CN107599866B - 双源电池包以及电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双源电池包和电动汽车，双源电池包包括：电池包仓和位于电池包仓内的主电池包、辅电池包、DC/DC转换器和控制单元；DC/DC转换器第一端和第二端连接在辅电池包的总正端和总负端，第三端分别与主电池包的总正和总正输出端相连；第四端分别与主电池包的总负端和总负输出端连接，从而形成主电池包和辅电池包的充放电路径；控制单元与DC/DC转换器、主电池包和辅电池包相连，通过控制DC/DC转换器的工作状态，实现对辅电池包的充放电控制；主电池包和辅电池包的电芯标准不同。本发明保证电动汽车的整车动力性和经济性的同时，降低了对辅电池包的性能要求，使得双源电池包与原电池组相比节约10%‑30%的成本。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车的动力电池领域，特别是涉及一种具备增程功能的双源电池包以及电动汽车。
背景技术
纯电动汽车EV(Electric Vehicle)目前全球发展迅猛，受传统汽车驾驶习惯的影响，对电动汽车EV的长续驶里程的要求逐渐成为主流趋势，如特斯拉Model-S长续驶里程版最高纯电行驶里程近500公里，大众也宣称未来推出超过400km的电动汽车EV。
为了满足长续驶里程要求，电动汽车配置的动力电池***(Battery Pack)需要更大容量，一般超过50kWh。电池***成本、电池包在整车安装中所占空间都对电动汽车的制造提出了相当大的挑战。
目前，电动汽车一般采用两种方式来解决大电量电池包的要求：
其一，增加单体电芯的容量，如三星推出96Ah三元锂离子电池。虽然增加了单体电芯的容量，但是其容量的增加势必会带来空间占用率的增加，如此也会大大制约整车电池空间的利用率，并且，在设计电池包时，大容量的单体电芯不便于随意组合，这使得电池包的可拓展性变差，无法适应不同的续驶里程需求。
其二，采用大量的小容量的单体电芯：例如特斯拉的电池包方案，其基于小容量电芯18650，采用上万只该小容量电芯进行组合，以此来解决大电量电池包的要求。上万只单体电芯的随意组合，虽然解决了大容量和便于组合的问题，但是采用大量的单体电芯势必造成电池包的整体安全性和可靠性的降低。
并且，不论是采用以上两种方案的哪一种，为了保证整车的寿命，对于单体电芯的可靠性的要求极高，如此也导致了电动汽车的整体电池包的成本难以控制。
而在电动汽车EV的整车成本中，动力电池包***的成本占到40-70％。按目前电池电芯价格计算，动力电池包成本大多会超过电动汽车EV的整车成本的50％。与基于燃油的传统汽车相比，电动汽车EV毫无成本优势，从而大大制约了电动汽车EV的市场接受度。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双源电池包以及电动汽车，用于解决现有技术中电动汽车的电池包成本过高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种双源电池包，应用于电动汽车，所述双源电池包包括：电池包仓和位于所述电池包仓内的主电池包、辅电池包、DC/DC转换器和控制单元；所述DC/DC转换器第一端和第二端连接在所述辅电池包的总正端和总负端，第三端分别与所述主电池包的总正端和所述双源电池包的总正输出端相连；第四端分别与所述主电池包的总负端和所述双源电池包的总负输出端连接，从而形成所述主电池包和所述辅电池包的充放电路径；所述控制单元分别与所述DC/DC转换器、所述主电池包和所述辅电池包相连，所述控制单元通过控制所述DC/DC转换器的工作状态，实现对所述辅电池包的充放电控制；所述主电池包和所述辅电池包的电芯标准不同，且所述辅电池包的最高充电终止电压小于所述主电池包的放电截止电压。
于本发明的一实施例中，所述电芯标准包括：外形形态、材料、额定电压、容量、生产时间。
于本发明的一实施例中，在所述辅电池包放电时，所述控制单元依据所述电动汽车所需的功率需求控制所述DC/DC转换器通过升压或降压实现对所述辅电池包的放电功率的控制；在所述辅电池包充电时，所述控制单元依据所述辅电池包的充电终止条件，控制所述DC/DC转换器通过升压或降压来实现对所述辅电池包的充电过程。
