CN108674217A - 一种新能源汽车的电池优化控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种新能源汽车的电池优化控制系统，电池包；电机驱动器；第一直流变换器，其设置在逆变电路的输出端；第一对触头；第二对触头；变压器，其原边设置有一双向开关，变压器的原边和副边通过双向开关与第一对触头或第二对触头选择性闭合接触；以及冗余电池，其与第一直流变换器输入端连接，第一直流变换器的输出端还与双向开关连接；其中，第一直流变换器输出端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，电机驱动器选择性串联放电回路中。本发明解决了新能源汽车电池输出性能不足的技术问题。

Description

一种新能源汽车的电池优化控制系统
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优化控制系统。
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，也会造成负载两端电压的不稳定，使得电池输出动力疲软，影响负载的正常工作。为此，急需一种新能源汽车的电池优化控制系统。
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优化控制系统，在电池充放电过程中进行工作电池的均衡，以稳定输出电压，通过冗余电池来稳定电池组的输出电压，从而稳定电机驱动器两端的电压，并且有效回收了汽车的制动能量，本发明解决了新能源汽车电池输出性能不足的技术问题。
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优化控制系统，包括：
电池包，其由两个选择性连接的电池阵列组成，每个电池阵列包括若干个串联的电池组，每个电池组由两个并联的工作电池构成，每两个电池组之间选择性并联，每个电池阵列两端分别连接在汽车充电接口两端；
电机驱动器，其输出端连接汽车驱动电机的定子，所述电机驱动器连接在所述放电回路中，所述驱动电机的转子轴选择性连接一发电机转子轴，所述发电机的定子输出端连接一逆变电路；
第一直流变换器，其设置在所述逆变电路的输出端，所述第一直流变换器的输出端连接在所述充电接口两端；
第一对触头，其选择性与各个电池组两端连接；
第二对触头，其开断设置在所述电机驱动器的负极线路上，所述第二对触头与第一对触头相邻间隔设置；
变压器，其原边设置有一双向开关，所述变压器的原边和副边通过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；以及
冗余电池，其连接在所述变压器副边，所述冗余电池两端还与所述第一直流变换器输入端连接，所述第一直流变换器的输出端还与所述双向开关连接；
其中，所述第一直流变换器输出端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，所述电机驱动器选择性串联在所述放电回路中中。
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电机驱动器正极，第二电池阵列通过一第四开关连接在所述电机驱动器正极，第一电池阵列的负极通过一第十二开关连接在电机驱动器的负极，第二电池阵列的负极通过一第十三开关连接在所述电机驱动器负极。
优选的，所述电机驱动器正极设置有一第五开关，所述充电接口连接在所述第五开关正极和电机驱动器负极，所述充电接口通过一第一开关组与充电电路连接，所述第五开关和电机驱动器之间设置有一直流稳压电路。
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，所述变压器原边连接一第二直流变换器的第二端，所述第二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；所述第三导线和第四导线上设置有一第三开关组。
优选的，所述冗余电池负极连接在所述第三导线上，所述冗余电池负极到第二开关组正极的第三导线上设置有一第十开关，所述冗余电池正极第一端通过一第十一开关连接在所述第四导线上，所述冗余电池正极第二端通过一第十四开关连接所述第一直流变换器正极输入端，所述冗余电池负极连接所述第一直流变换器负极输入端，所述冗余电池与所述第一直流变换器输入端的连接线路上设置有第四开关组；
所述第二开关组负极连接所述第一直流变换器正极输出端，所述第二开关组正极连接所述第一直流变换器负极输出端，所述第二开关组与所述第一直流变换器输出端的连接线路上设置有第五开关组。
优选的，所述电机驱动器负极线路上设置有一第十五开关，所述第二对触头设置在所述第十五开关两端，所述第二对触头的第一触点与所述电机驱动器负极连接，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；
各个所述电池组两端选择性连接一电容，所述电容通过一第十六开关连接所述第一导线和第二导线之间，各个开关和开关组为可控开关。
优选的，所述第一直流变换器输出端与所述充电接口之间一第六开关组，所述发电机的定子通过一交流稳压电路连接所述逆变电路的输入端，所述发电机转子轴通过一离合器与所述驱动电机转子轴的第一端连接，所述驱动电机转子轴的第二端通过一变速箱与汽车的传动系统连接。
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，优化了电池包的输出性能，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，保证了电机驱动器两端电压的稳定性；
2、保证电机驱动器两端电压稳定的同时，提高了电池包的放电率和使用率，将汽车的制动能量有效回收，同时降低了汽车再启动能耗，进一步提高了汽车行驶里程。
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；
图6是驱动电机和发电机的连接关系示意图。
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1-6所示，本发明提供了一种新能源汽车的电池优化控制系统，包括：
电池包由若干选择性连接的电池阵列组成，可以理解的是根据需求而设定电池阵列的数量，本实施例中，电池包由两个选择性连接的电池阵列组成。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，每个电池阵列两端分别连接在汽车充电接口两端，当充电时，两个电池阵列可以同时充电，提高充电效率。
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。
电机驱动器10设置在充电接口之间的线路上，第一电池阵列的正极通过一第三开关S1连接在电机驱动器10的正极，第二电池阵列的正极通过一第四开关S2连接在所述电机驱动器10正极，第一电池阵列的负极通过一第十二开关S10连接在电机驱动器10的负极，第二电池阵列的负极通过一第十三开关S11连接在所述电机驱动器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选择性并联在充电接口的两端。
所述第一直流变换器输出端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，所述电机驱动器选择性串联在各条所述放电回路中，通过放电回路轮流为驱动电机供电。
具体的，电机驱动器10的输出端连接汽车驱动电机11的定子，将所述电机驱动器10连接在任一条放电回路中，通过放电回路给电机驱动器10供电，通过电机驱动器10给驱动电机11的定子励磁，使得驱动电机11转动而控制汽车运行。同时，当汽车减速时，控制所述驱动电机11的转子轴与发电机12转子轴连接，带动发电机12运转发电，将发电机12的定子通过一逆变电路60连接在所述充电接口两端，通过发电机将汽车的制动能量反馈至充电电路中，以增加汽车的续航里程。
所述逆变电路60的输出端还设置有一第一直流变换器70，所述第一直流变换器的输出端连接在所述充电接口两端；所述第一直流变换器70输出端与所述充电接口之间一第六开关组S4，用于控制是否将发电机的发电量传送至充电接口。所述逆变电路60的输入端连接所述发电机的定子，所述发电机的定子通过一交流稳压电路50连接所述逆变电路60的输入端，逆变电路60的输出端依次连接第一直流变换器70、第六开关组S4连接至充电接口，所述发电机转子轴通过一离合器15与所述驱动电机转子轴的第一端连接，所述驱动电机转子轴的第二端通过一变速箱13与汽车的传动系统14连接，带动汽车运行。
同时，在所述电机驱动器10正极设置有一第五开关S7，汽车的外接充电电路通过一第一开关组S8与充电接口连接，电机驱动器10和第五开关S7设置在充电接口之间，所述第五开关S7正极和电机驱动器10负极，所述第五开关和电机驱动器10之间设置有一直流稳压电路40。当第一开关组S8闭合时，充电电路通过充电接口对电池包进行充电，也就是同时对两个电池阵列充电；当第一开关组S8断开时，通过电池包对电机驱动器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开断设置在电机驱动器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。
第二直流变换器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，使得第二直流变换器20的第一端选择性连接在各个电池组两端。
所述第二直流变换器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。
具体的，所述第二开关组S3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，从而使得第二直流变换器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第二直流变换器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第二直流变换器20的第一端连接。
所述第二直流变换器20的第二端设置有一变压器Tr，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三开关组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三开关组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三开关组S5和第四导线连接各个第三接点，从而使得变压器Tr副边通过第三开关组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。
所述冗余电池Eq负极连接在所述第三导线上，所述冗余电池负极到第二开关组正极的第三导线上设置有一第十开关S15，所述冗余电池Eq正极第一端通过一第十一开关S16连接在所述第四导线上，所述冗余电池正极第二端通过一第十四开关S12连接所述第一直流变换器正极输入端，所述冗余电池负极连接所述第一直流变换器负极输入端，所述冗余电池与所述第一直流变换器输入端的连接线路上设置有第四开关组S14。
所述第二开关组负极连接所述第一直流变换器正极输出端，所述第二开关组正极连接所述第一直流变换器负极输出端，所述第二开关组与所述第一直流变换器输出端的连接线路上设置有第五开关组S6。
汽车的制动能耗也可以通过逆变电路直接反馈至冗余电池中，为冗余电池充电，冗余电池Eq用于在放电过程中，补充电池放电的压降，从而稳定电机驱动器两端的电压。
上述技术方案中，所述电机驱动器10负极线路上设置有一第十五开关S9，所述第二对触头K2设置在所述第十五开关S9两端，所述第二对触头K2的第一触点与所述电机驱动器负极连接，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，当第十五开关S9断开，且双向开关与第二对触头K2闭合，断开S15、S3、S5、S16，闭合S12、S14、S6时，即可将冗余电池Eq串联至电机驱动器的放电回路中，通过第一直流变换器70来调整冗余电池Eq的放电电压，以补偿放电回路的压降，稳定电机驱动器两端的工作电压。
各个所述电池组两端选择性连接一电容C，所述电容C通过一第十六开关S17连接所述第一导线和第二导线之间。具体的，所述电容C第一极板连接所述第二导线，所述电容C第二极板通过一第十六开关S17连接所述第一导线，使得所述电容C选择性连接在各个电池组两端，以调节各电池组之间的电量平衡。
上述技术方案中，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、第十五开关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，则通过充电电路对电机驱动器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，S5保持断开，变压器Tr原边通过第二直流变换器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、S15，S3、S16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第二直流变换器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。如果不经过第二直流变换器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S17，电容C通过第一导线和第二导线连接至各对电池组中的第二接点和第三接点，随着各对电池组之间的轮流导通，使得电容C与各个工作电池两端轮流接通，电压高于平均电压值所在的那对电池组中对电容充电，随后电容对电压低于平均电压值所在的那对电池组放电，以调节各对电池组上的电量，随着各对电池组的轮流导通，最终平衡各个工作电池两端电压。
可以理解的是，通过电容C和变压器Tr同时配合来调节各个电池组上的电量平衡，使得各个工作电池两端电压相等，以提高充电效率。
在充电开始前或者充电完成后，将冗余电池Eq充满电。具体的，第一直流变换器70采用双向直流变换结构，闭合S8、S4、S14、S12，通过充电电路、第一双向变换器70对冗余电池Eq充电，第一双向变换器70起到调压作用，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通过所述第一直流变换器70实时调整输出电压以稳定各个放电回路的串联电压，从而稳定电机驱动器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、S12、S14、S6、S10，将双向开关与第二对触头K2闭合接触，将S9、S3、S16、S15、S5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电机驱动器进行供电。
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电机驱动器进行供电。
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、S12、S14、S6、S11，将双向开关与第二对触头K2闭合接触，将S9、S3、S16、S15、S5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电机驱动器进行供电。
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电机驱动器进行供电。
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电机驱动器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电机驱动器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，实时测量电机驱动器两端的电压，计算与电机驱动器额定电压之间的差值，从而通过第一直流变换器70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，从而稳定电机驱动器10两端电压。
初始时，通过第一初始放电回路对电机驱动器进行供电，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，从而影响电机驱动器两端的供电电压，为了稳定电机驱动器两端供压，将冗余电池Eq串联至该放电回路中，通过第一直流变换器70来调整冗余电池的输出电压。
具体的，实时测量电机驱动器两端电压，以获知电机驱动器两端电压与额定工作电压的差值，当电机驱动器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，则通过第一直流变换器70将冗余电池的输出电压相应提高200mV，使得电机驱动器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电机驱动器进行供电。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，对电机驱动器进行供电。
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，从而稳定电机驱动器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电机驱动器供电，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，进一步稳定了电机驱动器上的供电电压。
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，使得第二初始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，S5、S6、S14、S12、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原边通过第二直流变换器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、S6、S14、S12、S7和S9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。
在做第二稳定放电回路中各对电池组之间的电压再平衡过程中，S17闭合，通过电容C和变压器Tr同时配合来调节第二稳定放电回路中各个电池组上的电量平衡，以快速均衡第二稳定放电回路中各个工作电池上的电压。
之后即可切换第二初始放电回路对电机驱动器10进行供电，以替换第一稳定放电回路对电机驱动器供电。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电机驱动器进行放电，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，特别是电池内阻趋于稳定，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。
