CN108649284A - 一种新能源汽车的电池组稳压控制系统 - Google Patents

一种新能源汽车的电池组稳压控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种新能源汽车的电池组稳压控制系统，若干工作电池，每两个工作电池分别通过一个开关并联设置形成一电池组，若干电池组串联成一电池阵列，电池包由两个选择性连接的电池阵列组成；第一对触头，其选择性与各个电池组两端连接；第二对触头，其开断设置在负载负极线路上，所述第二对触头与第一对触头相邻间隔设置；双向直流变换器，其第一端设置有一双向开关，所述双向开关与第一对触头或第二对触头选择性闭合接触，所述双向开关和双向直流变换器之间还设置有一反接开关，所述反接开关处于常开状态；以及冗余电池，其连接在所述双向直流变换器的第二端；本发明解决了电池包输出电压不稳定的技术问题。

Description

一种新能源汽车的电池组稳压控制系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种新能源汽车的电池组稳压控制系统。
背景技术
近年来，越来越多的产品采用锂离子电池做为主要电源，主要是由于锂离子电池具有体积小，能量密度高，无记忆效应，循环寿命高，自放电率低等优点；但同时锂离子电池对充放电要求很高，当过充、过放、过电流及短路等情况发生时，锂离子电池压力与热量大量增加，容易产生火花、燃烧甚至爆炸，因此，锂离子电池无一例外地都加有过充放电保护电路。另外，当对一组锂离子电池充放电时，考虑到各个单体电池的不一致性，可采取均衡措施来确保安全性和稳定性。
均衡的意义就是利用电子技术，使锂离子电池单体电压偏差保持在预期的范围内，从而保证每个单体电池在正常的使用时不发生损坏。若不进行均衡控制，随着充放电循环的增加，各单体电池电压逐渐分化，使用寿命将大大缩减，造成电池输出电压不稳定，影响负载的正常工作。
另一方面，随着电池的持续放电，电池两端电压也会随时间下降，也会影响负载的不稳定。为此，急需一种新能源汽车的电池组稳压控制系统。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的目的是提供一种新能源汽车的电池组稳压控制系统，充电时，两个电池阵列同时并列充电，放电时，两个电池阵列分别放电，在放电过程中进行工作电池的均衡，以稳定输出电压，同时通过冗余电池来补充电池放电的压降，从而稳定负载两端的电压。本发明解决了电池包输出电压不稳定的技术问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种新能源汽车的电池组稳压控制系统，包括：
若干工作电池，每两个工作电池分别通过一个开关并联设置形成一电池组，若干电池组串联成一电池阵列，电池包由两个选择性连接的电池阵列组成，汽车的充电电路选择性连接在所述电池阵列的两端；
第一对触头，其选择性与各个电池组两端连接；
第二对触头，其开断设置在负载负极线路上，所述第二对触头与第一对触头相邻间隔设置；
双向直流变换器，其第一端设置有一双向开关，所述双向开关与第一对触头或第二对触头选择性闭合接触，所述双向开关和双向直流变换器之间还设置有一反接开关，所述反接开关处于常开状态；
冗余电池，其连接在所述双向直流变换器的第二端，所述冗余电池通过所述双向直流变换器分别与每个电池阵列中的至少一个电池组串联组合形成一放电回路，所述负载选择性串联在所述放电回路中；以及
变压器，其原边连接在所述双向直流变换器的第二端，所述变压器副边选择性连接所述双向开关。
优选的，所述电池组包括第一工作电池和第二工作电池，所述第一工作电池和第二工作电池的正极相对设置，所述第一工作电池和第二工作电池的正极之间通过串联连接的第一开关和第二开关连接，所述第一工作电池和第二工作电池的负极共接，第一开关和第二开关之间设置有第一接点；
每个电池组的负极连接相邻下一个电池组的第一接点，每个电池组的第一接点连接相邻上一个电池组的负极。
优选的，第一电池阵列的正极通过一第三开关连接在负载正极，第二电池阵列通过一第四开关连接在所述负载正极，第一电池阵列的负极通过一第十二开关连接在负载的负极，第二电池阵列的负极通过一第十三开关连接在所述负载负极。
优选的，所述负载正极设置有一第五开关，充电电路通过一第一开关组连接在所述第五开关正极和负载负极，所述第五开关和负载之间设置有一稳压电路。
优选的，所述第一电池阵列和第二电池阵列中的每个电池组一一对应，形成若干对电池组，每一对电池组中的两个电池组的正极之间通过串联设置的第六开关和第七开关连接，第六开关和第七开关之间设置有第二接点；
一对电池组中的两个电池组的负极之间通过串联设置的第八开关和第九开关连接，第八开关和第九开关之间设置有第三接点。
优选的，所述双向直流变换器第一端和所述双向开关之间设置有一第二开关组，所述反接开关设置在所述第二开关组的断口两端；
所述第一对触头的第一触点通过一第一导线连接各个第二接点，所述第一对触头的第二触点通过一第二导线连接各个第三接点，所述第二开关组的正极连接第一对触头的第一触点，所述第二开关组的负极连接第一对触头的第二触点。
优选的，所述冗余电池通过第十开关连接在所述双向直流变换器的第二端，所述变压器原边通过一第三开关组与所述双向直流变换器的第二端连接，所述变压器的副边与各个所述电池组两端选择性连接。
优选的，所述第二开关组的正极通过一第三导线连接所述变压器副边第一端，所述第二开关组的负极通过一第四导线连接所述变压器副边第二端，所述副边第一端与原边负极为同名端。
优选的，所述第三导线和第四导线上设置有一第四开关组。
优选的，所述负载负极线路上设置有一第十一开关，所述第二对触头设置在所述第十一开关两端，所述第二对触头的第一触点与所述负载负极连接，所述第二对触头的第二触点与所述第十二开关、第十三开关连接，各个开关和开关组为可控开关。
与现有技术相比，本发明包含的有益效果在于：
1、本发明在电池包充放电过程中分别进行了电压均衡，保证了各个工作电池的充放电一致性，提高了电池包的充放电效率，稳定电池包的输出电压，同时通过冗余电池有效补充电池包的压降，保证了负载两端电压的稳定性；
2、通过两个电池阵列分别放电，且当放电阵列输出电压不足时，后接入一电池组来稳定电池包输出电压，配合冗余电池的电压调整，保证负载两端电压稳定的同时，提高了电池包的放电率和使用率。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是第一初始放电回路原理图；
图3是第一稳定放电回路原理图；
图4是第二初始放电回路原理图；
图5是第二稳定放电回路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供了一种新能源汽车的电池组稳压控制系统，包括：
若干工作电池，每两个工作电池分别通过一个开关并联设置形成一电池组，若干电池组首尾串联成一电池阵列，电池包由两个选择性连接的电池阵列组成。
具体的，每个电池组包括第一工作电池和第二工作电池，所述第一工作电池和第二工作电池的正极相对设置，所述第一工作电池和第二工作电池的正极之间通过串联连接的第一开关和第二开关连接，所述第一工作电池和第二工作电池的负极共接，第一开关和第二开关之间设置有第一接点。
本实施例中，第一工作电池E1,1和第二工作电池E1,2构成第一电池阵列中的第一电池组，第一工作电池E1,1和第二工作电池E1,2正极之间串联有第一开关S1,1和第二开关S1,2，依次类推，如图1所示，第一电池阵列中的第二电池组由第一工作电池E2,1、第二工作电池E2,2以及串联在这两者之间的第一开关S2,1和第二开关S2,2构成，第一电池阵列中的第n电池组由第一工作电池En,1、第二工作电池En,2以及串联在这两者之间的第一开关Sn,1和第二开关Sn,2构成。
同理，第一工作电池E1,3和第二工作电池E1,4构成第二电池阵列中的第一电池组，第一工作电池E1,3和第二工作电池E1,4正极之间串联有第一开关S1,5和第二开关S1,6，依次类推，如图1所示，第二电池阵列中的第二电池组由第一工作电池E2,3、第二工作电池E2,4以及串联在这两者之间的第一开关S2,5和第二开关S2,6构成，第二电池阵列中的第n电池组由第一工作电池En,3、第二工作电池En,4以及串联在这两者之间的第一开关Sn,5和第二开关Sn,6构成。
每个电池组的负极连接相邻下一个电池组的第一接点，每个电池组的第一接点连接相邻上一个电池组的负极，也就是说电池阵列是由n个电池组首尾串联形成的。
第一电池阵列的正极通过一第三开关S1连接在负载10的正极，第二电池阵列的正极通过一第四开关S2连接在所述负载10正极，第一电池阵列的负极通过一第十二开关S10连接在负载10的负极，第二电池阵列的负极通过一第十三开关S11连接在所述负载10负极。从而可知，第一电池阵列整体和第二电池阵列整体通过第三开关S1和第四开关S2选择性并联在负载10的两端。
同时，在所述负载10正极设置有一第五开关S7，充电电路通过一第一开关组S8连接在所述第五开关S7正极和负载10负极，所述第五开关和负载之间设置有一稳压电路40，以稳定负载两端的电压。当第一开关组S8闭合时，通过充电电路对电池包进行充电；当第一开关组S8断开时，通过电池包对负载10进行供电。
所述第一电池阵列和第二电池阵列中电池组数量一致，由n个组成，两个电池阵列中的每个电池组一一对应，形成若干对电池组，如图1所示，第一电池阵列中的第一电池组与第二电池阵列中的第一电池组对应，形成第一对电池组，以此类推，第一电池阵列中的第n电池组与第二电池阵列中的第n电池组对应，形成第n对电池组。
本实施例中，每一对电池组中的两个电池组的正极之间通过串联设置的第六开关和第七开关连接，第六开关和第七开关之间设置有第二接点。每一对电池组中的两个电池组的负极之间通过串联设置的第八开关和第九开关连接，第八开关和第九开关之间设置有第三接点。
如图1所示，第一对电池组正极之间通过串联设置的第六开关S1,4和第七开关连接S1,8 连接，第一对电池组负极之间通过串联设置的第八开关S1,3和第九开关连接S1,7 连接，以此类推，第二对电池组正极之间通过串联设置的第六开关S2,4和第七开关连接S2,8 连接，第二对电池组负极之间通过串联设置的第八开关S2,3和第九开关连接S2,7 连接，第n对电池组正极之间通过串联设置的第六开关Sn,4和第七开关连接Sn,8 连接，第一对电池组负极之间通过串联设置的第八开关Sn,3和第九开关连接Sn,7 连接。
第一对触头K1选择性与各个电池组两端连接；具体的，所述第一对触头K1的第一触点通过一第一导线连接各个第二接点，所述第一对触头K1的第二触点通过一第二导线连接各个第三接点。
第二对触头K2开断设置在负载10负极线路上，所述第二对触头K2与第一对触头K1相邻间隔设置。
双向直流变换器20第一端设置有一双向开关S13，双向开关S13与第一对触头K1、第二对触头K2相邻间隔设置，当双向开关S13动作时，使得所述双向开关S13与第一对触头K1或第二对触头K2选择性闭合接触，使得双向直流变换器20的第一端选择性连接在各个电池组两端。所述双向开关S13和双向直流变换器20之间还设置有一反接开关30，所述反接开关30处于常开状态。
所述双向直流变换器20的第一端和所述双向开关S13之间设置有一第二开关组S3，所述反接开关30设置在所述第二开关组S3的断口两端，反接开关与S3不能同时闭合。
具体的，所述第二开关组的正极连接第一对触头K1的第一触点，所述第二开关组的负极连接第一对触头K1的第二触点，从而使得双向直流变换器20通过第二开关组S3连接在各个电池组的正负极两端，当电池组所在位置处的第六开关和第八开关闭合，第一电池阵列中所在位置处的电池组即可与双向直流变换器20的第一端连接，当电池组所在位置处的第七开关和第九开关关闭合，第二电池阵列中所在位置处的电池组即可与双向直流变换器20的第一端连接。
冗余电池Eq通过第十开关S6连接在所述双向直流变换器20的第二端，通过第十开关S6来控制冗余电池Eq是否与双向直流变换器20的第二端连接。冗余电池Eq用于在放电过程中，补充电池放电的压降，从而稳定负载两端的电压。
所述双向直流变换器20的第二端还设置有一变压器Tr，变压器Tr原边通过第三开关组S4连接在所述双向直流变换器20的第二端，通过第三开关组S4来控制变压器Tr原边是否与双向直流变换器20的第二端连接。所述变压器Tr为反激式变压器，所述副边第一端与原边负极为同名端。
所述变压器Tr的副边与各个所述电池组两端选择性连接，具体的，所述第二开关组S3的正极通过一第三导线连接所述变压器Tr副边第一端，所述第二开关组S3的负极通过一第四导线连接所述变压器Tr副边第二端。所述第三导线和第四导线上设置有一第四开关组S5。
当双向开关与第一对触头K1闭合时，变压器Tr副边第一端通过所述第四开关组S5和第三导线连接各个第二接点，变压器Tr副边第二端通过所述第四开关组S5和第四导线连接各个第三接点，从而使得变压器Tr副边通过第四开关组S5连接在各个电池组的正负极两端，当电池组所在位置处的第六开关和第八开关闭合，第一电池阵列中所在位置处的电池组即可与变压器Tr副边连接，当电池组所在位置处的第七开关和第九开关关闭合，第二电池阵列中所在位置处的电池组即可与变压器Tr副边连接，从而使得变压器Tr和与变压器Tr副边连接的电池组进行能量交换。
上述技术方案中，所述负载10负极线路上设置有一第十一开关S9，所述第二对触头K2设置在所述第十一开关S9两端，所述第二对触头K2的第一触点与所述负载负极连接，所述第二对触头K2的第二触点与所述第十二开关、第十三开关连接，当第十一开关S9断开，且双向开关与第二对触头K2闭合、S6闭合时，即可将冗余电池串联至负载的放电回路中，通过双向直流变换器20来调整冗余电池Eq的放电电压，以稳定负载两端的工作电压。
各个开关和开关组为可控开关。可以理解的是，各个开关和开关组均为可控开关，比如半导体可控开关，通过控制单元对各个开关和开关组进行控制。
以下对电池板的充放电过程进行说明。
充电过程：
当对电池包充电时，闭合各个电池组上的第一开关和第二开关，闭合第三开关S1、第四开关S2、第十一开关S9、第十二开关S10和第十三开关S11，使得两个电池阵列并联连接在充电电路上，闭合第一开关组S8，通过充电电路对两个电池阵列同时充电，从而对每个电池组中的工作电池同时进行充电。在充电过程中，如果闭合第五开关S7，则通过充电电路对负载10供电同时对各个工作电池进行充电；如果断开第五开关S7，则充电电路只对各个工作电池进行充电。
在充电过程中，将两个电池阵列中相对应的两个电池组两端轮流导通。具体的，S13处于断开状态，轮流同时闭合同一对电池组之间的第六开关、第七开关、第八开关和第九开关，使得该对电池组之间相互导通。也就是说，首先同时闭合第一对电池组之间的第六开关、第七开关、第八开关和第九开关，间隔一定时间后，同时断开第一对电池组之间的第六开关、第七开关、第八开关和第九开关，并同时闭合第二对电池组之间的第六开关、第七开关、第八开关和第九开关，以此类推，轮流导通第一对电池组至第n对电池组之间的第六开关、第七开关、第八开关和第九开关，使得在对各个电池组进行充电的过程中，每个电池组之间的两个工作电池可以相互调节，实现同一电池组之间两工作电池的充电均衡，同时，由于每一对电池组之间轮流导通，每对电池组之间的两个电池组可以相互调节，实现同一对电池组之间四个工作电池的充电均衡，以消除在充电过程中每一对电池组中由于各个工作电池的不同状态而引起的充电偏差，实现每一对电池组上每个工作电池的充电均衡，以实现对每一对电池组的充电最大化。
随着充电的持续进行，每个工作电池的状态都会有差异，虽然各对电池组中的各个工作电池实现了充电均衡，但各对电池组之间的充电状态也会有差异，造成对电池包充电过程的提前终止。为了在充电过程中均衡各对电池组之间的充电容量，分别检测各对电池组中任意一个工作电池的两端电压，并求平均电压值，取出工作电池两端电压高于平均电压值所在的那对电池组，当该对电池组之间相互导通时，S13与第一对触头闭合接触，闭合S3、S4，S5、S6保持断开，变压器Tr原边通过双向直流变换器20、第一导线和第二导线与该对电池组之间的第二接点和第三接点连接，也就是将该对电池组连接到变压器Tr原边，由于S5断开，变压器Tr副边无法形成回路，从而将该对电池组中的部分电能储存到变压器Tr中，随后将S3、S4断开。
同时取出工作电池两端电压低于平均电压值所在的那对电池组，当该对电池组之间相互导通时，闭合S5，S3、S4、S6保持断开，变压器Tr副边通过S5、第三导线和第四导线与该对电池组之间的第二接点和第三接点连接，也就是将该对电池组连接到变压器Tr副边，变压器Tr副边与该对电池组构成导通回路，从而将储存在变压器Tr中电能充入到该对电池组中的工作电池中，实现了能量转移，将电池包中工作电池两端电压高于平均电压值所在的那对电池组中的部分电能转移到工作电池两端电压低于平均电压值所在的那对电池组中，当该对电池组之间断开导通时，将S5断开，实现两对电池组之间的充电均衡。以此类推，调节各对电池组中的充电容量，实现各对电池组之间的充电均衡，提高电池包的充电效率和容量。使得各个工作电池之间进行电量自调整，取长补短，最终使得各个工作电池两端电压一致，确保充电的均衡性，提高了电池包的整体充电效率和使用率。
高于平均电压值所在的那对电池组中的部分电能经过双向直流变换器20将电压提升后，储存在变压器Tr中，以提高对变压器Tr的储能率，高于平均电压值所在的那对电池组有更多的电能储存到变压器Tr中，变压器Tr释放能量时，就有更多的电能被补充到低于平均电压值所在的那对电池组中，提高“劫贫济富”效率，各对电池组之间的储电量更加均衡。如果不经过双向直流变换器20升压而直接通过变压器Tr来均衡两对高低不平衡的两对电池组，则能量转移效率低，在充电过程中起不到很好的均衡作用，从而无法进一步提高电池包的充电率。
