本公開涉及一種電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)和電池包，屬于電池。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源行業(yè)的迅猛發(fā)展，智能電芯技術(shù)成為提升電池性能與安全性的關(guān)鍵領(lǐng)域。在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，智能電芯可實(shí)現(xiàn)對(duì)電池狀態(tài)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與控制，提升續(xù)航里程的準(zhǔn)確性和電池的使用壽命，優(yōu)化車輛的動(dòng)力性能與安全性。

2、然而，當(dāng)前智能電芯方案存在一些顯著缺點(diǎn)。對(duì)于現(xiàn)有的智能電芯，均是一個(gè)芯片子系統(tǒng)(1個(gè)芯片及其傳感器)服務(wù)于一個(gè)電芯，這意味著在大規(guī)模應(yīng)用時(shí)，如電動(dòng)車電池包或大型儲(chǔ)能系統(tǒng)中，需要大量的芯片子系統(tǒng)，導(dǎo)致整包實(shí)現(xiàn)電芯智能化成本較高，增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本與市場(chǎng)推廣難度。另外，由于每個(gè)電芯都對(duì)應(yīng)一個(gè)芯片，通信節(jié)點(diǎn)過多，在數(shù)據(jù)傳輸過程中容易出現(xiàn)信號(hào)干擾、傳輸延遲等問題，影響通訊性能，降低了電芯狀態(tài)信息反饋的及時(shí)性與準(zhǔn)確性。另外，過多的監(jiān)控芯片持續(xù)處于工作或待機(jī)狀態(tài)，會(huì)增加電池的待機(jī)損耗，縮短電池在非使用狀態(tài)下的電量保持時(shí)間，尤其對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)的設(shè)備(如備用電源等)，顯著影響設(shè)備的使用體驗(yàn)與電池的整體壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了適應(yīng)智能化發(fā)展趨勢(shì)并解決現(xiàn)有智能電芯的上述技術(shù)問題，本公開提出了一種電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用該電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)的電池包，其能夠以較低的成本、較少的通信節(jié)點(diǎn)以及較低的能耗構(gòu)成。

2、具體地，本公開第一方面提供了一種電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)，包括：

3、至少n個(gè)電芯，n個(gè)所述電芯以串聯(lián)連接的方式排成一列，且其中n為4以上的偶數(shù)；和

4、數(shù)據(jù)采集芯片，所述數(shù)據(jù)采集芯片用于采集電芯的數(shù)據(jù)從而對(duì)電芯進(jìn)行監(jiān)控，

5、其中，在n個(gè)所述電芯中，在排除了電芯隊(duì)列兩端的第1個(gè)電芯以及最后一個(gè)電芯即第n個(gè)電芯的狀態(tài)下，其余的n-2個(gè)電芯以相鄰的兩個(gè)電芯為一組的方式進(jìn)行順次分組，每一組成為一個(gè)電芯子系統(tǒng)，并且

6、對(duì)于每一個(gè)所述電芯子系統(tǒng)，設(shè)置一個(gè)所述數(shù)據(jù)采集芯片。

7、根據(jù)具有上述配置的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)，首先，能夠顯著降低成本，相比于傳統(tǒng)方案的一個(gè)電芯對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)芯片，本公開的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)使得兩個(gè)電芯為一組構(gòu)成電芯子系統(tǒng)，僅需為每個(gè)子系統(tǒng)配備一個(gè)芯片。以n個(gè)電芯(n為4以上偶數(shù))為例，在排除隊(duì)列兩端需傳統(tǒng)方案處理的首尾2個(gè)電芯后，中間n-2個(gè)電芯可組成(n-2)/2個(gè)電芯子系統(tǒng)，只需(n-2)/2個(gè)芯片，相較于n-2個(gè)芯片的傳統(tǒng)方案，芯片使用數(shù)量大幅減少，從而降低了芯片采購成本、相關(guān)電路設(shè)計(jì)成本以及整體硬件成本，使整包實(shí)現(xiàn)電芯智能化的成本顯著降低，例如，對(duì)于n＝100的電芯組，芯片數(shù)量從100個(gè)降至51個(gè)(兩端電芯獨(dú)立監(jiān)控)，成本降低近50％。