于本发明的一实施例中，当所述辅电池包的充电终止电压小于所述主电池包的放电截止电压的情况下：在所述辅电池包放电时，所述控制单元控制所述DC/DC转换器通过升压实现对所述辅电池的放电功率的控制，以满足所述电动汽车所需的放电功率；在所述辅电池包充电时，所述控制单元控制所述DC/DC转换器通过降压来实现对所述辅电池包的充电过程。
于本发明的一实施例中，所述控制单元是依据于所述主电池包的剩余电量和来源于所述电动汽车的功率需求控制所述DC/DC转换器的工作状态。
于本发明的一实施例中，当所述主电池包的剩余电量小于预设的第一电量阈值时，则所述控制单元控制所述DC/DC转换器开始工作，所述辅电池包接替所述主电池包开始放电，并同时为所述主电池包进行充电；当所述主电池包的剩余电量大于预设的第二电量阈值时，则所述控制单元控制所述DC/DC转换器停止工作，所述主电池包开始放电；所述第一电量阈值小于所述第二电量阈值。
于本发明的一实施例中，在所述辅电池包处于放电状态，且经所述DC/DC转换器后输出的放电功率无法满足所述电动汽车的功率需求时，则所述控制单元通过控制所述DC/DC转换器，以所述辅电池包的额定功率进行放电，并控制所述主电池包同时放电予以补充。
于本发明的一实施例中，所述双源电池包还包括第一开关单元和第三开关单元；所述充放电路径包括专用于所述主电池包充放电的主路径和供所述主电池包和所述辅电池包共同充放电的公共路径；所述第一开关单元设置于所述主路径上，用于控制所述主电池包的充放电；所述第三开关单元设置于所述公共路径上，用于控制所述主电池包和所述辅电池包的充放电。
本发明还公开了一种电动汽车，所述电动汽车采用如上所述的双源电池包。
如上所述，本发明的一种双源电池包以及电动汽车，具有以下有益技术效果：
1)本发明采用不同电芯标准的电池包分别作为主电池包和辅电池包，并通过DC/DC转换器控制辅电池包的充放电，保证了辅电池包的放电倍率始终保持在一定的范围内，且可恒定输出；且如果出现放电功率不足时，则由主电池包予以补充，此举有效弥补了高能比电芯倍率放电与寿命之间的缺陷；
2)本发明通过使用不同电芯标准的动力电池(主电池包和辅电池包)，使得双源电池包与原电池组相比节约10％-30％的成本；
3)本发明还可以保证电动汽车的整车的动力性、经济性不受电池的影响而降低；
4)本发明增强了电动汽车的安全冗余度，即使一个电池包出现故障，驾驶者也能将车开到目的地或者4S维修；在满足驾驶者出行的需求的前提下，消除了里程焦虑，又可以降低动力电池***的整体成本，增强了整车竞争力。
附图说明
图1显示为本发明实施例公开的一种双源电池包的原理结构示意图。
图2显示为本发明实施例公开的采用硬开关的双源电池包的结构示意图。
元件标号说明
110 主电池包
120 第一开关单元
130 第一检测单元
210 辅电池包
220 DC/DC转换器
230 第二检测单元
310 第三开关单元
320 公共检测单元
400 控制单元
500 电池包仓
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅附图。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供了一种双源电池包以及电动汽车，采用了不同电芯标准的电池包分别作为主电池包和辅电池包，并通过DC/DC转换器控制辅电池包的充放电，保证了辅电池包的放电倍率始终保持在一定的范围内，且可恒定输出；且如果出现放电功率不足时，则由主电池包予以补充。
实施例
本实施例公开了一种应用于电动汽车的双源电池包，如图1所示，包括：主电池包110、辅电池包210、第一开关单元120、DC/DC转换器220、第三开关单元310、控制单元400和电池包仓500。其中，
主电池包110、辅电池包210、第一开关单元120和DC/DC转换器220均位于电池包仓500内。