需要注意的是，各个电池组之间的电压再平衡，都是在汽车刹车或停车间隙完成的，从而不影响各个放电回路的正常供电。
当汽车减速运行时，控制电机驱动器断开对驱动电机的供电，将离合器15接合，拖动发电机12运行，发电机12的永磁同步电机，驱动电机及整个汽车的惯性转动将发电机的永磁体转子转动，发电机定子端发电，闭合S4，经过交流稳压电路50稳压后，送入到充电接口。交流稳压电路50用于稳定发电机的输出电压，避免因发电电压大幅度波动给充电接口造成冲击。
将两个电池阵列切换成充电模式，将整车的制动能量通过交流稳压电路、逆变电路60、第一直流变换器70、S4和充电接口直接反馈至两个电池阵列的两端，发电机的发电电压经过第一直流变换器70升压达到电池包的充电电压要求后，为电池阵列充电，将汽车制动能力回收至电池中再利用，增加汽车续航里程，直到汽车停止。
或者闭合S6、S16、S15，将发电机与冗余电池连接，将整车的制动能量通过交流稳压电路50、逆变电路60、第一直流变换器70、第三导线、第四导线反馈至冗余电池中，通过第一直流变换器70调压，将制动能量以充电的方式储存在冗余电池中，从而将汽车制动能力回收至电池包的放电回路中再利用，增加汽车续航里程，直到汽车停止。
可以理解的是，制动能量的回收过程不能与工作电池之间或者各个电池组之间的电压再平衡过程同时进行。
如果在减速过程中汽车重新加速运行，控制断开离合器，通过电机驱动器重新给驱动电机励磁，驱动汽车运行。
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，优化了电池包的输出性能，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，保证了电机驱动器两端电压的稳定性；同时，保证电机驱动器两端电压稳定的同时，提高了电池包的放电率和使用率，将汽车的制动能量有效回收，同时降低了汽车再启动能耗，进一步提高了汽车行驶里程。
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优化控制系统，其特征在于，包括：
电池包，其由两个选择性连接的电池阵列组成，每个电池阵列包括若干个串联的电池组，每个电池组由两个并联的工作电池构成，每两个电池组之间选择性并联，每个电池阵列两端分别连接在汽车充电接口两端；
电机驱动器，其输出端连接汽车驱动电机的定子，所述电机驱动器连接在所述放电回路中，所述驱动电机的转子轴选择性连接一发电机转子轴，所述发电机的定子输出端连接一逆变电路；
第一直流变换器，其设置在所述逆变电路的输出端，所述第一直流变换器的输出端连接在所述充电接口两端；
第一对触头，其选择性与各个电池组两端连接；
第二对触头，其开断设置在所述电机驱动器的负极线路上，所述第二对触头与第一对触头相邻间隔设置；
变压器，其原边设置有一双向开关，所述变压器的原边和副边通过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；以及
冗余电池，其连接在所述变压器副边，所述冗余电池两端还与所述第一直流变换器输入端连接，所述第一直流变换器的输出端还与所述双向开关连接；
其中，所述第一直流变换器输出端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，所述电机驱动器选择性串联在所述放电回路中中。
2.如权利要求1所述的新能源汽车的电池优化控制系统，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优化控制系统，其特征在于，第一电池阵列的正极通过一第三开关连接在电机驱动器正极，第二电池阵列通过一第四开关连接在所述电机驱动器正极，第一电池阵列的负极通过一第十二开关连接在电机驱动器的负极，第二电池阵列的负极通过一第十三开关连接在所述电机驱动器负极。
4.如权利要求3所述的新能源汽车的电池优化控制系统，其特征在于，所述电机驱动器正极设置有一第五开关，所述充电接口连接在所述第五开关正极和电机驱动器负极，所述充电接口通过一第一开关组与充电电路连接，所述第五开关和电机驱动器之间设置有一直流稳压电路。
5.如权利要求4所述的新能源汽车的电池优化控制系统，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优化控制系统，其特征在于，所述变压器原边连接一第二直流变换器的第二端，所述第二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优化控制系统，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；所述第三导线和第四导线上设置有一第三开关组。
8.如权利要求7所述的新能源汽车的电池优化控制系统，其特征在于，所述冗余电池负极连接在所述第三导线上，所述冗余电池负极到第二开关组正极的第三导线上设置有一第十开关，所述冗余电池正极第一端通过一第十一开关连接在所述第四导线上，所述冗余电池正极第二端通过一第十四开关连接所述第一直流变换器正极输入端，所述冗余电池负极连接所述第一直流变换器负极输入端，所述冗余电池与所述第一直流变换器输入端的连接线路上设置有第四开关组；
所述第二开关组负极连接所述第一直流变换器正极输出端，所述第二开关组正极连接所述第一直流变换器负极输出端，所述第二开关组与所述第一直流变换器输出端的连接线路上设置有第五开关组。
9.如权利要求8所述的新能源汽车的电池优化控制系统，其特征在于，所述电机驱动器负极线路上设置有一第十五开关，所述第二对触头设置在所述第十五开关两端，所述第二对触头的第一触点与所述电机驱动器负极连接，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；
各个所述电池组两端选择性连接一电容，所述电容通过一第十六开关连接所述第一导线和第二导线之间，各个开关和开关组为可控开关。
10.如权利要求9所述的新能源汽车的电池优化控制系统，其特征在于，所述第一直流变换器输出端与所述充电接口之间一第六开关组，所述发电机的定子通过一交流稳压电路连接所述逆变电路的输入端，所述发电机转子轴通过一离合器与所述驱动电机转子轴的第一端连接，所述驱动电机转子轴的第二端通过一变速箱与汽车的传动系统连接。
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