CN116811667B - 一种动力电池系统、电动汽车和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种动力电池系统、电动汽车和控制方法，动力电池系统包括至少两个电池、切换模块和控制模块，切换模块包括负载端口、充电端口和DC‑DC单元，控制模块在接收到高压充电指令时控制切换模块执行第一动作，以使得至少两个电池串联至充电端口并且充电端口通过DC‑DC单元与负载端口连接，以及根据DC‑DC单元的工作效率确定充电设备的目标输出电流，将目标输出电流发送至充电设备，实现了将充电设备的高压转换为负载使用的低压，并且可以根据DC‑DC单元的工作效率计算目标输出电流，保证了负载工作所需的电流和电池的充电需求电流，提高了电池的充电效率。

Description

一种动力电池系统、电动汽车和控制方法

技术领域

本发明涉及电池控制技术领域，尤其涉及一种动力电池系统、电动汽车和控制方法。

背景技术

目前，鉴于电动汽车的市场占有量迅速提高，为了解决电动汽车充电慢的痛点，推出了超级快充的高压充电平台。

如图1所示为高压充电平台充电时的示意图，由于电池Batte1和电池Batte2适用于低压充电平台，在高压充电平台充电时电池Batte1和电池Batte2串联，使得高压充电平台的高压均分到电池Batte1和电池Batte2。

如图1所示，由于高压充电平台的电压较高，如果直接采用高压充电平台的高压对负载端口充电将会损坏负载，因此，通常是在高压充电平台充电结束后通过电池Batte1和电池Batte2并联对电池放电，导致高压充电平台充电过程中无法同时对负载供电。

发明内容

本发明提供了一种动力电池系统、电动汽车和控制方法，其能够解决高压充电平台充电时同时对负载供电的问题。

第一方面，本发明提供了一种动力电池系统，包括：

至少两个电池、切换模块和控制模块，所述电池与所述切换模块连接，所述切换模块与所述控制模块连接，所述切换模块包括负载端口、充电端口和DC-DC单元，所述控制模块用于：

在接收到高压充电指令连接时，控制所述切换模块执行第一动作，以使得至少两个电池串联至所述充电端口并且所述充电端口通过所述DC-DC单元与所述负载端口连接；

获取所述DC-DC单元的输出电流、充电需求电流、所述负载需求电流以及所述DC-DC单元的工作效率；

根据所述DC-DC单元的输出电流、所述充电需求电流、所述负载需求电流以及所述工作效率确定充电设备的目标输出电流；

将所述目标输出电流发送至所述充电设备。

第二方面，本发明还提供了一种电动汽车，所述电动汽车包括第一方面所述的动力电池系统。

第三方面，本发明还提供了一种动力电池系统控制方法，应用于第一方面所述的动力电池系统，所述至少两个电池、切换模块和控制模块，所述电池与所述切换模块连接，所述切换模块与所述控制模块连接，所述切换模块包括负载端口、充电端口和DC-DC单元，所述动力电池系统控制方法包括：

在接收到高压充电指令连接时，控制所述切换模块执行第一动作，以使得至少两个电池串联至所述充电端口并且所述充电端口通过所述DC-DC单元与所述负载端口连接；

获取所述DC-DC单元的输出电流、充电需求电流、所述负载需求电流以及所述DC-DC单元的工作效率；

根据所述DC-DC单元的输出电流、所述充电需求电流、所述负载需求电流以及所述工作效率确定充电设备的目标输出电流；

将所述目标输出电流发送至所述充电设备。

本发明提供的动力电池系统包括至少两个电池、切换模块和控制模块，电池与切换模块连接，切换模块与控制模块连接，切换模块包括负载端口、充电端口和DC-DC单元，控制模块在接收到高压充电指令时控制切换模块执行第一动作，以使得至少两个电池串联至充电端口以及充电端口通过DC-DC单元与负载端口连接，并获取DC-DC单元的输出电流、充电需求电流、负载需求电流以及DC-DC单元的工作效率，以计算充电设备的目标输出电流，将目标输出电流发送至充电设备，以使得充电设备根据目标输出电流调整输出电流，一方面，通过设置DC-DC单元，可以将充电设备的高压转换为适合负载使用的低压，以在高压充电时对负载供电，另一方面，可以根据DC-DC单元的工作效率计算充电设备的目标输出电流，以补偿DC-DC单元工作时所损耗的电流，既保证负载工作所需的电流，又保证了电池按照预设的充电需求电流进行快速充电，提高了电池的充电效率。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为在高压平台充电时电池充放电的示意图；

图2为本发明一个实施例提供的一种动力电池系统的结构示意图；

图3为本发明实施例中切换模块执行第一动作后在高压充电设备充电时的结构简图；

图4为本发明实施例中切换模块执行第二动作后在低压充电设备充电时的结构简图；

图5为本发明实施例中切换模块执行第三动作后并联放电的结构简图；

图6为本发明一个实施例提供的动力电池系统的电路结构示意图；

图7为本发明另一个实施例提供的动力电池系统的电路结构示意图；

图8为本发明又一个实施例提供的动力电池系统的电路结构示意图；

图9为本发明再一个实施例提供的动力电池系统的电路结构示意图；

图10为本发明实施例提供的动力电池系统控制方法的流程图；

图11为本发明实施例提供的动力电池系统控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，另外，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1所示为高压充电平台充电时的示意图，由于电池Batte1和电池Batte2适用于低压充电平台(约230V～450V)，在高压充电平台(约550V～930V)充电时电池Batte1和电池Batte2串联，使得高压充电平台的高压均分到电池Batte1和电池Batte2。

