用于车辆的高压电池系统及其控制方法和车辆与流程

1.本公开涉及一种用于车辆的高压电池系统及其控制方法以及一种车辆。


背景技术：

2.如今，如何大幅缩短电动车辆的快速充电时间一直是一个挑战。尤其是在存在不同的车辆电压水平(例如400v、800v)和不同的充电基础设施(例如500v、750v、950v/1000v)的背景下，这尤其迫切。
3.当前主流的电动车辆的电压水平为400v，而部分高档品牌车辆开始达到800v的水平。另一方面，2017年之前的大多数充电基础设施为500v，之后新的充电基础设施主要为750v，还有较少比例的新的快速充电基础设施为950v/1000v。当通过750v(或950v/1000v)的充电基础设施为400v的电动车辆充电时，充电基础设施将无法充分使用。当500v或750v的充电基础设施为800v的电动车辆充电时，车辆将无法充满电。
4.因此，对于现有技术，车辆和充电基础设施不能有效地匹配，这导致充电源的使用受限并且充电时间长。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本公开提供用于车辆的高压电池系统及其控制方法，通过其可以显著缩短充电时间。进一步地，通过根据本公开的高压电池系统及其控制方法，可以有效地利用充电源。
6.根据本公开的第一方面，提供一种用于车辆的高压电池系统，该高压电池系统可包括：具有相同额定电压的至少两个高压电池，所述至少两个高压电池能够安装在车辆内并且被配置为向车辆的驱动单元供电；开关单元，所述开关单元能够将所述至少两个高压电池并联电连接或串联电连接；和控制器，所述控制器被配置为：在车辆被联接到外部充电装置以向所述至少两个高压电池充电时，将所述至少两个高压电池串联电连接。
7.因此，根据本公开的高压电池系统能够匹配于具有不同输出电压的充电装置。而且，无论外部充电装置的输出电压是高于高压电池的额定电压还是低于高压电池的额定电压，都首先将各个高压电池串联电连接，以对该高压电池系统进行充电。由此可以对该高压电池系统快速充电，从而显著缩短充电时间。这是因为针对单体电芯而言，串联连接时的充电电流比在并联连接时的充电电流更大，所以充电速度会更大；从而对于整个高压电池系统，充电速度也会更大。尤其是当外部充电装置的输出电压约为车辆的额定驱动电压的两倍或更高时，通过将至少两个高压电池串联电连接，可以显著提高充电速度，从而缩短充电时间。
8.优选地，所述控制器还可被配置为：在车辆被联接到外部充电装置以向所述至少两个高压电池充电时，在将所述至少两个高压电池串联电连接之后，如果所述外部充电装置的输出电压大于所述至少两个高压电池的串联电压，则保持所述至少两个高压电池串联电连接，直到所述至少两个高压电池的荷电状态达到100％；如果所述外部充电装置的输出
电压小于等于所述至少两个高压电池的串联电压，则在满足预设条件之后将所述至少两个高压电池并联电连接，直到所述至少两个高压电池的荷电状态达到100％。
9.就此而言，优选地，所述预设条件可以是：所述至少两个高压电池的荷电状态保持不变一段时间；和/或如果所述外部充电装置的输出电压接近所述高压电池的额定电压的p倍，p≥1，则所述至少两个高压电池的荷电状态达到40p％；和/或所述至少两个高压电池的已充电的电压为所述外部充电装置的输出电压的90％以上。
10.因此，不仅可以提高充电速度，而且可以充分利用外部充电装置的输出电压。尤其是当外部充电装置的输出电压仅约为车辆的额定驱动电压的一半或更高时，通过将至少两个高压电池并联电连接，可以完全充满高压电池。
11.优选地，所述控制器还可被配置为：在车辆既不充电又未被驱动时，将所述开关单元的所有开关断开。由此可以提高该高压电池系统的安全性。
12.优选地，所述开关单元可包括2
×
(n－1)个并联开关和n－1个串联开关，n等于所述高压电池的数量，其中，一个并联开关在第一侧处连接至一个高压电池的正输出端子并在第二侧处连接至下一个高压电池的正输出端子，另一个并联开关在第一侧处连接至所述一个高压电池的负输出端子并在第二侧处连接至所述下一个高压电池的负输出端子，而一个串联开关在第一侧处连接至所述一个高压电池的负输出端子并在第二侧处连接至所述下一个高压电池的正输出端子。由此以简单的方式实现该高压电池系统的各个高压电池的串联电连接和并联电连接。
13.优选地，所述控制器还可被配置为：当串联开关闭合时，禁止并联开关闭合，而当并联开关闭合时，禁止串联开关闭合。由此实现串联连接与并联连接的互锁功能，从而可以提高该高压电池系统的安全性。
14.优选地，该高压电池系统还包括预充电单元。由此在各高压电池的电压之间存在差异时，可以防止较高电压的高压电池对较低电压的高压电池造成过大的冲击电流。因此，可实现所谓的软启动，从而也可以提高该高压电池系统的安全性。
15.根据本公开的第二方面，提供了一种用于控制用于车辆的高压电池系统的方法。根据本公开，该方法包括以下步骤：确定是否需要对该高压电池系统的至少两个高压电池进行充电；当需要对所述至少两个高压电池充电时，将所述至少两个高压电池串联电连接；如果所述外部充电装置的输出电压大于所述至少两个高压电池的串联电压，则保持所述至少两个高压电池串联电连接，直到所述至少两个高压电池的荷电状态达到100％；如果所述外部充电装置的输出电压小于等于所述至少两个高压电池的串联电压，则在满足预设条件之后将所述至少两个高压电池并联电连接，直到所述至少两个高压电池的荷电状态达到100％。
16.优选地，所述预设条件是：所述至少两个高压电池的荷电状态保持不变一段时间；和/或如果所述外部充电装置的输出电压接近所述高压电池的额定电压的p倍，p≥1，则所述至少两个高压电池的荷电状态达到40p％；和/或所述至少两个高压电池的已充电的电压为所述外部充电装置的输出电压的90％以上。
17.根据本公开的第三方面，提供了一种车辆，该车辆具有根据本公开的高压电池系统和/或被配置成用于实施根据本公开的方法。优选地，该车辆为纯电动车辆。
18.根据本公开的第二和第三方面的用于控制高压电池系统的方法和车辆也相应地
带来与根据本公开的第一方面的用于车辆的高压电池系统相同的优点，在此不再赘述。
附图说明
19.为使本公开的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本公开的具体实施方式做详细的说明。
20.图1示出根据本公开的示例性实施例的用于车辆的高压电池系统的配置图；
21.图2示出根据本公开的示例性实施例的用于车辆的高压电池系统在串联状态中的配置图；
22.图3示出根据本公开的示例性实施例的用于车辆的高压电池系统在并联状态中的配置图；
23.图4示出根据本公开的示例性实施例的用于车辆的高压电池系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
24.在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
25.以下将参照附图详细描述根据本公开的示例性实施例的用于车辆的高压电池系统及其控制方法。
26.如图1所示，根据本公开的用于车辆的高压电池系统可以包括具有相同额定电压的至少两个高压电池，其能够安装在车辆内并且能够被配置为向车辆的驱动单元、例如驱动电机供电。在该实施例中，该高压电池系统包括两个高压电池，即第一高压电池110和第二高压电池120。
27.各个高压电池是搭载于车辆的且能够储存电力的蓄电池。每个高压电池可具有多个电池单元。各电池单元分别由能够充放电的充电电池构成，例如由锂离子电池构成。各电池单元可分别并排配置并且彼此串联连接。
28.各个高压电池的额定电压可以等于车辆的额定驱动电压或为车辆的额定驱动电压的1/m，m≥2。如前所述，在中国，当前主流的电动车辆的电压水平为400v，而部分高档品牌车辆开始达到800v的水平。另一方面，2017年之前的大多数充电基础设施为500v，之后新的充电基础设施主要为750v，还有较少比例的新的快速充电基础设施为950v/1000v。因此，各个高压电池的额定电压尤其可以为400v，也就是等于电动车辆的最低电压水平。在该实施例中，第一高压电池110和第二高压电池120的额定电压均未400v。
29.根据本公开的用于车辆的高压电池系统还可以包括开关单元200，该开关单元能够将所述至少两个高压电池并联电连接或串联电连接。
30.所述开关电池200可以包括2
×
(n－1)个并联开关和n－1个串联开关，n等于高压电池的数量。在这种情况下，一个并联开关在第一侧处连接至一个高压电池的正输出端子并在第二侧处连接至下一个高压电池的正输出端子，另一个并联开关在第一侧处连接至一个高压电池的负输出端子并在第二侧处连接至下一个高压电池的负输出端子，而一个串联开关在第一侧处连接至一个高压电池的负输出端子并在第二侧处连接至下一个高压电池
的正输出端子。当并联开关闭合并且串联开关断开时，则各高压电池并联，当并联开关断开并且串联开关闭合时，则各高压电池串联。
31.在该实施例中，开关210在第一侧处连接至第一高压电池110的正输出端子并在第二侧处连接至第二高压电池120的正输出端子，开关220在第一侧处连接至第一高压电池110的负输出端子并在第二侧处连接至第二高压电池120的负输出端子，而开关230在第一侧处连接至第一高压电池110的负输出端子并在第二侧处连接至第二高压电池120的正输出端子。当开关210、220闭合并且开关230断开时，则第一和第二高压电池110、120并联，当开关210、220断开并且开关230闭合时，则第一和第二高压电池110、120串联。
32.所述开关可以是继电器、功率半导体开关等。另外，所述串联开关与所述并联开关可以具有互锁功能。也就是，当串联开关闭合时，并联开关被禁止闭合，而当并联开关闭合时，串联开关被禁止闭合。换言之，串联开关和并联开关不能同时闭合。在该实施例中，开关210、220与开关230不能同时闭合。
33.根据本公开的用于车辆的高压电池系统还可以包括控制器300。控制器300可以是电池管理系统(bms)的部分，或是车辆控制中心的部分，或是单独的控制装置。
34.在车辆既不充电又未被驱动时，控制器300可以被配置为用于将所述开关单元200的所有开关断开。在该实施例中，如图1所示，控制器300将所有开关210、220、230都断开。
35.在该高压电池系统用于向车辆的驱动单元提供电压时，控制器300可以被配置为用于基于车辆的额定驱动电压将所述至少两个高压电池并联电连接或串联电连接。在该实施例中，如果车辆的额定驱动电压为400v，则控制器300将第一和第二高压电池110和120并联连接。如果车辆的额定驱动电压为800v，则控制器300将第一和第二高压电池110和120串联连接。
36.在车辆被联接到外部充电装置以向所述至少两个高压电池充电时，控制器300可以被配置为：首先将所述至少两个高压电池110、120串联电连接，并且然后根据外部充电装置的输出电压与所述至少两个高压电池110、120的串联电压的关系设定所述至少两个高压电池110、120的电连接状态，直到所述至少两个高压电池110、120的荷电状态soc达到100％。
37.具体而言，如果所述外部充电装置的输出电压大于所述至少两个高压电池110、120的串联电压，则保持所述至少两个高压电池110、120串联电连接(如图2所示)，直到所述至少两个高压电池的荷电状态soc达到100％。如果所述外部充电装置的输出电压小于等于所述至少两个高压电池110、120的串联电压，则在满足预设条件之后将所述至少两个高压电池并联电连接(如图3所示)，直到所述至少两个高压电池110、120的荷电状态soc达到100％。所述预设条件可以是所述至少两个高压电池110、120的荷电状态保持不变一段时间。替选地或附加地，所述预设条件可以是：如果所述外部充电装置的输出电压接近所述高压电池的额定电压的p倍，p≥1，则所述至少两个高压电池的荷电状态达到40p％。替选地或附加地，所述预设条件可以是：所述至少两个高压电池110、120的已充电的电压为所述外部充电装置的输出电压的90％以上。
38.在本公开的范围内，所述外部充电装置可以是快速高压的充电站、充电桩或充电柱。该外部充电装置的输出电压尤其是根据国家或地方规定而设定。
39.另外，从附图中还可以看出，还可以为每个高压电池110、120配置一个保护装置、
例如保险丝410、420。由此可以提高该高压电池系统的安全性。
40.而且，该高压电池系统还可以包括预充电单元。由此在各高压电池110、120的电压之间存在差异时，可以防止较高电压的高压电池对较低电压的高压电池造成过大的冲击电流。因此，也可以提高该高压电池系统的安全性。
41.图4示出根据本公开的示例性实施例的用于车辆的高压电池系统的控制方法的流程图。
42.如图4所示，该方法在步骤s10开始。
43.在步骤s20，将车辆联接到外部充电装置。
44.在步骤s30，确定是否需要对用于车辆的高压电池系统充电。如果不需要充电，则到达步骤s90结束。如果需要充电，则到达步骤s40。
45.在步骤s40，将至少两个高压电池110、120串联电连接。
46.在步骤s50，确定外部充电装置的输出电压是否大于至少两个高压电池110、120的串联电压。
47.如果外部充电装置的输出电压大于至少两个高压电池110、120的串联电压，则到达步骤s60。在步骤s60，保持至少两个高压电池110、120串联电连接，直到所述至少两个高压电池110、120的荷电状态soc达到100％。然后，到达步骤s90结束。
48.如果外部充电装置的输出电压小于等于至少两个高压电池110、120的串联电压，则到达步骤s70。
49.在步骤s70，确定是否满足预设条件。在一种有利的实施例中，确定是否所述至少两个高压电池110、120的荷电状态soc保持不变一段时间、例如约60秒。替选地或附加地，在一种有利的实施例中，如果所述外部充电装置的输出电压接近所述高压电池110、120的额定电压的p倍，p≥1，则确定是否所述至少两个高压电池110、120的荷电状态达到40p％。例如，如果外部充电装置的输出电压为500v，其接近高压电池的额定电压的1倍，则确定是否所述至少两个高压电池110、120的荷电状态达到40％。如果外部充电装置的输出电压为750v，其接近高压电池的额定电压的2倍，则确定是否所述至少两个高压电池110、120的荷电状态达到80％。替选地或附加地，在一种有利的实施例中，确定是否所述至少两个高压电池110、120的已充电的电压为所述外部充电装置的输出电压的90％以上。例如，如果外部充电装置的输出电压为500v，则确定是否所述至少两个高压电池110、120的已充电的电压在450v以上。如果外部充电装置的输出电压为750v，则确定是否所述至少两个高压电池110、120的已充电的电压在675v以上。
50.在满足至少一个上述预设条件之后到达步骤s80。在步骤s80，将所述至少两个高压电池110、120并联电连接，直到所述至少两个高压电池110、120的荷电状态达到100％。然后，到达步骤s90结束。
51.因此，当使用输出电压为750v的外部充电装置为额定驱动电压为400v的车辆充电时，可以首先将该车辆的高压电池系统的各高压电池串联电连接，并对串联的各高压电池充电，直到该高压电池系统的荷电状态soc达到80％。然后，将该车辆的高压电池系统的各高压电池并联电连接，并对并联的各高压电池充电，直到该高压电池系统的荷电状态soc达到100％，也就是充满电。
52.当使用输出电压为500v的外部充电装置为额定驱动电压为800v的车辆充电时，可
以首先将该车辆的高压电池系统的各高压电池串联电连接，并对串联的各高压电池充电，直到该高压电池系统的荷电状态soc达到40％。然后，将该车辆的高压电池系统的各高压电池并联电连接，并对并联的各高压电池充电，直到该高压电池系统的荷电状态soc达到100％，也就是充满电。
53.通过本公开的高压电池系统及其控制方法，根据充电基础设施的电压水平，高压电池系统可以在并联或串联连接之间灵活切换。因此，通过灵活的高压电池系统设计，车辆电池电压水平可以灵活地适应快速充电基础设施，从而可以有效地使用充电源并显著缩短充电时间。
54.在本公开的范围内，表述“和/或”在本文中使用的含义为，包括该表述之前和之后列出的组件中的至少一个。而且，表述“连接/联接”使用的含义为，包括与另一个组件的直接连接，或通过另一个组件而间接连接。本文中的单数形式也包括复数形式，除非在措辞中特别提及。而且，本文中使用的涉及“包括”或“包含”的组件、步骤、操作和元件的含义为，存在或添加至少一个其他的组件、步骤、操作和元件。
55.应理解的是，本文中所用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括机动车辆，如包括运动型多用途车辆(suv)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等。
56.在此描述的任意方法、程序、算法或编码可以转换成或表达为编程语言或计算机程序。“编程语言”和“计算机程序”是用以将指令指定给计算机的任意语言，并且包括(但不限于)这些语言和它们的派生物：汇编语言、basic、批处理文件、bcpl、c、c+、c++、delphi、fortran、java、javascript、机器代码、操作系统命令语言、pascal、perl、pl1、脚本语言、visual basic、其自身指定程序的元语言，以及第一代、第二代、第三代、第四代和第五代计算机语言。同样包括的是数据库和其他数据模式，以及任意其他元语言。为了这种定义的目的，不在被解译、编译的语言之间或者是使用编译和解译这两种方法的语言之间进行区分。为了这种定义的目的，不在程序的编译版本和源版本之间进行区分。因此，参考编程语言可存在于一个以上状态(诸如源状态、编译状态、对象状态或链接状态)中的程序是参考任意和所有这种状态。该定义还包含有效指令和这些指令的意图。
57.在此描述的任意方法、程序、算法或代码可包含在一个或多个机器可读媒介或存储器上。术语“存储器”可包括提供(例如，存储和/或传送)以由诸如处理器、计算机或数字处理设备的机器可读格式的信息的机构。例如，存储器可包括只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存设备或任意其他易失性或非易失性存储设备。包含在其上的代码或指令可由载波信号、红外信号、数字信号和其他相似的信号表示。
58.在本技术文件中公开的特征不仅可以单独地而且可以以任意组合的方式对于实施例在不同的设计方案方面的实现来说是重要的并且可以被实现。本发明不限于所示的实施例，而是包括或者延及可落入所附权利要求书的有效范围内的所有技术上的等效物。