CN218228709U - 动力电池控制系统、电池包和电动车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及动力电池控制系统、电池包和电动车辆。包括：预充电路，包括预充继电器和预充电阻，所述预充电阻的一端通过所述预充继电器与所述动力电池的正极连接，所述预充电阻的另一端连接车辆负载，所述车辆负载和所述动力电池的负极连接；加热电路，一端连接在所述预充继电器和所述预充电阻之间，用于通过所述预充继电器与所述动力电池的正极连接，所述加热电路的另一端与所述动力电池的负极连接。

Description

动力电池控制系统、电池包和电动车辆

技术领域

本实用新型涉及电动车辆技术领域，更具体地，本实用新型涉及动力电池控制系统、电池包和电动车辆。

背景技术

电动车辆的电池包内设置包括预充电路和加热电路的控制系统，其中，预充电路主要起保护主正接触器的作用，因为主正接触器直接接触时电流较大，容易造成触点烧蚀，通过设置预充电路来降低线路里的电流。加热电路用于加热动力电池，使得动力电池在低温环境中保持恒温，从而保障动力电池的续航能力。但由于在加热电路中设置继电器成本高且占用体积大，需要在电池包内预留较大的加热空间。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种新的动力电池控制系统的技术方案。

根据本实用新型的一个方面，提供一种动力电池控制系统，包括：

预充电路，包括预充继电器和预充电阻，所述预充电阻的一端通过所述预充继电器与所述动力电池的正极连接，所述预充电阻的另一端连接车辆负载，所述车辆负载和所述动力电池的负极连接；

加热电路，一端连接在所述预充继电器和所述预充电阻之间，用于通过所述预充继电器与所述动力电池的正极连接，所述加热电路的另一端与所述动力电池的负极连接。

优选地，所述预充电路还包括：单向导通单元，所述单向导通单元的正极连接所述预充电阻，所述单向导通单元的负极连接车辆负载，所述单向导通单元包括IGBT、MOS管中的至少一种。

优选地，所述动力电池控制系统还包括：电池管理器，输入端连接车辆控制端，输出端连接所述预充继电器。

优选地，所述动力电池控制系统还包括：电压监控模块，第一监控触点连接所述单向导通单元的正极，第二监控触点连接所述动力电池的负极，所述电压监控模块用于监控所述动力电池两端的电压变化，所述电压监控模块连接所述电池管理器的输入端。

优选地，还包括负极继电器；所述动力电池的负极通过负极继电器与所述车辆负载连接，所述动力电池的负极还通过负极继电器与所述加热电路连接，所述负极继电器连接在所述电池管理器的输出端。

优选地，还包括：温度检测装置，连接所述电池管理器和动力电池，用于检测所述动力电池的温度，并将检测结果发送至所述电池管理器。

优选地，所述加热电路包括：串联的加热保险和加热膜。

优选地，还包括：充放电电路，包括主正继电器，所述充放电电路与所述预充电路并联，所述主正继电器连接所述电池管理器的输出端。

优选地，还包括：主保险，与并联后的所述充放电电路与所述预充电路的一端连接。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种电池包，包括如本实用新型的第一方面所述的动力电池控制系统。

根据本实用新型的第三方面，提供了一种电池车辆，包括如本实用新型的第一方面所述的动力电池控制系统。

本实用新型的一个技术效果在于，通过增设单向导通单元，使得预充电路和加热电路共用一个预充继电器，实现加热回路由预充继电器进行调节控制的目的，节约了在加热回路中设置加热接触器的成本，减小了动力电池预留的加热空间，优化了动力电池的空间设计和质量。

本实用新型的另一个技术效果在于，利用单向导通单元进行反向截断，防止车辆负载回路中电能倒灌，损坏加热电路的器件。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是本实用新型实施例提供的动力电池控制系统的系统框图。

图2是本实用新型实施例提供的行车状态下的加热流程图。

图3是本实用新型实施例提供的充电状态下的加热流程图。

图4是本实用新型实施例提供的单向导通单元状态监控流程图。

图5是本实用新型实施例提供的整车高压控制电路原理图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

参考图1和图5所示，说明本实用新型实施例提供的动力电池控制系统：

动力电池控制系统包括动力电池1、预充电路、加热电路。

动力电池1用于存储外界输入的电能，并给车辆的车辆负载5提供动力。在一个实施例中，动力电池1包括若干个串联的电芯。

预充电路，包括预充继电器2和预充电阻3，预充电阻3的一端通过预充继电器2与动力电池1的正极连接，预充电阻3的另一端连接车辆负载5，所述车辆负载5和所述动力电池1的负极连接。

在一个实施例中，预充电路还包括：单向导通单元4，所述单向导通单元4的正极连接所述预充电阻3，所述单向导通单元4的负极连接车辆负载5，单向导通单元4包括IGBT、MOS管中的至少一种。利用单向导通单元4的单向导通特性，使得连接动力电池1的预充电路给车辆负载5进行电能供给，且不会被车辆负载5形成的高压系统回路电能倒灌。其中，预充继电器2是具有隔离功能的自动开关元件，通过控制预充继电器2使得预充电路与车辆负载5构成回路。预充电阻3在预充电路中起限流作用，为了避免电流超过单向导通单元4所规定的电流值把单向导通单元4烧坏，将预充电阻3串联在预充电路中，形成的回路中的阻抗变大，流过的电流反之变小，能够用于保护车辆负载5。

本实用新型中，预充继电器2的作用是保护预充电阻3和单向导通单元4，防止直接上电瞬间，充电电流或瞬间电流过大，会造成预充电阻3和单向导通单元4损坏。

加热电路，一端连接在预充继电器2和预充电阻3之间，用于通过预充继电器2与动力电池1的正极连接，加热电路与预充电路共用预充继电器2，减少了电路成本，节约了电路所占用的空间。同时由于单向导通单元4的反向截断特性，使得加热电路不会被车辆负载5形成的高压系统回路电能倒灌，损坏加热电路。加热电路的另一端与动力电池1的负极连接。通过控制预充继电器2，使得加热电路与动力电池1构成回路，加热电路开始工作加热，通过热传递将热量传递给动力电池1，使得动力电池1在低温环境中保持恒温，从而保障动力电池1的续航能力。

本实用新型中，加热电路包括串联的加热保险8和加热膜9，加热保险8是一种温度感应回路的切断元件，加热保险8能感应加热膜9在非正常运作过程中产生的过热，从而切断回路保护加热膜9。加热膜9一般是由电阻丝、绝缘包覆层以及引线组成，电阻丝可采用镍铬合金或铁铬合金，绝缘包覆层一般为聚酰亚胺、硅胶与环氧树脂。加热膜9在通电后发热，将其贴在动力电池1的表面，通过热传递给动力电池1加热。若干个加热膜9串联或并联后由动力电池1供电，并通过控制预充继电器2进行加热电路的导通。

本实用新型中，所述动力电池1的负极通过负极继电器6与所述车辆负载5连接，所述动力电池1的负极通过负极继电器6与所述加热电路连接，所述负极继电器6连接在所述电池管理器7的输出端。其中，负极继电器6与预充继电器2一样，均是具有隔离功能的自动开关元件，在车辆负载5下电时，有电池管理器7控制断开所述负极继电器6，隔离了所述动力电池1和车辆负载5，防止整车带电。例如，此设置在车辆维修时，通过断开负极继电器6，保障修理工作的安全性。

本实用新型中，加热电路还包括电压监控模块10，第一监控触点连接单向导通单元4的正极，第二监控触点连接动力电池1的负极，电压监控模块10用于在闭合预充继电器2和负极继电器6时，监控动力电池1两端的电压变化。因为单向导通单元4的存在，电压监控模块10监测到的电压值为稳定值，若监测到的电压值发生变化，则说明单向导通单元4被反向击穿，由此来监控并判断单向导通单元4的工作状态。电压监控模块连接电池管理器的输入端，用于将单向导通单元状态异常警报信号发送给电池管理器7。即单向导通单元4的防反功能是否失效，可通过电压监控模块10的第一监控触点、第二监控触点采样读取的电压信号进行监控，实时监控单向导通单元4的状态，并做出相应控制。

若预充继电器2和主正继电器11闭合，负极继电器6断开的状态下，电压监控模块10还可以监测主电路的电流。

电池管理器7，输入端连接车辆控制端，由车辆控制端输入控制指令，控制指令包括：行车指令和充电指令。输出端分别与预充继电器2、负极继电器6控制连接，输出端还连接主正继电器11。电池管理器根据接收到的行车指令，控制预充继电器2、负极继电器6和主正继电器11闭合，给车辆负载5供电，以及给加热电路供电。电池管理器根据接收到的充电指令，控制负极继电器6和主正继电器11闭合，充电接口12接收外界电能。同时，电池管理器7还用于对动力电池1进行故障检测，保障车辆运行安全。

本实用新型提供的动力电池控制系统，还包括：充放电电路，所述充放电电路与所述预充电路并联，该电路中包括主正继电器11，主正继电器11的一端连接动力电池1的正极，主正继电器11的另一端与并联的充电接口12和车辆负载5的一端连接。通过闭合主正继电器11和负极继电器6，实现给车辆负载5供电，保障车辆供能。或者在充电接口12与外界电源进行连接时，实现给动力电池1进行充电。

本实用新型提供的动力电池控制系统，还包括：主保险13，与并联后的所述充放电电路与所述预充电路的一端连接，用于在电路发生故障或异常时，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。

由于在直接上电瞬间，充电电流或瞬间电流过大，也会损坏主正接触器11。所以预充电路也起到保护主正接触器11的作用，主正接触器11直接接触，电流比较大，容易造成触点烧蚀，通过预充电路降低主正接触器11线路里的电流。

本实用新型提供的动力电池控制系统，还包括：温度检测装置，连接电池管理器和动力电池，用于检测动力电池1的温度，并将检测结果发送至电池管理器，方便车辆控制端获知动力电池1的状态，从而进行加热电路的控制。

本实用新型提供的动力电池控制系统，可以应用在电池包中，由于减少了加热电路中的继电器，因此电池包中加热电路占据的空间变小，也可以应用在电动车辆中。若使用本实用新型提供的动力电池控制系统车辆为混动车辆，当车辆进入稳压模式，即主正继电器11和负极接触器6断开，由外界发动机发电驱动时，单向导通单元4的设置可以防止加热膜工作。该动力电池控制系统通过增设单向导通单元4，使得预充电路和加热电路共用一个预充继电器，实现加热回路由预充继电器进行调节控制的目的，节约了在加热回路中设置加热接触器的成本，减小了动力电池预留的加热空间，优化了动力电池的空间设计和质量。

本实用新型的动力电池控制系统具有两种工作模式：

第一种工作模式参照图2所示，为动力电池控制系统在行车状态下的加热流程图，该加热步骤包括：

电池管理器7(BMC)对动力电池1进行故障检测，故障检测结果包括有故障和无故障；

若有故障，则发送警报信号至车辆控制端；若无故障，则判断BMC是否接收允许给车辆负载5进行供电的指令，判断结果包括未接收和接收；

若未接收，则结束加热流程；若接收，则BMC同时判断动力电池1的剩余电量SOC是否不小于电量阈值，是否闭合预充继电器2进行辅助放电，是否闭合主正继电器11进行放电，其中，若闭合预充继电器2进行辅助放电，则在预充工作完成后，断开预充继电器2。SOC即荷电状态，用来反映动力电池的剩余容量，其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0～1，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满；

若三者判断结果中有任一为否，则结束加热流程；若三者判断结果均为是，则BMC判断动力电池1中电芯最高温度是否不大于高温设定值，且电芯最低温度是否不大于低温设定值，其中动力电池1包括若干个串联的电芯，由温度检测装置检测各个电芯的温度值，并将检测结果发送至BMC，所述高温设定值用于判定动力电池1是否需要加热，所述低温设定值用于和高温设定值组合限定动力电池1的温差，判断动力电池1的温度是否正常；

若判断结果均为是，则闭合预充继电器2，加热电路开始工作；否则结束加热流程；

判断动力电池1中电芯最高温度是否大于高温设定值，或电芯最低温度是否不小于低温设定值，若是，则结束加热流程，否则持续加热。

本实用新型提供的动力电池控制系统，能够在车辆正常行驶，且电池非低温工况的情况下，防止加热电路给动力电池1加热。

第二种工作模式参照图3所示，为动力电池控制系统在充电状态下的加热流程图，该加热步骤包括：

电池管理器7(BMC)对动力电池1进行故障检测，故障检测结果包括有故障和无故障；

若有故障，则发送警报信号至车辆控制端；若无故障，则判断BMC是否接收允许给车辆负载5进行供电的指令，判断结果包括发送和未发送；

若未发送，则结束加热流程；若发送，则BMC判断电芯最低电压是否大于限制放电电压，且充电系统最大供电能力是否大于供电电压设定值，其中，若电芯最低电压低于限制放电电压，则说明动力电池处于过放状态，不能再给动力电池1加热，会损伤动力电池1；若充电系统最大供电能力小于供电电压设定值，则不能让动力电池1来放电，由充电接口12处的充电设备来供电；

若两者判断结果中有任一为否，则结束加热流程；若两者判断结果均为是，则BMC判断动力电池1中电芯最高温度是否不大于高温设定值，且电芯最低温度是否不大于低温设定值；

若判断结果均为是，则BMC控制闭合预充继电器2，加热电路开始工作；否则结束加热流程；

温度检测装置获取动力电池1的温度值，并发送给BMC，判断动力电池1中电芯最高温度是否大于高温设定值，或电芯最低温度是否不小于低温设定值，若是，则结束加热流程，否则持续加热。

在本实用新型中，参照图4所示，单向导通单元状态监控流程步骤为：

电池管理器7(BMC)对动力电池1进行故障检测，故障检测结果包括有故障和无故障；

若有故障，则发送警报信号至车辆控制端；若无故障，则判断动力电池1是否给车辆负载5进行供电，判断结果包括未供电和供电；

若未供电，则结束加热流程；若供电，则电压监控模块10监测动力电池1两端的电压变化情况，若两个监控触点之间的电压差值大于预设值，则说明单向导通单元4发生故障，向电池管理器7发送单向导通单元4状态异常警报信号；否则，电压监控模块10持续监控。

本实用新型的动力电池控制系统，通过应用单向导通单元的防反特性，合理的控制各个继电器的上电时序，仅使用一个继电器即可实现对车辆负载的预充和动力电池的加热控制。降低了配电方案的元器件成本，节省了设计空间。

虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种动力电池控制系统，其特征在于，包括：

预充电路，包括预充继电器和预充电阻，所述预充电阻的一端通过所述预充继电器与所述动力电池的正极连接，所述预充电阻的另一端连接车辆负载，所述车辆负载和所述动力电池的负极连接；

加热电路，一端连接在所述预充继电器和所述预充电阻之间，用于通过所述预充继电器与所述动力电池的正极连接，所述加热电路的另一端与所述动力电池的负极连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预充电路还包括：

单向导通单元，所述单向导通单元的正极连接所述预充电阻，所述单向导通单元的负极连接车辆负载，所述单向导通单元包括IGBT、MOS管中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述动力电池控制系统还包括：

电池管理器，输入端连接车辆控制端，输出端连接所述预充继电器。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述动力电池控制系统还包括：

电压监控模块，第一监控触点连接所述单向导通单元的正极，第二监控触点连接所述动力电池的负极，所述电压监控模块用于监控所述动力电池两端的电压变化，所述电压监控模块连接所述电池管理器的输入端。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述动力电池控制系统还包括：

负极继电器，所述动力电池的负极通过负极继电器与所述车辆负载连接，所述动力电池的负极还通过负极继电器与所述加热电路连接，所述负极继电器连接在所述电池管理器的输出端。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：

温度检测装置，连接所述电池管理器和动力电池，用于检测所述动力电池的温度，并将检测结果发送至所述电池管理器。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述加热电路包括：

串联的加热保险和加热膜。

8.根据权利要求3-6中任一项所述的系统，其特征在于，还包括：

充放电电路，包括主正继电器，所述充放电电路与所述预充电路并联，所述主正继电器连接所述电池管理器的输出端。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：

主保险，与并联后的所述充放电电路与所述预充电路的一端连接。

10.一种电池包，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的动力电池控制系统。

11.一种电动车辆，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的动力电池控制系统。

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