具有電荷平衡的電源系統技術方案

本發明專利技術公開了具有電荷平衡的電源系統。一種電源系統包括第一電荷存儲裝置。具有n個電荷存儲模塊的串聯電路被連接在負載端子之間。第二電荷存儲裝置包括負載端子。電荷轉移裝置包括耦合在其中一個電荷存儲模塊與第二電荷存儲裝置的負載端子之間的至少一個電荷轉移單元。所述電荷轉移裝置被配置成在請求時將電荷從所述一個電荷存儲模塊轉移到第二電荷存儲裝置。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術的實施例涉及電源系統，并且特別涉及電動汽車或混合汽車中的汽車電源系統。
技術介紹
電動汽車或混合汽車包括用于驅動汽車的至少一個電動機以及用于給所述至少一個電動機提供電功率的可再充電電池(蓄電池)，比如鋰離子電池，或者雙層電容器裝置。所述電池通常包括串聯連接的多個電池模塊，其中各個模塊可以被布置成分布在整個汽車中并且通過輸電線彼此連接。各個電池模塊分別提供模塊供電電壓，其中所述電池的供電電壓等于模塊供電電 壓的總和。由于各個模塊的制造過程中的變化，各個電池模塊的電容可能稍有不同。因此，在其中為電池充電的充電過程期間，一些電池模塊可能快于其他電池模塊而被充電，以及在電池向負載供電時的放電過程期間，一些電池模塊可能快于其他電池模塊而被放電。各個電池模塊不應當高于充電上限被充電，并且不應當低于充電下限被放電。因此，除非存在電荷平衡，否則當一個模塊達到上限時將不得不停止充電過程，盡管其他模塊可能還沒有被完全地充電；以及當一個模塊達到下限時將不得不停止放電過程，盡管其他模塊可能還沒有被完全地放電。各個模塊的不同充電狀態還可能是由于模塊的自放電而導致的。“電荷平衡”是指，從各個模塊選擇性地取得電荷或者將其選擇性地提供到各個模塊，以便補償各個模塊的電荷不平衡。已知的電荷平衡電路包括變壓器，所述變壓器具有分別連接到模塊之一的多個第一繞組以及連接在電池的負載端子之間的第二繞組。在這種電路中，可以從模塊之一取得電荷并且可以將其反饋到電池中，或者可以從電池取得電荷并且可以將其反饋到電池模塊之一中。然而，在這種電路中，在第二繞組兩端存在電池電壓，其可以是幾百V，比如400V。這需要高壓絕緣裝置，當模塊被分布在汽車中時所述高壓絕緣裝置可能難以實施并且是昂貴的。需要一種具有高效、靈活并且易于實施電荷平衡的電源系統。
技術實現思路
第一方面涉及一種電源系統。所述電源系統包括第一電荷存儲裝置，其具有負載端子以及連接在負載端子之間的η個電荷存儲模塊的串聯電路，其中η>1 ;以及第二電荷存儲裝置，其具有負載端子。所述電源系統還包括電荷轉移裝置，其包括耦合在其中一個電荷存儲模塊與第二電荷存儲裝置的負載端子之間的至少一個電荷轉移單元。所述電荷轉移單元被配置成在請求時將電荷從所述一個電荷存儲模塊轉移到第二電荷存儲裝置。第二方面涉及一種包括電源系統的汽車電氣系統。所述電源系統包括第一電荷存儲裝置，其具有負載端子以及連接在負載端子之間的η個電荷存儲模塊的串聯電路，其中η>1 ;以及第二電荷存儲裝置，其具有負載端子。所述電源系統還包括電荷轉移裝置，其包括耦合在其中一個電荷存儲模塊與第二電荷存儲裝置的負載端子之間的至少一個電荷轉移單元。所述電荷轉移單元被配置成在請求時將電荷從所述一個電荷存儲模塊轉移到第二電荷存儲裝置。所述汽車電氣系統還包括至少一個第一負載，其被連接到第一電荷存儲裝置的負載端子；以及至少一個第二負載，其被連接到第二電荷存儲裝置的負載端子。附圖說明參照附圖解釋實例。附圖用來說明基本原理，因此只示出對于理解基本原理所必需的方面。附圖不是按比例的。