CN109193881A - 带有快速充电功能的电池包及快速充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池包快速充电装置技术领域，尤其涉及一种带有快速充电功能的电池包及快速充电方法；包括多个电池单元以及用于将各所述电池单元进行并联的多个放电继电器、用于将各所述电池单元进行串联的多个充电继电器。本发明所公开的带有快速充电功能的电池包及快速充电方法，通过设置充电继电器和放电继电器，实现电池包在并联的情况下放电，在串联的情况下充电，使得充电的电压得以提升，能够成倍提高充电时间，达到快速充电的目的，提升充电速度，不增加发热量，不增加热损耗；同时，在充电功率不变的情况下，提升电压能够降低电流，减少热量损耗；进一步地，无需复杂电子设备的投入，降低了电池包的使用成本。

Description

带有快速充电功能的电池包及快速充电方法
技术领域
本发明涉及电池包快速充电装置技术领域，尤其涉及一种带有快速充电功能的电池包及快速充电方法。
背景技术
最近几年，纯电动汽车得到了长足的发展，在全国和全世界范围内，各个国家和企业都在大力发展推行纯电动汽车。而电池包作为纯电动汽车上的能源输出机构，其重要作用也是不言而喻的。
电动汽车想要长续驶里程，就需要电池包具有大电量，但是电量增大，相应的充电时间就会延长，而较长的充电时间是人们无法忍受的；通过购买可快速充电的电池(钛酸锂电池)可以实现快充，但此类电池成本高、能量密度低，缺乏普及性；想要快速充电，就会需要较大电流，较大电流会直接导致热损耗的升高，从而导致电池包的充电效率较低，同时伴随安全性的降低，甚至会发生***，危害人身安全。
综上，如何解决电池包的快速充电能力，降低热损耗，同时提高充电效率，是纯电动汽车实现长续驶里程，走进千家万户的重要突破点。
因此，为了解决上述问题，急需发明一种新的带有快速充电功能的电池包及快速充电方法。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种带有快速充电功能的电池包及快速充电方法，通过对模组排布及连接结构的设计，在不改变电芯性能并且安全有效的模式下，成倍提升充电速率。
本发明提供了下述方案：
一种带有快速充电功能的电池包，包括多个电池单元，各所述电池单元均包括多个串联的电芯；各所述电池单元的两端均连接于放电继电器；相邻两个所述电池单元的首尾相接处均通过充电继电器连接；所述放电继电器和所述充电继电器均与电池管理器连接，用于控制所述放电继电器和所述充电继电器的通断。
优选地，所述的带有快速充电功能的电池包还包括过载保护器，所述过载保护器串联于相邻两个所述电池单元的首尾相接处。
优选地，所述过载保护器还串联于两个所述放电继电器的首尾相接处。
优选地，所述过载保护器与所述充电继电器通过铜电缆连接。
优选地，各所述电芯通过导电铜排电连接。
优选地，各所述放电继电器和各所述充电继电器分别通过铜电缆与所述电芯连接。
优选地，所述的带有快速充电功能的电池包还包括放电输出端，所述放电输出端连接于各所述电池单元的两端。
优选地，所述的带有快速充电功能的电池包还包括充电输入端，所述充电输入端连接于所有所述电池单元串联后的首端和末端。
优选地，所述电芯为三元锂电芯、磷酸铁锂电芯中的任一。
进一步地，本发明还提供了一种实现所述的带有快速充电功能的电池包的电池包快速充电方法，在放电状态时，各所述放电继电器均闭合，各所述充电继电器均断开，各所述电池单元均并联，用于对外输出电能；在充电状态时，各所述充电继电器均闭合，各所述放电继电器均断开，各所述电池单元首尾依次串联，用于对各所述电池单元进行充电。
本发明产生的有益效果：
本发明所公开的带有快速充电功能的电池包，包括多个电池单元以及用于将各所述电池单元进行并联的多个放电继电器、用于将各所述电池单元进行串联的多个充电继电器；相邻设置的两个所述电池单元的第一端分别与一个所述放电继电器的两端电连接，相邻设置的两个所述电池单元的第二端分别与另一个所述放电继电器的两端电连接；相邻设置的两个所述电池单元中的一个所述电池单元的第一端和另一个所述电池单元的第二端之间串联一个所述充电继电器；各所述放电继电器和各所述充电继电器分别与电池管理器电连接；通过设置充电继电器和放电继电器，实现电池包在并联的情况下放电，在串联的情况下充电，使得充电的电压得以提升，能够成倍提高充电时间，达到快速充电的目的，即不以增大电流的条件来提升充电速度，不增加发热量，不增加热损耗；同时，在充电功率不变的情况下，提升电压能够降低电流，减少热量损耗；进一步地，采用物理结构实现升压快充，结构简单、成本低廉，无需复杂电子设备的投入，降低了电池包的使用成本。
附图说明
图1为本发明的带有快速充电功能的电池包的结构框图；
图2为本发明的带有快速充电功能的电池包的结构框图(放电状态)；
图3为本发明的带有快速充电功能的电池包的结构框图(充电状态)；
图4为本发明的带有快速充电功能的电池包的结构框图(带过载保护器)；
图5为本发明的电池包快速充电方法的流程框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1至图4所示，一种带有快速充电功能的电池包，包括多个电池单元以及用于将各所述电池单元进行并联的多个放电继电器、用于将各所述电池单元进行串联的多个充电继电器；相邻设置的两个所述电池单元的第一端分别与一个所述放电继电器的两端电连接，相邻设置的两个所述电池单元的第二端分别与另一个所述放电继电器的两端电连接；相邻设置的两个所述电池单元中的一个所述电池单元的第一端和另一个所述电池单元的第二端之间串联一个所述充电继电器；各所述放电继电器和各所述充电继电器分别与电池管理器电连接。所述电池单元包括多个串联的电芯。各所述电芯通过导电铜排电连接。各所述放电继电器和各所述充电继电器分别通过铜电缆与所述电芯电连接。电芯为三元锂电芯。
本实施例中所述带有快速充电功能的电池包，包括多个电池单元以及用于将各所述电池单元进行并联的多个放电继电器、用于将各所述电池单元进行串联的多个充电继电器；相邻设置的两个所述电池单元的第一端分别与一个所述放电继电器的两端电连接，相邻设置的两个所述电池单元的第二端分别与另一个所述放电继电器的两端电连接；相邻设置的两个所述电池单元中的一个所述电池单元的第一端和另一个所述电池单元的第二端之间串联一个所述充电继电器；各所述放电继电器和各所述充电继电器分别与电池管理器电连接；通过设置充电继电器和放电继电器，实现电池包在并联的情况下放电，在串联的情况下充电，使得充电的电压得以提升，能够成倍提高充电时间，达到快速充电的目的，即不以增大电流的条件来提升充电速度，不增加发热量，不增加热损耗；同时，在充电功率不变的情况下，提升电压能够降低电流，减少热量损耗；进一步地，采用物理结构实现升压快充，结构简单、成本低廉，无需复杂电子设备的投入，降低了电池包的使用成本。
参见图5所示，本实施例中还提供了一种实现所述的带有快速充电功能的电池包的电池包快速充电方法，在放电状态时，各所述放电继电器均闭合，各所述充电继电器均断开，各所述电池单元均并联，用于对外输出电能；在充电状态时，各所述充电继电器均闭合，各所述放电继电器均断开，各所述电池单元首尾依次串联，用于对各所述电池单元进行充电。
本实施例中所述带有快速充电功能的电池包的原理为：通过提升充电时电池包两端电压，达到实现电池包快充的目的。电池包进行充放电时，有一个总功率W，W＝U×I既电压乘以电流。电池包的总能量为E，能量等于功率乘以时间，E＝W×t＝U×I×t。在电池包总能量不变的情况下，如果电压能够提升3倍，那么充电时间可缩短为1/3，E＝3U×I×t/3，此时对于电池包即实现了快充的功能。(3倍只是举例，不限于3倍，2倍、4倍都可以)。电池作为化学能源，其在使用过程中，充放电电压无法随意改变，所以需要通过物理结构实现多节串并联过程中的电压改变。同时作为***中的能源提供机构，电池包的放电电压一般有严格要求(如，一般插电混动汽车其电压要求为48V，纯电动乘用车位350V,纯电动客车为650V)。
