[發明專利]一種電池系統構架、電池系統、電動汽車及電池系統控制策略

在審

• 申請號: 201611080840.9
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106740179A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王俊毅
• 申請（專利權）人: 王俊毅
• 主分類號: B60L11/18
• 分類號: B60L11/18
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙)11411
• 代理人: 鄭自群

技術領域

本發明涉及電池技術領域，特別涉及一種電池系統架構。

背景技術

目前，大多數電池組包先用小容量單體并聯成模組，再用模組串聯成所需電壓。這種架構的致命問題是并聯模組里有隱形內電流，而且無法切斷。以兩節單體并聯為例，在兩節電池電壓準確相等時，內電流為零。當兩節單體電壓差為0.1V時，如果每個單體的內阻加導線總電阻為50毫歐，內電流即為1安培。因此，當電池老化電壓差增大或者某個單體突然短路，這個內電流足以引起燃燒。這是今天所有存在并聯單體的汽車電池存在的問題。本發明徹底去除了并聯的單體。

鋰電池發熱燃燒到一定時候會出現一種“熱失控”現象，即越燒越快，此時切斷電流已經無法阻止燃燒。因此，要防止電池燃燒，電池管理系統(BMS)必須在發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目(如熱敏電阻)遠遠少于單體電池數目，往往需要隔幾個單體電池安裝一個溫度傳感器。如果某一個位于中間的單體電池電芯發熱時，因它們遠離溫度傳感器，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象，往往已經無可補救，電池包已經著火，這是今天很多電池包起火的根本原因。本發明提出(1)今后生產單體電池應該做成自帶有溫度傳感元件；或者(2)每一節單體外加附著一個熱敏電阻，這個成本增加對于提高安全性是完全值得的。

另外，當前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，具有非常“平坦”的電壓-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，尤其為了實現電池均衡，電壓測量需要非常準確，測量精度要求1-3mV，成本大大提高。

而采用本發明提出的先串后并(FSTP，First Serial Then Parallel)架構，可以在某一單體出現故障時將整串斷開(由于電池包由多串并聯，汽車仍然可以行駛)。本發明以這個功能取代了造價高、可靠性差的均衡方案，電壓測量精度到0.01V已經足夠，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數量級。先串后并方案是以造價換取安全性能，因而如何降低造價是它推廣應用的一個主要障礙；本發明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時采用PCB，這使本發明的先串后并架構成本大大降低。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種電池系統架構,包含該架構的電池系統、電動汽車，以及利用該電池系統的控制策略

本發明的目的通過以下技術方案實現:

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

優選地，當電池包的總容量與子串電池容量之比大于10時，所述子串電池管理系統與采樣電路制成SiP(System in Package)芯片，其成本低于先前先串后并架構提出的SoC芯片。必須說明，這里以及下面出現的數字10僅僅是一個舉例，不是規定。具體應根據實際情況(如空間、造價等)來決定。

優選地，當電池包的總容量與子串電池容量之比小于等于10時，所述子串電池管理系統可以采用PCB(Printed Circuit Board，印刷電路)，成本遠低于開發SiP芯片。換言之，在SiP芯片開發出來前，使用PCB是可行的，因為其數量不多，尤其在大巴車上，體積也不算一個問題。

另一方面，提供一種電池系統，包括上述任意一種電池系統架構。

再一方面，提供一種電動汽車，包括上述的電池系統。

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