具有电荷平衡的电源系统技术方案

本发明专利技术公开了具有电荷平衡的电源系统。一种电源系统包括第一电荷存储装置。具有n个电荷存储模块的串联电路被连接在负载端子之间。第二电荷存储装置包括负载端子。电荷转移装置包括耦合在其中一个电荷存储模块与第二电荷存储装置的负载端子之间的至少一个电荷转移单元。所述电荷转移装置被配置成在请求时将电荷从所述一个电荷存储模块转移到第二电荷存储装置。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术的实施例涉及电源系统，并且特别涉及电动汽车或混合汽车中的汽车电源系统。
技术介绍
电动汽车或混合汽车包括用于驱动汽车的至少一个电动机以及用于给所述至少一个电动机提供电功率的可再充电电池(蓄电池)，比如锂离子电池，或者双层电容器装置。所述电池通常包括串联连接的多个电池模块，其中各个模块可以被布置成分布在整个汽车中并且通过输电线彼此连接。各个电池模块分别提供模块供电电压，其中所述电池的供电电压等于模块供电电 压的总和。由于各个模块的制造过程中的变化，各个电池模块的电容可能稍有不同。因此，在其中为电池充电的充电过程期间，一些电池模块可能快于其他电池模块而被充电，以及在电池向负载供电时的放电过程期间，一些电池模块可能快于其他电池模块而被放电。各个电池模块不应当高于充电上限被充电，并且不应当低于充电下限被放电。因此，除非存在电荷平衡，否则当一个模块达到上限时将不得不停止充电过程，尽管其他模块可能还没有被完全地充电；以及当一个模块达到下限时将不得不停止放电过程，尽管其他模块可能还没有被完全地放电。各个模块的不同充电状态还可能是由于模块的自放电而导致的。“电荷平衡”是指，从各个模块选择性地取得电荷或者将其选择性地提供到各个模块，以便补偿各个模块的电荷不平衡。已知的电荷平衡电路包括变压器，所述变压器具有分别连接到模块之一的多个第一绕组以及连接在电池的负载端子之间的第二绕组。在这种电路中，可以从模块之一取得电荷并且可以将其反馈到电池中，或者可以从电池取得电荷并且可以将其反馈到电池模块之一中。然而，在这种电路中，在第二绕组两端存在电池电压，其可以是几百V，比如400V。这需要高压绝缘装置，当模块被分布在汽车中时所述高压绝缘装置可能难以实施并且是昂贵的。需要一种具有高效、灵活并且易于实施电荷平衡的电源系统。
技术实现思路
第一方面涉及一种电源系统。所述电源系统包括第一电荷存储装置，其具有负载端子以及连接在负载端子之间的η个电荷存储模块的串联电路，其中η>1 ;以及第二电荷存储装置，其具有负载端子。所述电源系统还包括电荷转移装置，其包括耦合在其中一个电荷存储模块与第二电荷存储装置的负载端子之间的至少一个电荷转移单元。所述电荷转移单元被配置成在请求时将电荷从所述一个电荷存储模块转移到第二电荷存储装置。第二方面涉及一种包括电源系统的汽车电气系统。所述电源系统包括第一电荷存储装置，其具有负载端子以及连接在负载端子之间的η个电荷存储模块的串联电路，其中η>1 ;以及第二电荷存储装置，其具有负载端子。所述电源系统还包括电荷转移装置，其包括耦合在其中一个电荷存储模块与第二电荷存储装置的负载端子之间的至少一个电荷转移单元。所述电荷转移单元被配置成在请求时将电荷从所述一个电荷存储模块转移到第二电荷存储装置。所述汽车电气系统还包括至少一个第一负载，其被连接到第一电荷存储装置的负载端子；以及至少一个第二负载，其被连接到第二电荷存储装置的负载端子。附图说明参照附图解释实例。附图用来说明基本原理，因此只示出对于理解基本原理所必需的方面。附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相同的 特征。图I不意性地不出电源系统的第一实施例,其包括具有多个电荷存储模块的第一电荷存储装置、第二电荷存储装置、以及电荷转移装置； 图2示意性地示出所述电荷转移装置的一个电荷转移模块的一个实施例； 图3示意性地示出图2的电荷转移模块的控制电路的一个实施例； 图4示出所述控制电路与电荷转移模块之间的信号通信的第一实施例； 图5示出所述控制电路与电荷转移模块之间的信号通信的第二实施例； 图6示出电源系统的一个实施例，其具有布置在第一电荷存储装置与第二电荷存储装置之间的DC/DC转换器； 图7示出所述DC/DC转换器的一个实施例； 图8示出第一电荷存储装置的一个电荷存储模块的一个实施例； 图9示出电源系统的一个实施例，其包括第一电荷存储装置的各个电荷存储模块的电荷平衡电路；以及 图10更详细地示出一个电荷平衡电路到一个电荷存储模块的连接。具体实施例方式现在将在特定情境中解释本专利技术的实施例，即在汽车电源系统的情境中。然而，本专利技术的实施例不限于结合汽车电源系统来使用，本专利技术的实施例而是可以被应用于包括具有多个电荷存储模块的可再充电电荷存储装置的每种应用。图I示意性地示出电源系统的第一实施例。所述电源系统包括第一电荷存储装置1，其包括串联连接在第一电荷存储装置I的负载端子11、12之间的η个电荷存储模块2i、22、2n，其中η>1。第一电荷存储装置I在负载端子11、12之间提供第一供电电压VI，其中第一供电电压Vl是提供在各个电荷存储模块2p22、2n的输出端子之间的各个模块供电电压V2i、V22、V2n的总和。根据一个实施例，当单独的模块被完全地充电时，电荷存储模块2p22、2n中的每个所提供的输出电压在40V与60V之间。串联连接的电荷存储模块的数目η取决于所期望的电荷存储装置输出电压Vl。根据一个实施例，该输出电压Vl在350V与450V之间，使得串联连接在8个与12个之间的电荷存储模块2ρ22、2η。出于说明的目的，在图I中示出仅仅三个电荷存储模块。第一电荷存储装置I例如是具有形成电荷存储模块2p22、2n的多个电池模块的锂离子电池，其中每个电池模块可以包括串联连接的多个电池单元(battery cell)。根据另一实施例，第一电荷存储装置I是具有多个电容器的装置，比如双层电容器，其中每个模块2p22、2n可以包括串联连接的多个电容器。双层电容器(超电容器、超级电容器)在给定器件体积下具有巨大的电容。所述电源系统特别是可以用在电动汽车或混合汽车中的汽车电源系统。由电荷存储装置输出电压Vl供电的负载Zl例如是包括电动机和逆变器的电动机单元。各个电荷存储模块2i、22、2n可以被布置在汽车内的不同位置处，其中各个模块通过输电线彼此电连接。可以通过将电荷存储装置充电器(未示出)连接到负载端子11来为第一电荷存储装置I充电。为电荷存储装置(比如图I中所示的第一电荷存储装置I)充电是公知的，因此在这方面不需要进一步的解释。参照图1，所述电源系统还包括具有负载端子51、52的第二电荷存储装置5。第二电荷存储装置5在其负载端子51、52之间提供第二电荷存储装置供电电压V5。根据一个实施例，第二电荷存储装置供电电压V5低于第一电荷存储装置供电电压Vl。第二电荷存储装置供电电压V5例如在IOV与15V之间。根据一个实施例，第二电荷存储装置5是常规汽车电池，其在被完全地充电时提供大约12V的供电电压。每个电荷存储模块2p22、2n具有电容。一个电荷存储模块的电容是其存储电荷的·能力。由于电荷存储模块2p22、2n的制造过程中的变化，各个模块的电容可能(稍有)不同。因此，在充电过程期间一些电荷存储模块可能快于其他电荷存储模块而被充电，以及在放电过程期间一些电荷存储模块可能快于其他电荷存储模块而被放电。在充电过程中，电荷存储装置充电器(未示出)通过负载端子11、12对第一电荷存储装置I充电。在放电过程中，第一电荷存储装置I对连接到负载端子11、12的负载或负载装置Zl提供电功率。在这一点应当注意，图I中所示的负载Zl可以代表并联连接的多个负载，并且每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源系统，包括：第一电荷存储装置，其包括具有连接在负载端子之间的n个电荷存储模块的串联电路，其中n>1；第二电荷存储装置，其包括负载端子；电荷转移装置，其包括耦合在其中一个电荷存储模块与第二电荷存储装置的负载端子之间的至少一个电荷转移单元，所述电荷转移单元被配置成在请求时将电荷从所述一个电荷存储模块转移到第二电荷存储装置。

