控制用于电池的主动平衡系统中的极性的制作方法
【技术领域】
[0001] 本文所公开的内容总体涉及电子电路，并且具体涉及控制用于电池的主动平衡系 统中的极性。
【背景技术】
[0002] 现代的电池组通常包含串联连接的多个电池组电芯。由电池组中的每个单独的电 池电芯产生的输出电压通常根据电池组的其它各个电池电芯的输出电压变化。这种电压 变化量通常由诸如制造变化、温度变化和其它这样的内部或外部的因素造成的。当多个电 池组串联连接以形成电池模块时，电压变化也在各个电池组之间存在。电压平衡系统对平 衡这种各个电压通常非常有用。然而，这种平衡系统通常会消耗功率，其降低了储存能量的 量，该储存能量的量仍然用于供给耦接到多个电池电芯和/或电池组的电气系统。
【发明内容】
[0003] 一种装置包括变压器、控制器和开关，所述开关耦接在变压器和控制器之间。该变 压器具有初级线圈和次级线圈。该控制器接收电池的电芯的度量的指示。响应于该指示， 控制器输出信号以选择用于平衡电芯的平衡电流的极性。开关接收来自控制器的信号。响 应于该信号，开关使变压器产生通过初级线圈的所选极性的初级电流。该变压器通过将初 级线圈电感耦接到次级线圈，产生通过次级线圈的平衡电流。该变压器输出具有用于平衡 电芯的极性的平衡电流。
【附图说明】
[0004] 图1是以常规开关阵列为基础的主动平衡系统的示意图。
[0005] 图2是另一种以常规开关阵列为基础的主动平衡系统的示意图。
[0006] 图3是主动平衡系统的示例实施例示意图。
[0007] 图4是以第一极性操作的图3的系统的开关控制器的示意图。
[0008] 图5是以第二极性操作的图3的系统的开关控制器的示意图。
[0009] 图6是图3的系统的初级侧极性开关的示意图。
[0010] 图7是用于平衡电池组的图3的系统的替代版本的示意图。
[0011] 图8是用于平衡多个电池组的图3的系统的替代版本的示意图。
[0012] 图9是用于平衡多个电池组的图3的系统的另一替代版本的示意图。
[0013] 图10是图6的初级侧极性开关的逻辑状态的逻辑图。
【具体实施方式】
[0014] 图1是以常规开关阵列为基础的主动平衡系统100的示意图。该系统100包括开 关稳压器140。该开关稳压器140是可操作的，以通过选择性地施加功率至变压器130,提 供用于平衡电池组120的各个电芯的固定极性的功率。该变压器130将施加的功率转移到 电池组120的所选电芯。
[0015] 该系统100是可操作的，以通过启动与所选电芯关联的次级侧开关的所选对，分 别平衡（例如，充电和/或放电）所选电芯。通过主动平衡电池组120的各个电芯（例如， 相对于在电池组120中的其他电芯的一个或更多个电压），调节电池组120自身以提供在电 池组120寿命内的最佳性能。
[0016] 该电池组120包括多个电芯（例如，电芯121、122、123、124、125、126、127和128)， 因此电池组120是可操作的，以在这些电芯中存储和提供功率。每个这种电芯都是功率存 储装置，诸如化学"电池电芯"，其中每个电芯都是可操作来充电和放电。可选地，每个这种 电芯都能够是"电池"本身（例如，具有多个电芯）。因此，"单元"能够是电芯或电池组。
[0017] 该系统100是可操作的，以控制（例如，启动）次级侧开关（例如，开关1〇1、1〇2、 103、104、105、106、107、108、111、112、113、114、115、116、117 和 118)。第一这种次级侧开关 是可操作的，以选择地将电池组120的所选电芯的第一端耦接到变压器130的次级的第一 端（例如，抽头）。第二这种次级侧开关是可操作的，以选择地将电池组120的所选电芯的 第二端（例如，其不同于第一电池端）耦接到变压器130的次级的第二端（例如，其不同于 第一变压器端）。
[0018] 选择性地将所选电芯的第一和第二端耦接到变压器130的次级的相应端，其允许 所选电芯按照选定的具体开关进行充电或放电。例如，电芯122能够（例如，部分地）通过 同时启动开关102和112以产生具有方向（例如，极性）的充电电流（未显示）进行充电， 所述方向与电池组120所产生的总电流的方向相同。此外，电芯122能够（例如，部分地） 通过同时启动开关103和开关111以产生具有方向的放电电流（未显示）进行放电，所述 方向与电池组120所产生的总电流的方向相反。由于功率在变压器130两端电感传递，因 此所选开关通常反复启动（例如，反复断开和闭合），以产生有利于变压器130两端功率传 递的电流变化。
[0019] 在这个示例中，电池组120包含八个电芯。因此，电池组120的每个电芯理想地具 有电池组120的额定电压的八分之一的电压。变压器130具有降压转换（例如，"匝数"） 率（例如，8 :1)，其与电池组120中的电芯的总数量（例如，总和）一致。因此，变压器130 是可操作的，以提供具有与电池组120的每个电芯的额定电压（例如，电池组120总电压的 约八分之一）一致的电压的充电电流（或放电电流）。
[0020] 开关稳压器140是可操作的，以将电池组输出电压耦接（和解耦接）到变压器130 的初级线圈的高侧端（例如，如通过图1中的极性圆点所指示的）。例如，电池组120的输 出电压和电池组120的接地线分别耦接到开关稳压器140的第一和第二输入端。
[0021] 系统100是可操作的，以通过控制与所选电芯相关联的开关的操作，选择性地将 电池组120的所选电芯的第一和第二端耦接到变压器130的次级线圈的相应端。例如，系 统100是可操作的，以确定是否施加平衡（例如，充电或放电）电流到所选电芯。
[0022] 图2是另一种以常规开关阵列为基础的主动平衡系统200的示意图。系统200包 括开关调节器240、变压器230以及包含电池组220的电池调节器组件250。电池组220包 含多个电芯（例如，电芯221、222、223、224、225、226、227和228)，因此电池组220是可操作 的，以存储和提供功率。
[0023] 系统200是可操作的，以通过适当操作（例如，断开或闭合）次级侧开关211和 212中的所选的一个（其是共同地次级侧极性开关）和次级侧开关201、202、203、204、205、 206、207、208、209、211和212中的所选的一对，分别平衡电池组220的所选电芯的输出电 压。次级侧开关是可操作的，以选择地将电池组220的所选电芯的第一端耦接到变压器230 的次级的第一端，和选择性地将电池组220的所选电芯的第二端耦接到变压器230的次级 的第二端。
[0024] 选择性地将所选电芯的第一和第二端耦接到变压器230的次级的相应端，允许每 个所选电芯根据哪一个次级侧极性开关211或212被选择进行充电或放电。闭合所选的次 级侧极性开关（例如，开关211或212)控制变压器230的次级供给到所选电芯的电流的方 向（例如，极性）。
[0025] 例如，电芯222能够（例如，至少部分地）通过闭合开关212和同时启动开关202 和203以产生充电电流（未显示）进行充电。此外，电芯222能够（例如，至少部分地）通 过闭合开关211和同时启动开关202和203以产生放电电流（未显示）进行放电。由于功 率在变压器230两端进行电感传递，因此所选开关通常反复启动（例如，反复断开和闭合）， 以产生有利于在变压器230两端功率传递的电流变化。
[0026] 在这个示例中，电池组220包括八个电芯（例如，电芯221、222、223、224、225、226、 227和228)。因此，电池组220的每个电芯理想地具有电池组220的额定电压的八分之一 的电压。变压器230是具有电压转换（例如，"匝数"）率（例如，4:1端至端）的中心-抽 头变压器，所述电压转换率与电池组220中的电芯的数量一致。由于每个电芯耦接到变压 器230的中心抽头（例如，节点VI)，当平衡电池组220的电芯时，只有变压器230大约一半