如图1所示，由于高压充电平台的电压较高，如果直接采用高压充电平台的高压对负载端口充电将会损坏负载，因此，通常是在高压充电平台充电结束后通过电池Batte1和电池Batte2并联对电池放电，导致高压充电平台充电过程中无法同时对负载供电。

为了解决上述问题，下面将结合附图对本发明实施例提供的动力电池系统进行详细介绍。

图2为本发明实施例提供的一种动力电池系统的结构示意图，如图2所示，本发明实施例的动力电池系统包括至少两个电池(10，20)、切换模块30和控制模块40，电池(10，20)与切换模块30连接，切换模块30与控制模块40连接，切换模块30包括负载端口(HV+，HV-)、充电端口(DC+，DC-)和DC-DC单元301。

本实施例的动力电池系统可用于电动车辆、船舶等交通工具，还可以用于其他以电能为主要能源的设备，其中，电池可以是锂电池、铅酸电池等可充电电池，电池的数量可以是两个以上，切换模块30可以是包括DC-DC单元301、负载端口(HV+，HV-)、充电端口(DC+，DC-)以及若干开关等器件的电路，其中，DC-DC单元301可以用于调整直流电的电压，负载端口(HV+，HV-)用于连接负载，以使得电池(10，20)可通过负载端口(HV+，HV-)对负载放电，充电端口(DC+，DC-)可用于与充电设备连接，以使得充电设备对电池充电，其中，充电设备可以实现高压充电和低压充电，高压充电和低压充电是相对而言，在一个示例中，高压充电时充电设备所输出的充电电压的范围为550V-930V，低压充电时充电设备所输出的充电电压的范围为230V-450V，即充电设备所输出的充电电压可以是高压(550V-930V)，也可以是低压(230V-450V)，充电设备所输出的充电电压可以根据用户选择高压或低压充电确定，以输出不同的充电电压。

切换模块30中的开关用于在动作时改变切换模块30内的电路的连接结构，以切换动力电池系统中电池的充电、放电模式，控制模块40可以是BMS(Battery managementsystem，电池管理系统)，该控制模块40可以与切换模块30中的各个开关的控制端连接，并且可以通过电压传感器、电流传感器采集整个系统中各个线路中的电压和电流。

本实施例中，控制模块40在检测到充电端口(DC+，DC-)与充电设备连接且接收到高压充电指令时，控制切换模块30执行第一动作，以使得至少两个电池(10，20)串联到充电端口(DC+，DC-)并且充电端口(DC+，DC-)通过DC-DC单元301与负载端口(HV+，HV-)连接，并获取DC-DC单元的输出电流、充电需求电流、负载需求电流以及DC-DC单元301的工作效率，根据DC-DC单元的输出电流、充电需求电流、负载需求电流以及工作效率计算充电设备的目标输出电流，并将目标输出电流发送至充电设备，其中，第一动作可以是切换模块30根据控制模块40的控制指令所执行的开关动作。

如图3所示，以电池包括充电电压为450V的第一电池10和第二电池20作为示例，当控制模块40检测到充电端口(DC+，DC-)输出900V的充电电压时，控制第一电池10和第二电池20串联，并且控制DC-DC单元301工作，以使得充电端口(DC+，DC-)通过DC-DC单元301连接到负载端口(HV+，HV-)，充电端口(DC+，DC-)所输入的900V电压一方面被串联的第一电池10和第二电池20分压后，每个电池的充电电压为450V，另一方面通过DC-DC单元301将充电端口(DC+，DC-)所输入的900V电压转换为负载所需要的450V电压，并从负载端口(HV+，HV-)输出到负载，另外，由于流过充电端口(DC+，DC-)的电流I1被分流为对第一电池10和第二电池20充电的电流I2以及DC-DC单元301的输入电流I3，实际上DC-DC单元301工作存在损耗，为了满足负载工作需求，电流I1更多地分流到DC-DC单元，实际上用于充电的电流I2减小，为了补偿由于DC-DC单元301工作损耗的电流，本实施例可以提高流过充电端口(DC+，DC-)的电流I1，具体地，可以先确定DC-DC单元301的输出电流、充电需求电流、负载需求电流以及DC-DC单元301的工作效率，其中，DC-DC单元301的输出电流可以是DC-DC单元301的实际输出电流，可以在DC-DC单元301的输出端通过电流传感器检测DC-DC单元301的输出电流，充电需求电流可以是第一电池10和第二电池20充电所需的电流，可以通过控制模块40与第一电池10和第二电池20交互后获取第一电池10和第二电池20在各个充电阶段的充电需求电流，DC-DC单元301的工作效率可以是DC-DC单元301对电能的转换效率，负载需求电流可以是负载工作所需的电流，控制模块40可以与负载交互获得负责需求电流。如图3所示，在实际应用中，可以在需要检测电流的支路设置电流传感器来检测电流，在确定DC-DC单元301的输出电流、充电需求电流、负载需求电流以及DC-DC单元301的工作效率后，可以根据DC-DC单元301的输出电流、充电需求电流、负载需求电流以及工作效率计算充电设备的目标输出电流，将该目标输出电流发送到充电设备，充电设备可以根据目标输出电流调整电流的输出，以使得充电设备所输出的电流既可以满足负载工作所需电流，又可以满足第一电池10和第二电池20高压充电时所需的充电需求电流。

