Pwm信號生成裝置及電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提出一種PWM信號生成裝置及電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)，其中，電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)包括：PWM信號生成裝置；與PWM信號生成裝置的第二輸出端相連的開關(guān)單元，開關(guān)單元包括N個輸出端并輸出N路相同的PWM信號；雙向反激DC-DC模塊，包括與PWM信號生成裝置的第一輸出端相連的主控制子模塊和分別與開關(guān)單元的N個輸出端相連的N個雙向反激DC-DC子模塊；電池組，包括N節(jié)相互串聯(lián)的單體電池，電池組與主控制子模塊并聯(lián)，且每節(jié)單體電池分別與一個雙向反激DC-DC子模塊并聯(lián)。本實用新型的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)可以快速均衡電池組的電量，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，且成本低，通用性和可擴展性好。
【專利說明】PWM信號生成裝置及電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電池組管理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種PWM信號生成裝置和包括該裝置的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，BMS (Battery Management System,電池管理系統(tǒng))是新能源汽車的一個重要組成部分，一個好的電池管理系統(tǒng)可以隨時監(jiān)控整個電池組的S0C(State Of Charge，充電狀態(tài))、保持每節(jié)電池電量的均衡、進行全方位的電池保護例如過壓、欠壓、過流和過溫、降低待機功耗、進行故障自檢、進行可靠的通訊等。現(xiàn)有高壓電池組通常由多節(jié)鋰離子電池組成，由于鋰離子電池組不能像單個電源那樣充電和放電，因而BMS將每節(jié)鋰離子電池的SOC保持在特定范圍的過程通常極其復(fù)雜。實際上，由于鋰離子電池制造時具有差異性，每節(jié)鋰離子電池的容量一般略有不同，使用時電池組中較差的電池比其它電池老化速度快，這種容量差異隨著時間的推移會逐漸增大，尤其對于容量稍小于其它電池的電池，這些電池的充電狀態(tài)在多個充電和放電周期之后將逐漸偏離，如果電池組中每節(jié)電池的充電狀態(tài)未得到周期性均衡，那么部分電池最終將會由于過度充電或放電而損壞，最終電池組出現(xiàn)故障。因此，若BMS具有使電池組中每節(jié)電池電量保持均衡的功能，則可以有效延長電池組的使用壽命。
[0003]已知技術(shù)中，BMS控制電池組電量均衡的方式分為主動均衡和被動均衡兩種，目前，市場上提供的都是被動均衡方式產(chǎn)品，主動均衡方式產(chǎn)品還在實驗研發(fā)階段。其中，被動均衡通過功率電阻消耗電池電量以將電量轉(zhuǎn)換為熱能來實現(xiàn)電池組電量均衡，電量沒有被回收，達不到環(huán)保的要求，此外，由于電阻功率有限，導(dǎo)致均衡功率小和均衡時間長，再者，電阻散熱將導(dǎo)致電池組內(nèi)溫度上升，存在風(fēng)險。主動均衡可以很好的改善被動均衡的以上缺陷。主動均衡利用能量轉(zhuǎn)換將高電壓電池的電量放電到低電壓電池或者將整個電池組的電量放電到低電壓電池，也可以說，主動均衡方式即充電均衡方式，充電均衡方式可以通過電容均衡和電感均衡來實現(xiàn)，其中，電容均衡通過大量的電容來實現(xiàn)電池組中每節(jié)電池電量的均衡，電感均衡通過驅(qū)動開關(guān)管來控制變壓器進行能量的傳遞，從而實現(xiàn)電池組中每節(jié)電池電量的均衡。
[0004]已知技術(shù)的缺點是:電容均衡方式的產(chǎn)品體積大、成本高，均衡時間長，不能進行驅(qū)動隔離，電感均衡方式利用外接常用的變壓器對驅(qū)動電路的高壓側(cè)和低壓側(cè)進行磁隔離以及傳遞能量，但是體積大，成本高，存在損耗和偏磁等問題，且用于電感均衡方式的驅(qū)動電路產(chǎn)生的PWM(Pulse Width Modulat1n，脈沖寬度調(diào)制)驅(qū)動信號固定，通用性和可擴展性差。因此，存在對已知技術(shù)進行改進的必要。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型實施例的目的旨在至少在一定程度上解決上述的技術(shù)問題之一。
[0006]為此，本實用新型實施例的一個目的在于提出一種PWM信號生成裝置，該PWM信號生成裝置可以生成兩路互為反向且可以相互交換的PWM信號，極大的拓展了 PWM信號生成裝置在雙向電源中的應(yīng)用，通用性和可擴展性更好。
[0007]本實用新型實施例的另一個目的在于提出一種電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)，該電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)可以快速均衡電池組的電量，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，均衡效率高，通用性和可擴展性好，且成本和損耗低，易實現(xiàn)。
[0008]為達到上述目的，本實用新型實施例一方面提出了一種PWM信號生成裝置，該PWM信號生成裝置包括:用于生成脈沖信號的脈沖信號生成裝置；用于根據(jù)所述脈沖信號進行計數(shù)并生成計數(shù)值的計數(shù)器，所述計數(shù)器與所述脈沖信號生成裝置相連；用于將所述計數(shù)值和預(yù)設(shè)計數(shù)閾值進行比較并輸出比較信號的比較器，所述比較器與所述計數(shù)器相連；用于調(diào)整死區(qū)時間并根據(jù)所述比較信號產(chǎn)生互為反向的第一死區(qū)信號和第二死區(qū)信號的死區(qū)產(chǎn)生器，所述死區(qū)產(chǎn)生器的輸入端與所述比較器的輸出端相連；用于根據(jù)所述第一死區(qū)信號和第一控制信號生成第一輸出信號的第一選擇模塊，所述第一選擇模塊的第一輸入端與所述死區(qū)產(chǎn)生器的第一輸出端相連；用于根據(jù)所述第二死區(qū)信號和第二控制信號生成第二輸出信號的第二選擇模塊，所述第二選擇模塊的第一輸入端與所述死區(qū)產(chǎn)生器的第二輸出端相連；用于根據(jù)第三控制信號、所述第一輸出信號和所述第二輸出信號生成第一 PWM信號的第三選擇模塊，所述第三選擇模塊的第一輸入端與所述第一選擇模塊的輸出端相連，所述第三選擇模塊的第二輸入端與所述第二選擇模塊的輸出端相連，所述第三選擇模塊的輸出端作為所述PWM信號生成裝置的第一輸出端；用于根據(jù)第四控制信號、所述第一選擇信號和所述第二選擇信號生成第二 PWM信號的第四選擇模塊，所述第四選擇模塊的第一輸入端與所述第二選擇模塊的輸出端相連，所述第四選擇模塊的第二輸入端與所述第一選擇模塊的輸出端相連，所述第四選擇模塊的輸出端作為所述PWM信號生成裝置的第二輸出端；以及用于控制所述死區(qū)產(chǎn)生器調(diào)整所述死區(qū)時間，并生成所述第一控制信號、所述第二控制信號、所述第三控制信號和所述第四控制信號的控制器，所述控制器與所述死區(qū)產(chǎn)生器的控制端、所述第一選擇模塊的控制端、所述第二選擇模塊的控制端、所述第三選擇模塊的控制端和所述第四選擇模塊的控制端分別相連。
[0009]本實用新型實施例的PWM信號生成裝置通過增加第三選擇模塊和第四選擇模塊以對第一選擇模塊和第二選擇模塊輸出的選擇信號進行選擇，進而生成兩路互為反向、存在死區(qū)時間且可以相互交換的PWM信號，極大的拓展了 PWM信號生成裝置在雙向電源中的應(yīng)用，通用性和可擴展性更好。
[0010]為達到上述目的，本實用新型實施例另一方面還提出了一種電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)，該電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)包括:所述的PWM信號生成裝置；開關(guān)單元，所述開關(guān)單元與所述PWM信號生成裝置的第二輸出端相連，所述開關(guān)單元包括N個輸出端，所述開關(guān)單元的N個輸出端輸出N路相同的PWM信號；雙向反激DC-DC模塊，所述雙向反激DC-DC模塊包括主控制子模塊和N個雙向反激DC-DC子模塊，所述主控制子模塊與所述PWM信號生成裝置的第一輸出端相連，所述N個雙向反激DC-DC子模塊分別與所述開關(guān)單元的N個輸出端相連；以及電池組，所述電池組包括N節(jié)相互串聯(lián)的單體電池，所述電池組與所述主控制子模塊并聯(lián)，且每節(jié)單體電池分別與一個雙向反激DC-DC子模塊并聯(lián)。
