CN219106419U - 一种电池包及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池包及车辆。电池包包括：至少一个电池模组，电池模组中至少包括两个串联的电芯；电芯配置有正极充电开关、负极充电开关，正极充电开关的两端分别与电芯的正极、电池包的正充电端子相连接，负极充电开关的两端分别与电芯的负极、电池包的负充电端子相连接；还包括充电管理单元，充电管理单元配置为控制与电芯对应的正极充电开关、负极充电开关的通断。

Description

一种电池包及车辆

技术领域

本实用新型实施例涉及电池技术，尤其涉及一种电池包及车辆。

背景技术

目前，锂离子电池的充电策略通常为：当所有锂离子电池单体电压值的代数和(总电压)达到最大截止电压值即视为充电完成。该充电策略存在如下弊端：由于充电完成的标志是总电压达到最大截止电压值，因此，电池包往往仅设置单一的充电回路，由于充电回路单一，当电池单体没有达到阈值电压时，难以对电池单体进行充电，这样就造成锂离子电池单体电压一致性差、压差大和故障率高的后果，降低了新能源汽车的行驶里程。

实用新型内容

本实用新型提供一种电池包及车辆，以达到可以将单体电芯与充电装置相连接，通过充电装置为单体电芯充电的目的。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种电池包，包括：至少一个电池模组，所述电池模组中至少包括两个串联的电芯；

所述电芯配置有正极充电开关、负极充电开关，所述正极充电开关的两端分别与所述电芯的正极、电池包的正充电端子相连接，所述负极充电开关的两端分别与所述电芯的负极、电池包的负充电端子相连接；