一方面，通过设置DC-DC单元301，可以将充电设备的高压转换为适合负载使用的低压，以在高压充电时同时对负载供电，另一方面，可以根据DC-DC单元301的工作效率计算充电设备的目标输出电流，以补偿DC-DC单元301工作所损耗的电流，既保证负载工作所需的电流，又保证了电池按照预设的充电电流进行快速充电，提高了电池的充电效率。

在一个实施例中，控制模块40可以通过电流传感器实时获取DC-DC单元301的输入电流I3、输出电流I4，通过电压传感器获取充电设备的输出电压U1以及DC-DC单元301的输出电压U2，计算DC-DC单元301的输入电流I3与充电设备的输出电压U1的第一乘积U1×I3，以及计算DC-DC单元301的输出电流I4与DC-DC单元301的输出电压U2的第二乘积U2×I4，计算第二乘积U2×I4与第一乘积U1×I3的比值(U2×I4)/U1×I3，以作为DC-DC单元301的工作效率η，则充电设备的目标输出电流I1可以通过以下公式计算：

I1＝I2+I3＇；

其中，

I3＇＝I3+I4＇；

I4＇＝I5-I4；

I3＝(U2×I4)/(U1×η)

由此推导出：

I1＝I2+(U2×I4)/(U1×η)+I5-I4；

其中，I2为第一电池10和第二电池20的充电需求电流，I3＇为补偿后DC-DC单元301的输入电流，I4＇为DC-DC单元301的损耗电流，I5为负载需求电流，即计算目标输出电流I1时，可以采用充电需求电流I2加上比值(U2×I4)/(U1×η)、负载需求电流I5，以及减去DC-DC单元301的输出电流I4，在实际用于中，可以先计算充电需求电流I2、比值(U2×I4)/(U1×η)、负载需求电流I5的和值，再计算和值与DC-DC单元301的输出电流I4的差值，得到目标输出电流I1，也可以先计算负载需求电流I5与DC-DC单元301的输出电流I4的差值，再计算差值与充电需求电流I2、比值(U2×I4)/(U1×η)的和值，得到目标输出电流I1，本实施例对目标输出电流I1的计算公式中各项的计算顺序不作限制。

通过上述目标输出电流I1的计算公式可知，目标输出电流I1既能够满足第一电池10和第二电池20能够以充电需求电流I2充电，又能够补偿由于DC-DC单元301工作所损耗的电流，使得负载的工作电流等于负载工作需求电流I5。

在另一个实施例中，当DC-DC单元301的工作效率η小于预设阈值时，控制模块可以生成停止工作指令发送到与负载端口连接的负载，示例性地的，负载可以是电动汽车，控制模块可以是BMS，在DC-DC单元301的工作效率η小于预设阈值时BMS可以向电动汽车的整车控制器发送停止工作指令，以使得整车控制器控制整车上的负载停止工作，以提高电池的充电电流，缩短电池的充电时间，提高电池充电效率。

如图4所示，在本发明的一个实施例中，控制模块40还用于在接收到低压充电指令时，控制切换模块30执行第二动作，以使得至少两个电池并联至充电端口(DC+，DC-)并且充电端口(DC+，DC-)与负载端口(HV+，HV-)连接，第二动作可以是切换模块30根据控制模块40的控制指令所执行的开关动作，从而实现了低压充电时电池并联充电并且通过低压快速充电设备直接对负载供电，使得动力电池系统可以兼容高压和低压充电。

如图5所示，在本发明的另一个实施例中，控制模块40还用于在检测到充电端口(DC+，DC-)未与充电设备连接并且接收到上电指令时，控制切换模块30执行第三动作，以使得至少两个电池并联对负载端口(HV+，HV-)放电，第三动作可以是切换模块30根据控制模块40的控制指令所执行的开关动作，从而实现了未充电时电池并联对负载供电。

如图6所示，本实施例中电池可以包括第一电池10和第二电池20，切换模块30包括第一开关RL1和第二开关RL2，本实施例中，开关可以是继电器、接触器等受控开关，各个开关的控制端与控制模块40连接，通过控制模块40可以控制各个开关闭合或断开，第一电池10和第二电池20可以是规格、型号相同的可充电电池。

如图6所示，充电端口的正接线端DC+通过第一开关RL1与第一电池10的正极连接，以及通过DC-DC单元301与负载端口的正接线端HV+连接，第一电池10的负极与第二电池20的正极连接，第二电池20的负极通过第二开关RL2分别与充电端口的负接线端DC-和负载端口的负接线端HV-连接，第一开关RL1和第二开关RL2的控制端均与控制模块40连接。控制模块40与连接到充电端口(DC+，DC-)的充电设备交互，在从充电设备接收到高压充电指令时执行第一动作，具体的，如图6所示，控制模块40控制切换模块30中的第一开关RL1和第二开关RL2闭合，第一电池10和第二电池20串联至充电端口的正接线端DC+，并且充电端口的正接线端DC+通过DC-DC单元301与负载端口的正接线端HV+连接，从而实现了高压充电时第一电池10和第二电池20串联充电，并且将充电端口的高压通过DC-DC单元301转换为适合负载使用的低压。

如图7所示，在发明的另一个实施例中，切换模块30还包括第三开关RL3、第四开关RL4以及第五开关RL5，第一电池10的正极通过第三开关RL3与第二电池20的正极连接，第一电池10的负极通过第五开关RL5与第二电池20的正极连接，以及通过第四开关RL4与第二电池20的负极连接，第三开关RL3、第四开关RL4以及第五开关RL5的控制端与控制模块40连接。

