CN214929134U - 电动车辆的动力电池充放电系统、电动车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动车辆的动力电池充放电系统、电动车辆，其中，电动车辆的动力电池充放电系统包括动力电池、切换开关、第一正极充放电控制单元、第二正极充放电控制单元、第一负极充放电控制单元、第二负极充放电控制单元和电池管理器。电池管理器通过对切换开关、第一正极充放电控制单元和第二正极充放电控制单元以及第一负极充放电控制单元和第二负极充放电控制单元进行控制，以使动力电池以第一电压或第二电压进行充放电，其中，第一电压为第二电压的两倍。由此，该电动车辆的动力电池充放电系统能够降低系统设计成本，兼顾不同电压平台的充放电工况，同时保证电动车辆的动力电池充放电的安全性。

Description

电动车辆的动力电池充放电系统、电动车辆

技术领域

本实用新型涉及电动车辆技术领域，尤其涉及一种电动车辆的动力电池充放电系统和一种电动车辆。

背景技术

当前保时捷、路特斯等高端车型相继推出800V高电压平台车型，该车型的优势在于：第一、提高了电压平台使得超级快速充电成为了可能，在相同的充电能量需求和充电电流的前提下，800V高电压平台相对于400V高电压平台提高一倍，理论上充电时间减少一半，超级快速充电功能使得电动汽车的用户体验感大大提高，接近燃油车的加油体验，不需要过久的充电等待；第二、在相同功率需求的前提下，高一倍的电压平台可以使得充电电流降低，从而使得设计上高压线束的线径减小，重量降低，布置上更容易，高压线发热损耗减少；第三、高电压平台中的功率电子器件，如电机控制器的体积和开关损耗减小。但是，800V高压电压平台车型在国内也碰到了充电难的问题，根据初步统计，国内用于乘用车进行充电的快充桩，90％以上都是服务于600V以下电压平台车型的，能够输出的充电电压范围主要在250V～750V范围内，并不能覆盖800V高电压平台车型的充电要求。

在相关技术中，一般是在现有的充电桩或者车载中增加800V转400V的装置模块，如DC/DC模块。其中，在充电桩中增加DC/DC模块一方面要对于已有的充电桩设施进行人为改造，前提是该充电桩在布置、电气接口可以支持改造，可改造的充电桩数量较少，并且模块需要定制开发；另一方面，即使改造成功，在成本、安全性、可靠性等方面依旧存在比较大的隐患。而在车载中增加DC/DC模块则一方面对于车型的布置空间有严格的要求，往往需要降低车辆的其他性能作为代价，从而容易存在安全隐患；另一方面，DC/DC模块的成本较高，对于原车成本预算也是一个较大的挑战。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种电动车辆的动力电池充放电系统，能够降低系统设计成本，兼顾不同电压平台的充放电工况，同时保证电动车辆的动力电池充放电的安全性。

本实用新型的第二个目的在于提出一种电动车辆。

为达上述目的，本实用新型第一方面实施例提出了一种电动车辆的动力电池充放电系统，该充放电系统包括动力电池、切换开关、第一正极充放电控制单元、第二正极充放电控制单元、第一负极充放电控制单元、第二负极充放电控制单元和电池管理器。其中，所述动力电池包括第一电池单元和第二电池单元；所述切换开关的一端与所述第一电池单元的负极端相连，所述切换开关的另一端与所述第二电池单元的正极端相连；所述第一正极充放电控制单元的一端与所述第一电池单元的正极端相连，所述第二正极充放电控制单元的一端与所述第二电池单元的正极端相连，所述第一正极充放电控制单元的另一端与所述第二正极充放电控制单元的另一端相连；所述第一负极充放电控制单元的一端与所述第一电池单元的负极端相连，所述第二负极充放电控制单元的一端与所述第二电池单元的负极端相连，所述第一负极充放电控制单元的另一端与所述第二负极充放电控制单元的另一端相连；所述电池管理器通过对所述切换开关、所述第一正极充放电控制单元和第二正极充放电控制单元以及所述第一负极充放电控制单元和第二负极充放电控制单元进行控制，以使所述动力电池以第一电压或第二电压进行充放电，其中，所述第一电压为所述第二电压的两倍。