8、其次，根據(jù)具有上述配置的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)，由于芯片數(shù)量減少，通訊節(jié)點(diǎn)相應(yīng)減少。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，信號(hào)干擾和傳輸延遲等問題得到緩解。例如，在電池系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時(shí)，較少的通訊節(jié)點(diǎn)使得數(shù)據(jù)傳輸路徑更簡(jiǎn)潔，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和及時(shí)性得到保障，有助于更高效地獲取電芯子系統(tǒng)的參數(shù)信息，為電芯狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)控制提供了良好的通訊基礎(chǔ)，進(jìn)而提升整個(gè)電池系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性。

9、再者，根據(jù)具有上述配置的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)，由于芯片數(shù)量的降低，使得處于待機(jī)狀態(tài)的芯片數(shù)量減少，從而降低了電池在非工作狀態(tài)下的電量消耗。對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)的設(shè)備，如備用電源等，可有效延長(zhǎng)電池電量保持時(shí)間，減少電池不必要的能量損耗，提升電池的整體使用壽命和設(shè)備的使用體驗(yàn)。

10、另外，根據(jù)具有上述配置的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)，通過將電芯進(jìn)行分組管理，以子系統(tǒng)為單位進(jìn)行芯片布設(shè)和數(shù)據(jù)采集，使得系統(tǒng)架構(gòu)更加規(guī)整和模塊化。在電池系統(tǒng)的組裝、調(diào)試和維護(hù)過程中，以電芯子系統(tǒng)為單元進(jìn)行操作，相較于單個(gè)電芯逐一管理，更具系統(tǒng)性和便捷性，有利于提升系統(tǒng)的集成度和可維護(hù)性。

11、優(yōu)選地，在第一方面的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)中，還包括：多個(gè)匯流條，其中，n個(gè)所述電芯以相鄰電芯的極柱的極性彼此交替的方式布置，所述匯流條連接相鄰兩個(gè)所述電芯的極性彼此不同的極柱，使得n個(gè)所述電芯彼此串聯(lián)連接，并且第1個(gè)電芯的1個(gè)極柱和第n個(gè)電芯的1個(gè)極柱成為總極柱，并且其中，在所述總極柱所在一側(cè)的相反側(cè)，所述數(shù)據(jù)采集芯片連接于相鄰的兩個(gè)匯流條之間，從而與對(duì)應(yīng)的電芯子系統(tǒng)電連接且通信連接。

12、根據(jù)具有上述配置的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)，n個(gè)電芯以相鄰電芯的極柱極性彼此交替的方式布置，通過匯流條連接相鄰兩個(gè)電芯極性不同的極柱，實(shí)現(xiàn)電芯彼此串聯(lián)，確保了電芯間電流的穩(wěn)定傳輸，形成穩(wěn)定的串聯(lián)電路，保障了整個(gè)電池系統(tǒng)的電力輸出，使電池能夠輸出符合設(shè)備需求的電壓等級(jí)，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的電力需求。將第1個(gè)電芯的1個(gè)極柱和第n個(gè)電芯的1個(gè)極柱設(shè)為總極柱，為整個(gè)電池系統(tǒng)提供了明確的電力輸出接口，使得電池系統(tǒng)與外部設(shè)備的連接更加清晰、便捷，方便設(shè)備的安裝和使用，降低了連接錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)的兼容性和易用性。另外，數(shù)據(jù)采集芯片連接于總極柱所在一側(cè)相反側(cè)的相鄰兩個(gè)匯流條之間，與對(duì)應(yīng)的電芯子系統(tǒng)電連接且通信連接，從而縮短了數(shù)據(jù)采集芯片與電芯子系統(tǒng)之間的電氣距離，減少了信號(hào)傳輸?shù)膿p耗和干擾，提高了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。同時(shí)，所述電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)也便于布線和電路設(shè)計(jì)，使得整個(gè)電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊、合理，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性。

