本實(shí)用新型涉及具有多個(gè)單獨(dú)的電池的汽車電能電池組件。

背景技術(shù)：

一些汽車電池組件包括多個(gè)(即兩個(gè)或更多個(gè))單獨(dú)的電池。電池組件用于具有能量恢復(fù)能力的常規(guī)內(nèi)燃機(jī)(ICE)車輛(通常被稱為微混合動(dòng)力(μH))以及混合電動(dòng)車輛(HEV)、插電式混合電動(dòng)車輛(PHEV)和全電動(dòng)車輛(EV)。電池組件具有幾種類型。直到現(xiàn)在為止，大多數(shù)車輛具有傳統(tǒng)的12V鉛酸電池，而所有類型的電動(dòng)車輛(即μH、HEV、PHEV和EV)具有鋰離子(Li-Ion)、鎳-金屬-氫化物(NiMH)、鋰聚合物(Li-poly)或磷酸鐵鋰(LFP)電池。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施方式包括以下內(nèi)容：

1)電池組包括第一電池、與第一電池遠(yuǎn)程地分離的第二電池、由電池共用的部件、以及電池殼體。電池和由電池共用的部件包含在電池殼體內(nèi)。

2)如1)所述的電池組，其中所述第一電池是具有第一多個(gè)電池單體電池的第一鋰離子電池。

3)如2)所述的電池組，其中所述第二電池是具有第二多個(gè)電池單體電池的第二鋰離子電池。

4)如3)所述的電池組，其中所述第一電池和所述第二電池具有不同的電壓。

電池可以是具有不同電壓的鋰離子電池。

5)如4)所述的電池組，其中所述部件可包括配置成執(zhí)行下列操作中的至少一個(gè)的電池模塊控制器：從分別與電池相關(guān)的單體電池模塊控制器(cell module controller)接收警報(bào)消息，測(cè)量電池的電壓，以及控制單體電池模塊控制器的平衡時(shí)間。

6)如5)所述的電池組，其中所述部件還可包括暴露于電池殼體外部的環(huán)境的通信連接器。電池模塊控制器還配置成經(jīng)由通信連接器與外部電子控制單元通信。

7)如6)所述的電池組，其中所述部件還可包括配置成控制電池的溫度的冷卻系統(tǒng)。

8)如7)所述的電池組，其中所述部件還可包括配置成使電池從電池殼體外部的電連接斷開(kāi)的電池?cái)嚅_(kāi)單元。

9)如8)所述的電池組，其中所述電池模塊控制器還可配置成用作冷卻系統(tǒng)和電池?cái)嚅_(kāi)單元的出入口。

10)電池組件包括電池組和與電池組遠(yuǎn)程地分離的電子控制單元。電池組包括第一電池、與第一電池遠(yuǎn)程地分離的第二電池、由這兩個(gè)電池共用的部件、以及電池殼體。電池和部件包含在電池殼體內(nèi)。電子控制單元配置成控制電池組的操作。

11)如10)所述的電池組件，其中所述第一電池是具有第一多個(gè)電池單體電池的第一鋰離子電池，所述第二電池是具有第二多個(gè)電池單體電池的第二鋰離子電池，以及所述第一電池和所述第二電池具有不同的電壓。

12)如11)所述的電池組件，其中所述部件包括配置成執(zhí)行下列操作中的至少一個(gè)的電池模塊控制器：從分別與所述第一電池和所述第二電池相關(guān)的單體電池模塊控制器接收警報(bào)消息，測(cè)量所述第一電池和所述第二電池的電壓，以及控制所述單體電池模塊控制器的平衡時(shí)間。

13)如12)所述的電池組件，其中所述部件還包括暴露于所述電池殼體外部的環(huán)境的通信連接器；以及所述電子控制單元還配置成經(jīng)由所述通信連接器與所述電池模塊控制器通信。

