CN116788046A - 高压输出电路及其控制方法、装置、电池包 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压输出电路及其控制方法、装置、电池包，高压输出电路包括：电池组件、开关组件和控制组件；其中，电池组件包括依次串联的多个电芯，且多个电芯具有多种故障状态；开关组件具有多种开关状态，每种开关状态与多种故障状态相对应；控制组件根据多种故障状态控制开关组件处于对应的开关状态，使得高压输出电路的输出端对外输出目标电压。由此，解决了相关技术中动力电池部分失效后无法使用高压进行对外输出高压的问题，降低车辆风险。

Description

高压输出电路及其控制方法、装置、电池包

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种高压输出电路及其控制方法、装置、电池包。

背景技术

在电动汽车的应用过程中，电池系统经常存在失效的风险，例如采样失效、电芯漏液、热失控，这类失效往往发生在电池系统的局部，而即便是单点的失效，也会造成整个系统瘫痪，无法正常高压，使便捷的电动汽车在道路容易发生危险。

目前，典型的电池系统如图1所示，当电池系统发生故障失效时，内部的输出回路被全部切断，当前各大厂家针对这类失效模式的主要规避方法主要是采取限制车速、限制功率等方式来保证整车能够在较短的时间内使用先吃系统供电；但当某些重大的安全失效发生时，电池系统在极短的时间内便无法进行输出，无法保证上述安全应对的措施有效实施。

相关技术中提出一种阻延电池包热失控蔓延的系统，控制方法及汽车(公开号：CN114655079A)，在具备多并的电池系统中的混联系统中，利用冷却系统给热失控后的电池进行降温，然而其并未提出一种有效的电池系统设计方案，其电池也不具备普遍性，仍然无法解决电池系统发生故障后的高压失效问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种高压输出电路，以解决相关技术中动力电池部分失效后无法使用高压进行对外输出高压的问题；目的之二在于提供一种电池包；目的之三在于提供一种高压输出电路的控制方法；目的之四在于提供一种高压输出电路的控制装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高压输出电路，所述高压输出电路包括：电池组件、开关组件和控制组件；其中，所述电池组件包括依次串联的多个电芯，且所述多个电芯具有多种故障状态；所述开关组件具有多种开关状态，每种开关状态与所述多种故障状态相对应；以及所述控制组件根据所述多种故障状态控制所述开关组件处于对应的开关状态，使得所述高压输出电路的输出端对外输出目标电压。

根据上述技术手段，解决了相关技术中动力电池部分失效后无法使用高压进行对外输出高压的问题，降低车辆风险。

进一步，所述电池组件包括依次串联的第一至第三电芯，所述开关组件包括：第一开关件，所述第一开关件的一端与所述高压输出电路的输出端相连，所述第一开关件的另一端与所述电池组件的第一电芯正极相连；第二开关件，所述第二开关件的一端与所述电池组件的第一电芯正极相连，所述第二开关件的另一端与电阻的一端相连；第三开关件，所述第三开关件的一端与所述高压输出电路的输出端相连，所述第三开关件的另一端与所述电池组件的第三电芯的负极相连；第四开关件，所述第四开关件的一端与所述高压输出电路的输出端相连，所述第四开关件的另一端与第二保护件的一端相连；第五开关件，所述第五开关件的一端与所述高压输出电路的输出端相连，所述第五开关件的另一端与第一保护件的一端相连。

根据上述技术手段，通过控制第一开关件至第五开关件的闭合或断开，将故障的电芯所在的高压回路切断，使得再次开启的高压输出电路输出目标电压。

进一步，所述第一开关件至所述第五开关件均为继电器。

根据上述技术手段，继电器用于控制高压输出电路的通断。

进一步，上述的高压输出电路，还包括：升压组件，所述升压组件与所述高压输出电路的输出端相连，所述升压组件用于根据负载电路的当前需求电压将所述目标电压升压至所述当前需求电压。

根据上述技术手段，通过升压模块将电池的电压升高，并供给外部冷却系统进行工作，达到正常工作电压。

进一步，上述的高压输出电路，还包括：第一保护件，所述第一保护件的一端与所述第五开关件的另一端相连，所述第一保护件的另一端与所述电池组件的第二电芯的正极相连；第二保护件，所述第二保护件的一端与所述第四开关件的另一端相连，所述第二保护件的另一端与所述电池组件的第二电芯的负极相连；电阻，所述电阻的一端与所述第二开关件的另一端相连，所述电阻的另一端与所述高压输出电路的输出端相连。

