本發(fā)明涉及新能源汽車技術領域，尤其涉及一種智能動力電池組及新能源汽車。

背景技術：

當今，新能源汽車發(fā)展方興未艾，動力電池生產(chǎn)廠商比較多，電池種類、容量等參數(shù)各不相同?，F(xiàn)在的電池廠商一般以銷售電芯為主，用戶買到電芯以后，根據(jù)自己的需要制造電池組，然后，用戶再選擇與電池組匹配的電池管理系統(tǒng)(Battery Management system，BMS)生產(chǎn)廠家，并對其進行整體聯(lián)調。然而，BMS和電芯分屬于不同的廠家，配合起來總是出現(xiàn)各種問題，例如電池、BMS系統(tǒng)配合不緊密、整個系統(tǒng)配線雜亂、調試繁瑣等。

目前，一些電池廠家對動力電池相關技術也在進行改進，然而多數(shù)電池也僅僅增加了測量、顯示功能，這遠遠不能滿足新能源汽車對動力電池的要求。

因此，相關技術急需改進。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種智能動力電池組，其根據(jù)檢測單元獲取的電池參數(shù)能夠自動完成動力電池組的SOH檢測、SOC檢測等功能，不必對電池組進行拆卸即可根據(jù)BMS主控單元的指令自動完成均衡功能，從而把動力電池組和BMS系統(tǒng)融為一體，解決了BMS和動力電池組、整車的配線雜亂、調試繁瑣等問題。

本發(fā)明的第二個目的在于提出一種新能源汽車。

為此，本發(fā)明第一方面實施例提出了一種智能動力電池組，包括：一組串聯(lián)電芯和智能控制器，所述智能控制器包括：CPU、檢測單元、均衡單元、存儲單元、通訊單元，其中，所述檢測單元用于獲取所述動力電池組的參數(shù)；所述CPU用于根據(jù)所述參數(shù)獲取所述動力電池組的實時狀態(tài)信息，將所述實時狀態(tài)信息與所述存儲單元中存儲的預設信息進行比較，并根據(jù)比較結果判斷所述動力電池組的狀態(tài)是否異常；若是，將該判斷結果通過所述通訊單元發(fā)送至與所述動力電池組匹配的電池管理系統(tǒng)BMS，并根據(jù)所述BMS的指令通過所述均衡單元對所述動力電池組進行均衡處理。

根據(jù)本發(fā)明的智能動力電池組，其根據(jù)檢測單元獲取的電池參數(shù)能夠自動完成動力電池組的SOH檢測、SOC檢測等功能，不必對電池組進行拆卸即可根據(jù)BMS主控單元的指令自動完成均衡功能，從而把動力電池組和BMS系統(tǒng)融為一體，解決了BMS和動力電池組、整車的配線雜亂、調試繁瑣等問題。

另外，根據(jù)本發(fā)明的智能動力電池組，還可以具有以下附加技術特征：

在本發(fā)明的一些示例中，所述智能動力電池組還包括：控制單元，其用于當所述動力電池組狀態(tài)異常時開啟告警指示燈。

在本發(fā)明的一些示例中，所述均衡單元包括均衡電路，其用于對所述動力電池組中電壓高于上限電壓值的單體電芯進行被動放電，并對電壓低于下限電壓值的單體電芯進行主動補電。

在本發(fā)明的一些示例中，所述動力電池組的對外引線接口包括正極接口、負極接口和通訊接口。

在本發(fā)明的一些示例中，所述CPU在無通訊信號或無電流的狀態(tài)下，其處于休眠狀態(tài)；當所述CPU通過所述通訊單元接收到來自所述BMS的指令或在電流突變的狀態(tài)下，其被喚醒并進入工作狀態(tài)。

在本發(fā)明的一些示例中，所述參數(shù)包括電壓參數(shù)、電流參數(shù)、溫度參數(shù)和壓力參數(shù)。

在本發(fā)明的一些示例中，所述動力電池組的實時狀態(tài)信息包括SOH(state of health，健康狀態(tài))信息和SOC(state of charge，荷電狀態(tài))信息。