13、優(yōu)選地，在第一方面的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)中，各所述電芯子系統(tǒng)與對(duì)應(yīng)的所述數(shù)據(jù)采集芯片經(jīng)由供電線而電連接，且經(jīng)由采集線而通信連接，并且所述采集線包含電壓采集線，使得各所述數(shù)據(jù)采集芯片經(jīng)由其電壓采集線采集對(duì)應(yīng)的電芯子系統(tǒng)的電壓，即構(gòu)成所述電芯子系統(tǒng)的兩個(gè)電芯的電壓和。

14、根據(jù)具有上述配置的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)，通過供電線將電芯子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集芯片電連接，為芯片穩(wěn)定運(yùn)行提供電力保障，確保芯片時(shí)刻處于工作就緒狀態(tài)，不間斷地監(jiān)控電芯子系統(tǒng)，避免因供電異常導(dǎo)致監(jiān)測(cè)中斷，提升整個(gè)監(jiān)測(cè)體系的穩(wěn)定性。另外，利用采集線建立通信連接，尤其是其中的電壓采集線，搭建起高效的數(shù)據(jù)傳輸通道，能快速、準(zhǔn)確地將電芯子系統(tǒng)的電壓數(shù)據(jù)傳輸至芯片，減少信號(hào)干擾和傳輸損耗，保證數(shù)據(jù)的及時(shí)性與準(zhǔn)確性。本公開中，相比較于傳統(tǒng)方案中每個(gè)電芯需獨(dú)立設(shè)置電壓采集線和供電線，每個(gè)電芯子系統(tǒng)(兩電芯)僅需一組電壓采集線和共用供電線，供電線數(shù)量減少約50％，降低了fpc排線或供電線的物料成本與組裝復(fù)雜度，同時(shí)，數(shù)據(jù)采集芯片通過單組電壓采集線直接獲取兩電芯總電壓，無需為每個(gè)電芯單獨(dú)設(shè)計(jì)電壓采樣通道，采樣通道數(shù)量減半，降低芯片成本，而且通過連接兩側(cè)匯流條，子系統(tǒng)芯片可直接測(cè)得兩電芯的總電壓，無需逐一對(duì)單電芯進(jìn)行差分計(jì)算，減少了電壓采樣鏈路的信號(hào)噪聲干擾，提高高壓側(cè)采樣效率。

15、優(yōu)選地，在第一方面的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)中，還包括：溫度傳感器，所述溫度傳感器在所述相反側(cè)設(shè)置于每一個(gè)所述電芯子系統(tǒng)所具有的兩個(gè)電芯的任意一者的極柱上或者所述極附近，并且所述采集線還包含溫度采集線，各所述溫度傳感器經(jīng)由其溫度采集線與對(duì)應(yīng)的所述電芯子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集芯片通信連接，使得所述數(shù)據(jù)采集芯片能夠采集對(duì)應(yīng)的所述電芯子系統(tǒng)的溫度。