根据上述技术手段，第一保护件和第二保护件，电阻，用于保护电路，限制电池充电过程中的电流和电压，避免一次性充电过多导致电池损坏。

一种电池包，其包括上述的高压输出电路。

一种高压输出电路的控制方法，采用上述的高压输出电路，其中，所述方法包括以下步骤：识别所述电池组件的当前故障状态；根据所述当前故障状态确定所述开关组件的目标开关状态；根据所述开关状态控制所述开关组件闭合，使得所述高压输出电路的输出端对外输出目标电压。

根据上述技术手段，通过根据高压输出电路的当前工作状态和电池组件的当前故障状态、以及开关状态控制开关组件闭合，使得高压输出电路的输出端对外输出目标电压，解决了相关技术中动力电池部分失效后无法使用高压进行对外输出高压的问题，降低车辆风险。

进一步，在根据所述当前故障状态确定所述开关组件的目标开关状态之前，还包括：识别所述高压输出电路的当前工作状态；若所述当前工作状态为第一工作状态，则控制所述高压输出电路断开。

根据上述技术手段，根据高压输出电路是否处于高压状态进行高压下电操作。

进一步，所述根据所述当前故障状态确定所述开关组件的目标开关状态，，包括：若所述当前故障状态为所述电池组件的第一电芯故障，则所述目标开关状态为第一开关件和第五开关件均为断开状态，且第三开关件和第四开关件均为闭合状态；若所述当前故障状态为所述电池组件的第二电芯故障，则所述目标开关状态为所述第一开关件和所述第五开关件为所述断开状态，或者所述第三开关件和第四开关件均为所述闭合状态；若所述当前故障状态为所述电池组件的第三电芯故障，则所述目标开关状态为所述第一开关件和所述第五开关件均为所述闭合状态，所且述第三开关件和第四开关件均为所述断开状态。

根据上述技术手段，通过根据高压输出电路的工作状态、开关状态和当前电芯的故障状态控制开关组件闭合，使得高压输出电路的输出端对外输出目标电压，解决了相关技术中动力电池部分失效后无法使用高压进行对外输出高压的问题，降低车辆风险。

一种高压输出电路的控制装置，采用上述的高压输出电路，其中，所述装置包括：识别模块，用于识别所述电池组件的当前故障状态；确定模块，用于根据所述当前故障状态确定所述开关组件的目标开关状态；控制模块，用于根据所述开关状态控制所述开关组件闭合，使得所述高压输出电路的输出端对外输出目标电压。

进一步，在根据所述当前故障状态确定所述开关组件的目标开关状态之前，所述确定模块，还用于：识别所述高压输出电路的当前工作状态；若所述当前工作状态为第一工作状态，则控制所述高压输出电路断开。

进一步，所述确定模块，还用于：若所述当前故障状态为所述电池组件的第一电芯故障，则所述目标开关状态为第一开关件和第五开关件均为断开状态，且第三开关件和第四开关件均为闭合状态；若所述当前故障状态为所述电池组件的第二电芯故障，则所述目标开关状态为所述第一开关件和所述第五开关件为所述断开状态，或者所述第三开关件和第四开关件均为所述闭合状态；若所述当前故障状态为所述电池组件的第三电芯故障，则所述目标开关状态为所述第一开关件和所述第五开关件均为所述闭合状态，所且述第三开关件和第四开关件均为所述断开状态态。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过升压组件将电池的电压升高，并供给外部冷却系统进行工作，达到正常工作电压；

(2)本发明通过第一保护件、第二保护件和电阻，用于保护电路，限制电池充电过程中的电流和电压，避免一次性充电过多导致电池损坏；

(3)解决了相关技术中动力电池部分失效后无法使用高压进行对外输出高压的问题，降低车辆风险。

附图说明

图1为相关技术中的电池系统的电路示意图；

图2为本发明中高压输出电路的方框示意图；

图3为本发明池失效后的高压输出电路图；

图4为本发明电池失效后高压输出电路控制流程图；

图5为本发明电池失效后高压输出电路的一种状态示意图；

图6为本发明电池失效后高压输出电路的另一种状态的示意图；

图7为本发明高压输出电路的控制方法的流程图；

图8为本发明高压输出电路的控制装置的方框示意图。

其中，10-高压输出电路；20-高压输出电路的控制装置；100-电池组件；200-开关组件、300-控制组件；400-识别模块；500-确定模块；600-控制模块。