上述技术方案中，在充电过程中，通过闭合S3和S6，使得冗余电池Eq与工作电池两端电压高于平均电压值所在的那对电池组中的第二接点和第三接点连接，也就是将冗余电池Eq通过双向直流变换器20、第一导线和第二导线与该对电池组连接，通过该对电池组对冗余电池Eq充电，随着各对电池组的轮流导通，对冗余电池Eq间隔充电，直到冗余电池Eq充满。
另一种对冗余电池Eq充电的方法是，当各个工作电池充满电后，断开各个第一开关和第二开关，闭合第一对电池组之间的第六开关或第七开关，同时闭合最后一对电池组之间的第八开关或第九开关，闭合S3和S6，使得冗余电池Eq与第一对电池组中的第二接点以及最后一对电池组中的第三接点连接，也就是将冗余电池Eq通过双向直流变换器20、第一导线和第二导线直接与充电电路连接，通过充电电路对冗余电池Eq直接充电，直到冗余电池Eq充满。
放电过程：
当电池包放电时，所述冗余电池与第一电池阵列中的前n-1电池组串联形成第一初始放电回路，所述冗余电池、第一电池阵列中的前n-1电池组以及第二电池阵列中的第n个电池组串联形成第一稳定放电回路，第一初始放电回路的放电电压不足时，切换第一稳定放电回路进行放电；所述冗余电池与第二电池阵列中的前n-1电池组串联形成第二初始放电回路，所述冗余电池、第二电池阵列中的前n-1电池组以及第一电池阵列中的第n个电池组串联形成第二稳定放电回路，第二初始放电回路的放电电压不足时，切换第二稳定放电回路进行放电。第一稳定放电回路放电完毕后，切换第二初始放电回路进行放电。
在放电过程中，所述冗余电池Eq通过所述双向直流变换器20实时调整输出电压以稳定各个放电回路的串联电压，从而稳定负载10两端电压。
具体的，如图2所示，本实施例中，首先闭合第一电池阵列中前n-1个电池组上的各个第一开关和第二开关，同时闭合Sn-1,3、Sn,3、S1、S7、S6、S10，将双向开关与第二对触头K2闭合接触，闭合反接开关30，将S9、S3断开，形成如图2中虚线箭头所示的第一初始放电回路，通过第一初始放电回路对负载进行供电。
之后断开Sn,3、S10，闭合S11、Sn-1,7，闭合第二电池阵列中第n个电池组上的第一开关和第二开关，形成如图3中虚线箭头所示的第一稳定放电回路，通过第一稳定放电回路对负载进行供电。
类似的，如图4所示，本实施例中，首先闭合第二电池阵列中前n-1个电池组上的各个第一开关和第二开关，同时闭合Sn-1,7、Sn,7、S2、S7、S6、S11，将双向开关与第二对触头K2闭合接触，闭合反接开关30，将S9、S3断开，形成如图4中虚线箭头所示的第二初始放电回路，通过第二初始放电回路对负载进行供电。
之后断开Sn,7、S11，闭合S10、Sn-1,3，闭合第一电池阵列中第n个电池组上的第一开关和第二开关，形成如图5中虚线箭头所示的第二稳定放电回路，通过第二稳定放电回路对负载进行供电。
每个放电回路中，以两个工作电池并联组成一电池组的形式接入到放电回路中，每个电池组中，两个并联的工作电池可以相互调节，“取长补短”，以消除该两个工作电池上电压的偏差，从而均衡了每个电池组中的两个工作电池，提高该电池组的放电效率。
在电池包放电过程中，工作电池的状态会发生变化，导致工作电池两端的电压产生差异，特别是各个电池组之间产生电压偏差，影响电池包的整体放电率。
为了在放电过程中均衡各个工作电池上的电压，以提高放电回路的放电率，每隔一段时间T1分别检测在放电回路中的各个电池组两端电压，求出各个电池组上的平均电压。
当电池充满电后，通过第一初始放电回路对负载10进行供电，在放电过程中，以不同时刻选取出的所述平均电压为基准，设定一段时间T2，T2小于T1，比如T1为60s，T2为30s，设定一电压偏差值ΔV，ΔV可根据要求而设定，本实施例中，ΔV为50mV，当检测到第一初始放电回路中的其他电池组两端的电压与所述平均电压之间的差值超过ΔV时，控制该电池组所在那对电池组中的另一电池组接入电路，接入时间为T2。
具体的，例如：在某一时刻检测到第一电池阵列中的第一工作电池E1,1两端电压低于各电池组上的平均电压，且该第一工作电池E1,1两端电压与该平均电压之间的差值超过ΔV时，控制第二电池阵列中第一电池组上的S1,5 、S1,6闭合，同时控制第一对电池组之间的开关S1,3 、S1,4、S1,7 、S1,8闭合，将第二电池阵列中的第一电池组并联在第一电池阵列中的第一电池组两端，接入时间为T2，在第二电池阵列中的第一电池组接入期间，由于其两端电压高于第一工作电池E1,1两端电压，因此在此期间内，由第二电池阵列中的第一电池组代替第一电池阵列中的第一电池组两端电压接入第一初始放电回路，同时给第一电池阵列中的第一电池组充电，消除与平均电压之间的电压差，直到单次接入时间结束，将第二电池阵列中的第一电池组切除。