16、根據(jù)具有上述配置的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)，在每個(gè)電芯子系統(tǒng)的電芯極柱上或者所述極柱附近上設(shè)置溫度傳感器，使得系統(tǒng)對(duì)電芯溫度的監(jiān)測(cè)更具針對(duì)性和精準(zhǔn)度，能快速捕捉到電芯在運(yùn)行過程中的細(xì)微溫度變化。采集線增設(shè)溫度采集線，實(shí)現(xiàn)了溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集芯片的穩(wěn)定通信，確保溫度數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確傳輸，避免數(shù)據(jù)延遲或丟失，為芯片后續(xù)處理分析提供可靠依據(jù)。數(shù)據(jù)采集芯片能采集到電芯子系統(tǒng)的溫度，結(jié)合電壓等其他數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電芯狀態(tài)的全方位評(píng)估。例如，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)因溫度異常導(dǎo)致的電芯性能下降、潛在故障隱患，進(jìn)而采取措施，如調(diào)整充放電策略，有效預(yù)防電池?zé)崾Э?，提高電池使用安全性，延長(zhǎng)電池使用壽命。此外，這些準(zhǔn)確的溫度數(shù)據(jù)，還能幫助系統(tǒng)優(yōu)化熱管理策略，在不同環(huán)境溫度下都能讓電芯保持良好工作狀態(tài)，提升整個(gè)電池系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。

17、優(yōu)選地，在第一方面的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)中，所述供電線與所述采集線被集成為fpc排線，并且所述數(shù)據(jù)采集芯片被構(gòu)成為一塊pcba或者直接表面貼裝在fpc上。

18、根據(jù)具有上述配置的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)，供電線與采集線被集成為輕薄、可彎曲的fpc排線，能夠在有限的空間內(nèi)靈活布線，更好地適應(yīng)電芯緊湊的布設(shè)結(jié)構(gòu)，有效節(jié)省電池系統(tǒng)內(nèi)部的空間，提高空間利用率，有助于實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)的小型化和輕量化設(shè)計(jì)。相比于傳統(tǒng)的多條獨(dú)立線路，fpc排線作為一個(gè)整體，在安裝過程中更加簡(jiǎn)單便捷，減少了布線的復(fù)雜性和出錯(cuò)概率，安裝人員無需逐一連接眾多分散的供電線和采集線，大大縮短了安裝時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也降低了因線路連接錯(cuò)誤導(dǎo)致系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)。而且，通過使數(shù)據(jù)采集芯片被構(gòu)成為一塊pcba或者直接表面貼裝在fpc上，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的集成度；pcba形式將芯片及相關(guān)的電子元件集成在一塊電路板上，而直接表面貼裝在fpc上則更加精簡(jiǎn)了結(jié)構(gòu)，減少了芯片與其他組件之間的連接環(huán)節(jié)，使整個(gè)電芯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更加緊湊和一體化，不僅有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，還便于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和管理。

19、優(yōu)選地，在第一方面的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)中，所述數(shù)據(jù)采集芯片包含以下至少一者：模擬前端(afe)芯片；均衡與有線傳輸芯片；微控制器單元(mcu)芯片；傳感器芯片；和eis測(cè)量芯片。

20、根據(jù)具有上述配置的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)，通過afe芯片實(shí)現(xiàn)高精度模擬信號(hào)采集，確保電芯電壓、電流等數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；通過均衡與有線傳輸芯片優(yōu)化電芯間的能量均衡和信號(hào)傳輸效率，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性和能量利用率；通過mcu芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和控制，增強(qiáng)系統(tǒng)的智能化水平；通過傳感器芯片實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電芯溫度、壓力等環(huán)境參數(shù)，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性；通過eis測(cè)量芯片實(shí)現(xiàn)電化學(xué)阻抗譜分析，為電芯健康狀態(tài)評(píng)估提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。利用上述高度集成的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)，降低了成本和功耗，還提高了數(shù)據(jù)采集的精度和實(shí)時(shí)性，同時(shí)增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力和可擴(kuò)展性。

21、優(yōu)選地，在第一方面的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)中，所述fpc排線安裝于所述電芯的隊(duì)列的所述相反側(cè)的側(cè)面，并且沿著n個(gè)所述電芯的布置方向延伸。

22、根據(jù)具有上述配置的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)，使fpc排線安裝在電芯隊(duì)列的側(cè)面，能夠充分利用電池包內(nèi)部的邊緣空間，避免與電芯主體或其他組件的空間沖突，使得電池包的整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，提高了空間利用率，另外，fpc排線沿著電芯布置方向延伸，形成一條連續(xù)的信號(hào)和供電傳輸路徑，減少了傳統(tǒng)布線中多條獨(dú)立線纜的復(fù)雜性，簡(jiǎn)化了電池包內(nèi)部的布線結(jié)構(gòu)，降低了組裝難度和成本，同時(shí)減少了因布線雜亂導(dǎo)致的故障風(fēng)險(xiǎn)。此外，fpc排線沿著電芯隊(duì)列延伸，還有利于形成模塊化設(shè)計(jì)，便于安裝、維護(hù)和更換，同時(shí)還支持電池包的擴(kuò)展，只需延長(zhǎng)fpc排線即可增加更多電芯，提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。

23、優(yōu)選地，在第一方面的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)中，還包括：薄膜壓力傳感器，所述薄膜壓力傳感器緊密貼合于構(gòu)成各所述電芯子系統(tǒng)的兩個(gè)電芯之間。

24、根據(jù)具有上述配置的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)，通過緊密貼合于構(gòu)成各電芯子系統(tǒng)的兩個(gè)電芯之間的薄膜壓力傳感器，能實(shí)時(shí)感知電芯間壓力變化，及時(shí)捕捉充放電過程中因電芯內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的壓力改變，當(dāng)壓力超出正常范圍，迅速傳遞異常信號(hào)，促使系統(tǒng)及時(shí)采取停止充放電等保護(hù)措施，避免安全事故。另外，利用薄膜壓力傳感器提供的壓力數(shù)據(jù)，可據(jù)此推斷電芯老化程度、電極材料穩(wěn)定性等，助力全面評(píng)估電池健康與壽命，還能使得電池管理系統(tǒng)依據(jù)壓力信息優(yōu)化充放電控制，延長(zhǎng)電池使用壽命。薄膜壓力傳感器輕薄柔軟，緊密貼合電芯間不占過多空間，不影響原有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且由于安裝簡(jiǎn)單、無需復(fù)雜工藝和額外固定裝置，降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，利于大規(guī)模應(yīng)用。

25、優(yōu)選地，在第一方面的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)中，還包括：溫壓傳感器，所述溫壓傳感器緊密貼合于構(gòu)成各所述電芯子系統(tǒng)的兩個(gè)電芯之間，或者所述溫壓傳感器設(shè)置于電芯內(nèi)部。

26、根據(jù)具有上述配置的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)，能夠靈活地安裝溫壓傳感器，可緊密貼合于構(gòu)成各電芯子系統(tǒng)的兩個(gè)電芯之間，也能設(shè)置于電芯內(nèi)部，利用溫壓傳感器全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電芯在充放電過程中的壓力和溫度變化，為電池狀態(tài)評(píng)估提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測(cè)到溫壓出現(xiàn)異常，可及時(shí)向電池管理系統(tǒng)傳遞信號(hào)，促使系統(tǒng)采取有效措施，防范安全事故發(fā)生，保障電池系統(tǒng)安全。同時(shí)，基于溫壓數(shù)據(jù)能精準(zhǔn)評(píng)估電池健康與壽命，優(yōu)化充放電控制，延長(zhǎng)電池使用壽命，且安裝方式不會(huì)對(duì)原有結(jié)構(gòu)造成大的影響，為系統(tǒng)升級(jí)改造提供便利。

27、本公開第二方面提供了一種電池包，所述電池包括多個(gè)電芯，所述電芯具有第一方面所述的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)。

28、本公開第二方面的電池包由于采用了第一方面的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)，因此也能夠?qū)崿F(xiàn)上面提到的各種技術(shù)效果。

29、上面已經(jīng)描述了本公開的電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用該電芯布設(shè)結(jié)構(gòu)的電池包的基本構(gòu)成，下面，將參考附圖進(jìn)行更清楚地說明，以便于加強(qiáng)理解。