[0011]本實用新型實施例的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)，在電池組的電量失去平衡時，通過控制脈沖寬度信號生成裝置和開關(guān)單元輸出的PWM信號來控制雙向反激DC-DC模塊的工作，進而均衡電池組的電量。該電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)可以快速均衡電池組的電量，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，均衡效率高，通用性和可擴展性好，且成本和損耗低，易實現(xiàn)。
[0012]本實用新型附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]本實用新型上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0014]圖1為根據(jù)本實用新型實施例的PWM信號生成裝置的框圖；
[0015]圖2為根據(jù)本用新型的一個實施例的PWM信號生成裝置的波形示意圖；
[0016]圖3為根據(jù)本用新型的一個實施例的PWM信號生成裝置的框圖；
[0017]圖4為根據(jù)本用新型的一個實施例的PWM信號生成裝置的框圖；
[0018]圖5為根據(jù)本實用新型實施例的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)的框圖；
[0019]圖6為根據(jù)本實用新型的一個實施例的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)的框圖；
[0020]圖7為根據(jù)本實用新型的一個實施例的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)的雙向反激DC-DC模塊的結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖8為根據(jù)本實用新型的一個實施例的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)的變壓器的不意圖；
[0022]圖9為根據(jù)本實用新型的一個實施例的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)的驅(qū)動信號的時序圖；以及
[0023]圖10為根據(jù)本實用新型的另一個實施例的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)的驅(qū)動信號的時序圖。

【具體實施方式】
[0024]下面詳細(xì)描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0025]下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本實用新型的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本實用新型的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本實用新型。此外，本實用新型可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本實用新型提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。
[0026]在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
