CN216290233U - 多支路电池系统及电池盒 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多支路电池系统及电池盒，该多支路电池系统，包括电池支路；所述电池支路包括电池单元、支路开关和预充支路；所述电池单元与所述支路开关串联连接，所述预充支路与所述支路开关并联连接；所述预充支路包括预充电阻和预充开关，所述预充电阻和所述预充开关串联连接；所述电池支路设置有多个，多个所述电池支路并联连接。该电池盒包括盒体，所述盒体设置有上述的多支路电池系统。本实用新型能够有效抑制由于电池支路间压差导致的冲击电流，保护电池系统的安全。

Description

多支路电池系统及电池盒

技术领域

本实用新型涉及电池系统技术领域，尤其涉及一种多支路电池系统及电池盒。

背景技术

电池作为新型的储能装置，是各国的重点发展行业。其中，锂离子电池因具有循环寿命高、能量密度高和清洁环保等优势而备受关注，广泛应用于电动汽车、消费类电子产品和工业储能等多个领域。

目前，锂离子电池系统有单支路电池系统和多支路电池系统，不论哪种支路电池系统，都包含有多个电芯。长时间使用后，各个电芯的参数会参差不齐，导致彼此间存在压差。现有均衡技术可以在单支路电池系统内对各个电芯进行均衡。而在多支路电池系统中，多支路电池系统上电瞬间，由于不同电池支路的电压存在压差，且不同电池支路并联，电池支路间的均衡电流将不受控制的由电压高的电池支路流向电压低的电池支路，而每个电池支路的电芯内阻较小，电池支路之间会有大电流产生，将严重损坏整个系统。

然而，上述技术方案中的均衡技术不能抑制多支路电池系统由于压差导致的大电流。

实用新型内容

为了解决背景技术中提到的至少一个问题，本实用新型提供一种多支路电池系统及电池盒，能够有效抑制由于电池支路间压差导致的冲击电流，保护电池系统的安全。

为了实现上述目的，第一方面，本实用新型提供一种多支路电池系统，包括电池支路；所述电池支路包括电池单元、支路开关和预充支路；所述电池单元与所述支路开关串联连接，所述预充支路与所述支路开关并联连接；所述预充支路包括预充电阻和预充开关，所述预充电阻和所述预充开关串联连接；所述电池支路设置有多个，多个所述电池支路并联连接。

作为本实用新型第一方面的进一步方案，还包括支路控制器，所述支路控制器对应所述电池支路设置有多个；所述支路控制器分别电连接对应所述电池支路的所述支路开关和所述预充开关。

作为本实用新型第一方面的进一步方案，所述支路开关和所述预充支路连接在所述电池单元的正极，所述电池单元的负极串联连接有负极开关，所述负极开关电连接所在所述电池支路对应的所述支路控制器；

或者，所述支路开关和所述预充支路连接在所述电池单元的负极，所述电池单元的正极串联连接有正极开关，所述正极开关电连接所在所述电池支路对应的所述支路控制器。

作为本实用新型第一方面的进一步方案，各所述电池支路上串联连接有支路霍尔传感器，所述支路霍尔传感器电连接所在所述电池支路对应的所述支路控制器。

作为本实用新型第一方面的进一步方案，所述电池单元包括多个电池包，多个所述电池包串联连接；各所述电池包均包括有多个电芯，多个所述电芯串联连接。

作为本实用新型第一方面的进一步方案，所述电池单元电连接有第一电压检测器，所述第一电压检测器电连接所在所述电池支路对应的所述支路控制器；

或者，各所述电池包均电连接有第二电压检测器，各所述第二电压检测器均电连接所在所述电池支路对应的所述支路控制器。

作为本实用新型第一方面的进一步方案，设定的所述电芯设置有温度传感器，各所述温度传感器分别电连接对应所述电池支路对应的所述支路控制器。

作为本实用新型第一方面的进一步方案，还包括DC/DC电源模块，多个所述电池支路并联的正极连接正极主回路，多个所述电池支路并联的负极连接负极主回路；

所述DC/DC电源模块的输入端连接于所述正极主回路和所述负极主回路之间；所述DC/DC电源模块的输出端电连接各所述支路控制器。

作为本实用新型第一方面的进一步方案，还包括主控制器，所述主控制器电连接于所述DC/DC电源模块的输出端，且所述主控制器信号连接各所述支路控制器；

所述正极主回路或所述负极主回路上串联连接有主霍尔传感器，所述主霍尔传感器电连接所述主控制器。

第二方面，本实用新型还提供一种电池盒，包括盒体，所述盒体设置有上述的多支路电池系统。

本实用新型提供一种多支路电池系统及电池盒，该多支路电池系统设置有预充支路，通过闭合预充开关使电池支路之间形成预充回路，由于设置有预充电阻，使充电过程相对缓和，避免产生大的电流冲击；且预充设定时间后，不同的电池支路之间的压差能减小到可允许范围内，达到了不同电池支路的电压均衡；该电池盒包括盒体，盒体设置上述多支路电池系统，具有同样的有益效果。