本实用新型的电动车辆的动力电池充放电系统包括动力电池、切换开关、第一正极充放电控制单元、第二正极充放电控制单元、第一负极充放电控制单元、第二负极充放电控制单元和电池管理器。其中，动力电池包括第一电池单元和第二电池单元，切换开关的第一与第一电池单元的负极端相连，切换开关的另一端与第二电池单元的正极端相连，第一正极充放电控制单元的一端与第一电池单元的正极端相连，第二正极充放电控制单元的一端与第二电池单元的正极端相连，第一正极充放电控制单元的另一端与第二正极充放电控制单元的另一端相连；第一负极充放电控制单元的一端与第一电池单元的负极端相连，第二负极充放电控制单元的一端与第二电池单元的负极端相连，第一负极充放电控制单元的另一端与第二负极充放电控制单元的另一端相连；电池管理器通过对切换开关、第一正极充放电控制单元和第二正极充放电控制单元以及第一负极充放电控制单元和第二负极充放电控制单元进行控制，以使动力电池以第一电压或第二电压进行充放电，其中，第一电压为第二电压的两倍。由此，该电动车辆的动力电池充放电系统能够降低系统设计成本，兼顾不同电压平台的充放电工况，同时保证电动车辆的动力电池充放电的安全性。

另外，本实用新型的电动车辆的动力电池充放电系统还可以具有如下附加技术特征：

在一些示例中，所述切换开关为可复用带载继电器。

在一些示例中，所述可复用带载继电器的最大电流为15-25KA、且切断时间小于8ms。

在一些示例中，所述第一正极充放电控制单元包括第一继电器、第一预充继电器和第一预充电阻，所述第一预充继电器和所述第一预充电阻串联后与所述第一继电器并联；所述第二正极充放电控制单元包括第二继电器、第二预充继电器和第二预充电阻，所述第二预充继电器和所述第二预充电阻串联后与所述第二继电器并联；所述第一负极充放电控制单元包括第三继电器；所述第二负极充放电控制单元包括第四继电器。

在一些示例中，在所述第一继电器、所述切换开关和所述第四继电器闭合以及所述第二继电器、所述第三继电器、所述第一预充继电器和所述第二预充继电器断开时，所述动力电池以所述第一电压进行充放电。

在一些示例中，在所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器和所述第四继电器闭合以及所述切换开关、所述第一预充继电器和所述第二预充继电器断开时，所述动力电池以所述第二电压进行充放电。

在一些示例中，所述第一电压为800V，所述第二电压为400V。

在一些示例中，在所述动力电池充电前，如果所述第一电池单元与所述第二电池单元之间存在电压差，所述电池管理器则通过控制所述切换开关、所述第一正极充放电控制单元和第二正极充放电控制单元以及所述第一负极充放电控制单元和第二负极充放电控制单元，以使所述第一电池单元和所述第二电池单元中电压较低的电池单元先进行充电。

在一些示例中，在所述动力电池充电后，如果所述第一电池单元与所述第二电池单元之间存在电压差，所述电池管理器则通过控制所述切换开关、所述第一正极充放电控制单元和第二正极充放电控制单元以及所述第一负极充放电控制单元和第二负极充放电控制单元，以使所述第一电池单元和所述第二电池单元中电压较低的电池单元再进行补充充电。

为达上述目的，本实用新型的第二个目的在于提出一种电动车辆，该电动车辆包括上述示例所述的电动车辆的动力电池充放电系统。

根据本实用新型的电动车辆，通过上述示例中的电动车辆的动力电池充放电系统，能够降低电动车辆设计成本，兼顾不同电压平台的充放电工况，同时保证电动车辆的动力电池充放电的安全性。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型一个具体实施例的电动车辆的动力电池充放电系统的示意图；

图2是本实用新型另一个具体实施例的电动车辆的动力电池充放电系统的示意图；

图3A-图3C是本实用新型实施例的电动车辆的动力电池充电前的动力电池均衡控制示意图；

图4A-图4C是本实用新型实施例的电动车辆的动力电池充电后的动力电池均衡控制示意图；

图5是本实用新型实施例的电动车辆的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例的电动车辆的动力电池充放电系统、电动车辆。

图1是本实用新型一个具体实施例的电动车辆的动力电池充放电系统的结构框图。

如图1所示，该电动车辆的动力电池充放电系统10包括动力电池、切换开关K1、第一正极充放电控制单元11和第二正极充放电控制单元12、第一负极充放电控制单元13和第二负极充放电控制单元14、电池管理器(图中未示出)。

