动力电池包、动力电池包充电系统和电动汽车的制作方法

本公开涉及电动汽车领域，具体地，涉及一种动力电池包、动力电池包充电系统和电动汽车。

背景技术：

目前，动力电池包的主流电压通常位于300V-400V之间。然而，为了提高纯电动汽车的续航里程，提高动力电池包的电压是具有优势的，例如，将动力电池包的电压提高到500V以上。

但是，目前市面上的直流充电桩的电压输出区间一般为200V-500V，使得搭载高动力电池系统(例如，电压高于500V)的电动汽车面临着无法进行直流充电的尴尬境遇。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种动力电池包、动力电池包充电系统和电动汽车，能够实现搭载高动力电池系统的电动汽车的直流充电。

为了实现上述目的，本公开提供一种动力电池包，该动力电池包包括切换装置、直流充正端子、直流充负端子和至少两个串联的子电池模块，所述切换装置在所述动力电池包直流充电过程中将任意一个或任意多个相邻的所述子电池模块与所述直流充正端子和所述直流充负端子电连接来形成连通回路。

可选地，所述切换装置包括第一单刀多掷开关和第二单刀多掷开关，其中：

所述第一单刀多掷开关的动触点与所述直流充正端子电连接，所述第一单刀多掷开关的静触点分别与所述至少两个串联的子电池模块的正极一一对应地电连接；

所述第二单刀多掷开关的动触点与所述直流充负端子电连接，所述第二单刀多掷开关的静触点分别与所述至少两个串联的子电池模块的负极一一对应地电连接。

可选地，该动力电池包还包括维修开关、电流传感器和熔断装置中的至少一者，其中：

所述维修开关电连接在任意两个相邻的所述子电池模块之间；

所述电流传感器电连接在所述第一单刀多掷开关的动触点与所述直流充正端子之间，或者电连接在所述第二单刀多掷开关的动触点与所述直流充负端子之间；

所述熔断装置电连接在所述第一单刀多掷开关的动触点与所述直流充正端子之间，或者电连接在所述第二单刀多掷开关的动触点与所述直流充负端子之间。

可选地，所述切换装置包括多个继电器，其中：每个所述子电池模块的正极与所述直流充正端子之间、以及每个所述子电池模块的负极与所述直流充负端子之间分别通过具有其中一个相应的所述继电器的导线电连接。

可选地，该动力电池包还包括维修开关、电流传感器和熔断装置中的至少一者，其中：

所述维修开关电连接在任意两个相邻的所述子电池模块之间；

所述电流传感器串联连接在每个所述子电池模块的正极与所述直流充正端子之间的导线上，或者串联连接在每个所述子电池模块的负极与所述直流充负端子之间的导线上；

所述熔断装置串联连接在每个所述子电池模块的正极与所述直流充正端子之间的导线上，或者串联连接在每个所述子电池模块的负极与所述直流充负端子之间的导线上。

可选地，所述子电池模块包括任意一个或任意多个串联和/或并联电连接在一起的电池模组。

本公开还提供一种动力电池包充电系统，该动力电池包充电系统包括：

上面描述的根据本公开的动力电池包；以及

电池管理系统，用于控制所述动力电池包中的切换装置将所述动力电池包中的任意一个或任意多个相邻的子电池模块与所述动力电池包中的直流充正端子和直流充负端子电连接来形成连通回路。

本公开还提供一种电动汽车，该电动汽车包括上面描述的根据本公开的动力电池包充电系统。

通过上述技术方案，由于将动力电池包划分成了多个子电池模块，因此每个子电池模块的电压相比于动力电池包的整体电压而言是大大下降了，而且在动力电池包的直流充电过程中是任意一个或者任意多个相邻的子电池模块通过切换装置与直流充正端子和直流充负端子电连接来形成连通回路，因此能够利用直流输出电压(例如300V)比动力电池包的额定直流电压(例如大于500V)低的直流充电桩对高电压动力电池包进行直流充电，这不仅增强了纯电动汽车的整车适应性，而且降低了对直流充电桩的直流输出电压区间的要求。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1示出了根据本公开第一实施例的动力电池包的示意框图。

图2示出了根据本公开第一实施例的动力电池包的又一示意框图。

图3示出了根据本公开第一实施例的动力电池包的再一示意框图。

图4示出了根据本公开第一实施例的动力电池包的又一示意框图。

图5示出了根据本公开第一实施例的动力电池包的又一示意框图。

图6示出了根据本公开第一实施例的动力电池包的再一示意框图。

图7示出了根据本公开第一实施例的动力电池包的又一示意框图。

图8示出了根据本公开第一实施例的动力电池包的再一示意框图。

图9示出了根据本公开第二实施例的动力电池包充电系统的示意框图。

图10是根据本公开第二实施例的动力电池包充电系统的又一示意框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

根据本公开的第一实施例，提供一种动力电池包。如图1所示，该动力电池包1可以包括切换装置20、直流充正端子30、直流充负端子40和至少两个串联的子电池模块10，所述切换装置20在所述动力电池包1直流充电过程中将任意一个或任意多个相邻的所述子电池模块10与所述直流充正端子30和所述直流充负端子40电连接来形成连通回路。

其中，每个子电池模块10可以包括任意一个或任意多个串联和/或并联电连接在一起的电池模组。每个电池模组中所包含的单体电池的数量可以相同，也可以不相同。优选地，每个子电池模块包含相同数量的串联和/或并联电连接在一起的电池模组，每个电池模组也包含相同数量的单体电池，以使动力电池包1的直流充电控制策略更为简单。

通过上述技术方案，由于将动力电池包1划分成了多个子电池模块，因此每个子电池模块的电压相比于动力电池包1的整体电压而言是大大下降了，而且在动力电池包1的直流充电过程中是任意一个或者任意多个相邻的子电池模块通过切换装置20与直流充正端子和直流充负端子电连接来形成连通回路，因此能够利用直流输出电压(例如300V)比动力电池包1的额定直流电压(例如大于500V)低的直流充电桩对高电压动力电池包1进行直流充电，这不仅增强了纯电动汽车的整车适应性，而且降低了对直流充电桩的直流输出电压区间的要求。

图2示出了根据本公开第一实施例的动力电池包1的又一示意框图。如图2所示，所述切换装置20包括第一单刀多掷开关220和第二单刀多掷开关230，其中：所述第一单刀多掷开关220的动触点D与所述直流充正端子30电连接，所述第一单刀多掷开关220的静触点J1～Jn分别与所述至少两个串联的子电池模块10的正极一一对应地电连接；所述第二单刀多掷开关230的动触点D与所述直流充负端子40电连接，所述第二单刀多掷开关230的静触点J1～Jn分别与所述至少两个串联的子电池模块10的负极一一对应地电连接。

图3示出了图2所示的动力电池包1的一个具体实现方式。如图3所示，至少两个串联的子电池模块包括串联的第一子电池模块101和第二子电池模块102而且所述第一子电池模块101的负极与第二子电池模块102的正极电连接，第一单刀多掷开关220和第二单刀多掷开关230均为单刀双掷开关，其中：所述第一单刀多掷开关220的动触点D与所述直流充正端子30电连接，所述第一单刀多掷开关220的静触点J1与所述第一子电池模块101的正极电连接，所述第一单刀多掷开关220的静触点J2与所述第二子电池模块102的正极电连接；所述第二单刀多掷开关230的动触点3与所述直流充负端子40电连接，所述第二单刀多掷开关230的静触点J1与所述第一子电池模块101的负极电连接，所述第二单刀多掷开关230的静触点J2与所述第二子电池模块102的负极电连接。这样，就能够实现第一子电池模块101和第二子电池模块102的依次单独充电或者同时充电。

例如，当第一单刀多掷开关220的静触点J1与动触点D电连接、第二单刀多掷开关230的动触点D与静触点J1电连接时，能够单独给第一子电池模块101充电；然后，第一单刀多掷开关220的静触点J2与动触点D电连接、第二单刀多掷开关230的动触点D与静触点J2电连接，能够单独给第二子电池模块102充电。这样，在动力电池包1直流充电的过程中，就能够通过依次对第一子电池模块101和第二子电池模块进行直流充电，来减小动力电池包1对直流充电桩直流输出电压的要求，也即能够用直流输出电压大于或等于第一子电池模块101和第二子电池模块102的额定电压但小于整个动力电池包1的额定电压的直流充电桩为动力电池包1进行直流充电。

当然，如果直流充电桩的直流输出电压满足整个动力电池包1的额定电压需求，则可以通过将第一单刀多掷开关220的动触点D与静触点J1电连接、将第二单刀多掷开关230的动触点D与静触点J2电连接来为第一子电池模块101和第二子电池模块102同时直流充电，节省了充电时间。

图4示出了根据本公开第一实施例的动力电池包1的又一示意框图。图4所示的动力电池包1在图2所示的动力电池包1的基础上增加了维修开关50、电流传感器60和熔断装置70中的至少一者，其中图4示意性地示出了动力电池包1包括维修开关50、电流传感器60和熔断装置70这三者。

所述维修开关50电连接在任意两个相邻的子电池模块之间，用于实现所述动力电池包1的维修。而且，通过如此布置维修开关50的位置，能够实现动力电池包1中的子电池模块的分部分维修。

所述电流传感器60电连接在所述第一单刀多掷开关220的动触点D与所述直流充正端子30之间，或者电连接在所述第二单刀多掷开关230的动触点D与所述直流充负端子40之间，用于在各个子电池模块直流充电过程中检测直流充电电流。图4示意性地示出了电流传感器60电连接所述第一单刀多掷开关220的动触点D与所述直流充正端子30之间。通过如此布置电流传感器60的位置，能够在对任意一个或任意多个相邻的子电池模块进行直流充电的情况下，都能够检测直流充电电流。

所述熔断装置70电连接在所述第一单刀多掷开关220的动触点D与所述直流充正端子30之间，或者电连接在所述第二单刀多掷开关230的动触点D与所述直流充负端子40之间，用于在所述动力电池包1直流充电过程中出现危险状况(例如，动力电池包1温度过热等)时熔断以断开相应子电池模块与直流充正端子30和直流充负端子40之间的连通回路。图4示意性地示出了熔断装置70电连接在第一单刀多掷开关220的动触点D与所述直流充正端子30之间。通过如此布置熔断装置70的位置，能够在对任意一个或任意多个相邻的子电池模块进行直流充电的情况下，都能够在所述动力电池包1直流充电过程中出现危险状况时熔断以断开相应子电池模块与直流充正端子30和直流充负端子40之间的连通回路。

图5示出了根据本公开第一实施例的动力电池包1的又一示意框图。如图5所示，动力电池包1包括n个串联的子电池模块101～10n，、直流充正端子30、直流充负端子40和切换装置20，其中，切换装置20包括多个继电器201正1～201正n和202负1～202负n，而且每个所述子电池模块的正极与所述直流充正端子30之间、以及每个所述子电池模块的负极与所述直流充负端子40之间分别通过具有其中一个相应的所述继电器的导线电连接。通过控制各个继电器的闭合和断开时序，就能够在动力电池包1的直流充电过程中将任意一个或任意多个相邻的子电池模块与直流充正端子30和直流充负端子40电连接来形成连通回路。

图6示出了图5所示的动力电池包1的具体实现方式。如图6所示，所述至少两个串联的子电池模块可以包括串联的第一子电池模块101和第二子电池模块102而且所述第一子电池模块101的负极与所述第二子电池模块102的正极电连接，所述切换装置20包括主正继电器201、切换负继电器202、主负继电器203和切换正继电器204，其中：主正继电器201和第一子电池模块101串联后与切换正继电器204并联，切换正继电器204的一端与第一子电池模块101的负极电连接、另一端与直流充正端子30电连接，主正继电器201一端与第一子电池模块101的正极电连接、另一端与直流充正端子30电连接；主负继电器203和第二子电池模块102串联后与切换负继电器202并联，切换负继电器202的一端与第二子电池模块102的正极电连接、另一端与直流充负端子40电连接，主负继电器203的一端与第二子电池模块102的负极电连接、另一端与直流充负端子40电连接。

当图6所示的动力电池包1需要进行直流充电时，可以对第一子电池模块101和第二子电池模块102进行分阶段直流充电，也即首先对第一子电池模块101和第二子电池模块102中的一者进行直流充电，并在第一子电池模块101和第二子电池模块102中的一者直流充电完成后才开始对第一子电池模块101和第二子电池模块102中的另一者进行直流充电。

以下以先对第一子电池模块101进行直流充电，然后对第二子电池模块102进行直流充电为例，来描述图6所示的动力电池包1的分阶段直流充电过程。

首先，闭合主正继电器201和切换负继电器202，切换正继电器204断开，从而第一子电池模块101与直流充正端子30和直流充负端子40电连接形成了对第一子电池模块101进行直流充电的直流回路，而此时第二子电池模块102被闭合的切换负继电器202所短路，因此不能进行直流充电。另外，在第一子电池模块101直流充电过程中，主负继电器203可以闭合也可以断开。当第一子电池模块101直流充电完成后，切换负继电器202断开，切换正继电器204和主负继电器203闭合，从而第二子电池模块102与直流充正端子30和直流充负端子40形成了对第二子电池模块102进行直流充电的直流回路，而此时第一子电池模块101被闭合的切换正继电器204所短路，因此不能进行直流充电。另外，在第二子电池模块102直流充电过程中，主正继电器201可以闭合也可以断开。这样就实现了第一子电池模块101和第二子电池模块102的依次分阶段直流充电。

图7示出了根据本公开第一实施例的动力电池包1的再一示意框图。如图7所示，在图5的基础上，动力电池包1还包括维修开关50、电流传感器60和熔断装置70中的至少一者，其中图7示意性地示出了动力电池包1包括维修开关50、电流传感器60和熔断装置70这三者。

维修开关50电连接在任意两个相邻的子电池模块之间，用于实现动力电池包1的维修。而且，通过如此布置维修开关50的位置，能够实现动力电池包1中的子电池模块的分部分维修。

电流传感器60串联连接在每个所述子电池模块的正极与所述直流充正端子30之间的导线上，或者串联连接在每个所述子电池模块的负极与所述直流充负端子40之间的导线上，用于检测动力电池包1的直流充电电流。图7示意性地示出了电流传感器60电连接在每个所述子电池模块的正极与所述直流充正端子30之间的导线上。通过如此布置电流传感器60的位置，能够在任意一个或任意多个相邻的子电池模块与直流充正端子30和直流充负端子40电连接形成连通回路的情况下，都能够检测直流充电电流。

所述熔断装置70串联连接在每个所述子电池模块的正极与所述直流充正端子30之间的导线上，或者串联连接在每个所述子电池模块的负极与所述直流充负端子40之间的导线上，用于在所述动力电池包1直流充电过程中出现危险状况(例如，动力电池包1温度过热等)时熔断以断开相应子电池模块与直流充正端子30和直流充负端子40之间的连通回路。图7示意性地示出了熔断装置70串联连接在每个所述子电池模块的正极与所述直流充正端子30之间的导线上。通过如此布置熔断装置70的位置，能够在任意一个或任意多个相邻的子电池模块与直流充正端子30和直流充负端子40电连接形成连通回路的情况下，都能够在出现危险状况时熔断以断开相应子电池模块与直流充正端子30和直流充负端子40之间的连通回路。

图8示出了根据本公开第一实施例的动力电池包1的又一示意框图。如图8所示，在图6的基础上，该动力电池包1还可以包括与主正继电器201串联或并联(图8示出的是串联连接方式)的快充正继电器207以及与主负继电器203串联或并联(图8示出的是串联连接方式)的快充负继电器208，用于实现动力电池包1的快速充电。

进一步地，如图8所示，动力电池包1还可以包括预充继电器209和预充电阻210，其中预充继电器209和预充电阻210串联后与主正继电器201并联，这样就能够实现动力电池包1的预充操作。例如在需要对动力电池包1进行直流充电时，首先断开主正继电器201、快充正继电器207、切换正继电器204、切换负继电器202和快充负继电器208，闭合预充继电器209和主负继电器203，这样动力电池包1的第一子电池模块101和第二子电池模块102就通过输出主正端子80和输出主负端子90向负载电容(未示出)放电，以实现预充操作。

根据本公开的第二实施例，提供一种动力电池包充电系统。如图9所示，该动力电池包充电系统7000可以包括动力电池包701和电池管理系统702。其中，动力电池包701是上面结合图1至图8描述的动力电池包；电池管理系统702，用于接收动力电池包直流充电请求，并在接收到所述动力电池包直流充电请求之后控制动力电池包701中的切换装置将动力电池包701中的任意一个或任意多个相邻的子电池模块与动力电池包701中的直流充正端子和直流充负端子电连接来形成连通回路。

通过上述技术方案，由于动力电池包701中的每个子电池模块的电压相比于动力电池包701的整体电压而言是大大下降了，而且在动力电池包701的直流充电过程中是任意一个或者任意多个相邻的子电池模块通过切换装置与直流充正端子和直流充负端子电连接来形成连通回路，因此能够利用直流输出电压(例如300V)比动力电池包701的额定直流电压(例如大于500V)低的直流充电桩对高电压动力电池包7011进行直流充电，这不仅增强了纯电动汽车的整车适应性，而且降低了对直流充电桩的直流输出电压区间的要求。

