状态，低压输出端继续输出低压电，控制器每隔第二预设时间（比如1天、2天或者5天）接收并判断一次n个电芯组的电压大小，若此时电芯组B'"的电压最大，则控制器控制与电芯组B"'连接的两个可控开关闭合，同时控制前一次处于闭合状态的两个可控开关断开，电芯组B"'通过低压输出端输出低压电。在整车休眠时的处理方式能避免一直使用同一个电芯组，而导致车辆静置过久使该电芯组馈电的情况发生，可避免因传统低压蓄电池馈电而导致整车无法启动的问题。
本发明所述的车辆，包括上述电池系统。
本发明具有如下效果：
（1）将动力电池均分为n个电芯组，检测电芯组的电压，用满足条件的电芯组替代低压蓄电池进行低压供电，不需要改变动力电池原本的电芯连接方式和高压输出端，与传统低压供电方式相比，仅需搭载一块动力电池就能实现对车辆上的低压电器系统供电，取消了低压蓄电池及DC-DC转换器，降低了整车制造及维护成本，增加了整车的可使用空间，能增加用车客户的体验感。
（2）控制器接收并判断n个电芯组的电压大小，配合控制可控开关，始终采用电压最大的电芯组来提供低压电，避免了只采用同一个电芯组而导致该电芯组与其他电芯组之间的电压差过大进而影响动力电池寿命的情况出现。
附图说明
图1为实施例1中电池系统的电路原理框图。
图2为实施例2中电池系统的电路原理框图。
具体实施方式
实施例1：如图1所示的电池系统，包括控制器1、滤波稳压电路2（具体电路结构为现有技术）、动力电池、n个可控开关、n个无线充电模块和n个电压传感器；每个无线充电模块包括无线充电发射电路（具体电路结构为现有技术）和无线充电接收电路（具体电路结构为现有技术），可控开关为MOS管，可控开关也可以是继电器。动力电池的两端作为高压输出端（即图1中的HV+、HV-）。将动力电池中的所有电芯均分为n组，形成n个电芯组（理论上每个电芯组的初始电压是相等的，等于被取消的低压蓄电池的电压，比如24V）；如果动力电池的电压为480V，每个电芯组的理论电压为24V，则将动力电池均分为20组（即n=20），形成20个电芯组。第i个电芯组、第i个可控开关的被控端和第i个无线充电模块的无线充电发射电路串联形成第i个低压供电回路，i依次取1至n的所有整数，总共形成n个低压供电回路。n个无线充电模块的无线充电接收电路并联，滤波稳压电路2与无线充电模块的无线充电接收电路并联，无线充电模块的无线充电接收电路的两端作为低压输出端（即图1中的LV+、LV-）。n个可控开关的控制端和n个电压传感器与控制器1连接，n个电压传感器与n个电芯组一一对应连接，n个电压传感器将检测的n个电芯组的电压发送给控制器1，控制器1根据n个电芯组的电压通过控制可控开关来控制满足条件的低压供电回路接通，使低压输出端输出低压电。具体为：
在整车工作时，控制器1实时接收并判断n个电芯组的电压大小，若某个电芯组B'的电压最大（表示满足条件），则控制器1控制电芯组B'所在的低压供电回路中的可控开关闭合，控制剩余的可控开关断开，电芯组B'所在的低压供电回路接通，低压输出端输出低压电。在低压输出端输出低压电的过程中，电芯组B'因持续放电而电压下降，若某个时刻电芯组B"的电压最大，则控制器1控制电芯组B"所在的低压供电回路中的可控开关闭合，电芯组B"所在的低压供电回路接通，低压输出端继续输出低压电，延时1s后，控制器1再控制电芯组B'所在的低压供电回路中的可控开关断开。比如，图1中若当前电芯组B1的电压最大，则控制器1控制可控开关S1闭合，控制剩余的可控开关（即S2、...、Sn-1、Sn）断开，电芯组B1所在的低压供电回路接通，低压输出端输出低压电。在低压输出端输出低压电的过程中，电芯组B1因持续放电而电压下降，若某个时刻电芯组Bn的电压最大，则控制器1控制可控开关Sn闭合，可控开关S2、...、Sn-1保持断开状态不变，电芯组Bn所在的低压供电回路接通，低压输出端继续输出低压电，延时1s后，控制器1再控制可控开关S1断开。