[0027]參照下面的描述和附圖，將清楚本實用新型的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本實用新型的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本實用新型的實施例的原理的一些方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本實用新型的實施例的范圍不受此限制。相反，本實用新型的實施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。
[0028]下面參照附圖來描述根據(jù)本實用新型實施例提出的PWM信號生成裝置和包括該裝置的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)。
[0029]如圖1所示，本實用新型實施例的PWM信號生成裝置10包括:脈沖信號生成裝置101、計數(shù)器102、比較器103、死區(qū)產(chǎn)生器104、第一選擇模塊105、第二選擇模塊106、第三選擇模塊107、第四選擇模塊108和控制器109。
[0030]其中，如圖1所示，脈沖信號生成裝置101用于生成脈沖信號CNT。計數(shù)器102與脈沖信號生成裝置101相連，計數(shù)器102用于根據(jù)脈沖信號CNT進行計數(shù)并生成計數(shù)值，實際應(yīng)用中，計數(shù)器102可以為16位計數(shù)器。比較器103與計數(shù)器102相連，比較器103用于將計數(shù)值和預(yù)設(shè)計數(shù)閾值進行比較并輸出比較信號0VREF，具體地，當(dāng)計數(shù)值大于預(yù)設(shè)計數(shù)閾值時，比較信號OVREF翻轉(zhuǎn)，此時計數(shù)器102繼續(xù)計數(shù)，直到計數(shù)器102溢出時，比較信號OVREF再次翻轉(zhuǎn)，計數(shù)器102進入下一計數(shù)周期。死區(qū)產(chǎn)生器104的輸入端與比較器103的輸出端相連，死區(qū)產(chǎn)生器104用于調(diào)整死區(qū)時間Tl并根據(jù)比較信號產(chǎn)生互為反向的第一死區(qū)信號P和第二死區(qū)信號N。第一選擇模塊105的第一輸入端與死區(qū)產(chǎn)生器104的第一輸出端相連，第一選擇模塊105用于根據(jù)第一死區(qū)信號P和第一控制信號生成第一輸出信號。第二選擇模塊106的第一輸入端與死區(qū)產(chǎn)生器104的第二輸出端相連,第二選擇模塊106用于根據(jù)第二死區(qū)信號N和第二控制信號生成第二輸出信號。第三選擇模塊107的第一輸入端與第一選擇模塊105的輸出端相連,第三選擇模塊107的第二輸入端與第二選擇模塊106的輸出端相連,第三選擇模塊107用于根據(jù)第三控制信號、第一輸出信號和第二輸出信號生成第一 PWM信號0ut_P，第三選擇模塊107的輸出端作為PWM信號生成裝置10的第一輸出端。第四選擇模塊108第一輸入端與第二選擇模塊106的輸出端相連,第四選擇模塊108的第二輸入端與第一選擇模塊105的輸出端相連,第四選擇模塊108用于根據(jù)第四控制信號、第一選擇信號和第二選擇信號生成第二 PWM信號0ut_N，第四選擇模塊108的輸出端作為PWM信號生成裝置10的第二輸出端。控制器109與死區(qū)產(chǎn)生器104的控制端、第一選擇模塊105的控制端、第二選擇模塊106的控制端、第三選擇模塊107的控制端和第四選擇模塊108的控制端分別相連，控制器109用于控制死區(qū)產(chǎn)生器104調(diào)整死區(qū)時間Tl例如控制器109可以通過寄存器Deadtimereg控制死區(qū)產(chǎn)生器104的控制端來調(diào)整死區(qū)時間Tl和可以通過寄存器Deadtimereg2控制第三選擇模塊107的控制端和第四選擇模塊108的控制端，并生成第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號和第四控制信號。在本實用新型的實施例中，控制器109例如可為定制的MCU (Micro Control Unit,微控制單元)或定制的 CPLD (Complex Programmable Logic Device,復(fù)雜可編程邏輯器件)。
