CN113682156A - 充放电电路、电池包以及电动汽车 - Google Patents

充放电电路、电池包以及电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种充放电电路、电池包以及电动汽车，所述充放电电路，包括：电池模块，所述电池模块包括模组；接触器模块，所述接触器模块包括接触器，所述接触器设置在所述模组之间并与所述模组连接，形成充放电电路；所述充放电电路包括高电压电路和低电压电路，通过控制所述接触器的工作状态控制所述高电压电路与低电压电路之间的转换。本发明的技术方案，通过在模组或模块间设置接触器等电器件，实现低电压平台与高电压平台之间的切换和应用，实现多个工作状态的选择，可匹配多个***，进而实现不同模式和性能提升。

Description

充放电电路、电池包以及电动汽车
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，尤其涉及一种充放电电路、电池包以及电动汽车。
背景技术
目前，电动汽车存在充电时间较长的问题，当前慢充约7小时可充满电池包，快充一般40min可充电30～80％SOC(一半的电池包电量)；这些都较传统燃油车加油时间要长很多；为了实现更快、更便捷的充电和使用体检，目前一般是通过提高充电电流的方法来实现。
但是，由于相关技术的充电桩功率限制(250A上限电流)，以及大电流直接给电动汽车带来规格更大的载流体和器件、成本以及大电流的线损问题，而且，此方式对减少充电时间的效果有限。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有充电效率高，电动汽车损耗小的充放电电路、电池包以及电动汽车。
为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下技术方案：
一种充放电电路，包括：
电池模块，所述电池模块包括模组；
接触器模块，所述接触器模块包括接触器，所述接触器设置在所述模组之间并与所述模组连接，形成充放电电路；
所述充放电电路包括高电压电路和低电压电路，通过控制所述接触器的工作状态控制所述高电压电路与低电压电路之间的转换。
可选的，所述高电压电路包括高电压充电电路和高电压放电电路，所述低电压电路包括低电压充电电路和低电压放电电路；
所述高电压充电电路与高电压放电电路交替工作，所述充电电路进入第一工作状态；
所述低电压充电电路与低电压放电电路交替工作，所述充电电路进入第二工作状态；
所述低电压充电电路与高电压放电电路交替工作，所述充电电路进入第三工作状态；
所述高电压充电电路与低电压放电电路交替工作，所述充电电路进入第四工作状态。
可选的，所述模组包括第一模组B1以及第二模组B2，所述第一模组B1与所述第二模组B2通过所述接触器连接。
可选的，所述接触器包括第一接触器S1、第二接触器S2、第三接触器S3、第四接触器S4、第五接触器S5、第六接触器S6以及第七接触器S7。
可选的，所述高电压电路包括包括第一模组B1、第二模组B2、第一接触器S1、第二接触器S2、第三接触器S3、第六接触器S6以及第七接触器S7；
所述第一模组B1的第一端、第二接触器S2以及第七接触器S7的第一端依次串联连接；其中，所述第二接触器S2并联在预充电路的两端；
所述第一模组B1的第二端、第一接触器S1、第二模组B2、第六接触器S6以及第七接触器S7的第二端依次串联连接；
其中，所述第七接触器S7处于闭合状态时，为所述高电压充电电路，所述第七接触器S7处于断开状态时，为所述高电压放电电路。
可选的，所述低电压电路包括第一模组B1、第二模组B2、第一接触器S1、第二接触器S2、第三接触器S3、第四接触器S4、第五接触器S5以及第七接触器S7；
所述第四接触器S4的第一端、第一模组B1、第二接触器S2以及第七接触器S7的第一端依次串联连接；所述第四接触器S4的第二端与所述第七接触器S7的第二端连接；其中，所述第二接触器S2并联在预充电路的两端；
