一种电池包、电池包控制系统及控制方法与流程

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种电池包、电池包控制系统及控制方法。

背景技术：

电池以电芯为输出单位，通过串并联方式进行组装构成电池包。目前市场大部分电池内部结构并不复杂，为了美观、节省空间、增加扩展能力和使用效率，通常对电芯进行模组化，即把若干电芯和汇流排、结构件、电气附件等组装成一个模组，模组之间相互串联，同时每个电芯会有通讯线连至bms，用于监测电压、电量、电流、温度等信息，控制策略相对容易实现。

如何简化电池包结构，并且提高电池包的容量，是本领域内技术人员一直追求的目标。

技术实现要素：

本发明提供一种电池包，包括若干电芯，其特征在于，还包括第一电路板，所述第一电路板表面设置有电芯安装插口，所述第一电路板还设置有集成电路，所有每一个所述电芯与其他任一电芯均能够通过所述集成电路连通，并且两所述电芯之间的连通电路上均设置有无线开关，所述无线开关根据其接收的信号进行闭合或断开，以将相应电芯连入供电回路。

电池包各电芯设置于第一电路板上，并通过第一电路板上集成电路连接，电芯之间无需导线导通，并且通过集成电路可以实现不同电芯以不同的方式连入供电回路，形成多种供电回路，不仅能够满足不同供电电压的需求，而且对于同一供电电压能够形成多种组合，以始终维持恒定的外输电压。

从以上描述可以看出，本发明中的电池包内部电芯无需导线连接，线路极大简化，大大提高了电池包内部空间的利用率，对于相同体积的电池包而言，本发明中电池包的容量可大大增加；并且通过集成电路可实现电芯之间多样化的连接，在保持电池包输出电压稳定的同时，又能实现多种不同供电电压的要求，电池包应用环境更加广且电池包本身的可靠性大大增加。

可选的，所述集成电路为网格状线路，所述网格状线路包括多个网格单元，所述第一电路板表面与每一所述网格单元对应位置均开设有所述电芯安装插口，所述网格单元与所述电芯一一对应安装。

可选的，所述电芯的电极连接于相邻网格单元的交点位置。

可选的，所述电芯的安装端部的横截面为正六边形结构，一个所述电芯具有三个正极和三个负极，并且每一个电极位于所述正六边形结构的端点。

可选的，所述电芯的正极和负极的数量均至少为一个，并且各所述正极和各所述负极均位于所述电芯的安装端部，所述安装端部安装于所述电芯安装插口内部。

可选的，所述电池包还设置有信号发射器和信号接收器，所述信号发射器用于采集各所述电芯的工况参数并将其无线传递至控制器，所述信号接收器用于接收所述控制器发出的控制指令以控制相应所述无线开关的连通或断开

可选的，所述信号接收器安装于所述第一电路板，并且所述信号接收器与所述无线开关一一对应，所述无线开关根据与其相应的所述信号接收器所接收到的控制指令连通或断开。

可选的，各所述电芯能够通过所述集成电路串联或者并联或者串并联。

可选的，还包括第二电路板，所述第二电路板位于各所述电芯的非安装端部，所述信号发射器安装于所述第二电路板，所述信号发射器通过所述第二电路板内设置的集成电路采集相应所述电芯的工况参数。

可选的，所述第一电路板与所述第二电路板相对设置，分别位于所述电芯的上下两侧。

此外，本发明还提供了一种电池包控制系统，包括上述任一项所述的电池包，还包括控制器，所述控制器根据所接收的信号以及预先存储的控制策略发送控制指令于所述信号接收器，所述信号接收器根据控制指令连通或者断开相应无线开关形成供电电路。

可选的，所述控制器包括存储模块、检测模块和计算模块；

所述检测模块用于实时接收电池包内部各信号发射器所发出的相应电芯工况参数信号，并将电芯工况参数其传递至所述存储模块和所述计算模块；

所述存储模块存储当前状态接收到的电芯工况参数；

所述计算模块根据所述电芯工况参数以及最高选取原则选取合适的电芯形成电路以维持设定电压对外供电。

可选的，当所述计算模块判断所有电芯连入电路的电压未达到所述设定电压时，所述计算模块不再以最高选取原则维持设定电压为条件控制，而以当前所有电芯接入电路为条件控制所述电池包对外供电。

可选的，当所述计算模块判断某一电芯电量低于最低电量值时，则控制与该电芯相关的无线开关断开，以使该电芯退出供电电路。

可选的，如果计算模块判断当前所有电芯的总电量达到最低电量或者总电压达到最低电压时，控制器控制所述电池包停止供电。

此外，本发明还提供了一种电池包控制方法，用于控制上述所述的电池包，该方法包括：

实时接收电池包内部各信号发射器所发出的相应电芯工况参数信号；

存储电芯工况参数；并根据当前状态接收到的所述电芯工况参数以及最高选取原则选取合适的电芯形成电路以维持设定电压对外供电。

可选的，当判断所有电芯连入电路的电压未达到所述设定电压时，不再以最高选取原则维持设定电压为条件控制，而以当前所有电芯接入电路为条件控制所述电池包对外供电。

可选的，当判断某一电芯电量低于最低电量值时，则控制与该电芯相关的无线开关断开，以使该电芯退出供电电路。

可选的，当判断当前所有电芯的总电量达到最低电量或者总电压达到最低电压时，控制所述电池包停止供电。

因本发明的电池包控制系统和控制方法具有上述电池包，故其也具有电池包的上述技术效果。

附图说明

图1为本发明一种实施例中电池包内部部分电芯的位置示意图；

图2为本发明一种实施例中电芯、第一电路板、第二电路板位置示意图。

其中，图1至图2中：

电芯10、第一电路板11、第二电路板12。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图、系统、方法和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明一种实施例中电池包内部部分电芯的位置示意图；图2为本发明一种实施例中电芯、第一电路板、第二电路板位置示意图。图1和图2中虽然未示出集成电路、信号接收器、信号发射器，但是并不妨碍本领域内技术人员对技术方案的理解，在本文公开内容的基础上，结合本领域内技术人员所掌握的知识能够实现具有本文所述功能的各部件。

本发明提供了一种电池包，其可以用于电动汽车作为动力能源。电池包包括若干电芯10，电芯10的数量通常为两个以上，其具体数量根据应用环境进行合理确定，在此本文不做限定。

本发明所提供的电池包还进一步包括第一电路板11，第一电路板11表面设置有电芯安装插口，即第一电路板11上设置的电芯安装插口与电芯10一一对应，电芯10安装于相应电芯安装插口。

第一电路板11还设有集成电路，集成电路可以集成于第一电路板11的内部，也可以刻蚀于第一电路板11的表面。集成电路可以根据现有手段进行设置，本文不公开集成电路的设置不影响本领域内技术人员对本文技术方案的理解和实施。

并且每一个电芯与其他任一电芯均能够通过集成电路连通，优先的，电芯10可以与其他电芯并联、串联或者串并联，即能够通过集成电路同时实现以上三种连接方式。两电芯10之间的连通电路上均设置有开关，开关优选为无线开关。也就是说，两电芯10的正极和负极的连通电路上设置有开关。开关的主要作用是连通或者断开电芯10的正极和负极之间的连接，即选择不同电芯10形成不同电压的供电电路。

集成电路中开关结构、种类及开关的设置方式均可以通过现有技术实现，本文不做详细赘述。

无线开关根据其接收的信号进行闭合或者断开，以将相应电芯连入供电电路，即将相应部分或者全部电芯串联或者并联接入供电回路。也就是说，选择合适的无线开关处于闭合状态，其余无线开关处于断开状态，部分电芯串联或/和并联形成满足使用要求电压的供电回路。

本发明中的电池包各电芯10设置于第一电路板11上，并通过第一电路板11上集成电路连接，电芯10之间无需导线导通，并且通过集成电路可以实现不同电芯10以不同的方式连入供电回路，形成多种供电回路，不仅能够满足不同供电电压的需求，而且对于同一供电电压能够形成多种组合，以始终维持恒定的外输电压。

从以上描述可以看出，本发明中的电池包内部电芯10无需导线连接，线路极大简化，大大提高了电池包内部空间的利用率，对于相同体积的电池包而言，本发明中电池包的容量可大大增加；并且通过集成电路可实现电芯10之间多样化的连接，在保持电池包输出电压稳定的同时，又能实现多种不同供电电压的要求，电池包应用环境更加广且电池包本身的可靠性大大增加。