具体实施方式

以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实施例提出一种高压输出电路，如图2所示，其中，高压输出电路10包括：电池组件100、开关组件200和控制组件300；其中，电池组件100包括依次串联的多个电芯，且多个电芯具有多种故障状态；开关组件200具有多种开关状态，每种开关状态与多种故障状态相对应；控制组件300根据多种故障状态控制开关组件200处于对应的开关状态，使得高压输出电路10的输出端对外输出目标电压。

进一步，在一些实施例中，电池组件100包括依次串联的第一至第三电芯，开关组件200包括：第一开关件、第二开关件、第三开关件、第四开关件和第五开关件。其中，第一开关件的一端与高压输出电路10的输出端相连，第一开关件的另一端与电池组件100的第一电芯正极相连；第二开关件的一端与电池组件100的第一电芯正极相连，第二开关件的另一端与电阻的一端相连；第三开关件的一端与高压输出电路10的输出端相连，第三开关件的另一端与电池组件100的第三电芯的负极相连；第四开关件的一端与高压输出电路10的输出端相连，第四开关件的另一端与第二保护件的一端相连；第五开关件的一端与高压输出电路10的输出端相连，第五开关件的另一端与第一保护件的一端相连。

进一步，在一些实施例中，第一开关件至第五开关件均为继电器。

进一步，在一些实施例中，上述的高压输出电路10，还包括：第一保护件、第二保护件和电阻。其中，第一保护件的一端与第五开关件的另一端相连，第一保护件的另一端与电池组件100的第二电芯的正极相连；第二保护件的一端与第四开关件的另一端相连，第二保护件的另一端与电池组件100的第二电芯的负极相连；电阻的一端与第二开关件的另一端相连，电阻的另一端与高压输出电路10的输出端相连。

其中，如图3，电池组件100包括第一电芯M1、第二电芯M2、第三电芯M3，开关组件200包括：第一开关件为主正继电器S1、第二开关件为预充继电器S2、第三开关件为负极继电器S3、第四开关件为继电器S4和第五开关件为继电器S5，第一保护件为保险F1，第二保护件为保险F2，电阻为预充电阻R。

具体地，主正继电器S1、预充继电器S2、负极继电器S3三个继电器及预充电阻R为电池系统正常充放电回路中具备的元件。继电器S4的两端接入高压回路中，其中，继电器S4一端接在高压输出电路10的输出端，并且在总正继电器S1、预充继电器S2与电池组件100的外端，继电器S4的另一端接入电池组件100的第二电芯M2与第三电芯M3模块的中间，并在此处与继电器S4之间增加一个保险F1，用于保护电路。继电器S5的一端接入高压输出电路10的输出端，靠负极继电器S3外侧，另一端接在电池组件的第一电芯M1和第二电芯M2之间，中间同样增加保险F2用于保护电路。同主正继电器S1、预充继电器S2、负极继电器S3一样，继电器S4和继电器S5的供电和控制由BMS电池管理系统BMS实现，继电器S4和继电器S5在系统未发生安全失效的情况下是常开状态，不参与任何的输入输出回路。

进一步，上述的高压输出电路10，还包括：升压组件，升压组件与高压输出电路10的输出端相连，升压组件用于根据负载电路的当前需求电压将目标电压升压至当前需求电压。

应当理解的是，当断开正常的输入输出回路，将发生故障的电芯所在的区域从高压回路中切断，形成新的回路，使得再次开启的高压输出电路中排除了故障电芯。由于切断了部分模块，新的回路中电池的电压降低，因此想要输出高压，需要通过升压组件将电池的电压升高，供给外部冷却系统进行工作，达到正常工作电压，即预设电压值。

为使得本领域技术人员进一步理解本实施例的高压输出电路，下面结合具体实施例进行详细阐述，如图4所示。

首先判断高压输出电路是否处于高压状态，并进一步确定电池组件中的故障电芯，当高压输出电路处于高压工作状态时，主正继电器S1负极继电器S3处于闭合状态，高压输出电路若未处于高压工作状态，主正继电器S1负极继电器S3处于断开状态，具体如下所述：