[0031]需要進一步說明的是，第三選擇模塊107和第四選擇模塊108輸出的第一 PWM信號0ut_P和第二 PWM信號0ut_N存在死區(qū)時間Tl，可以防止第一 PWM信號0ut_P所控制的元器件和第二 PWM信號Out_N所控制的元器件同時導(dǎo)通，具體地，死區(qū)時間Tl為第一PWM信號Out_P和第二 PWM信號Out_N同時為高電平或同時為低電平的時間。另外，需要說明的是，在本實用新型的其他實施例中，第三選擇模塊107和第四選擇模塊108輸出的PWM信號互為反向且可以互換，因此，第三選擇模塊107和第四選擇模塊108可以輸出多種組合的PWM信號。例如，當(dāng)?shù)谌x擇模塊107和第四選擇模塊108的輸入信號分別是X1X2和X3X4時，第一 PWM信號Out_P和第二 PWM信號Out_N可以為X1X3、X1X4、X2X3和X2X4。因此，本實用新型實施例的PWM信號生成裝置可以更廣泛的應(yīng)用于雙向電源和其它行業(yè)中，例如太陽能發(fā)電、特種電源以及電池主動均衡等領(lǐng)域。進一步地，在本實用新型的一個實施例中，時鐘信號CNT、比較信號OVREF、第一 PWM信號Out_P和第二 PWM信號Out_N的波形示意圖如圖2所示，其中，(I)為時鐘信號CNT的波形示意圖，(2)為比較信號OVREF的波形示意圖，(3)為第一 PWM信號0ut_P的波形示意圖，(4)為第二 PWM信號0ut_N的波形示意圖。
[0032]如圖3所示，在本實用新型的一個實施例中，PWM信號生成裝置10還可以包括第一反相器110和第二反相器111。其中，第一反相器110的輸入端與死區(qū)產(chǎn)生器104的第一輸出端和第一選擇模塊105的第二輸入端分別相連,第一反相器110用于對第一死區(qū)信號進行反相，并輸出第一反相信號至第一選擇模塊105,第二反相器111的輸入端與死區(qū)產(chǎn)生器104的第二輸出端和第二選擇模塊106的第二輸入端分別相連,第二反相器111用于對第二死區(qū)信號進行反相，并輸出第二反相信號至第二選擇模塊106。
[0033]具體地，如圖4所示，在本實用新型的一個實施例中，第一選擇模塊105可以包括第一選擇器112和第一使能單元113，第二選擇模塊106可以包括第二選擇器114和第二使能單元115。其中，第一選擇器112用于根據(jù)第一控制信號對第一死區(qū)信號和第一反相信號進行選擇并生成第一輸出信號，第一選擇器112的第一輸入端與死區(qū)產(chǎn)生器104的第一輸出端相連，第一選擇器112的第二輸入端與第一反相器110的輸出端相連,第一選擇器112的控制端與控制器109相連。第一使能單兀113分別與第一選擇器112的輸出端和控制器109相連，第一使能單元113用于根據(jù)控制器109生成的第五控制信號關(guān)閉或輸出第一輸出信號。第二選擇器114用于根據(jù)第二控制信號對第二死區(qū)信號和第二反相信號進行選擇并生成第二輸出信號，第二選擇器114的第一輸入端與死區(qū)產(chǎn)生器104的第二輸出端相連，第二選擇器114的第二輸入端與第二反相器111的輸出端相連，第二選擇器114的控制端與控制器109相連。第二使能單元115分別與第二選擇器114的輸出端和控制器109相連，第二使能單元115用于根據(jù)控制器109生成的第六控制信號關(guān)閉或輸出第二輸出信號。即言，第一選擇模塊105和第二選擇模塊106可以改變第一輸出信號和第二輸出信號的極性，從而輸出多種組合的信號。且第一選擇模塊105和第二選擇模塊106由控制器109控制，例如控制器109可以通過寄存器Deadtimeregl控制第一選擇器112的控制端和第二選擇器114的控制端來改變第一輸出信號和第二輸出信號的極性，以及控制第一使能單元113和第二使能單元115關(guān)閉或輸出信號。
[0034]本實用新型的PWM信號生成裝置通過增加第三選擇模塊和第四選擇模塊以對第一選擇模塊和第二選擇模塊輸出的選擇信號進行選擇，進而生成兩路互為反向、存在死區(qū)時間且可以相互交換的PWM信號，極大的拓展了 PWM信號生成裝置在雙向電源中的應(yīng)用，通用性和可擴展性更好。
