CN111342151A - 一种集成化电池包 - Google Patents

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潘福中
陶孟锋
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唐功
楼佳丽
许云波
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Abstract

本发明公开了一种集成化电池包及汽车，包括：相互耦接的电池模块和控制器；所述电池模块包括电池组和与所述电池组一一对应耦接的电池组检测单元；所述控制器包括：微控制单元、与所述微控制单元耦接的电池管理单元、与所述电池管理单元耦接的电流检测单元、与所述电池管理单元耦接的模式切换单元、与所述微控制单元耦接的车载充电单元、与所述微控制单元和所述电池管理单元及车载充电单元耦接的电压转换单元；所述电池组检测单元与所述电池管理单元耦接；所述电流检测单元与电池包的正极或负极耦接；所述模式切换单元与所述电池包的正极和负极耦接。本发明将高压部件都集成内置，减少外漏的高压部件，***更加安全可靠。

Description

一种集成化电池包
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种集成化电池包。
背景技术
随着新能源汽车的普及，新能源车的动力电池***越来越受到大家的关注。动力电池在不同工作条件下安全的给车辆动力***提供最大的放电功率和充电功率。动力电池***包括充放电继电器以及控制诊断单元，电池和电池管理单元，动力电流采集单元、高压采集单元，热管理部件及控制模块等。这些功能模块的分配对动力电池的安全和成本至关重要。因此必须合理规划这些模块在电池包体中的布置和连接。
现有的电池包***将这些功能模块分为BDU(battery disconnect unit)、BMS(battery management system)。其中BDU主要包括高压继电器，高压保险、预充电阻等。BMS又分为BMU(battery management unit)、CVS(current voltage sensor)、CSC(cellsupervision circuit)。BMU负责逻辑控制和通信以及协调各模块工作，CVS负责采集电流、电压、绝缘检测、诊断继电器故障，CSC负责电池模组的管理。
现有的电池包在这种分开的BDU和BMS布置下导致电池包成本居高难下。产品分别固定在电池包内部，连接这些模块也会带来额外连接器和线束，额外增加了固定安装空间的成本。产品高低压散落在电池包各模块中，尽管可以通过额外的绝缘防护，但依然存在安全隐患。随着新能源车的发展，提高电池包***安全、降低产品的成本就势在必行了。
因此，亟需提供提出一种集成化电池包，减少安装螺钉、连接线束和连接器以及额外的外壳，解决目前各模块分布布置带来的成本问题、安装空间问题，重量问题。合理布置产品高低压模块，提高***安全性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开一种集成化电池包，能够准确检测碰撞信号，并且能够保证器件安全。
一方面，本发明提供一种集成化电池包，包括：相互耦接的电池模块和控制器；所述电池模块包括电池组和与所述电池组一一对应耦接的电池组检测单元；
所述控制器包括：微控制单元、与所述微控制单元耦接的电池管理单元、与所述电池管理单元耦接的电流检测单元、与所述电池管理单元耦接的模式切换单元、与所述微控制单元耦接的车载充电单元、与所述微控制单元和所述电池管理单元及车载充电单元耦接的电压转换单元；
所述电池组检测单元与所述电池管理单元耦接；所述电流检测单元与电池包的正极或负极耦接；所述模式切换单元与所述电池包的正极和负极耦接。
进一步地、所述控制器还包括电流转换单元，所述电流转换单元均与所述模式切换单元、所述微控制单元、所述电压转化单元和车载低压电源耦接，所述微控制单元用于控制所述电流转换单元切换不同的电流转换模式，所述电流转换模式包括高电压转低电压模式和低电压转低电压模式。
进一步地、相邻的所述电池组之间串联设置有开关，所述开关与所述控制器耦接；
所述控制器用于控制所述开关用于断开或闭合。
进一步地、还包括：冷却单元，所述冷却单元与所述控制器耦接，所述控制器用于控制所述冷却单元的开度。
