通过多级电压转换为电池充电制造技术

用于电池的脉冲充电包括多级电压转换。在第一级，来自电源的输入电压被分成多个中间电压。在第二级，将多个中间电压中的一个或多个进一步下转换以生成要施加到电池的充电脉冲的一个或多个部分。将输入电压下转换到输出电压伴随着施加到电池的充电电流的增加。施加于电池的更高充电电流导致电池的快速充电。而且，所描述的多级电压转换电路具有高效率，这减轻了与用于电池充电的电压转换相关的散热问题。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过多级电压转换为电池充电相关申请的交叉引用本申请要求2017年6月12日提交的美国临时专利申请No.62/518,120的优先权，出于所有目的，其内容通过引用整体并入本文。
技术介绍
可再充电电池是电化学能量存储系统，其在世界各地的许多应用中使用。但是，限制可再充电电池使用的问题是电池的充电速度。电池的充电速度与泵入电池的电流幅度成正比。这样，为了提高充电速度，需要向电池提供更高的电流。然而，用于为移动设备的电池充电的常规使用的能量源能够提供有限幅度的电流。因此，需要采用功率转换器来对从能量源输入的功率进行电压转换，该能量源提供功率以对该移动设备的电池充电。功率转换器将从能量源获得的高电压低电流输入转换为用于电池的低电压高电流输出。用于这种转换的常规采用的功率转换器效率低，并且耗散的热量高于指定的极限。例如，常用的USB-C电源的输出额定值为20伏(V)5安培(A)，可转换为4.2V3A，以额定速率为移动设备充电，并且散热范围有限。但是，为了更快地给电池充电(例如快6倍)，需要将4.2V的18A电流泵入电池。因此，当USB-C输出将由常规功率转换器转换成4.2V18A时，可能耗散约3瓦(W)的热量，这是不希望的。因此，需要一种用于电池的快速充电的改进的电池充电系统。附图说明关于随后的讨论，特别是关于附图，要强调的是，所示细节代表用于说明性讨论目的的示例，并且出于提供对本公开的原理和概念方面的描述的原因而给出了本公开。就这一点而言，除了基本理解本公开所需要的以外，没有尝试示出实现细节。结合附图进行的以下讨论对于本领域技术人员而言显而易见的是如何可以实践根据本公开的实施例。在各个附图和支持描述中，相似或相同的附图标记可用于识别或以其他方式指代相似或相同的元件。在附图中：图1示出根据本公开的电池充电系统的框图。图2A示出根据本公开的电池充电系统的示例。图2B示出根据本公开的电池充电系统的另一示例。图3示出根据本公开的电池充电系统的另一示例。图4示出根据本公开的电池充电过程的流程图。图5示出根据本公开的电池充电系统的另一示例。图6示出根据本公开的电池充电系统的另一示例。图7示出根据本公开的电池充电系统的另一示例。图8A和8B分别示出根据本公开产生的充电脉冲的电压和电流波形的示例。
技术实现思路
本公开提出了用于电池充电的电路和技术，其包括多级电压转换。根据本公开的电池的充电涉及通过多级多周期电压转换来提供充电脉冲。在每个电压转换周期中，将从电源接收的输入电压下转换以生成多个中间电压。多个中间电压中的一个或多个被进一步下转换以生成充电脉冲的一个或多个部分。因此，每个充电脉冲由通过多个多级电压转换周期产生的多个部分组成。在电压转换周期中，流向电池的平均电流的增加弥补了输入电压的降低，并且理想地保留了提供给电池的功率。这样，电压转换周期包括将从能量源输入的低电流高电压功率转换成提供给电池的高电流低电压输出。因此，根据本公开的电池充电技术通过促进以最小的热耗散将高电流泵送到电池中来实现电池的快速充电。根据本公开的一方面，一种给电池充电的系统包括第一功率转换器、第二功率转换器以及控制器，该控制器被配置为控制多个电压转换周期的执行以向电池提供充电脉冲。每个电压转换周期包括以下操作：由第一功率转换器从电源获得输入电压；由第一功率转换器基于输入电压生成多个中间电压；将多个中间电压中的一个或多个提供给第二功率转换器，并由第二功率转换器基于多个中间电压中的一个或多个生成充电脉冲的一个或多个部分。控制器可以被配置为将在多个电压转换周期期间产生的充电脉冲的多个部分提供给电池。根据本公开的另一方面，一种给电池充电的方法包括：由控制器控制多个电压转换周期的执行，以向电池提供充电脉冲。在每个电压转换周期中，第一功率转换器从电源获得输入电压，基于该输入电压生成多个中间电压，并将多个中间电压中的一个或多个提供给第二功率转换器。此外，在每个电压转换周期中，第二功率转换器基于多个中间电压中的一个或多个产生充电脉冲的一个或多个部分。该方法还包括由控制器将在多个电压转换周期期间产生的充电脉冲的多个部分提供给电池。根据本公开的另一方面，一种芯片组包括电容分压器、电感转换器和控制器。电容分压器包括多个电容元件和多个第一开关元件。该电感转换器包括至少一个电感元件和至少一个第二开关元件。控制器被配置为控制多个电压转换周期的执行，以向电池提供充电脉冲。每个电压转换周期包括以下操作：由电容分压器从电源获得输入电压；基于由电容分压器的输入电压生成多个中间电压，将多个中间电压中的一个或多个提供给电感转换器，以及由电感转换器基于多个中间电压中的一个或多个产生充电脉冲的一个或多个部分。控制器被配置为将在多个电压转换周期期间产生的充电脉冲的多个部分提供给电池。具体实施方式在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多示例和具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员显而易见的是，如权利要求书中所表达的本公开可以包括这些示例中的一些或全部特征，单独地或与以下描述的其他特征组合，并且还可以包括修改和等同于本文所述的特征和概念。词语“示例性”在本文中用来表示“用作示例，实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何实施例不必被解释为比其他实施例优选或有利。同样，术语“实施例”并不要求所有实施例都包括所讨论的特征、优点或操作模式。提供本文中使用的术语仅是为了描述特定实施例，而无意于限制本文中公开的任何实施例。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”也意图包括复数形式。将进一步理解的是，当在本文中使用时，术语“包含”、“包括”和/或“包括”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组的存在或增加。除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。图1示出如本文所述的对电池108充电的系统100。电池108是可再充电的，其在其寿命期间可以被充电和放电多次。电池108可以是单芯电池或多芯电池，例如电池组。电池108可以是但不限于锂离子电池、锂金属电池、钠离子电池、镍镉电池、镍金属氢化物电池或铅酸电池。应当理解，本文所述的电池充电的方法和系统不受电池类型的限制。根据本公开，系统100包括第一功率转换器104和第二功率转换器106，它们对从电源102获得的输入电压进行电压转换，以向电池108提供充电脉冲。系统100还包括控制器110，其可操作地耦合到第一功率转换器104、第二功率转换器106和电池108以控制操作以对电池108充电。控制器110包括控制逻辑(图中未示出)以根据本公开控制电池108的充电。在一些实施例中，控制器110可以是微控制器，并且包括用于处理指令和数据的中央处理单元，用于存储指令和数据的板载(on-board)存储器，用于电压测量的数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种给电池充电的系统，所述系统包括：/n第一功率转换器；/n第二功率转换器；以及/n控制器，被配置为：/n控制多个电压转换周期的执行以向所述电池提供充电脉冲，其中，每个电压转换周期包括以下操作：/n由所述第一功率转换器从电源获得输入电压；/n由所述第一功率转换器基于所述输入电压生成多个中间电压；/n向所述第二功率转换器提供所述多个中间电压中的一个或多个；以及/n由所述第二功率转换器基于所述多个中间电压中的一个或多个生成所述充电脉冲的一个或多个部分；以及/n将在所述多个电压转换周期中生成的所述充电脉冲的多个部分提供给电池。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170612 US 62/518,1201.一种给电池充电的系统，所述系统包括：
第一功率转换器；
第二功率转换器；以及
控制器，被配置为：
控制多个电压转换周期的执行以向所述电池提供充电脉冲，其中，每个电压转换周期包括以下操作：
由所述第一功率转换器从电源获得输入电压；
由所述第一功率转换器基于所述输入电压生成多个中间电压；
向所述第二功率转换器提供所述多个中间电压中的一个或多个；以及
由所述第二功率转换器基于所述多个中间电压中的一个或多个生成所述充电脉冲的一个或多个部分；以及
将在所述多个电压转换周期中生成的所述充电脉冲的多个部分提供给电池。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一功率转换器包括电容分压器，并且其中，所述电容分压器包括：
彼此串联连接的多个电容元件；以及
开关矩阵，其包括与所述多个电容元件相关联的多个开关元件。