本实用新型的构造以及它的其他实用新型目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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一提供的多支路电池系统的原理示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的多支路电池系统的原理示意图；

图3为本实用新型实施例三提供的电池盒的结构示意图；

图4为本实用新型实施例三提供的电池盒的主视图；

图5为本实用新型实施例三提供的电池盒的左视图。

附图标记说明：

100-第一电池单元；101-第一电池包；

110-第一负极开关；120-第一正极开关，

130-第一预充支路；131-第一预充电阻；132-第一预充开关；

140-第一电池支路负极连接器；150-第一电池支路正极连接器；

160-第一霍尔传感器；

200-第二电池单元；201-第二电池包；

210-第二负极开关；220-第二正极开关，

230-第二预充支路；231-第二预充电阻；232-第二预充开关；

240-第二电池支路负极连接器；250-第二电池支路正极连接器；

260-第二霍尔传感器；

300-第三电池单元；301-第三电池包；

310-第三负极开关；320-第三正极开关；

330-第三预充支路；331-第三预充电阻；332-第三预充开关；

340-第三电池支路负极连接器；350-第三电池支路正极连接器；

360-第三霍尔传感器；

400-主回路开关；401-DC主回路开关；

410-第一主回路负极充电开关；411-第二主回路负极充电开关；

420-第一主回路正极充电开关；421-第二主回路正极充电开关；

430-DC主回路负极连接器；431-第一主回路负极连接器；432-第二主回路负极连接器；433-第三主回路负极连接器；434-第一主回路负极充电连接器；435-第二主回路负极充电连接器；

440-DC主回路正极连接器；441-第一主回路正极连接器；442-第二主回路正极连接器；443-第三主回路正极连接器；444-第一主回路正极充电连接器，445-第二主回路正极充电连接器；

450-主回路霍尔传感器；

500-DC/DC电源；

510-主控制器；511-第一支路控制器；512-第二支路控制器；513-第三支路控制器；

600-下盒体；601-上盒盖；

610-第一手动维修开关；611-第二手动维修开关；612-第三手动维修开关。

具体实施方式

车用锂离子电池一般采用多支路电池系统，是将不同电池支路直接并联在高压电池盒内。长时间使用后，不同电池支路的各个电芯的参数会参差不齐，导致不同电池支路之间的存在压差。在车辆启动上电瞬间，由于并联的电池支路之间存有压差，电池支路间的均衡电流将不受控制的由电压高的电池支路流向电压低的电池支路，而每个电池支路的电芯内阻较小，电池支路之间会有大电流产生，将严重损坏整个系统。现电池系统均衡技术一般解决电芯层面的均衡，但不能抑制多支路电池系统由于压差导致的大电流，无法解决不同电池支路之间的电压差，做到不同电池支路之间的均衡处理。

基于以上场景，本实用新型提供一种多支路电池系统及电池盒，适用于上述的电动汽车锂离子电池，还适用于其他领域具有多支路电池系统的场景。该多支路电池系统设置有预充支路，通过闭合预充开关使电池支路之间形成预充回路，由于设置有预充电阻，使充电过程相对缓和，避免产生大的电流冲击；且预充设定时间后，不同的电池支路之间的压差能减小到可允许范围内，达到了不同电池支路的电压均衡；该电池盒包括盒体，盒体设置上述多支路电池系统，具有同样的有益效果。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的优选实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。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。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。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。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的多支路电池系统的原理示意图。

参照图1所示，本实用新型实施例一提供一种多支路电池系统，包括电池支路；电池支路包括电池单元、支路开关和预充支路；电池单元与支路开关串联连接，预充支路与支路开关并联连接；预充支路包括预充电阻和预充开关，预充电阻和预充开关串联连接；电池支路设置有多个，多个电池支路并联连接。

