本發(fā)明涉及動力電池設(shè)計，具體涉及一種高安全航空動力電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在飛行器領(lǐng)域出于安全的考慮，會對核心零部件動力電池進行冗余備份來達到整個動力系統(tǒng)的可靠性要求。一般常見的為3-10個子包共同組成動力系統(tǒng)，如果其中一顆電芯發(fā)生熱失控，則這個子包會形成斷路或主動切繼電器下電。整個系統(tǒng)丟失了其中1個子包，剩余子包繼續(xù)提供飛行器安全著陸的功率。

2、特別是在evtol領(lǐng)域，飛行器垂直起飛降落的功率需求特別高，一般倍率可達4-6c，時間長達30s-120s。丟失一個子包之后剩余子包繼續(xù)提供安全著陸功率需求，剩余子包的單電芯所需承擔(dān)的電流變大，在電芯初始設(shè)計時就需要進行功率能力的冗余設(shè)計，如果子包數(shù)量為4個，功率能力需要冗余33％；如果子包數(shù)量為5個，功率能力需要冗余25％；如果子包數(shù)量為6個，功率能力需要冗余20％。

3、而電芯設(shè)計存在6大維度，能量密度，功率，快充，循環(huán)，安全，成本；在功率需求已經(jīng)很高的情況下還要對電芯的功率能力做冗余設(shè)計來應(yīng)對應(yīng)急場景，進一步的拔高對于電芯的功率要求，單一性能指標(biāo)的突出勢必會部分犧牲其他方面的性能。

4、由于單一子包失效后，其余子包的過流需求增大，除了電芯需要進行冗余設(shè)計之外，電池包和整個動力系統(tǒng)也需要進行對應(yīng)的冗余設(shè)計來共同應(yīng)對應(yīng)急場景。

5、基于此，本發(fā)明設(shè)計了一種高安全航空動力電池系統(tǒng)以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點，本發(fā)明提供了一種高安全航空動力電池系統(tǒng)。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

3、一種高安全航空動力電池系統(tǒng)，包括至少一個電池包和備份模組回路；

4、正常工況時，電池包(pack)與備份模組回路不連接；

5、出現(xiàn)異常工況時，所述電池包(pack)與備份模組回路串聯(lián)連接；

6、所述電池包包括電氣回路和預(yù)充回路；

7、電氣回路的一端與預(yù)充回路連接，電氣回路的另一端與備份模組回路電連接。

8、更進一步的，所述電氣回路包括n個模組，n個模組分別為模組m1、模組m2、模組m3……模組mn-1和模組mn，所述模組m1、模組m2、模組m3……模組mn-1和模組mn依次串聯(lián)連接。

9、更進一步的，所述電氣回路包括n+1個開關(guān)，所述n+1個開關(guān)分別為開關(guān)k1、開關(guān)k2、開關(guān)k3……開關(guān)kn-1、開關(guān)kn和開關(guān)kn+1，所述開關(guān)k1、開關(guān)k2、開關(guān)k3……開關(guān)kn-1、開關(guān)kn和開關(guān)kn+1依次電連接，所述模組m1的兩端分別與開關(guān)k1、開關(guān)k2電連接，模組m2的兩端分別與開關(guān)k2、開關(guān)k3電連接……模組mn的兩端分別與開關(guān)kn、開關(guān)kn+1電連接。

10、更進一步的，所述備份模組回路包括備份模組mbackup和備份模組專用繼電器kb。

11、更進一步的，主負繼電器k主負設(shè)置在電氣回路或備份模組回路中。

12、更進一步的，所述主負繼電器k主負的一端與開關(guān)kn+1、模組mn電連接，主負繼電器k主負的另一端與備份模組專用繼電器kb的一端電連接，備份模組專用繼電器kb的另一端與備份模組mbackup的一端電連接，備份模組mbackup的另一端與模組mn、開關(guān)kn+1、主負繼電器k主負的一端電連接。

13、更進一步的，所述備份模組mbackup的兩端與雙向dcdc并聯(lián)。

14、更進一步的，所述預(yù)充回路包括主正繼電器k主正、預(yù)充繼電器k預(yù)充和預(yù)充電阻r預(yù)充，所述主正繼電器k主正的一端與預(yù)充繼電器k預(yù)充、模組m1、開關(guān)k1的一端電連接，預(yù)充繼電器k預(yù)充的另一端與預(yù)充電阻r預(yù)充的一端電連接，預(yù)充電阻r預(yù)充的另一端與主正繼電器k主正的另一端電連接。

15、更進一步的，所述一個電池包的輸入端包括兩個高壓接口。

16、更進一步的，兩個高壓接口分別為負載接口和充電接口，所述負載接口與主正繼電器k主正的一端電連接，所述充電接口與充電繼電器k充電的一端電連接，充電繼電器k充電的另一端與主正繼電器k主正、預(yù)充繼電器k預(yù)充、模組m1、開關(guān)k1的一端電連接。

17、本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)，其有益效果為：1.用一個備份模組回路可解決單電芯失效后失去整包的問題。

18、2.多個電池包(pack)可以共用同一個備份模組回路，來實現(xiàn)收益最大化。

19、3.備份模組回路一般電壓較低(100v-200v)，備份模組可以增加一個小型雙向dcdc器后，用來給bms的低壓電源備份，進一步增加系統(tǒng)安全，同時進一步減少系統(tǒng)死重。

技術(shù)特征：

1.一種高安全航空動力電池系統(tǒng)，其特征在于：包括至少一個電池包和備份模組回路；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高安全航空動力電池系統(tǒng)，其特征在于，所述電氣回路包括n個模組，n個模組分別為模組m1、模組m2、模組m3……模組mn-1和模組mn，所述模組m1、模組m2、模組m3……模組mn-1和模組mn依次串聯(lián)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高安全航空動力電池系統(tǒng)，其特征在于，所述電氣回路包括n+1個開關(guān)，所述n+1個開關(guān)分別為開關(guān)k1、開關(guān)k2、開關(guān)k3……開關(guān)kn-1、開關(guān)kn和開關(guān)kn+1，所述開關(guān)k1、開關(guān)k2、開關(guān)k3……開關(guān)kn-1、開關(guān)kn和開關(guān)kn+1依次電連接，所述模組m1的兩端分別與開關(guān)k1、開關(guān)k2電連接，模組m2的兩端分別與開關(guān)k2、開關(guān)k3電連接……模組mn的兩端分別與開關(guān)kn、開關(guān)kn+1電連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高安全航空動力電池系統(tǒng)，其特征在于，所述備份模組回路包括備份模組mbackup和備份模組專用繼電器kb。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高安全航空動力電池系統(tǒng)，其特征在于，主負繼電器k主負設(shè)置在電氣回路或備份模組回路中。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高安全航空動力電池系統(tǒng)，其特征在于，所述主負繼電器k主負的一端與開關(guān)kn+1、模組mn電連接，主負繼電器k主負的另一端與備份模組專用繼電器kb的一端電連接，備份模組專用繼電器kb的另一端與備份模組mbackup的一端電連接，備份模組mbackup的另一端與模組mn、開關(guān)kn+1、主負繼電器k主負的一端電連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高安全航空動力電池系統(tǒng)，其特征在于，所述備份模組mbackup的兩端與雙向dcdc并聯(lián)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高安全航空動力電池系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)充回路包括主正繼電器k主正、預(yù)充繼電器k預(yù)充和預(yù)充電阻r預(yù)充，所述主正繼電器k主正的一端與預(yù)充繼電器k預(yù)充、模組m1、開關(guān)k1的一端電連接，預(yù)充繼電器k預(yù)充的另一端與預(yù)充電阻r預(yù)充的一端電連接，預(yù)充電阻r預(yù)充的另一端與主正繼電器k主正的另一端電連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高安全航空動力電池系統(tǒng)，其特征在于，所述一個電池包的輸入端包括兩個高壓接口。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高安全航空動力電池系統(tǒng)，其特征在于，兩個高壓接口分別為負載接口和充電接口，所述負載接口與主正繼電器k主正的一端電連接，所述充電接口與充電繼電器k充電的一端電連接，充電繼電器k充電的另一端與主正繼電器k主正、預(yù)充繼電器k預(yù)充、模組m1、開關(guān)k1的一端電連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高安全航空動力電池系統(tǒng)，屬于動力電池設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，包括至少一個電池包和備份模組回路，正常工況時，電池包(PACK)與備份模組回路不連接；出現(xiàn)異常工況時，所述電池包(PACK)與備份模組回路串聯(lián)連接；所述電池包包括電氣回路和預(yù)充回路；電氣回路的一端與預(yù)充回路連接，電氣回路的另一端與備份模組回路電連接。通過上述方式，用一個備份模組可解決單電芯失效后失去整包的問題，多個電池包可以共用同一個備份模組，來實現(xiàn)收益最大化，備份模組一般電壓較低，備份模組可以增加一個小型DCDC后用來給BMS的低壓電源備份，進一步增加系統(tǒng)安全，同時進一步減少系統(tǒng)死重。

技術(shù)研發(fā)人員：吳星星,黃小清,查振羽
受保護的技術(shù)使用者：商飛時代（上海）航空有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6