Pwm信号生成装置及电池组电量主动均衡控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出一种PWM信号生成装置及电池组电量主动均衡控制系统，其中，电池组电量主动均衡控制系统包括：PWM信号生成装置；与PWM信号生成装置的第二输出端相连的开关单元，开关单元包括N个输出端并输出N路相同的PWM信号；双向反激DC-DC模块，包括与PWM信号生成装置的第一输出端相连的主控制子模块和分别与开关单元的N个输出端相连的N个双向反激DC-DC子模块；电池组，包括N节相互串联的单体电池，电池组与主控制子模块并联，且每节单体电池分别与一个双向反激DC-DC子模块并联。本实用新型的电池组电量主动均衡控制系统可以快速均衡电池组的电量，结构简单，体积小，且成本低，通用性和可扩展性好。
【专利说明】PWM信号生成装置及电池组电量主动均衡控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电池组管理【技术领域】，特别涉及一种PWM信号生成装置和包括该装置的电池组电量主动均衡控制系统。
【背景技术】
[0002]目前，BMS (Battery Management System,电池管理系统)是新能源汽车的一个重要组成部分，一个好的电池管理系统可以随时监控整个电池组的S0C(State Of Charge，充电状态)、保持每节电池电量的均衡、进行全方位的电池保护例如过压、欠压、过流和过温、降低待机功耗、进行故障自检、进行可靠的通讯等。现有高压电池组通常由多节锂离子电池组成，由于锂离子电池组不能像单个电源那样充电和放电，因而BMS将每节锂离子电池的SOC保持在特定范围的过程通常极其复杂。实际上，由于锂离子电池制造时具有差异性，每节锂离子电池的容量一般略有不同，使用时电池组中较差的电池比其它电池老化速度快，这种容量差异随着时间的推移会逐渐增大，尤其对于容量稍小于其它电池的电池，这些电池的充电状态在多个充电和放电周期之后将逐渐偏离，如果电池组中每节电池的充电状态未得到周期性均衡，那么部分电池最终将会由于过度充电或放电而损坏，最终电池组出现故障。因此，若BMS具有使电池组中每节电池电量保持均衡的功能，则可以有效延长电池组的使用寿命。
[0003]已知技术中，BMS控制电池组电量均衡的方式分为主动均衡和被动均衡两种，目前，市场上提供的都是被动均衡方式产品，主动均衡方式产品还在实验研发阶段。其中，被动均衡通过功率电阻消耗电池电量以将电量转换为热能来实现电池组电量均衡，电量没有被回收，达不到环保的要求，此外，由于电阻功率有限，导致均衡功率小和均衡时间长，再者，电阻散热将导致电池组内温度上升，存在风险。主动均衡可以很好的改善被动均衡的以上缺陷。主动均衡利用能量转换将高电压电池的电量放电到低电压电池或者将整个电池组的电量放电到低电压电池，也可以说，主动均衡方式即充电均衡方式，充电均衡方式可以通过电容均衡和电感均衡来实现，其中，电容均衡通过大量的电容来实现电池组中每节电池电量的均衡，电感均衡通过驱动开关管来控制变压器进行能量的传递，从而实现电池组中每节电池电量的均衡。
[0004]已知技术的缺点是:电容均衡方式的产品体积大、成本高，均衡时间长，不能进行驱动隔离，电感均衡方式利用外接常用的变压器对驱动电路的高压侧和低压侧进行磁隔离以及传递能量，但是体积大，成本高，存在损耗和偏磁等问题，且用于电感均衡方式的驱动电路产生的PWM(Pulse Width Modulat1n，脉冲宽度调制)驱动信号固定，通用性和可扩展性差。因此，存在对已知技术进行改进的必要。
实用新型内容
[0005]本实用新型实施例的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
[0006]为此，本实用新型实施例的一个目的在于提出一种PWM信号生成装置，该PWM信号生成装置可以生成两路互为反向且可以相互交换的PWM信号，极大的拓展了 PWM信号生成装置在双向电源中的应用，通用性和可扩展性更好。
[0007]本实用新型实施例的另一个目的在于提出一种电池组电量主动均衡控制系统，该电池组电量主动均衡控制系统可以快速均衡电池组的电量，结构简单，体积小，均衡效率高，通用性和可扩展性好，且成本和损耗低，易实现。
[0008]为达到上述目的，本实用新型实施例一方面提出了一种PWM信号生成装置，该PWM信号生成装置包括:用于生成脉冲信号的脉冲信号生成装置；用于根据所述脉冲信号进行计数并生成计数值的计数器，所述计数器与所述脉冲信号生成装置相连；用于将所述计数值和预设计数阈值进行比较并输出比较信号的比较器，所述比较器与所述计数器相连；用于调整死区时间并根据所述比较信号产生互为反向的第一死区信号和第二死区信号的死区产生器，所述死区产生器的输入端与所述比较器的输出端相连；用于根据所述第一死区信号和第一控制信号生成第一输出信号的第一选择模块，所述第一选择模块的第一输入端与所述死区产生器的第一输出端相连；用于根据所述第二死区信号和第二控制信号生成第二输出信号的第二选择模块，所述第二选择模块的第一输入端与所述死区产生器的第二输出端相连；用于根据第三控制信号、所述第一输出信号和所述第二输出信号生成第一 PWM信号的第三选择模块，所述第三选择模块的第一输入端与所述第一选择模块的输出端相连，所述第三选择模块的第二输入端与所述第二选择模块的输出端相连，所述第三选择模块的输出端作为所述PWM信号生成装置的第一输出端；用于根据第四控制信号、所述第一选择信号和所述第二选择信号生成第二 PWM信号的第四选择模块，所述第四选择模块的第一输入端与所述第二选择模块的输出端相连，所述第四选择模块的第二输入端与所述第一选择模块的输出端相连，所述第四选择模块的输出端作为所述PWM信号生成装置的第二输出端；以及用于控制所述死区产生器调整所述死区时间，并生成所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号和所述第四控制信号的控制器，所述控制器与所述死区产生器的控制端、所述第一选择模块的控制端、所述第二选择模块的控制端、所述第三选择模块的控制端和所述第四选择模块的控制端分别相连。
[0009]本实用新型实施例的PWM信号生成装置通过增加第三选择模块和第四选择模块以对第一选择模块和第二选择模块输出的选择信号进行选择，进而生成两路互为反向、存在死区时间且可以相互交换的PWM信号，极大的拓展了 PWM信号生成装置在双向电源中的应用，通用性和可扩展性更好。
[0010]为达到上述目的，本实用新型实施例另一方面还提出了一种电池组电量主动均衡控制系统，该电池组电量主动均衡控制系统包括:所述的PWM信号生成装置；开关单元，所述开关单元与所述PWM信号生成装置的第二输出端相连，所述开关单元包括N个输出端，所述开关单元的N个输出端输出N路相同的PWM信号；双向反激DC-DC模块，所述双向反激DC-DC模块包括主控制子模块和N个双向反激DC-DC子模块，所述主控制子模块与所述PWM信号生成装置的第一输出端相连，所述N个双向反激DC-DC子模块分别与所述开关单元的N个输出端相连；以及电池组，所述电池组包括N节相互串联的单体电池，所述电池组与所述主控制子模块并联，且每节单体电池分别与一个双向反激DC-DC子模块并联。
[0011]本实用新型实施例的电池组电量主动均衡控制系统，在电池组的电量失去平衡时，通过控制脉冲宽度信号生成装置和开关单元输出的PWM信号来控制双向反激DC-DC模块的工作，进而均衡电池组的电量。该电池组电量主动均衡控制系统可以快速均衡电池组的电量，结构简单，体积小，均衡效率高，通用性和可扩展性好，且成本和损耗低，易实现。
[0012]本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0014]图1为根据本实用新型实施例的PWM信号生成装置的框图；
[0015]图2为根据本用新型的一个实施例的PWM信号生成装置的波形示意图；
[0016]图3为根据本用新型的一个实施例的PWM信号生成装置的框图；
[0017]图4为根据本用新型的一个实施例的PWM信号生成装置的框图；
[0018]图5为根据本实用新型实施例的电池组电量主动均衡控制系统的框图；
[0019]图6为根据本实用新型的一个实施例的电池组电量主动均衡控制系统的框图；
[0020]图7为根据本实用新型的一个实施例的电池组电量主动均衡控制系统的双向反激DC-DC模块的结构图；
[0021]图8为根据本实用新型的一个实施例的电池组电量主动均衡控制系统的变压器的不意图；
[0022]图9为根据本实用新型的一个实施例的电池组电量主动均衡控制系统的驱动信号的时序图；以及
[0023]图10为根据本实用新型的另一个实施例的电池组电量主动均衡控制系统的驱动信号的时序图。
【具体实施方式】
[0024]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
[0025]下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
[0026]在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0027]参照下面的描述和附图，将清楚本实用新型的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本实用新型的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本实用新型的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的实施例的范围不受此限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0028]下面参照附图来描述根据本实用新型实施例提出的PWM信号生成装置和包括该装置的电池组电量主动均衡控制系统。
[0029]如图1所示，本实用新型实施例的PWM信号生成装置10包括:脉冲信号生成装置101、计数器102、比较器103、死区产生器104、第一选择模块105、第二选择模块106、第三选择模块107、第四选择模块108和控制器109。
[0030]其中，如图1所示，脉冲信号生成装置101用于生成脉冲信号CNT。计数器102与脉冲信号生成装置101相连，计数器102用于根据脉冲信号CNT进行计数并生成计数值，实际应用中，计数器102可以为16位计数器。比较器103与计数器102相连，比较器103用于将计数值和预设计数阈值进行比较并输出比较信号0VREF，具体地，当计数值大于预设计数阈值时，比较信号OVREF翻转，此时计数器102继续计数，直到计数器102溢出时，比较信号OVREF再次翻转，计数器102进入下一计数周期。死区产生器104的输入端与比较器103的输出端相连，死区产生器104用于调整死区时间Tl并根据比较信号产生互为反向的第一死区信号P和第二死区信号N。第一选择模块105的第一输入端与死区产生器104的第一输出端相连，第一选择模块105用于根据第一死区信号P和第一控制信号生成第一输出信号。第二选择模块106的第一输入端与死区产生器104的第二输出端相连,第二选择模块106用于根据第二死区信号N和第二控制信号生成第二输出信号。第三选择模块107的第一输入端与第一选择模块105的输出端相连,第三选择模块107的第二输入端与第二选择模块106的输出端相连,第三选择模块107用于根据第三控制信号、第一输出信号和第二输出信号生成第一 PWM信号0ut_P，第三选择模块107的输出端作为PWM信号生成装置10的第一输出端。第四选择模块108第一输入端与第二选择模块106的输出端相连,第四选择模块108的第二输入端与第一选择模块105的输出端相连,第四选择模块108用于根据第四控制信号、第一选择信号和第二选择信号生成第二 PWM信号0ut_N，第四选择模块108的输出端作为PWM信号生成装置10的第二输出端。控制器109与死区产生器104的控制端、第一选择模块105的控制端、第二选择模块106的控制端、第三选择模块107的控制端和第四选择模块108的控制端分别相连，控制器109用于控制死区产生器104调整死区时间Tl例如控制器109可以通过寄存器Deadtimereg控制死区产生器104的控制端来调整死区时间Tl和可以通过寄存器Deadtimereg2控制第三选择模块107的控制端和第四选择模块108的控制端，并生成第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号和第四控制信号。在本实用新型的实施例中，控制器109例如可为定制的MCU (Micro Control Unit,微控制单元)或定制的 CPLD (Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件)。
[0031]需要进一步说明的是，第三选择模块107和第四选择模块108输出的第一 PWM信号0ut_P和第二 PWM信号0ut_N存在死区时间Tl，可以防止第一 PWM信号0ut_P所控制的元器件和第二 PWM信号Out_N所控制的元器件同时导通，具体地，死区时间Tl为第一PWM信号Out_P和第二 PWM信号Out_N同时为高电平或同时为低电平的时间。另外，需要说明的是，在本实用新型的其他实施例中，第三选择模块107和第四选择模块108输出的PWM信号互为反向且可以互换，因此，第三选择模块107和第四选择模块108可以输出多种组合的PWM信号。例如，当第三选择模块107和第四选择模块108的输入信号分别是X1X2和X3X4时，第一 PWM信号Out_P和第二 PWM信号Out_N可以为X1X3、X1X4、X2X3和X2X4。因此，本实用新型实施例的PWM信号生成装置可以更广泛的应用于双向电源和其它行业中，例如太阳能发电、特种电源以及电池主动均衡等领域。进一步地，在本实用新型的一个实施例中，时钟信号CNT、比较信号OVREF、第一 PWM信号Out_P和第二 PWM信号Out_N的波形示意图如图2所示，其中，(I)为时钟信号CNT的波形示意图，(2)为比较信号OVREF的波形示意图，(3)为第一 PWM信号0ut_P的波形示意图，(4)为第二 PWM信号0ut_N的波形示意图。
[0032]如图3所示，在本实用新型的一个实施例中，PWM信号生成装置10还可以包括第一反相器110和第二反相器111。其中，第一反相器110的输入端与死区产生器104的第一输出端和第一选择模块105的第二输入端分别相连,第一反相器110用于对第一死区信号进行反相，并输出第一反相信号至第一选择模块105,第二反相器111的输入端与死区产生器104的第二输出端和第二选择模块106的第二输入端分别相连,第二反相器111用于对第二死区信号进行反相，并输出第二反相信号至第二选择模块106。
[0033]具体地，如图4所示，在本实用新型的一个实施例中，第一选择模块105可以包括第一选择器112和第一使能单元113，第二选择模块106可以包括第二选择器114和第二使能单元115。其中，第一选择器112用于根据第一控制信号对第一死区信号和第一反相信号进行选择并生成第一输出信号，第一选择器112的第一输入端与死区产生器104的第一输出端相连，第一选择器112的第二输入端与第一反相器110的输出端相连,第一选择器112的控制端与控制器109相连。第一使能单兀113分别与第一选择器112的输出端和控制器109相连，第一使能单元113用于根据控制器109生成的第五控制信号关闭或输出第一输出信号。第二选择器114用于根据第二控制信号对第二死区信号和第二反相信号进行选择并生成第二输出信号，第二选择器114的第一输入端与死区产生器104的第二输出端相连，第二选择器114的第二输入端与第二反相器111的输出端相连，第二选择器114的控制端与控制器109相连。第二使能单元115分别与第二选择器114的输出端和控制器109相连，第二使能单元115用于根据控制器109生成的第六控制信号关闭或输出第二输出信号。即言，第一选择模块105和第二选择模块106可以改变第一输出信号和第二输出信号的极性，从而输出多种组合的信号。且第一选择模块105和第二选择模块106由控制器109控制，例如控制器109可以通过寄存器Deadtimeregl控制第一选择器112的控制端和第二选择器114的控制端来改变第一输出信号和第二输出信号的极性，以及控制第一使能单元113和第二使能单元115关闭或输出信号。
[0034]本实用新型的PWM信号生成装置通过增加第三选择模块和第四选择模块以对第一选择模块和第二选择模块输出的选择信号进行选择，进而生成两路互为反向、存在死区时间且可以相互交换的PWM信号，极大的拓展了 PWM信号生成装置在双向电源中的应用，通用性和可扩展性更好。
[0035]本实用新型的另一方面实施例还提出一种电池组电量主动均衡控制系统。如图5所示，该电池组电量主动均衡控制系统包括:上述的PWM信号生成装置10、开关单元20、双向反激DC-DC模块30以及电池组40。具体地，开关单元20与PWM信号生成装置10的第二输出端相连，开关单元20包括N个输出端，开关单元20的N个输出端输出N路相同的PWM信号S1、S2、……SN。双向反激DC-DC模块30包括主控制子模块301和N个双向反激DC-DC子模块例如双向反激DC-DC子模块302、双向反激DC-DC子模块303、……双向反激DC-DC子模块30N+1，主控制子模块301与PWM信号生成装置10的第一输出端相连，N个双向反激DC-DC子模块分别与开关单元20的N个输出端相连。电池组40包括N节相互串联的单体电池例如单体电池401、单体电池402、......单体电池40N，电池组40与主控制子模块301并联，且每节单体电池分别与一个双向反激DC-DC子模块并联。需要说明的是，开关单元20还与控制器109相连，控制器109控制开关单元20的N个输出端输出任意一路或多路PWM信号以控制任意一个或多个双向反激DC-DC子模块。另外，本实用新型实施例的电池组电量主动均衡控制系统可以通过对控制器109进行软件编程来实现对电池组电量主动均衡过程的控制，例如控制主动均衡过程中系统的均衡电流、均衡时间和均衡方式等。
[0036]在本实用新型的一个实施例中，如图6所示，主控制子模块301包括驱动单元3011和主均衡控制单元3012，其中，主控制子模块301的驱动单元3011与PWM信号生成装置10的第一输出端和主均衡控制单元3012分别相连，主均衡控制单元3012与电池组40并联。另外，如图6所示，双向反激DC-DC子模块例如双向反激DC-DC子模块302、双向反激DC-DC子模块303、……双向反激DC-DC子模块30N+1包括驱动单元3011、驱动隔离单元3013和从均衡控制单元3014，双向反激DC-DC子模块例如双向反激DC-DC子模块302、双向反激DC-DC子模块303、……双向反激DC-DC子模块30N+1的驱动单元3011与开关单元20的一个输出端和驱动隔离单元3013分别相连，驱动隔离单元3013与从均衡控制单元3014相连，从均衡控制单元3014与一节单体电池并联。
[0037]具体地，在本实用新型的一个实施例中，如图7所示，驱动单元3011包括:第一三极管Q1、第一电阻R1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第一电源DC、第一二极管D1、第二二极管D2。具体地，第一三极管Ql的发射极接公共地，第一三极管Ql的基极作为驱动单兀3011的输入端以输入驱动信号。第一电阻Rl的一端与第一三极管Ql的集电极相连。第二三极管Q2的基极与第一三极管Ql的集电极相连，第二三极管Q2的集电极与第一电阻Rl的另一端相连。第三三极管Q3的基极与第二三极管Q2的发射极相连，第三三极管Q3的集电极与第一电阻Rl的另一端相连。第四三极管Q4的基极与第二三极管Q2的基极相连，第四三极管Q4的集电极接公共地，第四三极管Q4的发射极与第三三极管Q3的发射极相连。第一电源DC的高电平端与第三三极管Q3的集电极相连，第一电源DC的低电平端接公共地。第一二极管Dl的阴极与第三三极管Q3的集电极相连，第一二极管Dl的阳极与第三三极管Q3的发射极相连，第一二极管Dl的阴极作为驱动单元3011的第一端，第一二极管Dl的阳极作为驱动单元3011的第二端。第二二极管D2的阴极与第一二极管Dl的阳极相连，第二二极管D2的阳极接公共地，第二二极管D2的阳极作为驱动单元3011的第三端。需要说明的是，第一电阻Rl为第二三极管Q2和第四三极管Q4的偏置电阻。此外，由第二三极管Q2和第三三极管Q3组成的复合管，可以增加驱动单元3011的驱动能力，并且，当第二三极管Q2和第三三极管Q3组成的复合管与Q4 —起工作时，可以进行推挽驱动。另外，第一二极管Dl和第二二极管D2起钳位电压以保护三极管的作用，其中，第一二极管Dl用于保护第二三极管Q2和第三三极管Q3，第二二极管D2用于保护第四三极管Q4。
[0038]具体地，在本实用新型的一个实施例中，如图7所示，主均衡控制单元3012包括:第二电阻R2、第一开关管Kl和第一变压器绕组LI。其中，第二电阻R2的一端作为主均衡控制单元3012的第一端，第二电阻R2的另一端作为主均衡控制单元3012的第二端。第一开关管Kl的控制端与第二电阻R2的一端相连，第一开关管Kl的第二输出端与第二电阻R2的另一端相连，第一开关管Kl的第二输出端作为主均衡控制单元3012的第三端，电池组40的低电平端接公共地，且第一开关管Kl的第二输出端与电池组40的低电平端相连。第一变压器绕组LI的一端与第一开关管Kl的第一输出端相连，第一变压器绕组LI的另一端作为主均衡控制单元3012的第四端，且第一变压器绕组LI的另一端与电池组40的高电平端相连。需要说明的是，主控制子模块301的驱动单元3011的第二端与主均衡控制单元3012的第一端相连，主控制子模块301的驱动单元3011的第三端与主均衡控制单元3012的第二端相连。
[0039]具体地，如图7所示，从均衡控制单元3014包括:第三二极管D3、第三电阻R3、第二电源DC1、第四二极管D4、第二开关管K2和第二变压器绕组L2。其中，第三二极管D3的阴极作为从均衡控制单元3014的第一端，第三二极管D3的阳极作为从均衡控制单元3014的第二端。第三电阻R3的一端与第三二极管D3的阴极相连，第三电阻R3的另一端与第三二极管D3的阳极相连。第四二极管D4的阳极与第三电阻R3的一端相连，第四二极管D4的阴极与第二电源DCl相连。第二开关管K2的控制端与第三电阻R3的一端相连，第二开关管K2的第二输出端与第三电阻R3的另一端相连，第二开关管K2的第二输出端作为从均衡控制单元3014的第三端，且第二开关管K2的第二输出端与一节单体电池的低电平端相连。第二变压器绕组L2的一端与第二开关管K2的第一输出端相连，第二变压器绕组L2的另一端作为从均衡控制单元3014的第四端，第二变压器绕组L2的另一端与一节单体电池的高电平端相连。需要说明的是，第四电阻R4用于限制从均衡控制单元3014的输入电流。第三二极管D3和第四二极管D4起钳位电压以保护第二开关管K2的作用，具体地，D4用于钳位第二开关管K2的控制端与第二输出端之间的电压，该电压小于等于第二电源DCl的电压，从而防止第二开关管K2的控制端被高电压或大电流击坏。进一步地，第二电源DCl可以通过接入电池组40获得，例如，若第二电源DCl的电压为12V，电池组40每节单体电池的电压为3V，则根据关系式12/3=4，计算得出第二电源DCl由四节单体电池构成，即言，第四二极管D4的阴极接到第4节单体电池的正极即可。
[0040]另外，如图7所示，驱动隔离单元3013包括:第四电阻R4和隔离电容C，第四电阻R4的一端与双向反激DC-DC子模块例如双向反激DC-DC子模块302、双向反激DC-DC子模块303、……双向反激DC-DC子模块30N+1的驱动单元3011的第二端相连。隔离电容C的一端与第四电阻R4的另一端相连，隔离电容C的另一端与从均衡控制单元3014的第一端相连，并且，隔离电容C的容量远大于第二开关管K2的输入电容。需要说明的是，图7所示电路结构为双向反激开环结构，隔离电容C两边共地，驱动隔离单元3013采用隔离电容C对如图7所示的多电平驱动电路的高压侧和低压侧进行隔离，具有成本和损耗低，体积小，不存在偏磁等优势。
[0041]在本实用新型的一个实施例中，主控制子模块301的驱动信号为第一 PWM信号0ut_P，N个双向反激DC-DC子模块的驱动信号分别为PWM信号S1、S2、……SN。进一步地，当主控制子模块301和双向反激DC-DC子模块的驱动单元3011的驱动信号为低电平时，第一开关管Kl和第二开关管K2开通。当主控制子模块301和双向反激DC-DC子模块的驱动单元3011的驱动信号为高电平时，第一开关管Kl和第二开关管K2关闭，且在第一开关管Kl和第二开关管K2关闭时，第二电阻R2和第三电阻R3泄放电荷以保护第一开关管Kl和第二开关管K2。另外，在实际应用中，第一开关管Kl和第二开关管K2的开关频率可以为20KHZ，驱动信号的占空比可以为50%。
[0042]进一步地，如图8所示，图8为根据本实用新型的一个实施例的电池组电量主动均衡控制系统的变压器的示意图，该变压器为平面PCB (Printed Circuit Board，印刷电路板)反激变压器。该变压器包括绕组例如第一变压器绕组LI和第二变压器绕组L2。进一步地，第一变压器绕组LI为反激变压器的初级绕组，第二变压器绕组L2为反激变压器的次级绕组。需要说明的是，本实用新型实施例的电池组电量主动均衡控制系统的反激变压器通常包括一个初级绕组和多个次级绕组，每个变压器绕组分别占用一个PCB平面，优选地，初级绕组所占用的PCB平面的空间位置介于所有次级绕组所占用的PCB平面的中间，从而可以增大初级绕组与次级绕组的耦合系数，减少漏磁通。与传统的变压器相比，平面PCB变压器具有电流密度和效率高、漏感和EMI (Electromagnetic Interference,电磁干扰)辐射低、体积小、绝缘性和参数可重复性好以及工作频率范围和工作温度范围宽等优势。
[0043]进一步地，在本实用新型的一个实施例中，控制器109实时采样电池组40每节单体电池的电压，将每节单体电池的电压从高到低排序，并将最高电压与最低电压相减得至IJ电压差值，电压差值再和预设电压阈值进行比较，若电压差值大于预设电压阈值，控制器109启动均衡控制。进一步地，控制器109可以采用顶部均衡和底部均衡两种方式来控制双向反激DC-DC模块30，进而实现对电池组40的电量均衡控制。具体地，控制器109采样电池电压的方式有很多种,例如集成IC (Integrated Circuit,集成电路)采样,线性光藕采样，电阻分压采样以及均衡变压器兼作电压采样等。
[0044]在本实用新型的一个实施例中，电压最高的单体电池为单体电池401，电压最低的单体电池为单体电池402，且控制器109采用顶部均衡方式来控制双向反激DC-DC模块30的工作，控制器109控制PWM信号生成装置10和开关单元20生成的驱动信号的时序图如图9所示，其中，(5)为PWM信号SI的时序图，(6)为PWM信号S2的时序图，(7)为第一 PWM信号0此_?的时序图，其中，T为PWM信号的周期。具体地，控制器109控制PWM信号生成装置10和开关单元20分别输出PWM信号S1、S2和第一 PWM信号0ut_P。当S1、S2为低电平，0ut_P为高电平时，双向反激DC-DC子模块302的第二开关管K2和双向反激DC-DC子模块303的第二开关管K2开通，第一开关管Kl关闭，单体电池401的电量储存到与单体电池401相连的次级绕组，在S1、S2为高电平，0ut_P为低电平时，双向反激DC-DC子模块302的第二开关管K2和双向反激DC-DC子模块303的第二开关管K2关闭，第一开关管Kl开通，反激变压器将与单体电池401相连的次级绕组的电量储存到初级绕组后释放到整个电池组,如此循环,直至电池组40中每节单体电池的电量均衡。
[0045]在本实用新型的另一个实施例中，电压最高的单体电池为单体电池403，电压最低的单体电池为单体电池401，且控制器109采用底部均衡方式来控制双向反激DC-DC模块30的工作，控制器109控制PWM信号生成装置10和开关单元20生成的驱动信号的时序图如图10所示，其中，(8)为第一 PWM信号0ut_P的时序图，(9)为PWM信号SI的时序图，(10)为PWM信号S3的时序图。具体地，控制器109控制PWM信号生成装置10和开关单元20分别输出PWM信号S1、S2和第一 PWM信号Out_P。当Out_P为低电平，S1、S2为高电平时，第一开关管Kl开通，双向反激DC-DC子模块302的第二开关管K2和双向反激DC-DC子模块304的第二开关管K2关闭，电池组40的电量储存到初级绕组，在Out_P为高电平，S1、S2为低电平时，第一开关管Kl关闭，双向反激DC-DC子模块302的第二开关管K2和双向反激DC-DC子模块304的第二开关管K2开通，反激变压器将初级绕组储存的电量释放到与单体电池401相连的次级绕组，如此循环，直至电池组40中每节单体电池的电量均衡。
[0046]需要说明的是，本实用新型实施例的电池组电量主动均衡控制系统，不管0ut_P是主控制子模块301的驱动信号，S1、S2、……SN是N个双向反激DC-DC子模块的驱动信号，还是S1、S2、……SN是主控制子模块301的驱动信号，0此_?是N个双向反激DC-DC子模块的驱动信号，各驱动信号的驱动频率和死区时间Tl不变时，系统的配置参数和对应的硬件电路(如电感、电阻和电容等)也不需要改变，只需通过改变控制器109的程序控制第三选择模块107和第四选择模块108输出的PWM信号即可，因此，控制灵活，电路设计和使用更加方便。
[0047]本实用新型的电池组电量主动均衡控制系统，采用电容进行多电平驱动隔离和平面平面PCB反激变压器进行电量传递，并在电池组的电量失去平衡时，通过控制PWM信号生成装置和开关单元生成的驱动信号来控制双向反激DC-DC模块的电量传输，进而实现电池组电量的均衡。该电池组电量主动均衡控制系统，可以从任一节单体电池转移电量到整个电池组,也可以从整个电池组转移电量到任一节单体电池,均衡速度快,效率高,结构简单，体积小，通用性和可扩展性好，且成本和损耗低，易实现。
[0048]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0049]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。
【权利要求】
1.一种脉冲宽度调制？丽信号生成装置，其特征在于，包括: 用于生成脉冲信号的脉冲信号生成装置； 用于根据所述脉冲信号进行计数并生成计数值的计数器，所述计数器与所述脉冲信号生成装置相连； 用于将所述计数值和预设计数阈值进行比较并输出比较信号的比较器，所述比较器与所述计数器相连； 用于调整死区时间并根据所述比较信号产生互为反向的第一死区信号和第二死区信号的死区产生器，所述死区产生器的输入端与所述比较器的输出端相连； 用于根据所述第一死区信号和第一控制信号生成第一输出信号的第一选择模块，所述第一选择模块的第一输入端与所述死区产生器的第一输出端相连； 用于根据所述第二死区信号和第二控制信号生成第二输出信号的第二选择模块，所述第二选择模块的第一输入端与所述死区产生器的第二输出端相连； 用于根据第三控制信号、所述第一输出信号和所述第二输出信号生成第一？丽信号的第三选择模块，所述第三选择模块的第一输入端与所述第一选择模块的输出端相连，所述第三选择模块的第二输入端与所述第二选择模块的输出端相连，所述第三选择模块的输出端作为所述？丽信号生成装置的第一输出端； 用于根据第四控制信号、所述第一选择信号和所述第二选择信号生成第二？丽信号的第四选择模块，所述第四选择模块的第一输入端与所述第二选择模块的输出端相连，所述第四选择模块的第二输入端与所述第一选择模块的输出端相连，所述第四选择模块的输出端作为所述？丽信号生成装置的第二输出端；以及 用于控制所述死区产生器调整所述死区时间，并生成所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号和所述第四控制信号的控制器，所述控制器与所述死区产生器的控制端、所述第一选择模块的控制端、所述第二选择模块的控制端、所述第三选择模块的控制端和所述第四选择模块的控制端分别相连。
2.如权利要求1所述的？丽信号生成装置，其特征在于，还包括: 用于对所述第一死区信号进行反相，并输出第一反相信号至所述第一选择模块的第一反相器，所述第一反相器的输入端与所述死区产生器的第一输出端和所述第一选择模块的第二输入端分别相连；以及 用于对所述第二死区信号进行反相，并输出第二反相信号至所述第二选择模块的第二反相器，所述第二反相器的输入端与所述死区产生器的第二输出端和所述第二选择模块的第二输入端分别相连。
3.如权利要求2所述的？丽信号生成装置，其特征在于，所述第一选择模块包括: 用于根据所述第一控制信号对所述第一死区信号和所述第一反相信号进行选择并生成所述第一输出信号的第一选择器，所述第一选择器的第一输入端与所述死区产生器的第一输出端相连，所述第一选择器的第二输入端与所述第一反相器的输出端相连，所述第一选择器的控制端与所述控制器相连；以及 用于根据所述控制器生成的第五控制信号关闭或输出所述第一输出信号的第一使能单元，所述第一使能单元分别与所述第一选择器的输出端和所述控制器相连。
4.如权利要求2所述的？丽信号生成装置，其特征在于，所述第二选择模块包括: 用于根据所述第二控制信号对所述第二死区信号和所述第二反相信号进行选择并生成所述第二输出信号的第二选择器，所述第二选择器的第一输入端与所述死区产生器的第二输出端相连，所述第二选择器的第二输入端与所述第二反相器的输出端相连，所述第二选择器的控制端与所述控制器相连；以及 用于根据所述控制器生成的第六控制信号关闭或输出所述第二输出信号的第二使能单元，所述第二使能单元分别与所述第二选择器的输出端和所述控制器相连。
5.一种电池组电量主动均衡控制系统，其特征在于，包括: 如权利要求1-4任一项所述的PWM信号生成装置； 开关单元，所述开关单元与所述PWM信号生成装置的第二输出端相连，所述开关单元包括N个输出端,所述开关单兀的N个输出端输出N路相同的PWM信号； 双向反激DC-DC模块，所述双向反激DC-DC模块包括主控制子模块和N个双向反激DC-DC子模块，所述主控制子模块与所述PWM信号生成装置的第一输出端相连，所述N个双向反激DC-DC子模块分别与所述开关单元的N个输出端相连；以及 电池组，所述电池组包括N节相互串联的单体电池，所述电池组与所述主控制子模块并联，且每节单体电池分别与一个双向反激DC-DC子模块并联。
6.如权利要求5所述的电池组电量主动均衡控制系统，其特征在于，所述主控制子模块包括驱动单元和主均衡控制单元，所述主控制子模块的驱动单元与所述PWM信号生成装置的第一输出端和所述主均衡控制单元分别相连，所述主均衡控制单元与所述电池组并联。
7.如权利要求6所述的电池组电量主动均衡控制系统，其特征在于，所述双向反激DC-DC子模块包括所述驱动单元、驱动隔离单元和从均衡控制单元，所述双向反激DC-DC子模块的驱动单元与所述开关单元的输出端和所述驱动隔离单元分别相连，所述驱动隔离单元与所述从均衡控制单元相连，所述从均衡控制单元与一节单体电池并联。
8.如权利要求6-7任一项所述的电池组电量主动均衡控制系统，其特征在于，所述驱动单元包括: 第一三极管，所述第一三极管的发射极接公共地，所述第一三极管的基极作为所述驱动单元的输入端； 第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一三极管的集电极相连； 第二三极管，所述第二三极管的基极与所述第一三极管的集电极相连，所述第二三极管的集电极与所述第一电阻的另一端相连； 第三三极管，所述第三三极管的基极与所述第二三极管的发射极相连，所述第三三极管的集电极与所述第一电阻的另一端相连； 第四三极管，所述第四三极管的基极与所述第二三极管的基极相连，所述第四三极管的集电极接公共地，所述第四三极管的发射极与所述第三三极管的发射极相连； 第一电源，所述第一电源的高电平端与所述第三三极管的集电极相连，所述第一电源的低电平端接公共地； 第一二极管，所述第一二极管的阴极与所述第三三极管的集电极相连，所述第一二极管的阳极与所述第三三极管的发射极相连，所述第一二极管的阴极作为所述驱动单元的第一端，所述第一二极管的阳极作为所述驱动单元的第二端；以及 第二二极管，所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阳极相连，所述第二二极管的阳极接公共地，所述第二二极管的阳极作为所述驱动单元的第三端。
9.如权利要求7所述的电池组电量主动均衡控制系统，其特征在于，所述主均衡控制单元包括: 第二电阻，所述第二电阻的一端作为所述主均衡控制单元的第一端，所述第二电阻的另一端作为所述主均衡控制单元的第二端； 第一开关管，所述第一开关管的控制端与所述第二电阻的一端相连，所述第一开关管的第二输出端与所述第二电阻的另一端相连，所述第一开关管的第二输出端作为所述主均衡控制单元的第三端；以及 第一变压器绕组，所述第一变压器绕组的一端与所述第一开关管的第一输出端相连，所述第一变压器绕组的另一端作为所述主均衡控制单元的第四端。
10.如权利要求9所述的电池组电量主动均衡控制系统，所述其特征在于，所述从均衡控制单元包括: 第三二极管，所述第三二极管的阴极作为所述从均衡控制单元的第一端，所述第三二极管的阳极作为所述从均衡控制单元的第二端； 第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第三二极管的阴极相连，所述第三电阻的另一端与所述第三二极管的阳极相连； 第二电源； 第四二极管，所述第四二极管的阳极与所述第三电阻的一端相连，所述第四二极管的阴极与所述第二电源相连； 第二开关管，所述第二开关管的控制端与所述第三电阻的一端相连，所述第二开关管的第二输出端与所述第三电阻的另一端相连，所述第二开关管的第二输出端作为所述从均衡控制单元的第三端；以及 第二变压器绕组，所述第二变压器绕组的一端与所述第二开关管的第一输出端相连，所述第二变压器绕组的另一端作为所述从均衡控制单元的第四端。
11.如权利要求7所述的电池组电量主动均衡控制系统，其特征在于，所述驱动隔离单元包括: 第四电阻，所述第四电阻的一端与所述驱动单元的第二端相连；以及隔离电容，所述隔离电容的一端与所述第四电阻的另一端相连，所述隔离电容的另一端与所述从均衡控制单元的第一端相连。
12.如权利要求10所述的电池组电量主动均衡控制系统，其特征在于，还包括: 平面印刷电路板PCB变压器，所述平面PCB变压器包括多个PCB平面，所述第一变压器绕组和第二变压器绕组分别位于不同的PCB平面。
【文档编号】H02J7/00GK204144970SQ201320775433
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】潘金龙, 何志强, 杨云 申请人:比亚迪股份有限公司