以分别设置有第一电池支路、第二电池支路和第三电池支路三条电池支路为例。第一电池支路包括第一电池单元100、第一正极开关120和第一预充支路130。其中，第一正极开关120串联在第一电池单元100的正极，且作为第一电池支路的第一支路开关。第一预充支路130包括第一预充电阻131和第一预充开关132，第一预充电阻131和第一预充开关132 串联连接，第一预充电阻131连接在第一正极开关120连接第一电池单元正极100的一端，第一预充开关132连接在第一正极开关120的另一端。第一电池单元100包括多个第一电池包101，多个第一电池包101串联连接。各第一电池包101均包括有多个电芯，多个电芯串联连接。

同样，第二电池支路包括第二电池单元200、第二正极开关220和第二预充支路230，第三电池支路包括第三电池单元300、第三正极开关320 和第三预充支路330，具体连接关系可参考上述第一电池支路的描述及图 1，此处不再赘述。

其中，各电池单元的电芯在长期工作后，内部参数参差不齐，彼此之间形成压差，引起各个电池支路之间存在压差。当多支路电池系统上电之前，通过闭合预充支路形成预充回路，以平衡各电池支路之间的压差，防止直接上电引起的大电流冲击。

以首先平衡第一电池支路和第二电池支路的压差为例。

参考图1所示，闭合第一正极开关120和第二预充开关232，则第一电池单元100、第二预充电阻231和第二电池单元200形成回路，其中处于回路中高电压的一端向低电压的一端充电。假设第一电池单元100的电压大于第二电池单元200的电压，则第一电池单元100经第二预充电阻231 向第二电池单元200供电。预充过程中，由于电芯的阻值很小，任选的第二预充电阻231的阻值一般都会大于电芯的阻值(可选第二预充电阻的阻值为几百欧姆，如100-200欧姆)，受到第二预充电阻231的影响，回路中产生的电流很小，不会直接冲击第二电池单元200；且充电过程相对较慢，随着预充的进行，第一电池单元100的电压慢慢变小，第二电池单元 200的电压慢慢变大，两者的电压值慢慢接近。当预充设定时间后，第一电池单元100和第二电池单元200的压差逐渐减小到可允许范围内，断开第二预充开关232，闭合第二正极开关220，第一电池支路与第二电池支路形成并联，此时两者压差已经很小，不会再产生大的冲击电流。

随后，参照上述方式，进行第一电池支路和第二电池支路与第三电池支路之间的预充，以平衡三者之间的压差。即在以上第一电池支路和第二电池支路并联的基础上，闭合第三预充开关332，使第一电池单元200、第二电池单元200和第三电池单元300以及第三预充电阻331形成预充回路；预充设定时间，当三者的压差减小到可允许范围后，断开第三预充开关332，闭合第三正极开关320，第一电池单元100、第二电池单元200 和第三电池单元300并联连接，且三者压差已经很小，不会再产生大的冲击电流。

上述以三条电池支路为例，当有多条电池支路，以此类推，逐个对电池支路进行预充，完整彼此间的电压平衡。

本实施例一种多支路电池系统，设置有预充支路，通过闭合预充开关使电池支路之间形成预充回路，由于设置有预充电阻，且预充电阻的阻值远大于电芯的阻值，使充电过程相对缓和，避免产生大的电流冲击；且预充设定时间后，不同的电池支路之间的压差能减小到可允许范围内，达到了不同电池支路的电压均衡。

进一步地，还包括支路控制器，支路控制器对应电池支路设置有多个；支路控制器分别电连接对应电池支路的支路开关和预充开关。

以第一电池支路为例，对应第一电池支路设置第一支路控制器511，第一支路控制器511连接第一支路开关和第一预充开关132。则可通过第一支路控制器控制第一支路开关和第一预充开关132启闭的时机和时间段，以控制第一电池支路与其他电池支路预充的时间长度。为便于控制，可选第一支路开关和第一预充开关132均为继电器开关。同理，各个电池支路均设置各自的支路控制器，实现对各自支路开关和预充开关的分别控制，以逐个控制对不同的电池支路的预充参数。

实施例二

图2为本实用新型实施例二提供的多支路电池系统的原理示意图。

参照图2所示，在上述实施例一的基础上，本实用新型实施例二提供一种多支路电池系统，区别在于：支路开关和预充支路连接在电池单元的正极，电池单元的负极串联连接有负极开关，负极开关电连接所在电池支路对应的支路控制器。

或者，支路开关和预充支路连接在电池单元的负极，电池单元的正极串联连接有正极开关，正极开关电连接所在电池支路对应的支路控制器

于电池单元设置支路开关的相对端连接另一辅助控制开关，以第一电池支路为例，即第一电池支路中第一电池单元100的正极和负极对应串联第一正极开关120和第一负极开关110，且择一作为第一支路开关，另一作为第一辅助控制开关。当然，在预充过程中，除了闭合第一支路开关，还需要同时关闭第一辅助控制开关才能形成预充回路。但在同一第一电池支路中设置第一正极开关120和第一负极开关110两道开关，便于控制单个第一电池支路与主回路的通断，实现对单个第一电池支路的维护，避免因单个第一电池支路出现问题而影响整个多支路电池系统。同样，各个电池支路均设置各自的第一正极开关120和第一负极开关110两道开关，能实现不同电池支路的启闭控制。

进一步的，各电池支路上串联连接有支路霍尔传感器，支路霍尔传感器电连接所在电池支路对应的支路控制器。

以第一电池支路为例，第一电池支路的第一负极开关110与第一电池单元100之间串联第一霍尔传感器160，第一支路控制器511电连接第一霍尔传感器160，可采集第一电池支路的电流，当大于设定阈值时，可发出警报上报故障以进行保护措施。同样，各个电池支路设置各自的霍尔传感器，实现对各自电池支路的电流监测。

进一步地，电池单元电连接有第一电压检测器，第一电压检测器电连接所在电池支路对应的支路控制器；或者，各电池包均电连接有第二电压检测器，各第二电压检测器均电连接所在电池支路对应的支路控制器。

以第一电池支路为例，第一电池支路的第一电池单元100电连接第一电压检测器，或各个第一电池包101电连接第二电压检测器。第一电压检测器检测到的是第一电池单元100的电压。多个第二检测器检测到的是各个第一电池包101的电压，各个第一电池包101的电压之和等于第一电池单元100的电压。设置一个第一电压检测器或多个第二电压检测器，均能实现第一电池单元100的电压检测。将第一电池单元100的电压值通信至第一支路控制器511，当检测值大于设定阈值时，可发出警报上报故障以进行保护措施。同样，与第二电池支路对应的第二支路控制器512也能检测第二电池单元200的电压。

各电池支路的电池单元设置第一电压检测器，或者各电池支路的各电池包均设置第二电压检测器，除了监测自身电池支路的电池单元的电压外，还可以实现两电池支路之间的压差比较，以进一步判断是否属于预充阈值。因此，不同电池支路设置电压检测，且电连接支路控制器，实现对各自电池支路的电压监测以及不同电池支路之间的压差比较。

进一步地，设定的电芯分别设置有温度传感器，各温度传感器分别电连接对应电芯所在电池支路对应的支路控制器。

对各个电池支路的电芯分别设置温度传感器，并电连接该电池支路对应的支路控制器，便于通过支路控制器监测对应电池支路上电芯的温度，可发出警报上报故障以进行保护措施。

进一步地，还包括DC/DC电源模块500，多个电池支路并联的正极连接正极主回路，多个电池支路并联的负极连接负极主回路；DC/DC电源模块500的输入端连接于正极主回路和负极主回路之间；DC/DC电源模块 500的输出端电连接各支路控制器。

多个电池支路并联后的正极连接正极主回路，作为正极输出端，多个电池支路并联后的负极连接负极主回路，作为负极输出端。DC/DC电源模块500连接于正极主回路和负极主回路之间，可以由任一电池支路供电。例如，在电动汽车启动时，控制闭合第一电池支路的第一正极开关120和第一负极开关110，由第一电池支路对DC/DC电源模块500的输入端供电，进而由DC/DC电源模块500对各支路控制器供电。进而，各支路控制器采集的各电池支路电压信息，同时监测各电池支路的电流、温度等信息。根据各电池支路之间的压差，与设定阈值比较，判断进行报警或者预充电。当需要预充电时，各支路控制器对应控制启闭各电池支路的正极开关、负极开关和预充开关，依次完成两电池支路、三电池支路及更多电池支路之间的预充，平衡多支路电池系统的不同电池支路之间的压差。

进一步地，还包括主控制器510，主控制器510电连接于DC/DC电源模块500的输出端，且主控制器510信号连接各支路控制器。正极主回路或负极主回路上串联连接有主霍尔传感器450，主霍尔传感器450电连接主控制器510。

