【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电源系统中一组储能装置的顺序放电控制与保护。
技术介绍
1、电动汽车(ev)已蓄势待发。然而，电动汽车(即其电池包)有限的电力存储容量限制了电动汽车的认可。虽然电动汽车的电池包可以在家中使用1级或2级交流充电器充满电，但电动汽车的行驶里程和行驶路线仍然取决于长途旅行时公共快速充电站的可用性。
2、解决这一缺点的方法之一是为电动汽车建设更多的公共充电基础设施，比如特斯拉在很多地方提供的高压三级直流快速充电站。这是一笔巨大的投资。此外，三级充电器通常使用专利技术，不同电动汽车制造商之间不兼容。
3、电动汽车制造商正在探索的另一个解决方案是使用电池包交换技术。一些电动汽车，如特斯拉的model-s，允许电动汽车中的整个电池包在服务站更换。当可更换电池包的能量耗尽时，驾驶员可以将电动汽车驾驶到电池更换设施，在那里，机器人将整个电动汽车升起，将车辆下方的整个电池包取出，并将其替换为充满电的电池包。建立一个电池包交换设施并不划算；此外，如果电池包中还有能量，但不足以到达目的地，那么交换电池包对消费者来说是浪费，并且不是一种有效的能源利用方式。
4、使用内燃机的汽车可以在方便的加油站用不同炼油厂的汽油加油，而不管汽车的制造商是谁。然而，不同厂家的电动汽车通常配备不同容量、不同配置的电池，甚至不同的充电连接器，使得不同电动汽车之间的快速充电器不兼容。当电动汽车电池包电量不足时，电动汽车司机通常需要寻找附近的快速充电站，以提供具有兼容充电器的服务。当电池包需要充电时，如果电动汽车电池充电可以像
技术实现思路
1、在电动汽车中，大量的电池单元串联和/或并联连接到电池模块中。然后将电池模块组装成电池包，为电动汽车提供电能的来源。
2、电池包中的电池模块被配置为方便拆卸和更换，使得能量耗尽的电池模块可以很容易地从电池包中移除并替换为充满电的电池模块。该方法可以解决电动汽车所遇到的电池容量不足的问题。更换可以由司机自己完成，也可以通过电池更换服务站完成。在一个实施方式中，描述了顺序放电配置，其中在电池包中被划分的一组电池模块由一组相关的控制开关控制，使得电池模块中的能量依次放电以供电动汽车使用。电动汽车驾驶员可以感知电池包中电池模块的能量使用情况，例如哪个电池模块正在使用，电量耗尽的电池模块的数量和位置，以及行驶到目的地还有多少可用能量的电池模块。如果电动汽车没有足够的电池能量到达其目的地，一些耗尽的电池模块可以在快速充电站充电，也可以在提供电池模块更换服务的便利电池服务商店更换，类似于在加油站给汽车加油。如果需要开车去没有电池服务的偏远地区，司机可以在路上携带几个备用电池模块，以备电池更换使用。这可以消除电动汽车车主或潜在买家的电动汽车里程焦虑。
3、在一个实施方式中，一种有利于电池包中电池模块依次放电的放电控制开关，包括：用于监测关联电池模块中的能量水平的比较装置；以及1:2解复用器，用于如果在关联电池模块具有足够的可用能量，则控制从相关联的电池模块的功率通过传输装置传输到电池包输出，以及当关联电池模块中的能量用完时，其将自动切换到具有足够可用能量进行输出的后续电池模块。耦合到比较器的输出的状态缓冲器可用于指示相关联电池模块中的能量状态。放电控制开关在本文中可选地称为“控制开关”。控制开关可以使用分立电子装置来实现，也可以作为多芯片封装中的小芯片(chiplet)来实现。它也可以使用一个或多个集成电路来实现。
4、控制开关存在“使能输入”，它是控制链中前一个控制开关的“控制输出”，控制链是由一组控制开关组成的串行链路。如果控制开关的使能输入有效，并且如果关联的电池模块中的能量足以输出，则控制开关将激活其传输装置，以将功率从电池模块传输到电池包的输出。
5、通过将前一个控制开关的控制输出连接到有源控制开关的使能输入，并且将有源控制开关的控制输出连接到后续控制开关的使能输入，串联连接将一组控制开关链接成链式配置，以自动控制电池包中一组电池模块的有序放电。这些连接形成顺序放电控制链，本文也可简称为“控制链”，即，根据控制链中的连接顺序，按预先确定的顺序将一组电池模块中的能量依次放电。
6、控制开关之间的链接配置形成一条功率优先级链。然而，优先级控制并不是一个关键问题。从能量放电的角度来看，所有由控制开关控制的电池模块都发挥着同等的作用。功率优先级主要是控制电池包内的一组电池模块之间能量的有序放电。
7、在一个实施方式中，当电动汽车上的键接通时，控制信号有效以启动耦合到电池包中具有足够用于输出的能量的第一电池模块的控制开关。当第一电池模块中的能量耗尽时，控制开关将根据控制链中控制开关的链接顺序使控制输出有效以激活后续控制开关，其中后续控制开关是与电池包中具有足够用于输出的能量的电池模块耦合的一个控制开关。
8、如果在第一个电池模块和后续电池模块之间有任何电池模块没有足够的用于输出的能量，那么这些耗尽的电池模块将被控制链跳过。这是因为与能量耗尽的电池模块相关联的控制开关中的比较装置将输出逻辑低以使得控制输出有效，以启动控制链中的下一个控制开关来检查下一个控制开关中的比较装置的输出是否为逻辑高。这一过程将继续进行，直到到达这样的控制开关，该控制开关检测到其关联的电池模块中有足够的能量，然后它将激活其传输装置，为电池包提供电能。这样的放电过程将依次进行，直到电池包中所有电池模块的能量用完为止。耗尽的电池模块意味着电池模块示出的的衰减电压低于相关控制开关中的比较装置所监测的参考电平。
