电池系统及电动车辆的制作方法

1.本申请涉及电池应用领域，尤其涉及一种电池系统及电动车辆。


背景技术：

2.现有技术中，通过采用切换开关实现电池系统电压的调节，例如，放电时，通过切换开关实现电池系统中的电池包串联，以较高的电压放电，满足用电设备的功率要求；充电时，通过切换开关实现电池系统中的电池包并联，以较低的电压给电池系统充电。但是，频繁的切换开关会增加开关损害的风险，使电池系统的可靠性较低。
3.申请内容
4.本申请实施例提供一种电池系统及电动车辆，提高了电池系统的可靠性。
5.为达到上述目的，第一方面，本申请实施例提供一种电池系统，所述电池系统包括第一电池包、第二电池包和变换器；
6.所述第一电池包和所述第二电池包串联，用于与用电设备电连接，所述第一电池包和所述第二电池包的连接点用于与用电设备电连接；
7.所述第一电池包的正极端用于与充电机的正极端电连接，所述第一电池包的负极端用于与所述充电机的负极端电连接，所述第一电池包通过所述充电机充电；
8.所述变换器包括储能元件、功率开关、输入端、第一输出端和第二输出端；所述储能元件的第一端与所述输入端电连接，所述储能元件的第二端分别与所述第一输出端和所述功率开关的第一端电连接，所述功率开关的第二端与所述第二输出端连接；
9.所述输入端通过第一接口与所述第二电池包的负极端电连接，所述输入端通过第二接口用于与所述充电机的正极端电连接，所述第一输出端还与所述第二电池包的正极端电连接，所述第二输出端还用于与所述充电机的负极端电连接；
10.所述功率开关处于导通状态时，所述充电机对所述储能元件充电；所述功率开关处于截止状态时，所述储能元件对所述第二电池包充电。
11.可选的，所述变换器还包括控制芯片；
12.所述控制芯片的第一端与所述功率开关的第三端电连接，用于控制功率开关的通断。
13.可选的，所述变换器还包括单向导通件，所述储能元件的第二端通过所述单向导通件与所述第一输出端电连接。
14.可选的，所述变换器还包括采样电阻；
15.所述采样电阻的第一端与所述控制芯片的第二端电连接，所述采样电阻的第一端还用于与所述充电机的负极端电连接；
16.所述采样电阻的第二端分别与所述控制芯片的第三端和所述功率开关的第二端电连接。
17.可选的，所述变换器还包括电容，所述输入端通过所述电容与所述第一输出端电连接。
18.可选的，所述功率开关为金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管mos管；
19.所述功率开关的第一端为所述mos管的漏极；
20.所述功率开关的第二端为所述mos管的源极；
21.所述功率开关的第三端为所述mos管的栅极。
22.可选的，所述储能元件为电感或隔离变压器。
23.可选的，所述单向导通件为二极管。
24.第二方面，本申请实施例提供一种电动车辆，包括电机和如第一方面所述的电池系统，所述电池系统的第一电池包和第二电池包串联后与所述电机连接。
25.可选的，所述电动车辆还包括电机控制器，所述第一电池包和所述第二电池包串联后，通过所述电机控制器与所述电机连接。
26.本申请实施例中，电池系统包括第一电池包、第二电池包和变换器，第一电池包和第二电池包串联，与用电设备电连接，即第一电池包与第二电池包串联以较高电压放电。第一电池包的正极端与充电机的正极端电连接，第一电池包的负极端与充电机的负极端电连接，第一电池包通过充电机充电；充电机先对变换器中的储能元件充电，变换器中的储能元件再对第二电池包充电，充电机通过变换器对第二电池包充电，即充电时，第一电池包与第二电池包并联，充电机以较低电压充电。在本申请实施例中，无需频繁切换开关，通过变换器即可实现以较低的电压给电池系统充电，提高了电池系统的可靠性。
附图说明
27.为了更清楚的说明本申请实施例中的技术方案，现对说明书附图作如下说明，显而易见地，下述附图仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据所列附图获得其他附图。
28.图1是本申请实施例提供的电池系统的结构示意图之一；
29.图2是本申请实施例提供的电池系统的结构示意图之二；
30.图3是本申请实施例提供的电池系统的结构示意图之三。
具体实施方式
31.下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在本申请中的实施例的基础上，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