其中，如图1所示，动力电池包括第一电池单元B1和第二电池单元B2；切换开关K1的一端与第一电池单元B1的负极端相连，切换开关K1的另一端与第二电池单元B2的正极端相连；第一正极充放电控制单元11的一端与第一电池单元B1的正极端相连，第二正极充放电控制单元12的一端与第二电池单元B2的正极端相连，第一正极充放电控制单元11的另一端与第二正极充放电控制单元12的另一端相连；第一负极充放电控制单元13的一端与第一电池单元B1的负极端相连，第二负极充放电控制单元14的一端与第二电池单元B2的负极端相连，第一负极充放电控制单元13的另一端与第二负极充放电控制单14元的另一端相连；电池管理器通过对切换开关K1、第一正极充放电控制单元11和第二正极充放电控制单元12以及第一负极充放电控制单元13和第二负极充放电控制单元14进行控制，以使动力电池以第一电压或第二电压进行充放电，其中，第一电压为第二电压的两倍。

具体地，参见图1，动力电池包括有第一电池单元B1和第二电池单元B2，可选地，第一电池单元B1和第二电池单元B2的额定电压相同，例如都是400V。第一电池单元B1和第二电池单元B2之间还通过切换开关K1进行连接或断开。第一电池单元B1、第一正极充放电控制单元11和第一负极充放电控制单元13形成一个回路；第二电池单元B2、第二正极充放电控制单元12和第二负极充放电控制单元14也形成一个回路。其中，第一负极充放电控制单元12和第二负极充放电控制单元14相连的一端引出，然后分别与第一正极充放电控制单元11的另一端和第二正极充放电控制单元12的另一端各自形成一个负载端，用于向外供电，或者向动力电池充电。本实施例中的动力电池充放电系统10还包括有电池管理器(图中未示出)，可以理解的是，电池管理器分别与切换开关K1、第一正极充放电控制单元11、第二正极充放电控制单元12、第一负极充放电控制单元13和第二负极充放电控制单元14连接并控制，从而能够使得动力电池以第一电压或者第二电压进行充放电，其中，第一电压为第二电压的两倍。可以理解的是，当第一电池单元B1与第二电池单元B2串联时，则动力电池以第一电压进行充放电；当第一电池单元B1与第二电池单元B2并联时，则动力电池以第二电压进行充放电。

在一些示例中，第一电压为800V，第二电压为400V。也就是说，本实施例中的第一电池单元和B1和第二电池单元B2的额定电压都为400V。

在一些实施例中，切换开关为可复用带载继电器。

具体地，如图1所示，在该实施例中，切换开关K1可以选用可复用带载继电器。并且，在一些示例中，动力电池充放电系统中还可以设置有第一断路器CVS1和第二断路器CVS2，并且每个断路器中还对应设置有保险丝。具体如图1所示，第一断路器CVS1对应设置有第一保险丝F1，第二断路器CVS2对应设置有第二保险丝F2。需要说明的是，该第一断路器CVS1和第二断路器CVS2的最大开端可以为15-25KA。在该实施例中，可复用带载继电器的最大电流为15-25KA、且切断时间小于8ms。从而能够在控制策略不太成熟时，可以防止由于充放电控制单元响应动作的时序与设计初衷不一致，而导致切换开关出现粘连的问题。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，第一正极充放电控制单元11包括第一继电器D1、第一预充继电器S1和第一预充电阻R1，第一预充继电器S1和第一预充电阻R1串联后与第一继电器D1并联；第二正极充放电控制单元12包括第二继电器D2、第二预充继电器S2和第二预充电阻R2，第二预充继电器S2和第二预充电阻R2串联后与第二继电器D2并联；第一负极充放电控制单元13包括第三继电器D3；第二负极充放电控制单元14包括第四继电器D4。

具体地，在该实施例中，电池管理器在对第一正极充放电控制单元11、第二正极充放电控制单元12、第一负极充放电控制单元13和第二负极充放电控制单元14进行控制的时候，可以对其相对应的继电器进行控制，通过控制各充放电控制单元中所包含的继电器，以及切换开关K1，能够使动力电池以第一电压或第二电压进行充放电。

在本实用新型的一个具体实施例中，如图1所示，在第一继电器D1、切换开关K1和第四继电器D4闭合以及第二继电器D2、第三继电器D3、第一预充继电器S1和第二预充继电器S2断开时，动力电池以第一电压进行充放电。

具体地，如图1所示，由于切换开关K1闭合，而第三继电器D3、第二继电器D2和第二预充继电器S2断开，所以此时第一电池单元B1的负极端和第二电池单元B2的正极端相连，又由于第一继电器D1和第四继电器D4闭合，所以第一电池单元B1和第二电池单元B2串联以第一电压向负载供电，或者外部电源以第一电压向第一电池单元B1和第二电池单元B2充电。

在本实用新型的另一个具体实施例中，如图2所示，在第一继电器D1、第二继电器D2、第三继电器D3和第四继电器D4闭合以及切换开关K1、第一预充继电器S1和第二预充继电器S2断开时，动力电池以第二电压进行充放电。

具体地，如图2所示，第一继电器D1、第二继电器D2、第三继电器D3和第四继电器D4都处于闭合状态，并且切换开关K1、第一预充继电器S1和第二预充继电器S2处于断开状态，此时，第一电池单元B1和第二电池单元B2处于并联状态，第一电池单元B1和第二电池单元B2以第二电压向负载供电，或者外部电源以第一电压向第一电池单元B1和第二电池单元B2充电。

需要说明的是，在上述实施例中，在需要将第一继电器D1和/或第二继电器D2闭合之前，可以先通过闭合第一预充继电器S1和/或第二预充继电器S2预设时间，如图1所示，由于第一预充继电器S1和第二预充继电器S2中还分别连接有第一预充电阻R1和第二预充电阻R2，可以避免继电器在闭合瞬间产生的大电流对电路造成的损坏。

在本实用新型的一些示例中，在动力电池充电前，如图1或图2所示，如果第一电池单元B1与第二电池单元B2之间存在电压差，电池管理器则通过控制切换开关K1、第一正极充放电控制单元11和第二正极充放电控制单元12以及第一负极充放电控制单元13和第二负极充放电控制单元14，以使第一电池单元B1和第二电池单元B2中电压较低的电池单元先进行充电。

具体地，第一电池单元B1和第二电池单元B2两组电池单元在经过串联一段时间后会出现电压不一致的情况，本实施例中可以通过控制各继电器的闭合和/或关断对第一电池单元B1和第二电池单元B2的电压进行均衡控制。更具体地，参见图3A、图3B和图3C可知，举例而言，在动力电池进行充电之前，如图3A所示，A组电池中的电量少于B组电池中的电量，即A组电池的电压小于B组电池的电压；如图3B所示，可以通过电池管理器控制相关继电器闭合和/或以使A组电池进行充电，并且B组电池不充电；如图3C所示，等到A组电池的电压与B组电池的电压相等时，则两组电池同时充电。需要说明的是，通过电池管理器控制相关继电器闭合和/或断开以使A组电池进行充电，并且B组电池不充电，本领域的技术人员可以根据图1或图2所示的电路图直接得到各继电器对应的状态，在此不再赘述。

在本实用新型的一些示例中，在动力电池充电后，如图1或图2所示，如果第一电池单元B1与第二电池单元B2之间存在电压差，电池管理器则通过控制切换开关K1、第一正极充放电控制单元11和第二正极充放电控制单元12以及第一负极充放电控制单元13和第二负极充放电控制单元14，以使第一电池单元B1和第二电池单元B2中电压较低的电池单元再进行补充充电。

具体地，第一电池单元B1和第二电池单元B2在完成充电之后，可能会出现电压不一致的情况，本实施例中可以通过控制各继电器的闭合和/或关断对第一电池单元B1和第二电池单元B2的电压进行均衡控制。更具体地，参见图4A、图4B和图4C可知，举例而言，在动力电池充电完成后，如图4A所示，A组电池中的电量少于B组电池中的电量，即A组电池的电压小于B组电池的电压；如图4B所示，可以通过电池管理器控制相关继电器闭合和/或以使A组电池进行充电，并且B组电池不充电；如图4C所示，等到A组电池的电压与B组电池的电压相等时，则断开开关，两组电池同时结束充电。需要说明的是，通过电池管理器控制相关继电器闭合和/或断开以使A组电池进行充电，并且B组电池不充电，本领域的技术人员可以根据图1或图2所示的电路图直接得到各继电器对应的状态，在此不再赘述。

综上，本实用新型的电动车辆的动力电池充放电系统能够降低电动车辆设计成本，兼顾不同电压平台的充放电工况，同时保证电动车辆的动力电池充放电的安全性。

图5是本实用新型实施例的电动车辆的结构框图。

进一步地，如图5所示，本实用新型提出了一种电动车辆100，该电动车辆100包括上述实施例中的电动车辆的动力电池充放电系统10。

本实用新型的电动车辆通过上述实施例中的电动车辆的动力电池充放电系统，能够降低电动车辆设计成本，兼顾不同电压平台的充放电工况，同时保证电动车辆的动力电池充放电的安全性。

另外，本实用新型实施例的电动车辆的其他构成及作用对本领域的技术人员来说是已知的，为减少冗余，此处不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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实用新型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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电动车辆的动力电池充放电系统，其特征在于，包括：

动力电池，所述动力电池包括第一电池单元和第二电池单元；

切换开关，所述切换开关的一端与所述第一电池单元的负极端相连，所述切换开关的另一端与所述第二电池单元的正极端相连；

第一正极充放电控制单元和第二正极充放电控制单元，所述第一正极充放电控制单元的一端与所述第一电池单元的正极端相连，所述第二正极充放电控制单元的一端与所述第二电池单元的正极端相连，所述第一正极充放电控制单元的另一端与所述第二正极充放电控制单元的另一端相连；

第一负极充放电控制单元和第二负极充放电控制单元，所述第一负极充放电控制单元的一端与所述第一电池单元的负极端相连，所述第二负极充放电控制单元的一端与所述第二电池单元的负极端相连，所述第一负极充放电控制单元的另一端与所述第二负极充放电控制单元的另一端相连；

电池管理器，所述电池管理器通过对所述切换开关、所述第一正极充放电控制单元和第二正极充放电控制单元以及所述第一负极充放电控制单元和第二负极充放电控制单元进行控制，以使所述动力电池以第一电压或第二电压进行充放电，其中，所述第一电压为所述第二电压的两倍。

2.如权利要求1所述的电动车辆的动力电池充放电系统，其特征在于，所述切换开关为可复用带载继电器。

3.如权利要求2所述的电动车辆的动力电池充放电系统，其特征在于，所述可复用带载继电器的最大电流为15-25KA、且切断时间小于8ms。

4.如权利要求1-3中任一项所述的电动车辆的动力电池充放电系统，其特征在于，

所述第一正极充放电控制单元包括第一继电器、第一预充继电器和第一预充电阻，所述第一预充继电器和所述第一预充电阻串联后与所述第一继电器并联；

所述第二正极充放电控制单元包括第二继电器、第二预充继电器和第二预充电阻，所述第二预充继电器和所述第二预充电阻串联后与所述第二继电器并联；

所述第一负极充放电控制单元包括第三继电器；

所述第二负极充放电控制单元包括第四继电器。

5.如权利要求4所述的电动车辆的动力电池充放电系统，其特征在于，在所述第一继电器、所述切换开关和所述第四继电器闭合以及所述第二继电器、所述第三继电器、所述第一预充继电器和所述第二预充继电器断开时，所述动力电池以所述第一电压进行充放电。

6.如权利要求4所述的电动车辆的动力电池充放电系统，其特征在于，在所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器和所述第四继电器闭合以及所述切换开关、所述第一预充继电器和所述第二预充继电器断开时，所述动力电池以所述第二电压进行充放电。

7.如权利要求1所述的电动车辆的动力电池充放电系统，其特征在于，所述第一电压为800V，所述第二电压为400V。

8.如权利要求1所述的电动车辆的动力电池充放电系统，其特征在于，在所述动力电池充电前，如果所述第一电池单元与所述第二电池单元之间存在电压差，所述电池管理器则通过控制所述切换开关、所述第一正极充放电控制单元和第二正极充放电控制单元以及所述第一负极充放电控制单元和第二负极充放电控制单元，以使所述第一电池单元和所述第二电池单元中电压较低的电池单元先进行充电。

9.如权利要求1所述的电动车辆的动力电池充放电系统，其特征在于，在所述动力电池充电后，如果所述第一电池单元与所述第二电池单元之间存在电压差，所述电池管理器则通过控制所述切换开关、所述第一正极充放电控制单元和第二正极充放电控制单元以及所述第一负极充放电控制单元和第二负极充放电控制单元，以使所述第一电池单元和所述第二电池单元中电压较低的电池单元再进行补充充电。

10.一种电动车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的电动车辆的动力电池充放电系统。

Images