控制用于电池的主动平衡系统中的极性的制作方法_2

文档序号:9710593阅读:来源:国知局
的"匝数"传导电流。与系统100 (图1)相比,系统200选择性地将节点V2耦接到变压器 230的(次级侧的)非中心抽头端,而选择地将节点Vl耦接到变压器230的中心抽头端。
[0027] 变压器230中的次级线圈的中心抽头理想地位于次级线圈的准确(例如,电学的) 的中间位置处。然而,在变压器的典型的制造过程中,在每半个次级线圈中制造相等数目的 匝数(例如,绕组)相对困难。在示例系统200中,中心抽头将变压器230的次级线圈划分 成上部线圈(其提供用于平衡的充电电流)和下部线圈(其提供用于平衡的放电电流)。
[0028] 例如,如果上部线圈具有的匝数的数量比下部线圈的匝数的数量多5%,则在相同 的充电/放电周期T中,充电的总电荷与放电的总电荷为:
[0032] 其中Q是电荷,T是充电或放电时间,并且i是电流。当电池电芯到达(例如,如 由开关稳压器240所确定的)平衡状态时,在充电和放电阶段中失配的电荷通常导致不准 确的电压水平(和在电池电芯之间具有失配的电压的相关的问题)。
[0033] 图3是通常在300处所示的主动平衡系统的示例性实施例的示意图。系统300是 可操作的,以选择性地平衡在电池调节器组件350的能量存储装置(例如,电池组320)中 的各个能量存储装置(例如,电芯)。
[0034] 不像系统200,系统300的变压器330不一定在其次级绕组L2中包括中心抽头(例 如,用于降低次级侧开关的数量)。因此,系统300避免了电力不平衡中心抽头的失配问题, 其可能以其他方式存在有中心抽头拓扑变压器。
[0035] 系统300包括主极性开关控制器360。控制器360是可操作的,以感测(例如,在 电压输入管脚VIN处)来自组件350的输出电压。组件350的输出电压可选是电池组320 的电压(例如,总电压)或电池组320的所选电芯的电压(例如,如下面参照图6所讨论 的)。控制器360是可操作的,以(例如,响应于感测电池组320的所选电芯的电压)控制 用于选择第一极性电流和第二极性电流中的一个的极性功率开关矩阵310。
[0036] 通过矩阵310,将控制器360耦接到变压器330的初级绕组Ll的第一和第二端。 矩阵310是可操作的,以选择性地控制流经变压器330的初级绕组Ll的电流的存在(及方 向)。变压器330是可操作的,以电感耦接来自初级绕组Ll的功率到次级绕组L2。变压器 330的次级绕组L2包括分别用于耦接组件350的节点Vl和V2的功率的第一端和第二端。 因此,变压器330的次级绕组L2的输出的极性受在系统300的初级侧上所执行的切换控 制。
[0037] 在变压器330的次级绕组L2不包括中心抽头的各种实施例中,缺少中心抽头:避 免了源自由于在充电/放电阶段中心抽头的不均等划分而导致的总电荷失配的问题;和保 持次级侧开关的数量减少(例如,如下面参照图7所讨论的)。
[0038] 矩阵310是可操作的,以选择性地启动初级侧极性开关362、364、366和368对。 如下关于图4和图5所讨论的:(a)如果开关362和364闭合,以及如果开关366和368断 开,则变压器330产生第一极性的电流;和(b)如果开关366和368闭合,以及如果开关362 和364断开,则变压器330产生第二极性(与第一极性相反)的电流。如下关于图6所讨 论的,第一和第二极性电流是可操作的,以通过电芯充电或放电平衡电池组320的所选电 芯的电压。
[0039] 图4是以第一极性操作的系统300的开关控制器的示意图。系统300是可操作的, 以选择性地,例如通过产生第一极性电流460平衡组件350的电池组320中的各个电芯。
[0040] 响应于在VIN处的电压,控制器360选择性地给矩阵310发信号以产生第一极性 电流460,因此矩阵310使得变压器330通过:(a)闭合开关362和364 ;和(b)断开开关 366和368产生通过变压器330的初级绕组Ll的第一极性电流460。
[0041] 变压器330将来自初级绕组Ll的功率电感耦接到次级绕组L2,以便产生次级侧第 一极性电流462 (例如,具有与第一极性电流460的极性相同的极性)。如下关于图6所讨 论的,第一极性电流460是可操作的,以通过电芯充电或放电平衡所选电芯的电压。
[0042] 图5是以第二极性操作的系统300的开关控制器的示意图。系统300是可操作的, 以选择性地,例如通过产生第二极性电流560平衡组件350的电池组320中的各个电芯
[0043] 响应于在VIN处的电压,控制器360选择性地给矩阵310发信号以产生第二极性 电流560,因此矩阵310使得变压器330通过:(a)闭合开关366和368 ;和(b)断开开关 362和364产生通过变压器330的初级绕组Ll的第二极性电流560。
[0044] 变压器330将来自初级绕组Ll的功率电感耦接到次级绕组L2,以便产生次级侧第 二极性电流562 (例如,具有与第二极性电流560的极性相同的极性)。如下关于图6所讨 论的,第二极性电流560是可操作的,以通过电芯充电或放电平衡所选电芯的电压。
[0045] 图6是系统300 (图3)的初级侧开关控制器360的示意图。信号SWl、SW2、SW3、 SW4和CHARGE是从开关控制器所接收(且由开关控制器生成)的控制信号,所述开关控制 器诸如主开关控制器794(下文参考图7所描述的)。信号Φ1、Φ2、Φ3和Φ4是(例如, 分别是)第一极性的高侧开关362、第一极性的低侧开关364、第二极性的高侧开关366和 第二极性的低侧开关368的门驱动信号。当断言门驱动信号(例如,具有逻辑高电平)时, 相关联的(例如,相应的)开关接通(例如,导通)。当相关联的开关处于接通(例如,闭 合)状态时,接通的(初级侧)开关的两端处于相同的逻辑状态(例如,通过第二端被"上 拉"到组件350的输出电压或"下拉"接地)。
[0046] 控制器360响应CHARGE、SWl和SW2信号确定信号Φ 1和Φ2的逻辑状态,并且 响应于CHARGE、SW3和SW4信号确定信号Φ3和Φ4的逻辑状态。控制器360包括逻辑门 601、602、603、604和605,其响应CHARGE信号可操作以控制矩阵310的开关的状态,使得所 选的电池电芯充电或放电。
[0047] 例如,当CHARGE信号高时,将信号SWl的逻辑电平传输到信号Φ 1,而将信号SW2 的逻辑电平传输到信号Φ2。在此期间,信号Φ3和Φ4保持低,其维持开关366和开关 368处于断开状态(例如,在高阻抗状态)。重叠保护电路611是可操作的,以防止信号 Φ1和Φ2的逻辑电平同时被断言。同时断言(例如,如果允许的话)将以其他方式使 得开关362和开关364同时闭合,并相应地将组件350的输出电压短路到地,并导致"直 通"(shoot-through)情况,其有可能会损坏闭合的开关362和开关364。
[0048] 当CHARGE信号低时,将信号SW3的逻辑电平传输到信号Φ3,而将信号SW4的逻辑 电平传输到信号Φ4。在此期间,信号Φ1和Φ2保持低,其维持开关362和开关364处于 断开状态。重叠保护电路612是可操作的,以防止信号Φ3和Φ4的逻辑电平同时被断言。 同时断言(例如,如果允许的话)将以其他方式使得开关366和开关368同时闭合,并相应 地将组件350的输出电压短路到地,导致"直通"情况,其有可能会损坏闭合的开关366和 开关368。
[0049] 电平移位器621和622是可操作的,以偏移用于驱动高侧开关362和366的高侧 开关控制信号SWl和SW3的电压。在一个示例中,控制信号SWl和SW3具有约5伏特的最 大电压(其能够不适合用于驱动开关362和366的门极)。电平移位器621和622响应于 来自重叠保护电路611和612的输出信号是可操作的,以产生控制信号。电平移位控制信 号具有适于用于驱动高侧门驱动器631和633的输入端的电压范围(例如,具有最大电压 VIN)。高侧门极驱动器631和633是可操作的,以产生具有足够电压以使高侧功率开关362 和366接通的信号Φ1和Φ3。
[0050] 低侧门极
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