所述第六接触器S6的第一端、第二模组B2、第五接触器S5以及第七接触器S7的第一端依次串联连接，所述第六接触器S6的第二端与所述第七接触器S7的第二端连接；
其中，所述第七接触器S7处于闭合状态时，为所述低电压充电电路，所述第七接触器S7处于断开状态时，为所述低电压放电电路。
可选的，所述预充电路包括第三接触器S3和电阻Rs，所述第三接触器S3的第一端与所述第二接触器S2连接，所述第三接触器S3的第二端与所述电阻Rs的第一端连接，所述电阻Rs的第二端与所述第二接触器S2的第二端连接。
可选的，还包括熔断器，所述熔断器设置在所述模组与所述接触器之间。
本发明的实施例还提供一种电池包，所述电池包包括如上所述的充放电电路。
本发明的实施例还提供一种电动汽车，所述电动汽车包括如上所述的电池包，所述电池包与电动汽车的用电设备连接。
本发明的实施例，具有如下技术效果：
本发明的上述技术方案，通过在模组或模块间设置接触器等电器件，实现低电压平台(一般指400VDC左右的平台)与高电压平台(一般指800VDC左右的平台)高压800VDC之间的切换和应用，实现多个工作状态的选择，可匹配多个***，进而实现不同模式和性能提升。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明实施例提供的充放电电路的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的第一工作状态的电路结构示意图；
图3是本发明实施例提供的第二工作状态的电路结构示意图；
图4是本发明实施例提供的电池包的工作流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明的实施例提供一种充放电电路，包括：
电池模块，所述电池模块包括模组；
具体的，单体电芯通过串并联的方式组成各种规格的模组，通过几个模组的串并联可组成各种不同规格的电池模块。
接触器模块，所述接触器模块包括接触器，所述接触器设置在所述模组之间并与所述模组连接，形成充放电电路；
具体的，接触器为高压接触器，高压接触器为控制高压回路通断的高压元器件。
所述充放电电路包括高电压电路和低电压电路，通过控制所述接触器的工作状态控制所述高电压电路与低电压电路之间的转换。
具体的，DC/DC为直流转换功率电源，可实现双向升压电能传递，且两侧电压范围都很大，可自适应调整和控制；
例如：此时DC/DC一侧电压为150VDC，另一侧电压为100VDC，此时通过DC/DC可将电压为100VDC一侧电压升高到200VDC，如此可以实现将低压100V侧的电能输入给150VDC的一侧，由此实现DC/DC两侧电能的自由流通，即相互充放电过程。
本发明的该实施例，通过在模组或模块间设置接触器等电器件，实现低电压平台(一般指400VDC左右的平台)与高电压平台(一般指800VDC左右的平台)高压800VDC之间的切换和应用，实现多种工作状态或模式，又可通过提供工作电压平台提高充电效率，缩短充电时间，降低充电回路的器件成本，避免低压大电流所产生的高温失效等安全风险，减少车主应充电浪费的时间和效率，可极大提高电动车的使用体验，进一步推动电动汽车的推广和发展。
本发明一可选的实施例，所述高电压电路包括高电压充电电路和高电压放电电路，所述低电压电路包括低电压充电电路和低电压放电电路；
所述高电压充电电路与高电压放电电路交替工作，所述充电电路进入第一工作状态；
所述低电压充电电路与低电压放电电路交替工作，所述充电电路进入第二工作状态；
所述低电压充电电路与高电压放电电路交替工作，所述充电电路进入第三工作状态；
所述高电压充电电路与低电压放电电路交替工作，所述充电电路进入第四工作状态。
本发明的该实施例，以高电压平台为主，故所有相关高压电器件的工作电压平台都是高电压平台，但同时可兼容低电压运行平台；
