蓄电池系统及包括该蓄电池系统的车辆的制作方法

本发明涉及一种车辆用蓄电池领域。具体地，本发明涉及一种蓄电池系统以及包括该蓄电池系统的车辆，其中该蓄电池系统具有安全设置，以在用户对蓄电池系统的蓄电池进行拆卸或安装时保证用户的安全。

背景技术：

电动车辆正在变得日益流行。电动车辆通过电池系统向电动马达提供电力，电动马达由此驱动车辆。

目前，电动车辆的电池在整个车辆中的体积以及重量的比重非常高。现有技术中，通常将电池设计成由多个模块构成的且各个模块是可拆卸的，例如特斯拉电动车的电池就是这样设计的。将电池设计成包括多个可拆卸的电池模块，能够在电池出现故障的情况下，通过拆除故障电池模块而其他电池模块继续提供电力来保障车辆的继续使用。

如上所述的电池模块的拆卸，既能由专业售后服务人员来操作，又可以由用户自行操作，才具有足够的便利性。但是，电动车辆的电池通常具有高达例如360v–400v的高电压。操作人员需要具有高压设备操作资格才能电池进行拆卸和安装，以保证安全。然而，电动车辆的用户通常是没有这样的资格的。

技术实现要素：

本发明的发明人想到可以根据电动车辆的不同行驶距离，拆除或组装不同数量的电池模块。例如，在行驶距离较短的情况下，能够拆除一些电池模块，从而既能满足电动车辆的能量需求，也避免额外的电池模块增加行驶负担、浪费能量。在行驶距离较长的情况下，可以将所有电池模块都安装到位，使电动车辆具有长距离行驶能力。因此，为了满足这样的需求，电池模块的拆卸和安装会比较频繁。每次拆卸和安装都寻求专业售后服务人员的帮助非常麻烦，用户自行进行电池模块的拆卸和安装变得非常必要。

本发明针对上述问题，提供了一种蓄电池系统及包括该蓄电池系统的车辆，其具有安全设置以便于用户根据需要自行拆卸和安装电池模块，而不需要具备高压设备操作资格。

根据本发明的一个方面，提供了一种蓄电池系统，其包括蓄电池，蓄电池包括多个并联连接的电池模块组，其中各个电池模块组的电压与所述蓄电池的总电压相同，并且各个电池模块组包括多个串联和/或并联连接的电池模块，各个电池模块包括多个并联和/或串联的电池单元，其中，所述电池模块是能够被拆卸或安装以改变蓄电池的总电量的最小操作单元，并且所述电池模块的电压设置成在人体安全接触电压的范围内，其中所述蓄电池系统还包括高压线路部分，所述高压线路部分设置成与所述电池模块的容纳空间绝缘。

根据本发明的实施例，其中所述电压模块的电压小于60v。

根据本发明的实施例，其中所述蓄电池系统还包括支撑板，其用于支撑和固定所述蓄电池，并且所述蓄电池系统的高压线路部分被遮盖在所述支撑板的上表面下方。

根据本发明的实施例，其中所述高压线路部分布置成在所述支撑板的上表面下方嵌入在所述支撑板内和/或布置在所述支撑板下方。

根据本发明的实施例，其中所述支撑板的上表面设置有电连接器，所述电连接器用于将所述电池模块电连接到所述蓄电池系统的电路。

根据本发明的实施例，其中所述电连接器具有绝缘保护部分。

根据本发明的实施例，其中所述电连接器形成为插座或插头，并且所述电池模块对应地设置有与所述电连接器相配合的插头或插座。

根据本发明的实施例，其中蓄电池系统还包括用于各个电池模块组的开关，所述开关配置成通过打开和闭合来导通和断开对应电池模块组到所述蓄电池系统的电路的电连接；以及用于各个电池模块组的监控装置，所述监控装置用于测量对应电池模块组的电压。

根据本发明的实施例，蓄电池系统还包括控制器，其基于所述监控装置测量得到的对应电池模块组的电压控制对应开关的打开和闭合。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于上述的蓄电池系统的蓄电池管理系统，其包括：用于各个电池模块组的开关，所述开关配置成通过打开和闭合来导通和断开对应电池模块组到所述蓄电池系统的电路的电连接；用于各个电池模块组的监控装置，所述监控装置用于测量对应电池模块组的电压；以及控制器，其基于所述监控装置测量得到的对应电池模块组的电压控制对应开关的打开和闭合。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种车辆，其上安装有如上任一实施例所述的蓄电池系统。

由此，根据本发明的上述实施例的蓄电池系统及包括该蓄电池系统的车辆，用户可以根据需要自行拆卸和安装电池，而不需要具备高压设备操作资格。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的示例性实施例的特征、优点和技术效果进行描述，附图中相似的附图标记表示相似的元件，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的实施例的车辆的框图。

图2示意性地示出了根据本发明的实施例的电池模块组的构成示意图。

图3示意性地示出了根据本发明的实施例的蓄电池在车辆上的布置示意图。

图4示意性地示出了根据本发明的实施例的用于电池模块的电连接器。

图5示意性地示出了根据本发明的实施例的蓄电池管理系统。

具体实施方式

下文中，参照附图描述本发明的实施例。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。

需要注意的是，除非特殊说明，本文中的上下方向与车辆10的上下方向一致。

图1示意性地示出了根据本发明的实施例的车辆10的框图，该车辆10上安装有根据本发明的实施例的蓄电池系统。根据本发明的实施例的蓄电池系统包括蓄电池12。车辆10可以是完全依靠蓄电池12来提供能量的纯电动车辆，并且也可以是除了蓄电池12之外还包括其他动力源(例如内燃机等)的混合动力车辆。蓄电池12可以是铅酸蓄电池、镍铬蓄电池、金属氢化物-镍蓄电池、锂离子蓄电池或者锂聚合物电池等。蓄电池12包括多个电池模块组14，该多个电池模块组14是并联电连接的，且每个电池模块组14的电压与蓄电池12的总电压相同，其中蓄电池12的总电压可以在360-400v的范围内。这样，电池模块组14的增加或减少将不会影响蓄电池12的输出电压，仅影响蓄电池12的总电量(如千瓦小时数)。在拆卸或安装了不同数量的电池模块组14的情况下，蓄电池12能够正常向各种推进马达和其他电部件供应能量。

蓄电池12电连接到由18和20表示的输出总线线路。在车辆10为混合动力车辆的情况下，车辆10还包括主功率源22(例如，内燃机、燃料电池系统等)。功率源22也电连接到总线线路18和20。蓄电池12和功率源22以特定应用的任何适合的控制配置将功率提供给总线线路18和20，其中，蓄电池12和功率源22与总线线路18和20匹配。车辆负载24电连接到总线线路18和20且表示从车辆功率系统(即，蓄电池12和功率源22)接收功率的任何车辆负载，例如车辆推进系统、电动马达、附件负载等。车辆负载24可以包括任何低电压负载，在这种情况下，可以设置任何合适的电气部件来降低电压，以用于低电压负载。

图2示意性地示出了根据本发明的实施例的电池模块组的构成示意图。如图2所示，蓄电池12的每个电池模块组14包括多个电池模块16(图中示出为6个)。在其他实施例中，每个电池模块组14可以包括其他数量的电池模块16，例如4个、8个电池模块16等。构成电池模块组14的电池模块16的数量可以根据电池模块16的电压以及蓄电池12的总电压来选择。该多个电池模块16可以是串联、并联、或串并联混合电连接的。此外，每个电池模块16可包括多个电池单元(图2未示出，图4中示出了电池单元)。并且，构成电池模块16的多个电池单元可以是串联、并联、或者串并联混合电连接的。

特别地，电池模块16可以设置成是在车辆10售出之后能够由用户从车辆上拆卸或安装到车辆上以改变蓄电池12的总电量的最小操作单元。即，在对蓄电池12进行拆卸或安装以改变其总电量时，以电池模块16为单元而不以电池单元为单元进行操作，构成电池模块16的多个电池单元可以封装在通常在蓄电池12的拆卸或组装期间无需打开的壳体内。此外，在改变蓄电池12的总电量以适应车辆10的不同距离的行程时，可以拆卸或安装构成单个电池模块组14的所有电池模块16，以增加或减少蓄电池12的电池模块组14的数量，而不影响蓄电池12的总电压。特别地，将作为拆卸或安装的最小操作单元的电池模块16的电压设置在人体的安全接触电压的范围内，例如小于60v。这样，有利于防止操作人员接触高电压的电池，保障操作人员的人身安全。

由于蓄电池系统还包括高压线路部分，根据本发明的蓄电池系统还对高压线路部分进行了绝缘设置。高压线路部分是指电压水平高于人体安全接触电压的线路部分。例如，如图3所示的各个电池模块组14内的电池模块16之间的电连接线路162，各个电池模块组14的正极母线141和负极母线142，蓄电池12的正极母线121和负极母线122(其中，各个电池模块组14的正极母线141和负极母线142分别连接到蓄电池12的正极母线121和负极母线122)，以及分别与蓄电池12的正极母线121和负极母线122连接的输出总线线路18和20等。

在本发明中，特别地，将高压线路部分布置成与电池模块16(即，拆卸或安装的最小操作单元)的容纳空间绝缘。这样，操作人员在对电池模块16进行拆卸或安装时将不会接触到高压线路部分，且不需要具备高压设备操作资格。

下面，参考图3-图4详细描述蓄电池系统的电池模块和高压线路部分的布置。如图3所示，蓄电池12包括并联电连接的8个电池模块组14，其中每个电池模块组14可以是如上所述实施例的任意电池模块组。当然，根据其他实施例，蓄电池12也可以包括其他数量的电池模块组14，例如10个，12个等。电池模块组14的数量可以根据车辆10的最大续航里程、各个电池模块组的总电量等进行选择。

蓄电池系统还包括支撑板26，各个电池模块组14被支撑在支撑板26的上方，并且可以经由专用机械装置将各个电池模块组14固定到其上。可以使用单一机械装置将电池模块组14整体固定到支撑板26上，也可以使用多个机械装置将构成电池模块组14的电池模块16各自单独地固定到支撑板26上。由此，各个电池模块组14(即电池模块16)的容纳空间被限定在支撑板26的上方。高压线路部分可以通过支撑板26与电池模块16的容纳空间绝缘。具体地，支撑板26由绝缘材料构成，并且高压线路部分被隔离在支撑板26的上表面下方。例如，高压线路部分可以布置在支撑板26的下方和/或在支撑板26的上表面下方嵌入在支撑板26的内部。支撑板26的上表面可以仅露出用于与电池模块16电连接的电连接器261，其正负极之间的电压低于人体安全接触电压。这样，在支撑板26的上方空间中仅暴露出蓄电池系统的低压线路部分，即低于人体安全接触电压的线路部分(电池模块16以及电连接器261)，而高压线路部分均绝缘隔离在支撑板26的上表面下方、在拆卸和安装电池模块16时用户不会接触到的位置。这样，用户在拆卸和安装电池模块16时不会接触到高压部件，可以根据需要拆卸和安装电池模块，而不需要具备高压设备操作资格。

图3和图4具体地示出了如上所述的电连接器261。电连接器261对应于各个电池模块16单独地设置，用于在对应的电池模块16安装到支撑板26上时，建立电池模块16与蓄电池系统电路的电连接。电连接器261可以嵌入在支撑板26中，例如，形成为具有正负极接触点的双孔插座(如图3所示)。这种情况下，电池模块16可以对应地设置有与双孔插座配合的插头。当电池模块16安装到支撑板26上时，通过插座插头的配合来建立电连接。此外，电连接器261还可以构造为凸出于支撑板26的上表面，例如形成为具有正负极接触点的插头(如图4所示)。在这种情况下，电池模块16可以对应地设置有与插头相配合的插孔161。当电池模块16安装到支撑板26上时，通过插头插孔的配合来建立电连接。优选地，电连接器261还具有绝缘保护部分。例如，对于插座形式的电连接器，在电触点周围设置绝缘保护部分，以避免操作人员与其电触点直接接触，进一步保证其人身安全。可以理解的是，支撑板26上的电连接器261实际上起到了蓄电池系统的高压线路部分和低压电路部分之间的隔离器的作用。

为了在拆卸和安装蓄电池12时更安全地管理电路，根据本发明的实施例的蓄电池系统还包括蓄电池管理系统30。图5示出了蓄电池管理系统30的结构示意图。如图5所示，蓄电池12的各个电池模块组14经由各自对应的开关32连接到蓄电池系统电路。开关32的打开和闭合对应于电池模块组14与蓄电池系统电路的电连接的断开和导通。该开关32可以是机械断路器、固态开关和接触器等。蓄电池管理系统30还包括与各个电池模块组14相关联的监控装置34。监控装置34配置成测量对应电池模块组14的电压。当然，监控装置34也可以配置成测量对应电池模块组14的其他参数，例如温度、充电状态等。监控单元34可以将测量得到的电压数据传输到蓄电池管理系统30的控制器36。控制器36配置成接收和分析各个电池模块组14的电压数据，并且基于分析结果控制开关32的打开和闭合。

特别地，在安装或拆卸电池模块组14期间，控制器36可以根据各个电池模块组14的电压通过使开关32打开或闭合来断开或导通电池模块组14到蓄电池系统电路的电连接，以确保操作人员的安全。如果测量得到的电池模块组14的电压到达预定阈值，则控制器36判断该电池模块组14处于可使用状态，例如已经组装完成，并使对应的开关32闭合，由此，该电池模块组14能够电连接到蓄电池系统电路。如果测量得到的电池模块组14的电压水平小于预定阈值，则控制器36判断为该电池模块组14处于不可使用状态，并且使对应的开关32断开，由此，该电池模块组14不能电连接到蓄电池电路。电池模块组14的不可使用状态包括电池模块组缺少电池模块的状态(例如一个或多个电池模块被拆卸或者一个或多个电池模块未被组装)以及电池模块组出现故障的状态(金属件掉落在模块组的安装位置处导致的短路、一个或多个电池模块失效等)等。无论何种不可使用状态，电池模块组14均需要操作人员进行进一步操作。因此，使电池模块组14断开与蓄电池系统电路的电连接，可进一步保证操作人员安全。控制器36也可以基于操作人员的输入而在开始拆除电池模块组14之前断开开关32，以保证操作人员的安全。

此外，上述各个实施例的蓄电池管理系统30的控制器36可以与车辆10的控制系统进行通信，以向车辆10传输蓄电池12的诸如充电状态、健康状态、温度以及故障情况等信息，并且接收并且执行来自车辆10的控制系统的控制命令。

由此，基于本发明的实施例的蓄电池系统及包括该蓄电池系统的车辆，用户能够安全地对车辆的电池进行拆卸和安装，而不需要具备高压操作资格。

尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明并不限于上述实施例的构造和方法。相反，本发明意在覆盖各种修改例和等同配置。另外，尽管在各种示例性结合体和构造中示出了所公开发明的各种元件和方法步骤，但是包括更多、更少的元件或方法的其它组合也落在本发明的范围之内。