本實(shí)用新型涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電池系統(tǒng)架構(gòu)。

背景技術(shù)：

目前，大多數(shù)電池組包先用小容量單體并聯(lián)成模組，再用模組串聯(lián)成所需電壓。這種架構(gòu)的致命問題是并聯(lián)模組里有隱形內(nèi)電流，而且無法切斷。以兩節(jié)單體并聯(lián)為例，在兩節(jié)電池電壓準(zhǔn)確相等時(shí)，內(nèi)電流為零。當(dāng)兩節(jié)單體電壓差為0.1V時(shí)，如果每個(gè)單體的內(nèi)阻加導(dǎo)線總電阻為50毫歐，內(nèi)電流即為1安培。因此，當(dāng)電池老化電壓差增大或者某個(gè)單體突然短路，這個(gè)內(nèi)電流足以引起燃燒。這是今天所有存在并聯(lián)單體的汽車電池存在的問題。本實(shí)用新型徹底去除了并聯(lián)的單體。

鋰電池發(fā)熱燃燒到一定時(shí)候會出現(xiàn)一種“熱失控”現(xiàn)象，即越燒越快，此時(shí)切斷電流已經(jīng)無法阻止燃燒。因此，要防止電池燃燒，電池管理系統(tǒng)(BMS)必須在發(fā)熱早期檢測到溫度異常。

目前，電動汽車的動力電池包中的溫度傳感器數(shù)目(如熱敏電阻)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于單體電池?cái)?shù)目，往往需要隔幾個(gè)單體電池安裝一個(gè)溫度傳感器。如果某一個(gè)位于中間的單體電池電芯發(fā)熱時(shí)，因它們遠(yuǎn)離溫度傳感器，等到最近的傳感器測量到溫度異常，由于鋰電池著火后的熱失控現(xiàn)象，往往已經(jīng)無可補(bǔ)救，電池包已經(jīng)著火，這是今天很多電池包起火的根本原因。本實(shí)用新型提出(1)今后生產(chǎn)單體電池應(yīng)該做成自帶有溫度傳感元件；或者(2)每一節(jié)單體外加附著一個(gè)熱敏電阻，這個(gè)成本增加對于提高安全性是完全值得的。

另外，當(dāng)前BMS一般以電壓作為主要測量對象。今天的動力電池，尤其磷酸鐵鋰電池，具有非?！捌教埂钡碾妷?容量特性：即在曲線中間很大一部分容量范圍里，電池端電壓變化很小。這使得特性以電壓描述非常困難，尤其為了實(shí)現(xiàn)電池均衡，電壓測量需要非常準(zhǔn)確，測量精度要求1-3mV，成本大大提高。

而采用本實(shí)用新型提出的先串后并(FSTP，F(xiàn)irst Serial Then Parallel)架構(gòu)，可以在某一單體出現(xiàn)故障時(shí)將整串?dāng)嚅_(由于電池包由多串并聯(lián)，汽車仍然可以行駛)。本實(shí)用新型以這個(gè)功能取代了造價(jià)高、可靠性差的均衡方案，電壓測量精度到0.01V已經(jīng)足夠，BMS不需要使用昂貴的高精度電壓采樣芯片，成本大大降低。而BMS只要在電流檢測上提高精度。

使用以上措施后，電池起火燃燒的可能性降低了一個(gè)數(shù)量級。先串后并方案是以造價(jià)換取安全性能，因而如何降低造價(jià)是它推廣應(yīng)用的一個(gè)主要障礙；本實(shí)用新型不需要使用昂貴的高精度電壓采樣芯片，在電池包容量與單體容量之比小于10時(shí)采用PCB，這使本實(shí)用新型的先串后并架構(gòu)成本大大降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種電池系統(tǒng)架構(gòu),包含該架構(gòu)的電池系統(tǒng)、電動汽車，以及利用該電池系統(tǒng)的控制策略。

本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):

一方面，提供一種電池系統(tǒng)架構(gòu)，包括子串電池管理系統(tǒng)，所述子串電池管理系統(tǒng)的數(shù)量與子串的數(shù)量相同，其特征在于：其采樣電路包括A/D轉(zhuǎn)換器、溫度傳感器和霍爾傳感器，所述A/D轉(zhuǎn)換器與單體電池并聯(lián)，用于測定每一節(jié)單體電池的電壓；所述溫度傳感器附著在單體電池上，用于測定該串每一節(jié)單體電池的溫度；所述霍爾傳感器與子串電池串聯(lián)，用于測定其對應(yīng)子串電池的電流；所述子串電池管理系統(tǒng)根據(jù)采樣電路測得參數(shù)，計(jì)算出該子串電池的SOC和總電壓；與以往的BMS相比，整個(gè)電池包中每一節(jié)單體的電壓、溫度都得到監(jiān)控，將汽車動力電池的安全性提高了一個(gè)數(shù)量級，且成本低于先前提出的先串后并方案。

優(yōu)選地，當(dāng)電池包的總?cè)萘颗c子串電池容量之比大于10時(shí)，所述子串電池管理系統(tǒng)與采樣電路制成SiP(System in Package)芯片，其成本低于先前先串后并架構(gòu)提出的SoC芯片。必須說明，這里以及下面出現(xiàn)的數(shù)字10僅僅是一個(gè)舉例，不是規(guī)定。具體應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況(如空間、造價(jià)等)來決定。

優(yōu)選地，當(dāng)電池包的總?cè)萘颗c子串電池容量之比小于等于10時(shí)，所述子串電池管理系統(tǒng)可以采用PCB(Printed Circuit Board，印刷電路)，成本遠(yuǎn)低于開發(fā)SiP芯片。換言之，在SiP芯片開發(fā)出來前，使用PCB是可行的，因?yàn)槠鋽?shù)量不多，尤其在大巴車上，體積也不算一個(gè)問題。

另一方面，提供一種電池系統(tǒng)，包括上述任意一種電池系統(tǒng)架構(gòu)。

再一方面，提供一種電動汽車，包括上述的電池系統(tǒng)。

還有一方面，提供一種電池系統(tǒng)控制策略，上述電池系統(tǒng)還包括，總電池管理系統(tǒng)、一系列繼電器，所述總電池管理系統(tǒng)與子串電池管理系統(tǒng)通過CAN總線相連接，所述每個(gè)繼電器與每個(gè)子串電池串聯(lián)，其特征在于：

所述A/D轉(zhuǎn)換器測定該串每一節(jié)單體電池的電壓，所述溫度傳感器測定其對應(yīng)單體電池的溫度，所述霍爾傳感器測定其對應(yīng)子串電池的電流，計(jì)算出該子串電池的SOC (Status of Charge，電池充電狀態(tài))和總電壓，并將該子串電池的電壓報(bào)警信號、溫度報(bào)警信號、SOC和總電壓發(fā)送至總電池管理系統(tǒng)。

優(yōu)選地，所述總電池管理系統(tǒng)在該子串電池出現(xiàn)不可修復(fù)的故障時(shí)，通過所述繼電器將該子串電池與其他子串電池?cái)嚅_。

進(jìn)一步優(yōu)選地，電池系統(tǒng)控制策略無需做電池均衡，電壓測量精度為0.01V即可。這個(gè)精度比均衡所要求的降低一個(gè)數(shù)量級，從而大大降低了先串后并子串控制器的造價(jià)。

最后一方面，提供一種所述電池系統(tǒng)控制策略的應(yīng)用，所述電池系統(tǒng)控制策略可以應(yīng)用于所有不使用均衡的BMS控制器(即不一定是先串后并)，即電壓測量精度0.01V 即可，從而一般BMS造價(jià)也可以降低。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下的有益效果：

(1)本實(shí)用新型采用先串后并(FSTP)架構(gòu)，將汽車動力電池的安全性提高了一個(gè)數(shù)量級；

(2)本實(shí)用新型降低了對電壓的測量精度要求，從而降低了先串后并電池系統(tǒng)的成本；這個(gè)原則也適用于今天所有不使用均衡的BMS。

(3)當(dāng)電池包的總?cè)萘颗c子串電池容量之比小于等于10時(shí)，本實(shí)用新型以PCB取代開發(fā)SiP集成電路，大大降低了先串后并電池系統(tǒng)的成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例及現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中當(dāng)(電池包總?cè)萘?單體容量)<10時(shí)采用PCB的電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型另一優(yōu)選實(shí)施例中當(dāng)(電池包總?cè)萘?單體容量)>10時(shí)采用SiP 的電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但不以任何形式限制本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)明確，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)用新型提供的一種電池系統(tǒng)，包括：電池包、總電池管理系統(tǒng)、子串電池管理系統(tǒng)和一系列繼電器；其特征在于：

所述子串電池管理系統(tǒng)的采樣電路包括A/D轉(zhuǎn)換器、溫度傳感器和霍爾傳感器，所述A/D轉(zhuǎn)換器與單體電池并聯(lián)，用于測定每一節(jié)單體電池的電壓；所述溫度傳感器附著在單體電池上，用于測定該串每一節(jié)單體電池的溫度；所述霍爾傳感器與子串電池串聯(lián)，用于測定其對應(yīng)子串電池的電流；所述子串電池管理系統(tǒng)根據(jù)采樣電路測得參數(shù)，計(jì)算出該子串電池的SOC和總電壓。

所述電池包采用先串后并(FSTP)架構(gòu)，先將200個(gè)20AH單體電池串聯(lián)成子串電池,再將6個(gè)子串電池并聯(lián)為120AH電池包；

所述電池包總?cè)萘?120AH)/單體電池容量(20AH)＝6,因?yàn)?<10，所以，所述子串電池管理系統(tǒng)可以使用PCB制成。

所述子串電池管理系統(tǒng)的數(shù)量與子串的數(shù)量相同，根據(jù)采樣電路測得參數(shù)，計(jì)算出該子串電池的SOC和總電壓；對存在故障的單體電池進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)與總電池管理系統(tǒng)通訊；

在該子串電池出現(xiàn)不可修復(fù)的故障時(shí)，總電池管理系統(tǒng)通過所述繼電器將該子串電池與其他子串電池?cái)嚅_；

所述總電池管理系統(tǒng)與所述子串電池管理系統(tǒng)以及與電動汽車的其他控制系統(tǒng)通過兩路CAN總線連接。

上述使用PCB的電池系統(tǒng)適用于大巴車。

實(shí)施例2

如圖2所示，本實(shí)用新型提供的一種電池系統(tǒng)，包括：電池包、總電池管理系統(tǒng)、子串電池管理系統(tǒng)和一系列繼電器；其特征在于：

所述子串電池管理系統(tǒng)采樣電路包括A/D轉(zhuǎn)換器、溫度傳感器和霍爾傳感器，所述A/D轉(zhuǎn)換器與單體電池并聯(lián)，用于測定每一節(jié)單體電池的電壓；所述溫度傳感器附著在單體電池上，用于測定該串每一節(jié)單體電池的溫度；所述霍爾傳感器與子串電池串聯(lián)，用于測定其對應(yīng)子串電池的電流；所述子串電池管理系統(tǒng)根據(jù)采樣電路測得參數(shù)，計(jì)算出該子串電池的SOC和總電壓。

所述電池包采用先串后并(FSTP)架構(gòu)，先將96個(gè)2AH單體電池串聯(lián)成子串電池, 再將50個(gè)子串電池并聯(lián)為100AH電池包；

所述電池包總?cè)萘?100AH)/單體電池容量(2AH)＝50,因?yàn)?0>10，所以，所述子串電池管理系統(tǒng)由SiP芯片制成。

所述子串電池管理系統(tǒng)的數(shù)量與子串的數(shù)量相同，根據(jù)采樣電路測得參數(shù)，計(jì)算出該子串電池的SOC和總電壓；對存在故障的單體電池進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)與總電池管理系統(tǒng)通訊；

所述總電池管理系統(tǒng)在該子串電池出現(xiàn)不可修復(fù)的故障時(shí)，通過所述繼電器將該子串電池與其他子串電池?cái)嚅_；

所述總電池管理系統(tǒng)與所述子串電池管理系統(tǒng)以及與電動汽車的其他控制系統(tǒng)通過兩個(gè)CAN總線連接。

所述電池系統(tǒng)可以用于小轎車。

實(shí)施例3

本實(shí)用新型提供的一種電池系統(tǒng)控制策略，所述電池系統(tǒng)包括：電池包、總電池管理系統(tǒng)、子串電池管理系統(tǒng)和一系列繼電器；

所述總電池管理系統(tǒng)與所述子串電池管理系統(tǒng)以及與電動汽車的其他控制系統(tǒng)通過兩個(gè)CAN總線連接，并控制繼電器；

所述子串電池管理系統(tǒng)采集其對應(yīng)子串電池的每個(gè)單體電池的電壓和溫度，該子串電池的電流，并計(jì)算出該子串電池的SOC和總電壓，并將該子串電池的電流報(bào)警信號、溫度報(bào)警信號、SOC和總電壓發(fā)送至總電池管理系統(tǒng)；

所述子串電池管理系統(tǒng)還監(jiān)測其對應(yīng)子串電池的SOH和SOP，對SOC進(jìn)行修正，并發(fā)送至總電池管理系統(tǒng)。

所述總電池管理系統(tǒng)根據(jù)收到的子串電池管理系統(tǒng)的信號，判斷子串電池是否出現(xiàn)不可修復(fù)的故障，若出現(xiàn)了不可修復(fù)的故障，則通過對應(yīng)的繼電器將該子串電池與其他子串電池?cái)嚅_。

由于本實(shí)用新型不采用電池均衡，單體電池的電壓測量精度到0.01V就夠了，不需要使用目前普遍采用的高精度電壓測量芯片，大大降低了成本。

當(dāng)然,所述電池系統(tǒng)控制策略可以應(yīng)用于所有不使用均衡的BMS控制器(即不一定是先串后并)，即電壓測量精度0.01V即可，從而一般BMS造價(jià)也可以降低。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下的有益效果：

(1)本實(shí)用新型采用先串后并(FSTP)架構(gòu)，將汽車動力電池的安全性提高了一個(gè)數(shù)量級；

(2)本實(shí)用新型將電壓測量精度定在0.01V,不采用目前高精度電壓測量芯片，降低了先串后并架構(gòu)電池系統(tǒng)的成本；

(3)當(dāng)電池包的總?cè)萘颗c單體電池容量之比小于等于10時(shí)，本實(shí)用新型以常規(guī)PCB 代替開發(fā)SiP集成電路，降低了先串后并電池系統(tǒng)的成本。

以上對本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。