进一步地、所述电池组包括多个串联的单体电池，所述电池组检测单元包括多个单体采集单元，所述多个单体采集单元与所述多个串联的单体电池一一对应耦接；
所述单体采集单元用于采集单体电池的电压信息和温度信息，并将所述电压信息和所述温度信息传输至所述电池管理单元。
进一步地、每个所述单体采集单元均包括电压采集电路和温度采集电路，所述电压采集电路通过金属片与所述单体采集单元对应的单体电池耦接，所述温度采集电路设置在所述单体采集单元对应的单体电池处，所述电压采集电路和所述温度采集电路均与所述电池管理单元耦接；
所述电压采集电路用于采集与所述单体采集单元对应的单体电池的所述电压信息，并将所述电压信息传输至所述电池管理单元；
所述温度采集电路用于采集与所述单体采集单元对应的单体电池的所述温度信息，并将所述温度信息传输至所述电池管理单元。
进一步地、所述电池管理单元与所述模式切换单元耦接，所述电池管理单元用于控制模式切换单元切换不同的工作模式，所述工作模式包括：放电模式、第一充电模式、第二充电模式和第三充电模式。
进一步地、所述电流检测单元与所述模式切换单元耦接，所述电流检测单元包括电流采集子单元和电压采集子单元，所述电流采集子单元和所述电压采集子单元均与所述电池包和所述电池管理单元耦接；
所述电流采集子单元用于采集所述电池包的总工作电流信息，并将所述总工作电流信息传输至所述电池管理单元；
所述电压采集子单元用于检测所述模式切换单元的工作模式，并将所述模式切换单元的工作模式传输至所述电池管理单元。
进一步地、所述控制器为PCB电路板。
另一方面，本发明提供一种车辆，所述车辆设有供电***，所述供电***设置有上述任一项所述的集成化电池包。
实施本发明，具有如下有益效果：
1)本发明将电池组检测单元集成在模组内，减少了电池组检测单元外壳还有单体电压采集和单体温度采集的线束成本，体积大大减小。
2)本发明仅设置一个冷却单元，该冷却单元同时给电池包和控制器进行冷却，减少之前冷却***外的车载充电单元、电流转换单元冷却的冷却装置。
3)本发明合理布置产品高低压模块，由于高压部件都集成内置，减少外漏的高压部件，***更加安全可靠。
4)本发明减少安装螺钉、连接线束和连接器以及额外的外壳，解决目前各模块分布布置带来的成本问题、安装空间问题，重量问题，使得电池包***轻量化，减少车辆功耗。
5)本发明的控制器由电池管理单元、电流检测单元、模式切换单元、电流转换单元、车载充电单元、一个微控制单元、一个电源***组成。控制器只有一个微控制单元、一个电源、只有一路整车CAN,减少了芯片成本。控制器只需要一个整体外壳，也减少了之前电池管理单元、电流检测单元、模式切换单元、电流转换单元的外壳设计成本和外壳成本，也减少了接插件的使用量，减少了线束成本。集成化电池包外的线束变得简单，也变得更加安全。因为电流检测单元、模式切换单元、电流转换单元、车载充电单元的集成，给车载低压电源充电，可由一个微控制单元处理，给车载低压电源充电策略大大简化。
附图说明
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
图1为本发明实施例提供的集成化电池包的结构框图；
其中：10-电池模块、20-控制器；
101-电池组，102-电池组检测单元；
201-微控制单元，202-电池管理单元，203-电流检测单元，204-模式切换单元，205-车载充电单元，206-电流转换单元，207-电压转换单元。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当一个元件被认为是“耦接”另一个元件时，它可以是直接耦接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
本发明提供的一种集成化电池包，包括：相互耦接的电池模块10和控制器20；所述电池模块10包括电池组101和与所述电池组101一一对应耦接的电池组检测单元102；
所述控制器20包括：微控制单元201、与所述微控制单元201耦接的电池管理单元202、与所述电池管理单元202耦接的电流检测单元203、与所述电池管理单元202耦接的模式切换单元204、与所述微控制单元201耦接的车载充电单元205、与所述微控制单元201和所述电池管理单元202及车载充电单元205耦接的电压转换单元207；
所述电池组检测单元102与所述电池管理单元202耦接；所述电流检测单元203与电池包的正极或负极耦接；所述模式切换单元204与所述电池包的正极和负极耦接。
具体地、图1为本发明提供的一种集成化电池包的结构示意图，如图1所示，电池组检测单元102用于采集电池组101的工作电压信息和工作温度信息，并将工作电压信息和工作温度信息传输至电池管理单元202，以使得电池管理单元202将接收到的工作电压信息和工作温度信息传输至微控制单元201。其中相邻的电池组检测单元102可以通过菊花链通信方式连接。电池组检测单元102与电池管理单元202可以采用菊花链通信方式连接。
在一些可能的实施例中，电池组检测单元102可以直接将采集电池组101的工作电压信息和工作温度信息传输至微控制单元201。
电池组检测单元102可以通过金属片直接焊接或卡接等方式与电池组101电连接；控制器20可以包括但不限于：微控制单元201、电池管理单元202、电流检测单元203、模式切换单元204、车载充电单元205和电压转换单元207。控制器20可以是PCB电路板，并将微控制单元201、电池管理单元202、电流检测单元203、模式切换单元204、车载充电单元205和电压转换单元207集成在电路板上。控制器20还可以通过CAN总线与车载ECU等模块或单元通信连接。
其中，所述电池组检测单元102可以用于采集所述电池组101的工作电压信息和工作温度信息，并将所述工作电压信息和所述工作温度信息传输至所述电池管理单元202；
所述电流检测单元203用于采集所述电池包的总工作电流信息和总工作电压信息，并将所述总工作电流信息和所述总工作电压信息传输至所述电池管理单元202；
所述电池管理单元202用于将接收的总工作电流信息、总工作电压信息、工作电压信息和工作温度信息发送给微控制单元201；
所述微控制单元201用于根据所述工作电压信息、所述工作温度信息、所述总工作电流信息和所述总工作电压信息对所述电池包进行监控管理；
所述模式切换单元204用于控制所述电池包是否向外部供电或由外部充电；
所述车载充电单元205还与外部充电装置电连接，用于将外界电源电压转换成电池包的额定充电电压；
所述电压转换单元207还与车载低压电源电连接，用于为所述微控制单元201、所述电池管理单元202和所述车载充电单元205提供电能。
本发明将电池组检测单元102集成在模组内，减少了电池组检测单元102外壳还有单体电压采集和单体温度采集的线束成本，体积大大减小。
本发明的控制器20由电池管理单元202、电流检测单元203、模式切换单元204模块、车载充电单元205、微控制单元201和电压转换单元207组成。控制器20只有一个微控制单元201、一个电源、只有一路整车CAN,减少了芯片成本。控制器20只需要一个整体外壳，也减少了之前电池管理单元202、电流检测单元203、模式切换单元204模块的外壳设计成本和外壳成本，也减少了接插件的使用量，减少了线束成本。集成化电池包外的线束变得简单，也变得更加安全。因为电流检测单元203、电池管理单元202和车载充电单元205的集成，给车载低压电源充电，可由一个微控制单元201处理，给车载低压电源充电策略大大简化。
在上述实施例的基础上，本说明书一个实施例中，所述控制器20还包括电流转换单元206，所述电流转换单元206均与所述模式切换单元204、所述微控制单元201、所述电压转化单元和车载低压电源耦接，所述微控制单元201用于控制所述电流转换单元206切换不同的电流转换模式，所述电流转换模式包括高电流转低电流模式和低电流转低电流模式。
示例地、当车载低压电源需要电池包充电时，电流转换单元206可以将电池包输出的电压转换为车载低压电源的额定充电电压(即低电压转低电压模式)；当车载低压电源需要外部电源(一般为220V)充电时，电流转换单元206可以将外部电源输出的电压转换为车载低压电源的额定充电电压(即高电压转低电压模式)。
本发明合理布置产品高低压模块，由于高压部件都集成内置，减少外漏的高压部件，***更加安全可靠。
在上述实施例的基础上，本说明书一个实施例中，相邻的所述电池组101之间串联设置有开关，所述开关与所述控制器20耦接；
所述控制器20用于控制所述开关用于断开或闭合。
具体地、开关可以选取手动维修开关，手动维修开关可以通过电池管理单元202控制断开或闭合也可以通过其他方式控制其断开或闭合。
本发明提供的集成化的动力电池管理***通过手动维修开关可以实现在电池包故障时，逐一排查电池组101的工作状态，提高安全性。
在上述实施例的基础上，本说明书一个实施例中，还包括冷却单元，所述冷却单元与所述控制器20耦接，所述控制器20用于控制所述冷却单元的开度。
具体地、冷却单元可以是风冷和/或水冷装置。冷却单元可以与微控制器20耦接，微控制器20用于根据电池组101的温度对电池组101进行降温，微控制器20还可以预设周期控制冷却单元对控制器20降温。
本发明通过一个冷却单元对整个电池包进行降温，减少冷却器件的数量，提高了冷却效率和资源。
在上述实施例的基础上，本说明书一个实施例中，所述电池组101包括多个串联的单体电池，所述电池组检测单元102包括多个单体采集单元，所述多个单体采集单元与所述多个串联的单体电池一一对应耦接；
所述单体采集单元用于采集单体电池的电压信息和温度信息，并将所述电压信息和所述温度信息传输至所述电池管理单元202。
具体地、多个单体采集单元之间依次耦接，其中，最后一个耦接的单体采集单元还与相连的电池组101工作信息采集模块或电池管理单元202耦接。且单体采集单元的数量与单体电池的数量相同，一个单体采集单元对应一个单体电池耦接。
通过单体采集单元对单体电池一一检查温度和电压，更加准确的保证集成化电池包的安全。
在上述实施例的基础上，本说明书一个实施例中，每个所述单体采集单元均包括电压采集电路和温度采集电路，所述电压采集电路通过金属片与所述单体采集单元对应的单体电池耦接，所述温度采集电路设置在所述单体采集单元对应的单体电池处，所述电压采集电路和所述温度采集电路均与所述电池管理单元202耦接；
所述电压采集电路用于采集与所述单体采集单元对应的单体电池的所述电压信息，并将所述电压信息传输至所述电池管理单元202；
所述温度采集电路用于采集与所述单体采集单元对应的单体电池的所述温度信息，并将所述温度信息传输至所述电池管理单元202。
具体地、电压采集电路可以用于检测该单体电池的电压偏差是否保持在预期范围内。若超出电压偏差则提醒用户对电池包进行充电。单体采集单元可以通过镍片耦接在电池包上方，其中，电压采集电路包括电池监测器MAX17823，温度采集电路可以使用但不限于NTC。
电池组检测单元102由外挂在电池包内改为和电池集成方案，原本通过线束连接方式改为通过镍片连接，降低了长导线的成本，且省去了这部分导线需要做的安全防护。电池组检测单元102内置在电池模组中省去了电池组检测单元102外壳，同时对电池包来说也省去了电池组检测单元102安装空间。以上减少的线束和外壳，可使电池包重量减轻满足车辆轻量化要求，减少车辆功耗。
在上述实施例的基础上，本说明书一个实施例中，所述电池管理单元202与所述模式切换单元204耦接，所述电池管理单元202用于控制模式切换单元204切换不同的工作模式，所述工作模式包括：放电模式、第一充电模式、第二充电模式和第三充电模式。
具体地、模式切换单元204的工作模式包括：放电模式、第一充电模式、第二充电模式和第三充电模式。模式切换单元204的工作模式可以通过电路控制实现，其电路具体连接方式及器件在本说明书中不做具体限定。
示例地、当电池包供电时微控制单元201可以向电池管理单元202发送工作指令，使得电池管理单元202控制模式切换单元204切换到放电模式的电路，使得电池包放电；当电池包充电时微控制单元201可以向电池管理单元202发送第一充电指令，使得电池管理单元202控制模式切换单元204切换到第一充电模式的电路，使得电池包进行充电；当车载低压电源需要充电时微控制单元201可以向电池管理单元202发送第二充电指令，使得电池管理单元202控制模式切换单元204切换到第二充电模式的电路，使得电池包对车载低压电源进行充电；当车载低压电源需要充电时微控制单元201可以向电池管理单元202发送第三充电指令，使得电池管理单元202控制模式切换单元204切换到第三充电模式的电路，使得外部电源对车载低压电源进行充电。
通过对模式切换单元204不同工作模式的切换，实现多种工作模式，减少原有方案的器件多的问题，提高微控制单元201和电池管理单元202的使用效率，降低故障发生的可能，使整个集成化电池包更加安全可靠，提高用户好感度。
在上述实施例的基础上，本说明书一个实施例中，所述电流检测单元203与所述模式切换单元204耦接，所述电流检测单元203包括电流采集子单元和电压采集子单元，所述电流采集子单元和所述电压采集子单元均与所述电池包和所述电池管理单元202耦接；
所述电流采集子单元用于采集所述电池包的总工作电流信息，并将所述总工作电流信息传输至所述电池管理单元202；
所述电压采集子单元用于检测所述模式切换单元204的工作模式，并将所述模式切换单元204的工作模式传输至所述电池管理单元202。
另一方面，本发明提供一种车辆，所述车辆设有供电***，其特征在于，所述供电装置设置有上述任一项所述的集成化电池包。由于上述集成化电池包具有上述技术效果，因此具有上述集成化电池包的汽车也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (10)

1.一种集成化电池包，其特征在于，包括：相互耦接的电池模块(10)和控制器(20)；所述电池模块(10)包括电池组(101)和与所述电池组(101)一一对应耦接的电池组检测单元(102)；
所述控制器(20)包括：微控制单元(201)、与所述微控制单元(201)耦接的电池管理单元(202)、与所述电池管理单元(202)耦接的电流检测单元(203)、与所述电池管理单元(202)耦接的模式切换单元(204)、与所述微控制单元(201)耦接的车载充电单元(205)、与所述微控制单元(201)和所述电池管理单元(202)及车载充电单元(205)耦接的电压转换单元(207)；
所述电池组检测单元(102)与所述电池管理单元(202)耦接；所述电流检测单元(203)与电池包的正极或负极耦接；所述模式切换单元(204)与所述电池包的正极和负极耦接。
2.根据权利要求1所述的集成化电池包，其特征在于，所述控制器(20)还包括电流转换单元(206)，所述电流转换单元(206)均与所述模式切换单元(204)、所述微控制单元(201)、所述电压转化单元和车载低压电源耦接，所述微控制单元(201)用于控制所述电流转换单元(206)切换不同的电流转换模式，所述电流转换模式包括高电压转低电压模式和低电压转低电压模式。
3.根据权利要求1所述的集成化电池包，其特征在于，相邻的所述电池组(101)之间串联设置有开关，所述开关与所述控制器(20)耦接；
所述控制器(20)用于控制所述开关用于断开或闭合。
4.根据权利要求2所述的集成化电池包，其特征在于，还包括冷却单元，所述冷却单元与所述控制器(20)耦接，所述控制器(20)用于控制所述冷却单元的开度。
5.根据权利要求1所述的集成化电池包，其特征在于，所述电池组(101)包括多个串联的单体电池，所述电池组检测单元(102)包括多个单体采集单元，所述多个单体采集单元与所述多个串联的单体电池一一对应耦接；
所述单体采集单元用于采集单体电池的电压信息和温度信息，并将所述电压信息和所述温度信息传输至所述电池管理单元(202)。
6.根据权利要求5所述的集成化电池包，其特征在于，每个所述单体采集单元均包括电压采集电路和温度采集电路，所述电压采集电路通过金属片与所述单体采集单元对应的单体电池耦接，所述温度采集电路设置在所述单体采集单元对应的单体电池处，所述电压采集电路和所述温度采集电路均与所述电池管理单元(202)耦接；
所述电压采集电路用于采集与所述单体采集单元对应的单体电池的所述电压信息，并将所述电压信息传输至所述电池管理单元(202)；
所述温度采集电路用于采集与所述单体采集单元对应的单体电池的所述温度信息，并将所述温度信息传输至所述电池管理单元(202)。
7.根据权利要求1所述的集成化电池包，其特征在于，所述电池管理单元(202)与所述模式切换单元(204)耦接，所述电池管理单元(202)用于控制模式切换单元(204)切换不同的工作模式，所述工作模式包括：放电模式、第一充电模式、第二充电模式和第三充电模式。
8.根据权利要求1所述的集成化电池包，其特征在于，所述电流检测单元(203)与所述模式切换单元(204)耦接，所述电流检测单元(203)包括电流采集子单元和电压采集子单元，所述电流采集子单元和所述电压采集子单元均与所述电池包和所述电池管理单元(202)耦接；
所述电流采集子单元用于采集所述电池包的总工作电流信息，并将所述总工作电流信息传输至所述电池管理单元(202)；
所述电压采集子单元用于检测所述模式切换单元(204)的工作模式，并将所述模式切换单元(204)的工作模式传输至所述电池管理单元(202)。
9.根据权利要求1所述的集成化电池包，其特征在于，所述控制器(20)为PCB电路板。
10.一种车辆，所述车辆设有供电***，其特征在于，所述供电***设置有权利要求1-9任一项所述的集成化电池包。
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