可变压的电动汽车电池包、电池控制系统及其反向供电方法

本发明涉及电动汽车电池保护和电池快速充电，尤其涉及一种可变压的电动汽车电池包、电池控制系统及其反向供电方法。

背景技术：

1、新能源汽车正加速替代传统燃油车，其面临的主要问题在于电池的续航和寿命问题。当下的充电桩规格不一，电动汽车所配备的电池电动势无法自动调节，当充电电压和电池电动势不匹配时，将导致充电速度过慢或导致触发bms，使bms触发保护禁止电池继续充电，造成电动汽车行驶里程短。

技术实现思路

1、发明目的：提出一种可变压的电动汽车电池包，并基于提出的电池包额外提出一种电池控制系统及其反向供电方法，能更好的使电动汽车适配当下不同的充电桩，提高电动汽车的充电速度同时提高电池的使用寿命，从而解决现有技术存在的上述问题。

2、本发明的第一个方面，提出一种可变压的电动汽车电池包，该电池包包括若干电池组，每个电池组之间通过mosfet连接；通过控制所述mosfet的通断进而改变所述电池组的串并联方式；

3、所述电池组包括若干电池单元，每个所述电池单元之间也通过mosfet连接；

4、当前电池组无法满足所需电压值时，通过控制所述mosfet的通断进而改变所述电池单元的串并联方式，以改变单个所述电池组的额定输出电压；

5、若干个所述电池单元被均匀阵列排布在矩形吸能板上，所述矩形吸能板与盒体采用过盈配合以形成紧固连接，从而形成每个所述电池组；

6、所述电池单元的数量取决于其自身的额定电动势：

7、∑nui＝u

8、式中，ui表示电池单元的额定电动势，u表示每个电池组所需提供的最大电动势，从而得出每个电池组所需的电池单元数量n。

9、本发明的第二个方面，提出一种可变压的电动汽车电池控制系统，利用该电池控制系统可以控制上述第一方面所公开的可变压的电动汽车电池包，该电池控制系统包括电池矩阵控制单元、bms模块、状态监控单元、电子控制单元ecu。

10、电池矩阵控制单元与可变压的电动汽车电池包连接；电池矩阵控制单元用于控制所述mosfet的通断。bms模块与电池矩阵控制单元电性连接；所述bms模块用于计算所述电池组所需串并联的数量，输出电池优化控制策略，并将所述电池优化控制策略传递至所述电池矩阵控制单元。状态监控单元用于读取每个所述电池单元的当前温度、荷电状态，以及当前电动汽车的充电电压，将当前状态数据汇报至电子控制单元ecu。电子控制单元ecu分别与bms模块和状态监控单元电性连接；所述电子控制单元ecu用于读取当前状态数据，并将所述状态数据下发至所述bms模块。

11、在第二方面进一步的实施例中，当电动汽车接入充电桩充电时，外接电源电压等于1.2-1.3倍电池电动势为最优值；

12、电子控制单元ecu读取当前充电输入电压uin传递给所述bms模块，每个电池组的电压为ug：

13、αug+ug＝uout＝(1.2-1.3)uin

14、α+β＝c

15、式中，uout表示电池包的额定电压；α为串联电池组数量；β为并联电池组数量；c为电池组总数量；

16、所述bms模块计算出电池组所需串并联数量传递给所述电池矩阵控制单元，进而由所述电池矩阵控制单元控制各个mosfet的开断以适配充电桩的充电电压。

17、在第二方面进一步的实施例中，当电动汽车行驶时：

18、pneed＝∑uiii

19、式中，pneed表示车辆行驶所需功率；ui和ii分别为电池单元的电压和电流，从而计算出所需电池单元的个数。

20、在第二方面进一步的实施例中，当可变压的电动汽车电池包所需要的电压无需使用到所有电池单元或电池包时，所述bms模块输出如下电池优化控制策略：

21、首要目标是保证电池包中的电池单元温度总和最低：

22、min∑ti

23、次要目标是保持每个电池单元的充放电循环次数一致，即保证电池单元soc的平方和最大：

24、

25、式中，ti表示第i个电池单元的温度，soci表示第i个电池单元的荷电状态。

26、在第二方面进一步的实施例中，当电池包对外供电时，所述bms模块输出如下电池优化控制策略：

27、保持每个所述电池组和每个所述电池单元的温度波动范围在预定区间(tmin,tmax)内；当所述电池单元的温度值超出所述预定区间的上限tmax，标记为1，立即将未使用的电池单元替换当前电池单元；否则为0；表达式如下：

