CN209419260U - 一种充电电路、动力电池、充电***和车辆 - Google Patents

一种充电电路、动力电池、充电***和车辆 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供一种充电电路、动力电池、充电***和车辆。充电电路包括：充电接口、加热模块、充电模块和电池组；充电模块的第一端与电池组的正极连接，加热模块的第一端分别与充电模块的第二端和充电接口的正极连接，加热模块的第二端分别与电池组的负极和充电接口的负极连接；充电模块包括并联的第一继电器和预充回路；预充回路包括串联的第二继电器和电阻；充电接口的正极用于与外部电源的正极连接，充电接口的负极用于与外部电源的负极连接。本申请实施例通过在充电模块中设置预充回路，对第一继电器起到缓冲作用，不至于使得第一继电器两端电压突然增加，起到保护第一继电器的作用。

Description

一种充电电路、动力电池、充电***和车辆
技术领域
本申请涉及电动汽车技术领域，具体而言，涉及一种充电电路、电力电池、充电***和车辆。
背景技术
电动汽车在交流电充电过程中，若被充电的动力电池温度过低可以先对其进行预加热。当从加热模式过渡到边充电边加热模式时，若加热器两端的电压与动力电池两端的电压压差过大，则会对整车高压回路造成一定的冲击。
实用新型内容
有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种充电电路、电力电池、充电***和车辆，以解决上述在充电过程中，从加热模式切换为边充电边加热模式时，流过正极继电器电流突然增大，从而带来冲击的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种充电电路，包括：充电接口、加热模块、充电模块和电池组；所述充电模块的第一端与所述电池组的正极连接，所述加热模块的第一端分别与所述充电模块的第二端和所述充电接口的正极连接，所述加热模块的第二端分别与所述电池组的负极和所述充电接口的负极连接；所述充电模块包括并联的第一继电器和预充回路；所述预充回路包括串联的第二继电器和电阻；所述充电接口的正极用于与外部电源的正极连接，所述充电接口的负极用于与所述外部电源的负极连接。
本申请实施例通过在充电模块中设置预充回路，将预充回路与第一继电器进行并联，当需要从加热模式切换为边充电边加热模式时，可以先通过闭合预充回路中的第二继电器，此时预充回路中的电阻与外部的电容构成RC电路，使得电压缓慢上升，预充电电流逐渐减小，当电容C两端的电压接近动力电池两端的电压时，然后再闭合第一继电器，从而对第一继电器起到缓冲作用，不至于使得第一继电器两端电压突然增加，起到保护第一继电器的作用。
进一步地，所述加热模块的第二端与所述充电接口的负极之间设置有第三继电器。通过第三继电器能够方便地控制整个充电电路的通断。
进一步地，所述加热模块包括串联的加热器和第四继电器。当动力电池温度较低时，可以通过加热器能够实现对其进行加热，加速对动力电池的充电效率。
进一步地，所述电池组包括多个电池单体，在任意两个电池单体之间设置有维修开关。当维修人员需要对动力电池进行维修时，由于充电电路为高压回路，维修人员进行维修时，可以通过设置的维修开关将充电电路断电，保护维修人员的人身安全。
第二方面，本申请实施例提供一种充电电路，包括：充电接口、加热模块、充电模块和电池组；所述充电模块的第一端与所述电池组的负极连接，第二端分别与所述充电接口的负极和加热模块的第一端连接，所述充电模块包括并联的第一继电器和预充回路；所述预充回路包括串联的第二继电器和电阻；所述加热模块的第二端分别与所述电池组的正极和所述充电接口的正极连接；所述充电接口的正极用于与外部电源的正极连接，所述充电接口的负极用于与所述外部电源的负极连接。
本申请实施例通过在充电模块中设置预充回路，将预充回路与第一继电器进行并联，当需要从加热模式切换为边充电边加热模式时，可以先通过闭合预充回路中的第二继电器，此时预充回路中的电阻与外部的电容构成RC电路，使得电压缓慢上升，预充电电流逐渐减小，当电容C两端的电压接近动力电池两端的电压时，然后再闭合第一继电器，从而对第一继电器起到缓冲作用，不至于使得第一继电器两端电压突然增加，起到保护第一继电器的作用。
