1.本实用新型涉及电动汽车领域。具体而言，本实用新型涉及一种电池组件、汽车充电系统和带有该系统的车辆。


背景技术：

2.在早期的电动车辆市场上，主流电动汽车高压系统平台设置为400v。为了更高的效率和更便捷的充电体验，并且随着电动汽车供应链和相关市场产品的逐步成熟，电动汽车高压系统平台将逐渐由400v向800v过度。400v向800v过渡的过程大致分为两步：1）车辆高压电池平台由400v提升至800v，车辆驱动系统和空调系统等平台保留为400v；2）车辆驱动系统和空调系统等平台由400v提升至800v。
3.然而，充电方案中的为电动车辆进行充电的充电桩和换电方案中使用的换电站的电池也需要经历逐步由400v向800v转变的过程，因此，在整个转变过程中，会出现车辆高压电池电压、车辆负载（包括车辆驱动系统和空调系统等）电压和充电桩电压/换电电池电压不完全一致的情况。


技术实现要素：

4.按照本实用新型的一个方面，提供一种电池组件，其包括：第一电池包；第二电池包；以及开关电路，开关电路分别与第一电池包和第二电池包连接，并配置成：在接收到第一模式信号时，使第一电池包与第二电池包形成串联结构；以及在接收到第二模式信号时，使第一电池包与第二电池包形成并联结构。
5.作为以上方案的替代或补充，根据本实用新型一实施例的电池组件还包括：控制单元，其连接到开关电路，控制单元接收指示充电电压的信号并基于指示充电电压的信号生成发送至开关电路的第一模式信号或第二模式信号。
6.作为以上方案的替代或补充，在根据本实用新型一实施例的电池组件中，第一模式信号和第二模式信号是手动操作信号。
7.作为以上方案的替代或补充，在根据本实用新型一实施例的电池组件中，在串联结构中，电池组件能够以第一电压进行充电和放电；以及在并联结构中，电池组件能够以第二电压进行充电和放电。
8.作为以上方案的替代或补充，在根据本实用新型一实施例的电池组件中，第一电压是800v，以及第二电压是400v。
9.作为以上方案的替代或补充，在根据本实用新型一实施例的电池组件中，开关电路包括第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件，并且第一开关元件的两端分别连接到第一电池包的第一端和第二电池包的第一端；第二开关元件的两端分别连接到第一电池包的第二端和第二电池包的第一端；以及第三开关元件的两端分别连接到第一电池包的第二端和第二电池包的第二端。
10.按照本实用新型的另一个方面，提供一种汽车充电系统，其包括根据本实用新型
一个方面所述的电池组件；以及电压转换设备，其具有第一输入端子、第二输入端子、第一输出端子以及第二输出端子，其中，电压转换设备的第一输入端子和电池组件的第一端子连接到充电端口的第一端子，以及电压转换设备的第二输入端子和电池组件的第二端子连接到充电端口的第二端子。
11.作为以上方案的替代或补充，在根据本实用新型一实施例的汽车充电系统中，电压转换设备的第一输出端子和第二输出端子经由第一组开关元件分别连接到负载的第一端子和第二端子；以及电池组件的第一端子和第二端子经由第二组开关元件分别连接到负载的第二端子和第一端子。
12.作为以上方案的替代或补充，根据本实用新型一实施例的汽车充电系统还包括第三组开关元件，其位于电池组件的第一端子和充电端口的第一端子之间以及电池组件的第二端子和充电端口的第二端子之间。
13.作为以上方案的替代或补充，在根据本实用新型一实施例的汽车充电系统中，电压转换设备由电驱动系统eds（electrical drive system）实现。
14.作为以上方案的替代或补充，在根据本实用新型一实施例的汽车充电系统中，在充电模式中，在外界充电电压与负载电压不一致的情况下，第一组开关元件设置为导通状态，并且第二组开关元件设置为断开状态；以及在外界充电电压与负载电压一致的情况下，第一组开关元件设置为断开状态，并且第二组开关元件设置为导通状态。
15.作为以上方案的替代或补充，在根据本实用新型一实施例的汽车充电系统中，在用电模式中，第二组开关元件设置为导通状态；以及第一组开关元件和第三组开关元件设置为断开状态。
16.作为以上方案的替代或补充，在根据本实用新型一实施例的汽车充电系统中，电压转换设备配置成根据不同指示，选择性地将第一电压转换成第二电压，或者将第二电压转换成第一电压。
17.按照本实用新型的又一个方面，提供一种车辆，其包括根据本实用新型一个方面的汽车充电系统。
18.根据本实用新型的一个或多个方面的实施例，使得具备不同高压电池平台和负载平台的车辆能够在不同电压的充电设备处充电，并且能够在现有的换电站中进行换电。
附图说明
19.本实用新型的上述和/或其他方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。附图包括：
20.图1a为根据本实用新型一实施例的电池组件110的示意性结构图；
21.图1b为根据本实用新型一实施例的汽车充电系统100的示意性框图；
22.图2a为根据本实用新型一实施例的电池组件110的不同模式的示意图；
23.图2b示出了具备不同高压负载和高压电池的车辆之间互相换电的可行途径；
24.图3-6示出了根据本实用新型一实施例的汽车充电系统100在带有400v/800v高压电池的车辆在具有400v或800v负载的情况下，分别利用400v和800v充电电压进行充电时的配置的示意图。
具体实施方式
25.在本说明书中，参照其中图示了本实用新型示意性实施例的附图更为全面地说明本实用新型。但本实用新型可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的各实施例旨在使本文的披露全面完整，以将本实用新型的保护范围更为全面地传达给本领域技术人员。
26.诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本实用新型的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其他单元和步骤的情形。诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。
27.如在背景技术中所描述的那样，由于车辆高压电池电压、车辆负载（包括车辆驱动系统和空调系统等）电压和充电桩电压/换电电池电压不完全一致，有可能带来以下问题。
28.就换电而言，换电站中的800v高压电池无法用于带有400v高压平台的车辆；同样，换电站中的400v高压电池无法用于带有800v高压平台的车辆。若要同时满足两种电压的车辆换电要求则需要在换电站中提供两种电压的电池，并根据需要来使用，从而增加了换电系统的局限性和复杂性。
29.就充电而言，对于带有800v高压平台的车辆，为了使其匹配400v的充电桩，车辆需要搭载一个400v转800v的dc/dc（直流/直流）电压转换器，反之亦然。通常，为了实现将外界充电电压转换为电池所需的充电电压，需要使用大功率dc/dc电压转换器。该类dc/dc电压转换器体积大、重量大且成本昂贵，不利于整车的布置、轻量化以及成本节约。
30.为了减轻或缓解上述问题，本实用新型提出一种电池组件以及包括该电池组件的汽车充电系统。图1a示出了根据本实用新型一实施例的电池组件110的示意性结构图，以及图1b示出了根据本实用新型一实施例的汽车充电系统100的示意性结构图。要理解的是，本公开的技术通常用于电动汽车，其包括但不限于纯电动汽车（bev）、混合动力汽车（hev）、燃料电池汽车（fcev）等。另外，在本公开中，车辆高压系统、高压电池等中的“高压”，是指为车辆动力、车载大功率电器等提供的电压，其量级一般为数百伏。
31.参考图1a，其中示出了根据本实用新型一实施例的电池组件110，其包括：第一电池包11；第二电池包12；以及开关电路，所述开关电路分别与第一电池包11和第二电池包12连接。开关电路在接收到第一模式信号时，使第一电池包11与第二电池包12形成串联结构；以及在接收到第二模式信号时，使第一电池包11与第二电池包12形成并联结构。
