电荷存储元件的均衡电路制造技术

本发明专利技术公开了一种用于均衡电荷存储设备(CSD)的电荷存储元件(CSE1_1，CSE1_2，CSE2_2)的电荷均衡电路(CBC)和方法(10，20)。电荷存储设备包含至少2个电荷存储元件的串联链(CHN1，CHN2)。本电荷均衡电路(CBC)在第一时间段(Φ1)将第一个链(CHN1)的第一个电荷存储元件(CSE1_1)与第二个链(CHN2)的第一个电荷存储元件(CSE1_2)并联(10)，并在第二时间段(Φ2)将第一个链(CHN1)的第一个电荷存储元件(CSE1_1)与第二个链(CHN2)的第二个电荷存储元件(CSE2_2)并联。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于电荷存储元件(例如电池单元或电容器)的均衡电路。
技术介绍
电荷存储元件通常联在一起形成更大的电荷存储设备，比如电池箱包含多个串联的电池，或电容器组包含多个串联的电容器。理想地，一个电荷存储设备中的所有电荷存储元件彼此都应具有同样的电荷状态，例如如果一个电荷存储设备充电60%，那么其中的每一个电荷存储元件也都应当充电 60%。然而，电荷存储设备的反复充电和放电循环会引起设备的元件间小的不匹配，逐渐地导致各元件的电荷状态间差别越来越大。例如，如果元件中有一个在充电期间对电荷的存储比其它元件稍微低效些，那么针对发生的每一次充电/放电循环，与其它元件的电荷状态相比，那个元件的电荷状态将逐渐地变得越来越低。反之，如果元件中有一个在充电期间对电荷的存储比其它元件稍微高效些，那么针对发生的每一次充电/放电循环，与其它元件的电荷状态相比，那个元件的电荷状态将逐渐地变得越来越高。与电荷存储设备中的其它电荷存储元件相比，一个电荷存储元件的电荷状态的这种逐渐的下降/上升会减少存储在电荷存储设备中的能量。另外，在某些情况下这会导致电荷存储元件的过度放电或过度充电，引起电荷存储元件损坏。用于均衡电荷存储元件的电荷状态的已知技术通常包含反馈电路部件。然而，为了减小部件的尺寸，这些技术一般运行在高切换频率，经常导致高切换损失。US 2008/0180061公开了一种电路，它用于将串联电池单元链切换成并联的来实现电荷均衡。一旦单元被切换成并联的，它们就被强制为同一电压电位，这样电荷转移就会在它们之间发生，直到它们彼此达到相似电荷状态。电池单元彼此相邻，它们之间有开关，开关既可用于串联单元，也可用于并联单元。然而，每个串联单元间的开关电阻会导致切换损失，减少电池箱的功效，并降低它的有效输出容量。
技术实现思路
因此本专利技术目的是要提供一种用于减少电荷存储设备中各电荷存储元件的电荷状态的差别累积的改进电路。根据本专利技术的实施方案，提供了一种电荷均衡电路，用于平衡电荷存储设备的电荷存储元件，电荷存储设备包含电荷存储元件的至少2个串联链，其中电荷均衡电路包含开关和相应的开关控制电路系统，用于实现以下连接-在第一时间段期间，将第一个链的第一个电荷存储元件与第二个链的第一个电荷存储元件并联；以及-在第二时间段期间，将第一个链的第一个电荷存储元件与第二个链的第二个电荷存储元件并联。两个电荷存储元件并联强制它们的电压达到同一电平，因此，通过一个电荷存储元件有效地放电到另一个电荷存储元件并为其充电，它们的电荷状态差别被均衡。将一个电荷存储元件切换成与另一个电荷存储元件并联，并接着再与另外的一个电荷存储元件并联，在全部三个电荷存储元件间重新分配电荷。这种切换可以反复执行，直到三个电荷存储元件彼此间全部本质上具有一样的电荷状态。与已知采用反馈元件的技术(反馈元件要通过一个电荷存储元件充电再放电给另一个电荷存储元件)相比，将电荷存储元件并联在一起导致电荷存储元件间电荷更快地重新分配。将一个链中的电荷存储元件切换成与另一个链的电荷存储元件并联意味着电荷存储元件不需要断开与它们相应链的连接，并且因此在链的串联电荷元件间不需要串联开关。换句话说，每个链的电荷存储元件彼此可以永久连接，或硬连线。电荷存储设备的电荷存储元件全部贡献于存储电荷直到电荷需要放电给外部设备时。电荷存储元件不只是控制电路系统的部件，更确切地，每个电荷存储元件对于整个电荷存储设备的电荷存储容量做出了重要贡献。串联电荷元件的每个链的一个链末端在相对低电位处而另一个链末端在相对高电位处。链中每个电荷存储元件出现在链的特定级处，例如在链末端具有最低电位的电荷存储元件可以称作在该链的第一级处，连接到它的下一个电荷存储元件可以称作在该链的第二级处，连接到该链中第二级处的电荷存储元件的再下一个电荷存储元件可称作在该链的第三级处，依次类推。彼此在同一级而处在不同链中的的电荷存储元件被称作形成电荷存储设备的片段(slice)。有利地，在第一时间段期间第一个链的第一个电荷存储元件可以与第二个链的处于同一级的另一个电荷存储元件并联，或换句话说，与同一片段的另一个电荷存储元件并联。在第二个时间段期间，第一个电荷存储元件可以与第二个链的第二个电荷存储元件并联，第二链中的第二个电荷存储元件比第一个链中的第一个电荷存储元件高或低一个级。 在第二时间段期间或在后续的时间段期间，也可以将第一个链中的第一个电荷存储元件与第二个链的第二个电荷存储元件并联，其中第二个链的第二个电荷存储元件要比第一链中的第一个电荷存储元件的级高或低2级或更多级。清楚地，如果链全都具有相同数量的电荷存储元件，而且如果电荷存储元件彼此又全部是一样，那么链中在级η处的一个电荷存储元件与另一链中在级n+1处的另一个电荷存储元件并联意味着在每个链低端的绝对电位将互不相同，其绝对电位差与一个电荷存储元件上的电位差一样。有利地，如果每个链具有N个不同的级(即N个不同的串联电荷存储元件)，那么在第一时间段第一链的第1到N个电荷存储元件可以分别与第二链的第1 到N个电荷存储元件并联，并且在第二时间段第一链的1到N-I个电荷存储元件可以分别与第二链的第2到N个电荷存储元件并联。第一和第二时间段可以循环重复，这样电荷在电荷存储元件中被重新分布直到全部电荷存储元件彼此具有类似的电荷状态。在第二个时间段，第一链的第N个电荷存储元件和第二链的第1个电荷存储元件在另一链中没有可以与它们并联的类似电压电平处的相应电荷存储元件。如果链全部具有相同数量的电荷存储元件，而且如果电荷存储元件彼此是全部一样的，那么链中在级η处的电荷存储元件与另一链在级n+2处的另一个电荷存储元件并联意味着在每个链低端的绝对电位将互不相同，绝对电位差与2个电荷存储元件上的电位差一样。那么第一链的第N和第N-I个电荷存储元件和第二链的第1和第2个电荷存储元件在另一链中没有可以与它们并联的类似电压电平处的相应电荷存储元件。并联的电荷存储元件的级相差越大，链末端的电位差别就越大，而且越多的电荷存储元件将没有相应的可以并联的电荷存储元件，会减缓电荷均衡进程。因此为了减小在另一链的类似电位处没有相应的可并联的电荷存储元件的电荷存储元件数量，将电荷存储元件与其它彼此处在类似级上的电荷存储元件并联是有优势的。电荷存储设备可以包含多于2个的电荷存储元件链，例如3个电荷存储元件链。甚至更多链和更多切换组合相继地将一个链中的给定电荷存储元件与其它链中多个(至少2个)电荷存储元件并联，对该领域的那些技术人员是容易想象的。简单起见，为允许在电荷均衡时链末端间出现的电位差，电荷均衡最好发生在不处在充电放电过程中的链间。然而如果特定应用意味着电荷存储设备几乎一直被充电或放电，那么可以采用输出切换电路来与电荷均衡电路切换同步地选择性地将不同的链连接到输出。例如，如果一个电荷存储设备有4个链，那么第一两个链可以被切换成充电/放电， 同时第二两个链被切换到电荷均衡序列中。一旦充电/放电完成，第一两个链可以被切换到电荷均衡序列中，而第二两个链被切换成充电/放电。当电荷存储元件彼此全都一样时，这里描述的电荷均衡方法是最有效的。一样明显地是指本质上的一样，因为由于制造容差等等总是会有很小的差别。为了最大化能够存储于链本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电荷均衡电路（ＣＢＣ），用于均衡电荷存储设备（ＣＳＤ）的电荷存储元件（ＣＳＥ１＿１，ＣＳＥ１＿２，ＣＳＥ２＿２），电荷存储设备包含至少两个由串联的电荷存储元件组成的链（ＣＨＮ１，ＣＨＮ２），其中电荷均衡电路包含用于实现以下连接的开关（ＳＷ＿Φ１，ＳＷ＿Φ２）和相应的开关控制电路（ＳＷ＿ＣＯＮ）：－在第一时间段（Φ１）期间，第一个链（ＣＨＮ１）的第一个电荷存储元件（ＣＳＥ１＿１）与第二个链（ＣＨＮ２）的第一个电荷存储元件（ＣＳＥ１＿２）并联；以及－在第二时间段（Φ２）期间，第一个链（ＣＨＮ１）的第一个电荷存储元件（ＣＳＥ１＿１）与第二个链（ＣＨＮ２）的第二个电荷存储元件（ＣＳＥ２＿２）并联。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰尼斯·P·M·范拉莫林，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL