用于电池支持的电源的充电器设备制造技术

本发明专利技术涉及一种充电器设备(100)，所述充电器设备包括：传感器(10)，其被配置为测量作为通过电池(200)的第一电池部分(210)的第一电流(I_POS)与通过电池(200)的第二电池部分(220)的第二电流(I_NEG)之间的差的差分电流(DELTA_I)，并且其被配置为基于所测量的差分电流(DELTA_I)来提供电流差信号(ΔI_meas)；补偿器(20)，其被配置为基于所提供的电流差信号(DELTA_I)和电池电流设定点(I_SP)来计算用于第一电池部分(210)的第一电流设定点(I_SP_POS)和用于第二电池部分(220)的第二电流设定点(I_SP_NEG)；以及控制器(30)，其被配置为基于所述第一电流设定点(I_SP_POS)来控制对所述第一电池部分(210)的充电和/或放电，并且基于所述第二电流设定点(I_SP_NEG)来控制对所述第二电池部分(220)的充电和/或放电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电池支持的电源的充电器设备
本专利技术涉及用于特别是在医学器械中被连接到保护性接地电位的电池支持的电源的充电补偿器的领域。具体地，本专利技术涉及根据独立权利要求所述的充电器设备、电源系统、以及用于控制对电池的充电和放电的方法。
技术介绍
需要高电平的DC电源电压的消费品能够被连接到供电电池。对于高电平的输出电压，电池由串联连接的许多单元(cell)组成。例如出于安全原因，可能有必要将电池的一个电位连接到保护性接地电位。将电池分成两个串联部分并且将这样创建的中心点连接到保护性接地可能有助于降低在任意电池电极与被连接到保护性接地电位的任意部件之间发生的绝缘努力或电压压力。为了使电池达到期望的充电状态，可以使用市售的电池充电设备，也称为充电器。将充电器连接到包括中心接地的两个串联部分的电池可能会在单个绝缘故障(例如，电池电极中的一个与被连接到保护性接地电位的部分之间的绝缘击穿)的情况下导致不期望的高电压。如果针对电池部分中的任意部分使用分立的充电器，能够被避免这种情况。对电池的各部分的非对称充电可能导致电池的各部分中的每个部分的不同充电状态，这是不期望的，会导致不均衡的老化和容量损失。防止这样的不同充电状态需要非常高准确度的充电电流测量和充电状态测量，例如通过高级的并且复杂的充电控制。可用的充电设备通过例如所谓的电流调节模式或者通过电压调节模式来操作和平衡电池的各分部或部分。然而，现代锂离子电池具有相当平坦的充电曲线。这意味着电池电压在宽范围的充电状态内几乎不依赖于充电状态。因此，由于不能够通过简单的电压测量来检测充电状态，因而在充电曲线的平坦区域中，电压调节模式不能正常工作。因此，在充电曲线的平坦区域中优选应用电流调节模式。国际专利申请公开WO2009145709A1描述了一种用于减轻电池不平衡的控制电路。日本专利申请公开JP2004194410A描述了一种用于车辆的电源设备。美国专利公开US6271645B1描述了一种用于平衡电池包内的第一电池组与第二电池组之间的能量水平的方法和电路。
技术实现思路
可能存在对于改进用于电池的充电器设备的需求。这些需求是由独立权利要求的主题满足的。根据从属权利要求和下文的描述，进一步的示范性实施例是显而易见的。本专利技术的一方面涉及一种充电器设备，包括：传感器，其被配置为测量作为通过电池的第一电池部分的第一电流与通过电池的第二电池部分的第二电流之间的差的差分电流，并且其被配置为基于所测量的差分电流来提供电流差信号，其中，所述第一电池部分和所述第二电池部分被中心地接地；补偿器，其被配置为基于所提供的电流差信号和电池电流设定点(setpoint)来计算用于所述第一电池部分的第一电流设定点和用于所述第二电池部分的第二电流设定点；以及控制器，其被配置为基于所述第一电流设定点来控制对所述第一电池部分的充电和/或放电并且基于所述第二电流设定点来控制对所述第二电池部分的充电和/或放电，其中，所述控制器包括：第一部分充电设备，其被配置为基于所述第一电流设定点来控制对所述第一电池部分的充电和/或放电；以及第二部分充电设备，其被配置为基于所述第二电流设定点来控制对所述第二电池部分的充电和/或放电。换言之，本专利技术的思想可以被认为是：引入功能块以使用叠加的控制环来分立地控制电池的各部分。功能块被用于测量两个电池部分之间、例如正电池半部(half)与负电池半部之间的电流差。