电池包控制系统、电池包控制方法和车辆与流程

1.本发明涉及一种电池包控制系统，尤其涉及一种用于电动车的动力电池包的主动均衡控制系统。此外，本发明还涉及包括该电池包控制系统的车辆以及电池包控制方法。


背景技术：

2.为了保持电动汽车动力电池包中的各个电芯一致性，保护电池包寿命，需要对电池包中的电压高的高压电芯进行均衡，现有厂家一般使用被动均衡的方案。在该被动均衡方案中，高压电芯被连接到电阻，通过电阻消耗能量来降低高压电芯的电压，以实现各个电芯之间的电压均衡。但是，这种被动均衡方案会浪费电量，降低了电能的利用率，造成了资源的浪费。


技术实现要素：

3.本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
4.根据本发明的一个方面，提供一种电池包控制系统，包括：电池包，包括串联的多个电芯；充电电池；多个开关，连接在所述电芯和所述充电电池之间；和控制器，用于当所述多个电芯的电压不均衡时、控制所述多个开关将所述多个电芯中的部分或全部高压电芯连接至所述充电电池，以向所述充电电池充电。
5.根据本发明的一个示例性的实施例，所述多个开关包括：至少一个第一开关，任两个相邻的电芯之间串联一个第一开关；多个第二开关，串联之后连接于所述充电电池的正、负两极之间；至少一个第三开关，任两个相邻的第二开关之间串联一个第三开关；多个第四开关，每个第四开关串联在对应的一个第二开关的一端和对应的一个电芯的正极之间；和多个第五开关，每个第五开关串联在对应的一个第二开关的另一端和对应的一个电芯的负极之间。
6.根据本发明的另一个示例性的实施例，所述控制器还用于测量所述多个电芯的电压和根据测量到的所述多个电芯的电压判断所述多个电芯的电压是否均衡。
7.根据本发明的另一个示例性的实施例，所述控制器还用于测量所述充电电池的电压和根据测量到的所述充电电池的电压控制所述充电电池的充电时长；所述控制器还用于当所述控制器测量到的所述充电电池的电压达到预定阈值时、控制所述多个开关来断开所述高压电芯与所述充电电池之间的电连接。
8.根据本发明的另一个方面，提供一种电池包控制方法，包括以下步骤：
9.s10：提供前述电池包控制系统；
10.s20：控制器判断所述多个电芯的电压是否均衡；
11.s31：当判断所述多个电芯的电压不均衡时，所述控制器将所述多个开关控制成如下状态：
12.所有的第一开关断开；并且
13.所有的第三开关闭合；并且
14.连接在所述高压电芯的正、负极之间的第二开关断开，其余的第二开关闭合；并且
15.连接在所述高压电芯的正、负极之间的第四开关和第五开关闭合，其余的第四开关和第五开关断开。
16.根据本发明的一个示例性的实施例，前述电池包控制方法还包括步骤：
17.s32：当判断所述多个电芯的电压达到均衡时，所述控制器将所述多个开关都控制成断开状态。
18.根据本发明的另一个示例性的实施例，在所述步骤s20中，所述控制器还判断是否需要向所述电池包充电或通过所述电池包向外供电。
19.根据本发明的另一个示例性的实施例，前述电池包控制方法还包括步骤：
20.s33：当判断需要向所述电池包充电或通过所述电池包向外供电时，所述控制器将所述多个开关控制成如下状态：
21.所有的第一开关闭合；并且
22.所有的第二开关、所有的第三开关、所有的第四开关和所有的第五开关断开。
23.根据本发明的另一个示例性的实施例，所述步骤s31还包括：
24.s311：测量所述充电电池(20)的电压，判断所述充电电池(20)的电压是否达到预定阈值；
25.s312：当判定所述充电电池(20)的电压达到预定阈值时，所述控制器(30)将所述多个开关(1～5)都控制成断开状态。
26.根据本发明的另一个示例性的实施例，前述电池包控制方法还包括步骤：
27.s41：判断是否需要向所述电池包(10)充电或通过所述电池包(10)向外供电；
28.s42：当判定需要向所述电池包(10)充电或通过所述电池包(10)向外供电时，所述控制器(30)将所述多个开关(1～5)控制成如下状态：
29.所有的第一开关(1)闭合；并且
30.所有的第二开关(2)、所有的第三开关(3)、所有的第四开关(4)和所有的第五开关(5)断开。
31.根据本发明的另一个示例性的实施例，在所述步骤s20中，当所述多个电芯中的某个电芯的电压比所述多个电芯中的电压最低的电芯的电压高出预定值时，所述控制器判定所述某个电芯为高压电芯且判定所述多个电芯的电压不均衡。
32.根据本发明的另一个方面，还提供一种车辆，包括前述电池包控制系统。
33.在根据本发明的前述各个示例性的实施例中，本发明能够通过高压电芯向充电电池充电来达到各个电芯之间的电压均衡，从而节省了电能，提高了电能的利用率。因此，本发明合理利用了资源，具有环保高效的优点。
34.通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
附图说明
35.图1显示根据本发明的一个示例性的实施例的电池包控制系统的示意图，其中显示了处于初始状态的电池包；
36.图2显示根据本发明的一个示例性的实施例的电池包控制系统的示意图，其中显
示了利用一个高压电芯向充电电池充电；
37.图3显示根据本发明的另一个示例性的实施例的电池包控制系统的示意图，其中显示了利用四个高压电芯同时向充电电池充电；
38.图4显示根据本发明的一个示例性的实施例的电池包控制系统的示意图，其中显示了电池包处于充电或放电状态。
具体实施方式
39.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
40.另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
41.根据本发明的一个总体技术构思，提供一种电池包控制系统，包括：电池包，包括串联的多个电芯；充电电池；多个开关，连接在所述电芯和所述充电电池之间；和控制器，用于当所述多个电芯的电压不均衡时、控制所述多个开关将所述多个电芯中的部分或全部高压电芯连接至所述充电电池，以向所述充电电池充电。
42.图1显示根据本发明的一个示例性的实施例的电池包控制系统的示意图，其中显示了处于初始状态的电池包10。
43.如图1所示，在图示的实施例中，该电池包控制系统包括：电池包10、充电电池20、控制器30和多个开关1～5。电池包10包括串联的多个电芯b1～bn。多个开关1～5连接在电芯b1～bn和充电电池20之间。控制器30用于控制多个开关1～5的闭合和断开。
44.图2显示根据本发明的一个示例性的实施例的电池包控制系统的示意图，其中显示了利用一个高压电芯b1向充电电池充电。
45.如1和图2所示，如果多个电芯b1～bn的电压不均衡，例如，在图2所示的实施例中，电芯b1为高压电芯，这里的高压电芯是指电芯b1的电压比多个电芯(b1～bn)中的电压最低的电芯的电压高出预定值。此时，如图2所示，控制器30通过控制多个开关1～5将多个电芯b1～bn中的高压电芯b1连接至充电电池20，以向充电电池20充电。这样，就能够实现多个电芯b1～bn之间的电压均衡，同时，高压电芯b1的能量会被存储到充电电池20中，从而避免了能量的浪费，提高了电能利用率，节省了社会资源。图3显示根据本发明的另一个示例性的实施例的电池包控制系统的示意图，其中显示了利用四个高压电芯b1、b2、bn-2、bn-1同时向充电电池充电。
46.如图3所示，在图示的实施例中，多个电芯b1～bn中的四个电芯b1、b2、bn-2、bn-1为高压电芯。此时，控制器30通过控制多个开关1～5将四个高压电芯b1、b2、bn-2、bn-1同时连接至充电电池20，以同时向充电电池20充电。但是，本发明不局限于图示的实施例，例如，控制器30可以通过控制多个开关1～5将四个高压电芯b1、b2、bn-2、bn-1中的一部分高压电芯连接至充电电池20。
47.如1至图3所示，在图示的实施例中，多个开关1～5包括：至少一个第一开关1、多个第二开关2、至少一个第三开关3、多个第四开关4和多个第五开关5。任两个相邻的电芯b1～
bn之间串联一个第一开关1。多个第二开关2串联之后连接至充电电池20的正、负两极。任两个相邻的第二开关2之间串联一个第三开关3。每个第四开关4串联在对应的一个第二开关2的一端和对应的一个电芯b1～bn的正极之间。每个第五开关5串联在对应的一个第二开关2的另一端和对应的一个电芯b1～bn的负极之间。
48.请注意，本发明不局限于图示的实施例，本领域的普通技术人员能够在本发明的技术启示下设计出不同的开关电路，这些变化实施例理应落入本发明的保护范围之内。
49.如1至图3所示，在图示的实施例中，当多个电芯b1～bn的电压不均衡时，控制器30将多个开关1～5控制成如下状态：
50.所有的第一开关1断开；并且
51.所有的第三开关3闭合；并且
52.连接在高压电芯的正、负极之间的第二开关2断开，其余的第二开关2闭合；并且
53.连接在高压电芯的正、负极之间的第四开关4和第五开关5闭合，其余的第四开关4和第五开关5断开。
54.在图2所示的实施例中，当多个电芯b1～bn的电压不均衡时，控制器30将多个开关1～5控制成如下状态：
55.所有的第一开关1断开；并且
56.所有的第三开关3闭合；并且
57.连接在高压电芯b1的正、负极之间的第二开关2断开，其余的第二开关2闭合；并且
58.连接在高压电芯b1的正、负极之间的第四开关4和第五开关5闭合，其余的第四开关4和第五开关5断开。
59.在图3所示的实施例中，当多个电芯b1～bn的电压不均衡时，控制器30将多个开关1～5控制成如下状态：
60.所有的第一开关1断开；并且
61.所有的第三开关3闭合；并且
62.连接在高压电芯b1、b2、bn-2、bn-1的正、负极之间的第二开关2断开，其余的第二开关2闭合；并且
63.连接在高压电芯b1、b2、bn-2、bn-1的正、负极之间的第四开关4和第五开关5闭合，其余的第四开关4和第五开关5断开。
64.如图1所示，在图示的实施例中，当多个电芯b1～bn的电压达到均衡时，控制器30将多个开关1～5都控制成断开状态，即使得电池包控制系统恢复到图1所示的初始状态。
65.图4显示根据本发明的一个示例性的实施例的电池包控制系统的示意图，其中显示了电池包10处于充电或放电状态。
66.如图4所示，在图示的实施例中，当需要向电池包10充电或通过电池包10向外供电时，控制器30将多个开关1～5控制成如下状态：
67.所有的第一开关1闭合；并且
68.所有的第二开关2、所有的第三开关3、所有的第四开关4和所有的第五开关5断开。
69.如图1至图4所示，在图示的实施例中，多个开关1～5都为电控开关，例如，多个开关1～5可以都为接触器、继电器或mos管开关或其它本领域技术人员所知的开关器件。从成本的角度考虑，优选地使用mos管开关。
70.如图1至图4所示，在图示的实施例中，控制器30还用于测量多个电芯b1～bn的电压和根据测量到的多个电芯b1～bn的电压判断多个电芯b1～bn的电压是否均衡。
71.在本发明的一个示例性的实施例中，当多个电芯b1～bn中的某个电芯的电压比多个电芯b1～bn中的电压最低的电芯的电压高出预定值时，控制器30判定多个电芯b1～bn的电压不均衡且判定某个电芯为高压电芯。请注意，电芯电压不均衡的判断标准不局限于前述实施例，也就是说，电芯电压不均衡的判断标准也可以根据实际情况合理设定。
72.如图2和图3所示，在图示的实施例中，当多个电芯b1～bn中的高压电芯的数量多于一个时，控制器30通过控制多个开关1～5将所有的高压电芯b1、b2、bn-2、bn-1或一部分高压电芯b1电连接至充电电池20。
73.如图2和图3所示，在图示的实施例中，控制器30还用于测量充电电池20的电压和根据测量到的充电电池20的电压控制充电电池20的充电时长。当控制器30测量到的充电电池20的电压达到预定阈值时，控制器30通过控制多个开关1～5来断开高压电芯与充电电池20之间的电连接，以停止向充电电池20充电，从而避免充电电池20的电压过高。
74.在本发明的另一个示例性的实施例中，还公开一种车辆，该车辆包括前述电池包控制系统，所述车辆可以为电动车，也可以为使用多个电池包的非电动车辆。
75.如图1至图4所示，在图示实施例中，控制器30是一个ecu(电子控制单元)，其可以理解为是一个pcb板，其上设置有控制芯片、多个电压检测电路等。电压检测电路通过例如电导线连接至各个电芯b1～bn及充电电池20的两端，从而获取各个电芯b1～bn及充电电池20的电压，控制芯片可通过例如电导线连接至各个开关1～5，从而可以根据各个电芯b1～bn及充电电池20的电压，对各个开关1～5的开关状态进行控制，以实现电压均衡。
76.在本发明的一个示例性的实施例中，还公开一种电池包控制方法，该方法主要包括以下步骤：
77.s10：提供前述电池包控制系统；
78.s20：控制器30判断多个电芯b1～bn的电压是否均衡；
79.s31：当判定多个电芯b1～bn的电压不均衡时，控制器30将多个开关1～5控制成如下状态：
80.所有的第一开关1断开；并且
81.所有的第三开关3闭合；并且
82.连接在高压电芯的正、负极之间的第二开关2断开，其余的第二开关2闭合；并且
83.连接在高压电芯的正、负极之间的第四开关4和第五开关5闭合，其余的第四开关4和第五开关5断开。
84.在本发明的一个示例性的实施例中，所述步骤s31还包括：
85.s311：测量所述充电电池(20)的电压，判断所述充电电池(20)的电压是否达到预定阈值；
86.s312：当判定所述充电电池(20)的电压达到预定阈值时，所述控制器(30)将所述多个开关(1～5)都控制成断开状态。
87.在本发明的一个示例性的实施例中，前述电池包控制方法还包括步骤：
88.s32：当判断多个电芯b1～bn的电压达到均衡时，控制器30将多个开关1～5都控制成断开状态。
89.根据本发明的一个示例性的实施例，前述电池包控制方法还包括步骤：：
90.s41：判断是否需要向所述电池包(10)充电或通过所述电池包(10)向外供电；
91.s42：当判断需要向电池包10充电或通过电池包10向外供电时，控制器30将多个开关1～5控制成如下状态：
92.所有的第一开关1闭合；并且
93.所有的第二开关2、所有的第三开关3、所有的第四开关4和所有的第五开关5断开。
94.根据本发明的一个示例性的实施例，在前述步骤s20中，控制器30通过多个电压检测电路获取各个电芯b1～bn的电压，当多个电芯b1～bn中的某个电芯b1～bn的电压比多个电芯b1～bn中的电压最低的电芯的电压高出预定值时，控制器30判定某个电芯b1～bn为高压电芯且判定多个电芯b1～bn的电压不均衡。
95.本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合，这些变化理应落入本发明的保护范围以内。
96.虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。
97.虽然本发明的总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明的总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
98.应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。

技术特征：
1.一种电池包控制系统，其特征在于，包括：电池包(10)，包括串联的多个电芯(b1～bn)；充电电池(20)；多个开关(1～5)，连接在所述电芯(b1～bn)和所述充电电池(20)之间；和控制器(30)，用于当所述多个电芯(b1～bn)的电压不均衡时，控制所述多个开关(1～5)将所述多个电芯(b1～bn)中的部分或全部高压电芯连接至所述充电电池(20)，以向所述充电电池(20)充电。2.根据权利要求1所述的电池包控制系统，其特征在于，所述多个开关(1～5)包括：至少一个第一开关(1)，任两个相邻的电芯(b1～bn)之间串联一个第一开关(1)；多个第二开关(2)，串联之后连接于所述充电电池(20)的正、负两极之间；至少一个第三开关(3)，任两个相邻的第二开关(2)之间串联一个第三开关(3)；多个第四开关(4)，每个第四开关(4)串联在对应的一个第二开关(2)的一端和对应的一个电芯(b1～bn)的正极之间；和多个第五开关(5)，每个第五开关(5)串联在对应的一个第二开关(2)的另一端和对应的一个电芯(b1～bn)的负极之间。3.根据权利要求1所述的电池包控制系统，其特征在于：所述控制器(30)还用于测量所述多个电芯(b1～bn)的电压和根据测量到的所述多个电芯(b1～bn)的电压判断所述多个电芯(b1～bn)的电压是否均衡。4.根据权利要求1所述的电池包控制系统，其特征在于：所述控制器(30)还用于测量所述充电电池(20)的电压和根据测量到的所述充电电池(20)的电压控制所述充电电池(20)的充电时长；所述控制器(30)还用于当所述控制器(30)测量到的所述充电电池(20)的电压达到预定阈值时，控制所述多个开关(1～5)来断开所述高压电芯与所述充电电池(20)之间的电连接。5.一种电池包控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s10：提供如权利要求2-4中任一项所述的电池包控制系统；s20：控制器(30)判断所述多个电芯(b1～bn)的电压是否均衡；s31：当判定所述多个电芯(b1～bn)的电压不均衡时，所述控制器(30)将所述多个开关(1～5)控制成如下状态：所有的第一开关(1)断开；并且所有的第三开关(3)闭合；并且连接在高压电芯的正、负极之间的第二开关(2)断开，其余的第二开关(2)闭合；并且连接在所述高压电芯的正、负极之间的第四开关(4)和第五开关(5)闭合，其余的第四开关(4)和第五开关(5)断开。6.根据权利要求5所述的电池包控制方法，其特征在于，还包括步骤：s32：当判定所述多个电芯(b1～bn)的电压达到均衡时，所述控制器(30)将所述多个开关(1～5)都控制成断开状态。7.根据权利要求5所述的电池包控制方法，其特征在于，所述步骤s31还包括：s311：测量所述充电电池(20)的电压，判断所述充电电池(20)的电压是否达到预定阈
值；s312：当判定所述充电电池(20)的电压达到预定阈值时，所述控制器(30)将所述多个开关(1～5)都控制成断开状态。8.根据权利要求5所述的电池包控制方法，其特征在于，还包括步骤：s41：判断是否需要向所述电池包(10)充电或通过所述电池包(10)向外供电；s42：当判定需要向所述电池包(10)充电或通过所述电池包(10)向外供电时，所述控制器(30)将所述多个开关(1～5)控制成如下状态：所有的第一开关(1)闭合；并且所有的第二开关(2)、所有的第三开关(3)、所有的第四开关(4)和所有的第五开关(5)断开。9.根据权利要求5所述的电池包控制方法，其特征在于：在所述步骤s20中，当所述多个电芯(b1～bn)中的某个电芯(b1～bn)的电压比所述多个电芯(b1～bn)中的电压最低的电芯的电压高出预定值时，所述控制器(30)判定所述某个电芯(b1～bn)为高压电芯且判定所述多个电芯(b1～bn)的电压不均衡。10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的电池包控制系统。

技术总结
本发明公开电池包控制系统、电池包控制方法和车辆。电池包控制系统包括：电池包，包括串联的多个电芯；充电电池；多个开关，连接在所述电芯和所述充电电池之间；和控制器，用于当所述多个电芯的电压不均衡时、控制所述多个开关将所述多个电芯中的部分或全部高压电芯连接至所述充电电池，以向所述充电电池充电。本发明能够通过高压电芯向充电电池充电来达到各个电芯之间的电压均衡，从而节省了电能，提高了电能的利用率。了电能的利用率。了电能的利用率。


技术研发人员：彭光清
受保护的技术使用者：上海海拉电子有限公司
技术研发日：2021.12.22
技术公布日：2023/6/28