14)如13)所述的電池組件，其中所述部件還包括配置成控制所述第一電池和所述第二電池的溫度的冷卻系統(tǒng)；以及所述電子控制單元還配置成經(jīng)由所述通信連接器與所述電池模塊控制器通信以用于所述電池模塊控制器控制所述冷卻系統(tǒng)。

15)如14)所述的電池組件，其中所述部件還包括配置成使所述第一電池和所述第二電池從所述電池殼體外部的電連接斷開(kāi)的電池?cái)嚅_(kāi)單元；以及所述電子控制單元還配置成經(jīng)由所述通信連接器與所述電池模塊控制器通信以用于所述電池模塊控制器控制所述電池?cái)嚅_(kāi)單元。

16)另一電池組包括第一電池、第二電池和電池殼體。第一電池具有鋰離子電池單體電池和配置成執(zhí)行第一電池的電池單體電池(battery cell)的單體電池平衡的第一單體電池模塊控制器。第二電池具有鋰離子電池單體電池和配置成執(zhí)行第二電池的電池單體電池的單體電池平衡的第二單體電池模塊控制器。電池彼此遠(yuǎn)程地分離并具有不同的電壓。電池模塊控制器與單體電池模塊控制器通信并配置成控制單體電池模塊控制器。電池和電池模塊控制器包含在電池殼體內(nèi)。

17)如16)所述的電池組，還包括通信連接器，其包含在所述電池殼體內(nèi)并暴露于所述電池殼體外部的環(huán)境；并且所述電池模塊控制器與所述通信連接器通信并進(jìn)一步配置成經(jīng)由所述通信連接器與外部電子控制單元通信。

18)如16)所述的電池組，還包括冷卻系統(tǒng)，其包含在所述電池殼體內(nèi)并配置成控制所述第一電池和所述第二電池的溫度；并且所述電池模塊控制器與所述冷卻系統(tǒng)通信并進(jìn)一步配置成控制所述冷卻系統(tǒng)。

19)如16)所述的電池組，還包括電池?cái)嚅_(kāi)單元，其包含在所述電池殼體內(nèi)并配置成使第一電池和所述第二電池從所述電池殼體外部的電連接斷開(kāi)；并且所述電池模塊控制器與所述電池?cái)嚅_(kāi)單元通信并進(jìn)一步配置成控制所述電池?cái)嚅_(kāi)單元。

20)如16)所述的電池組，該電池組還可包括包含在電池殼體內(nèi)并暴露于電池殼體外部的環(huán)境的通信連接器、包含在電池殼體內(nèi)并配置成控制電池的溫度的冷卻系統(tǒng)、以及包含在電池殼體內(nèi)并配置成使電池從電池殼體外部的電連接斷開(kāi)的電池?cái)嚅_(kāi)單元。電池模塊控制器與連接器、冷卻系統(tǒng)和電池?cái)嚅_(kāi)單元通信，并進(jìn)一步配置成經(jīng)由通信連接器與外部電子控制單元通信以根據(jù)電子控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)單體電池模塊控制器、冷卻系統(tǒng)和電池?cái)嚅_(kāi)單元通信的控制。

附圖說(shuō)明

圖1示出包括具有鉛酸電池和鋰離子(Li-Ion)電池的電池組件的常規(guī)車輛電力網(wǎng)架構(gòu)的方框圖(背景)；

圖2示出包括具有兩個(gè)鋰離子電池的電池組件的常規(guī)車輛電力網(wǎng)架構(gòu)的方框圖(背景)；以及

圖3示出包括具有帶有公共電池管理系統(tǒng)的雙電壓電池組的電池組件的車輛電力網(wǎng)架構(gòu)的方框圖。

具體實(shí)施方式

在本文公開(kāi)了本實(shí)用新型的詳細(xì)實(shí)施方式；然而，應(yīng)理解的是，所公開(kāi)的實(shí)施方式僅僅是可體現(xiàn)在各種和可選形式中的本實(shí)用新型的示例。附圖不一定按比例；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的細(xì)節(jié)。因此，本文公開(kāi)的特定結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為限制性的，而是僅僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域中的技術(shù)人員多方面地使用本實(shí)用新型的代表性基礎(chǔ)。

現(xiàn)在參考圖1，示出了包括具有鉛酸電池12和鋰離子(Li-Ion)電池組14的電池組件10的常規(guī)車輛電力網(wǎng)架構(gòu)的方框圖。鋰離子電池組14包括鋰離子電池16。電池16是以鋰離子電池單體電池的堆疊的形式。因此，電池組件10包括兩個(gè)電池：鉛酸電池12和鋰離子電池16。作為例子，電池12是12V電池而電池16是48V電池。

帶有具有能量恢復(fù)能力的交流發(fā)電機(jī)的常規(guī)內(nèi)燃機(jī)(ICE)車輛(即，微混合動(dòng)力(μH))被發(fā)展來(lái)使用鋰離子電池。電池組件10用于具有能量恢復(fù)能力的這樣的ICE車輛。

鋰離子電池組14還包括單體電池模塊控制器(CMC)18、電池模塊控制器(BMC)20、公共I/O(例如連接器)(COM)22、冷卻系統(tǒng)24和如保險(xiǎn)絲、瞬變電壓抑制器和電池?cái)嚅_(kāi)設(shè)備(“接線盒/電池?cái)嚅_(kāi)單元”)(JB/BDU)的保護(hù)機(jī)構(gòu)26。CMC 18與電池16相關(guān)并配置成測(cè)量單體電池電壓并執(zhí)行電池16的電池單體電池的單體電池平衡。CMC 18還配置成通過(guò)向BMC 20報(bào)告警報(bào)消息來(lái)保護(hù)電池16免于超過(guò)最大額定值。BMC 20配置成測(cè)量電池16的電壓并控制CMC 18的平衡時(shí)間。BMC 20還配置成經(jīng)由COM 22充當(dāng)電池組件10的外部電子控制單元(ECU)28的出入口。ECU 28運(yùn)行電池組件10的電池管理算法(BMS)。BMC 20還配置成充當(dāng)冷卻系統(tǒng)24和JB/BDU 26的出入口。冷卻系統(tǒng)24配置成控制電池組14的溫度(冷卻和/或加熱)。

電池組14還包括電池殼體30。電池16、CMC 18、BMC 20、COM 22、冷卻系統(tǒng)24和JB/BDU 26被包含在電池殼體30內(nèi)。

電池組件10還可包括雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器32。當(dāng)來(lái)自電池的電壓不同時(shí)，轉(zhuǎn)換器32提供在電池12和16之間的電壓轉(zhuǎn)換。

現(xiàn)在參考圖2，繼續(xù)參考圖1，示出了包括具有鋰離子電池組14和第二鋰離子電池組42的電池組件40的常規(guī)車輛電力網(wǎng)架構(gòu)的方框圖。第二鋰離子電池組42包括鋰離子電池44。電池44是以鋰離子電池單體電池的堆疊的形式，就像圖1所示的電池組件10的第一鋰離子電池組14的電池16一樣。

電池組件40通過(guò)包括第二鋰離子電池組42來(lái)代替鉛酸電池12而不同于圖1所示的電池組件10。第二鋰離子電池組42是鉛酸電池12的有吸引力的替代物，因?yàn)殇囯x子電池44呈現(xiàn)優(yōu)于鉛酸電池的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括在具有相應(yīng)的排放削減的相等能力下更高的能量密度、更高的充電/放電循環(huán)和更低的重量。作為例子，第二鋰離子電池組42的電池44是12伏電池，像鉛酸電池12一樣。因此，電池44由于是12V電池而電池16是48V電池而不同于電池16。當(dāng)然，電池16和44可具有除了12V和48V以外的不同電壓。

第二鋰離子電池組42包括與第一鋰離子電池組14相同的部件，且這些相同的部件被指定有相同的參考數(shù)字。第二鋰離子電池組42包括CMC 18、BMC 20、COM 22、冷卻系統(tǒng)24、JB/BDU 26和電池殼體30。第二鋰離子電池組42的CMC 18、BMC 20、COM 22、冷卻系統(tǒng)24和JB/BDU 26包含在第二鋰離子電池組的電池殼體30內(nèi)。

現(xiàn)在參考圖3，繼續(xù)參考圖2，示出了包括具有帶有公共電池管理系統(tǒng)的雙電壓電池組52的電池組件50的車輛電力網(wǎng)架構(gòu)的方框圖。電池組52是將多個(gè)單獨(dú)的電池(例如第一鋰離子電池16和第二鋰離子電池44)與它們的相關(guān)電子部件和機(jī)械部件、基礎(chǔ)設(shè)施和操作(例如CMC 18a、CMC 18b、BMC 20、COM 22、冷卻系統(tǒng)24、JB/BDU 26和電池管理算法(BMS))一起合并到單個(gè)和一體化的電池組內(nèi)的增強(qiáng)型集成解決方案。

如可從圖3與圖2的比較看到的，電池組52提供第一鋰離子電池組14和第二鋰離子電池組42到單個(gè)鋰離子電池組52內(nèi)的集成。電池組52包括第一鋰離子電池16和第二鋰離子電池44。電池組52包括與電池組14和42相同的部件，且這些相同的部件被指定有相同的參考數(shù)字。然而，電池組52不同于電池組14和42，因?yàn)殡姵亟M52通常只包括部件中的每個(gè)中的一個(gè)，而每個(gè)電池組14和42包括部件中的一個(gè)。作為結(jié)果，電池組52通常包括一組部件，而電池組14和42組合地包括兩組部件。

包括一組部件的電池組52的例外是電池組52包括兩個(gè)CMC，就像組合的電池組14和42一樣。電池組52包括與電池16相關(guān)的第一CMC 18a和與電池44相關(guān)的第二CMC 18b。第一CMC 18a配置成測(cè)量單體電池電壓并執(zhí)行電池16的電池單體電池的單體電池平衡。同樣，第二CMC 18b配置成測(cè)量單體電池電壓并執(zhí)行電池44的電池單體電池的單體電池平衡。

電池組52還包括BMC 20、COM 22、冷卻系統(tǒng)24、JB/BDU 26和電池殼體30。電池組52包括這些部件(BMC 20、COM 22、冷卻系統(tǒng)24、JB/BDU 26和電池殼體30)的每一個(gè)的單個(gè)。電池組52的BMC 20、COM 22、冷卻系統(tǒng)24和JB/BDU 26包含在電池組52的電池殼體30內(nèi)。電池組52的BMC 20、COM 22、冷卻系統(tǒng)24和JB/BDU 26是電池組52的“公共”部件，因?yàn)樗鼈冐?fù)責(zé)多個(gè)電池16和44的相關(guān)功能和職責(zé)。

相反，電池組14和42組合地包括兩組這些部件，且每組部件分別負(fù)責(zé)電池16和44之一的相關(guān)功能和職責(zé)。也就是說(shuō)，與電池組52不同，在電池組14和42中，電池16和44包含在它們自己的單獨(dú)殼體內(nèi)并在它們自己的殼體內(nèi)具有它們自己的電子部件/機(jī)械部件，例如如圖2所示的它們自己的BMC、COM、冷卻系統(tǒng)和JB/BDU。