所述功能测量块产生表示电流差的输出信号。本专利技术的另外的第二方面涉及一种电源系统，包括：电池，其包括第一电池部分和第二电池部分；以及根据本专利技术的第一方面或根据本专利技术的第一方面的任意实施形式的充电器设备，其中，所述充电器设备被配置为控制对所述电池的充电和/或放电。根据本专利技术的第三方面，提供了一种用于控制对电池的充电和放电的方法，所述方法包括以下步骤：a)测量作为通过电池的第一电池部分的第一电流与通过电池的第二电池部分的第二电流之间的差的差分电流，并且基于所述差分电流来提供电流差信号，并且其中，所述第一电池部分和所述第二电池部分被中心地接地；b)由补偿器基于所述电流差信号并且基于电池电流设定点来计算用于第一电池部分的第一电流设定点和用于第二电池部分的第二电流设定点；并且c)由控制器基于所述第一电流设定点来控制对所述第一电池部分的充电和/或放电，由所述控制器基于所述第二电流设定点来控制对所述第二电池部分的充电和/或放电；其中，所述控制器包括：第一部分充电设备，其被配置为基于所述第一电流设定点来控制对所述第一电池部分的充电和/或放电；以及第二部分充电设备，其被配置为基于所述第二电流设定点来控制对所述第二电池部分的充电和/或放电。根据本专利技术的示例性实施例，所述补偿器包括放大器，所述放大器被配置为对电流差信号进行放大以用于计算所述第一电流设定点和所述第二电流设定点。这有利地允许改进对电池部分的电流平衡的准确度。根据本专利技术的示例性实施例，所述补偿器包括积分器，所述积分器被配置为对电流差信号进行积分以计算所述第一电流设定点和所述第二电流设定点。这有利地允许避免单个电池部分的快速不平衡。根据本专利技术的示例性实施例，所述补偿器被配置为作为比例积分控制器或者作为比例控制器、比例积分控制器、比例微分控制器或者作为比例积分微分控制器或者作为无差拍控制器来操作。这有利地允许补偿误差，并且有利地提供快速响应时间。根据本专利技术的示范性实施例，所述充电器设备被配置为将电池的充电状态控制在电池的充电状态的预定义范围之内。根据本专利技术的示例性实施例，所述传感器被配置为在0A与1A之间、优选在0mA与100mA之间、最优选在0mA与10mA之间的电流范围内测量差分电流。根据本专利技术的示例性实施例，所述传感器被配置为在第一电流和/或第二电流的单数位(singledigit)百分比的范围内、优选在第一和/或第二电流的单数位千分比的电流范围内测量所述第一电流与所述第二电流的差分电流。根据本专利技术的示例性实施例，所述补偿器被配置为借助于电流差信号的最小化控制环来计算所述第一电流设定点和所述第二电流设定点。根据本专利技术，所述第一电池部分和所述第二电池部分被中心地接地。这有利地允许降低在系统中的最大升高电压电平，由此使电压绝缘的要求和努力最小化。如本专利技术所使用的与各部分相连的术语“中心地接地”可以指电池部分与接地连接的布置，其中，针对地电位的接地被耦合在两个电池部分之间的一位置处。电池部分内的差分电流将被传导到保护性接地电位，其对于一些适用的医学设备是不期望的。在本文中所描述的方法、系统和设备可以被实施为数字信号处理器DSP、微控制器、或者任何其他旁处理器中的软件，或者被实施为专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列(其是被设计成在制造后由客户或设计者进行配置的集成电路)中的硬件电路。本专利技术能够被实施在数字电子电路中或者被实施在计算机硬件、固件、软件、或者其组合中，例如，被实施在常规医学设备或医学成像设备的可用硬件中或者被实施在专用于处理在本文中所描述的方法的新硬件中。本专利技术特别允许在医学成像系统中的应用，无论是移动(例如，移动诊断放射学)或固定的(例如，计算机断层摄影系统、磁共振系统、或介入放射学系统)。这样的系统需要不间断的电源，而且是在医院主电源故障的情况下。