動(dòng)力電池加熱器控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及用于控制動(dòng)力電池加熱器和混合電動(dòng)交通工具中的高電壓側(cè)應(yīng)用的加熱器的結(jié)構(gòu)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]—些混合或電動(dòng)交通工具需要熱量以便將高電壓電池保持在它們的操作范圍中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]描述了交通工具高電壓側(cè)加熱器系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)的示例可包含輸入來(lái)自低電壓側(cè)的已調(diào)制的控制信號(hào)的控制器以及高電壓側(cè)加熱器。加熱器可被電耦合到控制器并且被來(lái)自控制器的已調(diào)制的控制信號(hào)控制以將高電壓連接至高電壓側(cè)加熱器。在示例中，控制器與高電壓側(cè)電源隔離。
[0004]在示例中，控制器包括電源、控制邏輯電路和驅(qū)動(dòng)器，其全部電耦合以響應(yīng)于在低電壓側(cè)的已調(diào)制的輸入信號(hào)以提供已調(diào)制的控制信號(hào)。
[0005]在示例中，已調(diào)制的控制信號(hào)是脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。
[0006]在示例中，低電壓側(cè)處于12伏特。
[0007]在示例中，高電壓側(cè)大于100伏特并包含動(dòng)力電池。
[0008]在示例中，高電壓側(cè)加熱器基于已調(diào)制的控制信號(hào)被有選擇地連接至高電壓。
[0009]在示例中，控制器包含靜電放電電路，靜電放電電路接收來(lái)自交通工具電路的請(qǐng)求高電壓側(cè)加熱器的操作的輸入信號(hào)。
[0010]在示例中，控制器包含電磁干擾限制電路，其被電連接至靜電放電電路。
[0011 ] 在示例中，控制器包含低壓差穩(wěn)壓器，其被連接至電磁干擾限制電路并配置為輸出變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0012]在示例中，控制器包含變壓器電路，其接收變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)并被配置為輸出高電壓側(cè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
[0013]在示例中，控制器包含功率晶體管，其被高電壓側(cè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)控制以有選擇地將高電壓側(cè)加熱器連接至高電壓側(cè)電源。
[0014]描述了各種方法，以及一些示例性方法可與本文所述的結(jié)構(gòu)一起使用?？刂平煌üぞ咧械母唠妷簜?cè)加熱器的方法可包含在低電壓側(cè)上接收已調(diào)制的控制信號(hào)，并在低電壓側(cè)上對(duì)已調(diào)制的控制信號(hào)進(jìn)行濾波。方法可還包含基于在低電壓側(cè)上被濾波的已調(diào)制的控制信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)。方法可還包含基于在低電壓側(cè)上的驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)變壓器，并基于來(lái)自變壓器的信號(hào)在接通和關(guān)斷狀態(tài)之間切換高電壓加熱器。
[0015]在示例中，低電壓側(cè)上的步驟都不直接連接至低電壓電源。
[0016]在示例中，濾波包含限制已調(diào)制的控制信號(hào)中的靜電電壓和電磁干擾瞬變。
[0017]在示例中，輸出驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)包含基于已濾波的已調(diào)制的信號(hào)、閾值調(diào)整信號(hào)、復(fù)位延遲信號(hào)和感測(cè)輸入信號(hào)輸出感測(cè)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)。
[0018]在示例中，輸出驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)包含將感測(cè)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)應(yīng)用于邏輯電路以當(dāng)高電壓加熱器將被關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生是“接通”的驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)和當(dāng)高電壓加熱器將被接通時(shí)產(chǎn)生是“關(guān)斷”的驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)。
[0019]在示例中，輸出驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)包括使用復(fù)位延遲信號(hào)用于欠壓鎖定以通過(guò)阻止高電壓側(cè)開(kāi)關(guān)處于其線性操作區(qū)域來(lái)保護(hù)高電壓側(cè)開(kāi)關(guān)執(zhí)行在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換高電壓加熱器。