在整车休眠时，控制器1控制各个可控开关保持进入休眠时刻的状态，低压输出端继续输出低压电，控制器1每隔2天接收并判断一次n个电芯组的电压大小，若此时电芯组B'"的电压最大，则控制器1控制电芯组B"'所在的低压供电回路中的可控开关闭合，电芯组B"'所在的低压供电回路接通，低压输出端继续输出低压电，延时1s后，控制器1再控制前一次处于闭合状态的可控开关断开。比如，图1中若进入休眠时刻可控开关S1闭合，剩余的可控开关（即S2、...、Sn-1、Sn）断开，则保持这个状态，低压输出端继续输出低压电。控制器1每隔2天接收并判断一次n个电芯组的电压大小，若此时电芯组B2的电压最大，则控制器1控制可控开关S2闭合，电芯组B2所在的低压供电回路接通，低压输出端继续输出低压电，延时1s后，控制器1再控制前一次处于闭合状态的可控开关断开。
本实施例中的车辆包括上述电池系统。
实施例2：如图2所示，本实施例中的电池系统，包括控制器1、滤波稳压电路2（具体电路结构为现有技术）、动力电池、n个可控开关组和n个电压传感器；每个可控开关组内有两个可控开关，可控开关为继电器，可控开关也可以是MOS管。动力电池的两端作为高压输出端（即图2中的HV+、HV-）。将动力电池中的所有电芯均分为n组，形成n个电芯组（理论上每个电芯组的初始电压是相等的，等于被取消的低压蓄电池的电压，比如24V）；如果动力电池的电压为480V，每个电芯组的理论电压为24V，则将动力电池均分为20组（即n=20），形成20个电芯组。第j个可控开关组与第j个电芯组对应，第j个可控开关组内的两个可控开关的被控端分别与第j个电芯组的两端连接，两个可控开关的被控端引线作为低压输出端（即图2中的LV+、LV-），滤波稳压电路2的两端与低压输出端连接，j依次取1至n的所有整数。2n个可控开关的控制端和n个电压传感器与控制器1连接，n个电压传感器与n个电芯组一一对应连接，n个电压传感器将检测的n个电芯组的电压发送给控制器1，控制器1根据n个电芯组的电压通过控制可控开关来控制满足条件的电芯组通过低压输出端输出低压电。具体为：
在整车工作时，控制器1实时接收并判断n个电芯组的电压大小，若某个电芯组B'的电压最大（表示满足条件），则控制器1控制与电芯组B'连接的两个可控开关闭合，控制剩余的可控开关断开，电芯组B'通过低压输出端输出低压电。在低压输出端输出低压电的过程中，电芯组B'因持续放电而电压下降，若某个时刻电芯组B"的电压最大，则控制器控制与电芯组B"连接的两个可控开关闭合，同时控制与电芯组B'连接的两个可控开关断开，电芯组B"通过低压输出端输出低压电。比如，图2中若当前电芯组B1电压最大，则控制器1控制与电芯组B1连接的可控开关S1、S2闭合，控制剩余的可控开关（即S3、S4、...、S2n-3、S2n-2、S2n-1、S2n）断开，电芯组B1通过低压输出端输出低压电。在低压输出端输出低压电的过程中，电芯组B1因持续放电而电压下降，若某个时刻电芯组Bn的电压最大，则控制器1控制与电芯组Bn连接的可控开关S2n-1、S2n闭合，同时控制与电芯组B1连接的可控开关S1、S2断开，可控开关S3、S4、...、S2n-3、S2n-2保持断开状态不变，电芯组Bn通过低压输出端输出低压电。
在整车休眠时，控制器1控制各个可控开关保持进入休眠时刻的状态，低压输出端继续输出低压电，控制器1每隔2天接收并判断一次n个电芯组的电压大小，若此时电芯组B'"的电压最大，则控制器1控制与电芯组B"'连接的两个可控开关闭合，同时控制前一次处于闭合状态的两个可控开关断开，电芯组B"'通过低压输出端输出低压电。比如，图2中若进入休眠时刻可控开关S1 、S2闭合，剩余的可控开关（即S3、S4、...、S2n-3、S2n-2、S2n-1、S2n）断开，则保持这个状态，低压输出端继续输出低压电。控制器1每隔2天接收并判断一次n个电芯组的电压大小，若此时电芯组B2的电压最大，则控制器1控制与电芯组B2连接的可控开关S3、S4闭合，同时控制前一次处于闭合状态的两个可控开关断开，电芯组B2通过低压输出端输出低压电。
本实施例中的车辆包括上述电池系统。

Claims (10)

1.一种电池系统，包括控制器（1）和动力电池，动力电池的两端作为高压输出端；其特征在于：还包括n个可控开关、n个无线充电模块和n个电压传感器，每个无线充电模块包括无线充电发射电路和无线充电接收电路；将动力电池中的所有电芯均分为n组，形成n个电芯组，第i个电芯组、第i个可控开关的被控端和第i个无线充电模块的无线充电发射电路串联形成第i个低压供电回路，i依次取1至n的所有整数；n个无线充电模块的无线充电接收电路并联，且两端作为低压输出端；n个可控开关的控制端和n个电压传感器与控制器（1）连接，n个电压传感器与n个电芯组一一对应连接，n个电压传感器将检测的n个电芯组的电压发送给控制器（1），控制器（1）根据n个电芯组的电压通过控制可控开关来控制满足条件的低压供电回路接通，使低压输出端输出低压电。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于：还包括滤波稳压电路（2），所述滤波稳压电路（2）与无线充电模块的无线充电接收电路并联。
3.根据权利要求2所述的电池系统，其特征在于：所述可控开关为继电器或者MOS管。
4.根据权利要求1至3任一项所述的电池系统，其特征在于：所述控制器（1）根据n个电芯组的电压通过控制可控开关来控制满足条件的低压供电回路接通，使低压输出端输出低压电的具体方式为：
在整车工作时，控制器（1）实时接收并判断n个电芯组的电压大小，若某个电芯组B'的电压最大，则控制器（1）控制电芯组B'所在的低压供电回路中的可控开关闭合，控制剩余的可控开关断开，电芯组B'所在的低压供电回路接通，低压输出端输出低压电；在低压输出端输出低压电的过程中，若某个时刻电芯组B"的电压最大，则控制器（1）控制电芯组B"所在的低压供电回路中的可控开关闭合，电芯组B"所在的低压供电回路接通，低压输出端继续输出低压电，延时第一预设时间后，控制器（1）再控制电芯组B'所在的低压供电回路中的可控开关断开。
5.根据权利要求4所述的电池系统，其特征在于：
在整车休眠时，控制器（1）控制各个可控开关保持进入休眠时刻的状态，低压输出端继续输出低压电，控制器（1）每隔第二预设时间接收并判断一次n个电芯组的电压大小，若此时电芯组B'"的电压最大，则控制器（1）控制电芯组B"'所在的低压供电回路中的可控开关闭合，电芯组B"'所在的低压供电回路接通，低压输出端继续输出低压电，延时第一预设时间后，控制器（1）再控制前一次处于闭合状态的可控开关断开；其中，所述第二预设时间大于第一预设时间。
6.一种电池系统，包括控制器（1）和动力电池，动力电池的两端作为高压输出端；其特征在于：还包括n个可控开关组和n个电压传感器，每个可控开关组内有两个可控开关；将动力电池中的所有电芯均分为n组，形成n个电芯组，第j个可控开关组与第j个电芯组对应，第j个可控开关组内的两个可控开关的被控端分别与第j个电芯组的两端连接，且作为低压输出端，j依次取1至n的所有整数；2n个可控开关的控制端和n个电压传感器与控制器（1）连接，n个电压传感器与n个电芯组一一对应连接，n个电压传感器将检测的n个电芯组的电压发送给控制器（1），控制器（1）根据n个电芯组的电压通过控制可控开关来控制满足条件的电芯组通过低压输出端输出低压电。
7.根据权利要求6所述的电池系统，其特征在于：还包括滤波稳压电路（2），滤波稳压电路（2）的两端与低压输出端连接。
8.根据权利要求6或7所述的电池系统，其特征在于：所述控制器（1）根据n个电芯组的电压通过控制可控开关来控制满足条件的电芯组通过低压输出端输出低压电的具体方式为：
在整车工作时，控制器（1）实时接收并判断n个电芯组的电压大小，若某个电芯组B'的电压最大，则控制器（1）控制与电芯组B'连接的两个可控开关闭合，控制剩余的可控开关断开，电芯组B'通过低压输出端输出低压电；在低压输出端输出低压电的过程中，若某个时刻电芯组B"的电压最大，则控制器（1）控制与电芯组B"连接的两个可控开关闭合，同时控制与电芯组B'连接的两个可控开关断开，电芯组B"通过低压输出端输出低压电。
9.根据权利要求8所述的电池系统，其特征在于：
在整车休眠时，控制器（1）控制各个可控开关保持进入休眠时刻的状态，低压输出端继续输出低压电，控制器（1）每隔第二预设时间接收并判断一次n个电芯组的电压大小，若此时电芯组B'"的电压最大，则控制器（1）控制与电芯组B"'连接的两个可控开关闭合，同时控制前一次处于闭合状态的两个可控开关断开，电芯组B"'通过低压输出端输出低压电。
10.一种车辆，其特征在于：包括如权利要求1至9任一项所述的电池系统。
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