[0035]本實用新型的另一方面實施例還提出一種電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)。如圖5所示，該電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)包括:上述的PWM信號生成裝置10、開關(guān)單元20、雙向反激DC-DC模塊30以及電池組40。具體地，開關(guān)單元20與PWM信號生成裝置10的第二輸出端相連，開關(guān)單元20包括N個輸出端，開關(guān)單元20的N個輸出端輸出N路相同的PWM信號S1、S2、……SN。雙向反激DC-DC模塊30包括主控制子模塊301和N個雙向反激DC-DC子模塊例如雙向反激DC-DC子模塊302、雙向反激DC-DC子模塊303、……雙向反激DC-DC子模塊30N+1，主控制子模塊301與PWM信號生成裝置10的第一輸出端相連，N個雙向反激DC-DC子模塊分別與開關(guān)單元20的N個輸出端相連。電池組40包括N節(jié)相互串聯(lián)的單體電池例如單體電池401、單體電池402、......單體電池40N，電池組40與主控制子模塊301并聯(lián)，且每節(jié)單體電池分別與一個雙向反激DC-DC子模塊并聯(lián)。需要說明的是，開關(guān)單元20還與控制器109相連，控制器109控制開關(guān)單元20的N個輸出端輸出任意一路或多路PWM信號以控制任意一個或多個雙向反激DC-DC子模塊。另外，本實用新型實施例的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)可以通過對控制器109進行軟件編程來實現(xiàn)對電池組電量主動均衡過程的控制，例如控制主動均衡過程中系統(tǒng)的均衡電流、均衡時間和均衡方式等。
[0036]在本實用新型的一個實施例中，如圖6所示，主控制子模塊301包括驅(qū)動單元3011和主均衡控制單元3012，其中，主控制子模塊301的驅(qū)動單元3011與PWM信號生成裝置10的第一輸出端和主均衡控制單元3012分別相連，主均衡控制單元3012與電池組40并聯(lián)。另外，如圖6所示，雙向反激DC-DC子模塊例如雙向反激DC-DC子模塊302、雙向反激DC-DC子模塊303、……雙向反激DC-DC子模塊30N+1包括驅(qū)動單元3011、驅(qū)動隔離單元3013和從均衡控制單元3014，雙向反激DC-DC子模塊例如雙向反激DC-DC子模塊302、雙向反激DC-DC子模塊303、……雙向反激DC-DC子模塊30N+1的驅(qū)動單元3011與開關(guān)單元20的一個輸出端和驅(qū)動隔離單元3013分別相連，驅(qū)動隔離單元3013與從均衡控制單元3014相連，從均衡控制單元3014與一節(jié)單體電池并聯(lián)。
[0037]具體地，在本實用新型的一個實施例中，如圖7所示，驅(qū)動單元3011包括:第一三極管Q1、第一電阻R1、第二三極管Q2、第三三極管Q3、第四三極管Q4、第一電源DC、第一二極管D1、第二二極管D2。具體地，第一三極管Ql的發(fā)射極接公共地，第一三極管Ql的基極作為驅(qū)動單兀3011的輸入端以輸入驅(qū)動信號。第一電阻Rl的一端與第一三極管Ql的集電極相連。第二三極管Q2的基極與第一三極管Ql的集電極相連，第二三極管Q2的集電極與第一電阻Rl的另一端相連。第三三極管Q3的基極與第二三極管Q2的發(fā)射極相連，第三三極管Q3的集電極與第一電阻Rl的另一端相連。第四三極管Q4的基極與第二三極管Q2的基極相連，第四三極管Q4的集電極接公共地，第四三極管Q4的發(fā)射極與第三三極管Q3的發(fā)射極相連。第一電源DC的高電平端與第三三極管Q3的集電極相連，第一電源DC的低電平端接公共地。第一二極管Dl的陰極與第三三極管Q3的集電極相連，第一二極管Dl的陽極與第三三極管Q3的發(fā)射極相連，第一二極管Dl的陰極作為驅(qū)動單元3011的第一端，第一二極管Dl的陽極作為驅(qū)動單元3011的第二端。第二二極管D2的陰極與第一二極管Dl的陽極相連，第二二極管D2的陽極接公共地，第二二極管D2的陽極作為驅(qū)動單元3011的第三端。需要說明的是，第一電阻Rl為第二三極管Q2和第四三極管Q4的偏置電阻。此外，由第二三極管Q2和第三三極管Q3組成的復(fù)合管，可以增加驅(qū)動單元3011的驅(qū)動能力，并且，當(dāng)?shù)诙龢O管Q2和第三三極管Q3組成的復(fù)合管與Q4 —起工作時，可以進行推挽驅(qū)動。另外，第一二極管Dl和第二二極管D2起鉗位電壓以保護三極管的作用，其中，第一二極管Dl用于保護第二三極管Q2和第三三極管Q3，第二二極管D2用于保護第四三極管Q4。