DC/DC转换器220的第一端和第二端分别与辅电池包210的总正端和总负端相连，第三端分别与主电池包110的总正端和双源电池包的总正输出端OUT1相连，第四端分别与主电池包110的总负端和双源电池包的总负输出端OUT2相连，如此形成了主电池包110和辅电池包210的充放电路径，如附图1中点划线和实线所示。其中，充放电路径包括主路径、辅路径和公共路径。主路径(图1中的主电池包110所在的实线)是指的是充放电路径中主电池包110所在的支路路径，该支路路径是主电池包110专用的；辅路径(图1中的辅电池包210所在的实线)为充放电路径中辅电池包210所在的支路路径，该支路路径是辅电池包210专用的；公共路径(图1中的点划线)是充放电路径中主电池包110和辅电池包210在充放电过程中所共同使用的路径。
主电池包110和辅电池包210既可以采用相同电芯标准的电池包，也可以采用不同电芯标准的电池包。本实施例中所提到的电池包的电芯标准包括但不限于：外形形态、材料、额定电压、容量、生产时间等等。
优选地，本实施例的辅电池包210的最高充电终止电压要小于主电池包110的放电截止电压。
本实施例的主电池包110采用性能较好的电池包，优选功率能量混合型电芯，既能够满足电池包成组后日常的续驶里程，又可以满足峰值放电的瞬时功率。通常情况下，主电池包110所选的电芯至少满足2500次1C充、放电的循环寿命(80％)的要求。辅电池包210采用循环较少的高能比电芯。如前所述，辅电池包210主要是为了满足更远的续驶里程的需求而设置的，这部分续驶里程在整车的全生命周期内占到的比例不超过10％，故辅电池包210选择高能比的电芯，使得电池包成组后的续驶里程可依据整车需求自由搭配。优选地，辅电池包210的循环寿命满足800次以上的1C充、放电的循环寿命(80％)的要求。如此，主电池包110和辅电池包210既可以满足驾驶者对于出行的需求，消除里程焦虑，又可以降低动力电池包的整体成本，增强了整车竞争力。
第一开关单元120设置于主路径上，用于控制主电池包110的充放电。第三开关单元310设置于公共路径上，以实现同时对主电池包110和辅电池包210的充放电管理，使得充放电路径更加安全。第一开关单元120闭合，且第三开关单元310闭合的情况下，主电池包110进行充放电；在DC/DC转换器220处于工作状态，且第三开关单元310闭合的情况下辅电池包210进行充放电。
DC/DC转换器220是一个开关电源模块，通过它将辅电池包的放电电压升压或降压到主电池包110的工作电压范围内，并对对外进行放电。同时它也能够将双源电池包的输入电压通过升压或降压到辅电池包210的工作电压范围内，对辅电池包210进行充电。本实施例通过DC/DC转换器220，打破了传统的辅电池包210一定要与主电池包110保持在相同或相近的电压平台，克服了主电池包110对辅电池包210的影响，降低了辅电池包210的各方面的(性能、电压)要求，使得不同的辅电池包210方案可以应用于本发明的双源电池包；并且，还可以根据电动汽车的整车空间自由选择，自由排布，将空间利用率最大化。
优选地，辅电池包210的充电终止电压小于主电池包110的放电截止电压，如此，DC/DC转换器220就只要在以下模式即可：在辅电池包210进行放电时，DC/DC转换器220通过升压模式，满足电动汽车所需的功率需求；在辅电池包210进行充电时，DC/DC转换器220通过降压模式，对辅电池包进行充电。此种情况下，DC/DC转换器220的结构拓扑相对简单。
本实施例中，第一开关单元120和第三开关单元310既可以采用硬开关，也可以采用软开关，并且是通过控制单元400控制的。
优选地，本实施例的硬开关采用接触器，如图2所示(该附图只标识了控制单元400、第一开关单元120、第三开关单元310、主电池包110、辅电池包210和DC/DC转换器220)，第一开关单元120和第三开关单元310均采用接触器来实现：第一开关单元120包括由接触器组成的开关K11和K12；以及第三开关单元310包括由接触器组成的开关K31。其中，开关K11控制主电池包110的充放电回路的断开和闭合；K12控制主电池包110的预充回路的断开和闭合。开关K31为公共路径的主开关，控制主电池包或辅电池包的充放电，且保证主电池包110、辅电池包210的高压安全。
优选地，本实施例的软开关采用IGBT或者碳化硅等。
进一步地，如图1所示，为了安全起见，本实施例的双源电池包***还包括第一检测单元130、第二检测单元230、公共检测单元320。
第一检测单元130是用于检测主电池包110和/或第一开关单元120的相关信息，包括但不限于：主电池包110的电压、电流和温度，第一开关单元120的工作状态等等。
第二检测单元230是用于检测辅电池包210和/或DC/DC转换器220的相关信息，包括但不限于：辅电池包210的电压、电流，DC/DC转换器220的工作状态等等。
公共检测单元320是用于检测公共路径的相关信息，包括但不限于：公共路径的电压、电流，第三开关单元310的工作状态。
需要说明的是，本实施例所提出的第一检测单元130、第二检测单元230和公共检测单元320并不仅是一个器件或芯片，也可以是通过多个芯片组合使用来实现的，并且，对于电压、电流和温度的检测、以及对于开关单元的工作状态的检测都是本领域技术人员所熟知的，在此就不再赘述了。此外，对于主电池包110和辅电池包210，根据第一检测单元130和第二检测单元230检测到的温度情况，在温度过高时会对主电池包110、DC/DC转换器220和/或辅电池包210施以相应的冷却处理，以保证主电池包110、DC/DC转换器220和/或辅电池包210的正常工作。
控制单元400与第一开关单元120、DC/DC转换器220、第三开关单元310、第一检测单元130、第二检测单元230和公共检测单元320相连接，用于控制第一开关单元120、DC/DC转换器220和第三开关单元310的断开或闭合。并且，本实施例的控制信号的传输线路如图1中的虚线所示。
此外，控制单元400通过第一检测单元130和第二检测单元230所提供的检测数据，可以计算出主电池包110和/或辅电池包的电量、剩余电量、健康状态、剩余能量等等。以此为依据，对第一开关单元120和DC/DC转换器220进行精确控制，实现对主电池包110或辅电池包210的充、放电的精确管理。
在本实施例中，控制单元400通过两种方式实现对第一开关单元120、DC/DC转换器220和第三开关单元310的控制：
其一，控制单元400还包括通信子单元(未在附图中画出)，利用通信子单元接收CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)网络传递过来的控制指令，依据控制指令对第一开关单元120、DC/DC转换器220和第三开关单元310进行控制；
其二，控制单元400是依据于第一检测单元130、第二检测单元230和公共检测单元320的检测结果，进行判断，以对第一开关单元120、DC/DC转换器220和第三开关单元310进行控制。此种方式下，控制单元400是一个具备数据处理功能的芯片，其对第一检测单元130、第二检测单元230和公共检测单元320的检测结果进行处理和判断，进一步实现对第一开关单元120、DC/DC转换器220和第三开关单元310的控制。
优选地，控制单元400是通过主电池包110的剩余电量和来自于电动汽车的功率需求来控制DC/DC转换器220的工作状态的：
在主电池包110的剩余电量大于第一电量阈值时，控制单元400控制DC/DC转换器220不工作，即辅电池包210不进行放电，由主电池包110进行放电；
在主电池包的110的剩余电量小于第一电量阈值时，控制单元400控制DC/DC转换器220开始工作，使得辅电池包210接替主电池包110开始放电。并且，在辅电池包210的放电功率大于电动汽车的功率需求时，辅电池包210在放电的同时，还对主电池包110进行充电；在辅电池包210的放电功率无法满足电动汽车的功率需求是，则控制单元400控制DC/DC转换器220输出额定功率，并控制主电池包110同时放电予以补充。
进一步地，在辅电池包210放电的情况下，当主电池包110的剩余电量大于第二电量阈值时，控制单元400则控制DC/DC转换器停止工作，主电池包110继续进行放电。
此外，辅电池包210进行放电时，如果电动汽车整车急减速，产生回馈电流时，DC/DC转换器220会停止输出，由主电池包完全接收回馈后的能量。
其中，第一电量阈值和第二电量阈值是预先设置的。优选地，第一电量阈值为10％；第二电量阈值为40％。
此外，为了突出本发明的创新部分，本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的单元。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
综上所述，本发明的一种双源电池包以及电动汽车，采用不同电芯标准的电池包分别作为主电池包和辅电池包，并通过DC/DC转换器控制辅电池包的充放电，保证了辅电池包的放电倍率始终保持在一定的范围内，且可恒定输出；且如果出现放电功率不足时，则由主电池包予以补充，此举有效弥补了高能比电芯倍率放电与寿命之间的缺陷；本发明通过使用不同电芯标准的动力电池(主电池包和辅电池包)，使得双源电池包与原电池组相比节约10％-30％的成本；本发明还可以保证电动汽车的整车的动力性、经济性不受电池的影响而降低；本发明增强了电动汽车的安全冗余度，即使一个电池包出现故障，驾驶者也能将车开到目的地或者4S维修；在满足驾驶者出行的需求的前提下，消除了里程焦虑，又可以降低动力电池***的整体成本，增强了整车竞争力所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种双源电池包，其特征在于，应用于电动汽车，所述双源电池包包括：电池包仓和位于所述电池包仓内的主电池包、辅电池包、DC/DC转换器和控制单元；
所述DC/DC转换器第一端和第二端连接在所述辅电池包的总正端和总负端，第三端分别与所述主电池包的总正端和所述双源电池包的总正输出端相连；第四端分别与所述主电池包的总负端和所述双源电池包的总负输出端连接，从而形成所述主电池包和所述辅电池包的充放电路径；
所述控制单元分别与所述DC/DC转换器、所述主电池包和所述辅电池包相连，所述控制单元通过控制所述DC/DC转换器的工作状态，实现对所述辅电池包的充放电控制；
所述主电池包和所述辅电池包的电芯标准不同，且所述辅电池包的最高充电终止电压小于所述主电池包的放电截止电压；
所述辅电池包的最高充电终止电压小于所述主电池包的放电截止电压的情况下：在所述辅电池包放电时，所述控制单元控制所述DC/DC转换器通过升压实现对所述辅电池的放电功率的控制，以满足所述电动汽车所需的放电功率；在所述辅电池包充电时，所述控制单元控制所述DC/DC转换器通过降压来实现对所述辅电池包的充电过程。
2.根据权利要求1所述的双源电池包，其特征在于：所述电芯标准包括：外形形态、材料、额定电压、容量、生产时间。
3.根据权利要求1所述的双源电池包，其特征在于：所述控制单元是依据于所述主电池包的剩余电量和来源于所述电动汽车的功率需求控制所述DC/DC转换器的工作状态。
4.根据权利要求3所述的双源电池包，其特征在于：
当所述主电池包的剩余电量小于预设的第一电量阈值时，则所述控制单元控制所述DC/DC转换器开始工作，所述辅电池包接替所述主电池包开始放电，并同时为所述主电池包进行充电；
当所述主电池包的剩余电量大于预设的第二电量阈值时，则所述控制单元控制所述DC/DC转换器停止工作，所述主电池包开始放电；
所述第一电量阈值小于所述第二电量阈值。
5.根据权利要求3所述的双源电池包，其特征在于：在所述辅电池包处于放电状态，且经所述DC/DC转换器后输出的放电功率无法满足所述电动汽车的功率需求时，则所述控制单元通过控制所述DC/DC转换器，以所述辅电池包的额定功率进行放电，并控制所述主电池包同时放电予以补充。
6.根据权利要求1所述的双源电池包，其特征在于：所述双源电池包还包括第一开关单元和第三开关单元；
所述充放电路径包括专用于所述主电池包充放电的主路径和供所述主电池包和所述辅电池包共同充、放电的公共路径；
所述第一开关单元设置于所述主路径上，用于控制所述主电池包的充放电；
所述第三开关单元设置于所述公共路径上，用于控制所述主电池包和所述辅电池包的充放电。
7.一种电动汽车，其特征在于：所述电动汽车采用如权利要求1-6中任意一项所述的双源电池包。
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