如图7所示，控制模块40在接收到高压充电指令时，控制第一开关RL1、第二开关RL2、第五开关RL5闭合，第一电池10和第二电池20串联至充电端口的正接线端DC+，即切换模块30执行了第一动作，使得高压充电时第一电池10和第二电池20串联充电，并且将充电端口的高压通过DC-DC单元301转换为适合负载使用的低压，控制模块40在接收到低压充电指令时，控制第一开关RL1、第二开关RL2、第三开关RL3和第四开关RL4闭合，第一电池10和第二电池20并联至充电端口的正接线端DC+，即切换模块30执行了第二动作，使得低压充电时第一电池10和第二电池20并联充电，并且将充电端口的低压通过DC-DC单元301输出到负载供电，实现了动力电池系统能够兼容高压和低压充电，并且满足负载供电需求。

如图8所示，在一个实施例中，切换模块30还包括第六开关RL6和第七开关RL7，第六开关RL6与DC-DC单元301串联，第一开关RL1与第一电池10的正极的公共节点P1通过串联后的第六开关RL6和DC-DC单元301连接至负载端口的正接线端HV+，以及通过第七开关RL7与负载端口的正接线端HV+连接，第六开关RL6和第七开关RL7的控制端与控制模块40连接，控制模块40可以在接收到高压充电指令和上电指令时，控制第六开关RL6闭合，以及控制第七开关RL7断开，充电端口通过DC-DC单元301对负载端口供电，在接收到低压充电指令和上电指令时，控制第七开关RL7闭合，以及控制第六开关RL6断开，充电端口对直接对负载端口供电，从而实现了高压充电时通过DC-DC单元301将充电端口的高压转换为低压对负载端口供电，在低压充电时充电端口直接对负载端口供电。

如图9所示，在一个实施例中，切换模块30还包括电阻R1、第八开关RL8和第九开关RL9，第一开关RL1通过第八开关RL8与第一电池10的正极连接，电阻R1和第九开关RL9串联后并联在第八开关RL8的两端，第八开关RL8和第九开关RL9的控制端与控制模块40连接，控制模块40在接收到上电指令时，控制第九开关RL9闭合，第一电池10和第二电池20中的至少一个对负载端口预上电，在负载端口的电压满足预设电压时，控制第八开关RL8闭合以及控制第九开关RL9断开对负载端口正式上电，通过电阻R1可以抑制预上电时的电流过大，避免上电瞬间电流过大损坏负载或者损坏动力电池系统中的各个开关。

为了使得本领域技术人员更清楚理解本发明实施例的动力电池系统的工作原理，以下结合图9对本发明实施例的动力电池系统的控制过程进行说明。

如图9所示，在充电端口DC+、DC-接入充电设备时，控制模块40可以与充电设备交互，确定充电设备所输出的充电电压，当充电电压为高压(约550V～930V)时，若接收到上电指令，切换模块30执行第一动作，即控制模块40可以控制第二开关RL2、第四开关RL4、第九开关RL9以及第七开关RL7闭合，第一电池10对负载端口预上电，待负载端口电压满足预设电压时，控制第一开关RL1、第五开关RL5、第六开关RL6、第八开关RL8闭合，以及控制第七开关RL7、第九开关RL9、第四开关RL4断开，使得第一电池10和第二电池20串联到充电端口的正接线端DC+，并且充电端口的高压经过DC-DC单元301转换为低压后对负载端口供电，实现了高压充电时第一电池10和第二电池20串联充电，且充电端口的高压经过DC-DC单元转换后对负载端口供电。

在高压充电时，控制模块40获取DC-DC单元301的输出电流、充电需求电流、负载需求电流以及DC-DC单元301的工作效率，根据DC-DC单元的输出电流、充电需求电流、负载需求电流以及工作效率计算充电设备的目标输出电流，并将目标输出电流发送至充电设备，以使得充电设备所输出的电流既可以满足负载工作所需电流，又可以满足第一电池10和第二电池20充电时所需的充电需求电流。

当充电电压为低压(约230V～450V)时，若接收到上电指令，切换模块30执行第二动作，控制模块40可以控制第二开关RL2、第三开关RL3、第四开关RL4、第九开关RL9以及第七开关RL7闭合，第一电池10和第二电池20并联对负载端口预上电，待负载端口电压满足预设电压时，控制第一开关RL1、第七开关RL7、第八开关RL8闭合，以及控制第六开关RL6、第九开关RL9断开，使得第一电池10和第二电池20并到充电端口的正接线端DC+，并且充电端口的低压经过第七开关RL7直接对负载端口供电，实现了低充电时第一电池10和第二电池20并充电，且充电端口的直接对负载端口供电。

在充电端口未连接充电设备并且接收到上电指令时，切换模块30执行第三动作，即控制模块40可以控制第二开关RL2、第三开关RL3、第四开关RL4、第九开关RL9以及第七开关RL7闭合，第一电池10和第二电池20并联对负载端口预上电，待负载端口电压满足预设电压时，控制第七开关RL7、第八开关RL8闭合，以及控制第九开关RL9断开，实现了第一电池10和第二电池20并联对负载端口预上电后正式供电。

本实施例的动力电池系统可以根据充电端口所接入的充电设备的充电电压不同，控制动力电池系统中切换模块中的各个开关执行相应动作，以使得动力电池系统在高压、低压充电时均可满足对电池充电和对负载供电需求，无需为高压充电时配置高压部件，降低了整车成本。

本发明实施例还提供了一种电动汽车，该电动汽车包括前述任意实施例提供的动力电池系统，其中，动力电池系统中的负载端口与电动汽车的负载的输入端连接，以使得电池对电动汽车提供电能，动力电池系统中的充电端口设置在车身上以外接充电设备。

图10为本发明实施例提供的一种动力电池系统控制方法的流程图，如图10所示，该动力电池系统控制方法包括：

S101、在接收到高压充电指令连接时，控制切换模块执行第一动作，以使得至少两个电池串联至充电端口并且充电端口通过DC-DC单元与负载端口连接。

本实施例的动力电池系统控制方法应用于本发明实施例的动力电池系统，如图2所示，动力电池系统包括至少两个电池(10，20)、切换模块30和控制模块40，电池(10，20)与切换模块30连接，切换模块30与控制模块40连接，切换模块30包括负载端口(HV+，HV-)、充电端口(DC+，DC-)和DC-DC单元301。

可选的，如图6所示，电池可以包括第一电池10和第二电池20，切换模块30包括第一开关RL1和第二开关RL2，则切换模块30执行的第一动作为：控制第一开关RL1和第二开关RL2闭合，第一电池10和第二电池20串联至充电端口的正接线端DC+，并且充电端口的正接线端DC+通过DC-DC单元与负载端口的正接线端HV+连接，从而实现了高压充电时第一电池10和第二电池20串联充电，并且将充电端口的高压通过DC-DC单元转换为适合负载使用的低压。

S102、获取DC-DC单元的输出电流、充电需求电流、负载需求电流以及DC-DC单元的工作效率。

其中，DC-DC单元的输出电流可以是DC-DC单元的实际输出电流，充电需求电流可以是第一电池10和第二电池20充电所需的电流，负载需求电流可以是负载工作所需电流，DC-DC单元的工作效率可以是DC-DC单元对电能的转换效率。

在一个实施例中，控制模块可以通过电流传感器实时获取DC-DC单元的输入电流I3、输出电流I4、充电设备的输出电压U1以及DC-DC单元的输出电压U2，计算DC-DC单元的输入电流I3与充电设备的输出电压U1的第一乘积U1×I3，以及计算DC-DC单元的输出电流I4与DC-DC单元的输出电压U2的第二乘积U2×I4，计算第二乘积U2×I4与第一乘积U1×I3的比值(U2×I4)/U1×I3，以作为DC-DC单元的工作效率η。

S103、根据DC-DC单元的输出电流、充电需求电流、负载需求电流以及工作效率计算充电设备的目标输出电流。

在一个实施例中，充电设备的目标输出电流I1可以通过以下公式计算：

I1＝I2+I3＇；

其中，

I3＇＝I3+I4＇；

I4＇＝I5-I4；

I3＝(U2×I4)/(U1×η)

由此推导出：

I1＝I2+(U2×I4)/(U1×η)+I5-I4

其中，I2为第一电池10和第二电池20的充电需求电流，I3＇为补偿后DC-DC单元的输入电流，I4＇为DC-DC单元的损耗电流，I5为负载需求电流，即计算目标输出电流I1时，可以采用充电需求电流I2加上比值(U2×I4)/(U1×η)、负载需求电流I5，以及减去DC-DC单元301的输出电流I4，在实际用于中，可以先计算充电需求电流I2、比值(U2×I4)/(U1×η)、负载需求电流I5的和值，再计算和值与DC-DC单元301的输出电流I4的差值，得到目标输出电流I1，也可以先计算负载需求电流I5与DC-DC单元301的输出电流I4的差值，再计算差值与充电需求电流I2、比值(U2×I4)/(U1×η)的和值，得到目标输出电流I1，本实施例对目标输出电流I1的计算公式中各项的计算顺序不作限制。S104、将目标输出电流发送至充电设备。

具体的，控制模块可以是动力电池系统的BMS，BMS可以通过通讯链路与高压快速充电通讯，并将目标输出电流通过通信链路发送到充电设备，以使得充电设备根据目标输出电流调整输出电流。

本实施例的动力电池系统控制方法应用于动力电池系统，通过在接收到高压充电指令时，控制切换模块执行第一动作，以使得至少两个电池串联至充电端口并且充电端口通过DC-DC单元与负载端口连接，并获取DC-DC单元的输入电流、充电需求电流以及DC-DC单元的工作效率，根据DC-DC单元的输入电流、充电需求电流以及工作效率计算充电设备的目标输出电流，将目标输出电流发送至充电设备，以使得充电设备根据目标输出电流调整输出电流，一方面，通过设置DC-DC单元，可以将充电设备的高压转换为适合负载使用的低压，以在高压充电时对负载供电，另一方面，可以根据DC-DC单元的工作效率计算充电设备的目标输出电流，以补偿DC-DC单元工作时所损耗的电流，既保证负载工作所需的电流，又保证了电池按照预设的充电需求电流进行快速充电，提高了电池的充电效率。

在一个实施例中，动力电池系统控制方法还包括：当DC-DC单元的工作效率η小于预设阈值时，生成停止工作指令发送到与负载端口连接的负载，示例性地的，负载可以是电动汽车，控制模块可以是BMS，在DC-DC单元的工作效率η小于预设阈值时BMS可以向电动汽车的整车控制器发送停止工作指令，以使得整车控制器控制整车上的负载停止工作，以提高电池的充电电流，缩短电池的充电时间，提高电池充电效率。

在另一个实施例中，如图4所示，动力电池系统控制方法还包括：在接收到低压充电指令时，控制切换模块30执行第二动作，以使得至少两个电池并联至充电端口(DC+，DC-)并且充电端口(DC+，DC-)与负载端口(HV+，HV-)连接，第二动作可以是切换模块30根据控制模块40的控制指令所执行的开关动作，从而实现了低压快速充电设备对电池充电时电池并联充电并且通过低压快速充电设备直接对负载供电。

具体的，如图7所示，切换模块30还包括第三开关RL3、第四开关RL4以及第五开关RL5，第一电池10的正极通过第三开关RL3与第二电池20的正极连接，第一电池10的负极通过第五开关RL5与第二电池20的正极连接，以及通过第四开关RL4与第二电池20的负极连接，第三开关RL3、第四开关RL4以及第五开关RL5的控制端与控制模块40连接。切换模块30的动作具体为：控制模块40在接收到高压充电指令时，控制第一开关RL1、第二开关RL2、第五开关RL5闭合，第一电池10和第二电池20串联至充电端口的正接线端DC+，即切换模块30执行了第一动作，使得高压充电时第一电池10和第二电池20串联充电，并且将充电端口的高压通过DC-DC单元转换为适合负载使用的低压，控制模块40在接收到低压充电指令时，控制第一开关RL1、第二开关RL2、第三开关RL3和第四开关RL4闭合，第一电池10和第二电池20并联至充电端口的正接线端DC，即切换模块30执行了第二动作，使得低压充电时第一电池10和第二电池20并联充电，并且将充电端口的低压通过DC-DC单元输出到负载供电，实现了动力电池系统能够兼容高压和低压充电，并且满足负载供电需求。

优选的，如图8所示，切换模块30还包括第六开关RL6和第七开关RL7，第六开关RL6与DC-DC单元301串联，第一开关RL1与第一电池10的正极的公共节点P1通过串联后的第六开关RL6和DC-DC单元301连接至负载端口的正接线端HV+，以及通过第七开关RL7与负载端口的正接线端HV+连接，第六开关RL6和第七开关RL7的控制端与控制模块40连接，控制模块40可以在接收到高压充电指令和上电指令时，控制第六开关RL6闭合，以及控制第七开关RL7断开，充电端口通过DC-DC单元对负载端口供电，在接收到低压充电指令和上电指令时，控制第七开关RL7闭合，以及控制第六开关RL6断开，充电端口对直接对负载端口供电，从而实现了高压充电时通过DC-DC单元将充电端口的高压转换为低压对负载端口供电，在低压充电时充电端口直接对负载端口供电。

在一个实施例中，动力电池系统控制方法还包括：在接收到上电指令时对负载端口预上电，并在负载端口的电压满足预设电压时，对负载端口正式上电。具体的，如图9所示，切换模块30还包括电阻R1、第八开关RL8和第九开关RL9，第一开关RL1通过第八开关RL8与第一电池10的正极连接，电阻R1和第九开关RL9串联后并联在第八开关RL8的两端，第八开关RL8和第九开关RL9的控制端与控制模块40连接，控制模块40在接收到上电指令时，比如在高压充电、低压充电或者未充电状态接收到上电指令时，控制第九开关RL9闭合，第一电池10和第二电池20中的至少一个对负载端口预上电，在负载端口的电压满足预设电压时，控制第八开关RL8闭合以及控制第九开关RL9断开，通过电阻R1可以抑制预上电时的电流过大，避免上电瞬间电流过大损坏负载或者损坏动力电池系统中的各个开关。

如图9所示，本发明实施例的动力电池系统控制方法的控制过程如下：

在充电端口DC+、DC-接入充电设备时，控制模块40可以与充电设备交互，确定充电设备所输出的充电电压，当充电电压为高压(约550V～930V)时，若接收到上电指令，切换模块30执行第一动作，即控制模块40可以控制第二开关RL2、第四开关RL4、第九开关RL9以及第七开关RL7闭合，第一电池10对负载端口预上电，待负载端口电压满足预设电压时，控制第一开关RL1、第五开关RL5、第六开关RL6、第八开关RL8闭合，以及控制第七开关RL7、第九开关RL9、第四开关RL4断开，使得第一电池10和第二电池20串联到充电端口的正接线端DC+，并且充电端口的高压经过DC-DC单元转换后对负载端口供电，实现了高压充电时第一电池10和第二电池20串联充电，且充电端口的高压经过DC-DC单元转换后对负载端口供电。

在高压充电时，控制模块40获取DC-DC单元的输出电流、充电需求电流、负载需求电流以及DC-DC单元301的工作效率，根据DC-DC单元的输出电流、充电需求电流、负载需求电流以及工作效率计算充电设备的目标输出电流，并将目标输出电流发送至充电设备，以使得充电设备所输出的电流既可以满足负载工作所需电流，又可以满足第一电池10和第二电池20充电时所需的充电需求电流。

