电池系统的制作方法

1.本技术涉及供电技术领域，尤其涉及一种电池系统。


背景技术：

2.目前，在电动汽车系统，例如：在具备弱混和/或启停系统的混合电动汽车系统中，包括两种供电模块，两种供电模块分别用于为动力系统和整车供电模块供电。
3.在相关技术中，两种供电模块需要占据较多的整车空间，并且还需要消耗大量的电气连接线，对整车成本和体积造成影响。


技术实现要素：

4.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种电池系统，能够减少所占用的整车空间，从而降低整车成本。
5.根据本技术的第一方面实施例的电池系统，应用于汽车，所述汽车包括第一系统和第二系统，包括：供电模块，分别与所述第一系统和所述第二系统电连接，所述供电模块用于为所述第一系统提供第一电信号；或者所述供电模块用于为所述第一系统提供所述第一电信号，并为所述第二系统提供第二电信号；转换模块，分别与所述供电模块、所述第一系统和所述第二系统电连接，所述转换模块用于将所述第一电信号转换为第三电信号；其中，所述第三电信号用于为所述供电模块进行供电或为所述第二系统供电。
6.根据本技术实施例的电池系统，至少具有如下有益效果：通过对供电模块300进行集成，使得供电模块既能为第一系统提供第一电信号，又能为第二系统提供第二电信号，从而减小了电池系统所占用的整车空间，在一定程度上降低了电池系统的成本以及整车体积。通过转换模块将第一电信号转换为第三电信号，使得供电模块在发生故障时，第二系统能够使用第三信号继续运作，从而提高了电池系统的供电稳定性和可靠性。
7.根据本技术的一些实施例，所述供电模块包括：第一供电单元，所述第一供电单元的一端分别与所述转换模块、所述第一系统电连接，所述第一供电单元用于提供初始电信号；第二供电单元，所述第二供电单元的分别与所述第一供电单元的另一端、所述转换模块和所述第二系统电连接，所述第二供电单元用于提供所述第二电信号；其中，u1＝u0+u2，u1表示所述第一电信号，u0表示所述初始电信号，u2表示所述第二电信号。
8.根据本技术的一些实施例，还包括：电池管理模块，分别与所述供电模块和所述转换模块电连接，所述电池管理模块用于采集第一电流、第二电流和第三电流，并根据所述第一电流、所述第二电流和所述第三电流中的至少一种生成控制信号；其中，所述第一电流表示所述供电模块的电流，所述第二电流表示所述第二供电单元的电流，所述第三电流表示所述转换模块的电流；所述所述转换模块根据所述控制信号对所述第三电信号的大小或传输状态进行控制。
9.根据本技术的一些实施例，所述电池管理模块包括：第一采集单元，所述第一采集单元的一端与所述第二供电单元的另一端电连接，所述第一采集单元的另一端与所述第一
系统电连接，所述第一采集单元用于采集所述第一电流；第二采集单元，所述第二采集单元的一端与所述第二供电单元的一端电连接，所述第二采集单元的另一端与所述第二系统电连接，所述第二采集单元用于采集所述第二电流；电池管理单元，所述电池管理单元分别与所述第一供电单元、所述第二供电单元、所述转换模块、所述第一采集单元和所述第二采集单元电连接，所述电池管理单元用于采集所述第三电流，并根据所述第一电流、所述第二电流和所述第三电流中的至少一种生成所述控制信号。
10.根据本技术的一些实施例，所述转换模块包括：第一开关，所述第一开关分别与所述第二供电单元的一端、所述电池管理单元和所述第二系统电连接；电压转换单元，所述电压转换单元分别与所述第一开关、所述第一供电单元的一端、所述第二供电单元的另一端和所述电池管理单元电连接，所述电压转换单元用于将所述第一电信号转换为所述第三电信号，其中，所述第一开关用于根据所述控制信号对所述第三电信号的传输状态进行控制，所述电压转换单元还用于根据所述控制信号对所述第三电信号的大小进行控制。
11.根据本技术的一些实施例，所述电池管理单元包括：第二开关，所述第二开关与所述第二供电单元电连接，用于根据所述控制信号控制所述第二供电单元的导通状态。
12.根据本技术的一些实施例，所述电池管理单元还包括：保险丝，所述保险丝的一端与所述第二开关电连接，所述保险丝的另一端与所述第二供电单元的另一端电连接。
13.根据本技术的一些实施例，还包括：断路模块，所述断路模块的一端与所述第一供电单元的一端电连接，所述断路模块的另一端与所述第一系统电连接；其中，所述断路模块还与所述电池管理单元电连接，所述断路模块用于根据所述控制信号控制所述第一供电单元与所述第一系统的连接状态。
