CN209257888U - 电池充电装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电池充电装置及系统，包括：高压分配组件，以及高压分配组件引出的第一接口、第二接口和第三接口；其中，高压分配组件内设置有切换继电器，高压分配组件用于通过第一接口外接电池管理系统，接收电池管理系统发送的切换继电器的开闭指令，并基于切换继电器的开闭指令控制切换继电器的开闭状态；高压分配组件用于通过第二接口外接待充电的电池，并通过切换继电器的开闭状态切换电池内部所包含的多个电池模组的连接关系；高压分配组件用于通过第三接口外接充电电源，并在切换继电器闭合时通过充电电源为电池充电。本实用新型可以有效缩短向电池充电所用的时间，进而提高电池的充电效率。

Description

电池充电装置及系统

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车技术领域，尤其是涉及一种电池充电装置及系统。

背景技术

新能源汽车是未来出行工具的发展趋势，新能源汽车内设置有用于向整车充电的电池系统，在使用电池系统向整车充电前，需要对电池系统充电。目前，向新能源汽车的电池系统充电时，由于充电电流受到充电电路内高压继电器等电气元件的限制，使得充电电路无法传输较高的充电电流，导致电池系统的快充能力受限，充电时间无法进一步缩短，进而限制充电效率的提高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电池充电装置及系统，可以有效缩短向电池充电所用的时间，进而提高电池的充电效率。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种电池充电装置，包括：高压分配组件，以及高压分配组件引出的第一接口、第二接口和第三接口；其中，高压分配组件内设置有切换继电器，高压分配组件用于通过第一接口外接电池管理系统，接收电池管理系统发送的切换继电器的开闭指令，并基于切换继电器的开闭指令控制切换继电器的开闭状态；高压分配组件用于通过第二接口外接待充电的电池，并通过切换继电器的开闭状态切换电池内部所包含的多个电池模组的连接关系；其中，切换继电器为闭合状态时，电池模组的连接关系为串行连接；切换继电器为断开状态时，电池模组的连接关系为并行连接；高压分配组件用于通过第三接口外接充电电源，并在切换继电器闭合时通过充电电源为电池充电。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述第三接口包括快充正接口和快充负接口；其中，快充正接口用于与充电电源的正极相连；快充负接口用于与充电电源的负极相连。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述高压分配组件设置有快充负继电器和快充正继电器；其中，高压分配组件用于接收电池管理系统发送的快充负继电器的开闭指令，并基于快充负继电器的开闭指令控制快充负继电器的开闭状态；高压分配组件用于接收电池管理系统发送的快充正继电器的开闭指令，并基于快充正继电器的开闭指令控制快充正继电器的开闭状态。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述装置还包括高压分配组件引出的第四接口；第四接口包括整车高压正接口和整车负接口；高压分配组件用于通过第四接口与整车相接，并在切换继电器断开时通过电池向整车放电；整车高压正接口用于与整车的放电正极相连；整车负接口用于与整车的放电负极相连。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述高压分配组件设置有第一主负继电器和第二主负继电器；其中，高压分配组件用于接收电池管理系统发送的第一主负继电器的开闭指令，并基于第一主负继电器的开闭指令控制第一主负继电器的开闭状态；高压分配组件用于接收电池管理系统发送的第二主负继电器的开闭指令，并基于第二主负继电器的开闭指令控制第二主负继电器的开闭状态。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述高压分配组件还设置有第一预充继电器和第二预充继电器；其中，高压分配组件用于接收电池管理系统发送的第一预充继电器的开闭指令，并基于第一预充继电器的开闭指令控制第一预充继电器的开闭状态；高压分配组件用于接收电池管理系统发送的第二主预充继电器的开闭指令，并基于第二预充继电器的开闭指令控制第二预充继电器的开闭状态。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述高压分配组件设置有第一主正继电器和第二主正继电器；其中，高压分配组件用于接收电池管理系统发送的第一主正继电器的开闭指令，并基于第一主正继电器的开闭指令控制第一主正继电器的开闭状态；高压分配组件用于接收电池管理系统发送的第二主正继电器的开闭指令，并基于第二主正继电器的开闭指令控制第二主正继电器的开闭状态。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述高压分配组件还包括第一熔断器和第二熔断器；其中，第一熔断器和第二熔断器均用于向高压分配组件提供短路保护。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种电池充电系统，该系统包括第一方面至第一方面的第七种可能的实施方式任一项的电池充电装置，以及分别与电池充电装置相连接的电池管理系统、待充电的电池和充电电源。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，上述电池管理系统用于向电池充电装置发送开闭指令；上述充电电池用于为待充电的电池充电。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型实施例提供了一种电池充电装置及系统，包括高压分配组件和该高压分配组件引出的第一接口、第二接口和第三接口，其中高压分配组件通过第一接口与电池管理系统相接，接收电池管理系统发送的切换继电器的开闭指令，并根据该开闭状态控制高压分配组件内的切换继电器的开闭状态；高压分配组件还用于通过第二接口与待充电的连接，并通过第三接口与充电电源连接，当高压分配组件基于切换继电器的闭合指令将待充电的电池内的各电池模组之间的连接方式切换为串行连接后，通过充电电源向待充电的电池充电。本实用新型实施例在高压分配单元内设置切换继电器，在切换继电器处于闭合状态时，电池内各电池模组的连接方式为串行连接，此时通过充电电源向电池内各电池模组充电，则使施加在电池上的总充电电压为施加在各电池模组上的充电电压之和，即在充电电路中传输的充电电流不变的情况下，施加在电池上的总充电电压提高，充电功率也随之提高，因此可以有效缩短电池的充电时间，进而提高电池的充电效率。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种电池充电装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种电池充电装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种电池充电装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种电池充电装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种电池充电系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前，在向新能源汽车的电池系统充电时，由于充电电路内的高压插件、高压继电器和高压导线等电气元件的限制，使得充电电路无法传输较高的充电电流，从而无法提高充电功率，导致向电池充电的时间较长，基于此，本实用新型实施例提供的一种电池充电装置及系统，可以有效缩短向电池充电所用的时间，进而提高电池的充电效率。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种电池充电装置进行详细介绍，参见图1所示的一种电池充电装置的结构示意图，该装置包括：高压分配组件100，以及高压分配组件引出的第一接口102、第二接口104和第三接口106。

高压分配组件内设100置有切换继电器108，高压分配组件100用于通过第一接口102外接BMS(Battery Management System，电池管理系统)系统，接收电池管理系统发送的切换继电器的开闭指令，并基于切换继电器的开闭指令控制切换继电器108的开闭状态。

其中，电池管理系统是对电池进行管理的系统，通常具有电压测量功能和管控电路功能，向高压分配组件发送切换继电器的开闭指令即为电池管理系统的管控电路功能。

高压分配组件100用于通过第二接口104外接待充电的电池，并通过切换继电器108的开闭状态切换电池内部所包含的多个电池模组的连接关系。其中，待充电的电池中包含多个电池模组，每个电池模组由电池单体通过串并方式连接组成。在切换继电器为闭合状态时，各电池模组的连接关系为串行连接；在切换继电器为断开状态时，各电池模组的连接关系为并行连接。

高压分配组件100用于通过第三接口106外接充电电源，并在切换继电器108闭合时通过充电电源为电池充电。为了提高向电池充电的充电效率，即为了缩短向电池充电的时间，可以提高电池充电的充电效率，其中，充电效率等于充电电压与充电电流的乘积。因为充电电路无法传输较高的充电电流，所以可以通过提高充电电压来达到提高充电功率的目的。具体的，在切换继电器闭合时，电池中各电池模组的连接方式为串联，由于此时施加在电池上的总充电电压为施加在各电池模组上的充电电压之和，所以即使在充电电流受限的情况下，也可以有效提高充电功率，进而减少充电时间，提供电池的充电效率。

本实用新型实施例提供了一种电池充电装置包括高压分配组件和该高压分配组件引出的第一接口、第二接口和第三接口，其中高压分配组件通过第一接口与电池管理系统相接，接收电池管理系统发送的切换继电器的开闭指令，并根据该开闭状态控制高压分配组件内的切换继电器的开闭状态；高压分配组件还用于通过第二接口与待充电的连接，并通过第三接口与充电电源连接，当高压分配组件基于切换继电器的闭合指令将待充电的电池内的各电池模组之间的连接方式切换为串行连接后，通过充电电源向待充电的电池充电。本实用新型实施例在高压分配单元内设置切换继电器，在切换继电器处于闭合状态时，电池内各电池模组的连接方式为串行连接，此时通过充电电源向电池内各电池模组充电，则施加在电池上的总充电电压为施加在各电池模组上的充电电压之和，即在充电电流不变的情况下，施加在电池上的总充电电压提高，充电功率也随之提高，因此可以有效缩短电池的充电时间，进而提高电池的充电效率。

众所周知的，当电路传输的电流较大时，对电路中的导线以及电气元件均会造成一定程度的损耗。因为本实用新型将切换继电器闭合，使得各电池模组之间的连接方式切换为串行连接，即在向待充电电池充电时施加在电池上的总充电电压为施加在各个电池模组上的充电电压之和，又因为功率等于电压与电流的乘积，所以在充电功率一致的时候，充电电路传输时的充电电流较小，所以本实用新型实施例提供的装置，还可以有效缓解充电电流对充电电路的损耗。

为了便于对上述实施例提供的装置进行理解，本实用新型还提供了另一种电池充电装置，图2示出了另一种电池充电装置的结构示意图，其中，高压分配单元(也即，高压分配组件)与模组系统1和模组系统2分别连接，其中，模组系统即为前述电池模组，高压分配单元中包含有多个继电器，上述多个继电器可以包括预充继电器K1、主正继电器K2、快充正继电器K3、主负继电器K4、超高压快充切换继电器(也即，切换继电器)K5、主正继电器K6、预充继电器K7、主负继电器K8和快充负继电器K9。

另外，该装置还包括高压分配组件引出的第三接口和第四接口，两个熔断器、两个电流传感器和两个预充电阻。具体的，上述第三接口还包括用于与充电电源的正极相连的快充正接口和用于与充电电源的负极相连的快充负接口；上述第四接口包括用于与整车的放电正极相连的整车高压正接口和用于与整车的放电负极相连的整车负接口，在切换继电器断开时通过第四接口与整车相接，并通过电池向整车放电，熔断器用于向高压分配组件提供短路保护，电流传感器用于向BMS系统提供高压分配组件内传输的电流，预充电阻用于在通过电池向整车放电时对整车进行保护。

综上所述，本实用新型实施例在切换继电器闭合时，使模组系统1与模组系统2之间的连接方式为串行连接，并通过第三接口与充电电源连接，通过充电电源向待充电电池充电，使施加在待充电电池上的充电电压为施加在各模组系统的充电电压的两倍，得到较高的充电功率，进而缩短充电时间，提高充电效率。本实用新型实施例在切换继电器断开时，使模组系统1和模组系统2之间的连接方式为并行连接，并通过第四接口与整车连接，通过电池向整车传输额定电流，从而达到对整车充电的目的。

参见图3所示的另一种电池充电装置的结构示意图，图3示出了超高压快充切换继电器K5、快充负继电器K9和快充正继电器K3均闭合后的电池充电装置的电路结构图，具体的，该电路包括依次连接的快充正接口、快充正继电器K3、模组系统1、超高压快充切换继电器K5、模组系统2、快充负继电器K9和快充负接口。其中，高压分配组件用于接收BMS系统发送的快充负继电器的开闭指令，并基于快充负继电器的开闭指令控制快充负继电器K9的开闭状态；还接收BMS系统发送的快充正继电器的开闭指令，并基于快充正继电器的开闭指令控制快充正继电器K3的开闭状态。

在向待充电电池充电时，基于充电安全考虑，首先通过BMS系统对高压分配组件中所包含的元器件状态进行检测，以判断高压分配组件内的所有元器件是否存在异常，当且仅当高压分配组件内所有元器件均无异常时，才开始对电池进行充电。具体的，BMS系统判断高压分配组件内所包含的各继电器是否处于无指令断开状态，若各继电器均处于断开状态，则表示高压分配组件无故障。

在确定高压分配组件无故障后，高压分配组件接收到BMS系统发送的切换继电器的开闭指令，使超高压快充切换继电器K5闭合，模组系统1和模组系统2之间的连接方式为串行连接；然后接收BMS系统发送的快充负继电器的闭合指令，并基于快充负继电器的开闭指令控制快充负继电器K9闭合，将高压分配组件与充电电源的负极连通；最后接收BMS系统发送的快充正继电器的闭合指令，并基于快充正继电器的开闭指令控制快充正继电器K3闭合，将高压分配组件与充电电源的正极连通。

本实用新型实施例提供的装置将模组系统1与模组系统2之间的连接方式设置为串行连接，所以施加在电池上的总充电电压为施加在各电池模组上的充电电压之和，即在充电电流不变的情况下，施加在电池上的总充电电压提高，充电功率也随之提高，因此可以有效缩短电池的充电时间，进而提高电池的充电效率。

参见图4所示的另一种电池充电装置的结构示意图，图4示出了主正继电器K2、主负继电器K4、主正继电器K6和主负继电器K8均闭合后的电池充电装置的电路结构图。

在通过电池向整车放电时，基于对整车的保护，首先应通过BMS系统对高压分配组件中所包含的元器件状态进行检测，以判断高压分配组件内的所有元器件是否存在异常，当且仅当高压分配组件内所有元器件均无异常时，才开始通过电池模组向整车放电。其中，高压分配组件用于基于BMS系统发送的第一主负继电器的开闭指令控制第一主负继电器的开闭状态；还用于基于BMS发送的第二主负继电器的开闭指令控制第二主负继电器的开闭状态。另外，高压分配组件还用于基于电池管理系统发送的第一预充继电器的开闭指令控制第一预充继电器的开闭状态，以及用于基于电池管理系统发送的第二主预充继电器的开闭指令控制第二预充继电器的开闭状态。进一步的，高压分配组件用于接收电池管理系统发送的第一主正继电器的开闭指令，并基于第一主正继电器的开闭指令控制第一主正继电器的开闭状态；还用于接收电池管理系统发送的第二主正继电器的开闭指令，并基于第二主正继电器的开闭指令控制第二主正继电器的开闭状态。

在确定高压分配组件无故障后，高压分配组件基于BMS系统的指令控制主负继电器K4和主负继电器K8闭合，将高压分配组件与整车高压负接口连通。

然后为了对整车进行保护，基于BMS系统的指令控制预充继电器K1和预充继电器K7闭合，将高压分配组件与整车高压正接口连通，通过电池向整车预充。通常情况下，200ms即可完成向整车的预充。由BMS系统通过电压测量功能判断是否到达预充结束标准，当预充结束后，开始通过电池模组对整车放电，其中，预充结束的标准为整车高压正接口与模组系统正极电压压差<10V。

在完成向整车的预充后，高压分配组件接收到BMS系统发送的第一预充继电器的断开指令和第二预充继电器的断开，并控制预充继电器K1和预充继电器K7断开，然后接收BMS系统发送的第一主正继电器的闭合指令和第二主正继电器的闭合指令，并控制主正继电器K2和主正继电器K6闭合，将高压分配组件与整车高压正接口连通，通过电池向整车放电。

本实用新型实施例提供的装置通过依次控制高压分配组件内的继电器开关实现对整车的预充和放电以及实现对电池的充电，并且在向电池充电时，将高压分配组件内的切换继电器切换至闭合状态，使电池内各电池模组的连接方式为串行连接，此时通过充电电源向电池内各电池模组充电，则施加在电池上的总充电电压为施加在各电池模组上的充电电压之和，即在充电电路传输的充电电流不变的情况下，施加在电池上的总充电电压提高，充电功率也随之提高，因此可以有效缩短电池的充电时间，进而提高电池的充电效率。

在前述实施例的基础上，本实用新型还提供了一种电池充电系统，参见图5所示的一种电池充电系统的结构示意图，该装置包括前述实施例提供的电池充电装置100，以及分别与电池充电装置100相连接的电池管理系统200、待充电的电池300和充电电源400。其中，电池充电装置100为上述实施例提供的任一种电池充电装置，电池管理系统200用于向电池充电装置100发送开闭指令；充电电池400用于为待充电的电池300充电。

本实用新型提供的电池充电系统，通过电池管理系统发送开闭指令控制上述电池充电装置内的继电器打的开闭状态，进而切换待充电电池内各电池模组的连接方式，并在各电池模组的连接方式为串行连接时通过充电电源向待充电的电池充电。由于此时电池内各电池模组的连接方式为串行连接，则在通过充电电源向电池内各电池模组充电时，施加在电池上的总充电电压为施加在各电池模组上的充电电压之和，即在充电电流不变的情况下，施加在电池上的总充电电压提高，充电功率也随之提高，因此可以有效缩短电池的充电时间，进而提高电池的充电效率。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的电池充电系统的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应装置，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池充电装置，其特征在于，包括：高压分配组件，以及所述高压分配组件引出的第一接口、第二接口和第三接口；其中，

所述高压分配组件内设置有切换继电器，所述高压分配组件用于通过所述第一接口外接电池管理系统，接收所述电池管理系统发送的切换继电器的开闭指令，并基于所述切换继电器的开闭指令控制所述切换继电器的开闭状态；

所述高压分配组件用于通过所述第二接口外接待充电的电池，并通过所述切换继电器的开闭状态切换所述电池内部所包含的多个电池模组的连接关系；其中，切换继电器为闭合状态时，所述电池模组的连接关系为串行连接；切换继电器为断开状态时，所述电池模组的连接关系为并行连接；

所述高压分配组件用于通过所述第三接口外接充电电源，并在所述切换继电器闭合时通过所述充电电源为所述电池充电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第三接口包括快充正接口和快充负接口；其中，

所述快充正接口用于与所述充电电源的正极相连；

所述快充负接口用于与所述充电电源的负极相连。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压分配组件设置有快充负继电器和快充正继电器；其中，

所述高压分配组件用于接收所述电池管理系统发送的快充负继电器的开闭指令，并基于所述快充负继电器的开闭指令控制所述快充负继电器的开闭状态；

所述高压分配组件用于接收所述电池管理系统发送的快充正继电器的开闭指令，并基于所述快充正继电器的开闭指令控制所述快充正继电器的开闭状态。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括所述高压分配组件引出的第四接口；所述第四接口包括整车高压正接口和整车高压负接口；

所述高压分配组件用于通过所述第四接口与整车相接，并在所述切换继电器断开时通过所述电池向所述整车放电；

所述整车高压正接口用于与所述整车的放电正极相连；

所述整车高压负接口用于与所述整车的放电负极相连。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述高压分配组件设置有第一主负继电器和第二主负继电器；其中，

所述高压分配组件用于接收所述电池管理系统发送的第一主负继电器的开闭指令，并基于所述第一主负继电器的开闭指令控制所述第一主负继电器的开闭状态；

所述高压分配组件用于接收所述电池管理系统发送的第二主负继电器的开闭指令，并基于所述第二主负继电器的开闭指令控制所述第二主负继电器的开闭状态。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述高压分配组件还设置有第一预充继电器和第二预充继电器；其中，

所述高压分配组件用于接收所述电池管理系统发送的第一预充继电器的开闭指令，并基于所述第一预充继电器的开闭指令控制所述第一预充继电器的开闭状态；

所述高压分配组件用于接收所述电池管理系统发送的第二主预充继电器的开闭指令，并基于所述第二预充继电器的开闭指令控制所述第二预充继电器的开闭状态。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述高压分配组件设置有第一主正继电器和第二主正继电器；其中，

所述高压分配组件用于接收所述电池管理系统发送的第一主正继电器的开闭指令，并基于所述第一主正继电器的开闭指令控制所述第一主正继电器的开闭状态；

所述高压分配组件用于接收所述电池管理系统发送的第二主正继电器的开闭指令，并基于所述第二主正继电器的开闭指令控制所述第二主正继电器的开闭状态。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压分配组件还包括第一熔断器和第二熔断器；其中，

所述第一熔断器和所述第二熔断器均用于向所述高压分配组件提供短路保护。

9.一种电池充电系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1至8任一项所述的电池充电装置，以及分别与所述电池充电装置相连接的电池管理系统、待充电的电池和充电电源。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电池管理系统用于向所述电池充电装置发送开闭指令；所述充电电池用于为所述待充电的电池充电。