另外，当动力电池包701需要被直流充电时，电池管理系统702可以自动控制切换装置将动力电池包701中的至少两个串联的子电池模块中的任意一个或任意多个相邻的子电池模块与直流充正端子和直流充负端子电连接来形成连通回路的以完成动力电池包701的直流充电，例如电池管理系统702可以先控制切换装置将其中一个子电池模块与直流充正端子和直流充负端子电连接来形成直流回路，然后在该子电池模块被直流充电完成后，开始控制切换装置将下一个子电池模块与直流充正端子和直流充负端子电连接来形成直流回路，如此循环，直至所有的子电池模块均被直流充电完成。

电池管理系统702也可以基于用户拔下充电枪并再次插入充电枪的操作来实现至少两个串联的子电池模块被分阶段直流充电。例如，在动力电池包701的本次直流充电过程中，在用户首次插入充电枪之后，电池管理系统702与直流充电桩进行通信并开始控制切换装置将其中一个子电池模块与直流充正端子和直流充负端子电连接以形成直流回路来对该子电池模块进行直流充电，在该子电池模块被直流充电完成之后，电池管理系统702上报整车以提示用户该子电池模块被直流充电完成，需要用户进行拔下充电枪的操作；然后，当用户拔下充电枪并再次插入充电枪之后，电池管理系统702与直流充电桩进行通信，开始控制切换装置将下一子电池模块与直流充正端子和直流充负端子电连接以形成直流回路来对下一子电池模块进行直流充电；如此循环，直至所有的子电池模块均被直流充电完成。

在一种可能的实施方式中，电池管理系统702还可以用于监测正被直流充电的子电池模块的状态，该状态可以包括正在被直流充电的子电池模块的荷电状态、电流、电压、温度等；然后，在监测到的荷电状态接近预设荷电状态时控制正被直流充电的子电池模块以预设低电流(例如，10A、5A等低电流)被直流充电至预设荷电状态。这样，就能够在正在被直流充电的子电池模块的荷电状态接近预设荷电状态之后，确保正在被直流充电的子电池模块的安全直流充电，并确保用户拔下充电枪并再次插入充电枪操作的安全性。

优选地，为了实现动力电池包充电系统7000的灵活性，每个子电池模块相对应的预设荷电状态可以被设置为该子电池模块的满电荷电状态或者满电荷电状态的预设百分比(例如50％、20％或者其他百分比数值)。

另外，电池管理系统703还可以向用户提示动力电池包701的预计充电时间，以便用户决定是否进行直流充电。

另外，如果动力电池包701中每两个子电池模块之间的电压压差过大，则电动汽车会因该电压压差过大而处于故障状态，所以在对动力电池包701进行分阶段直流充电时，只有完成动力电池包701内的所有子电池模块的直流充电之后，电动汽车才可以运行。所以，电池管理系统702还可以用于检测每两个子电池模块之间的电压压差，并在每两个子电池模块之间的电压压差均满足预设电压压差要求时确定动力电池包701被直流充电完毕。这样也能够确保各个子电池模块间的电荷状态的一致性。

图10是根据本公开第二实施例的动力电池包充电系统7000的又一示意框图。如图10所示，在图9的基础上，动力电池包充电系统7000还可以包括充电模式选择开关703，用于选择至少两个串联的子电池模块是被分阶段直流充电还是同时被直流充电。电池管理系统702则还可以用于基于充电模式选择开关703的选择来控制切换装置将任意一个或任意多个相邻的子电池模块与直流充正端子和直流充负端子电连接来形成连通回路以进行直流充电。这样，当直流充电桩的直流输出电压能够满足动力电池包701的直流充电要求时，就采用传统的直流充电方式来为动力电池包701内的所有子电池模块同时进行直流充电；若直流充电桩的直流输出电压不能满足动力电池包701的直流充电要求时，就采用分阶段直流充电的方式来分阶段地为子电池模块进行直流充电，增强了电动汽车的适应性。

根据本公开的第三实施例，还提供一种电动汽车，该电动汽车包括上面结合图9或10描述的根据本公开实施例的动力电池包充电系统。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。