设置由DC/DC电源模块500供电的主控制器510，由主控制器510 与各支路控制器通信，便于总体控制，同时采集主回路的主霍尔传感器450 的电流信息，辅助监测多支路电池系统。负极主回路分别连接有用于充电的第一主回路负极充电开关410和第二主回路负极充电开关411，正极主回路还分别连接有用于充电的第一主回路正极充电开关420和第二主回路正极充电开关421，主控制器与各充电开关电连接，实现对外部电源对多支路电池充电的自动控制。

其他技术特征与实施例一相同，并能达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。

实施例三

图3为本实用新型实施例三提供的电池盒的结构示意图；图4为本实用新型实施例三提供的电池盒的主视图；图5为本实用新型实施例三提供的电池盒的左视图。

如图3-图5所示，在上述实施例二的基础上，本实用新型实施例三提供一种电池盒，包括盒体，盒体设置有如上述的多支路电池系统。

如图3-图5所示，将多支路电池系统的各电池支路的电池单元、正极开关、负极开关、预充电阻和预充开关等置于下盒体600内，下盒体600 的顶部加装上盒盖601，保护内部结构。将DC/DC电源模块500外挂于下盒体的侧壁，便于维护。并将各输入、输出的正极连接器和负极连接器等安装于下盒体600的侧壁，便于取用电。

本实施例一种电池盒，盒体设置多支路电池系统。该多支路电池系统设置有预充支路，通过闭合预充开关使电池支路之间形成预充回路，由于设置有预充电阻，且预充电阻的阻值远大于电芯的阻值，使充电过程相对缓和，避免产生大的电流冲击；且预充设定时间后，不同的电池支路之间的压差能减小到可允许范围内，达到了不同电池支路的电压均衡。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者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，而不是指示或者暗示所指的装置或者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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够包括除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例的范围。

Claims (10)

1.一种多支路电池系统，其特征在于，包括电池支路；

所述电池支路包括电池单元、支路开关和预充支路；

所述电池单元与所述支路开关串联连接，所述预充支路与所述支路开关并联连接；

所述预充支路包括预充电阻和预充开关，所述预充电阻和所述预充开关串联连接；

所述电池支路设置有多个，多个所述电池支路并联连接。

2.根据权利要求1所述的多支路电池系统，其特征在于，还包括支路控制器，所述支路控制器对应所述电池支路设置有多个；所述支路控制器分别电连接对应所述电池支路的所述支路开关和所述预充开关。

3.根据权利要求2所述的多支路电池系统，其特征在于，所述支路开关和所述预充支路连接在所述电池单元的正极，所述电池单元的负极串联连接有负极开关，所述负极开关电连接所在所述电池支路对应的所述支路控制器；

或者，所述支路开关和所述预充支路连接在所述电池单元的负极，所述电池单元的正极串联连接有正极开关，所述正极开关电连接所在所述电池支路对应的所述支路控制器。

4.根据权利要求2所述的多支路电池系统，其特征在于，各所述电池支路上串联连接有支路霍尔传感器，所述支路霍尔传感器电连接所在所述电池支路对应的所述支路控制器。

5.根据权利要求2所述的多支路电池系统，其特征在于，所述电池单元包括多个电池包，多个所述电池包串联连接；各所述电池包均包括有多个电芯，多个所述电芯串联连接。

6.根据权利要求5所述的多支路电池系统，其特征在于，所述电池单元电连接有第一电压检测器，所述第一电压检测器电连接所在所述电池支路对应的所述支路控制器；

或者，各所述电池包均电连接有第二电压检测器，各所述第二电压检测器均电连接所在所述电池支路对应的所述支路控制器。

7.根据权利要求5所述的多支路电池系统，其特征在于，设定的所述电芯设置有温度传感器，各所述温度传感器分别电连接对应所述电池支路对应的所述支路控制器。

8.根据权利要求4-6任一项所述的多支路电池系统，其特征在于，还包括DC/DC电源模块，多个所述电池支路并联的正极连接正极主回路，多个所述电池支路并联的负极连接负极主回路；

所述DC/DC电源模块的输入端连接于所述正极主回路和所述负极主回路之间；所述DC/DC电源模块的输出端电连接各所述支路控制器。

9.根据权利要求8所述的多支路电池系统，其特征在于，还包括主控制器，所述主控制器电连接于所述DC/DC电源模块的输出端，且所述主控制器信号连接各所述支路控制器；

所述正极主回路或所述负极主回路上串联连接有主霍尔传感器，所述主霍尔传感器电连接所述主控制器。

10.一种电池盒，其特征在于，包括盒体，所述盒体设置有如权利要求1-9任一项所述的多支路电池系统。

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