在附圖中，相同的附圖標記表示相同的 特征。圖I不意性地不出電源系統的第一實施例,其包括具有多個電荷存儲模塊的第一電荷存儲裝置、第二電荷存儲裝置、以及電荷轉移裝置； 圖2示意性地示出所述電荷轉移裝置的一個電荷轉移模塊的一個實施例； 圖3示意性地示出圖2的電荷轉移模塊的控制電路的一個實施例； 圖4示出所述控制電路與電荷轉移模塊之間的信號通信的第一實施例； 圖5示出所述控制電路與電荷轉移模塊之間的信號通信的第二實施例； 圖6示出電源系統的一個實施例，其具有布置在第一電荷存儲裝置與第二電荷存儲裝置之間的DC/DC轉換器； 圖7示出所述DC/DC轉換器的一個實施例； 圖8示出第一電荷存儲裝置的一個電荷存儲模塊的一個實施例； 圖9示出電源系統的一個實施例，其包括第一電荷存儲裝置的各個電荷存儲模塊的電荷平衡電路；以及 圖10更詳細地示出一個電荷平衡電路到一個電荷存儲模塊的連接。具體實施例方式現在將在特定情境中解釋本專利技術的實施例，即在汽車電源系統的情境中。然而，本專利技術的實施例不限于結合汽車電源系統來使用，本專利技術的實施例而是可以被應用于包括具有多個電荷存儲模塊的可再充電電荷存儲裝置的每種應用。圖I示意性地示出電源系統的第一實施例。所述電源系統包括第一電荷存儲裝置1，其包括串聯連接在第一電荷存儲裝置I的負載端子11、12之間的η個電荷存儲模塊2i、22、2n，其中η>1。第一電荷存儲裝置I在負載端子11、12之間提供第一供電電壓VI，其中第一供電電壓Vl是提供在各個電荷存儲模塊2p22、2n的輸出端子之間的各個模塊供電電壓V2i、V22、V2n的總和。根據一個實施例，當單獨的模塊被完全地充電時，電荷存儲模塊2p22、2n中的每個所提供的輸出電壓在40V與60V之間。串聯連接的電荷存儲模塊的數目η取決于所期望的電荷存儲裝置輸出電壓Vl。根據一個實施例，該輸出電壓Vl在350V與450V之間，使得串聯連接在8個與12個之間的電荷存儲模塊2ρ22、2η。出于說明的目的，在圖I中示出僅僅三個電荷存儲模塊。第一電荷存儲裝置I例如是具有形成電荷存儲模塊2p22、2n的多個電池模塊的鋰離子電池，其中每個電池模塊可以包括串聯連接的多個電池單元(battery cell)。根據另一實施例，第一電荷存儲裝置I是具有多個電容器的裝置，比如雙層電容器，其中每個模塊2p22、2n可以包括串聯連接的多個電容器。雙層電容器(超電容器、超級電容器)在給定器件體積下具有巨大的電容。所述電源系統特別是可以用在電動汽車或混合汽車中的汽車電源系統。由電荷存儲裝置輸出電壓Vl供電的負載Zl例如是包括電動機和逆變器的電動機單元。各個電荷存儲模塊2i、22、2n可以被布置在汽車內的不同位置處，其中各個模塊通過輸電線彼此電連接。可以通過將電荷存儲裝置充電器(未示出)連接到負載端子11來為第一電荷存儲裝置I充電。為電荷存儲裝置(比如圖I中所示的第一電荷存儲裝置I)充電是公知的，因此在這方面不需要進一步的解釋。參照圖1，所述電源系統還包括具有負載端子51、52的第二電荷存儲裝置5。第二電荷存儲裝置5在其負載端子51、52之間提供第二電荷存儲裝置供電電壓V5。根據一個實施例，第二電荷存儲裝置供電電壓V5低于第一電荷存儲裝置供電電壓Vl。第二電荷存儲裝置供電電壓V5例如在IOV與15V之間。根據一個實施例，第二電荷存儲裝置5是常規汽車電池，其在被完全地充電時提供大約12V的供電電壓。每個電荷存儲模塊2p22、2n具有電容。一個電荷存儲模塊的電容是其存儲電荷的·能力。由于電荷存儲模塊2p22、2n的制造過程中的變化，各個模塊的電容可能(稍有)不同。