当充电电压为低压(约230V～450V)时，若接收到上电指令，切换模块30执行第二动作，即控制模块40可以控制第二开关RL2、第三开关RL3、第四开关RL4、第九开关RL9以及第七开关RL7闭合，第一电池10和第二电池20并联对负载端口预上电，待负载端口电压满足预设电压时，控制第一开关RL1、第七开关RL7、第八开关RL8闭合，以及控制第六开关RL6、第九开关RL9断开，使得第一电池10和第二电池20并到充电端口的正接线端DC+，并且充电端口的低压经过第七开关RL7直接对负载端口供电，实现了低充电时第一电池10和第二电池20并充电，且充电端口的直接对负载端口供电。

在充电端口未连接充电设备并且接收到上电指令时，切换模块执行第三动作，即控制模块40可以控制第二开关RL2、第三开关RL3、第四开关RL4、第九开关RL9以及第七开关RL7闭合，第一电池10和第二电池20并联对负载端口预上电，待负载端口电压满足预设电压时，控制第七开关RL7、第八开关RL8闭合，以及控制第九开关RL9断开，实现了第一电池10和第二电池20并联对负载端口预上电后正式供电。

需要说明的是，在控制多个开关闭合或断开时，本领域技术人员可以根据预设逻辑控制各个开关闭合或断开的先后顺序，本实施例对各个开关闭合或断开的顺序不作限制。

本实施例的动力电池系统控制方法可以根据动力电池系统的充电端口所接入的充电设备的充电电压不同，控制动力电池系统中切换模块中的各个开关执行相应动作，以使得动力电池系统在高压、低压充电时均可满足对电池充电和对负载供电需求，无需为高压充电时配置高压部件，降低了整车成本。

图11为本发明实施例提供的动力电池系统控制装置的结构示意图，如图11所示，本发明实施例的动力电池系统控制装置包括：

第一动作控制单元201，用于在接收到高压充电指令连接时，控制所述切换模块执行第一动作，以使得至少两个电池串联至所述充电端口并且所述充电端口通过所述DC-DC单元与所述负载端口连接；

电流和工作效率获取单元202，用于获取所述DC-DC单元的输出电流、充电需求电流、所述负载需求电流以及所述DC-DC单元的工作效率；

目标输出电流确定单元203，用于根据所述DC-DC单元的输出电流、所述充电需求电流、所述负载需求电流以及所述工作效率确定充电设备的目标输出电流；

发送单元204，用于将所述目标输出电流发送至所述充电设备。

可选的，还包括：

停止工作指令生成和发送单元，用于在所述工作效率小于预设阈值时，生成停止工作指令发送到与所述负载端口连接的负载。

可选的，所述电流和工作效率获取单元202包括：

电流和电压获取子单元，用于获取所述DC-DC单元的输入电流、输出电流、所述充电设备的输出电压以及所述DC-DC单元的输出电压；

第一乘积和第二乘积计算子单元，用于计算所述DC-DC单元的输入电流与所述充电设备的输出电压的第一乘积，以及计算所述DC-DC单元的输出电流与所述DC-DC单元的输出电压的第二乘积；

DC-DC单元工作效率计算子单元，用于计算所述第二乘积与所述第一乘积的第一比值，以作为所述DC-DC单元的工作效率。

可选的，所述目标输出电流确定单元203包括：

第三乘积计算子单元，用于计算所述充电设备的输出电压与所述工作效率的第三乘积；

比值计算子单元，用于计算所述第二乘积与所述第三乘积的第二比值；

目标输出电流计算子单元，用于所述充电需求电流加上所述第二比值、所述负载需求电流，以及减去所述DC-DC单元的输出电流，得到所述充电设备的目标输出电流。

可选的，还包括：

第二动作控制单元，用于在接收到低压充电指令时，控制所述切换模块执行第二动作，以使得至少两个电池并联至所述充电端口并且所述充电端口与所述负载端口连接。

可选的，还包括：

第三动作控制单元，在检测到所述充电端口未与充电设备连接并接收到上电指令时，控制所述切换模块执行第三动作，以使得至少两个电池并联对所述负载端口放电。

本发明实施例所提供的动力电池系统控制装置可执行本发明任意实施例所提供的动力电池系统控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种动力电池系统，其特征在于，包括：至少两个电池、切换模块（30）和控制模块，所述电池与所述切换模块（30）连接，所述切换模块（30）与所述控制模块（40）连接，所述切换模块（30）包括负载端口、充电端口和DC-DC单元（301），所述控制模块（40）用于：

在接收到高压充电指令时，控制所述切换模块（30）执行第一动作，以使得至少两个电池串联至所述充电端口并且所述充电端口通过所述DC-DC单元（301）与所述负载端口连接；

获取DC-DC单元（301）的输出电流、充电需求电流、负载需求电流以及所述DC-DC单元（301）的工作效率；

根据所述DC-DC单元（301）的输出电流、所述充电需求电流、所述负载需求电流以及所述工作效率确定充电设备的目标输出电流；

将所述目标输出电流发送至所述充电设备；

所述电池包括第一电池（10）和第二电池（20）；

所述切换模块（30）包括第一开关（RL1）和第二开关（RL2），所述充电端口的正接线端（DC+）通过所述第一开关（RL1）与所述第一电池（10）的正极连接，以及通过所述DC-DC单元（301）与所述负载端口的正接线端（HV+）连接，所述第一电池（10）的负极与所述第二电池（20）的正极连接，所述第二电池（20）的负极通过所述第二开关（RL2）分别与所述充电端口的负接线端（DC-）和所述负载端口的负接线端（HV-）连接，所述第一开关（RL1）和第二开关（RL2）的控制端均与所述控制模块（40）连接；

所述控制模块（40）具体用于：

获取所述DC-DC单元（301）的输入电流、输出电流、所述充电设备的输出电压以及所述DC-DC单元（301）的输出电压；

计算所述DC-DC单元（301）的输入电流与所述充电设备的输出电压的第一乘积，以及计算所述DC-DC单元（301）的输出电流与所述DC-DC单元（301）的输出电压的第二乘积；

计算所述第二乘积与所述第一乘积的第一比值，以作为所述DC-DC单元（301）的工作效率；

计算所述充电设备的输出电压与所述工作效率的第三乘积；

计算所述第二乘积与所述第三乘积的第二比值；

所述充电需求电流加上所述第二比值、所述负载需求电流，以及减去所述DC-DC单元（301）的输出电流，得到所述充电设备的目标输出电流。

2.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述控制模块（40）还用于：

在所述工作效率小于预设阈值时，生成停止工作指令发送到与所述负载端口连接的负载。

3.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述控制模块（40）还用于：

在接收到低压充电指令时，控制所述切换模块（30）执行第二动作，以使得至少两个电池并联至所述充电端口并且所述充电端口与所述负载端口连接。

4.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述控制模块（40）还用于：

在检测到所述充电端口未与充电设备连接并接收到上电指令时，控制所述切换模块（30）执行第三动作，以使得至少两个电池并联对所述负载端口放电。

5.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述控制模块（40）具体用于：

在接收到高压充电指令时，控制所述第一开关（RL1）和所述第二开关（RL2）闭合，所述第一电池（10）和所述第二电池（20）串联至所述充电端口的正接线端（DC+），所述充电端口通过所述DC-DC单元（301）与所述负载端口的正接线端（HV+）连接。

6.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述切换模块（30）还包括第三开关（RL3）、第四开关（RL4）以及第五开关（RL5），所述第一电池（10）的正极通过所述第三开关（RL3）与所述第二电池（20）的正极连接，所述第一电池（10）的负极通过所述第五开关（RL5）与所述第二电池（20）的正极连接，以及通过所述第四开关（RL4）与所述第二电池（20）的负极连接，所述第三开关（RL3）、第四开关（RL4）以及第五开关（RL5）的控制端与所述控制模块（40）连接。

7.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述控制模块（40）具体用于：

在接收到高压充电指令时，控制所述第一开关（RL1）、第二开关（RL2）、第五开关（RL5）闭合，所述第一电池（10）和所述第二电池（20）串联至所述充电端口；

在接收到低压充电指令时，控制所述第一开关（RL1）、第二开关（RL2）、第三开关（RL3）和第四开关（RL4）闭合，所述第一电池（10）和所述第二电池（20）并联至所述充电端口。

8.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述切换模块（30）还包括第六开关（RL6）和第七开关（RL7），所述第六开关（RL6）与所述DC-DC单元（301）串联，所述第一开关（RL1）与所述第一电池（10）的正极的公共节点通过串联的所述第六开关（RL6）和所述DC-DC单元（301）连接至所述负载端口的正接线端（HV+），以及通过所述第七开关（RL7）与所述负载端口的正接线端（HV+）连接，所述第六开关（RL6）和第七开关（RL7）的控制端与所述控制模块（40）连接。

9.根据权利要求8所述的动力电池系统，其特征在于，所述控制模块（40）具体用于：

在接收到高压充电指令和上电指令时，控制所述第六开关（RL6）闭合，以及控制所述第七开关（RL7）断开，所述充电端口通过所述DC-DC单元（301）对所述负载端口供电；

在接收到低压充电指令和上电指令时，控制所述第七开关（RL7）闭合，以及控制所述第六开关（RL6）断开，所述充电端口对所述负载端口供电。

10.根据权利要求1所述的动力电池系统，其特征在于，所述切换模块（30）还包括电阻（R1）、第八开关（RL8）和第九开关（RL9），所述第一开关（RL1）通过所述第八开关（RL8）与所述第一电池（10）的正极连接，所述电阻（R1）和所述第九开关（RL9）串联后并联在所述第八开关（RL8）的两端，所述第八开关（RL8）和第九开关（RL9）的控制端与所述控制模块（40）连接。

11.根据权利要求10所述的动力电池系统，其特征在于，所述控制模块具体用于：

在接收到上电指令时，控制所述第九开关（RL9）闭合，所述第一电池（10）和所述第二电池（20）中的至少一个对所述负载端口预上电；

在所述负载端口的电压满足预设电压时，控制所述第八开关（RL8）闭合以及控制所述第九开关（RL9）断开。

12.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的动力电池系统。

13.一种动力电池系统控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-11任一项所述的动力电池系统，所述动力电池系统包括至少两个电池、切换模块（30）和控制模块（40），所述电池与所述切换模块（30）连接，所述切换模块（30）与所述控制模块（40）连接，所述切换模块（30）包括负载端口、充电端口和DC-DC单元（301），所述动力电池系统控制方法包括：

在接收到高压充电指令连接时，控制所述切换模块（30）执行第一动作，以使得至少两个电池串联至所述充电端口并且所述充电端口通过所述DC-DC单元（301）与所述负载端口连接；

获取所述DC-DC单元（301）的输出电流、充电需求电流、所述负载需求电流以及所述DC-DC单元（301）的工作效率；

根据所述DC-DC单元（301）的输出电流、所述充电需求电流、所述负载需求电流以及所述工作效率确定充电设备的目标输出电流；

将所述目标输出电流发送至所述充电设备。