9、由于电池包中任何耗尽或空的电池模块都会被控制链自动跳过，这使得电池模块更换过程变得非常友好，而无需担心更换顺序，也无需在电池使用期间不更换电池包中耗尽的电池模块。
10、控制开关中的状态输出接口指示耦合的电池模块的电能状态。通过检测状态输出，电动汽车驾驶员可以感知到有多少电池模块仍然有足够的能量供行驶使用。如果剩余的电池模块有足够的能量供整个行程使用，驾驶员可以等到到达目的地后再对电量耗尽的电池模块充电。否则，一些电量耗尽的电池模块可以在服务站更换或更替充满电的电池模块，或者在快速充电站充电。
11、控制开关中的比较装置可以是由运算放大器组成的比较器，当其输入电压高于参考电压时输出逻辑高电平或在有效状态下饱和，当其输入电压低于参考电压时输出逻辑低电平或在无效状态下饱和。
12、在一个实施方式中，比较装置可以由模数转换器(adc)组成，adc的输出连接到大小比较器，以与反映电池模块的最小电压要求的参考数值进行比较，以生成类似于比较器的输出的输出信号，来控制控制开关之间的功率切换。当adc的输出高于大小比较器中的参考数值时，比较输出有效。参考数值可以是控制开关中硬连线的数值，也可以是存储在rom、eprom或eeprom中的值。adc输出也可以通过控制开关中的i/o接口端口(如i2c或控制器局域网(can)接口)进本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种控制开关，包括：
2.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述控制开关的所述控制输出端口链接到所述后续开关的所述使能输入端口，从而形成链接-控制链，以控制相关联电池的自动功率切换。
3.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述1:2解复用逻辑便于在所述解复用选择信号改变状态时，在所述控制开关与后续控制开关之间进行同时切换。
4.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述功率输入端口包括摆率控制装置。
5.根据权利要求1所述的控制开关，其中，当发生电流浪涌、过压闭锁或热过热的一个或多个异常时，所述解复用选择信号无效。
6.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述功率传输装置选自由以下各项组成的组：NMOS场效应晶体管(FET)、PMOS场效应管、一对背靠背NMOS场效应管、一对背靠背PMOS场效应管、双极结晶体管、机电继电器和固态继电器。
7.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述比较装置是运算放大器，其中当所述外部电压高于所述参考电压时，所述比较输出在有效状态下饱和，当所述外部电压低于所述参考电压时，
8.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述控制开关还包括适于所述比较输出的外部观察的状态输出位。
9.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述比较装置是AC-DC转换器(ADC)，其中所述ADC的输出被输入到大小比较器以生成所述比较输出，其中当所述ADC的输出高于施加于所述大小比较器的设定值时，所述比较输出有效，当所述ADC的输出低于所述设定值时，所述比较输出无效。
10.根据权利要求9所述的控制开关，其中，所述大小比较器中的所述设定值植入在所述控制开关中或在内部存储装置中程控。
11.根据权利要求9所述的控制开关，其中，所述控制开关还包括与所述I/O接口块耦合且适于显示装置的状态I/O端口，以启动所述ADC的输出的观测。
12.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述外部电压是所述输入功率的衰减电压。
13.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述控制开关实现为集成电路。
14.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述控制开关实现为分立电子装置。
15.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述控制开关实现为一组组装在多芯片封装(MCP)中的小芯片。
16.一种放电系统，包括多个电池和多个控制开关，其中，所述多个控制开关中的第一控制开关包括:
17.根据权利要求16所述的放电系统，其中，所述切换控制启动所述第一控制开关与所述第二控制开关之间的同时切换，并且当所述解复用选择信号改变状态时，还启动所述第一电池与所述第二电池之间的同时切换。
18.根据权利要求16所述的放电系统，其中，所述放电系统是电动汽车(EV)中的电池系统，所述电池系统被划分为多个电池，这些电池由顺序连接的多个相关联控制开关进行控制，以形成所述控制链来控制所述电池系统中多个电池的放电，所述多个电池包括所述第一电池和所述第二电池。
19.根据权利要求18所述的放电系统，其中，所述多个电池是可拆卸的和可更换的。
20.根据权利要求16所述的放电系统，其中，所述第一控制开关的所述功率输出端口和所述第二控制开关的所述功率输出端口相互耦合以提供所述放电系统的输出功率。
21.根据权利要求16所述的放电系统，其中，当发生过压闭锁、热过热或电流浪涌的一个或多个异常时，所述解复用选择信号无效。
22.根据权利要求16所述的放电系统，其中，所述比较装置是运算放大器，其中，当所述外部电压高于所述参考电压时，所述比较输出在有效状态下饱和，当所述外部电压低于所述参考电压时，所述比较输出在无效状态下饱和。
23.根据权利要求16所述的放电系统，其中，所述比较装置是AC-DC转换器(ADC)，其中所述ADC的输出被输入到大小比较器以生成所述比较输出，其中，
24.根据权利要求16所述的放电系统，其中，所述第一电池和所述第二电池在输入到所述多个控制开关中的控制开关之前串联，以提高所述放电系统的输出电压。
25.根据权利要求16所述的放电系统，其中，所述第一控制开关的所述使能输入端口耦合到所述第二控制开关的所述使能输入端口，以形成一组耦合控制开关，从而使与所述一组耦合控制开关相关联的所述第一电池和所述第二电池能并联地输出功率，以提高用于所述放电系统的输出电流。
26.根据权利要求25所述的放电系统，其中，所述第一控制开关的所述控制输出端口输出的信号与所述第...
【技术特征摘要】
1.一种控制开关，包括：
2.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述控制开关的所述控制输出端口链接到所述后续开关的所述使能输入端口，从而形成链接-控制链，以控制相关联电池的自动功率切换。
3.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述1:2解复用逻辑便于在所述解复用选择信号改变状态时，在所述控制开关与后续控制开关之间进行同时切换。
4.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述功率输入端口包括摆率控制装置。
5.根据权利要求1所述的控制开关，其中，当发生电流浪涌、过压闭锁或热过热的一个或多个异常时，所述解复用选择信号无效。
6.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述功率传输装置选自由以下各项组成的组：nmos场效应晶体管(fet)、pmos场效应管、一对背靠背nmos场效应管、一对背靠背pmos场效应管、双极结晶体管、机电继电器和固态继电器。
7.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述比较装置是运算放大器，其中当所述外部电压高于所述参考电压时，所述比较输出在有效状态下饱和，当所述外部电压低于所述参考电压时，所述比较输出在无效状态下饱和。
8.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述控制开关还包括适于所述比较输出的外部观察的状态输出位。
9.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述比较装置是ac-dc转换器(adc)，其中所述adc的输出被输入到大小比较器以生成所述比较输出，其中当所述adc的输出高于施加于所述大小比较器的设定值时，所述比较输出有效，当所述adc的输出低于所述设定值时，所述比较输出无效。
10.根据权利要求9所述的控制开关，其中，所述大小比较器中的所述设定值植入在所述控制开关中或在内部存储装置中程控。
11.根据权利要求9所述的控制开关，其中，所述控制开关还包括与所述i/o接口块耦合且适于显示装置的状态i/o端口，以启动所述adc的输出的观测。
12.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述外部电压是所述输入功率的衰减电压。
13.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述控制开关实现为集成电路。
14.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述控制开关实现为分立电子装置。
15.根据权利要求1所述的控制开关，其中，所述控制开关实现为一组组装在多芯片封装(mcp)中的小芯片。
16.一种放电系统，包括多个电池和多个控制开关，其中，所述多个控制开关中的第一控制开关包括:
17.根据权利要求16所述的放电系统，其中，所述切换控制启动所述第一控制开关与所述第二控制开关之间的同时切换，并且当所述解复用选择信号改变状态时，还启动所述第一电池与所述第二电池之间的同时切换。
18.根据权利要求16所述的放电系统，其中，所述放电系统是电动汽车(ev)中的电池系统，所述电池系统被划分为多个电池，这些电池由顺序连接的多个相关联控制开关进行控制，以形成所述控制链来控制所述电池系统中多个电池的放电，所述多个电池包括所述第一电池和所述第二电池。
19.根据权利要求18所述的放电系统，其中，所述多个电池是可拆卸的和可更换的。
20.根据权利要求16所述的放电系统，...
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