具体的，第一工作状态，可实现高电压平台的充放电，可有效提高快充效率，缩短快充时间；第二工作状态为普通低电压平台，可实现正常的充放电功能；第三工作状态可实现普通低电压平台的充电，但可实现高电压平台的放电，利于降低车辆成本，提升动力性能；第四工作状态，可实现普通低电压平台的放电，但可实现高电压平台的充电，可有效提高快充效率，缩短快充时间。
本发明一可选的实施例，所述模组包括第一模组B1以及第二模组B2，所述第一模组B1与所述第二模组B2通过所述接触器连接。
具体的，模组的个数可以根据实际需要进行选择，第一模组B1与所述第二模组B2并联连接或者串联连接。
本发明一可选的实施例，所述接触器包括第一接触器S1、第二接触器S2、第三接触器S3、第四接触器S4、第五接触器S5、第六接触器S6以及第七接触器S7。
具体的，接触器的个数可以根据实际需要进行预设。
本发明一可选的实施例，所述高电压电路包括包括第一模组B1、第二模组B2、第一接触器S1、第二接触器S2、第三接触器S3、第六接触器S6以及第七接触器S7；
所述第一模组B1的第一端、第二接触器S2以及第七接触器S7的第一端依次串联连接；其中，所述第二接触器S2并联在预充电路的两端；
所述第一模组B1的第二端、第一接触器S1、第二模组B2、第六接触器S6以及第七接触器S7的第二端依次串联连接；
其中，所述第七接触器S7处于闭合状态时，为所述高电压充电电路，所述第七接触器S7处于断开状态时，为所述高电压放电电路。
本发明一可选的实施例，所述低电压电路包括第一模组B1、第二模组B2、第一接触器S1、第二接触器S2、第三接触器S3、第四接触器S4、第五接触器S5以及第七接触器S7；
所述第四接触器S4的第一端、第一模组B1、第二接触器S2以及第七接触器S7的第一端依次串联连接；所述第四接触器S4的第二端与所述第七接触器S7的第二端连接；其中，所述第二接触器S2并联在预充电路的两端；
所述第六接触器S6的第一端、第二模组B2、第五接触器S5以及第七接触器S7的第一端依次串联连接，所述第六接触器S6的第二端与所述第七接触器S7的第二端连接；
其中，所述第七接触器S7处于闭合状态时，为所述低电压充电电路，所述第七接触器S7处于断开状态时，为所述低电压放电电路。
如图1所示，本发明一可选的实施例，所述预充电路包括第三接触器S3和电阻Rs，所述第三接触器S3的第一端与所述第二接触器S2连接，所述第三接触器S3的第二端与所述电阻Rs的第一端连接，所述电阻Rs的第二端与所述第二接触器S2的第二端连接。
本发明的该实施例，Rs为功率电阻，对用电设备中的各种并联电容进行预充电，以保证***正常工作；此外，一定时间内即完成用电设备的预充电功能，Rs起到预充电功能；
此外，Rs在完成模组B1和B2的并网时，减小了并网时的冲击，在此过程中，Rs对用电设备以及电池包起到了很好的缓冲作用。
如图1所示，本发明一可选的实施例，还包括熔断器，所述熔断器设置在所述模组与所述接触器之间。
具体的，熔断器包括Fuse1、Fuse2、Fuse3；
其中，Fuse1的第一端与所述B1的第一端连接，Fuse1的第二端与S2的第一端、S3的第一端连接；
Fuse2的第一端与的第一端与所述B2的第一端连接，Fuse2的第二端与S1的第一端连接；
Fuse3的第一端与S2的第二端、Rs的第二端连接，Fuse3的第二端与S7的第一端连接。
本发明的该实施例，熔断器可以实现对电路进行短路保护。
如图1所示，本发明一可选的实施例，还设有传感器Isensor1和Isensor2；
具体的，Isensor1的第一端与B1的第二端连接，Isensor1的第二端与S1的第二端、S3的第一端连接；
Isensor2的第一端与B2的第二端连接，Isensor2的第二端与S6的第一端连接。
本发明的该实施例，通过设置传感器，实现了对电池包的各项数据进行实时监测。
本发明的上述技术方案，可通过如下实现方式实现，具体包括如下步骤：
以两个电压相等的模组B1、B2为例：
步骤一：整车钥匙门打开进入工作状态，同时电池包进入待机状态；
步骤二：结合整车输入状态或指令信息、电池包内电控***对电芯及电池包的监控信息，由电池包内电控***根据整车需求、环境温度、电池包电量和电芯温度等信息，决定是是否可进入正常上电状态，如不满足上电条件则停留在待机状态；
步骤三：当满足条件后，电池包将进入上电状态，内电控***与整车控制***进行信息交互，电池包按照需求选择进入不同工作状态：
如图2所示，具体的，当需要进入第一工作状态时：
1)电池包内电控***发出控制信号，首先闭合S3和S6，T0时间后闭合S3，此时内电控***开始判断预充电完成与否，当完成后闭合S2，T1时间后断开S3，至此完成高压上电流程；其中，T0时间是用于保证其它接触器均安全闭合，用于进一步保证电路的安全。
2)此时实现低电压平台模组B1和B2的串联，形成高电压平台运行***。
3)控制信号未驱动S7(charge+和charge-)闭合前，可实现高电压平台的放电，闭合后可实现高电压平台的充电。
如图3所示，当需要启动进入工作状态时：
1)电池包内电控***发出控制信号，首先闭合S4和S6，T0时间后闭合S3，此时内电控***开始判断预充电完成与否，当完成后闭合S2和S5，T2时间后断开S3，至此完成高压上电流程；
2)此时实现低电压平台模块B1和B2的并联，形成低电压平台运行***。
3)控制信号未驱动charge+和charge-闭合前，可实现高电压平台的放电，闭合后可实现高电压平台的充电。
当需要进入第三工作状态时：
电池包内电控***发出控制信号，首先闭合S4和S6，T0时间后闭合S3，此时内电控***开始判断预充完成与否，当完成后闭合S2和S5，T2时间后断开S3，至此完成高压上电流程；此时实现低电压平台模组B1和B2的并联，形成低电压平台运行***，控制信号驱动charge+和charge-闭合后可实现低电压平台的充电；
3)电池包内电控***发出控制信号，首先闭合S3和S6，T0时间后闭合S3，此时内电控***开始判断预充电完成与否，当完成后闭合S2，T1时间后断开S3，至此完成高压上电流程；此时实现低电压平台模组B1和B2的串联，形成高电压平台运行***，控制信号驱动charge+和charge-断开可实现高电压平台的放电；
当需要进入第四工作状态时：
1)电池包电控***发出控制信号，首先闭合S3和S6，T0时间后闭合S3，此时电控***开始判断预充完成与否，当完成后闭合S2，T1时间后断开S3，至此完成高压上电流程；此时实现低电压平台模组B1和B2的串联，形成高电压平台运行***，控制信号驱动charge+和charge-闭合后可实现高电压平台的充电；
2)电池包电控***发出控制信号，首先闭合S4和S6，T0时间后闭合S3，此时电控***开始判断预充完成与否，当完成后闭合S2和S5，T2时间后断开S3，至此完成高压上电流程；此时实现低电压平台模组B1和B2的并联，形成低电压平台运行***，控制信号驱动charge+和charge-断开可实现低电压平台的放电；
步骤四：当电池包完成充电或者整车发出停止充放电指令等信息后，***进行下电操作，断开所有接触器，进入待机状态。
本发明的实施例还提供一种电池包，所述电池包包括如上所述的充放电电路。
具体的，电池包设有内电控***，电池包通过内电控***与整车控制***进行信息交互。
如图4所示，其中，待机指整车钥匙门打开，电池包接入低压电源，电池包内电控***处于工作状态，通过实时监测电池包各项数据，保证***正常，各参数正常，无故障报警，与整车控制***交互，保证电池包可随时进行高压上电等下一步操作；
上电是指电池包内电控***通过控制电池包内各种开关器件等实现对外的充、放电电路接通，即高压电回路处于通路；当用电设备、充电设备使能后即可工作；其中，用电设备包括各种功能的电机、压缩机等；充电设备包括车载充电设备、地面充电设备和无线充电设备等。
下电是指通过控制电池包内各种开关器件等实现对外的充、放电回路断开，即高压电回路处于断路，不能进行电池包的充、放电操作，进入待机状态。
本发明的实施例还提供一种电动汽车，所述电动汽车包括如上所述的电池包，所述电池包与电动汽车的用电设备连接。
另外，本发明实施例的结构的其他构成及作用对本领域的技术人员来说是已知的，为减少冗余，此处不做赘述。
需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种充放电电路，其特征在于，包括：
电池模块，所述电池模块包括模组；
接触器模块，所述接触器模块包括接触器，所述接触器设置在所述模组之间并与所述模组连接，形成充放电电路；
所述充放电电路包括高电压电路和低电压电路，通过控制所述接触器的工作状态控制所述高电压电路与低电压电路之间的转换。
2.根据权利要求1所述的充放电电路，其特征在于，所述高电压电路包括高电压充电电路和高电压放电电路，所述低电压电路包括低电压充电电路和低电压放电电路；
所述高电压充电电路与高电压放电电路交替工作，所述充电电路进入第一工作状态；
所述低电压充电电路与低电压放电电路交替工作，所述充电电路进入第二工作状态；
所述低电压充电电路与高电压放电电路交替工作，所述充电电路进入第三工作状态；
所述高电压充电电路与低电压放电电路交替工作，所述充电电路进入第四工作状态。
3.根据权利要求2所述的充放电电路，其特征在于，所述模组包括第一模组B1以及第二模组B2，所述第一模组B1与所述第二模组B2通过所述接触器连接。
4.根据权利要求3所述的充放电电路，其特征在于，所述接触器包括第一接触器S1、第二接触器S2、第三接触器S3、第四接触器S4、第五接触器S5、第六接触器S6以及第七接触器S7。
5.根据权利要求4所述的充放电电路，其特征在于，所述高电压电路包括包括第一模组B1、第二模组B2、第一接触器S1、第二接触器S2、第三接触器S3、第六接触器S6以及第七接触器S7；
所述第一模组B1的第一端、第二接触器S2以及第七接触器S7的第一端依次串联连接；其中，所述第二接触器S2并联在预充电路的两端；
所述第一模组B1的第二端、第一接触器S1、第二模组B2、第六接触器S6以及第七接触器S7的第二端依次串联连接；
其中，所述第七接触器S7处于闭合状态时，为所述高电压充电电路，所述第七接触器S7处于断开状态时，为所述高电压放电电路。
6.根据权利要求5所述的充放电电路，其特征在于，所述低电压电路包括第一模组B1、第二模组B2、第一接触器S1、第二接触器S2、第三接触器S3、第四接触器S4、第五接触器S5以及第七接触器S7；
所述第四接触器S4的第一端、第一模组B1、第二接触器S2以及第七接触器S7的第一端依次串联连接；所述第四接触器S4的第二端与所述第七接触器S7的第二端连接；其中，所述第二接触器S2并联在预充电路的两端；
所述第六接触器S6的第一端、第二模组B2、第五接触器S5以及第七接触器S7的第一端依次串联连接，所述第六接触器S6的第二端与所述第七接触器S7的第二端连接；
其中，所述第七接触器S7处于闭合状态时，为所述低电压充电电路，所述第七接触器S7处于断开状态时，为所述低电压放电电路。
7.根据权利要求6所述的充放电电路，其特征在于，所述预充电路包括第三接触器S3和电阻Rs，所述第三接触器S3的第一端与所述第二接触器S2连接，所述第三接触器S3的第二端与所述电阻Rs的第一端连接，所述电阻Rs的第二端与所述第二接触器S2的第二端连接。
8.根据权利要求7所述的充放电电路，其特征在于，还包括熔断器，所述熔断器设置在所述模组与所述接触器之间。
9.一种电池包，其特征在于，所述电池包包括如权利要求1至8任一项所述的充放电电路。
10.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括如权利要求9所述的电池包，所述电池包与电动汽车的用电设备连接。
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