14.根据本技术的一些实施例，所述断路模块包括：第三开关，所述第三开关分别与所述第一供电单元、所述电池管理单元和所述第一系统电连接，所述第三开关用于根据所述控制信号控制所述第一供电单元与所述第一系统的连接状态；第四开关，所述第四开关分别与所述第一供电单元、所述第一系统和所述电池管理单元电连接，所述第四开关用于根据所述控制信号控制所述第一系统的预充操作。
15.根据本技术的一些实施例，所述第一供电单元至少包括一个三元电池，所述第二供电单元至少包括一个磷酸铁锂电池。
16.本技术的附加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，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
17.下面结合附图和实施例对本技术做进一步的说明，其中：
18.图1为本技术实施例相关技术的一模块框图；
19.图2为本技术实施例电池系统的一模块框图；
20.图3为本技术实施例电池系统的另一模块框图；
21.图4为本技术实施例电池系统的一电路结构示意图。
22.附图标记：
23.第一系统100、第二系统200、供电模块300、第一供电单元310、第二供电单元320、转换模块400、电池管理模块500、断路模块600。
具体实施方式
24.下面详细描述本技术的实施例，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，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
25.在本技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
26.在本技术的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
27.本技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本技术中的具体含义。
28.本技术的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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技术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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
29.需要说明的是，在下列各实施例中，以第一系统为动力系统、第二系统为整车供电模块为例进行说明。其中，动力系统用于为bsg(bell
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driven starter generator)等汽车动力装置供电，整车供电模块用于为bcm(车身控制器)等整车控制装置供电。可以理解的是，第一系统和第二系统所表示的汽车系统还可以实际情况进行适应性调整。
30.参照图1，在相关技术中，电池系统包括48v电池系统和12v电池系统两种供电模块，两种供电模块分别为动力系统和整车供电模块提供电信号。其中，48v电池系统为动力系统提供电信号，dcdc转换器将48v电池系统提供的48v电压转换为12v电压，以持续为12v电池系统充电，使得12v电池系统能够为整车供电模块提供电信号。在上述方法中，48v电池系统和12v电池系统需占用较大的整车空间，并且当12v电池系统发生故障时，整车供电模块将停止工作，从而对汽车运作造成影响。基于此，本技术实施例提供了一种电池系统，通过将48v电池系统和12v电池系统集成，减少了电池系统所占用的空间，使得整车供电模块在12v电池系统发生故障时也能正常运作。
31.参照图2，本技术实施例提供了一种电池系统，应用于汽车，汽车包括第一系统100和第二系统200。电池系统包括：供电模块300和转换模块400。供电模块300分别与第一系统100和第二系统200电连接，供电模块300用于为第一系统100提供第一电信号；或者用于为第一系统100提供第一电信号，并为第二系统200提供第二电信号。转换模块400分别与供电模块300、第一系统100和第二系统200电连接，转换模块400用于将第一电信号转换为第三电信号。其中，第三电信号用于为供电模块300进行供电或为第二系统200供电。具体地，第一电信号表示供电模块300的所提供的整体电信号，第二电信号表示供电模块300的所提供