32.第一方面，参见图1，本申请实施例提供一种电池系统，包括第一电池包u1、第二电池包u2和变换器conv。第一电池包u1和第二电池包u2串联，用于与用电设备电连接，第一电池包u1和第二电池包u2的连接点a用于与用电设备电连接。第一电池包u1的正极端用于与充电机的正极端电连接，第一电池包u1的负极端用于与充电机的负极端电连接，第一电池包u1通过充电机充电。变换器conv包括储能元件、功率开关、输入端v1、第一输出端vo1和第二输出端vo2；储能元件的第一端与输入端v1电连接，储能元件的第二端分别与第一输出端vo1和功率开关的第一端电连接，功率开关的第二端与第二输出端vo2连接。输入端v1通过第一接口与第二电池包u2的负极端电连接，输入端v1通过第二接口用于与充电机的正极端
电连接，第一输出端vo1还与第二电池包u2的正极端电连接，第二输出端vo2还用于与充电机的负极端电连接。功率开关处于导通状态时，充电机对储能元件充电；功率开关处于截止状态时，储能元件对第二电池包u2充电。
33.具体的，本申请实施例提供的电池系统在使用过程中主要有高压放电和低压充电这两个过程。高压放电过程为：第一电池包u1和第二电池包u2串联，与用电设备电连接，若第一电池包u1和第二电池包u2的电压均为48v，那么第一电池包u1和第二电池包u2串联后电压为96v，即电池系统以96v的高压向用电设备充电。
34.低压充电过程为：第一电池包u1的正极端与充电机的正极端电连接，第一电池包u1的负极端与充电机的负极端电连接，若第一电池包u1的电压为48v，那么充电机以48v的电压向第一电池包u1充电。
35.变换器conv的输入端v1通过第二接口与充电机的正极端电连接，变换器conv的第二输出端vo2还与充电机的负极端电连接，若第二电池包u2的电压为48v，那么充电机以48v的电压向变换器conv充电，变换器conv再利用此部分电能向第二电池包u2充电。功率开关处于导通状态时，电流从充电机的正极端流出，流经储能元件和功率开关后，从充电机的负极端流入，充电机对储能元件充电，储能元件储存电能，此过程也可以说是充电机向变换器conv充电；功率开关处于截止状态时，储能元件在功率开关处于截止状态时，储能元件储存的电能向第二电池包u2释放，电流从储能元件的第二端流出，依次流经第一输出端vo1、第二电池包u2的正极端、第二电池包u2的负极端、输入端v1，从储能元件的第一端流入，以实现储能元件对第二电池包u2充电，也可以说变换器conv向第二电池包u2充电。
36.充电时，充电机输出的电能，一部分通过变换器conv供给第二电池包u2充电，另一部分直接供给第一电池包u1充电。电池系统中的第一电池包u1和第二电池包u2根据电池包内置的电池管理系统bms所设定的充电参数进行充电。
37.需要说明的是，第一电池包u1和第二电池包u2通常不会同时充满。当第一电池包u1或第二电池包u2充满时，电池系统会按照事先规定的充电协议中的充电截止参数停止充电，任意一个电池包充满电后停止充电，均不会影响未充满电的电池包继续充电，直至充满。
38.若第一电池包u1先充满电，第一电池包u1则断开其内部的充电回路开关sw1，第一电池包u1停止充电，同时变换器conv也一并停止工作。第二电池包u2继续由充电机直接充电，直到充满电后，触发充电保护切断第二电池包u2的充电回路，停止充电；若第二电池包u2先充满电，第二电池包u2则断开其内部的充电回路开关sw2，第二电池包u2停止充电。第一电池包u1继续由充电机通过变换器conv充电，直到充满电后，触发充电保护切断第一电池包u1充电回路，停止充电。
39.电池系统的第一电池包u1和第二电池包u2均充满电，则代表电池系统充电完成。
40.本申请实施例中，电池系统包括第一电池包、第二电池包和变换器，第一电池包和第二电池包串联，与用电设备电连接，即第一电池包与第二电池包串联以较高电压放电。第一电池包的正极端与充电机的正极端电连接，第一电池包的负极端与充电机的负极端电连接，第一电池包通过充电机充电；充电机先对变换器中的储能元件充电，变换器中的储能元件再对第二电池包充电，充电机通过变换器对第二电池包充电，即充电时，第一电池包与第二电池包并联，充电机以较低电压充电。在本申请实施例中，无需频繁切换开关，通过变换
器即可实现以较低的电压给电池系统充电，提高了电池系统的可靠性。
41.此外，通过把第一电池包u1和第二电池包u2的连接点a，与用电设备的设备本身连接在一起，可以达到降低电池系统电压等级的效果。以第一电池包u1和第二电池包u2上的压降均为48v为例进行说明：当人与用电设备接触时，人与设备本身等电压，人相对于电池系统的第二电池包u2正极的电压绝对值为48v，而不是第一电池包u1和第二电池包u2串联后的压降96v；同样，人相对于电池系统的第一电池包u1负极的电压绝对值为48v，而不是第一电池包u1和第二电池包u2串联后的压降96v，从而降低了电池系统的安全风险。同时，因电池系统安全风险较低，可以省去漏电绝缘监控系统模块，降低了电池系统的成本。
42.可选的，参见图1，变换器conv还包括控制芯片，控制芯片的第一端与功率开关的第三端电连接，用于控制功率开关的通断。可以通过控制芯片控制功率开关的通断，以控制充电机向变换器conv充电以及变换器conv向第二电池包u2充电的具体过程。
43.可选的，变换器conv还包括单向导通件，储能元件的第二端通过单向导通件与第一输出端vo1电连接。
44.参见图1和图3，该单向导通件可以为二极管d1，二极管d1正极端与储能元件的第二端电连接，二极管d1的负极端与第一输出端vo1电连接。
45.参见图2，该单向导通件可以为mos管q2，mos管q2的栅极端与控制芯片的第四端电连接，mos管q2的漏极与储能元件的第二端电连接，mos管q2的源极与第一输出端vo1电连接。
46.通过设置单向导通件可以防止功率元件导通时，第二电池包u2中的电流反灌。
47.可选的，变换器conv还包括采样电阻。采样电阻的第一端与控制芯片的第二端电连接，采样电阻的第一端还用于与充电机的负极端电连接，采样电阻的第二端分别与控制芯片的第三端和功率开关的第二端电连接。
48.可以通过采样电阻采样的方式，采集充电机向储能元件充电时，充电回路中的电流大小。控制芯片可以根据采样到的电流大小，按照预设规则，发出电信号以控制功率开关的导通或截止。
49.可选的，参见图1、图2和图3，变换器conv还包括电容，输入端v1通过电容与第一输出端vo1电连接。通过设置电容，可以将变换器conv对第二电池包u2充电时的脉冲电流转变为平稳的直流电流，使充电过程更稳定可靠。
50.可选的，参见图1、图2和图3，功率开关为金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管mos管。功率开关的第一端为mos管的漏极，功率开关的第二端为mos管的源极，功率开关的第三端为mos管的栅极。
51.具体的，控制芯片输出高低电平信号至mos管的栅极，以控制mos管的导通或截止。mos管为常用的功率开关器件，具备性能优良，成本较低的优点。
52.可选的，储能元件为电感或隔离变压器。
53.参见图1和图2，储能元件可以为电感l1，电感l1的一端与输入端v1电连接，电感l1的另一端分别与第一输出端vo1和功率开关的第一端电连接。
54.参见图3，储能元件可以为隔离变压器t1，隔离变压器t1输入绕组的一端与输入端v1电连接，隔离变压器t1输入绕组的另一端分别与第一输出端vo1和功率开关的第一端电连接。隔离变压器t1输出绕组的一端与电容c1的一端电连接，隔离变压器t1输出绕组的另
一端与电容c1的另一端电连接。
55.第二方面，参见图1、图2和图3，本申请实施例还提供一种电动车辆，包括电机和上述实施例提供的电池系统，电池系统的第一电池包u1和第二电池包u2串联后与电机连接。
56.应理解，电动车辆即为前文所述的用电设备。通过把第一电池包u1和第二电池包u2的连接点a，与用电设备即电动车辆的车身b连接在一起，可以达到降低电池系统电压等级的效果。以第一电池包u1和第二电池包u2上的压降均为48v为例进行说明：当人在车上时，人与车身b等电压，人相对于电池系统的第二电池包u2正极的电压绝对值为48v，而不是第一电池包u1和第二电池包u2串联后的压降96v；同样，人相对于电池系统的第一电池包u1负极的电压绝对值为48v，而不是第一电池包u1和第二电池包u2串联后的压降96v，从而降低了电池系统的安全风险。同时，因电池系统安全风险较低，可以省去漏电绝缘监控系统模块，降低了电池系统的成本。
57.电机将电能转换为机械能，可以装配在电动车辆上。电池系统的第一电池包u1和第二电池包u2串联后与电机连接，为电机提供所需的电能。所述电池系统的结构和工作原理可以参照上述实施例，在此不再赘述。由于本申请实施例提供的电动车辆包括上述实施例的电池系统，因此本申请实施例提供的电动车辆具有上述实施例中电池系统的全部有益效果。
58.可选的，参见图1、图2和图3，电动车辆还包括电机控制器，第一电池包u1和第二电池包u2串联后，通过电机控制器与电机连接。通过电机控制器可以更方便的控制电机的工作状态。
59.上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。