本实施例中所述带有快速充电功能的电池包，举一个例子，说明本发明如何实施。实现该快充功能，需要基本模块：总线缆，继电器若干，电池若干，导电铜排。总正/负线缆的作用是，将串并联后的电池组能量进行输出；电池是组成电池包的基本单元；铜排是串联两节电池的导电部件；继电器是控制高压回路通断的开关，继电器两端以铜电缆与电池相连。具体包括1对总正、总负线缆，9节电芯，4个继电器，6个铜排。电芯的额定参数为3V、3Ah。在放电态的时候，9节电芯分为3组，组内并联，组间串联，则该电芯包为3P3S(3并3串)，在放电状态P1下，放电继电器闭合组成通路，充电继电器断开。此时电芯包的参数为，9V、9Ah，在此状态下用额定电流充电需要1h才能充满(81Wh＝9V×9A×1h)。在充电状态P2的时候，放电继电器断开，充电继电器闭合组成通路，此时9节电芯全部为串联状态，则该电芯包转变为1P9S(1并9串)，此时电芯包的参数为27V，3Ah，此时在充电电流不变的情况下，只需1/3h即可完成充电(81Wh＝27V×9A×1h/3)。通过此种结构设计，实现了在不提升电芯包放电电压平台的情况下，仅在充电的时候整数倍的提升电压，完成快充的操作。
本实施例中所述带有快速充电功能的电芯包，在充电总功率不变的情况下，本发明可以降低充电过程中的热损耗，提升充放电效率。包括有1对总正、总负线缆，9节电池，4个继电器，6个铜排。电池的额定参数为3V、3Ah。在状态P1的时候，9节电池分为3组，组内并联，组间串联，则该电池包为3P3S(3并3串)，放电继电器闭合组成通路，充电继电器断开。此时电池包的参数为，9V、9Ah，采用9A电流1h可以充满电(81Wh＝9V×9A×1h)。在状态P2的时候，放电继电器断开，充电继电器闭合组成通路，此时9节电池全部为串联状态，则该电池包转变为1P9S，此时电池包的参数为27V，3Ah，此时在充电功率不变的情况下，只需3A即可完成充电(81Wh＝27V×3A×1h)。比较P1与P2状态下的热损耗，Q1＝I1 2rt＝92rt＝81rt Q2＝I2 2rt＝32rt＝9rt Q2＝1/9Q1,在P2状态下热损耗为P1状态下的1/9，降低了发热量，提升了充放电的效率(以此例来看如电池包总***充放电效率为98％，采用高压充电***后，充放电效率将提升为98.88％)。
本实施例中所述带有快速充电功能的电芯包，适用于各种电芯，无需专门采用快充电芯，对目前市场上已有产品(三元锂、磷酸铁锂电芯等)适配良好；通过提升充电电压，能够成倍提高快充时间，效果显著；不以增大电流的条件来提升充电速度，不增加发热量，不增加热损耗；在充电功率不变的情况下，提升电压可以降低电流，可以减少热量损耗(Q＝I2rt I下降使得Q下降)；采用物理结构实现升压快充，结构简单、成本低廉，无需复杂电子设备的投入。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种带有快速充电功能的电池包，其特征在于：包括多个电池单元，各所述电池单元均包括多个串联的电芯；各所述电池单元的两端均连接于放电继电器；相邻两个所述电池单元的首尾相接处均通过充电继电器连接；所述放电继电器和所述充电继电器均与电池管理器连接，用于控制所述放电继电器和所述充电继电器的通断。
2.根据权利要求1所述的带有快速充电功能的电池包，其特征在于：还包括过载保护器，所述过载保护器串联于相邻两个所述电池单元的首尾相接处。
3.根据权利要求2所述的带有快速充电功能的电池包，其特征在于：所述过载保护器还串联于两个所述放电继电器的首尾相接处。
4.根据权利要求3所述的带有快速充电功能的电池包，其特征在于：所述过载保护器与所述充电继电器通过铜电缆连接。
5.根据权利要求4所述的带有快速充电功能的电池包，其特征在于：各所述电芯通过导电铜排电连接。
6.根据权利要求5所述的带有快速充电功能的电池包，其特征在于：各所述放电继电器和各所述充电继电器分别通过铜电缆与所述电芯连接。
7.根据权利要求6所述的带有快速充电功能的电池包，其特征在于：还包括放电输出端，所述放电输出端连接于各所述电池单元的两端。
8.根据权利要求7所述的带有快速充电功能的电池包，其特征在于：还包括充电输入端，所述充电输入端连接于所有所述电池单元串联后的首端和末端。
9.根据权利要求8所述的带有快速充电功能的电池包，其特征在于：所述电芯为三元锂电芯、磷酸铁锂电芯中的任一。
10.一种实现如权利要求1-9中任一所述的带有快速充电功能的电池包的电池包快速充电方法，其特征在于：在放电状态时，各所述放电继电器均闭合，各所述充电继电器均断开，各所述电池单元均并联，用于对外输出电能；在充电状态时，各所述充电继电器均闭合，各所述放电继电器均断开，各所述电池单元首尾依次串联，用于对各所述电池单元进行充电。
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