3.根据权利要求2所述的系统，其中，由所述第一功率转换器生成多个中间电压的操作包括：至少一个由所述电容分压器将所述输入电压分为所述多个中间电压的操作。


4.根据权利要求2所述的系统，其中，用于向所述第二功率转换器提供所述多个中间电压中的一个或多个的操作包括：至少以下一个操作：
使所述多个电容元件中的一个或多个放电；以及
控制所述多个开关元件中的一个或多个，以向所述第二功率转换器提供所述多个中间电压。


5.根据权利要求1所述的系统，其中，向所述第二功率转换器提供所述多个中间电压中的一个或多个的操作包括至少一个用于顺序地提供所述多个中间电压的操作。


6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二功率转换器包括电感转换器，并且其中，所述电感转换器包括至少一个电感元件以及与所述至少一个电感元件相关联的至少一个开关元件。


7.根据权利要求6所述的系统，其中，由所述第二功率转换器生成所述充电脉冲的所述一个或多个部分的操作包括至少一个将所述至少一个电感元件充电至特定水平的操作。


8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述特定水平是基于所述充电脉冲的脉冲特性的。


9.根据权利要求6所述的系统，其中，将在所述多个电压转换周期中生成的所述充电脉冲的所述多个部分提供给所述电池的操作包括至少一个用于切换所述少一个开关元件的状态的操作。


10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器是电池管理系统(BMS)控制器。


11.根据权利要求1所述的系统，还包括功率平衡器，所述功率平衡器被配置为平衡由所述电源提供的功率。


12.一种给电池充电的方法，所述方法包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：奥莱克桑德尔·特卡琴科，米古拉·舍尔斯秋克，亚历山大·普罗迪克，蒂莫西·麦克雷，伊万·拉多维奇，奥勒克桑德尔·普扎科夫，
申请(专利权)人：加拿大电池能源公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA