电池包、方法和车辆

技术领域

本发明属于新能源汽车技术领域，具体而言，涉及一种电池包、方法和车辆。特别地，本发明涉及一种包含不同化学体系的电芯组合而成的高性能电池设计方案、一种提高磷酸铁锂电池包荷电状态测量精度的方法。

背景技术

为了提高电池包能量密度，增加电动汽车的续航里程和功率输出，在相当长的一段时期里，三元锂离子电池成为行业主要技术路线，成为大多数新能源汽车的首选。但随着三元锂离子电池的大规模使用，市场上发生了多起电池安全事故。由于三元锂离子电池的固有特性，在短时期内无法从根本上解决其安全风险。而磷酸铁锂电池由于其突出的高安全性和低成本，又重新获得了重视，成为研究的重点。

但是磷酸铁锂有其固有特点，即SOC-OCV（荷电状态-开路电压）曲线非常平缓，只能在充满电或放完电时才能较为准确地进行SOC校正。在实际使用时，特别是低温时的SOC计算精度差，极大地影响了续航里程。

在使用磷酸铁锂电池包的情况下，由于SOC计算不准确，会导致充电时间估算不准确或无法充满，放电时续航里程计算偏差较大，用户需要定期地进行满充、满放来提高SOC计算精度，这些导致了用户极大的抱怨。

而三元锂离子电芯的OCV在不同温度及不同SOC区间的识别较为准确，且通过标定可以极大缩短静置等待时间。

CN111490304A提供了一种电池均衡使能方法、装置、存储介质和电池包。通过判断是否接收到均衡指令；若判断出未接收到均衡指令，判断电池单体的电芯类型是否包括磷酸铁锂电芯；若判断出电芯类型包括磷酸铁锂电芯，判断测量出的电池单体的荷电状态的变化值是否小于指定阈值；若判断出荷电状态的变化值小于指定阈值，判断获取的电池单体的剩余均衡容量是否大于设置的标定容量；若判断出剩余均衡容量大于标定容量，对电池单体进行均衡使能。在该文件的实施例中，当磷酸铁锂电芯的电池单体的荷电状态的变化值小于指定阈值且剩余均衡容量大于标定容量时，对电池单体进行均衡使能，提升了电池均衡使能的开启频次，从而提高了电池的均衡效果。

发明内容

本发明一方面的目的在于使电池包具有高安全性和低成本。本发明另一方面的目的在于实现高精度SOC计算。

此外，本发明还旨在解决或者缓解现有技术中存在的其它技术问题。

本发明通过提供一种电池包、方法和车辆来解决上述问题，具体而言，根据本发明的一方面，提供了：

一种电池包，所述电池包具有电芯组，其中，所述电芯组包括磷酸铁锂电芯和三元锂离子电芯，其中，所述磷酸铁锂电芯和所述三元锂离子电芯彼此串联设置。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述磷酸铁锂电芯和所述三元锂离子电芯彼此一一交替设置。

可选地，根据本发明的一种实施方式，以两个所述磷酸铁锂电芯和一个所述三元锂离子电芯为组进行串联设置。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述电芯组仅具有一个所述三元锂离子电芯。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述磷酸铁锂电芯和所述三元锂离子电芯彼此成排设置。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种用于测量电池包的荷电状态的方法，其中，所述电池包为上述任一种电池包，所述方法包括：

在所述电池包充放电时进行安时积分计算；和/或

在所述电池包静置期间在所述电池包处于5%至95%的荷电状态的情况下采用所述三元锂离子电芯的开路电压对所述荷电状态的计算进行校正；和/或

在所述电池包静置时在其处于0%至5%或95%至100%的荷电状态的情况下采用所述磷酸铁锂电芯和所述三元锂离子电芯的开路电压对所述荷电状态的计算进行校正。

可选地，根据本发明的一种实施方式，利用电阻分流器进行所述安时积分的计算。

根据本发明的再一方面，本发明提供了一种车辆，所述车辆具有上述任一种电池包。

所提供的电池包、方法和车辆的有益之处包括：在实现高安全性的基础上获得高精度的SOC、准确计算充电时间和续航里程，减少用户抱怨；实现电池包能量密度和成本的平衡，适用于不同的车型和选择。

附图说明

参考附图，本发明的上述以及其它的特征将变得显而易见，其中，

图1示出了三元电芯和磷酸铁锂电芯的开路电压-荷电状态曲线的示意图；以及

图2至图4分别示出了根据本发明的一种电池包的电芯组的电芯布局的示意图。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等或类似表述仅用于描述与区分目的，而不能理解为指示或暗示相应的构件的相对重要性。

参考图1，其示出了三元电芯和磷酸铁锂电芯的开路电压-荷电状态曲线的示意图。

应当理解，三元电芯也被称为三元锂离子电芯，其中，三元是指镍盐、钴盐、锰盐为原料，例如是指正极材料使用镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂，其具有安全性高的特点。而磷酸铁锂电芯的工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好，并且具有小的自放电率以及没有记忆效应。

开路电压（OCV）是指在开路状态下、即在断路时的电压；荷电状态（SOC）是指剩余容量与完全充电状态的容量的比值，当其为0时表示放电完全，为1时表示完全充满。

从该图中可以看出的是，三元电芯的曲线斜率较大，便于校准，并且具有性能好的特点，磷酸铁锂电芯的曲线总体上是平缓的，而在两端附近处具有较大的斜率，并且磷酸铁锂电芯具有成本低、安全性好以及不易发生热失控的特点。

基于这两种电芯的曲线特性以及相应的自身特点，本申请提出了三元电芯和磷酸铁锂电芯的组合方案。

参考图2至图4，它们分别示出了根据本发明的一种电池包的电芯组100的电芯布局的示意图。

所述电池包具有电芯组100，其中，所述电芯组100包括磷酸铁锂电芯A和三元锂离子电芯B，其中，所述磷酸铁锂电芯A和所述三元锂离子电芯B彼此串联设置。

应当理解，串联设置并没有限制所述磷酸铁锂电芯A和所述三元锂离子电芯B的具体的定位，只是规定了连接方式。

通过上述对于磷酸铁锂电芯和三元锂离子电芯的开路电压-荷电状态曲线和自身特性的介绍，可以看出的是，通过磷酸铁锂电芯使得整个电芯组和由此整个电池包的成本得到降低，并且由于其不易热失控的特性而提高了电池包的安全性，例如在三元电芯出现热失控的情况下，磷酸铁锂电芯能够作为屏障来维护整个电芯组的安全性。与此同时，三元电芯的使用保证了电芯组和电池包具有良好的性能。此外，还能够利用三元电芯和磷酸铁锂电芯不同的曲线特性使电池包的荷电状态的测量精度得到提高。此外，电池包可以是动力电池包。

关于所述磷酸铁锂电芯A和所述三元锂离子电芯B的具体串联设置方式，示例性的是，所述磷酸铁锂电芯A和所述三元锂离子电芯B彼此一一交替设置（如图2所示），例如A+B+A+B的形式。通过磷酸铁锂电芯和三元电芯的交替出现，保证了三元电芯在出现热失控时不会引起隔壁第二个电芯的热失控（这是利用了磷酸铁锂电芯不易热失控的特点），从而阻止电池包的热扩散，并实现了最大程度上的能量密度和功率输出。当然，B+A+B+A的形式也是可行的，并且同样落入了本申请的保护范围。

还示例性的是，以两个所述磷酸铁锂电芯A和一个所述三元锂离子电芯B为组进行串联设置，例如A+A+B+A+A+B的形式（如图3所示）。其中，两个磷酸铁锂电芯和一个三元电芯交替出现，能够降低成本，并且同时仍然具有较好的性能以及仍然有助于电池包的荷电状态的测量精度的提高。当然，A与B在组内的布置位置并没有受到限制，例如，每组B+A+A、A+B+A等的布置方式是可以的，并且每组也不一定要严格相同，即可以采用A+A+B+B+A+A+A+B+A等的混搭形式。此外，两个三元锂离子电芯B与一个磷酸铁锂电芯A的成组形式也是可选的。

本领域技术人员也可以根据实际情况采用以其它数量的磷酸铁锂电芯A和三元锂离子电芯B成组的方式进行整个电芯组100的布局设计。

再示例性的是，所述电芯组100仅具有一个所述三元锂离子电芯B。该三元锂离子电芯B可以布置在电芯组100的端部位置（如图4所示），也可以布置在所述电芯组100的其它位置。也就是说，在每个模组中，采用一个三元电芯进行本模组的SOC计算，以便在获得较好性能以及便于SOC校准的前提下，最大程度地降低成本。

图2至图4的共同点还在于，所述磷酸铁锂电芯A和所述三元锂离子电芯B彼此成排设置。成排布局的好处包括便于对电芯组100的各个电芯进行电连接（特别是串联），并且能够节约在横向方向上的占地空间。

此外，所述磷酸铁锂电芯A和所述三元锂离子电芯B可以彼此等距离地间隔开，并且/或者具有相同的尺寸和形状（如矩形），以便使得整个电池包的制造和装配变得标准化。

根据实际情况（例如车辆用于容纳电池包的空间形状），可以灵活地对所述磷酸铁锂电芯A和所述三元锂离子电芯B的布局、尺寸、形状、间距进行改变，通过接线仍然可以实现串联的设计。

根据本发明的另一方面，本发明涉及一种用于测量电池包的荷电状态的方法，其中，所述电池包为上述任一种电池包，所述方法包括：

在所述电池包充放电时进行安时积分计算；和/或

在所述电池包静置期间在所述电池包处于5%至95%的荷电状态的情况下采用所述三元锂离子电芯B的开路电压对所述荷电状态的计算进行校正；和/或

在所述电池包静置时在其处于0%至5%或95%至100%的荷电状态（即荷电状态的首末端）的情况下采用所述磷酸铁锂电芯A和所述三元锂离子电芯B的开路电压对所述荷电状态的计算进行校正。

需要说明的是，上述与顺序或步骤无关，只是应用场景的不同，即，根据不同的应用场合（工况）执行相应的方法。

通过上述对于磷酸铁锂电芯和三元锂离子电芯的开路电压-荷电状态曲线和自身特性的介绍，可以看出的是，本方法结合利用三元锂离子电芯较大的曲线斜率以及磷酸铁锂电芯在曲线端部附近处的较大斜率的特点，实现了电池包的高精度SOC计算。同时还保持了具有高安全性和低成本的电池包的特点。

关于安时积分的计算方式，示例性的是，利用高精度电阻分流器进行所述安时积分的计算。由此可以节约成本。

应当理解的是，本发明的电池包可装设在各种车辆上，包括轿车、货车、客车等的纯电动汽车或混合动力车辆等。因此，本发明的主题还旨在保护装设有本发明的电池包的各种车辆。

综上所述，本发明基于三元和磷酸铁锂两种不同化学体系电芯的组合设计，使得电池包在满足高安全性和低成本前提下，同时可以实现高精度SOC计算：采用三元和磷酸铁锂电芯成组的电池包，可以在实现高安全性的基础上获得高精度的SOC，准确计算充电时间和续航里程，防止充电时容易过充或无法充满以及放电时容易过放或续航里程大幅下降，减少用户抱怨；通过不同形式的三元和磷酸铁锂电芯成组方案，可以实现电池包能量密度和成本的平衡，适用于不同的车型和选择。

应当理解的是，所有以上的优选实施例都是示例性而非限制性的，本领域技术人员在本发明的构思下对以上描述的具体实施例做出的各种改型或变形都应在本发明的法律保护范围内。