在一种具体实施方式中，电池包还包括信号发射器和信号接收器，信号发射器用于采集各电芯10的工况参数并将其传递至外界，其中电芯10的工况参数包括电芯电量、电压和温度等反应电芯工作状态的参数。

该实施方式中进一步取消控制线，线路极大简化，进一步提高了电池包内部空间的利用率，对于相同体积的电池包而言，本发明中电池包的容量可大大增加；并且通过集成电路可实现电芯10之间多样化的连接使得电池包本身的可靠性大大增加。

具体地，信号发射器将采集到的信号发送至电池包控制系统的控制器，即控制器接收各信号发射器的信号，并根据所接收的信号(各电芯10的工况参数)以及预先存储的控制策略发送控制指令于信号接收器。

信号接收器接收外界控制信号以控制相应开关的连通或断开，也就是说，信号接收器根据控制器所发送的控制指令控制与其相对应的开关的工作状态：开关连通，还是开关断开，这样选取合适的电芯10形成供电电路。

在一种具体实施方式中，集成电路为网格状线路，网格状线路包括多个网格单元，第一电路板表面与每一网格单元对应位置均开设有电芯安装插口，电芯10的下端部轴段可以位于电芯安装插口，电芯安装插口可以起到限位和辅助支撑定位电芯10的作用。

将集成电路设置为网格状线路可以实现任一位置的电芯10连入电路，以形成不同的电路。网格单元的数量可以根据电芯10的数量、形成同一供电电路的电芯数量组合、形成不同供电电压电芯数量组合进行合理设置。

在一种具体实施方式中，各电芯10具有至少一个正极和一个负极，优选同一电芯10的正极数量和负极数量相同。各正极和负极均位于电芯10的安装端部，该安装端部安装于第一电路板11的电芯安装插口内部。也就是说，正极和负极置于第一电路板11的内部，电芯10安装于相应插口后，正极和负极自动与第一电路板11上的集成电路连接。进一步简化连接结构。

当然，也不排除电芯10的正、负极需要通过中间线路连接第一电路板11上的集成电路的情景。

在一种具体的实施方式中，电芯的电极连接于相邻网格单元的交点位置，也就是说，电芯10的正极、负极通过相邻网格单元的交点位置连入电路。在一种优选的实施方式中，网格单元可以为正六边形，电芯10的安装端部的横截面为正六边形结构，一个所述电芯10具有三个正极和三个负极，并且每一个电极位于所述正六边形结构的端点。

安装时，每一个电芯10的一个电极与周边两个电芯10的相反电极连通，即电芯a的正极o与电芯b、电芯c的负极连接。

网格单元不局限于正六边形，其边数可以为任意数量，例如网格数量可以为4边形，安装时一个电芯10的一个端点电极与其他三个电芯10的端点电极连通，网格单元的边数为其他数值在此不做过多介绍。为了优化电池包的结构，本发明对电芯10、第一电路板11、信号接收器、信号发射器的位置进行了改进，具体介绍为。

上述各实施例中，电池包的信号接收器可以安装于第一电路板11，具体地可以安装于第一电路板11的内部，也可以安装于第一电路板11的表面，优选安装于第一电路板11的表面。

信号接收器与开关一一对应，开关根据与其相应的信号接收器所接收到的控制指令连通或者断开。

该实施例中信号接收器与开关直接安装于第一电路板11结构简单、紧凑，易于实施。

上述各实施例中，电池包还可以包括第二电路板12，第二电路板12位于各所述电芯10非安装端部，也就是说，电芯10被夹持于第一电路板11和第二电路板12之间，这样有利于电芯10布置稳定可靠性。

并且，信号发射器安装于第二电路板12，信号发射器通过第二电路板12内设置的集成电路采集相应电芯10的工况参数。

信号发射器与信号接收器分别位于不同的电路板上，不仅有利于各电路板上集成电路的布置，降低电路板的加工以及设计难度，并且两电路板相对独立也降低维修费用。

在一种具体实施例中，第一电路板11和第二电路板12相对设置，分别位于电芯10的上下两侧。这样第一电路板11和第二电路板12对电芯10同时起到定位作用，可以提高电芯10安装可靠性，进而提高提高电池包的使用强度。

在上述电池包的基础上，本发明还提供了一种电池包控制系统，其包括上述任一实施例所述的电池包，还包括如上所述的控制器，即控制器根据所接收的信号以及预先存储的控制策略发送控制指令于信号接收器，信号接收器根据控制指令连通或者断开相应开关形成供电电路。具体地，控制器所接收的信号可以来自上述电池包内部设置的信号发射器。

具体地，控制器可以包括存储模块、检测模块和计算模块。

检测模块用于实时接收电池包内部各电信工况参数信号，并将电芯工况参数传递至存储模块和计算模块；也就是说，控制器的检测模块与信号发射器无线连接，以接收信号发射器所检测到的电芯10的工况参数信号，并且将电芯10工况参数传递至存储模块进行存储，以及传递至计算模块进行相应计算。

存储模块用于存储当前状态接收到的电芯10工况参数；即可以以覆盖形式进行存储，存储模块的内存中分配固定地址存放相应电芯10工况参数，相应内存地址仅存放当前状态下的某一个电芯10的电芯10工况参数，即当前状态下的电芯10工况参数覆盖前一时刻的电芯10工况参数，以减小存储容量。当然，存储模块也可以存储多状态下的电芯10工况参数。

计算模块根据电芯10工况参数以及最高选取原则选取合适的电芯10形成电路以维持设定电压对外供电。所谓最高选取原则是指按照电压值从高到低依次选择电芯10连入电路，直至电压达到设定电压。

上述电池包控制系统中，当计算模块判断所有电芯10连入电路的电压未达到设定电压时，计算模块不再以最高选取原则维持设定电压为条件控制，而以当前所有电芯10接入电路为条件控制电池包对外供电。

即如果所有电芯10连入电路还未达到设定值，则电池进入低放电低电量状态，再者执行判断接入动作，不再执行对电压变化的响应。

并且为了防止电芯10过度放电，对每个电芯10都规定了最低电量，当计算模块判断某一电芯10电量低于最低电量值时，则控制与该电芯10相关的开关断开，以使该电芯10退出供电电路。

进一步地，如果计算模块判断当前所有电芯10的总电量达到最低电量或者总电压达到最低电压时，控制器控制所述电池包停止供电。当电池包电量达到最低电量时，控制器对其执行接出动作并在充电之前不允许再接入电路，当总电量或者总电压任意值低于规定值时，不再允许动力蓄电池放电。

上述控制器可以为车辆的bms(中文全称为：电池管理系统)。

该控制系统由于电芯10留有余量(即通常形成供电电路的电芯10数量小于总电芯10数量)，通过控制接入线路的电芯10数量使得电压稳定在设定电压值，即形成根据输入信号的变化而变化的自动控制系统，并且可以不再人为设定动力电池输出值，让动力电池根据外部需求电压的变化直接进行相应动作，使得电池的输出电压实现对输入信号的实时跟随，可应用于直流电机，并且可利用伺服化原理在高压回路的基础上再形成一个低压回路，实现对低压系统的同步供电，摆脱dcdc(直流变直流)转换器和辅助低压蓄电池。

另外，该控制系统可应用于交流电机驱动系统，交流电机通过电压控制转矩，通过频率控制转速，可用伺服化动力电池系统配上新型智能化变频系统，摆脱电机控制器，在电池与电机高效、充分的信息交互中，实现对车辆动力性的实时控制。

在上述电池包和控制系统的基础上，本发明还提供了一种电池包控制方法，该方法具体包括：

s1、实时接收电池包内部各信号发射器所发出的相应电芯工况参数信号；

s2、存储电芯工况参数；并根据当前状态接收到的所述电芯工况参数以及最高选取原则选取合适的电芯形成电路以维持设定电压对外供电。

在执行步骤s2同时进行以下步骤：当判断所有电芯连入电路的电压未达到所述设定电压时，不再以最高选取原则维持设定电压为条件控制，而以当前所有电芯接入电路为条件控制所述电池包对外供电。

执行步骤s2同时进行以下步骤：当判断某一电芯电量低于最低电量值时，则控制与该电芯相关的无线开关断开，以使该电芯退出供电电路。

执行步骤s2同时还进行以下步骤：当判断当前所有电芯的总电量达到最低电量或者总电压达到最低电压时，控制器控制所述电池包停止供电。

以上对本发明所提供的一种电池包、电池包控制系统及控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。