当高压输出电路中的电池组件出现故障时，若高压输出电路处于高压工作状态，此时，高压输出电路进行高压下电，使高压输出电路处于断路状态。若故障电芯为第一电芯M1，BMS电池管理系统将负极继电器S3、继电器S4闭合，主正继电器S1、继电器S5断开，形成对外输出回路对外输出目标电压，此时，电池系统的输出正极为第三电芯M3的正极，负极为第三电芯M3的负极，如图5所示；若故障电芯为第三电芯M3，BMS电池管理系统将主正继电器S1、继电器S5闭合，负极继电器S3和继电器S4断开形成对外输出回路对外输出目标电压，电池系统的输出正极为第一电芯M1的正极，负极为第一电芯M1的负极，如图6所示。当故障电芯为电池组件的第二电芯M2区域时，BMS电池管理系统将第二电芯M2从高压输出电路中切断，BMS电池管理系统将主正继电器S1和继电器S5闭合，或者BMS电池管理系统控制负极继电器S3和继电器S4闭合，均可形成新的回路实现对外输出目标电压。

若高压输出电路未处于高压工作状态，当电池组件发生故障时，不用切断高压输出电路高压，控制组件直接控制开关组件进行闭合或断开，与当高压输出电路处于高压工作状态时，控制组件控制开关组件的开关状态一致，为避免冗余，在此不作具体阐述。

最后，若高压输出电路未出现故障或失效情况，当高压输出电路接收到下电指令后，电池管理系统控制高压输出电路进行下电休眠。

此外，当高压输出电路发生故障时，选择第一电芯M1或者第三电芯M3作为高压输出电路的输出电压，此时，对外输出的电压变小，如M1、M2、M3是等分原电池包的电压，那么输出电压为原电压的1/3，当电压较低时，可能无法满足整车的其他系统进行正常工作，可以在外部设置一个升压组件以达到外部负载所需的正常电压，用来开启空调、冷却等系统。

根据本发明实施例提出的高压输出电路，包括：电池组件、开关组件和控制组件；其中，电池组件包括依次串联的多个电芯，且多个电芯具有多种故障状态，开关组件具有多种开关状态，每种开关状态与多种故障状态相对应，控制组件根据多种故障状态控制开关组件处于对应的开关状态，使得高压输出电路的输出端对外输出目标电压。由此，解决了相关技术中动力电池部分失效后无法使用高压进行对外输出高压的问题，降低车辆风险。

本实施例提出一种电池包，其包括上述的高压输出电路。

本实施例提出一种高压输出电路的控制方法，如图7所示，采用上述的高压输出电路，其中，方法包括以下步骤：

步骤S701中，识别电池组件的当前故障状态。

步骤S702中，根据当前故障状态确定开关组件的目标开关状态。

步骤S703中，根据开关状态控制开关组件闭合，使得高压输出电路的输出端对外输出目标电压。

进一步，在根据当前故障状态确定开关组件的目标开关状态之前，还包括：识别高压输出电路的当前工作状态；若当前工作状态为第一工作状态，则控制高压输出电路断开。

进一步，在一些实施例中，根据当前故障状态确定开关组件的目标开关状态，包括：若当前故障状态为电池组件的第一电芯故障，则目标开关状态为第一开关件和第五开关件均为断开状态，且第三开关件和第四开关件均为闭合状态；若当前故障状态为电池组件的第二电芯故障，则目标开关状态为第一开关件和第五开关件为断开状态，或者第三开关件和第四开关件均为闭合状态；若当前故障状态为电池组件的第三电芯故障，则目标开关状态为第一开关件和第五开关件均为闭合状态，所且述第三开关件和第四开关件均为断开状态。

根据本发明实施例提出的高压输出电路的控制方法，识别电池组件的当前故障状态，根据当前故障状态确定开关组件的目标开关状态，根据开关状态控制开关组件闭合，使得高压输出电路的输出端对外输出目标电压。由此，解决了相关技术中动力电池部分失效后无法使用高压进行对外输出高压的问题，降低车辆风险。

本实施例还提出一种高压输出电路的控制装置20，如图8所示，采用上述的高压输出电路，其中，装置20包括：识别模块400、确定模块500和控制模块600。其中，识别模块400，用于识别电池组件的当前故障状态；确定模块500，用于根据当前故障状态确定开关组件的目标开关状态；控制模块600，用于根据开关状态控制所述开关组件闭合，使得高压输出电路的输出端对外输出目标电压。

进一步，在根据当前故障状态确定开关组件的目标开关状态之前，确定模块500，还用于：识别高压输出电路的当前工作状态；若当前工作状态为第一工作状态，则控制高压输出电路断开。

进一步，在一些实施例中，确定模块500，还用于：若当前故障状态为电池组件的第一电芯故障，则目标开关状态为第一开关件和第五开关件均为断开状态，且第三开关件和第四开关件均为闭合状态；若当前故障状态为电池组件的第二电芯故障，则目标开关状态为第一开关件和第五开关件为断开状态，或者第三开关件和第四开关件均为闭合状态；若当前故障状态为电池组件的第三电芯故障，则目标开关状态为第一开关件和第五开关件均为闭合状态，所且第三开关件和第四开关件均为断开状态。

