CN212874675U - 一种动力电池、电池系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种动力电池、电池系统及车辆，其中，动力电池包括电池模组，包括至少一个电池串，每个电池串由多个电芯构成，至少一个电池串的部分电芯组成备用电芯组；高压输出电路，与电池模组的输出端连接；低压输出电路，与一个备用电芯组连接；电池控制器，与高压输出电路和低压输出电路连接，电池控制器控制低压输出电路向低压蓄电池输出低压电。本实用新型通过简单的结构设计，在车辆休眠的状态下实现动力电池低压电的输出，减少设备制造成本，降低电能的额外消耗。

Description

一种动力电池、电池系统及车辆

技术领域

本实用新型属于动力电池技术领域，具体涉及一种动力电池、电池系统及车辆。

背景技术

蓄电池是车辆的重要储能供电单元，当车辆处于非驾驶状态后，会逐渐进入到休眠状态，但各控制器依然有静态电流，持续消耗蓄电池电量。当长时间未驾驶车辆后，由于静态电流的消耗，蓄电池电量逐渐降低，电量低到一定程度后，会导致车辆无法启动。此现象随着车辆功能复杂化、控制器普遍化而愈来愈严重。

为了避免上述情况，现有技术存在两种解决方案，一种是增大蓄电池电量，但这种方案会增加制造成本；另一种是新能源汽车的处理方式，即蓄电池电量不足后，启动高压连接，通过DC-DC直流变换器将动力电池输出的高压电转化为蓄电池使用的低压电，完成对蓄电池的直接充电，但此方式会使车辆退出休眠状态，进入到正常工作状态，相比于休眠状态，正常工作状态下控制器的耗电量至少提高了十倍以上，因此尽管此方式可以补充蓄电池电量，但是动力电池的电量会因为控制器进入到正常工作状态而会产生许多额外的损耗。

实用新型内容

(一)实用新型目的

本实用新型的目的是提供一种动力电池、电池系统及车辆，通过简单的结构设计，在车辆休眠的状态下实现动力电池低压电的输出，减少设备制造成本，降低电能的额外消耗。

(二)技术方案

为解决上述问题，本实用新型的第一方面提供了一种动力电池，包括：电池模组，包括至少一个电池串，每个电池串由多个电芯构成，至少一个电池串的部分电芯组成备用电芯组；高压输出电路，与电池模组的输出端连接；低压输出电路，与备用电芯组连接；电池控制器，与高压输出电路和低压输出电路连接，电池控制器控制低压输出电路向低压蓄电池输出低压电。

进一步地，动力电池还包括：第一可控开关，设于低压输出电路，且第一可控开关与电池控制器连接，电池控制器通过控制第一可控开关使低压输出电路断开或导通。

进一步地，动力电池还包括：第二可控开关，设于高压输出电路，第二可控开关与电池控制器连接，电池控制器通过控制第二可控开关使高压输出电路断开或导通。

进一步地，动力电池还包括：滑动接头，设于低压输出电路，且滑动接头与备用电芯组滑动连接。

进一步地，动力电池还包括：第三可控开关，设于相邻两个电池串之间；设有第三可控开关的相邻两个电池串中的一个电池串设有备用电芯组。

本实用新型的第二方面提供了一种电池系统，包括：以上任一项叙述的动力电池；低压蓄电池，与低压输出电路连接，休眠状态下，低压蓄电池与备用电芯组导通。

进一步地，电池系统还包括：电量监测模块，分别与低压蓄电池和电池控制器连接；电池控制器用于根据电量监测模块监测的低压蓄电池的电量控制低压输出电路断开或导通。

进一步地，电池系统还包括：预充电路，设于高压输出电路。

进一步地，预充电路包括：第四可控开关；预充电阻，与第四可控开关串联；第五可控开关，第四可控开关和预充电阻的串联电路与第五可控开关并联；所述第四可控开关和所述第五可控开关均与所述电池控制器连接。

本实用新型的第三方面提供了一种车辆，包括：以上任一项叙述的电池系统。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过简单的结构设计，实现动力电池低耗电状态下低压电的输出。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的电池系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二提供的电池系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例三提供的电池系统的结构示意图；

图4是本实用新型实施例一提供的另一种电池系统的结构示意图。

附图标记：

1-电池模组；S-电池串；B-电芯；K1-第一可控开关；K5-第二可控开关；K2- 第三可控开关；K4-第四可控开关；K3-第五可控开关；K6-滑动接头；2-低压蓄电池；21-电量监测模块；R1-预充电阻；4-低压负载装置；5-低压监测装置；6- 高压监测装置。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

图中所示出的各种区域、形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

动力电池为向车辆提供动力来源的电源。

在动力电池中，电芯为最小的电能存储单元，多个电芯串联组成具有较高输出电压的电池串，多个相同的电池串之间串联或并联组成电池模组，以期提供足够的电流和电压。

电池模组通过高压输出电路输出高压电，在车辆启动、加速等过程中通过动力电池输出的高压电实现，从而保证车辆常规行驶，当车辆无需驱动，也即无需动力电池输出高压电时，电池控制器处于休眠状态。

低压蓄电池用于输出低压电，以供车辆辅助设备的运行，比如：整车控制系统、高压电气设备的控制器和电池管理系统等的运行，当低压蓄电池电量不足时，车辆各个系统无法运作，车辆也就无法启动。

现有技术中，当低压蓄电池电量不足时，通过直流变换器将动力电池的高压电转化为低压电以对低压蓄电池充电，这个过程需要使动力电池输出高压电，因此，动力电池的电池控制器的所有程序全部唤醒，产生很多额外电量消耗。

本实用新型的电池系统的运行过程包括：

1.车辆点火开关处于打开状态时，电池控制器控制第一可控开关K1断开、第三可控开关K2闭合，高压输出电路形成完整的闭合回路，为车辆提供高压输出，驱动车辆。

2.车辆点火开关处于关闭状态时，电池控制器控制第一可控开关K1闭合、第三可控开关K2断开，第二可控开关K5断开，高压输出电路断开连通，动力电池中的部分电芯组成备用电芯组与低压输出电路连通形成完整的闭合回路，对整个低压蓄电池系统扩容，为低压蓄电池充电。

3.车辆点火开关从关闭状态切换到打开状态时，电池控制器控制第一可控开关K1断开、第三可控开关K2闭合，第二可控开关K5闭合，高压输出电路形成完整的闭合回路，由于动力电池中的部分电芯(即备用电芯组)在车辆休眠时有电量消耗(向低压蓄电池充电)，备用电芯组所在的电池串的电压会有相应的降低，其他电池串的电压会高于该电池串，当高压输出电路形成完整的闭合回路后，电池串间会有自发的电压均衡，形成电流，对该消耗部分电量的电池串进行充电。

实施例一

请参照图1，本实用新型实施例一提供一种电池系统，包括动力电池和低压蓄电池2，其中，动力电池包括电池模组1、高压输出电路、低压输出电路以及电池控制器(BatteryManagement Unit，BMU)。

高压输出电路与电池模组1的输出端连接，在车辆启动后高压输出电路向车辆提供足够的高压电；低压输出电路分别与低压蓄电池2和电池模组1中的备用电芯组连接，在车辆处于休眠状态且低压蓄电池2电量不足时，低压输出电路向低压蓄电池2输出低压电进行充电。电池控制器控制低压输出电路闭合以输出低压电或控制高压输出电路闭合以输出高压电。

本实用新型提供的电池系统，在车辆处于休眠状态时，即车辆没有启动，动力电池不需要输出高压电供给车辆时，低压蓄电池2的电量会由于静态电流的消耗而逐渐降低，当低压蓄电池2的电量消耗至一定值时，电池控制器控制低压蓄电池2、低压输出电路以及备用电芯组的连接电路导通，此时高压电输出电路断开，动力电池仅仅启动与低压蓄电池2连接的备用电芯组运作，实现低耗电状态下低压蓄电池2的充电，避免电池控制器的额外唤醒，即避免动力电池启动高压电输出，也即避免动力电池进入正常工作状态，减少动力电池额外的电量损耗。

在一些实施方式中，动力电池包括第一可控开关K1和第二可控开关K5，第一可控开关K1和第二可控开关K5均与电池控制器连接，电池控制器控制第一可控开关K1的打开或闭合，从而控制低压输出电路的断开或导通，电池控制器控制第二可控开关K5的打开或闭合，从而控制高压输出电路的断开或导通。

在一些实施方式中，第一可控开关K1设于低压输出电路，低压输出电路包括低压输出端子，低压输出电路通过低压输出端子与备用电芯组连接第一可控开关K1设于低压蓄电池2、低压输出端子和备用电芯组三者的连通电路的任一位置，例如，第一可控开关K1设于低压蓄电池2与低压输出端子之间，或第一可控开关K1设于备用电芯组和低压输出端子之间，第一可控开关K1打开，则备用电芯组与低压蓄电池2之间的连通断开，低压输出电路无法输出低压电，第一可控开关K1闭合，则备用电芯组与低压蓄电池2之间的连接导通，低压输出端子电路闭合以输出低压电为低压蓄电池2充电。

在一些实施方式中，第二可控开关K5设于高压输出电路，高压输出电路包括高压输出端子，高压输出电路通过高压输出端子与电池模组1连接，第二可控开关K5打开，电池模组1与动力电池外部的连接断开，高压输出电路无法输出高压电，车辆处于休眠状态。

在一些实施方式中，电池模组1包括多个电池串S，每个电池串S由多个电芯B组成，每个电芯B均有低压输出，数量足够多的电芯B串联可提供较高的电压，即由电芯B构成的电池串S可提供较高的电压。

备用电芯组由多个电芯B串联组成，根据低压蓄电池2的充电需求，确定低压输出电路输出的电压值，也即确定构成备用电芯组的电芯B的数量。

请参照图4，在一些实施方式中，多个电池串S串联连接，构成可提供高压电的电池模组1，其中一个电池串S与低压输出电路连通，具体地，该电池串S 中的部分电芯B组成备用电芯组，备用电芯组与低压输出电路连通。

在一些实施方式中，多个电池串S并联连接，构成可提供足够电流的电池模组1，其中一个电池串S的部分电芯B组成备用电芯组，备用电芯组与低压输出电路连通。

在一些实施方式中，多个电池串S串并联连接，即电池模组1的多个电池串 S并联与串联的情况同时存在，以构成可提供足够电压和足够电流的电池模组1，其中一个电池串S的部分电芯B组成备用电芯组，备用电芯组与低压输出电路连通。

在电池串S并联的实施方式中，动力电池还包括第三可控开关K2，第三可控开关K2用于断开或导通备用电芯组和动力电池中其他电芯B之间的连接，具体地，第三可控开关K2设于与低压输出电路连接的电池串S与其他电池串S连接的位置。具体地，第三可控开关K2设于与低压输出电路连接的电池串S和与该电池串S并联的其他电池串S之间，避免低压输出电路与并联的电池串S形成闭合的回路，从而避免低压输出电路输出高压电。

在可选地实施方式中，在电池串S串联或串并联的情况下，也可设置第三可控开关K2，以便断开或导通与低压输出电路连接的电池串S和其他电池串S之间的连接。

在一些实施方式中，电池系统还包括预充电路，预充电路设于高压输出电路和电池模组1的输出端之间，其中，预充电路包括第四可控开关K4、预充电阻 R1及第五可控开关K3，第四可控开关K4与所述第四可控开关K4串联，第五可控开关K3与第四可控开关K4和预充电阻R1的串联电路并联。

当需要高压上电时，首先闭合第四可控开关K4，电流通过预充电阻R1，避免由于高压接通瞬间，外部回路阻抗低引起的电流突然加大，导致部件烧毁的情况，当高压上电完成，电压电流趋于稳定后，再闭合第五可控开关K3，打开第四可控开关K4。

在具体实施方式中，第一可控开关K1、第二可控开关K5、第三可控开关 K2、第四可控开关K4和第五可控开关K3均为继电器，且均与电池控制器连接。

可选地，第一可控开关K1为低压输出继电器，第二可控开关K5为主负继电器，第三可控开关K2为高压输出继电器，第四可控开关K4为预充继电器，第五可控开关K3为主正继电器。

实施例二

请参照图2，本实用新型实施例二提供了一种电池系统，本实施例在实施例一的基础上增加了电量监测模块21。

电量监测模块21分别与低压蓄电池2和电池控制器连接，电量监测模块21 检测低压蓄电池2的电量，当低压蓄电池2的电量低于一定值时发送电信号至电池控制器，电池控制器基于该电信号控制低压输出端子电路闭合以输出低压电。

在可选地实施方式中，低压蓄电池2还设置有低压负载装置4。

在可选地实施方式中，可采用低压监测装置5检测低压输出电路输出的电压的数值，采用高压监测装置6检测高压输出电路输出的电压的数值。

实施例三

请参照图3，本实用新型实施例三提供了一种电池系统，本实施例在实施例一或二的基础上增加了滑动接头K6。

在具体实施方式中，低压输出电路通过滑动接头K6与一个电池串S的电芯 B滑动连接；

在示例性实施方式中，一个电池串S的正极与低压输出电路一端的一个低压输出端子连接，低压输出电路的另一端连接滑动接头K6，滑动接头K6与该电池串S中的一个电芯B连接，该电池串S正极与连接滑动接头K6的电芯B之间的串联电芯组成备用电芯组。

具体地，可调整滑动接头K6与电池串S的接触位置控制与低压输出电路连接的电芯B的数量，从而控制低压输出电路输出的电压。

在一些实施方式中，一种车辆还包括整车控制器(Vehicle Control Unit，VCU)，整车控制器接收并向电池控制器输出点火开关状态。

上述实施例记载的车辆的类型包括插电混合电动车、增程式电动车和纯电动汽车。上述动力电池的每个电芯B可采用锂电池、铁锂电池、刀片电池等高能电池。

通过该电池系统，避免额外增加DC-DC单元，降低生产成本，增加低压蓄电池系统电量，并且增加了车辆处于非驾驶状态时的放置时间。

本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)无需增加蓄电池数量或蓄电池蓄电量，也无需增加直流变换器，降低了车辆的制造成本；

(2)为蓄电池充电的过程中，避免了动力电池的电池模组全部启动，仅利用动力电池一小部分的电量实现对蓄电池的充电，减少了动力电池的损耗，降低电池控制器的负荷；

(3)无需设计复杂的蓄电池充电策略，结构设计简单。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种动力电池，其特征在于，包括：

电池模组，包括至少一个电池串，每个所述电池串由多个电芯构成，至少一个所述电池串的部分所述电芯组成备用电芯组；

高压输出电路，与所述电池模组的输出端连接；

低压输出电路，与所述备用电芯组连接；

电池控制器，与所述高压输出电路和所述低压输出电路连接，所述电池控制器控制所述低压输出电路向低压蓄电池输出低压电。

2.根据权利要求1所述的动力电池，其特征在于，还包括：

第一可控开关，设于所述低压输出电路，且所述第一可控开关与所述电池控制器连接，所述电池控制器通过控制所述第一可控开关使所述低压输出电路断开或导通。

3.根据权利要求1所述的动力电池，其特征在于，还包括：

第二可控开关，设于所述高压输出电路，所述第二可控开关与所述电池控制器连接，所述电池控制器通过控制所述第二可控开关使所述高压输出电路断开或导通。

4.根据权利要求1所述的动力电池，其特征在于，还包括：

滑动接头，设于所述低压输出电路，且所述滑动接头与所述备用电芯组滑动连接。

5.根据权利要求1所述的动力电池，其特征在于，还包括：

第三可控开关，设于相邻两个所述电池串之间；

设有所述第三可控开关的相邻两个所述电池串中的一个所述电池串设有所述备用电芯组。

6.一种电池系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-5任一项所述的动力电池；

低压蓄电池，与所述低压输出电路连接，休眠状态下，所述低压蓄电池与所述备用电芯组导通。

7.根据权利要求6所述的电池系统，其特征在于，还包括：

电量监测模块，分别与所述低压蓄电池和所述电池控制器连接；

所述电池控制器根据所述电量监测模块监测的所述低压蓄电池的电量控制所述低压输出电路断开或导通。

8.根据权利要求6所述的电池系统，其特征在于，还包括：

预充电路，设于所述高压输出电路。

9.根据权利要求8所述的电池系统，其特征在于，

所述预充电路包括：

第四可控开关；

预充电阻，与所述第四可控开关串联；

第五可控开关，所述第四可控开关和所述预充电阻的串联电路与所述第五可控开关并联；

所述第四可控开关和所述第五可控开关均与所述电池控制器连接。

10.一种车辆，其特征在于，包括：

如权利要求6-9任一项所述的电池系统。

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