进一步地，所述加热模块的第二端与所述充电接口的负极之间设置有第三继电器。
第三方面，本申请实施例提供一种动力电池，包括电池本体，所述电池本体内部包括电池管理***BMS和第一方面所述的充电电路；所述BMS 分别与所述充电电路中的第一继电器和所述第二继电器连接，且所述BMS 用于控制所述第一继电器和所述第二继电器的通断。
本申请实施例通过BMS控制第一继电器和第二继电器的通断，在需要从加热模式切换为边充电边加热模式时，可以先通过闭合预充回路中的第二继电器，此时预充回路中的电阻与外部的电容构成RC电路，使得电压缓慢上升，然后再闭合第一继电器，从而对第一继电器起到缓冲作用，不至于使得第一继电器两端电压突然增加，起到保护第一继电器的作用。
第四方面，本申请实施例提供一种充电***，包括充电单元和第三方面所述的动力电池；所述充电单元包括车载充电机OBC，所述OBC的一端与所述动力电池的充电接口的正极连接，另一端与所述充电接口的负极连接；所述充电单元用于获取外部交流电，并将所述外部交流电转换为直流电。
本申请实施例通过OBC对动力电池充电，在充电过程中，如果动力电池温度过低则可以通过充电电路进行加热，在从加热模式切换为边充电边加热模式时，可以通过充电电路中的预充回路对第一继电器进行缓冲保护，使得第一继电器免受压差突然增大带来的冲击。
进一步地，所述***包括电机控制器，所述电机控制器的一端与所述动力电池的充电接口的正极连接，另一端与充电接口的负极连接；所述电机控制器包括电容，所述电容与所述动力电池中的电阻构成RC电路。通过电机控制器中的电容与动力电池中的电阻构成RC电路，当从加热模式切换为边充电边加热模式时，可以通过RC电路缓慢升压，然后再闭合与预充回路并联的第一继电器，从而对第一继电器起到缓冲作用，不至于使得第一继电器两端电压突然增加，起到保护第一继电器的作用。
第五方面，本申请实施例提供了一种车辆，包括第四方面所述的充电***。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为一种充电电路示意图；
图2为本申请实施例提供的充电电路示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种充电电路示意图；
图4为本申请实施例提供的又一种充电电路示意图；
图5为本申请实施例提供的一种动力电池内部结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种充电***电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
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定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本申请实施例以动力电池为应用场景进行描述，可以理解的是，本申请实施例提供的充电电路还可以适用于其他应用场景。在对动力电池进行充电时，若动力电池的温度较低，可会造成充电过慢的问题。因此，在动力电池温度较低的情况下，可以先对动力电池进行加热，然后再进行充电，其可以分为三个模式：加热模式、边充电边加热模式和充电模式。图1为一种充电电路示意图，如图1所示，通过充电接口HV+和HV-与外部电源连接，对电池组进行充电，继电器KT1与动力电池串联，然后与加热模块并联，加热模块包括加热器W1和继电器KT2。当需要通过加热模式对动力电池进行加热时，闭合继电器KT2，此时外部电源、电热器W1和继电器 KT2构成回路，通过外部电源对加热器W1进行供电，使得加热器W1对动力电池进行加热。待加热一段时间后，需要从加热模式切换为边充电边加热模式，此时闭合继电器KT1。若加热器W1的电阻值为135Ω，功率为 1600W，则流过加热器W1的电流约为3.45A，加热器W1两端的电压约为 465V，若此电池组两端电压为520V，则压差为55V，若直接闭合继电器 KT1，流过继电器KT1瞬间电流会很大，对继电器KT1带来冲击；若通过预充电阻，在500ms内可以完成预充，此时可以避免这种冲击。
因此，本申请实施例针对上述技术问题提出了一种充电电路，图2为本申请实施例提供的充电电路示意图，如图2所示，该充电电路包括：充电接口201、加热模块202、充电模块203和电池组204。
其中，充电接口201包括充电接口的正极HV+和充电接口的负极HV-，充电接口的正极HV+与外部电源的正极连接，充电接口的负极HV-与外部电源的负极连接。充电接口201用于通过外部电源对电池组204进行充电。
加热模块202的第一端分别与充电接口的正极HV+和充电模块203的第二端连接，加热模块202的第二端分别与充电接口的负极HV-和电池组 204的负极连接，电池组204的正极与充电模块203的第一端连接。
其中，充电模块203包括并联的第一继电器KT3和预充回路，预充回路包括串联的第二继电器KT4和电阻R，应当说明的是，电阻R与外部电源中的电容构成RC回路。RC电路是由电容和电阻构成的，当预充回路工作时，负载电容C上的电压越来越高，预充电电流越来越小，当电容C两端的电压接近电池电压时，切断预充电路，接通第一继电器，不再有大电流冲击。
加热模块202包括加热器W2和第四继电器KT5，且加热器W2与第四继电器KT5串联。
在加热模式下，闭合第四继电器KT5，此时外部电源与加热器W2构成回路，加热器W2发热。
当从加热模式切换为边充电边加热模式时，可以先闭合第二继电器 KT4，此时，预充回路两端的压差等于加热模块两端的电压与电池组两端的电压的压差，由于电阻R与外部电源中的电容构成RC回路，因此，能够起到缓冲作用，使得预充回路两端的压差慢慢上升，最终达到加热模块两端的电压与电池组两端的电压的压差，然后再闭合第一继电器KT3，断开第二继电器KT4。
当需要从边充电边加热模式切换为充电模式时，断开第二继电器KT4即可。
本申请实施例通过在充电模块中设置预充回路，将预充回路与第一继电器进行并联，当需要从加热模式切换为边充电边加热模式时，可以先通过闭合预充回路中的第二继电器，此时预充回路中的电阻与外部的电容构成RC电路，使得电压缓慢上升，然后再闭合第一继电器，从而对第一继电器起到缓冲作用，不至于使得第一继电器两端电压突然增加，起到保护第一继电器的作用。
在上述实施例的基础上，图3为本申请实施例提供的另一种充电电路示意图，如图3所示，在加热模块202的第二端与充电接口的负极HV-之间设置有第三继电器KT6，通过第三继电器KT6可以控制整个充电电路的通断。在对电池组204进行加热时，可以先闭合第三继电器KT6，然后在闭合第四继电器KT5，开始加热。
进一步地，电池组204中包括多个电池单体，在任意两个电池单体之间设置有维修开关205，当维修人员需要对充电电路进行维修时，由于充电电路为高压回路，为了保护维修人员的人身安全，维修人员在对充电电路维修之前通过维修开关205对充电电路进行断路，然后再进行维修操作。
进一步地，在第二继电器KT4与电池组204的负极之间设置有熔断器，当电路故障时，可能发生流过加热器和第二继电器KT4的电流突然增加，当电流超过预设值，则熔断器断路，放置损坏加热器W2和第二继电器KT4。
应当说明的是，图3中的其他元器件与图2一致，此处不再赘述。
本申请实施例通过BMS控制第一继电器和第二继电器的通断，在需要从加热模式切换为边充电边加热模式时，可以先通过闭合预充回路中的第二继电器，此时预充回路中的电阻与外部的电容构成RC电路，使得电压缓慢上升，然后再闭合第一继电器，从而对第一继电器起到缓冲作用，不至于使得第一继电器两端电压突然增加，起到保护第一继电器的作用。
图4为本申请实施例提供的又一种充电电路示意图，如图4所示，包括：充电接口401、加热模块402、充电模块403和电池组404。
其中，充电接口401包括充电接口的正极HV+和充电接口的负极HV-，
充电接口的正极HV+与外部电源的正极连接，充电接口的负极HV-与外部电源的负极连接。充电接口401用于通过外部电源对电池组404进行充电。
加热模块402的第一端分别与充电接口的负极HV-和充电模块403的第一端连接，加热模块402的第二端分别与电池组404的正极和充电接口 401的正极HV+连接。
其中，充电模块403的第二端与电池组404的负极连接，且充电模块 403包括并联的第一继电器KT3和预充回路，预充回路包括串联的第二继电器KT4和电阻R，应当说明的是，电阻R与外部电源中的电容构成RC回路。RC电路是由电容和电阻构成的，当预充回路工作时，负载电容C上的电压越来越高，预充电电流越来越小，当电容C两端的电压接近电池电压时，切断预充电路，接通第一继电器，不再有大电流冲击。
加热模块402包括加热器W2和第四继电器KT5，且加热器W2与第四继电器KT5串联。
在加热模式下，闭合第四继电器KT5，此时外部电源与加热器W2构成回路，加热器W2发热。
当从加热模式切换为边充电边加热模式时，可以先闭合第二继电器 KT4，此时，预充回路两端的压差等于加热模块两端的电压与电池组两端的电压的压差，由于电阻R与外部电源中的电容构成RC回路，因此，能够起到缓冲作用，使得预充回路两端的压差慢慢上升，最终达到加热模块两端的电压与电池组两端的电压的压差，然后再闭合第一继电器KT3，断开第二继电器KT4。
当需要从边充电边加热模式切换为充电模式时，断开第二继电器KT4即可。
进一步地，在充电接口401的正极HV+和加热模块402的第一端之间还可以设置有第三继电器KT6，通过第三继电器KT6能够方便的控制整个充电电路的通断。
本申请实施例通过在充电模块中设置预充回路，将预充回路与第一继电器进行并联，当需要从加热模式切换为边充电边加热模式时，可以先通过闭合预充回路中的第二继电器，此时预充回路中的电阻与外部的电容构成RC电路，使得电压缓慢上升，然后再闭合第一继电器，从而对第一继电器起到缓冲作用，不至于使得第一继电器两端电压突然增加，起到保护第一继电器的作用。
本申请实施例提供一种动力电池，该动力电池包括电池本体，电池本体内部包括BMS和上述实施例的充电电路。图5为本申请实施例提供的一种动力电池内部结构示意图，如图5所示，BMS分别与充电电路中的第一继电器KT3和第二继电器KT4连接，BMS可以控制第一继电器KT3和第二继电器KT4的通断。并且，BMS还可以与第三继电器KT6、第四继电器 KT5连接，来控制第三继电器KT6和第四继电器KT5的通断。应当说明的是，BMS还用于检测动力电池内部的温度，当温度低于第一预设温度时， BMS控制第三继电器KT6和第四继电器KT5闭合。当加热时间到达预设时间或动力电池的温度达到第二预设温度(例如-10℃，与所选电池单体电芯有关)，BMS先闭合第二继电器KT4，然后闭合第一继电器KT3，最后再断开第二继电器KT4，完成加热模式到边充电边加热模式的过渡。
本申请实施例通过BMS控制第一继电器和第二继电器的通断，在需要从加热模式切换为边充电边加热模式时，可以先通过闭合预充回路中的第二继电器，此时预充回路中的电阻与外部的电容构成RC电路，使得电压缓慢上升，然后再闭合第一继电器，从而对第一继电器起到缓冲作用，不至于使得第一继电器两端电压突然增加，起到保护第一继电器的作用。
图6为本申请实施例提供的一种充电***电路结构示意图，如图6所示，该充电***包括充电***601和动力电池602，其中，动力电池602的电路结构与上述实施例一致，此处不再赘述。充电***601包括车载充电机OBC，OBC的一端与动力电池中充电电路的充电接口的正极连接，另一端与充电接口的负极连接。OBC用于将外部交流电转换为电池组所需的直流电。应当说明的是，BMS提供动力电池请求充电电压和充电电流，OBC 根据相关信息进行输出合理的电压和电流。
进一步地，充电***中还包括电机控制器，电机控制器的一端与动力电池中充电电路的充电接口的正极连接，另一端与充电接口的负极连接。电机控制器中包括电容，该电容与充电电路中的电阻R构成RC电路。当从加热模式切换为边充电边加热模式时，若加热模块两端的电压与电池组两端的电压压差较大时，会将压差加到预充回路两端，预充回路能够缓慢的进行升压，当闭合第一继电器，然后断开第二继电器后，避免对第一继电器的冲击。
进一步地，OBC与交流充电口连接，交流充电口为三相电，交流充电口的火线ACL、零线ACN和地线PE均与OBC连接，OBC从交流充电口中获取标准市电，即220伏50赫兹的三相交流电。由于电池组所需的为直流电，且不同的电池单体构成的电池组所要求的电压不同，因此OBC需要将获取到的交流电转换为所需的直流电。
应当说明的是，可以在OBC与充电接口的正极连接的线路上设置有熔断器，若流过设置有熔断器的电流超过预设值时，熔断器断路，以此保证充电***中的各个电子器件。
本申请实施例通过OBC对动力电池充电，在充电过程中，如果动力电池温度过低则可以通过充电电路进行加热，在从加热模式切换为边充电边加热模式时，可以通过充电电路中的预充回路对第一继电器进行缓冲保护，使得第一继电器免受压差突然增大带来的冲击。
本申请实施例还提供一种车辆，该车辆可以为电动汽车，该车辆包括上述实施例提供的充电***。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。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定义和解释。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种充电电路，其特征在于，包括：充电接口、加热模块、充电模块和电池组；
所述充电模块的第一端与所述电池组的正极连接，所述加热模块的第一端分别与所述充电模块的第二端和所述充电接口的正极连接，所述加热模块的第二端分别与所述电池组的负极和所述充电接口的负极连接；
所述充电模块包括并联的第一继电器和预充回路；所述预充回路包括串联的第二继电器和电阻；
所述充电接口的正极用于与外部电源的正极连接，所述充电接口的负极用于与所述外部电源的负极连接。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述加热模块的第二端与所述充电接口的负极之间设置有第三继电器。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述加热模块包括串联的加热器和第四继电器。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电池组包括多个电池单体，在任意两个电池单体之间设置有维修开关。
5.一种充电电路，其特征在于，包括：充电接口、加热模块、充电模块和电池组；
所述充电模块的第一端与所述电池组的负极连接，第二端分别与所述充电接口的负极和加热模块的第一端连接，所述充电模块包括并联的第一继电器和预充回路；所述预充回路包括串联的第二继电器和电阻；
所述加热模块的第二端分别与所述电池组的正极和所述充电接口的正极连接；
所述充电接口的正极用于与外部电源的正极连接，所述充电接口的负极用于与所述外部电源的负极连接。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述加热模块的第二端与所述充电接口的负极之间设置有第三继电器。
7.一种动力电池，其特征在于，包括电池本体，所述电池本体内部包括电池管理***BMS和如权利要求1-6任一项所述的充电电路；
所述BMS分别与所述充电电路中的第一继电器和所述第二继电器连接，且所述BMS用于控制所述第一继电器和所述第二继电器的通断。
8.一种充电***，其特征在于，包括充电单元和如权利要求7所述的动力电池；
所述充电单元包括车载充电机OBC，所述OBC的一端与所述动力电池的充电接口的正极连接，另一端与所述充电接口的负极连接；所述充电单元用于获取外部交流电，并将所述外部交流电转换为直流电。
9.根据权利要求8所述的充电***，其特征在于，所述***包括电机控制器，所述电机控制器的一端与所述动力电池的充电接口的正极连接，另一端与充电接口的负极连接；
所述电机控制器包括电容，所述电容与所述动力电池中的电阻构成RC电路。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的充电***。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112455290A (zh) * 2020-10-28 2021-03-09 东风汽车集团有限公司 一种动力电池加热保护电路、方法和装置
CN114243835A (zh) * 2021-10-09 2022-03-25 恒大新能源汽车投资控股集团有限公司 预充回路故障诊断电路及方法、装置

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