根据本发明实施例提出的高压输出电路的控制装置，识别电池组件的当前故障状态，根据当前故障状态确定开关组件的目标开关状态，根据开关状态控制开关组件闭合，使得高压输出电路的输出端对外输出目标电压。由此，解决了相关技术中动力电池部分失效后无法使用高压进行对外输出高压的问题，降低车辆风险。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压输出电路，其特征在于，所述高压输出电路包括：电池组件、开关组件和控制组件；其中，

所述电池组件包括依次串联的多个电芯，且所述多个电芯具有多种故障状态；

所述开关组件具有多种开关状态，每种开关状态与所述多种故障状态相对应；以及

所述控制组件根据所述多种故障状态控制所述开关组件处于对应的开关状态，使得所述高压输出电路的输出端对外输出目标电压。

2.根据权利要求1所述的高压输出电路，其特征在于，所述电池组件包括依次串联的第一至第三电芯，所述开关组件包括：

第一开关件，所述第一开关件的一端与所述高压输出电路的输出端相连，所述第一开关件的另一端与所述电池组件的第一电芯正极相连；

第二开关件，所述第二开关件的一端与所述电池组件的第一电芯正极相连，所述第二开关件的另一端与电阻的一端相连；

第三开关件，所述第三开关件的一端与所述高压输出电路的输出端相连，所述第三开关件的另一端与所述电池组件的第三电芯的负极相连；

第四开关件，所述第四开关件的一端与所述高压输出电路的输出端相连，所述第四开关件的另一端与第二保护件的一端相连；

第五开关件，所述第五开关件的一端与所述高压输出电路的输出端相连，所述第五开关件的另一端与第一保护件的一端相连。

3.根据权利要求2所述的高压输出电路，其特征在于，所述第一开关件至所述第五开关件均为继电器。

4.根据权利要求2所述的高压输出电路，其特征在于，还包括：

升压组件，所述升压组件与所述高压输出电路的输出端相连，所述升压组件用于根据负载电路的当前需求电压将所述目标电压升压至所述当前需求电压。

5.根据权利要求2所述的高压输出电路，其特征在于，还包括：

第一保护件，所述第一保护件的一端与所述第五开关件的另一端相连，所述第一保护件的另一端与所述电池组件的第二电芯的正极相连；

第二保护件，所述第二保护件的一端与所述第四开关件的另一端相连，所述第二保护件的另一端与所述电池组件的第二电芯的负极相连；

电阻，所述电阻的一端与所述第二开关件的另一端相连，所述电阻的另一端与所述高压输出电路的输出端相连。

6.一种电池包，其特征在于，包括：如权利要求1-5中任一项所述的高压输出电路。

7.一种高压输出电路的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-5中任一项所述的高压输出电路，其中，所述方法包括以下步骤：

识别所述电池组件的当前故障状态；

根据所述当前故障状态确定所述开关组件的目标开关状态；以及

根据所述开关状态控制所述开关组件闭合，使得所述高压输出电路的输出端对外输出目标电压。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在根据所述当前故障状态确定所述开关组件的目标开关状态之前，还包括：

识别所述高压输出电路的当前工作状态；

若所述当前工作状态为第一工作状态，则控制所述高压输出电路断开。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前故障状态确定所述开关组件的目标开关状态，包括：

若所述当前故障状态为所述电池组件的第一电芯故障，则所述目标开关状态为第一开关件和第五开关件均为断开状态，且第三开关件和第四开关件均为闭合状态；

若所述当前故障状态为所述电池组件的第二电芯故障，则所述目标开关状态为所述第一开关件和所述第五开关件为所述断开状态，或者所述第三开关件和第四开关件均为所述闭合状态；

若所述当前故障状态为所述电池组件的第三电芯故障，则所述目标开关状态为所述第一开关件和所述第五开关件均为所述闭合状态，所且述第三开关件和第四开关件均为所述断开状态。

10.一种高压输出电路的控制装置，其特征在于，采用如权利要求1-5中任一项所述的高压输出电路，其中，所述装置包括：

识别模块，用于识别所述电池组件的当前故障状态；

确定模块，用于根据所述当前故障状态确定所述开关组件的目标开关状态；以及

控制模块，用于根据所述开关状态控制所述开关组件闭合，使得所述高压输出电路的输出端对外输出目标电压。