还包括充电管理单元，所述充电管理单元配置为控制与所述电芯对应的正极充电开关、负极充电开关的通断。

可选的，还包括电芯电压采集单元，所述电芯电压采集单元用于采集每个所述电芯的电压。

可选的，配置串联的所述电芯中，与第一个所述电芯相连接的正极充电开关作为主正极充电开关；

配置与串联的所述电芯中，与最后一个所述电芯相连接的负极充电开关作为主负极充电开关；

采用主正极充电导线连接第一个所述电芯、主正极充电开关以及所述电池包的正充电端子；

采用主负极充电导线连接最后一个所述电芯、主负极充电开关以及所述电池包的负充电端子

配置所述主正极充电导线、主负极充电导线的承载电流大于所述电池包的最大充电电流。

可选的，采用正极充电导线连接所述电芯、正极充电开关以及所述电池包的正充电端子；

采用负极充电导线连接所述电芯、负极充电开关以及所述电池包的负充电端子；

配置所述正极充电导线的承载电流小于所述主正极充电导线的承载电流，配置所述负极充电导线的承载电流小于所述主负极充电导线的承载电流。

可选的，所述电芯的正极配置有正极焊点，所述正极焊点用于接入所述主正极充电导线或正极充电导线；

所述电芯的负极配置有负极焊点，所述负极焊点用于接入所述主负极充电导线或负极充电导线。

可选的，还包括互锁单元，所述互锁单元与所述正极充电开关、负极充电开关以及充电管理单元相连接；

所述互锁单元用于连通一个所述电芯的正极充电开关、负极充电开关时，使其余所述电芯的正极充电开关、负极充电开关断开。

可选的，所述互锁单元包括第一分压电路、若干互锁控制模块；

所述互锁控制模块包括运算放大器、第二分压电路、开关管以及压降电路；

电源端通过所述第一分压电路接地，所述第一分压电路的分压点还与所述运算放大器的反向输入端相连接；

电源端通过所述开关管与所述压降电路的第一端以及所述运算放大器的同相输入端相连接，所述压降电路的第二端与所述运算放大器的反向输入端相连接；

所述运算放大器的输出端通过所述第二分压电路接地，所述第二分压电路的分压点还与所述运算放大器的同相输入端相连接；

所述运算放大器的输出端还与所述正极充电开关、负极充电开关的控制端相连接；

所述开关管的控制端与所述充电管理单元相连接。

可选的，还包括I/O扩展单元，所述充电管理单元通过所述I/O扩展单元与所述开关管的控制端相连接。

可选的，还包括电池管理单元，所述正极充电开关、负极充电开关、充电管理单元集成在所述电池管理单元的电路板上。

可选的，所述正极充电开关以及所述负极充电开关采用接触器。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种车辆，包括本实用新型实施例记载的电池包。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出一种电池包，电池包中的每个电芯配置有一个正极充电开关、一个负极充电开关，电芯的正极通过正极充电开关与电池包的正充电端子相连接，电芯的负极通过负极充电开关与电池包的负充电端子相连接，电池包还配置有充电管理单元，通过充电管理单元控制一组正极充电开关和负极充电开关的闭合，可以将对应的一个电芯单独与充电装置相连接，此时，充电装置可以单独为电芯充电，同时，通过充电管理单元控制指定的一个正极充电开关以及指定的一个负极充电开关闭合，可以将电池模组整体与充电装置相连接，此时，充电装置可以为电池模组充电。

基于上述内容，通过正极充电开关和负极充电开关可以灵活的切换为电池模组充电或为单体电芯充电，当为电池模组充电后，各电芯的电压不同时，可以切换至为单体电芯充电，以提高各电芯的一致性，延长电池包的使用寿命。

本实用新型中，通过正极充电开关和负极充电开关实现将单体电芯连接至充电装置，电池包整体设计难度小，成本低。

附图说明

图1是实施例中的电池模组示意图；

图2是实施例中的另一种电池模组示意图；

图3是实施例中的互锁单元结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

本实施例提出一种电池包，其包括至少一个电池模组，电池模组中至少包括两个串联的电芯，其中，若电池包包括多个电池模组，则配置各电池模组并联。

本实施例中，电芯配置有正极充电开关、负极充电开关，具体的，电池模组中的每个电芯配置有一个正极充电开关以及一个负极充电开关；

针对一个电芯，正极充电开关的两端分别与该电芯的正极、电池包的正充电端子相连接；负极充电开关的两端分别与该电芯的负极、电池包的负充电端子相连接。

示例性的，本实施例中，正极充电开关、负极充电开关可以采用触点开关、继电器或接触器开关器件。

示例性的，在一种可实施方案中，正极充电开关以及负极充电开关采用接触器，采用接触器可以提高电池包的充电安全性。

示例性的，本实施例中，对正极充电开关的一端与电芯的正极的连接方式、负极充电开关的一端与电芯的负极的连接方式不做限定；

例如，正极充电开关的一端可以通过导线与电芯的正极粘接或焊接，负极充电开关的一端可以通过导线与电芯的负极粘接或焊接。

图1是实施例中的电池模组示意图，参考图1，作为一种可实施方案，一个电池模组配置六个串联的电芯(1～6)；

电芯1配置有正极充电开关S11、负极充电开关S12，电芯2配置有正极充电开关S21、负极充电开关S22，电芯3配置有正极充电开关S31、负极充电开关S32，电芯4配置有正极充电开关S41、负极充电开关S42，电芯5配置有正极充电开关S51、负极充电开关S52，电芯6配置有正极充电开关S61、负极充电开关S62；

正极充电开关S11～正极充电开关S61的第一端分别与电芯1～6的正极相连接，正极充电开关S11～正极充电开关S61的第二端与电池包的正充电端子CP相连接；

负极充电开关S12～负极充电开关S62的第一端分别与电芯1～6的负极相连接，负极充电开关S12～正极充电开关S62的第二端与电池包的负充电端子CN相连接。

本实施例中，电池包还配置有充电管理单元，充电管理单元配置为控制与每个电芯对应的正极充电开关、负极充电开关的通断。

示例性的，本实施例中，充电管理单元可以采用单片机、微控制单元、充电管理芯片等器件设计。

参考图1，示例性的，本实施例中，电池包的工作方式包括：

为电池模组整体充电时，充电管理单元控制正极充电开关S11、负极充电开关S62闭合，控制负极充电开关S12～负极充电开关S52断开，控制正极充电开关S21～正极充电开关S61断开；

此时，电池模组通过正极充电开关S11、负极充电开关S62所在的回路与充电装置相连接，充电装置为电池模组充电；

为电池模组中的单体电芯充电时，使用人员可以选定指定的单体电芯进行充电；

使用人员可以向充电管理单元输入充电控制指令，充电管理单元根据充电控制指令控制指定的一个电芯的正极充电开关、负极充电开关闭合，其余电芯的正极充电开关、负极充电开关断开；

此时，电池模组中的一个电芯与充电装置相连接，充电装置为该单体电芯充电；

充电管理单元检测该单体电芯的电压，当单体电芯的电压超过充电阈值电压时，充电管理单元控制与该电芯对应的正极充电开关、负极充电开关断开。

本实施例提出一种电池包，电池包中的每个电芯配置有一个正极充电开关、一个负极充电开关，电芯的正极通过正极充电开关与电池包的正充电端子相连接，电芯的负极通过负极充电开关与电池包的负充电端子相连接，电池包还配置有充电管理单元，通过充电管理单元控制一组正极充电开关和负极充电开关的闭合，可以将对应的一个电芯单独与充电装置相连接，此时，充电装置可以单独为电芯充电，同时，通过充电管理单元控制指定的一个正极充电开关以及指定的一个负极充电开关闭合，可以将电池模组整体与充电装置相连接，此时，充电装置可以为电池模组充电；

基于上述内容，通过正极充电开关和负极充电开关可以灵活的切换为电池模组充电或为单体电芯充电，当为电池模组充电后，各电芯的电压不同时，可以切换至为单体电芯充电，以提高各电芯的一致性，延长电池包的使用寿命；

本实施例中，通过正极充电开关和负极充电开关实现将单体电芯连接至充电装置，电池包整体设计难度小，成本低。

在一种可实施方案中，电池包还配置有电芯电压采集单元，电芯电压采集单元用于采集每个电芯的电压。

示例性的，本方案中，可以配置电芯电压采集单元与充电管理单元或者电池管理单元相连接，可以配置充电管理单元或电池管理单元显示电芯电压采集单元采集的电压。

示例性的，配置电芯电压采集单元时，若为电池模组中的单体电芯充电，则使用人员可以根据显示的电芯电压确定需要进行充电的单体电芯；

充电管理单元接收电芯电压采集单元采集的电芯电压，当单体电芯的电压超过充电阈值电压时，充电管理单元控制与该电芯对应的正极充电开关、负极充电开关断开。

示例性的，作为一种可实施方案，配置电芯电压采集单元时，正极充电开关、负极充电开关、充电管理单元以及电芯电压采集单元可以集成在电池管理单元(BatteryManagement System，BMS)的电路板上；

将正极充电开关、负极充电开关、充电管理单元以及电芯电压采集单元与BMS集成在一起，可以减小电池包的装配难度。

作为一种可实施方案，在一个电池模组中，配置与串联的电芯中，与第一个电芯相连接的正极充电开关作为主正极充电开关；

配置串联的电芯中，与最后一个电芯相连接的负极充电开关作为主负极充电开关；

采用主正极充电导线连接第一个电芯、主正极充电开关以及电池包的正充电端子；

采用主负极充电导线连接最后一个电芯、主负极充电开关以及电池包的负充电端子。

示例性的，以图1所示的电池模组为例，配置正极充电开关S11为主正极充电开关(记为K0)，负极充电开关S62为主负极充电开关(记为K1)。

配置采用主正极充电导线连接电芯1的正极、主正极充电开关K0以及正充电端子CP，采用主负极充电导线连接电芯6的负极、主负极充电开关K1以及负充电端子CN。

示例性的，本方案中，配置主正极充电导线、主负极充电导线的承载电流大于电池包的最大充电电流。

示例性的，当为电池模组整体充电时，电池模组通过主正极充电导线、主负极充电导线与充电装置相连接，充电装置为电池模组充电；

本方案中，通过配置主正极充电导线、主负极充电导线的承载电流大于电池包的最大充电电流，可以保证为该电池模组充电时的充电安全。

示例性的，参考图1所示的电池模组，作为一种可实施方案，配置采用主正极充电导线连接电芯1的正极、主正极充电开关(S11)以及正充电端子CP，采用主负极充电导线连接电芯6的负极、主负极充电开关(S62)以及负充电端子CN；

采用正极充电导线对应连接电芯(2～5)、正极充电开关(S21～S51)以及电池包的正充电端子CP；采用负极充电导线对应连接电芯(2～5)、负极充电开关(S22～S52)以及电池包的负充电端子CN；

采用负极充电导线连接电芯1、负极充电开关S12以及负充电端子CN，采用正极充电导线连接电芯6、正极充电开关S61以及正充电端子CP。

示例性的，本方案中，可以配置正极充电导线的承载电流小于或等于主正极充电导线的承载电流，配置负极充电导线的承载电流小于或等于主负极充电导线的承载电流。

示例性的，在一种可实施方案中，配置正极充电导线的线径小于主正极充电导线的线径，即，配置正极充电导线的承载电流小于主正极充电导线的承载电流；

配置负极充电导线的线径小于负正极充电导线的线径，即，配置负极充电导线的承载电流小于主负极充电导线的承载电流。

示例性的，当设计对单体电芯充电时的充电电流小于对电池模组充电时的充电电流时，设置正极充电导线、负极充电导线的线径较主正极充电导线、主负极充电导线的线径较小，可以减小线材的使用成本。

示例性的，本方案中，电芯的正极配置有正极焊点，配置正极焊点用于接入主正极充电导线或正极充电导线；

电芯的负极配置有负极焊点，配置负极焊点用于接入主负极充电导线或负极充电导线。

图2是实施例中的另一种电池模组示意图，参考图2，在图1所示方案的基础上，电池包还包括互锁单元200，互锁单元200与正极充电开关(S11～S61)、负极充电开关(S12～S62)以及充电管理单元100相连接。

示例性的，本方案中，互锁单元可以基于运算放大器、译码器(例如CD4028B)等器件设计；

配置互锁单元用于：为单体电芯充电，连通一个电芯的正极充电开关、负极充电开关时，控制其余电芯的正极充电开关、负极充电开关断开。

示例性的，本方案中，为电池模组中的单体电芯充电时，使用人员向充电管理单元输入充电控制指令，充电管理单元通过互锁单元控制一个电芯的正极充电开关、负极充电开关闭合，其余电芯的正极充电开关、负极充电开关断开，进而实现对单体电芯充电。

图3是实施例中的互锁单元结构示意图，参考图3，作为一种可实施方案，互锁单元包括第一分压电路1000、若干互锁控制模块(六个互锁控制模块，与图2所示方案中电芯的数量相同)。

本方案中，各互锁控制模块的结构相同，以第一个互锁控制模块为例，互锁控制模块包括运算放大器U1、第二分压电路11、开关管12以及压降电路13。

参考图2和图3，电源端VCC通过第一分压电路1000接地，第一分压电路1000的分压点还与运算放大器U1的反向输入端相连接；

电源端VCC通过开关管12与压降电路13的第一端以及运算放大器U1的同相输入端相连接，压降电路13的第二端与运算放大器U1的反向输入端相连接；

运算放大器U1的输出端SS1通过第二分压电路11接地，第二分压电路11的分压点还与运算放大器U1的同相输入端相连接；

运算放大器U1的输出端SS1还与正极充电开关S11、负极充电开关S12的控制端相连接；

开关管13的控制端与充电管理单元100相连接。

示例性的，本方案中，开关管可以采用三极管、分压电路包括分压电阻、压降电路可以采用至少一个二极管。

示例性的，本方案中，配置充电管理单元100通过脉冲信号控制开关管导通，为单体电芯充电时，以第一个互锁控制模块、第六个互锁控制模块为例，互锁单元的工作过程包括：

互锁单元上电，初始状态时，开关管12～开关管62断开，运算放大器U1～U6的同相输入端为低电平、反向输入端为高电平，各运算放大器输出低电平；

当充电管理单元100控制开关管12导通时，同相输入端为高电平，且高于反向输入端的电平(由于压降电路13存在压降)，运算放大器U1输出高电平，使正极充电开关S11、负极充电开关S12闭合；

运算放大器U1输出高电平，且开关管12断开后，运算放大器U1的同相输入端电压为经过第二分压电路11分压的电压，反向输入端电压为经过第一分压电路1000分压的电压，同相输入端的电压仍高于反向输入端的电压，运算放大器U1持续输出高电平；

当充电管理单元100控制开关管62导通时，运算放大器U1的反向输入端的电压为经过压降电路63的电源电压，其高于运算放大器U1的同向输入端的电压，运算放大器U1输出低电平，使正极充电开关S11、负极充电开关S12断开；

同时，当充电管理单元100控制开关管62导通时，运算放大器U6输出高电平，使正极充电开关S61、负极充电开关S62闭合；

互锁单元下电后，正极充电开关S11～S61、负极充电开关S12～S62断开，停止对单体电芯充电。

本方案中，配置电池包具有互锁单元，配置互锁单元用于为电池模组中的单体电芯充电时，若一个电芯的正极充电开关、负极充电开关闭合，则控制其余电芯的正极充电开关、负极充电开关断开，基于互锁单元，可以避免通过人工控制对单体电芯充电，由于短时间内输入多项充电控制指令，造成多个单体电芯连接至充电装置，导致充电异常的问题。

示例性的，在图3所示方案的基础上，电池包还包括I/O扩展单元，充电管理单元通过I/O扩展单元与开关管的控制端相连接。

示例性的，本方案中，当电池模块中的电芯数量较多时(即互锁控制模块的数量较多时)，通过I/O扩展单元连接充电管理单元与互锁单元，可以避免充电管理单元的I/O端口数量难以满足控制需求的问题。

示例性的，在图1所示方案的基础上，作为一种可选方案，可以配置BMS实现对电池包的充电控制，包括采集单体电芯的电压，根据单体电芯的电压控制单独对指定的一个单体电芯充电。

示例性的，BMS可以配置为按照如下方式实现对电池包的充电控制：

控制为电池模组(或电池包)整体充电；

此时，BMS控制正极充电开关S11、负极充电开关S62闭合，控制负极充电开关S12～负极充电开关S52断开，控制正极充电开关S21～正极充电开关S61断开；

BMS向充电装置发送第一充电请求指令，充电装置响应第一充电请求指令，提供充电所需的需求电压和第一需求电流；

BMS检测电芯电压，当一个电芯电压达到充电阈值电压时，BMS记录该电芯电压的位置(或编号)；

BMS向充电装置发送停止充电请求指令，充电停止装置停止提供充电电压和充电电流，BMS控制正极充电开关S11、负极充电开关S62闭合；

控制为电芯单独充电；

控制电芯1的正极充电开关S11、负极充电开关S12闭合，控制正极充电开关S21～S61、负极充电开关S22～S62断开；

BMS向充电装置发送第二充电请求指令，充电装置响应第二充电请求指令，提供充电所需的需求电压和第二需求电流(小于第一需求电流)；

BMS检测电芯1的电压，当电芯1的电压达到充电阈值电压时，BMS向充电装置发送停止充电请求指令，充电停止装置停止提供充电电压和充电电流，BMS控制正极充电开关S11、负极充电开关S12断开；

与控制对电芯1的充电方式相同，除在电池模组整体充电的过程中，被记录位置的电芯外，按照从电芯1～电芯6的顺序，BMS依次控制充电装置将电芯充电至充电阈值电压。

实施例二

本实施例提出一种车辆，其配置有实施例一中记载的任意一种电池包，其有益效果与实施例一中记载的对应内容相同，在此不再赘述。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电池包，其特征在于，包括：至少一个电池模组，所述电池模组中至少包括两个串联的电芯；

所述电芯配置有正极充电开关、负极充电开关，所述正极充电开关的两端分别与所述电芯的正极、电池包的正充电端子相连接，所述负极充电开关的两端分别与所述电芯的负极、电池包的负充电端子相连接；

还包括充电管理单元，所述充电管理单元配置为控制与所述电芯对应的正极充电开关、负极充电开关的通断。

2.如权利要求1所述的电池包，其特征在于，配置串联的所述电芯中，与第一个所述电芯相连接的正极充电开关作为主正极充电开关；

配置串联的所述电芯中，与最后一个所述电芯相连接的负极充电开关作为主负极充电开关；

采用主正极充电导线连接第一个所述电芯、主正极充电开关以及所述电池包的正充电端子；

采用主负极充电导线连接最后一个所述电芯、主负极充电开关以及所述电池包的负充电端子；

配置所述主正极充电导线、主负极充电导线的承载电流大于所述电池包的最大充电电流。

3.如权利要求2所述的电池包，其特征在于，采用正极充电导线连接除第一个所述电芯之外的所述电芯、正极充电开关以及所述电池包的正充电端子；

采用负极充电导线连接除最后一个所述电芯之外的所述电芯、负极充电开关以及所述电池包的负充电端子；

配置所述正极充电导线的承载电流小于所述主正极充电导线的承载电流，配置所述负极充电导线的承载电流小于所述主负极充电导线的承载电流。

4.如权利要求3所述的电池包，其特征在于，所述电芯的正极配置有正极焊点，所述正极焊点用于接入所述主正极充电导线或正极充电导线；

所述电芯的负极配置有负极焊点，所述负极焊点用于接入所述主负极充电导线或负极充电导线。

5.如权利要求1至4任一所述的电池包，其特征在于，还包括互锁单元，所述互锁单元与所述正极充电开关、负极充电开关以及充电管理单元相连接；

所述互锁单元用于连通一个所述电芯的正极充电开关、负极充电开关时，使其余所述电芯的正极充电开关、负极充电开关断开。

6.如权利要求5所述的电池包，其特征在于，所述互锁单元包括第一分压电路、若干互锁控制模块；

所述互锁控制模块包括运算放大器、第二分压电路、开关管以及压降电路；

电源端通过所述第一分压电路接地，所述第一分压电路的分压点还与所述运算放大器的反向输入端相连接；

电源端通过所述开关管与所述压降电路的第一端以及所述运算放大器的同相输入端相连接，所述压降电路的第二端与所述运算放大器的反向输入端相连接；

所述运算放大器的输出端通过所述第二分压电路接地，所述第二分压电路的分压点还与所述运算放大器的同相输入端相连接；

所述运算放大器的输出端还与所述正极充电开关、负极充电开关的控制端相连接；

所述开关管的控制端与所述充电管理单元相连接。

7.如权利要求6所述的电池包，其特征在于，还包括I/O扩展单元，所述充电管理单元通过所述I/O扩展单元与所述开关管的控制端相连接。

8.如权利要求1至4任一所述的电池包，其特征在于，还包括电池管理单元，所述正极充电开关、负极充电开关、充电管理单元集成在所述电池管理单元的电路板上。

9.如权利要求1至4任一所述的电池包，其特征在于，所述正极充电开关以及所述负极充电开关采用接触器。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至9任一所述的电池包。

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