动力电池包及其控制方法与流程

本公开涉及动力电池包结构及控制技术领域，具体地，涉及一种动力电池包及其控制方法。

背景技术：

从动力电池包结构布置的差异上划分，通常动力电池包可分为模组方案和无模组方案(ctp)两种。模组方案中，动力电池包设置有电芯、端板、侧板、汇流排、隔热材料等，ctp方案取消了电芯成组的过程，直接将电芯装配到动力电池包壳体内。电芯体系通常为三元或者磷酸铁锂。

通常动力电池包内使用同一种电芯，例如，三元电芯或者磷酸铁锂电芯。其中，三元电芯能量密度较高，但热稳定性较差，电芯之间需布置气凝胶等隔热材料来减缓热失控蔓延，来提高整包的安全性，因此，隔热材料用量较大，成本较高。磷酸铁锂电芯热稳定性能较好，但能量密度较低，且电芯容量受温度影响较为明显，车辆冬季续航衰减问题相对严重。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种稳定性较好且能量密度较高的动力电池包及其控制方法。

为了实现上述目的，本公开提供一种动力电池包，所述动力电池包包括n类电芯，所述n类电芯按次序交替布置，所述n类电芯中的第一类电芯的能量密度大于第二类电芯的能量密度，所述第二类电芯的热稳定性高于所述第一类电芯的热稳定性，其中，n为整数，n≥2。

可选地，所述第一类电芯为三元电芯，所述第二类电芯为磷酸铁锂电芯，或者，所述第一类电芯为三元811电芯，所述第二类电芯为三元523电芯。

可选地，所述n类电芯中的电芯单元按次序交替布置，其中，同类电芯中的一个电芯形成一个电芯单元，或者，同类电芯中布置在一起的多个电芯形成一个电芯单元。

可选地，同类电芯电连接形成一个电芯模块，所述动力电池包还包括继电器，所述继电器用于将各个电芯模块的正极和负极、电池系统配电盒的正极和负极中的任意二者之间导通和断开。

本公开还提供一种上述动力电池包的控制方法，同类电芯电连接形成一个电芯模块，所述方法包括：

检测整车的状态；

若整车处于行车状态，则控制将n个电芯模块串联后为整车供电；

若整车处于制动回馈状态，则控制将n个电芯模块串联后进行回馈；

若整车处于插枪充电状态，则根据所述动力电池包的soc控制所述n个电芯模块中的一个或多个进行充电。

可选地，若整车处于行车状态，则控制将n个电芯模块串联后为整车供电，包括：

若整车处于行车状态，则确定行车的目标功率；

控制所述n个电芯模块串联后以所述行车的目标功率为整车供电。

可选地，确定行车的目标功率，包括：

根据所述动力电池包的soc和各个电芯模块的温度，分别确定各个电芯模块的可用放电功率；

将各个电芯模块的可用放电功率的最小值作为所述行车的目标功率。

可选地，根据所述动力电池包的soc和各个电芯模块的温度，分别确定各个电芯模块的可用放电功率，包括：

在预定的放电对应关系中，将与所述动力电池包的当前soc和一电芯模块中当前最高的电芯温度这二者对应的放电功率确定为第一放电功率，所述预定的放电对应关系为所述动力电池包的soc、该电芯模块中的电芯温度以及放电功率这三者之间的对应关系；

在所述预定的放电对应关系中，将与所述动力电池包的当前soc和该电芯模块中当前最低的电芯温度这二者对应的放电功率确定为第二放电功率；

将所述第一放电功率和所述第二放电功率中的较小值确定为该电芯模块的可用放电功率。

可选地，若整车处于制动回馈状态，则控制将n个电芯模块串联后进行回馈，包括：

若整车处于制动回馈状态，则确定制动回馈的目标功率；

控制所述n个电芯模块串联后以所述制动回馈的目标功率进行回馈充电。

可选地，确定制动回馈的目标功率，包括：

根据所述动力电池包的soc和各个电芯模块的温度，分别确定各个电芯模块的可用回馈功率；

将各个电芯模块的可用回馈功率的最小值作为所述制动回馈的目标功率。

可选地，根据所述动力电池包的soc和各个电芯模块的温度，分别确定各个电芯模块的可用回馈功率，包括：

在预定的回馈对应关系中，将与所述动力电池包的当前soc和一电芯模块中当前最高的电芯温度这二者对应的回馈功率确定为第一回馈功率，所述预定的回馈对应关系为所述动力电池包的soc、该电芯模块中的电芯温度以及回馈功率这三者之间的对应关系；