第一CMC 18a還配置成通過(guò)向BMC 20報(bào)告警報(bào)消息來(lái)保護(hù)電池16免于超過(guò)最大額定值。同樣，第二CMC 18b還配置成通過(guò)向BMC 20報(bào)告警報(bào)消息來(lái)保護(hù)電池44免于超過(guò)最大額定值。BMC 20配置成測(cè)量電池16和44的電壓并控制CMC 18a和18b的平衡時(shí)間。BMC 20包括通過(guò)單個(gè)總線(CAN_BATT)經(jīng)由電池殼體30的COM 22(例如通信硬件連接器)與ECU 28通信的通信裝置。ECU 28為電池組件50運(yùn)行電池管理算法。BMC 20還配置成充當(dāng)冷卻系統(tǒng)24和JB/BDU 26的出入口。

雖然是不要求的，電池組52的鋰離子電池具有不同的電壓(例如電池16是48V電池，而電池44是12V電池)。電池組52因此是具有公共電池管理系統(tǒng)的多電壓電池組。在電池組52中，鋰離子電池44(12V電池)負(fù)責(zé)常規(guī)12V鉛酸電池的電池功率職責(zé)，而鋰離子電池16(48V電池)實(shí)現(xiàn)車輛能量恢復(fù)能力以及對(duì)連接到48V電力網(wǎng)的任何負(fù)載供電。因此，電池組52使用多個(gè)鋰離子電池為具有能量恢復(fù)能力的車輛提供汽車電能存儲(chǔ)。如在本文闡述的，這樣的車輛包括具有能量恢復(fù)能力的ICE車輛(即，微混合動(dòng)力)以及HEV、PHEV和EV類型的車輛。

如所述的，電池組52包括共享或共同具有各種硬件和電子設(shè)備的多個(gè)單獨(dú)的電池16和44。特別是，電池16和44共享公共BMC 20、公共COM 22、公共冷卻系統(tǒng)24和公共JB/BDU 26。因此，電池組52是一體化的電池組，多個(gè)鋰離子電池16和44與相關(guān)電子設(shè)備(BMC、CMC、COM和冷卻系統(tǒng))以及公共電池管理算法/系統(tǒng)(BMS)和電池?cái)嚅_(kāi)設(shè)備(即JB/BDU)一起合并到單個(gè)和一體化的電池組內(nèi)。

包括具有公共電池管理系統(tǒng)的兩個(gè)或更多個(gè)電池的多電壓電池組，例如電池組52，形成唯一電池組，提供了幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)包括包裝和冷卻系統(tǒng)的集成，通過(guò)將控制多個(gè)電池組14和42的電池管理系統(tǒng)的BMC 20集成到單個(gè)的共用BMC 20內(nèi)來(lái)減少電子部件，以及在電池組14和42之間的互連和配線的減少，如可從圖2與圖3的比較看到的。

雖然電池組52的電池16和44被描述為鋰離子電池，這兩個(gè)電池不需要都是鋰離子電池。例如，電池16和44之一可以是鋰離子電池而電池16和44中的另一個(gè)可以是某個(gè)其它類型的電池。此外，電池組52可具有多于兩個(gè)電池。

電池組52在本文被描述和顯示具有48V/12V架構(gòu)。然而，電池組52可具有不同的架構(gòu)，例如400V/12V架構(gòu)、400V/48V架構(gòu)、400V/48V/12V架構(gòu)等。此外，電池組52可以有具有相同的電壓、集成到單個(gè)電池組內(nèi)具有本文所述的相同益處和增強(qiáng)的多電池架構(gòu)。更一般地，電池組52可以有具有相同或不同電壓的任何數(shù)量的電池，其中電池集成到具有公共BMS的具有本文所述的相同益處和增強(qiáng)的單個(gè)一體化的電池組內(nèi)。

雖然上面描述了各種實(shí)施方式，但是其意圖并不是這些實(shí)施方式描述了本實(shí)用新型的所有可能的形式。而是，在說(shuō)明書中使用的詞是描述而不是限制的詞，且應(yīng)理解的是，可做出各種變化而不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍。此外，各種實(shí)現(xiàn)的實(shí)施方式的特征可組合以形成本實(shí)用新型的另外的實(shí)施方式。