【技术特征摘要】
2011.07.29 US 13/194,4131.一种电源系统,包括 第一电荷存储装置，其包括具有连接在负载端子之间的η个电荷存储模块的串联电路，其中η>1 ； 第二电荷存储装置，其包括负载端子； 电荷转移装置，其包括耦合在其中一个电荷存储模块与第二电荷存储装置的负载端子之间的至少一个电荷转移单元，所述电荷转移单元被配置成在请求时将电荷从所述一个电荷存储模块转移到第二电荷存储装置。2.根据权利要求I所述的电源系统，其中，所述电荷转移装置包括η个电荷转移单元，其中每个电荷转移单元被耦合在其中一个电荷存储模块与第二电荷存储装置的负载端子之间。3.根据权利要求I所述的电源系统，其中，第一电荷存储装置包括2与20个之间的电荷存储模块。4.根据权利要求3所述的电源系统，其中，第一电荷存储装置包括8与12个之间的电荷存储模块。5.根据权利要求I所述的电源系统， 其中，第一电荷存储装置被配置成在已充电状态中在其负载端子之间提供第一供电电压， 其中，第二电荷存储装置被配置成在已充电状态中在其负载端子之间提供第二供电电压，以及 其中，第一供电电压高于第二供电电压。6.根据权利要求5所述的电源系统,其中，第一供电电压在350V与450V之间，以及其中第二供电电压在IOV与14V之间。7.根据权利要求I所述的电源系统，其中，所述电荷转移装置还包括 控制电路，其与所述至少一个电荷转移单元进行信号通信，以及被配置成请求所述至少一个电荷转移单元将电荷转移到第二电荷存储装置。8.根据权利要求7所述的电源系统，其中，所述至少一个电荷转移单元 被配置成测量其所连接到的电荷存储模块的模块供电电压，以及 被配置成向所述控制电路提供关于所述模块供电电压的幅度的信息。9.根据权利要求8所述的电源系统，还包括 m个电荷转移单元,其中m> I,每个电荷转移单元被配置成测量其所连接到的电荷存储模块的模块供电电压，以及被配置成向所述控制电路提供关于所述模块供电电压的幅度的信息， 其中，所述控制电路被配置成评估对于电荷转移单元所接收到的关于幅度的信息，以及基于该评估来请求其中一个电荷转移单元将电荷转移到第二电荷存储装置。10.根据权利要求9所述的电源系统，其中，所述控制电路被配置成确定具有最高模块供电电压的电荷存储模块，以及被配置成请求耦合到该电荷存储模块的电荷转移模块将电荷转移到第二电荷存储装置。11.根据权利要求I所述的电源系统，其中，所述至...

【专利技术属性】
技术研发人员：W勒斯勒，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：