动力电池系统和电动车辆的制作方法

本申请涉及车辆制造技术领域，尤其涉及一种动力电池系统和包含该动力电池系统的电动车辆。

背景技术：

在含有多个电池包支路并联的动力电池系统中，通常将全部电池包支路直接通过电连接器及母线(排)并联连接，但是，由于不同电池包支路之间容易存在不等电势，在电连接器插接时，在插接位置存在电压差，插接过程中有可能出现打火现象，存在安全隐患；以及，由于多个电池包支路直接并联，并由单一主继电器和预充电路控制，当任一支路中的任一单体电芯失效或发生故障时，所有电池包支路均无法输出，系统只能停止工作，将无法对后端负载继续供电。

技术实现要素：

本申请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，本申请第一方面实施例提出了一种动力电池系统，通过该系统对多支路并联的动力电池电路的改进，为避免电连接器插接时出现打火现象提供硬件基础，并且在某个支路故障时可以继续供电，提高供电的稳定性。

本申请第二方面实施例提出了一种电动车辆。

为解决上述问题，本申请第一方面实施例的动力电池系统，包括：n个并联连接的电池包支路，其中，n为大于1的整数；n个主继电器，一一对应地分别设置在n个所述电池包支路上；n个预充继电器和预充单元，其中，n个所述预充继电器与n个所述电池包支路一一对应，n个所述预充继电器并联连接后与所述预充单元串联连接，n个所述预充继电器与所述预充单元串联连接后再与n个所述主继电器并联连接；与n个所述电池包支路一一对应的n个第一电压检测器，用于检测对应电池包支路的支路电压；第二电压检测器，用于检测外电路电压；控制器，所述控制器分别与n个所述主继电器、n个所述预充继电器、n个所述第一电压检测器和所述第二电压检测器相连，用于根据所述支路电压和所述外电路电压对n个所述主继电器和n个所述预充继电器分别进行控制。

根据本申请实施例的动力电池系统，针对并联设置的多电池包支路，每个电池包支路分别对应设置预充继电器和主继电器，相较于相关技术中设置单一的主继电器和预充继电器，本申请的系统，当任一支路中的任一单体电池失效或发生故障时，其它支路也可以正常输出，继续为后端负载供电，提高供电的稳定性，并且基于本申请系统的电路结构的改进，为每个电池包支路之间的电压差调整提供硬件基础，进而可以减少出现打火现象，更加安全。

在一些实施例中，n＝3。

在一些实施例中，所述动力电池系统还包括手动开关，所述手动开关设置在n个所述电池包支路的输出端与外电路之间。

为解决上述问题，本申请第二方面实施例一种电动车辆，包括：上面实施例所述的动力电池系统。

根据本申请实施例的电动车辆，通过采用上面实施例的动力电池系统，可以提高供电稳定性，并避免动力电池系统插拔时出现火花，提高供电安全性。

本申请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，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请的一个实施例的动力电池系统的电路图；

图2为根据本申请的一个实施例的电动车辆的示意图；

图3为根据本申请的一个实施例的动力电池系统的控制方法的流程图；

图4为根据本申请的一个实施例的动力电池系统的控制方法的流程图。

图5为根据本申请的一个实施例的动力电池系统的控制方法的流程图。

图6为根据本申请的一个实施例的动力电池系统的控制方法的流程图。

附图标记：

电动车辆1000、动力电池系统1100；

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，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，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述根据本申请第一方面实施例的动力电池系统。

图1为根据本申请的一个实施例的动力电池系统的电路图。

如图1所示，本申请实施例所提供的动力电池系统包括n个并联设置的电池包支路例如包括b1、b2…直至bn支路、n个主继电器例如包括k1、k2…直至kn、n个预充继电器例如包括kr1、kr2…直至krn、预充单元例如电阻r、手动开关mds、n个第一电压检测器(图中未表示)、第二电压检测器(图中未表示)和控制器(图中未表示)。

其中，n为大于1的整数，n个主继电器一一对应地分别设置在n个电池包支路上。n个预充继电器与n个电池包支路一一对应连接，n个预充继电器并联连接后与预充单元r串联连接，n个预充继电器与预充单元r串联连接后再与n个主继电器并联连接。相当于，针对并联设置的多电池包支路，每个支路分别对应设置预充继电器和主继电器，相较于相关技术中设置单一主继电器和预充电路控制，当任一支路中的任一单体电池失效或发生故障时，其它支路也可以正常输出，保证对后端负载继续供电。

动力电池系统还包括手动开关msd，手动开关msd设置在n个电池包支路的输出端与外电路之间，即上面实施例的主继电器、预充继电器和电池包支路的串并联电路再与手动开关msd串联，组成车辆的整体高压电路。

n个第一电压检测器与n个电池包支路一一对应设置，用于检测对应电池包支路的支路电压。第二电压检测器用于检测外电路电压。

控制器分别与n个主继电器、n个预充继电器、n个第一电压检测器和第二电压检测器相连，用于根据支路电压和外电路电压对n个主继电器和n个预充继电器分别进行控制。

具体地，在支路电压与外电压之间存在较大压差时，为了避免对主回路造成损坏，先启动预充回路，使得支路与外电路之间的压差逐渐降低，在支路电压与外电路电压之间的压差低于阈值时，对应该支路的主继电器闭合，实现支路的高压上电。并且在预充时，为了平衡电池包之间的电势平衡，可以控制主继电器逐级接通，调节电池包支路之间的电压差，可以使得不同电池包支路之间的电势趋于均等，从而，在电连接器插接时，在插接位置不会存在电压差，在插接过程中也不会出现打火现象。

根据本申请实施例的动力电池系统，对于并联设置的多个电池包支路，每个支路分别设置对应的主继电器和预充继电器，并且基于上面的电路结构，可以对各个主回路和预充回路分别控制，调节各个支路之间的电压差，达到缩小各个电池包支路之间的不等电势的目的，为减少电连接器在接插过程中出现打火现象提供硬件基础，延长电池的使用寿命，并且在其中一个支路的电池包故障时，仍然可以通过其它电池包支路来为后端负载供电，提升系统的稳定性。

在一些实施例中，控制器在对n个主继电器和n个预充继电器分别进行控制时具体用于，根据支路电压获得电池包支路之间的支路电压差，根据支路电压和外电路电压获得电池包与外电路之间的外电压差，根据外电压差和支路电压差控制对应的主继电器的通断，以及在不满足主继电器接通的条件时，根据支路电压差控制对应的预充继电器的通断。

具体地，根据支路与外电压之间的外电压差与外电压差阈值的关系来确定是否可以闭合对应支路的主继电器，例如，在外电压差小于或等于外电压差阈值时，认为此时闭合该电池包支路的主回路不会损坏主继电器，则预判可以接通该支路的主继电器，但是还需要进一步地考虑各个支路的电压是否均衡，以避免出现打火现象，根据支路电压差控制对应的主继电器闭合接通。在支路电压差大于支路电压差阈值时，说明其中有一电池包支路的电压较高，则控制产生该支路电压差的两个电池包支路中支路电压高的电池包支路上的主继电器接通，以降低其电压，使得支路之间的电压均衡，也避免由于电压差的存在造成打火，以及，在支路电压差小于支路电压差阈值时，控制产生该支路电压差的两个电池包支路上的主继电器均接通，即综合考虑支路电压差和外电压差，来确定哪个电池包支路的主继电器接通，既能够避免打火现象又可以使得支路之间电压平衡。

进一步地，在外电压差小于或等于外电压差阈值时，即不能满足主继电器接通的条件，则此时闭合主回路将对主继电器造成损坏，则控制对应的主继电器断开，根据支路电压差控制对应的预充继电器的通断，以进行预充，调节电池包电压与外电路之间的电压差。具体地，在支路电压差大于支路电压差阈值时，则认为电压偏差较大，直接接通会出现火花，则控制产生该支路电压差的两个电池包支路中支路电压高的电池包支路对应的预充继电器接通，以使得两个支路之间的电压逐渐平衡，以及，在支路电压差小于或等于支路电压差阈值时，则控制产生支路电压差的两个电池包支路对应的预充继电器接通，以进行预充。通过预充调节各个支路之间的电压差，并且调节支路与外电压之间的电压差，最终实现各个支路主回路导通，实现高压上电，既可以避免打火现象，又可以提高供电平稳性。

例如，设定可满足要求的各电池包支路间的支路电压差阈值为△u'，支路u1、u2之间的支路电压差为△u12'，支路u2、u3之间的支路电压差为△u23'，支路u1、u3之间的支路电压差为△u13'，其他支路之间的支路电压差以此类推，另外，设定预充过程中预充极限时间为t，实际预充时间为t1，电池包支路与外电路之间的外电压差阈值为△u，△u外为电池包电压与外电路的外电压差。其中，各个支路之间的电压满足u1>u2>u3……>un。

下面以三个电池包支路为例，如图2所示，包括三个电池包支路b1、b2和b3，每个电池包支路对应设置预充继电器包括kr1、kr2和kr3，以及主继电器包括k1、k2和k3，基于该电路结构，对在电路上电过程中分别控制主回路和各个预充回路的过程进行说明。

例如，当△u13’≤△u’时，必然存在△u12’≤△u’以及△u23’≤△u’，则kr1、kr2、kr3闭合，k1、k2、k3断开，以进行预充。其中，当t1≤t，u外≤△u时，满足接通主继电器的条件，则kr1、kr2、kr3断开，k1、k2、k3闭合，实现高压上电，同时满足各个支路的电压平衡；当t1＞t时，即超出了预充限定时间，而还没有达到接通主继电器的条件，认为系统故障，则控制kr1、kr2、kr3、k1、k2、k3断开，系统报警。

再例如，当△u12’≤△u’，△u13’＞△u’时，认为支路b1与支路b3的电压偏差过大，同时为了满足支路b1和支路b2的电压差低于支路电压差阈值，则控制kr1、kr2闭合，且控制kr3、k1、k2、k3断开，进行预充，以减少电池包电压与外电路之间的压差。

其中，当t1≤t，即在预充时间限定内，在△u外≤△u，△u13’＞△u’时，认为可以接通主继电器，但是支路b3的电压与支路b1的电压差偏大，则控制k1、k2闭合，kr1、kr2、kr3、k3断开，以降低u1，使得各个支路的电压平衡；当u1下降使得△u13’≤△u’时，控制k1、k2、k3闭合，kr1、kr2、kr3断开，完成高压上电。

或者，当t1＜t，△u外＞△u，△u13’≤△u’时，不满足接通主继电器的条件，并且各个支路的电压较均衡，则控制kr1、kr2、kr3闭合，k1、k2、k3断开，以进行预充。电池包电压逐渐减小，且外电路电压逐渐增加，此时u1＝u2＝u3，当t1≤t，△u外≤△u时，满足接通主继电器的条件，则控制k1、k2、k3闭合，kr1、kr2、kr3断开，完成高压上电。

或者，当t1＞t，△u外＞△u时，即预充时间达到预充时间阈值，但仍然没有满足接通主继电器的条件，认为存在故障，则控制kr1、kr2、kr3、k1、k2、k3断开，系统报警。

再例如，△u12’＞△u’时，认为支路电压不均衡，u1偏高，则控制kr1闭合，kr2、kr3、k1、k2、k3断开，以降低u1。

其中，当t1≤t，△u外≤△u，△u12’＞△u’时，满足接通主继电器的条件，但是，支路b1的电压偏高，则控制k1闭合，且控制kr1、kr2、kr3、k2、k3断开；u1逐渐下降，当△u12’≤△u’时，控制k1、k2闭合，kr1、kr2、kr3、k3断开，此时u1＝u2，当△u13’≤△u’时，控制k1、k2、k3闭合，kr1、kr2、kr3断开，完成高压上电。

或者，当t1＜t，△u外＞△u，△u12’≤△u’时，控制kr1、kr2闭合，k1、k2、k3、kr3断开，此时u1＝u2。当t1≤t，△u外≤△u，△u13’＞△u’时，则控制k1、k2闭合，kr1、kr2、kr3、k3断开；当u1下降使得△u13’≤△u’时，支路电压平衡，则控制k1、k2、k3闭合，kr1、kr2、kr3断开，完成高压上电。

或者，当t1＜t，△u外＞△u，△u13’≤△u’时，此时电池包支路电压较均衡，但不满足接通主继电器的条件，则控制kr1、kr2、kr3闭合，控制k1、k2、k3断开，以进行预充。此时u1＝u2＝u3，当t1≤t，△u外≤△u时，即满足接通主继电器的条件，则控制k1、k2、k3闭合，kr1、kr2、kr3断开，完成系统高压上电；

或者，当t1＞t，△u外＞△u时，即预充时间达到预充时间阈值，而仍然不满足接通主继电器的条件，认为发生故障，则控制kr1、kr2、kr3、k1、k2、k3断开，系统报警。

简言之，本申请实施例的动力电池系统，通过对不同支路进行独立预充控制，逐级闭合主继电器，实现电压平衡，避免打火现象，当任一电池包支路出现故障时，整个系统仍能继续对外输出电能，提升了系统的安全性与可靠性。

在一些实施例中，控制器还用于，在检测到电池包支路分别达到充放电控制阈值时，控制对应的主继电器断开。具体地，充放电控制阈值的范围可以包括故障、放电下限和充电上限。例如，由于本申请实施例的动力电池系统，对于每个电池包支路分别设置了对应的主继电器，在某个电池包支路故障或达到放电下限时，可以独立控制对应电池包支路的主继电器断开，可以继续通过其它支路的电池包进行供电，无需停止工作，充分利用剩余能量，提高系统稳定性。再例如，当各支路分别达到充电上限时，分别切断各个电池包支路与充电桩的连接，充分利用储能空间，并有效避免过充，提高充电过程中动力电池系统的安全性。

在一些实施例中，控制器还用于，获取故障电池包支路在故障前的剩余能力信息，并将剩余能量信息和故障信息上传至上级控制器，以提高对电池动力系统监控的准确性。

具体地，例如，在正常工作状态下，预充继电器全部处于断开状态，主继电器全部处于闭合状态，整个动力电池系统最大输出功率限制为np，总能量值为ne，剩余能量值为es。当某支路中电池发生故障时，控制器读取故障前一时刻该支路的剩余能量值es1，并控制该支路主继电器断开，闭合其他支路主继电器，并将故障信息上传至上级控制器。当接收到上级控制器发送控制命令后按接收到的控制命令进行状态保持或下电控制，同时上报上级控制器，将动力电池系统最大功率输出限制调整为(n-1)p，总能量值为(n-1)e，剩余能量值为es-es1，从而上级控制器可以更加准确地监控动力电池系统。

概括来说，本申请实施例的动力电池系统，通过对应每个电池包支路分别设置主继电器和预充继电器，可以独立控制每个电池包支路的通断，避免某个支路故障，导致全部支路停止工作，提高系统的稳定性，并且，在正常工作时可以实现各个支路之间的电压平衡。

下面参考附图描述根据本申请第二方面实施例的电动车辆。

图3为根据本申请的一个实施例的电动车辆的框图。

如图3所示，本申请实施例所提供的电动车辆1000包括上面实施例的动力电池系统1100。

根据本申请实施例的电动车辆1000，通过采用上面实施例的动力电池系统1100，可以提高供电稳定性，并避免动力电池系统1100插拔时出现火花，提高安全性。

下面参考附图描述根据本申请第三方面实施例的动力电池系统的控制方法。

图4为根据本申请的一个实施例的动力电池系统的控制方法的流程图。其中，动力电池系统包括n个电池包支路、与n个电池包支路一一对应的n个主继电器和n个预充继电器。

如图4所示，本申请实施例的动力电池系统的控制方法包括s1和s2。

s1-获取n个电池包支路的支路电压和外电路电压。

s2-根据支路电压和外电路电压对n个主继电器和n个预充继电器分别进行控制。

根据本申请实施例的动力电池系统的控制方法，对于并联设置的多个电池包支路，每个支路分别设置对应的主继电器和预充继电器，并且基于上面的电路结构，根据支路电压和外电路电压对n个主继电器和n个预充继电器分别进行控制，调节各个支路之间的电压差，达到缩小各个电池包支路之间的不等电势的目的，从而可以减少电连接器在接插过程中出现打火现象的频率，延长了电池的使用寿命，提升了系统的稳定性并且在其中一个支路的电池包故障时，仍然可以通过其它电池包支路来为后端负载供电，提升系统的稳定性。

进一步地，在一些实施例中，如图5所示，s2可以包括：

s21-根据支路电压获得电池包支路之间的支路电压差。

s22-根据支路电压和外电路电压获得电池包与外电路的外电压差。

s23-根据外电压差和支路电压差控制对应的主继电器的通断。

s24-在不满足主继电器接通条件时，根据支路电压差控制对应的预充继电器的通断。

从而实现了将各个电池包支路分开控制，以此可以避免某个支路故障而导致整个动力电池系统停止工作，提高供电的稳定性，并且可以分别调节外电压差与支路电压差来达到电压平衡。

在一些实施例中，如图6所示，s23-根据外电压差和支路电压差控制对应的主继电器的通断，进一步包括：

s231-判断外电压差是否小于或等于外电压差阈值；如果外电压差小于或等于外电压差阈值，则执行步骤s232,否则，执行步骤s233。

s232-根据支路电压差控制对应的主继电器接通。具体地，支路电压差大于支路电压差阈值，控制产生该支路电压差的两个电池包支路中支路电压高的电池包支路上的主继电器接通，以及，支路电压差小于支路电压差阈值，控制产生支路电压差的两个电池包支路上的主继电器均接通。

s233-控制对应的主继电器断开。

在一些实施例中，s24-在不满足主继电器闭合接通条件时，根据支路电压差控制对应的预充继电器的通断，进一步包括：支路电压差都大于支路电压差阈值，控制产生该支路电压差的两个电池包支路中支路电压高的电池包支路对应的预充继电器接通，以及，支路电压差小于或等于支路电压差阈值，控制产生该支路电压差的两个电池包支路对应的预充继电器接通。

根据本申请的实施例的动力电池系统的控制方法，通过对不同支路进行独立预充，逐级闭合主回路继电器的控制方法来实现电压平衡，避免打火现象；通过对各支路独立控制，逐级下电的控制方法，实现当任一支路电池出现故障时，整个系统仍能继续对外输出电能，提高了整个系统输出的稳定性，进一步提升了用电系统的安全性和可靠性。

在一些实施例中，本申请实施例的控制方法还包括：检测到电池包支路分别达到充放电控制阈值，控制对应的主继电器断开。具体地，充放电控制阈值的范围可以包括故障、放电下限和充电上限。例如，由于本申请实施例的动力电池系统，对于每个电池包支路分别设置了对应的主继电器；在某个电池包支路故障或达到放电下限时，可以独立控制对应电池包支路的主继电器断开，从而可以继续通过其它支路的电池包进行供电，无需停止工作，充分利用剩余能量，提高系统稳定性。再例如，当各支路分别达到充电上限时，分别切断各个电池包支路与充电桩的连接，充分利用储能空间，并有效避免过充，提高充电过程中动力电池系统的安全性。

在一些实施例中，本申请实施例的控制方法还包括：获取故障电池包支路在故障前的剩余能力信息，并将剩余能量信息和故障信息上传至上级控制器。

例如：整个电路正常工作状态下，预充继电器全部处于断开状态，主回路继电器全部处于闭合状态，整个动力电池系统最大输出功率限制为np，总能量值为ne，剩余能量值为es。当某支路中发生电池故障时，控制器读取故障前一时刻该支路的剩余能量值es1，并控制该支路主继电器断开，闭合其他支路主继电器，并将故障信息上传至上级控制器。当接收到上级控制器发送控制命令后按接收到的控制命令进行状态保持或下电控制，同时上报上级控制器，将动力电池系统最大功率输出限制调整为(n-1)p，总能量值为(n-1)e，剩余能量值为es-es1。

本实用新型第四方面实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为执行本申请上面实施例的动力电池系统的控制方法。

在实施例中，计算机可读存储介质可以是暂态计算机可读存储介质，也可以是非暂态计算机可读存储介质。

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申请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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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。在本申请的描述中，“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。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

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，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请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系统执行的软件或固件来实现。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。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块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，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。