为此，这样的系统的电源通常本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种充电器设备(100)，包括：‑传感器(10)，其被配置为测量作为通过电池(200)的第一电池部分(210)的第一电流(I_POS)与通过所述电池(200)的第二电池部分(220)的第二电流(I_NEG)之间的差的差分电流(DELTA_I)，并且所述传感器被配置为基于所测量的差分电流(DELTA_I)来提供电流差信号(ΔI_meas)，并且其中，所述第一电池部分(210)和所述第二电池部分(220)是中心地接地的；‑补偿器(20)，其被配置为基于所提供的电流差信号(DELTA_I)和电池电流设定点(I_SP)来计算用于所述第一电池部分(210)的第一电流设定点(I_SP_POS)和用于所述第二电池部分(220)的第二电流设定点(I_SP_NEG)；以及‑控制器(30)，其被配置为基于所述第一电流设定点(I_SP_POS)来控制对所述第一电池部分(210)的充电和/或放电，并且被配置为基于所述第二电流设定点(I_SP_NEG)来控制对所述第二电池部分(220)的充电和/或放电；其中，所述控制器(30)包括：i)第一部分充电设备(32)，其被配置为基于所述第一电流设定点(I_SP_POS)来控制对所述第一电池部分(210)的充电和/或放电；以及ii)第二部分充电设备(34)，其被配置为基于所述第二电流设定点(I_SP_NEG)来控制对所述第二电池部分(220)的充电和/或放电。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.23 EP 15156062.01.一种充电器设备(100)，包括：-传感器(10)，其被配置为测量作为通过电池(200)的第一电池部分(210)的第一电流(I_POS)与通过所述电池(200)的第二电池部分(220)的第二电流(I_NEG)之间的差的差分电流(DELTA_I)，并且所述传感器被配置为基于所测量的差分电流(DELTA_I)来提供电流差信号(ΔI_meas)，并且其中，所述第一电池部分(210)和所述第二电池部分(220)是中心地接地的；-补偿器(20)，其被配置为基于所提供的电流差信号(DELTA_I)和电池电流设定点(I_SP)来计算用于所述第一电池部分(210)的第一电流设定点(I_SP_POS)和用于所述第二电池部分(220)的第二电流设定点(I_SP_NEG)；以及-控制器(30)，其被配置为基于所述第一电流设定点(I_SP_POS)来控制对所述第一电池部分(210)的充电和/或放电，并且被配置为基于所述第二电流设定点(I_SP_NEG)来控制对所述第二电池部分(220)的充电和/或放电；其中，所述控制器(30)包括：i)第一部分充电设备(32)，其被配置为基于所述第一电流设定点(I_SP_POS)来控制对所述第一电池部分(210)的充电和/或放电；以及ii)第二部分充电设备(34)，其被配置为基于所述第二电流设定点(I_SP_NEG)来控制对所述第二电池部分(220)的充电和/或放电。2.根据权利要求1所述的充电器设备(100)，其中，所述补偿器(20)包括放大器(22)，所述放大器被配置为对所述电流差信号(ΔI_meas)进行放大，以用于计算所述第一电流设定点(I_SP_POS)和所述第二电流设定点(I_SP_NEG)。3.根据前述权利要求中的任一项所述的充电器设备(100)，其中，所述补偿器(20)包括积分器(24)，所述积分器被配置为对所述电流差信号(ΔI_meas)进行积分，以用于计算所述第一电流设定点(I_SP_POS)和所述第二电流设定点(I_SP_NEG)。4.根据前述权利要求中的任一项所述的充电器设备(100)，其中，所述补偿器(20)被配置为作为比例控制器、比例积分控制器、比例微分控制器、或者作为比例积分微分控制器来操作。5.根据前述权利要求中的任一项所述的充电器设备(100)，其中，所述充电器设备(100)被配置为将所述电池(200)的充电状态(SOC)控制在所述电池(200)的所述充电状态(SOC)的预定义范围(R_SOC)之内。6.根据前述权利要求中的任一项所述的充电器设备(100)，其中，所述传感器(10)被配置为：在0mA与1000mA之间、优选在0mA与100mA之间、最优选在0mA与10mA之间的电流范围内测量所述差分电流(DELTA_I)。7.根据前述权利要求中的任一项所述的充电器设备(100)，其中，所述传感器(10)被配置为：在所述第一电流(I_POS)和/或所述第二电流(I_NEG)的单数位百分比的范围内、优选在...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·瓦格纳，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL