CN115133627A - 充放电电路结构、集成配电单元、动力电池包及车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种充放电电路结构、集成配电单元、动力电池包及车辆，包括：快充电路和放电电路，快充正极接口通过快充正继电器、快充熔断器和电流传感器与电池正极接口连通，快充负极接口通过快充负继电器与电池负极接口连通；放电电路包括电机正极接口、电机负极接口、主正继电器、主负继电器、主熔断器；电机正极接口通过主正继电器、主熔断器、电流传感器与电池正极接口连通；电机负极接口通过主负继电器与电池负极接口连通。该充放电电路结构将充放电回路并联设计，能够充分考虑两条回路的差异化设计，方便电器件的匹配选型，极大降低了电气匹配的失效风险。

Description

充放电电路结构、集成配电单元、动力电池包及车辆

技术领域

本公开涉及新能源汽车动力电池技术领域，具体地，涉及一种充放电电路结构、集成配电单元、动力电池包及车辆。

背景技术

新能源汽车近年来得到迅猛发展，技术日新月异。动力电池的设计也朝着更高功率、更高的能量密度、更高的安全性发展。动力电池面临着高功率的放电以及快充需求，这对动力电池的高压配电系统的设计及高压器件的选型有巨大挑战。

相关技术中，动力电池的充放电回路，由电池正负极、主熔断器、主继电器、快充继电器、充放电接口串联组成，以实现动力电池包的充放电功能，适用于充/放电功率相似的情况下。然而在大功率快充的概念提出之后，通常是在电压700V，电流500A以上，由于电压上升，在上述的充放电串联回路中，放电电流值下降，快充电流值上升，导致充放电两个电路的需求差异较大，造成电器件匹配选型的困难，高配低用的冗余浪费，以及更多的电器件匹配失效风险。

发明内容

本公开的目的是提供一种充放电电路结构、集成配电单元、动力电池包及车辆，该充放电电路结构将充放电回路并联设计，能够充分考虑两条回路的差异化设计，方便电器件的匹配选型，极大降低了电气匹配的失效风险。

为了实现上述目的，本公开提供一种充放电电路结构，包括：

快充电路，包括快充正极接口、快充负极接口、快充正继电器、快充负继电器、快充熔断器、电流传感器，以及用于与电池的正极连通的电池正极接口和用于与电池的负极连通的电池负极接口；所述快充正极接口通过所述快充正继电器、所述快充熔断器和所述电流传感器与所述电池正极接口连通，所述快充负极接口通过所述快充负继电器与所述电池负极接口连通；以及

放电电路，包括电机正极接口、电机负极接口、主正继电器、主负继电器、主熔断器；所述电机正极接口通过所述主正继电器、主熔断器、所述电流传感器与所述电池正极接口连通；所述电机负极接口通过主负继电器与所述电池负极接口连通。

可选地，所述快充电路包括设于所述快充电路中用于连接的第一铜排，所述放电电路包括设于所述放电电路中用于连接的第二铜排，所述第一铜排的散热面积大于所述第二铜排的散热面积。

可选地，所述充放电电路结构还包括慢充电路，所述慢充电路包括慢充正极接口和慢充负极接口；

所述慢充正极接口通过主正继电器、主熔断器和电流传感器与所述电池正极接口连通；

所述慢充负极接口通过主负继电器与所述电池负极接口连通。

可选地，所述充放电电路结构还包括预充电路，所述预充电路包括串联设置的预充继电器和预充电阻，所述预充继电器和预充电阻并联于所述主正继电器两端。

可选地，所述充放电电路结构还包括分流器，所述分流器设于所述主负继电器与所述电池负极接口之间，且所述分流器的两端分别连接于所述主负继电器与所述电池负极接口。

可选地，所述电流传感器为霍尔电流传感器。

可选地，所述充放电电路结构还包括具有通信功能的主动熔断器；

所述主动熔断器设于所述电流传感器与所述电池正极接口之间，且所述主动熔断器的两端分别连接于所述电流传感器与所述电池正极接口。

本公开第二方面，提供一种集成配电单元，包括壳体以及设于所述壳体内的充放电电路结构，该充放电电路结构采用上述的充放电电路结构。

本公开第三方面，提供一种动力电池包，包括电池，该动力电池包还包括上述的集成配电单元。

本公开第四方面，提供一种车辆，该车辆包括上述的动力电池包。

通过上述技术方案，即本公开的充放电电路结构，充分考虑两个电路的差异化，通过将充放电电路并联设计，在两条电路回路中单独进行熔断器、继电器的适配设计，即，大功率充电回路可以选用高功率的电器件，放电回路可独立选用更具性价比的低功率的电器件，更好地方便电器件的匹配选型，同时，相比于常规串联的充放电电路中需要两条回路的设计（包括电器件和铜排等）取最高标准、最大值，充放电电路并联设计方案的每个电路可分别取值，低标准回路可适当采用低成本方案设计，可降低生产成本。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

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是本公开一些实施例提供的充放电电路结构的结构示意图；

图2是本公开一些实施例提供的充放电电路结构中快充电路的结构示意图；

图3是本公开一些实施例提供的充放电电路结构中放电电路的结构示意图；

图4是本公开一些实施例提供的充放电电路结构的电路结构框图。

附图标记说明

101-快充正极接口；102-快充负极接口；103-电池正极接口；104-电池负极接口；110-快充正继电器；120-快充熔断器；130-电流传感器；140-快充负继电器；

201-电机正极接口；202-电机负极接口；210-主正继电器；220-主熔断器；230-主负继电器；

301-慢充正极接口；302-慢充负极接口；410-预充继电器；420-预充电阻；

500-主动熔断器；600-分流器。

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。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指相应部件轮廓的内和外；“远、近”是指相应结构或者相应部件远离或者靠近另一结构或者部件而言的；另外，本公开所使用的术语“第一”、“第二”等是为了区分一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。此外，在下面的描述中，当涉及到附图时，除非另有解释，不同的附图中相同的附图标记表示相同或相似的要素。上述定义仅用于解释和说明本公开，不应当理解为对本公开的限制。

如图1至图4所示，为了实现上述目的，本公开提供一种充放电电路结构，包括：快充电路，包括快充正极接口101、快充负极接口102、快充正继电器110、快充负继电器140、快充熔断器120、电流传感器130，以及用于与电池的正极连通的电池正极接口103和用于与电池的负极连通的电池负极接口104；快充正极接口101通过快充正继电器110、快充熔断器120和电流传感器130与电池正极接口103连通，快充负极接口102通过快充负继电器140与电池负极接口104连通；以及放电电路，包括电机正极接口201、电机负极接口202、主正继电器210、主负继电器230、主熔断器220；电机正极接口201通过主正继电器210、主熔断器220、电流传感器130与电池正极接口103连通；电机负极接口202通过主负继电器230与电池负极接口104连通。

通过上述技术方案，即本公开的充放电电路结构，充分考虑两个电路的差异化，通过将充放电电路并联设计，在两条电路回路中单独进行熔断器、继电器的适配设计，即，大功率充电回路可以选用高功率的电器件，放电回路可独立选用更具性价比的低功率的电器件，更好地方便电器件的匹配选型，同时，相比于常规串联的充放电电路中需要两条回路的设计（包括电器件和铜排等）取最高标准、最大值，充放电电路并联设计方案的每个电路可分别取值，低标准回路可适当采用低成本方案设计，可降低生产成本，同时，极大降低了电气匹配的失效风险。

如图1、图2及图4所示，在一些实施例中，快充电路还包括用于连接快充电路中各电器件的快充线路，由快充正极接口101接入，依次连接快充正继电器110、快充熔断器120、电流传感器130、电池正极接口103、电池、电池负极接口104、快充负继电器140再接至快充负极接口102，形成整个快充回路，用于对电池进行快充充电。其中，快充正继电器110和快充负继电器140用于实现电路的通断，快充熔断器120用于实现电路中的过流保护，电流传感器130用于监测快充过程中电路的电流。

如图1、图3及图4所示，在一些实施例中，放电电路还包括用于连接放电电路中各个电器件的放电线路，由电机正极接口201接入，依次连接主正继电器210、主熔断器220、电流传感器130、电池正极接口103、电池、电池负极接口104、主负继电器230再接至电机负极接口202，形成整个放电回路，用于对电机实现放电，为电机提供电力保障。电流传感器130用于监测放电过程中电路的电流；主熔断器220用于提供过流过载保护；主正继电器210和主负继电器230实现电路通断控制功能。

需要说明的是，快充电路与放电电路并联设置，同时，两个电路又共用一个电流传感器130以及电极正极接口和电池负极接口104，实现一定程度的功能复用，可以采用集成化一体设计，在一定程上提高空间利用率以及进一步降低成本。

本公开采用充放电电路并联回路方案设计后，可充分考虑两条回路的差异化设计。大功率充电回路选用高功率电路设计，放电回路可独立选用更具性价比的方案设计。

在一些实施例中，快充电路包括设于快充电路中用于连接的第一铜排，放电电路包括设于放电电路中用于连接的第二铜排，第一铜排的散热面积大于第二铜排的散热面积。其中，针对快充回路的高性能要求，快充回路中采用能够满足快充散热的面积较大的第一铜排；放电回路中，由于电压升高带来放电回路的电流降低，使得电器件和放电回路中的第二铜排的散热面积可以更小，体积相对较小，重量更轻，可实现轻量化。

为了进一步提高充电的多样性，满足不同的使用需要，如图1及图4所示，在一些实施例中，该充放电电路结构还包括慢充电路，慢充电路包括慢充正极接口301和慢充负极接口302；慢充正极接口301通过主正继电器210、主熔断器220和电流传感器130与电池正极接口103连通；慢充负极接口302通过主负继电器230与电池负极接口104连通。通过设置慢充电路，以实现电池充电的多样性，即，在具有快充电桩的条件下，可以优先采用快充充电；在没有快充电桩的情况下，还可以采用慢充充电，同样可以满足电池的充电。

其中，慢充电路还包括用于连接慢充电路中各电器件的慢充线路，由慢充正极接口301接入，依次连接主正继电器210、主熔断器220、电流传感器130、电池正极接口103、电池、电池负极接口104、主负继电器230再接至慢充负极接口302，形成整个慢充回路，用于对电池进行慢充充电。其中，主正继电器210和主负继电器230用于实现慢充回路的通断，主熔断器220用于实现慢充回路的过流保护，电流传感器130用于监测慢充过程中慢充回路的电流。

电动汽车的驱动系统中，动力电池与电机控制器是相连的，电机控制器中有容量较大的电容（一般有500uF~2000uF）。如果上电之前电容处于零状态，即电容内没有能量，那么在电路闭合瞬间，相当于直接短路，电流非常之大，这么大的电流如不加以限制将对电池、继电器造成巨大冲击而损伤。因此电动汽车的电源系统必须加上预充电电路。减小上电时的冲击电流，保护电机控制器、电池、主继电器。

如图4所示，在一些实施例中，该充放电电路结构还包括预充电路，预充电路包括串联设置的预充继电器410和预充电阻420，预充继电器410和预充电阻420并联于主正继电器210两端。

其中，预充电路还包括用于连接预充电路中各电器件的预充线路，由电机正极接口201接入，依次连接预充继电器410、预充电阻420、主熔断器220、电流传感器130、电池正极接口103、电池、电池负极接口104、主负继电器230再接至电机负极接口202，形成整个预充回路，用于对电机控制器的电容进行预充电。其中，预充继电器410和主负继电器230用于实现预充回路的通断，主熔断器220用于实现预充回路的过流保护，电流传感器130用于监测预充过程中预充回路的电流。

为了进一步提高充电、放电过程中对电中的电流监测，如图4所示，在一些实施例中，该充放电电路结构还包括分流器600，分流器600设于主负继电器230与电池负极接口104之间，且分流器600的两端分别连接于主负继电器230与电池负极接口104。

其中，分流器600是一种测量直流电流用的仪器，根据直流电流通过电阻时在电阻两端产生电压的原理制成。为了提高其测量精度，可以针对不同的充放电电路结构中的电压、电流进行标定，即，可以采用可控制的标定策略来提供更高精度的电流采样。

在一些实施例中，电流传感器130包括但不限于霍尔电流传感器130。

为了进一步提高充放电电路结构的安全性，例如，在车辆受到撞击或者起火时，及时地主动断开电路，如图4所示，在一些实施例中，该充放电电路结构还包括具有通信功能的主动熔断器500，例如，可以与车辆的撞击传感器或者温度传感器通信连接，其中，撞击传感器用检测车辆是否受到撞击或者撞击程度；温度传感器用于检测车辆是否着火，可以设置一个预设温度，通过与该预设温度比较判断车辆是否着火。

其中，主动熔断器500设于电流传感器130与电池正极接口103之间，且主动熔断器500的两端分别连接于电流传感器130与电池正极接口103。以使得在快充、慢充、预充或者放电时，如果车辆发生撞击或者着火，该主动熔断器500均可以主动断开，提高安全性能。

本公开的充放电电路结构，充、放电并联回路方案的设计可以更好的进行电器件的匹配选型，两条回路单独进行熔断器、继电器适配设计，极大降低了电气匹配的失效风险；充放电并联回路方案设计可降低成本，常规串联需要两条回路中的设计取最高标准、最大值，并联回路可分别取值，低标准回路可适当采用低成本方案；结构布置上更具优势，充、放电分开独立设计后，可适配不同的电池包结构，布置更灵活；可实现轻量化。对于800V的电压升高带来放电回路的电流降低，使得电器件和回路铜排体积更小，重量更轻；解决放电时低短路电流下，保险丝不能熔断或熔断时间过长的问题。常规串联回路，在充放电回路电流差异较大时，只能选用满足较大规格的快充熔断器120，导致放电时熔断器性能过剩，可能出现回路短路时，短路保护功能无法有效实现的问题。在并联条件下，可对较小的放电回路针对性选用高效熔断器，保证短路过流保护功能的可靠实现；缓和动力电池电器件的寿命要求，串联回路下，当车辆快充完后立即行驶上路，会对电器件的寿命提出更高要求。并联回路不受影响，快充/放电回路互不干涉。

本公开第二方面，还提供一种集成配电单元，包括壳体以及设于壳体内的充放电电路结构，该充放电电路结构采用上述本公开第一方面提供的充放电电路结构，因此该集成配电单元也具有前述的充放电电路结构的所有优点，这里不再赘述。

本公开第三方面，提供一种动力电池包，包括电池，该动力电池包还包括上述的集成配电单元。该集成配电单元的充放电电路结构中的电池正极接口103与电池的正极连接，电池负极接口104与电池的负极连接，从而满足电池的快充充电、慢充充电以及电池的放电。

本公开第四方面，还提供了一种车辆，该车辆包括上述的动力电池包，因此，该车辆也具有动力电池包的优点。

其中，车辆还包括具有用于检测车辆撞击的撞击传感器和/或温度传感器，动力电池包括的集成配电单元的充放电电路结构中设有主动熔断器500，该主动熔断器500与撞击传感器和/或温度传感器通信连接，当车辆发生撞击或者着火时，主动熔断器500断开充放电电路，提高安全性。

通过上述技术方案，即本公开的充放电电路结构，充分考虑两个电路的差异化，通过将充放电电路并联设计，在两条电路回路中单独进行熔断器、继电器的适配设计，能够解决高电压下，串联回路低电流短路无法实现短路保护功能的问题；能够缓和高电压下，串联回路成本高的问题；能够缓和高电压下，高压电池充放电回路布置困难的问题；能够缓和对电器件的寿命需求，同规格下并联回路耐久性更好，可靠性更高；采用集成化设计，提高体积利用率和实现低成本控制。轻量化设计，有效降低电器件和铜排规格，提升动力电池能量密度。

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 (10)

1.一种充放电电路结构，其特征在于，包括：

快充电路，包括快充正极接口（101）、快充负极接口（102）、快充正继电器（110）、快充负继电器（140）、快充熔断器（120）、电流传感器（130），以及用于与电池的正极连通的电池正极接口（103）和用于与电池的负极连通的电池负极接口（104）；所述快充正极接口（101）通过所述快充正继电器（110）、所述快充熔断器（120）和所述电流传感器（130）与所述电池正极接口（103）连通，所述快充负极接口（102）通过所述快充负继电器（140）与所述电池负极接口（104）连通；以及

放电电路，包括电机正极接口（201）、电机负极接口（202）、主正继电器（210）、主负继电器（230）、主熔断器（220）；所述电机正极接口（201）通过所述主正继电器（210）、主熔断器（220）、所述电流传感器（130）与所述电池正极接口（103）连通；所述电机负极接口（202）通过主负继电器（230）与所述电池负极接口（104）连通。

2.根据权利要求1所述的充放电电路结构，其特征在于，所述快充电路包括设于所述快充电路中用于连接的第一铜排，所述放电电路包括设于所述放电电路中用于连接的第二铜排，所述第一铜排的散热面积大于所述第二铜排的散热面积。

3.根据权利要求1所述的充放电电路结构，其特征在于，所述充放电电路结构还包括慢充电路，所述慢充电路包括慢充正极接口（301）和慢充负极接口（302）；

所述慢充正极接口（301）通过主正继电器（210）、主熔断器（220）和电流传感器（130）与所述电池正极接口（103）连通；

所述慢充负极接口（302）通过主负继电器（230）与所述电池负极接口（104）连通。

4.根据权利要求1所述的充放电电路结构，其特征在于，所述充放电电路结构还包括预充电路，所述预充电路包括串联设置的预充继电器（410）和预充电阻（420），所述预充继电器（410）和预充电阻（420）并联于所述主正继电器（210）两端。

5.根据权利要求1所述的充放电电路结构，其特征在于，所述充放电电路结构还包括分流器（600），所述分流器（600）设于所述主负继电器（230）与所述电池负极接口（104）之间，且所述分流器（600）的两端分别连接于所述主负继电器（230）与所述电池负极接口（104）。

6.根据权利要求1所述的充放电电路结构，其特征在于，所述电流传感器（130）为霍尔电流传感器。

7.根据权利要求1所述的充放电电路结构，其特征在于，所述充放电电路结构还包括具有通信功能的主动熔断器（500）；

所述主动熔断器（500）设于所述电流传感器（130）与所述电池正极接口（103）之间，且所述主动熔断器（500）的两端分别连接于所述电流传感器（130）与所述电池正极接口（103）。

8.一种集成配电单元，包括壳体以及设于所述壳体内的充放电电路结构，其特征在于，所述充放电电路结构采用如权利要求1-7中任意一项所述的充放电电路结构。

9.一种动力电池包，包括电池，其特征在于，所述动力电池包还包括如权利要求8所述的集成配电单元。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求9所述的动力电池包。

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