除了第一初始放电回路中最后一个电池组，也就是第n-1电池组，第一初始放电回路中的其他工作电池也照上述方法进行切换。当在某一时刻，第一初始放电回路中最后一个电池组的两端电压低于平均电压，且第一初始放电回路中最后一个电池组的两端电压与该平均电压之间的差值超过ΔV时，控制第二电池阵列中第n电池组上的Sn,5 、Sn,6闭合，同时控制开关Sn-1,4 、Sn,7 、Sn,8闭合，将第二电池阵列中的第n电池组并联在第一电池阵列中的第n-1电池组两端，以消除第一电池阵列中的第n-1电池组与平均电压之间的电压差，直到单次接入时间结束，将第二电池阵列中的第n电池组切除。
由此，保证了第一初始放电回路的正常运行，同时通过不断调整第一初始放电回路中各个电池组随对应的另一电池组的接入，以提高第一初始放电回路中对应电池组两端电压，减小第一初始放电回路中各个电池组上的电压偏差，有效提高放电效率，电池包利用率更高，直到第一初始放电回路放电结束。在此过程中，稳压电路40起到了稳压作用，减少了工作电池切换对负载10供电电压造成的影响。
上述技术方案中，以第一初始放电回路中各时刻的平均电压为基准，来提高低于该平均电压超过ΔV所在电池组上的电压，减小各电池组之间的电压偏差，均衡个电池组上的电压，提高放电效率，同时减小后补充接入电池组的切换次数，经稳压电路40稳压后，稳定第一初始放电回路的输出电压。另一方面，由于工作电池的正常压降，会造成第一初始放电回路输出电压的整体下降，为此，实时测量负载两端的电压，计算与负载额定电压之间的差值，从而通过双向直流变换器20实时调整冗余电池Eq的输出电压，对第一初始放电回路的压降进行补充，以稳定第一初始放电回路的串联电压，从而稳定负载10两端电压。
初始时，通过第一初始放电回路对负载进行供电，正常情况下，在放电过程中，工作电池两端电压会产生压降，使得放电回路的输出电压下降，从而影响负载两端的供电电压，为了稳定负载两端供压，将冗余电池Eq串联至该放电回路中，通过双向直流变换器20来调整冗余电池的输出电压。
具体的，实时测量负载两端电压，以获知负载两端电压与额定工作电压的差值，当负载两端电压与额定工作电压的差值超过设定值时，本实施例中，设定值是200mV，则通过双向直流变换器20将冗余电池的输出电压相应提高200mV，使得负载两端的供电电压偏差稳定在额定电压的±200mV之内，从而有效稳定了第一初始放电回路的输出端电压。
由于冗余电池电量有限，只能在一定范围内对放电回路的压降进行补偿，随着第一初始放电回路的持续放电，当第一电池阵列中前n-1个电池组上的总压降超过单个电池组的额定电压时，则通过第一稳定放电回路对负载进行供电。断开Sn,3、S10，闭合S11、Sn-1,7，闭合第二电池阵列中第n个电池组上的第一开关和第二开关，形成如图3中虚线箭头所示的第一稳定放电回路，对负载进行供电。
由于第二电池阵列中的第n个电池组已经参与第一初始放电回路均压过程，缩小了其两端电压与第一初始放电回路中各电池组上电压的偏差，当第二电池阵列中的第n个电池组接入到第一初始放电回路中构成第一稳定放电回路时，同步减小冗余电池的输出电压，避免造成第二稳定放电回路输出电压的突变。随后通过第一初始放电回路的电压均衡方法来减小各电池组之间的电压偏差，以稳定第一稳定放电回路的串联电压，从而稳定负载10两端电压。随后通调整过冗余电池的输出电压来对补充第一稳定放电回路输出电压的压降，从而稳定第一稳定放电回路的输出电压。
需要作出改变的是，在对第一稳定放电回路做电池组件电压均衡的过程中，通过第二电池阵列中的第n-1电池组并联在第一电池阵列中的第n-1电池组两端，通过第一电池阵列中的第n电池组并联在第二电池阵列中的第n电池组两端，以消除第一电池阵列中的第n-1电池组、第二电池阵列中的第n电池组与第一稳定放电回路中平均电压之间的电压差，直到单次接入时间结束，将对应补充接入电池组切除。
由上所述，依次通过第一初始放电回路和第一稳定放电回路为负载供电，在放电过程中通过接入外部电池组来均衡放电回路中电池组之间的电压，提高放电回路的放电效率，稳定放电回路的输出电压，同时，通过冗余电池来补充放电回路的压降，进一步稳定了负载上的供电电压。
当第一稳定放电回路放电结束后，由于补偿第一初始放电回路和第一稳定放电回路中电池组的压降，使得第二稳定放电回路中的各个电池组之间也会产生偏差，需要做再平衡。断开S1、S2、S3、S7、S9、S10和S11，断开双向开关，断开第一稳定放电回路中各个电池组上的第一开关和第二开关，闭合第二稳定放电回路中各个电池组上的第一开关和第二开关，接下来做第二稳定放电回路中各对电池组之间的电压再平衡:
分别检测第二稳定放电回路中各对电池组的两端电压，并求平均电压值，取出电压高于平均电压值所在的那对电池组，将双向开关S13与第一对触头K1闭合接触，闭合S3、S4，S5、S6、S7和S9保持断开，轮流将第二稳定放电回路中各对电池组与第一对触头K1导通，变压器Tr原边通过双向直流变换器20、第一导线和第二导线与该对电池组之间的第二接点和第三接点连接，也就是将该对电池组连接到变压器Tr原边，由于S5断开，变压器Tr副边无法形成回路，从而将该对电池组中的部分电能储存到变压器Tr中，随后将S3、S4断开。
同时取出电池组两端电压低于平均电压值所在的那对电池组，当该对电池组与第一对触头K1导通时，闭合S5，S3、S4、S6和S7保持断开，变压器Tr副边通过S5、第三导线和第四导线与该对电池组之间的第二接点和第三接点连接，也就是将该对电池组连接到变压器Tr副边，变压器Tr副边与该对电池组构成导通回路，从而将储存在变压器Tr中电能充入到该对电池组中的工作电池中，实现了能量转移，将第二稳定放电回路中工作电池两端电压高于平均电压值所在的那对电池组中的部分电能转移到工作电池两端电压低于平均电压值所在的那对电池组中，当该电池组与第一对触头K1断开时，将S5断开，实现两个电池组之间的电压再均衡。以此类推，调节第二稳定放电回路中各对电池组中工作电池的电压，实现各个电池组之间的电压再均衡，提高电池包的整体放电效率。
第二稳定放电回路中的各个电池组之间进行电量自调整，取长补短，最终使得第二稳定放电回路中各个工作电池两端电压一致，确保第二初始放电回路放电开始时各电池组电压的均衡性，提高了第二初始放电回路、第二稳定放电回路的放电效率以及电池包整体的使用率。
之后即可切换第二初始放电回路对负载10进行供电，以替换第一稳定放电回路对负载供电。具体的如图4所示，第二电池阵列中的前n-1个电池组串联形成第二初始放电回路，经过充电平衡和第二初始放电回路中电池组的电压再平衡，使得第二初始放电回路在放电过程中，各电池组的一致性较好，提高了第二初始放电回路的放电效率，直到切换第一电池阵列中的第n个电池组接入放电回路，形成第二稳定放电回路对负载进行放电，直到第二稳定放电回路放电结束。
另一方面，电池在启动充放电开始时，由于工作电池自身性能的差异性，容易引起各工作电池之间的充放电差异，而本发明中，由于在第一初始放电回路和第一稳定放电回路放电过程中，第二稳定放电回路中的各个电池组基本上都切入到第一初始放电回路或第一稳定放电回路中进行电池组放电均衡调节，因此第二初始放电回路中的各个电池组在第二初始放电回路进行放电前，已经进行了“预热”，各个工作电池的自身性能趋于稳定，当第二初始放电回路或第二稳定放电回路进行单独放电时，由工作电池自身性能引起的差异性将大幅度减小，再经过电压再平衡后，有效减小了第二初始放电回路和第二稳定放电回路中的各个工作电池在放电过程中的电压差异性，进一步提高了第二初始放电回路和第二稳定放电回路以及整个电池包的放电效率。
可以理解的是，冗余电池Eq也可以用于在各对电池组之间的电压调节。例如，第一对电池组上的电压最高，则将冗余电池Eq通过双向直流变换器20、双向开关、第一导线和第二导线连接在第一对电池组上第二接点和第三接点上，闭合第一对电池组之间的第六至第九开关，同时闭合S3、S6，根据第一对电池组上的电压大小和冗余电池Eq两端的电压大小来调整双向直流变换器20第二端的输出电压大小，使得第一对电池组对冗余电池Eq进行充电，降低第一对电池组上的电压，随后通过冗余电池Eq对其他低电压电池组进行充电，从而起到各对电池组之间的电压均衡作用。
冗余电池Eq的放电过程：例如，第二对电池组上的电压最低，则将冗余电池Eq通过双向直流变换器20、双向开关、第一导线和第二导线连接在第二对电池组上第二接点和第三接点上，闭合第二对电池组之间的第六至第九开关，同时闭合S3、S6，根据第二对电池组上的电压大小和冗余电池Eq两端的电压大小来调整双向直流变换器20第一端的输出电压大小，使得冗余电池Eq对第二对电池组进行充电，提高第二对电池组上的电压，以消除第一对电池组和第二对电池组之间的不平衡性，以此类推，通过冗余电池Eq的充放电对各对电池组之间进行电压均衡，提高工作电池的充放电一致性。
由上所述，本发明在电池包充放电过程中分别进行了电压均衡，保证了各个工作电池的充放电一致性，提高了电池包的充放电效率，稳定电池包的输出电压，同时通过冗余电池有效补充电池包的压降，保证了负载两端电压的稳定性；同时，通过两个电池阵列分别放电，且当放电阵列输出电压不足时，后接入一电池组来稳定电池包输出电压，配合冗余电池的电压调整，保证负载两端电压稳定的同时，提高了电池包的放电率和使用率。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易的实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种新能源汽车的电池组稳压控制系统，其特征在于，包括：
若干工作电池，每两个工作电池分别通过一个开关并联设置形成一电池组，若干电池组串联成一电池阵列，电池包由两个选择性连接的电池阵列组成，汽车的充电电路选择性连接在所述电池阵列的两端；
第一对触头，其选择性与各个电池组两端连接；
第二对触头，其开断设置在负载负极线路上，所述第二对触头与第一对触头相邻间隔设置；
双向直流变换器，其第一端设置有一双向开关，所述双向开关与第一对触头或第二对触头选择性闭合接触，所述双向开关和双向直流变换器之间还设置有一反接开关，所述反接开关处于常开状态；
冗余电池，其连接在所述双向直流变换器的第二端，所述冗余电池通过所述双向直流变换器分别与每个电池阵列中的至少一个电池组串联组合形成一放电回路，所述负载选择性串联在所述放电回路中；以及
变压器，其原边连接在所述双向直流变换器的第二端，所述变压器副边选择性连接所述双向开关。
2.如权利要求1所述的新能源汽车的电池组稳压控制系统，其特征在于，所述电池组包括第一工作电池和第二工作电池，所述第一工作电池和第二工作电池的正极相对设置，所述第一工作电池和第二工作电池的正极之间通过串联连接的第一开关和第二开关连接，所述第一工作电池和第二工作电池的负极共接，第一开关和第二开关之间设置有第一接点；
每个电池组的负极连接相邻下一个电池组的第一接点，每个电池组的第一接点连接相邻上一个电池组的负极。
3.如权利要求2所述的新能源汽车的电池组稳压控制系统，其特征在于，第一电池阵列的正极通过一第三开关连接在负载正极，第二电池阵列通过一第四开关连接在所述负载正极，第一电池阵列的负极通过一第十二开关连接在负载的负极，第二电池阵列的负极通过一第十三开关连接在所述负载负极。
4.如权利要求3所述的新能源汽车的电池组稳压控制系统，其特征在于，所述负载正极设置有一第五开关，充电电路通过一第一开关组连接在所述第五开关正极和负载负极，所述第五开关和负载之间设置有一稳压电路。
5.如权利要求4所述的新能源汽车的电池组稳压控制系统，其特征在于，所述第一电池阵列和第二电池阵列中的每个电池组一一对应，形成若干对电池组，每一对电池组中的两个电池组的正极之间通过串联设置的第六开关和第七开关连接，第六开关和第七开关之间设置有第二接点；
一对电池组中的两个电池组的负极之间通过串联设置的第八开关和第九开关连接，第八开关和第九开关之间设置有第三接点。
6.如权利要求5所述的新能源汽车的电池组稳压控制系统，其特征在于，所述双向直流变换器第一端和所述双向开关之间设置有一第二开关组，所述反接开关设置在所述第二开关组的断口两端；
所述第一对触头的第一触点通过一第一导线连接各个第二接点，所述第一对触头的第二触点通过一第二导线连接各个第三接点，所述第二开关组的正极连接第一对触头的第一触点，所述第二开关组的负极连接第一对触头的第二触点。
7.如权利要求6所述的新能源汽车的电池组稳压控制系统，其特征在于，所述冗余电池通过第十开关连接在所述双向直流变换器的第二端，所述变压器原边通过一第三开关组与所述双向直流变换器的第二端连接，所述变压器的副边与各个所述电池组两端选择性连接。
8.如权利要求7所述的新能源汽车的电池组稳压控制系统，其特征在于，所述第二开关组的正极通过一第三导线连接所述变压器副边第一端，所述第二开关组的负极通过一第四导线连接所述变压器副边第二端，所述副边第一端与原边负极为同名端。
9.如权利要求8所述的新能源汽车的电池组稳压控制系统，其特征在于，所述第三导线和第四导线上设置有一第四开关组。
10.如权利要求9所述的新能源汽车的电池组稳压控制系统，其特征在于，所述负载负极线路上设置有一第十一开关，所述第二对触头设置在所述第十一开关两端，所述第二对触头的第一触点与所述负载负极连接，所述第二对触头的第二触点与所述第十二开关、第十三开关连接，各个开关和开关组为可控开关。
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