[0020]在示例中，輸出驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)包括將滯后應(yīng)用于感測(cè)輸入信號(hào)的狀態(tài)以減少噪聲和紋波對(duì)已調(diào)制的控制信號(hào)的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是根據(jù)實(shí)施方式的用于高電壓側(cè)加熱的控制結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0022]圖2是根據(jù)實(shí)施方式的用于高電壓側(cè)加熱的控制結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0023]圖3是根據(jù)實(shí)施方式的用于高電壓側(cè)加熱的控制結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0024]圖4是根據(jù)實(shí)施方式的用于控制高電壓側(cè)加熱的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]根據(jù)需要，本文公開(kāi)了本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】；然而，應(yīng)理解，所公開(kāi)的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明僅僅是示例性的，本發(fā)明可以多種的和可選擇的形式來(lái)體現(xiàn)。附圖未必按比例繪制；一些特征可能被放大或縮小以顯示特定組件的細(xì)節(jié)。因此，本文公開(kāi)的特定的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被理解為限制性的，而是僅僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式實(shí)施本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。
[0026]圖1示出了交通工具100的示意圖，交通工具100具有低電壓側(cè)和高電壓(HV)偵牝這在混合電動(dòng)交通工具或電動(dòng)交通工具中是常見(jiàn)的。低電壓(LV)側(cè)是在交通工具中找到的典型交通工具電氣系統(tǒng)。低電壓側(cè)包含電池102和用于為電池充電的交流發(fā)電機(jī)。低電壓側(cè)在通常小于20伏特的電壓操作。針對(duì)低側(cè)電壓的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是12伏特?？蓪⒌碗妷簜?cè)與高電壓側(cè)電氣隔離。高電壓側(cè)還包含電池或電池組104。然而，高電壓側(cè)用于推動(dòng)交通工具100 (這需要超過(guò)100伏特的更高的電壓)，并在一些應(yīng)用中，其在高于200伏特的電壓操作。有時(shí)，需要加熱電池組104或在高電壓側(cè)上的其他組件。在高電壓(HV)側(cè)上提供加熱器106，以便為電池組104提供熱量。在一些應(yīng)用中，電池104必須處于特定溫度下，以便接受或產(chǎn)生電荷。因此，在一些寒冷天氣中，必須加熱電池104。HV側(cè)加熱器106被連接至HV電池組104，并被來(lái)自LV側(cè)控制器電路108的信號(hào)控制。控制器電路108位于LV側(cè)，并被LV電池102或其他LV側(cè)電源供電?？刂破麟娐?08產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，其是控制并驅(qū)動(dòng)對(duì)HV加熱器的操作進(jìn)行控制的開(kāi)關(guān)的唯一信號(hào)。在示例中，控制器電路接收脈沖寬度調(diào)制信號(hào)并輸出控制信號(hào)以控制HV側(cè)加熱器106，而不需要進(jìn)一步連接到LV側(cè)電源以控制HV側(cè)加熱器106的操作。因此，HV加熱器106機(jī)械地位于HV側(cè)，但被來(lái)自LV側(cè)的控制信號(hào)電控制。控制器電路可包含固態(tài)繼電器以將其LV側(cè)組件與HV側(cè)電源電位隔離。
[0027]圖2示出了用于高電壓側(cè)加熱的控制結(jié)構(gòu)的示意圖200。電源和控制電路202被連接到低電壓側(cè)電路，并接收用于驅(qū)動(dòng)HV側(cè)加熱器的已調(diào)制的信號(hào)。該信號(hào)可以是脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)，其被設(shè)置用于高電壓側(cè)加熱器的高電壓側(cè)驅(qū)動(dòng)(HSD)。一經(jīng)確定HV電池(例如圖1的電池104)必須被加熱，則由交通工具電路產(chǎn)生該信號(hào)。電路202接收已調(diào)制的信號(hào)并向驅(qū)動(dòng)器電路204輸出信號(hào)。電路202可包含MOSFET，以便切換被應(yīng)用至驅(qū)動(dòng)器電路204的信號(hào)。在示例中，電路202還可包含邏輯門(mén)，以便切換被應(yīng)用至驅(qū)動(dòng)器電路204的信號(hào)。