在所述预定的回馈对应关系中，将与所述动力电池包的当前soc和该电芯模块中当前最低的电芯温度这二者对应的放电功率确定为第二回馈功率；

将所述第一回馈功率和所述第二回馈功率中的较小值确定为该电芯模块的可用回馈功率。

可选地，若整车处于插枪充电状态，则根据所述动力电池包的soc控制所述n个电芯模块中的一个或多个进行充电，包括：

若整车处于插枪充电状态，则确定所述动力电池包的soc；

若所述动力电池包的soc小于预定的荷电阈值，则控制所述n个电芯模块串联；

确定整车充电的目标功率；

控制以所述整车充电的目标功率对所述n个电芯模块进行充电。

可选地，确定整车充电的目标功率，包括：

根据所述动力电池包的soc和各个电芯模块的温度，分别确定各个电芯模块的可用充电功率；

将各个电芯模块的可用充电功率的最小值作为所述整车充电的目标功率。

可选地，根据所述动力电池包的soc和各个电芯模块的温度，分别确定各个电芯模块的可用充电功率，包括：

在预定的充电对应关系中，将与所述动力电池包的当前soc和一电芯模块中当前最高的电芯温度这二者对应的充电功率确定为第一充电功率，所述预定的充电对应关系为所述动力电池包的soc、该电芯模块中的电芯温度以及充电功率这三者之间的对应关系；

在所述预定的充电对应关系中，将与所述动力电池包的当前soc和该电芯模块中当前最低的电芯温度这二者对应的充电功率确定为第二充电功率；

将所述第一充电功率和所述第二充电功率中的较小值确定为该电芯模块的可用充电功率。

可选地，所述方法还包括：

若所述动力电池包的soc大于或等于所述预定的荷电阈值，则控制对所述n个电芯模块的每个电芯模块逐一进行充电。

通过上述技术方案，动力电池包内将能量密度和热稳定性具有互补型关系的不同类电芯按次序交替布置，利用这种混搭的方法能够使动力电池包具有比单一使用第一类电芯更优的热稳定性，减少了隔热材料的使用成本，并且具有比单一使用第二类电芯更高的能量密度，对整车的续航表现有一定提升，利用本公开提供的充放电控制方法，能够安全、高效地对上述动力电池包进行充放电。

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是一示例性实施例提供的动力电池包的示意图；

图2是另一示例性实施例提供的动力电池包的示意图；

图3是一示例性实施例提供的动力电池包的控制方法的流程图；

图4a是一示例性实施例提供的电池系统配电盒中各个接线头的连接关系的示意图；

图4b是另一示例性实施例提供的bdu中各个接线头的连接关系的示意图；

图4c是又一示例性实施例提供的bdu中各个接线头的连接关系的示意图；

图5是另一示例性实施例提供的动力电池包的控制方法的流程图。

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。

本公开提供一种动力电池包，包括n类电芯，n类电芯按次序交替布置。n类电芯中的第一类电芯的能量密度大于第二类电芯的能量密度，第二类电芯的热稳定性高于第一类电芯的热稳定性。其中，n为整数，n≥2。

有一些电芯在能量密度和热稳定性方面具有互补的关系，举例来说，动力电池包包括两类电芯：第一类电芯和第二类电芯。若动力电池包中全部使用第一类电芯，则虽然具备较大的能量密度，但热稳定性较差，容易造成热失控蔓延。若动力电池包中全部使用第二类电芯，则虽然热稳定性较好，但能量密度较差，导致车辆的续航能力差。将这两种电芯交替地布置，则用第二类电芯将第一类电芯间隔开来，减缓了热失控蔓延。至于n类电芯的电连接关系，可以在保证安全性的前提下，采用各种可能的连接方式。

通过上述技术方案，动力电池包内将能量密度和热稳定性具有互补型关系的不同类电芯按次序交替布置，利用这种混搭的方法能够使动力电池包具有比单一使用第一类电芯更优的热稳定性，减少了隔热材料的使用成本，并且具有比单一使用第二类电芯更高的能量密度，对整车的续航表现有一定提升，利用本公开提供的充放电控制方法，能够安全、高效地对上述动力电池包进行充放电。

例如，n＝2，第一类电芯可以为三元电芯，第二类电芯可以为磷酸铁锂电芯。或者，第一类电芯为三元811电芯，第二类电芯为三元523电芯。

图1是一示例性实施例提供的动力电池包的示意图。如图1所示，单个三元电芯1和单个磷酸铁锂电芯2交替布置，形成“abab”的布局。

在另一种实施例中，n类电芯中的电芯单元按次序交替布置，其中，同类电芯中的一个电芯形成一个电芯单元，或者，同类电芯中布置在一起的多个电芯形成一个电芯单元。图1中即为同类电芯中的一个电芯形成一个电芯单元的情况。

图2是另一示例性实施例提供的动力电池包的示意图。如图2所示，两个三元电芯1作为一个电芯单元，两个磷酸铁锂电芯2作为一个电芯单元，两类电芯的电芯单元交替布置，形成“aabbaabb”的布局。

若n＝3，n类电芯可以包括三元811电芯、三元523电芯和磷酸铁锂电芯。磷酸铁锂电芯、三元523电芯和三元811电芯的能量密度依次逐渐增大，磷酸铁锂电芯、三元523电芯和三元811电芯的热稳定性依次逐渐降低。在三类电芯布局时可以采用“abcabc”或“aabbcc”的形式。

对于各个电芯之间的电连接关系，同类电芯可以通过汇流排电连接形成一个电芯模块。可以将各个电芯模块串联在一起输出供电，或者将各个电芯模块并联在一起输出供电，或者采用并联和串联混合连接的方法。各个电芯模块之间的连接关系可以是固定的连接关系，也可以通过设置继电器，将其设置为可调整的。在又一实施例中，动力电池包还可以包括继电器，继电器用于将各个电芯模块的正极和负极、电池系统配电盒(batterysystemdistributionunit，bdu)的正极和负极中的任意二者之间导通和断开。这样，可由bdu的正极和负极整车供电。

图3是一示例性实施例提供的动力电池包的控制方法的流程图。如图3所述，该方法可以包括以下步骤。

步骤s11，检测整车的状态。

步骤s12，若整车处于行车状态，则控制将n个电芯模块串联后为整车供电。

步骤s13，若整车处于制动回馈状态，则控制将n个电芯模块串联后进行回馈。

步骤s14，若整车处于插枪充电状态，则根据动力电池包的soc控制n个电芯模块中的一个或多个进行充电。

其中，行车状态是指制动回馈之外的其他行车状态。该实施例中，在行车状态和制动回馈状态，n个电芯模块串联连接，串联后的正极接bdu的正极，串联后的负极接bdu的负极。而在整车处于插枪充电状态时，需根据动力电池包的soc来控制各个电芯模块与bdu的正负极之间的连接关系。该实施例中，根据动力电池包的soc的大小，对n个电芯模块进行较合理地充电，既考虑充电的效率，又避免某一电芯模块过充。

图4a是一示例性实施例提供的电池系统配电盒中各个接线头的连接关系的示意图。如图4a所示，第一类电芯对应的电芯模块(下文中简称第一电芯模块)的正极a+与第二类电芯对应的电芯模块(下文中简称第二电芯模块)的负极b-连接，第一电芯模块的负极a-与bdu的负极(-)连接，第二电芯模块的正极b+与bdu的正极(+)连接。通过这种连接方式，能够使第一电芯模块和第二电芯模块串联连接起来，共同向外供电，或充电枪为第一电芯模块和第二电芯模块一起充电。

图4b是另一示例性实施例提供的bdu中各个接线头的连接关系的示意图。如图4b所示，第一电芯模块的正极a+与bdu的正极(+)连接，第一电芯模块的负极a-与bdu的负极(-)连接。通过这种连接方式，能够使充电枪单独给第一电芯模块充电。

图4c是又一示例性实施例提供的bdu中各个接线头的连接关系的示意图。如图4c所示，第二电芯模块的正极b+与bdu的正极(+)连接，第二电芯模块的负极b-与bdu的负极(-)连接。通过这种连接方式，能够使充电枪单独给第二电芯模块充电。例如，电池管理系统(batterymanagementsystem，bms)可以根据整车状态，控制动力电池包中多个继电器的开合，来实现图4a-图4c中的连接关系。

在又一实施例中，在图3的基础上，若整车处于行车状态，则控制将n个电芯模块串联后为整车供电的步骤(步骤s12)可以包括：若整车处于行车状态，则确定行车的目标功率；控制n个电芯模块串联后以行车的目标功率为整车供电。

若整车处于行车状态，且n＝2，则bdu中可以通过控制继电器的开合使两个电芯模块按照图4a中的连接方式进行连接，然后通过bdu的正负极给整车供电。可以采用多种方法确定行车的目标功率，根据动力电池包以该行车的目标功率为整车供电，确保安全性和功率的高效输出。

其中，上述确定行车的目标功率的步骤可以包括：根据动力电池包的soc和各个电芯模块的温度，分别确定各个电芯模块的可用放电功率；将各个电芯模块的可用放电功率的最小值作为行车的目标功率。

既然是n个电芯模块串联，若各个电芯模块的可用放电功率不同，则可以取各个电芯模块的可用放电功率的最小值作为行车的目标功率，这样，保证了具有较小可用放电功率的电芯模块能够安全放电，那么具有较大可用放电功率的电芯模块自然也能够安全放电，通过该方案能够保障动力电池放电的安全性。

对于电芯模块的可用放电功率，可以根据各个电芯的温度以及动力电池包的soc来确定。在又一实施例中，上述的根据动力电池包的soc和各个电芯模块的温度，分别确定各个电芯模块的可用放电功率的步骤可以包括：

在预定的放电对应关系中，将与动力电池包的当前soc和一电芯模块中当前最高的电芯温度这二者对应的放电功率确定为第一放电功率，预定的放电对应关系为动力电池包的soc、该电芯模块中的电芯温度以及放电功率这三者之间的对应关系；

在预定的放电对应关系中，将与动力电池包的当前soc和该电芯模块中当前最低的电芯温度这二者对应的放电功率确定为第二放电功率；

将第一放电功率和第二放电功率中的较小值确定为该电芯模块的可用放电功率。

预定的放电对应关系可以为预定的放电map图。实时检测动力电池包的soc，对于一个电芯模块，检测其中多个电芯的温度，确定其中电芯温度的最大值和最小值。实时的soc和电芯温度的最大值对应第一放电功率，实时的soc和电芯温度的最小值对应第二放电功率。这样，保证了对应于较小放电功率的电芯能够安全放电，那么具有较大放电功率的电芯自然也能够安全放电，通过该方案能够保障动力电池放电的安全性。

在又一实施例中，在图3的基础上，若整车处于制动回馈状态，则控制将n个电芯模块串联后进行回馈的步骤(步骤s12)可以包括：若整车处于制动回馈状态，则确定制动回馈的目标功率；控制n个电芯模块串联后以制动回馈的目标功率进行回馈充电。

若整车处于制动回馈状态，且n＝2，则bdu中可以通过控制继电器的开合使两个电芯模块按照图4a中的连接方式进行连接，然后通过bdu的正负极进行制动回馈。可以采用多种方法确定制动回馈的目标功率，控制动力电池包以该制动回馈的目标功率进行回馈充电，确保安全性和电量的高效回馈。

其中，上述确定制动回馈的目标功率的步骤可以包括：根据动力电池包的soc和各个电芯模块的温度，分别确定各个电芯模块的可用回馈功率；将各个电芯模块的可用回馈功率的最小值作为制动回馈的目标功率。

既然是n个电芯模块串联，若各个电芯模块的可用回馈功率不同，则可以取各个电芯模块的可用回馈功率的最小值作为制动回馈的目标功率，这样，保证了具有较小可用回馈功率的电芯模块能够安全回馈，那么具有较大可用回馈功率的电芯模块自然也能够安全回馈，通过该方案能够保障动力电池回馈充电的安全性。

对于电芯模块的可用回馈功率，可以根据各个电芯的温度以及动力电池包的soc来确定。在又一实施例中，上述的根据动力电池包的soc和各个电芯模块的温度，分别确定各个电芯模块的可用回馈功率的步骤可以包括：

在预定的回馈对应关系中，将与动力电池包的当前soc和一电芯模块中当前最高的电芯温度这二者对应的回馈功率确定为第一回馈功率，预定的回馈对应关系为动力电池包的soc、该电芯模块中的电芯温度以及回馈功率这三者之间的对应关系；

在预定的回馈对应关系中，将与动力电池包的当前soc和该电芯模块中当前最低的电芯温度这二者对应的放电功率确定为第二回馈功率；

将第一回馈功率和第二回馈功率中的较小值确定为该电芯模块的可用回馈功率。

预定的回馈对应关系可以为预定的回馈map图。实时检测动力电池包的soc，对于一个电芯模块，检测其中多个电芯的温度，确定其中电芯温度的最大值和最小值。实时的soc和电芯温度的最大值对应第一回馈功率，实时的soc和电芯温度的最小值对应第二回馈功率。这样，保证了对应于较小回馈功率的电芯能够安全回馈，那么具有较大回馈功率的电芯自然也能够安全回馈，通过该方案能够保障动力电池电量回馈的安全性。

在又一实施例中，在图3的基础上，若整车处于插枪充电状态，则根据动力电池包的soc控制n个电芯模块中的一个或多个进行充电的步骤(步骤s12)可以包括：

若整车处于插枪充电状态，则确定动力电池包的soc；若动力电池包的soc小于预定的荷电阈值，则控制n个电芯模块串联；确定整车充电的目标功率；控制以整车充电的目标功率对n个电芯模块进行充电。

若整车处于插枪充电状态，且n＝2，在动力电池包的soc小于预定的荷电阈值的情况下，则bdu中可以通过控制继电器的开合使两个电芯模块按照图4a中的连接方式进行连接，然后通过bdu的正负极进行充电。可以采用多种方法确定整车充电的目标功率，控制动力电池包以该整车充电的目标功率进行充电，确保安全性和高效充电。

在动力电池包的soc小于预定的荷电阈值的情况下，可以认为各个电芯模块串联充电具有较好的安全性，此时串联充电能够兼顾安全性和充电效率。预定的荷电阈值可以根据试验或经验确定。

其中，上述确定整车充电的目标功率的步骤可以包括：根据动力电池包的soc和各个电芯模块的温度，分别确定各个电芯模块的可用充电功率；将各个电芯模块的可用充电功率的最小值作为整车充电的目标功率。

既然是n个电芯模块串联，若各个电芯模块的可用充电功率不同，则可以取各个电芯模块的可用充电功率的最小值作为整车充电的目标功率，这样，保证了具有较小可用充电功率的电芯模块能够安全充电，那么具有较大可用充电功率的电芯模块自然也能够安全充电，通过该方案能够保障动力电池充电的安全性。

对于电芯模块的可用充电功率，可以根据各个电芯的温度以及动力电池包的soc来确定。在又一实施例中，上述的根据动力电池包的soc和各个电芯模块的温度，分别确定各个电芯模块的可用充电功率的步骤可以包括：

在预定的充电对应关系中，将与动力电池包的当前soc和一电芯模块中当前最高的电芯温度这二者对应的充电功率确定为第一充电功率，预定的充电对应关系为动力电池包的soc、该电芯模块中的电芯温度以及充电功率这三者之间的对应关系；

在预定的充电对应关系中，将与动力电池包的当前soc和该电芯模块中当前最低的电芯温度这二者对应的充电功率确定为第二充电功率；

将第一充电功率和第二充电功率中的较小值确定为该电芯模块的可用充电功率。

预定的充电对应关系可以为预定的充电map图。实时检测动力电池包的soc，对于一个电芯模块，检测其中多个电芯的温度，确定其中电芯温度的最大值和最小值。实时的soc和电芯温度的最大值对应第一充电功率，实时的soc和电芯温度的最小值对应第二充电功率。这样，保证了对应于较小充电功率的电芯能够安全充电，那么具有较大充电功率的电芯自然也能够安全充电，通过该方案能够保障动力电池充电的安全性。

在又一实施例中，该方法还可以包括：若动力电池包的soc大于或等于预定的荷电阈值，则控制对n个电芯模块的每个电芯模块逐一进行充电。

若动力电池包的soc大于或等于预定的荷电阈值，则可以认为对n个电芯模块串联后充电不能保证其安全性，有可能出现部分电芯模块过充的情况。此时可以逐个地对每个电芯模块进行充电。例如，可以先按照图4b的连接方式，控制对第一电芯模块充满电后，再按照图4c的连接方式，控制对第二电芯模块充满电。具体对单个电芯模块的充电方法可以参照相关技术中对动力电池包的充电方法执行。该实施例中，通过牺牲一些充电效率，来保证充电的安全性。

图5是另一示例性实施例提供的动力电池包的控制方法的流程图。该实施例中，n＝2。如图5所示，该方法可以包括以下步骤。

1、bms诊断整车状态；

2、若整车为行车状态，则bms向bdu发出指令，将电芯a(第一类电芯)回路(第一电芯模块)和电芯b(第二类电芯)回路(第二电芯模块)串联；

3、根据采集到的电芯模块a(即第一电芯模块)的温度、动力电池包的soc确定电芯模块a的可用放电功率pa1；

4、根据采集到的电芯模块b(即第二电芯模块)的温度、动力电池包的soc确定电芯模块b的可用放电功率pb1；

5、确定行车的目标功率为min(pa1，pb1)；

6、控制动力电池包以行车的目标功率为整车供电；

7、若整车为制动回馈状态，则bms向bdu发出指令，将电芯a回路和电芯b回路串联；

8、根据采集到的电芯模块a的温度、动力电池包的soc确定电芯模块a的可用回馈功率pa2；

9、根据采集到的电芯模块b的温度、动力电池包的soc确定电芯模块b的可用回馈功率pb2；

10、确定制动回馈的目标功率为min(pa2，pb2)；

11、控制动力电池包以制动回馈的目标功率进行回馈充电；

12、若充电枪插接，且动力电池包的soc值小于预定的荷电阈值a，则bms向bdu发出指令，将电芯a回路和电芯b回路串联；

13、根据采集到的电芯模块a的温度、动力电池包的soc确定电芯模块a的可用充电功率pa3；

14、根据采集到的电芯模块b的温度、动力电池包的soc确定电芯模块b的可用充电功率pb3；

15、按照min(pa3，pb3)向充电桩请求充电电流；

16、若充电枪插接，且动力电池包的soc值大于或等于预定的荷电阈值a，则bms向bdu发出指令，将电芯a回路与bdu总正、总负进行单独连接充电；

17、根据采集到的电芯模块a的温度、soc确定电芯模块a的可用充电功率pa3，按照pa3向充电桩请求充电电流；

18、若电芯a回路充满，则根据采集到的电芯模块b的温度、soc确定电芯模块b的可用充电功率pb3，按照pb3向充电桩请求充电电流；

19、若电芯b回路充满，充电完成，bms向bdu发出指令，将电芯a回路和电芯b回路串联，已准备下次进行放电。

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。