的部分电信号。转换模块400、第一系统100和第二系统200分别与所述供电模块300并联连接，转换模块400的输入端与供电模块的一端电连接，转换模块400的输出端与第二系统200电连接。当汽车处于正常模式时，供电模块300为第一系统100提供第一电信号，并同时为第二系统200提供第二电信号。此时，转换模块400用于对供电模块300进行补电操作，以保证供电模块300的电池均衡。当供电模块300出现异常故障时，例如：无法提供第二电信号时，第一电信号不满足第一系统100的供电电压，第一系统100暂停工作。此时，转换模块将第一电信号转换为第三电信号，使用第三电信号为第二系统200进行供电，从而保证了第二系统200的正常运作。
32.本技术实施例提供的电池系统通过对供电模块300进行集成，使得供电模块300既能为第一系统100提供第一电信号，又能为第二系统200提供第二电信号，从而减小了电池系统所占用的整车空间，在一定程度上降低了电池系统的成本以及整车体积。通过转换模块400将第一电信号转换为第三电信号，使得供电模块300在发生故障时，第二系统200能够使用第三信号继续运作，从而提高了电池系统的供电稳定性和可靠性。
33.参照图3，在一些实施例中，供电模块300包括：第一供电单元310和第二供电单元320。第一供电单元310的一端分别与转换模块400、第一系统100电连接，第一供电单元310用于提供初始电信号。第二供电单元320分别与第一供电单元310的另一端、转换模块400和第二系统200电连接，第二供电单元320用于提供第二电信号。其中，u1＝u0+u2，u1表示第一电信号，u0表示初始电信号，u2表示第二电信号。具体地，供电模块300由第一供电单元310和第二供电单元320串联集成而成，第二供电单元320用于为第二系统200系统第二电信号，第一供电单元310和第二供电单元320串联后生成的第一电信号用于对第一系统100进行供电。例如，第一系统100需要48v供电信号，第二系统200需要12v供电信号。第一供电单元310提供36v的初始电信号，第二供电单元320提供12v的第二电信号，供电模块300由第一供电单元310和第二供电单元320串联生成48v的第一电信号。由此，当供电模块300正常工作时，即可同时生成第一电信号和第二电信号，以分别对第一系统100和第二系统200进行供电。当供电模块300出现故障无法提供第二电信号时，转换模块400将第一电信号转换为12v的第三电信号，并发送给第二系统200，以保障第二系统200的正常运作。
34.此外，由于第二供电单元320既需要与第一供电单元310集成生成48v的第一电信号，又需要为第二系统200提供12v的第二电信号，因此，当供电模块300正常工作时，转换模块400对48v或36v电信号进行转换，并将转换后的电信号发送给第二系统200，以实现对第二供电单元320进行补电操作，从而保证电池的均衡。
35.在一些实施例中，电池系统还包括：电池管理模块500。电池管理模块500分别与供电模块300和转换模块400电连接，电池管理模块500用于采集第一电流、第二电流和第三电流，并根据第一电流、第二电流和第三电流中的至少一种生成控制信号。其中，第一电流表示供电模块300的电流，第二电流表示第二供电单元320的电流，第三电流表示转换模块400的电流。转换模块400根据控制信号对第三电信号的大小或传输状态进行控制。具体地，电池管理模块500分别采集供电模块300的第一电流、第一供电单元310的第二电流以及转换模块400的输出电流，并根据上述至少一种电流判断供电模块300的工作状态或供电情况。例如，判断第二供电单元320是否出现故障；或根据安时积分法计算出转换模块400需对第二供电单元320补电电流的大小以及补电时间，并生成对应的控制信号。当第二供电单元
320故障时，转换模块400根据控制信号将第一电信号转换为第三电信号，并将第三电信号发送给第二系统200，以保证第二系统200的正常运作。当供电模块300处于正常工作状态时，转换模块400根据控制信号生成对应的补电电流，以实现电池的均衡。
36.参照图4，在一些实施例中，电池管理模块500包括：第一采集单元510、第二采集单元520和电池管理单元。第一采集单元510的一端与第二供电单元320的另一端电连接，第一采集单元510的另一端与第一系统100电连接，第一采集单元510用于采集第一电流。第二采集单元520的一端与第二供电单元320的一端电连接，第二采集单元520的另一端与第二系统200电连接，第二采集单元520用于采集第二电流。电池管理单元分别与第一供电单元310、第二供电单元320、转换模块400、第一采集单元510和第二采集单元520电连接，电池管理单元用于采集第三电流，并根据第一电流、第二电流和第三电流中的至少一种生成控制信号。具体地，第一采集单元510串联于供电模块300对第一系统100的供电回路，第二采集单元520串联于第二供电单元320对第二系统200的供电回路。第一采集单元510包括分流器r1，第二采集单元520包括分流器r2，第一采集单元510和第二采集单元520将采集到的电流发送给电池管理单元，电池管理单元与转换模块400进行spi通信，电池管理单元对转换模块400的第三电流进行采集。电池管理单元根据第一电流、第二电流和第三电流中的至少一种生成控制信号，以使转换模块400根据控制信号生成对应的第三电信号或对第二供电单元320进行补电操作。
37.在一些实施例中，转换模块400包括：第一开关k1和电压转换单元。第一开关k1分别与第二供电单元320的一端、电池管理单元和第二系统200电连接。电压转换单元分别与第一开关k1、第一供电单元310的一端、第二供电单元320的另一端和电池管理单元电连接，电压转换单元用于将第一电信号转换为第三电信号。其中，第一开关k1用于根据控制信号对第三电信号的传输状态进行控制，电压转换单元还用于根据控制信号对第三电信号的大小进行控制。具体地，电压转换单元包括功率为3kw的dcdc转换器。第一开关k1为双稳态继电器等可控开关，第一开关k1的可控端与电池管理单元电连接，第一开关k1设置于第二供电单元320对第二系统200的供电回路上。在正常工作模式下，第一开关k1为常闭状态，电压转换单元根据控制信号调整对第二供电模块300进行补电操作时的电流大小。当第二供电单元320出现故障异常时，例如：第二供电单元320出现过压、欠压、开路、短路等任一种故障时，电池管理单元控制第一开关k1断开。此时，第二系统200的供电来源于电压转换单元所输出的第三电信号，从而保证了第二系统200的正常运作。可以理解的是，第一开关k1的元器件类型、dcdc转换器的功率还可以根据实际需要进行适应性选取。
38.在一些实施例中，电池管理单元包括：第二开关k2。第二开关k2与第二供电单元320电连接，用于根据控制信号控制第二供电单元320的导通状态。具体地，电池管理单元还包括与第二供电单元320并联的第二开关k2，第二开关k2为mos管。当电池管理单元检测到第二供电单元320发生故障时，电池管理单元控制mos管导通，使得第二供电单元320处于短路状态，以保护第二供电单元320以及整车的安全。可以理解的是，第二开关k2与第二供电单元320的连接形式(串联或并联等)、第二开关k2的元器件类型还可以根据实际情况进行适应性调整。
39.在一些实施例中，电池管理单元还包括：保险丝f1。保险丝f1的一端与第二开关k2电连接，保险丝f1的另一端与第二供电单元320的另一端电连接。具体地，保险丝f1串联于
第二开关k2与第二供电单元320的并联回路中，以防止在第二供电单元320正常的情况下，mos管短路失效而造成第二供电单元320短路。
40.在一些实施例中，电池系统还包括：断路模块600。断路模块600的一端与第一供电单元310的一端电连接，断路模块600的另一端与第一系统100电连接。其中，断路模块600还与电池管理单元电连接，断路模块600用于根据控制信号控制第一供电单元310与第一系统100的连接状态。具体地，断路模块600串联于供电模块300对第一供电单元310的供电回路中。当汽车处于下电、休眠等任一种状态时，电池管理单元生成对应的控制信号，断路模块600根据该控制信号断开供电模块300与第一供电单元310的连接线路，从而关断对第一供电单元310的供电，以减少供电资源的浪费。
41.在一些实施例中，断路模块600包括：第三开关k3和第四开关k4。第三开关k3分别与第一供电单元310、电池管理单元和第一系统100电连接，第三开关k3用于根据控制信号控制第一供电单元310与第一系统100的连接状态。第四开关k4分别与第一供电单元310、第一系统100和电池管理单元电连接，第四开关k4用于根据控制信号控制第一系统100的预充操作。具体地，第三开关k3和第四开关k4并联连接，第三开关k3和第四开关k4分别串联于供电模块300对第一系统100的供电回路上。第三开关k3和第四开关k4的均为继电器，第三开关k3和第四开关k4的可控端分别与电池管理单元电连接。当对第一系统100进行预充操作时，电池管理单元通过控制信号控制第四开关k4闭合。其中，与第四开关k4串联连接的电阻r0为预充电阻。当汽车处于下电、休眠等任一种状态时，电池管理单元通过控制信号控制第三开关k3断开，即关断供电模块300对第一供电单元310的供电。可以理解的是，第三开关k3和第四开关k4的元器件类型还可以根据实际情况进行适应性选取。
42.在一些实施例中，第一供电单元310至少包括一个三元电池，第二供电单元320至少包括一个磷酸铁锂电池。具体地，当第一系统100表示动力系统、第二系统200表示整车供电模块300时，第一供电单元310包括至少一个三元电池，以提供更高的功率密度和能量密度。第二供电单元320包括至少一个磷酸铁锂电池，或多个并联连接的磷酸铁锂电池。
43.参照图4，在一个具体的实施例中，电池管理单元包括mcu单元、afe单元、开关管理单元、sbc单元和can通信单元。mcu单元用于生成控制信号；afe单元用于采集第一电信号和第三电信号等；开关管理单元用于控制第一开关k1、第二开关k2、第三开关k3和第四开关k4；sbc单元用于进行制动控制；can单元用于与整车控制器(vcu)通信连接。
44.当汽车处于正常工作模式时，电池管理单元控制第三开关k3闭合，供电模块300为第一系统100提供48v供电电压，第二供电单元320为第二系统200提供12v供电电压。此时，由于第二供电单元320不仅为第一供电单元310提供电压，使得供电模块300生成48v供电电压，还同时为第二系统200提供12v的供电电压。因此，为了保证第二供电单元320的电池均衡，电池管理单元控制电压转换单元对供电模块300所生成的48v电压进行转换，以对第二供电单元320进行补电操作。
45.当汽车处于下电模式时，电池管理单元控制第三开关k3断开，第一系统100无供电信号，第二供电单元320为第二系统200提供12v供电电压。此时，电压转换单元处于低输出模式，电压转换单元对48v电压进行转换操作，电压转换单元的输出电流等于整车带电负载的消耗电流，从而实现对第二供电单元320进行补电操作。
46.当汽车处于休眠模式时，电池管理单元控制第三开关k3断开，第一系统100无供电
信号，整车处于休眠状态。此时，第二供电单元320为整车电器提供休眠电流。电池管理单元定时唤醒并监测第二供电单元320的电池状态。电池管理单元使能电压转换单元，控制电压转换单元输出小电流对第二供电单元320进行补电操作。
47.当汽车处于故障模式时，即第二供电单元320发生过压、欠压、开路、短路等任一种故障时，电池管理单元控制第一开关k1断开，并控制第二开关k2导通。此时，电压转换单元被电池管理单元使能工作，并进入降额工作模式。电压转换单元的输入电压由48v变为36v，电压转换单元将36v电压转换为12v电压，以保持对第二系统200的供电。
48.在一些实施例中，第一开关k1、第二开关k2和第三开关k3还可以选用mos管，并集成在电池管理单元中。
49.本技术实施例提供的电池系统通过将第一供电单元和第二供电单元集成形成供电模块，使得供电模块能够同时对第一系统和第二系统进行供电，减少了整车供电模块的数量，从而降低了供电模块所占用整车空间。通过电压转换单元对第一电信号进行转换，不仅实现了对第二供电单元的补充操作，使得电池均衡；而且在第二供电单元出现故障时，能够代替第二供电单元为第二系统供电，提高了电池系统的应变能力和可靠性。
50.上面结合附图对本技术实施例作了详细说明，但是本技术不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本技术宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。