因此，在充電過程期間一些電荷存儲模塊可能快于其他電荷存儲模塊而被充電，以及在放電過程期間一些電荷存儲模塊可能快于其他電荷存儲模塊而被放電。在充電過程中，電荷存儲裝置充電器(未示出)通過負載端子11、12對第一電荷存儲裝置I充電。在放電過程中，第一電荷存儲裝置I對連接到負載端子11、12的負載或負載裝置Zl提供電功率。在這一點應當注意，圖I中所示的負載Zl可以代表并聯連接的多個負載，并且每本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電源系統，包括：第一電荷存儲裝置，其包括具有連接在負載端子之間的n個電荷存儲模塊的串聯電路，其中n>1；第二電荷存儲裝置，其包括負載端子；電荷轉移裝置，其包括耦合在其中一個電荷存儲模塊與第二電荷存儲裝置的負載端子之間的至少一個電荷轉移單元，所述電荷轉移單元被配置成在請求時將電荷從所述一個電荷存儲模塊轉移到第二電荷存儲裝置。

【技術特征摘要】
2011.07.29 US 13/194,4131.一種電源系統,包括 第一電荷存儲裝置，其包括具有連接在負載端子之間的η個電荷存儲模塊的串聯電路，其中η>1 ； 第二電荷存儲裝置，其包括負載端子； 電荷轉移裝置，其包括耦合在其中一個電荷存儲模塊與第二電荷存儲裝置的負載端子之間的至少一個電荷轉移單元，所述電荷轉移單元被配置成在請求時將電荷從所述一個電荷存儲模塊轉移到第二電荷存儲裝置。2.根據權利要求I所述的電源系統，其中，所述電荷轉移裝置包括η個電荷轉移單元，其中每個電荷轉移單元被耦合在其中一個電荷存儲模塊與第二電荷存儲裝置的負載端子之間。3.根據權利要求I所述的電源系統，其中，第一電荷存儲裝置包括2與20個之間的電荷存儲模塊。4.根據權利要求3所述的電源系統，其中，第一電荷存儲裝置包括8與12個之間的電荷存儲模塊。5.根據權利要求I所述的電源系統， 其中，第一電荷存儲裝置被配置成在已充電狀態中在其負載端子之間提供第一供電電壓， 其中，第二電荷存儲裝置被配置成在已充電狀態中在其負載端子之間提供第二供電電壓，以及 其中，第一供電電壓高于第二供電電壓。6.根據權利要求5所述的電源系統,其中，第一供電電壓在350V與450V之間，以及其中第二供電電壓在IOV與14V之間。7.根據權利要求I所述的電源系統，其中，所述電荷轉移裝置還包括 控制電路，其與所述至少一個電荷轉移單元進行信號通信，以及被配置成請求所述至少一個電荷轉移單元將電荷轉移到第二電荷存儲裝置。8.根據權利要求7所述的電源系統，其中，所述至少一個電荷轉移單元 被配置成測量其所連接到的電荷存儲模塊的模塊供電電壓，以及 被配置成向所述控制電路提供關于所述模塊供電電壓的幅度的信息。9.根據權利要求8所述的電源系統，還包括 m個電荷轉移單元,其中m> I,每個電荷轉移單元被配置成測量其所連接到的電荷存儲模塊的模塊供電電壓，以及被配置成向所述控制電路提供關于所述模塊供電電壓的幅度的信息， 其中，所述控制電路被配置成評估對于電荷轉移單元所接收到的關于幅度的信息，以及基于該評估來請求其中一個電荷轉移單元將電荷轉移到第二電荷存儲裝置。10.根據權利要求9所述的電源系統，其中，所述控制電路被配置成確定具有最高模塊供電電壓的電荷存儲模塊，以及被配置成請求耦合到該電荷存儲模塊的電荷轉移模塊將電荷轉移到第二電荷存儲裝置。11.根據權利要求I所述的電源系統，其中，所述至...

【專利技術屬性】
技術研發人員：W勒斯勒，
申請(專利權)人：英飛凌科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：