32.上述第一模式信号和第二模式信号可以具有多种形式和产生方式。在一个实施例中，电池组件110还可以包括控制单元（图1a中未示出），控制单元连接到开关电路，控制单元接收指示充电电压的信号并基于指示充电电压的信号生成发送至开关电路的所述第一模式信号或所述第二模式信号。其中，指示充电电压的信号通常来自于车辆充电端口140，例如，可以通过电压检测单元对来自充电端口140的外界充电电压进行检测，并将检测结果发送到控制单元来实现。在另一个实施例中，第一模式信号和第二模式信号是手动操作信号。例如，用户可以通过手动断开或接通开关来产生两种模式信号。
33.在图1a中，示出了根据本实用新型一实施例的电池组件110的一种具体结构，其中，开关电路包括第一开关元件s1、第二开关元件s2和第三开关元件s3。并且，第一开关元件s1的两端分别连接到第一电池包11的第一端和第二电池包12的第一端；第二开关元件s2
的两端分别连接到第一电池包11的第二端和第二电池包12的第一端；以及第三开关元件s3的两端分别连接到第一电池包11的第二端和第二电池包12的第二端。
34.以图1a中所示的电路结构为示例，在响应于第一模式信号而形成的串联结构中，电池组件110能够以第一电压进行充电和放电；以及在响应于第二模式信号而形成的并联结构中，电池组件110能够以第二电压进行充电和放电。在第一电池包11和第二电池包12的电压均为400v的情况下，第一电压是800v，并且第二电压是400v。具体地，在形成串联结构时，第一开关元件s1和第三开关元件s3断开，第二开关元件s2闭合，由此使得第一电池包11和第二电池包12串联，从而对外实现800v的充电和放电电压。在形成并联结构时，第一开关元件s1和第三开关元件s3接通，第二开关元件s2断开，由此使得第一电池包11和第二电池包12并联，从而对外实现400v的充电和放电电压。
35.要理解的是，第一电池包11和第二电池包12可以是单个电池结构，也可以分别由多个电池单元（例如，两个串联的200v电池单元、两个并联的400v电池单元等）构成。除了第一电池包11和第二电池包12之外，电池组件110也可以包括更多的电池包来实现所期望的功能。另外，电池组件110的结构不限于图1a中示出的那样，而是可以包括任何能够使得电池组件110实现多种电压充电和放电的电路结构。
36.参考图1b，其中作为示例示出的汽车充电系统100包括：如上所述的电池组件110；以及电压转换设备120，其具有第一输入端子122、第二输入端子124、第一输出端子126以及第二输出端子128，电压转换设备120配置成将第一电压和第二电压进行转换。其中，电压转换设备120的第一输入端子122和电池组件110的第一端子112连接到充电端口140的第一端子142，以及电压转换设备120的第二输入端子124和电池组件110的第二端子114连接到充电端口140的第二端子144。在本公开中，以第一电压为800v以及第二电压为400v作为示例进行说明，但是随着技术的发展，第一电压和第二电压也可以根据需要表示其他幅值的电压。
37.在电池动力汽车的上下文中，电池组件110可以配置成例如图1b中所示的400v/800v高压电池，在本文中，该“400v/800v高压电池”是指经由内部切换，能够选择性地利用400v电压和800v电压中的任一个进行充电，并且能够选择性地以400v和800v中的任一个进行供电的电池。400v/800v高压电池可以包括如图1b中所示的两个400v电池包a和电池包b，然而根据需要，只要能实现本公开的目的，400v/800v高压电池也可以包括更多的400v电池包或具有其他电压的电池包。在本文中，考虑到目前换电站中的电池大多为400v电池包，因此以利用400v电池包实现400v/800v高压电池为示例进行说明。
38.在一个实施例中，如图2a中右侧所示，响应于第一模式信号，400v电池包a和电池包b被切换成串联结构，因此在理想状态下，电池组件110的输出电压为电池包a和电池包b的电压之和——800v。如图2a中左侧所示，响应于第二模式信号，400v电池包a和电池包b被切换成串联结构，因此在理想状态下，电池组件110的输出电压为电池包a或电池包b中的任一个的电压——400v。通过使用由数个电池包构成的400v/800v高压电池，可以允许在换电站中只提供电压为单个电池包幅值的电池包，而无需为400v车辆和800v车辆分别准备不同幅值的高压电池，由此简化换电站的配置、节约成本、提高换电的效率。在一个实施例中，为了利用400v电池包实现400v车辆和800v车辆的换电，400v/800v高压电池的外部配置（例如，形状、尺寸、接口类型、数量和位置等）可以设计成与现有技术中仅能够在400v下工作的
电池一致，从而实现兼容换电。
39.具体来说，在400v/800v高压电池之后，从纯400v平台至纯800v平台的转变过程中会出现的4种车型大致如下（参见图2b）：
40.400v高压电池+400v高压负载（车型a）；
41.400v/800v高压电池+400v高压负载（车型b）；
42.400v/800v高压电池+800v高压负载（车型c）；
43.800v高压电池+800v高压负载（车型d）。
44.图2b中箭头标识表示：源车型的高压电池可以换电到箭头目标车型。例如：车型b的高压电池可换电到a车型，反之不行；车型b和车型c的高压电池可以相互换电。也就是说，具备400v/800v高压电池的车辆既能与纯400v平台的电动汽车进行换电，也能与纯800v平台的电动汽车进行换电。由此可见，使用400v/800v高压电池能够在电动车辆高压平台由400v转变到800v的过程中带来优良的换电兼容效果。
45.考虑到电池内阻，将电池进行串联和并联时得到的结果电压不一定为严格的数学计算结果，但是只要电池内阻的影响在可接受的范围内即可。上述第一电压模式和第二电压模式之间的切换可以通过各种开关元件、微控制电路、微处理单元等来实现，本文中不做限制。
46.在一个实施例中，视情况而定，在根据本实用新型一实施例的汽车充电系统100中，电压转换设备120由电驱动系统eds实现。电压转换设备120还可以配置成能够根据不同设置，将第一电压转换成第二电压，或者将第二电压转换成第一电压。例如，在电压转换设备120具备将第一电压和第二电压相互转换的功能时，无论是400v高压系统的电动车辆还是800v高压系统的电动车辆，也无论外界充电电压是400v还是800v，均可以装载该电压转换设备120，而无需进行区分；使得带有400v高压系统的车辆能够由800v外界充电电压进行充电，并且带有800v高压系统的车辆能够由400v外界充电电压进行充电。
47.继续参考图1b，在根据本实用新型一实施例的汽车充电系统100中，电压转换设备120的第一输出端子126和第二输出端子128经由第一组开关元件1301分别连接到负载150的第一端子152和第二端子154。并且，电池组件110的第一端子112和第二端子114经由第二组开关元件1302分别连接到所述负载的第二端子154和第一端子152。
48.根据本实用新型一实施例的汽车充电系统100还包括第三组开关元件1303，其位于电池组件110的第一端子112和充电端口140的第一端子142之间以及电池组件110的第二端子114和充电端口140的第二端子144之间。在一些实施例中，第三组开关元件1303采用继电器来实现，并且可以设置成在充电端口140与外部电源相连之后再接通，由此满足特定的行业安全标准（例如，gb18487）。在一个实施例中，第一组开关元件1301、第二组开关元件1302、第三组开关元件1303以及电压转换设备120可以设置在针对高压系统的电力分配单元（pdu，power distribution unit，又称为配电盒）中。
49.以下，分别描述用电模式和充电模式下的汽车充电系统100的配置方式和工作情况。
50.本文中的“用电模式”是指充电口并未连接外界电源（例如，对电池组件110的充电已经完成）、因此由电池组件110为车辆负载进行供电的模式。在用电模式中，第二组开关元件1302设置为导通状态，以将电池组件110的电压经由导线输送到负载150。第一组开关元
件1301和第三组开关元件1303设置为断开状态，以防止电池组件110的电压不期望地施加到充电端口140或电压转换设备120，从而避免安全问题、能源浪费、设备损坏等问题。
51.本文中的“充电模式”是指经由充电端口140为车辆电池组件110充电以及为负载150进行供电的模式。通常，在充电之前，电池组件110通过上述内部切换被调整为适配外界充电电压。
52.在充电模式中，在外界充电电压与负载电压不一致的情况下，第一组开关元件1301设置为导通状态，并且第二组开关元件1302设置为断开状态。由此，一方面，电压转换设备120将来自充电端口140的外界电压转换为车辆负载150所需的电压来对负载150进行供电；另一方面，外界电压对电池组件110进行充电。
53.在充电模式中，在外界充电电压与负载电压一致的情况下，第一组开关元件1301设置为断开状态，并且第二组开关元件1302设置为导通状态。由此，无需电压转换设备120将来自充电端口140的外界电压转换为车辆负载150所需的电压来对负载150进行供电；而是将外界电压不经过电压转换设备120来供应到负载150和电池组件110，从而实现对负载150的供电和对电池组件110的充电。
54.下面参考图3-图6来描述不同外界充电电压和不同车辆负载电压情况下，充电模式下的汽车充电系统100的配置方式和工作情况。
55.在图3和图4中，车辆负载150适用800v电压。
56.因此，当外界充电电压为400v时（参见图3），可以将电池组件110切换为对外接收400v的充电电压，并将第三组开关元件1303设置为导通。同时，将第一组开关元件1301设置为导通，使得电压转换设备120进行工作，将400v外界电压升至800v供负载使用。另外，第二组开关元件1302设置为断开，以隔离为电池充电的400v电压与为负载进行供电的800v电压。
57.当外界充电电压为800v时（参见图4），可以将电池组件110切换为对外接收800v的充电电压，并将第三组开关元件1303设置为接通。同时，将第一组开关元件1301设置为断开，这是由于外接电压与负载电压一致，无需电压转换设备120进行工作，将电压进行转换供负载使用。另外，第二组开关元件1302设置为导通，以便800v的外界电压不经过电压转换设备120来供应到负载150和电池组件110，从而实现对负载150的供电和对电池组件110的充电。
58.在图5和图6中，车辆负载150适用400v电压。
59.因此，当外界充电电压为800v时（参见图5），可以将电池组件110切换为对外接收800v的充电电压，并将第三组开关元件1303设置为导通。同时，将第一组开关元件1301设置为导通，使得电压转换设备120进行工作，将800v外界电压降至400v供负载使用。另外，第二组开关元件1302设置为断开，以隔离为电池充电的800v电压与为负载进行供电的400v电压。
60.当外界充电电压为400v时（参见图6），可以将电池组件110切换为对外接收400v的充电电压，并将第三组开关元件1303设置为接通。同时，将第一组开关元件1301设置为断开，这是由于外接电压与负载电压一致，无需电压转换设备120进行工作，将电压进行转换供负载使用。另外，第二组开关元件1302设置为导通，以便400v的外界电压不经过电压转换设备120来供应到负载150和电池组件110，从而实现对负载150的供电和对电池组件110的
充电。
61.在根据本实用新型的实施例的汽车充电系统100中，由于电池组件110能通过内部切换来适用400v或800v的外界充电电压，因此电压转换设备120最多仅需要在车辆充电过程中、在外界充电电压与车辆负载电压不一致的情况下，对外界充电电压进行转换。由此，对电压转换设备120的功率要求下降，相比于现有技术，可以使用较小功率的dc/dc电压转换设备，提高了整车的经济性、降低了整车的重量、节省了车辆空间。并且，由于充电电压无需经过电压转换设备就可以直达电池，所以在个程度上提高了充电效率。
62.根据本实用新型的另一方面，提供一种车辆，其包括根据本实用新型的一方面所述的汽车充电系统。
63.根据本实用新型的一个或多个方面的实施例，使得具备不同高压电池平台和负载平台的车辆能够在不同电压的充电设备处充电，并且能够在现有的换电站中进行换电。
64.前述公开不旨在将本公开限制为所公开的精确形式或特别使用领域。因此，设想的是，鉴于本公开，无论在本文中明确描述还是暗示，本公开的各种替代实施例和/或修改都是可能的。在已经像这样描述了本公开的实施例的情况下，本领域普通技术人员将认识到的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。因此，本公开仅由权利要求限制。