28、

29、式中，表示第i个电池单元当前的温度值；ni表示当前第i个电池单元。

30、在执行电池优化控制策略时，优先使用标记为1的电池单元。

31、在第二方面进一步的实施例中，该电池优化控制策略还包括保持每个电池单元的荷电状态与电池包的荷电状态平均值相近：

32、

33、式中，nth为设定阈值；soci表示第i个电池单元的荷电状态；表示电池包的荷电状态平均值；

34、当所述电池单元的荷电状态与所述荷电状态平均值相差超出设定阈值时，停止使用该电池单元。

35、作为本发明的第三个方面，提出一种电动汽车电池反向供电方法，该反向供电方法基于如第二方面所述的可变压的电动汽车电池控制系统以实现。

36、当需要用电动汽车电池进行供电时，手动输入所需要的电压和功率，bms模块计算出电池单元串并联数量传递给电池矩阵控制单元，进而由电池矩阵控制单元控制各个mosfet的开断以适配充电桩的充电电压；

37、当所需电源小于预设值时，将一部分电池断开，单独使用系统中的一部分电池进行供电，此时直接利用电动汽车电池即可得到所需电压，无需使用变压器；

38、当电池出现异常情况时，通过所述电池矩阵控制单元控制mosfet将电源紧急断开，起到保护的作用。

39、作为本发明的第四个方面，提出一种计算机可读存储介质，该存储介质中存储有至少一个可执行指令，所述可执行指令在电子设备上运行时，使得电子设备执行如第三方面所公开的电动汽车电池反向供电方法。

40、有益效果：

41、本发明可以根据所接入充电桩的电压，通过电池矩阵控制单元直接控制mosfet的通断，以控制电池并联或串联接入系统内，灵活的改变电池包的电动势使适配不同的电池充电桩。

42、当需要用电池包进行输出时，同样可以通过电池矩阵控制单元直接控制mosfet的通断，进而改变电池单元的串并联，改变电池包的输出电压。

43、本发明还可当电池温度异常时，及时通过bms控制电池矩阵控制单元进行电池的断开，防止电池发生危险。

技术特征：

1.一种可变压的电动汽车电池包，其特征在于，包括若干电池组，每个所述电池组之间通过mosfet连接；通过控制所述mosfet的通断进而改变所述电池组的串并联方式；

2.一种可变压的电动汽车电池控制系统，所述电池控制系统用于控制如权利要求1所述的可变压的电动汽车电池包，其特征在于，所述电池控制系统包括：

3.根据权利要求2所述的可变压的电动汽车电池控制系统，其特征在于：当电动汽车接入充电桩充电时，外接电源电压等于1.2至1.3倍电池电动势为最优值；

4.根据权利要求2所述的可变压的电动汽车电池控制系统，其特征在于：当电动汽车行驶时：

5.根据权利要求2所述的可变压的电动汽车电池控制系统，其特征在于，当所述可变压的电动汽车电池包所需要的电压无需使用到所有电池单元或电池包时，所述bms模块输出如下电池优化控制策略：

6.根据权利要求2所述的可变压的电动汽车电池控制系统，其特征在于，当电池包对外供电时，所述bms模块输出如下电池优化控制策略：

7.根据权利要求6所述的可变压的电动汽车电池控制系统，其特征在于：在执行电池优化控制策略时，优先使用标记为1的电池单元。

8.根据权利要求2所述的可变压的电动汽车电池控制系统，其特征在于，所述电池优化控制策略还包括：

9.一种电动汽车电池反向供电方法，基于如权利要求2至8中任一项所述的可变压的电动汽车电池控制系统以实现，其特征在于，所述反向供电方法包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一个可执行指令，所述可执行指令在电子设备上运行时，使得电子设备执行如权利要求9所述的电动汽车电池反向供电方法。

技术总结
本发明提供了一种可变压的电动汽车电池包、电池控制系统及其反向供电方法，涉及电动汽车电池保护和电池快速充电技术领域。每个电池单元的正负极均由MOSFET连接，BMS模块与ECU和电池矩阵控制单元连接。本发明可以根据所接入充电桩的电压，通过电池矩阵控制单元直接控制MOSFET的通断，以控制电池并联或串联接入系统内，灵活的改变电池包的电动势使适配不同的电池充电桩。当需要用电池包进行输出时，同样可以通过电池矩阵控制单元直接控制MOSFET的通断，进而改变电池单元的串并联，改变电池包的输出电压。此外本发明还可当电池温度异常时，及时通过BMS控制电池矩阵控制单元进行电池的断开，防止电池发生危险。

技术研发人员：肖峰,姜跃勇,彭金鑫,安昱绮,张乃夫,解志鹏
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17