電路202還可包含靜電放電電路(例如連接在輸入線和接地端之間的電容器以及以在輸入信號(hào)的關(guān)斷狀態(tài)期間耗盡任何這樣的電容器的電阻器)。電路202可包含沿著輸入信號(hào)線的電磁干擾保護(hù)電路，以在交通工具中的實(shí)現(xiàn)期間通過(guò)限制輸入線中的峰值電流來(lái)提供改進(jìn)的EMI抗干擾性。電路202還可包含電壓穩(wěn)壓器集成電路以使將要應(yīng)用于邏輯門(mén)或MOSFET的信號(hào)平穩(wěn)。比較器也可以是電路202的一部分，以確定和輸出復(fù)位信號(hào)和比較器輸出信號(hào)。復(fù)位閾值可以是系統(tǒng)的設(shè)定值，并可在外部對(duì)其編程。諸如NAND門(mén)或其等價(jià)物的邏輯電路可接收復(fù)位信號(hào)和比較器輸出信號(hào)，且當(dāng)這兩個(gè)信號(hào)均為低時(shí)，邏輯電路可向驅(qū)動(dòng)器電路204輸出使能信號(hào)。在示例中，驅(qū)動(dòng)器電路204可包含固態(tài)組件并運(yùn)行以將LV側(cè)組件與HV側(cè)電源電隔離。
[0028]驅(qū)動(dòng)器電路204可包含驅(qū)動(dòng)器電路以產(chǎn)生應(yīng)用于變壓器的信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器電路可向變壓器或雙初級(jí)線圈配置中的兩個(gè)線圈的每一個(gè)輸出200KHZ的信號(hào)。變壓器可以提高從初級(jí)輸入到次級(jí)輸出的功率。變壓器可以是雙初級(jí)線圈帶單個(gè)次級(jí)線圈，以能夠以接近50%的占空比運(yùn)行，并且與單個(gè)初級(jí)線圈相比能在較低的電壓運(yùn)行。這種變壓器可以以推挽操作來(lái)運(yùn)行，其中兩個(gè)初級(jí)線圈彼此相反運(yùn)行。被應(yīng)用于開(kāi)關(guān)206之前，還可以調(diào)節(jié)次級(jí)輸出，開(kāi)關(guān)206將高側(cè)電壓應(yīng)用于加熱器208。變壓器可還運(yùn)行以將低電壓側(cè)組件與高電壓側(cè)電源隔離。
[0029]在圖2的示例中，開(kāi)關(guān)206為功率M0SFET，當(dāng)其接收來(lái)自驅(qū)動(dòng)器電路204的導(dǎo)通信號(hào)時(shí)將加熱器208的負(fù)端子連接到高電壓側(cè)的負(fù)端子。加熱器208的正端子被連接至高電壓側(cè)的正端子。飛輪二極管210放置于加熱器208的兩端，以便阻止HV高電壓端子的反EMF，并保護(hù)開(kāi)關(guān)206免受諸如來(lái)自反激(flyback)的損害，反激為當(dāng)電源被關(guān)斷時(shí)在電感負(fù)荷兩端看到的突然電壓峰值。在此示例中，從來(lái)自LV側(cè)的已調(diào)制的信號(hào)得出控制開(kāi)關(guān)206的信號(hào)，且該信號(hào)不需要來(lái)自低電壓電源或高電壓電源的額外的功率。
[0030]圖3示出了用于高電壓側(cè)加熱的控制結(jié)構(gòu)300的另一個(gè)視圖。將HV側(cè)加熱器控制信號(hào)301提供給低電壓側(cè)上的輸入濾波器303。在示例中，控制信號(hào)301可以是10-400HZ的脈寬調(diào)制信號(hào)。輸入濾波器303運(yùn)行以降低靜電放電和電磁干擾的影響。開(kāi)關(guān)305連接到輸入濾波器303，并基于來(lái)自輸入濾波器的信號(hào)，開(kāi)關(guān)305輸出控制信號(hào)。在不例中，開(kāi)關(guān)是MOSFET。在另一個(gè)示例中，開(kāi)關(guān)305可以是低壓差穩(wěn)壓器，其接收來(lái)自輸入濾波器的輸入信號(hào)以及復(fù)位延遲信號(hào)、感測(cè)輸入和復(fù)位閾值調(diào)整信號(hào)。使用這些輸入，穩(wěn)壓器可輸出復(fù)位輸出信號(hào)和感測(cè)輸出信號(hào)，其可被提供到邏輯電路。邏輯電路向驅(qū)動(dòng)器電路307輸出切換的數(shù)字信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器電路307接收數(shù)字信號(hào)并驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)到變壓器309的初級(jí)側(cè)。變壓器309運(yùn)行以產(chǎn)生應(yīng)用于HV側(cè)開(kāi)關(guān)311的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。HV開(kāi)關(guān)可以是功率M0SFET，其能夠處理諸如大于100伏特、大于200伏特或大于400伏特等的HV側(cè)電壓。在示例中，開(kāi)關(guān)311將HV負(fù)端子連接至HV側(cè)加熱器313。HV側(cè)加熱器313也被連接至HV正端子。在運(yùn)行中，控制信號(hào)301的占空比通過(guò)本文所述的連接為HV側(cè)開(kāi)關(guān)供電，并設(shè)置用于加熱器313的占空比。
[0031]圖4示出了根據(jù)示例的用于控制高電壓側(cè)加熱器的方法。在401，通過(guò)其各種探測(cè)器、處理器和控制算法，交通工具決定有必要加熱高電壓側(cè)上的組件。例如，特定類(lèi)型的動(dòng)力電池在特定的溫度范圍或只在特定溫度范圍之內(nèi)最佳運(yùn)行。因此，在