在本發(fā)明的一些示例中，所述通訊單元采用光電隔離或電磁隔離。

在本發(fā)明的一些示例中，所述動力電池組還包括熱管理單元，其用于根據(jù)所述檢測單元獲取的溫度參數(shù)對所述動力電池組進行安全預測以判斷所述動力電池組的安全狀態(tài)。

在本發(fā)明的一些示例中，所述溫度參數(shù)包括電芯溫度、電極溫度和動力電池組空間溫度，所述熱管理單元用于根據(jù)預設安全溫度范圍對所述電芯溫度、所述電極溫度和所述電動力電池組空間溫度進行安全預測；若所述電芯溫度、所述電極溫度和所述電池組空間內溫度處于相應的預設安全溫度范圍內，則判斷所述動力電池組的熱狀態(tài)良好；若否，則判斷所述動力電池組處于熱失控狀態(tài)，并啟動熱失控處理預案。

在本發(fā)明的一些示例中，所述動力電池組還包括：模組防火墻，其用于當所述動力電池組處于熱失控狀態(tài)時，將所述動力電池組與應用其的汽車車體隔離。

在本發(fā)明的一些示例中，所述動力電池組還包括：外設箱體，其由密閉金屬材料組成，用于當所述動力電池組處于熱失控狀態(tài)時，將所述動力電池組與應用其的汽車車體隔離。

在本發(fā)明的一些示例中，所述動力電池組還包括：內置加熱層，用于根據(jù)所述BMS的指令對所述動力電池組進行電加熱以保證所述動力電池組在低溫情況下的電能輸出能力。

在本發(fā)明的一些示例中，所述內置加熱層為硅橡膠電熱帶，其鋪設在所述電池組箱體內層，其中所述硅橡膠電熱帶由纏繞在無堿玻璃纖維的芯架上的電熱絲和硅橡膠組成。

在本發(fā)明的一些示例中，所述內置加熱層由鎳鉻合金絲和絕緣材料組成。

本發(fā)明的第二方面實施例提出了一種新能源汽車，其特征在于，包括前述第一方面提供的智能動力電池組。

根據(jù)本發(fā)明的新能源汽車，其上的動力電池組根據(jù)檢測單元獲取的電池參數(shù)能夠自動完成SOH檢測、SOC檢測等功能，不必對電池組進行拆卸即可根據(jù)BMS主控單元的指令自動完成均衡功能，從而把動力電池組和BMS系統(tǒng)融為一體，解決了BMS和動力電池組、整車的配線雜亂、調試繁瑣等問題。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能動力電池組的結構示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能動力電池組的CPU的實物示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能動力電池組的電壓參數(shù)檢測的電路結構示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能動力電池組的電流參數(shù)檢測的電路結構示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能動力電池組的溫度參數(shù)檢測的電路結構示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能動力電池組的壓力參數(shù)檢測的電路結構示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能動力電池組的通訊單元的隔離電路結構示意圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能動力電池組的均衡單元的電路結構示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能動力電池組的均衡單元的又一電路結構示意圖；

圖10是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能動力電池組的又一結構示意圖；

圖11是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能動力電池組的內置加熱層的實物示意圖；

圖12是根據(jù)本發(fā)明實施例的智能動力電池組的外部接口示意圖；

圖13是根據(jù)本發(fā)明實施例的新能源汽車的結構示意圖。

附圖標記：

100、動力電池組；

200、新能源汽車；

10、一組串聯(lián)電芯；

11、智能控制器；

12、控制單元；

13、熱管理單元；

14、內置加熱層；

111、CPU；

112、檢測單元；

113、存儲單元；

114、通訊單元；

115、均衡單元。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

下面參考附圖1詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的智能動力電池組的結構示意圖。如圖1所示，該動力電池組100包括：一組串聯(lián)電芯10和智能控制器11，其中所述智能控制器11包括：CPU111、檢測單元112、存儲單元113、通訊單元114、均衡單元115。

所述檢測單元112用于獲取所述動力電池組的參數(shù)。其中，所述參數(shù)可以包括電壓參數(shù)、電流參數(shù)、溫度參數(shù)和壓力參數(shù)。

該智能控制器11的工作原理可具體描述如下：所述CPU111用于根據(jù)所述檢測單元112獲取的所述參數(shù)獲取所述動力電池組的實時狀態(tài)信息，將所述實時狀態(tài)信息與所述存儲單元113中存儲的預設信息進行比較，并根據(jù)比較結果判斷所述動力電池組的狀態(tài)是否異常。其中，所述動力電池組的實時狀態(tài)信息包括SOH信息和SOC信息。進一步的，若所述動力電池組的狀態(tài)異常，所述CPU111將該判斷結果通過所述通訊單元114發(fā)送至與所述動力電池組匹配的BMS，并根據(jù)所述BMS的指令通過所述均衡單元115對所述動力電池組進行均衡處理。

在本實施例中，如附圖2所示，CPU111可以采用飛思卡爾公司設計的汽車級微控制器MCU，如MC9S12XET256MAA，其工作溫度范圍可達-40～125℃，且具有極強的抗干擾能力。具體來說，該MCU具有SCI、SPI、CAN等通訊接口，其中SCI接口為串行通訊接口，可擴展為RS-232、RS-485等以連接其他設備，SPI接口可擴展設備存儲以存儲參數(shù)、數(shù)據(jù)及故障信息等，CAN接口可通過隔離連接至CAN總線。同時該MCU還具有8路12BIT的ADC通道，可用于動力電池組的電壓檢測、電流檢測、溫度檢測等。為了使CPU111更加省電，其經(jīng)設計可在無通訊信號或無電流的狀態(tài)下，處于休眠狀態(tài)；當所述CPU通過所述通訊單元114接收到來自所述BMS的指令或在電流突變的狀態(tài)下，其可被喚醒并進入工作狀態(tài)。

下面分別參照附圖3-6來詳細描述所述檢測單元112獲取電壓參數(shù)、電流參數(shù)、溫度參數(shù)和壓力參數(shù)的過程。

檢測單元112對所述動力電池組進行電壓檢測的電路結構示意圖如3所示。如附圖3所示，BAT為單體電芯，其兩端分別連接至電感L1和L2。按照一般模式，只需要將單體電芯BAT兩極電壓直接接入CPU的A/D通道進行檢測即可，但是為了充分利用CPU的A/D檢測通道的精度，可將所述單體電芯BAT的兩極經(jīng)過運算放大電路后，再進入CPU的A/D轉換通道。此處，電壓檢測電路中使用的芯片可以采用美信的MAX4238AUT-T。在本實施例中，單體電芯BAT的最高電壓為4.2V，CPU的檢測范圍為0-5V，基于這兩者的電壓值，可將附圖3中運算放大電路的輸入電阻R2設置為10KΩ，反饋電阻R4為11.8KΩ，放大倍數(shù)為1.18。當單體電芯BAT的電壓為4.2V時，進入CPU的A/D通道電壓為4.956V，有效的使用了ADC的精度，同時預留一些余量，避免發(fā)生溢出情況。與此同時，電感L1和L2，電容C1和C2共同組成LC濾波電路，過濾掉外部的輸入干擾；在輸出側，R5和C3組成RC濾波，進一步濾除干擾。

檢測單元112對所述動力電池組進行電流檢測的電路結構示意圖如4所示。此處的電流檢測采用取樣電阻方式，原理為：當取樣電阻通過電流時，其取樣兩端會生成一定的電壓信號，通過采集電壓信號可以計算出實際的電流值。如附圖4所示，RA為取樣電阻，該取樣電阻串聯(lián)在動力電池組的母線中。當母線的最大電流為300A時，取樣電阻參數(shù)可以選擇為300A/75mV。即，當所述取樣電阻通過正向300A電流時，取樣電阻兩端的電壓為75mV，當所述取樣電阻通過負向300A電流時，取樣電阻兩端的電壓為-75mV。因電池需要放電及充電，所以電流有正反兩個方向，故不同于電壓的檢測原理，需將采樣的總量程(0-5V)分為兩部分，分別用來測正反電流。在附圖4中，R3接至2.5V基準電壓，將運算放大電路以2.5V為中間點進行采樣計算。正向電流區(qū)間為2.5-5V，當正電流為300A時，采樣信號為75mV，通過反饋放大，進入CPU的ADC通道，其采樣電流和電壓的范圍對應關系為：0-300A對應2.5-4.975V。反向電流區(qū)間為2.5-0V，當正電流為-300A時，采樣信號為-75mV,通過反饋放大，進入CPU的ADC通道，其采樣電流和電壓的范圍對比關系為：0-300A對應2.5-0.025V。

檢測單元112對所述動力電池組進行溫度檢測的電路結構示意圖如5所示。檢測單元112對所述動力電池組進行的溫度檢測利用電阻分壓原理，即通過使用NTC熱電阻來實現(xiàn)溫度檢測。如附圖5所示，R1為固定阻值1KΩ，RN為阻值10KΩ的NTC熱電阻，當溫度為25℃時其阻值為10K。RN的阻值隨著溫度的增長而逐漸減小，進入ADC的電壓會隨之逐漸減小。當溫度下降時，RN阻值會隨著溫度的下降而逐漸增大，進入ADC的電壓則會逐漸變大。實際使用中，RN會根據(jù)需求安裝在特定位置上。

檢測單元112對所述動力電池組進行壓力檢測的電路結構示意圖如附圖6所示。壓力檢測通過安裝CYY4微型小壓力傳感器來實現(xiàn)，該壓力傳感器會根據(jù)外部壓力的不同，通過OUT腳輸出0---5V的電壓信號，CPU通過ADC通道采集電壓，以計算實際的壓力值。

存儲單元113可以保存本電池組的基本描述信息，包括型號、電芯并聯(lián)數(shù)量、電芯串聯(lián)組數(shù)、電池組的標準電壓、串聯(lián)的各電池組的電壓、電池組容量、生產(chǎn)廠家、出廠日期、序列號、通訊參數(shù)、每串電池標準電壓電量曲線表等。此外，所述存儲單元113還可以保存電池組異常、異常恢復時刻的電壓、溫度、壓力、電池組狀態(tài)等故障報告，以及與實時狀態(tài)信息進行比較的其他預設信息等。

所述通訊單元114是所述動力電池組和其他智能動力電池組、BMS主控單元的通訊接口，可以采用光電隔離或電磁隔離等隔離措施，從而保證各個智能控制器的安全正常運行。

如附圖7所示，以CAN通訊為例來描述所述通訊單元114的隔離電路。在附圖7中，首先通過DC/DC隔離電源U1將內外電源隔離，保證每一只智能動力電池組對外的CAN總線不會造成各個動力電池組之間的短路。同時通過U2將CAN信號進行隔離，CPU111通過CAN發(fā)送和接收的信號通過U2隔離后與CAN收發(fā)器U17對接。CAN收發(fā)器U17將CPU111發(fā)出并隔離的TTL電平轉換為CAN差分電平并連接至CAN總線。采用附圖7所示的隔離電路可以實現(xiàn)每一只智能動力電池組通訊電源的相互獨立，安全可靠。同時CAN信號的隔離避免了CAN總線的干擾進入到每一只智能動力電池組的內部。優(yōu)選的，U1隔離電源型號可以為BO5O5LS-1W，U2可以為ADI公司的磁隔離芯片ADUN1201，CAN收發(fā)器可以為NXP公司的TJA1051。

所述均衡單元115包括均衡電路，其用于對所述動力電池組中電壓高于上限電壓值的單體電芯進行被動放電，并對電壓低于下限電壓值的單體電芯進行主動補電。被動放電均衡采用對較高電壓的單體電芯進行放電的方式，其電路示意圖如附圖8所示。在附圖8中，CPU111的IO端口通過控制MOS管D2柵極將其導通，MOS管導通后，電池通過并聯(lián)在電池BAT兩極的R2，R3開始放電。使用中可通過調整R2，R3的阻值來調整放電電流的大小?？紤]到功率問題，可以使電阻R2，R3采用并聯(lián)連接的方式，從而分散功率的壓力。同時對發(fā)熱部分可以增加風扇來散熱。在附圖8中，D1為發(fā)光管，放電時會點亮，以指示該電池處于放電均衡狀態(tài)。

附圖9為所述動力電池組主動補電的電路結構示意圖。在附圖9中，N個電芯串聯(lián)連接，U1為寬范圍輸入的DC/DC，其輸出為4.2V，用以給單只電池電芯充電。假設當智能動力電池組的CPU判斷電芯1的電壓低于下限時，則開啟K0、K1(雙刀開關，同時閉合)，此時動力電池組的總電壓通過DC/DC轉換后給電芯1進行補電，進而達到給智能動力電池組個別電芯補電的目的。此處，優(yōu)選的，DC/DC直流變換器可選擇輸入范圍較寬、輸出功率較大的器件，如其最大輸出充電電流可選擇為20A。

根據(jù)本發(fā)明的智能動力電池組，其根據(jù)檢測單元獲取的電池參數(shù)能夠自動完成動力電池組的SOH檢測、SOC檢測等功能，不必對電池組進行拆卸即可根據(jù)BMS主控單元的指令自動完成均衡功能，從而把動力電池組和BMS系統(tǒng)融為一體，解決了BMS和動力電池組、整車的配線雜亂、調試繁瑣等問題。

優(yōu)選的，如圖10所示，所述的智能動力電池組還可以包括：控制單元12、熱管理單元13和內置加熱層14。

其中，所述控制單元12用于當所述動力電池組狀態(tài)異常時開啟告警指示燈，以提示用戶所述動力電池組當前狀態(tài)異常以便其及時采取相應措施。

熱管理單元13，其用于根據(jù)所述檢測單元獲取的溫度參數(shù)對所述動力電池組進行安全預測以判斷所述動力電池組的安全狀態(tài)。所述溫度參數(shù)包括電芯溫度、電極溫度和動力電池組空間溫度，所述熱管理單元13用于根據(jù)預設安全溫度范圍對所述電芯溫度、所述電極溫度和所述電動力電池組空間溫度進行安全預測。若所述電芯溫度、所述電極溫度和所述電池組空間內溫度處于相應的預設安全溫度范圍內，則判斷所述動力電池組的熱狀態(tài)良好；若否，則判斷所述動力電池組處于熱失控狀態(tài)，極端情況下控制所述動力電池組的保險絲斷開。此處，所述保險絲的型號可以按動力電池組電壓、過流等級的百分之150％的數(shù)值進行選定。所述熱管理單元13能夠提高所述動力電池組的安全性，使得用戶可以及早發(fā)現(xiàn)動力電池組本身的隱患，從而盡早維修更換。

所述智能動力電池組還可以包括：模組防火墻，其用于當所述動力電池組處于熱失控狀態(tài)時，其可以及時地將所述動力電池組與應用其的汽車車體隔離。

或者，所述智能動力電池組也可以包括：外設箱體，其由密閉金屬材料組成，用于當所述動力電池組處于熱失控狀態(tài)時，將所述動力電池組與應用其的汽車車體隔離。

所述內置加熱層14可以根據(jù)所述BMS的指令對所述動力電池組進行電加熱以保證所述動力電池組在低溫情況下的電能輸出能力。優(yōu)選的，如附圖11所示，所述內置加熱層14可以為硅橡膠電熱帶，其防水性能好且具有極好的柔軟性，可以鋪設在所述動力電池組箱體內部，接觸良好，加熱均勻，而且安裝簡單、安全可靠。其中，所述硅橡膠電熱帶可由纏繞在無堿玻璃纖維的芯架上的電熱絲和硅橡膠組成，其耐熱性能良好，絕緣性能可靠。

此外，所述內置加熱層14也可以由鎳鉻合金絲和絕緣材料組成，其發(fā)熱快，熱效率高，使用壽命長。

如附圖12所示，所述動力電池組對外引線非常簡單明了，具體包括正極接口、負極接口和通訊接口，從而達到即插即用的效果，保證了動力電池組安裝和更換的便捷性。

圖13是本申請一個實施例提供的一種新能源汽車200的結構示意圖，包括智能動力電池組100。其中，所述智能動力電池組100的結構可參照上述實施例的詳細描述，此處不再贅述。

根據(jù)本發(fā)明的新能源汽車，其上的動力電池組根據(jù)檢測單元獲取的電池參數(shù)能夠自動完成SOH檢測、SOC檢測等功能，不必對電池組進行拆卸即可根據(jù)BMS主控單元的指令自動完成均衡功能，從而把動力電池組和BMS系統(tǒng)融為一體，解決了BMS和動力電池組、整車的配線雜亂、調試繁瑣等問題。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。