[0038]具體地，在本實用新型的一個實施例中，如圖7所示，主均衡控制單元3012包括:第二電阻R2、第一開關(guān)管Kl和第一變壓器繞組LI。其中，第二電阻R2的一端作為主均衡控制單元3012的第一端，第二電阻R2的另一端作為主均衡控制單元3012的第二端。第一開關(guān)管Kl的控制端與第二電阻R2的一端相連，第一開關(guān)管Kl的第二輸出端與第二電阻R2的另一端相連，第一開關(guān)管Kl的第二輸出端作為主均衡控制單元3012的第三端，電池組40的低電平端接公共地，且第一開關(guān)管Kl的第二輸出端與電池組40的低電平端相連。第一變壓器繞組LI的一端與第一開關(guān)管Kl的第一輸出端相連，第一變壓器繞組LI的另一端作為主均衡控制單元3012的第四端，且第一變壓器繞組LI的另一端與電池組40的高電平端相連。需要說明的是，主控制子模塊301的驅(qū)動單元3011的第二端與主均衡控制單元3012的第一端相連，主控制子模塊301的驅(qū)動單元3011的第三端與主均衡控制單元3012的第二端相連。
[0039]具體地，如圖7所示，從均衡控制單元3014包括:第三二極管D3、第三電阻R3、第二電源DC1、第四二極管D4、第二開關(guān)管K2和第二變壓器繞組L2。其中，第三二極管D3的陰極作為從均衡控制單元3014的第一端，第三二極管D3的陽極作為從均衡控制單元3014的第二端。第三電阻R3的一端與第三二極管D3的陰極相連，第三電阻R3的另一端與第三二極管D3的陽極相連。第四二極管D4的陽極與第三電阻R3的一端相連，第四二極管D4的陰極與第二電源DCl相連。第二開關(guān)管K2的控制端與第三電阻R3的一端相連，第二開關(guān)管K2的第二輸出端與第三電阻R3的另一端相連，第二開關(guān)管K2的第二輸出端作為從均衡控制單元3014的第三端，且第二開關(guān)管K2的第二輸出端與一節(jié)單體電池的低電平端相連。第二變壓器繞組L2的一端與第二開關(guān)管K2的第一輸出端相連，第二變壓器繞組L2的另一端作為從均衡控制單元3014的第四端，第二變壓器繞組L2的另一端與一節(jié)單體電池的高電平端相連。需要說明的是，第四電阻R4用于限制從均衡控制單元3014的輸入電流。第三二極管D3和第四二極管D4起鉗位電壓以保護第二開關(guān)管K2的作用，具體地，D4用于鉗位第二開關(guān)管K2的控制端與第二輸出端之間的電壓，該電壓小于等于第二電源DCl的電壓，從而防止第二開關(guān)管K2的控制端被高電壓或大電流擊壞。進一步地，第二電源DCl可以通過接入電池組40獲得，例如，若第二電源DCl的電壓為12V，電池組40每節(jié)單體電池的電壓為3V，則根據(jù)關(guān)系式12/3=4，計算得出第二電源DCl由四節(jié)單體電池構(gòu)成，即言，第四二極管D4的陰極接到第4節(jié)單體電池的正極即可。
[0040]另外，如圖7所示，驅(qū)動隔離單元3013包括:第四電阻R4和隔離電容C，第四電阻R4的一端與雙向反激DC-DC子模塊例如雙向反激DC-DC子模塊302、雙向反激DC-DC子模塊303、……雙向反激DC-DC子模塊30N+1的驅(qū)動單元3011的第二端相連。隔離電容C的一端與第四電阻R4的另一端相連，隔離電容C的另一端與從均衡控制單元3014的第一端相連，并且，隔離電容C的容量遠(yuǎn)大于第二開關(guān)管K2的輸入電容。需要說明的是，圖7所示電路結(jié)構(gòu)為雙向反激開環(huán)結(jié)構(gòu)，隔離電容C兩邊共地，驅(qū)動隔離單元3013采用隔離電容C對如圖7所示的多電平驅(qū)動電路的高壓側(cè)和低壓側(cè)進行隔離，具有成本和損耗低，體積小，不存在偏磁等優(yōu)勢。
[0041]在本實用新型的一個實施例中，主控制子模塊301的驅(qū)動信號為第一 PWM信號0ut_P，N個雙向反激DC-DC子模塊的驅(qū)動信號分別為PWM信號S1、S2、……SN。進一步地，當(dāng)主控制子模塊301和雙向反激DC-DC子模塊的驅(qū)動單元3011的驅(qū)動信號為低電平時，第一開關(guān)管Kl和第二開關(guān)管K2開通。當(dāng)主控制子模塊301和雙向反激DC-DC子模塊的驅(qū)動單元3011的驅(qū)動信號為高電平時，第一開關(guān)管Kl和第二開關(guān)管K2關(guān)閉，且在第一開關(guān)管Kl和第二開關(guān)管K2關(guān)閉時，第二電阻R2和第三電阻R3泄放電荷以保護第一開關(guān)管Kl和第二開關(guān)管K2。另外，在實際應(yīng)用中，第一開關(guān)管Kl和第二開關(guān)管K2的開關(guān)頻率可以為20KHZ，驅(qū)動信號的占空比可以為50%。
[0042]進一步地，如圖8所示，圖8為根據(jù)本實用新型的一個實施例的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)的變壓器的示意圖，該變壓器為平面PCB (Printed Circuit Board，印刷電路板)反激變壓器。該變壓器包括繞組例如第一變壓器繞組LI和第二變壓器繞組L2。進一步地，第一變壓器繞組LI為反激變壓器的初級繞組，第二變壓器繞組L2為反激變壓器的次級繞組。需要說明的是，本實用新型實施例的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)的反激變壓器通常包括一個初級繞組和多個次級繞組，每個變壓器繞組分別占用一個PCB平面，優(yōu)選地，初級繞組所占用的PCB平面的空間位置介于所有次級繞組所占用的PCB平面的中間，從而可以增大初級繞組與次級繞組的耦合系數(shù)，減少漏磁通。與傳統(tǒng)的變壓器相比，平面PCB變壓器具有電流密度和效率高、漏感和EMI (Electromagnetic Interference,電磁干擾)輻射低、體積小、絕緣性和參數(shù)可重復(fù)性好以及工作頻率范圍和工作溫度范圍寬等優(yōu)勢。
[0043]進一步地，在本實用新型的一個實施例中，控制器109實時采樣電池組40每節(jié)單體電池的電壓，將每節(jié)單體電池的電壓從高到低排序，并將最高電壓與最低電壓相減得至IJ電壓差值，電壓差值再和預(yù)設(shè)電壓閾值進行比較，若電壓差值大于預(yù)設(shè)電壓閾值，控制器109啟動均衡控制。進一步地，控制器109可以采用頂部均衡和底部均衡兩種方式來控制雙向反激DC-DC模塊30，進而實現(xiàn)對電池組40的電量均衡控制。具體地，控制器109采樣電池電壓的方式有很多種,例如集成IC (Integrated Circuit,集成電路)采樣,線性光藕采樣，電阻分壓采樣以及均衡變壓器兼作電壓采樣等。
[0044]在本實用新型的一個實施例中，電壓最高的單體電池為單體電池401，電壓最低的單體電池為單體電池402，且控制器109采用頂部均衡方式來控制雙向反激DC-DC模塊30的工作，控制器109控制PWM信號生成裝置10和開關(guān)單元20生成的驅(qū)動信號的時序圖如圖9所示，其中，(5)為PWM信號SI的時序圖，(6)為PWM信號S2的時序圖，(7)為第一 PWM信號0此_?的時序圖，其中，T為PWM信號的周期。具體地，控制器109控制PWM信號生成裝置10和開關(guān)單元20分別輸出PWM信號S1、S2和第一 PWM信號0ut_P。當(dāng)S1、S2為低電平，0ut_P為高電平時，雙向反激DC-DC子模塊302的第二開關(guān)管K2和雙向反激DC-DC子模塊303的第二開關(guān)管K2開通，第一開關(guān)管Kl關(guān)閉，單體電池401的電量儲存到與單體電池401相連的次級繞組，在S1、S2為高電平，0ut_P為低電平時，雙向反激DC-DC子模塊302的第二開關(guān)管K2和雙向反激DC-DC子模塊303的第二開關(guān)管K2關(guān)閉，第一開關(guān)管Kl開通，反激變壓器將與單體電池401相連的次級繞組的電量儲存到初級繞組后釋放到整個電池組,如此循環(huán),直至電池組40中每節(jié)單體電池的電量均衡。
[0045]在本實用新型的另一個實施例中，電壓最高的單體電池為單體電池403，電壓最低的單體電池為單體電池401，且控制器109采用底部均衡方式來控制雙向反激DC-DC模塊30的工作，控制器109控制PWM信號生成裝置10和開關(guān)單元20生成的驅(qū)動信號的時序圖如圖10所示，其中，(8)為第一 PWM信號0ut_P的時序圖，(9)為PWM信號SI的時序圖，(10)為PWM信號S3的時序圖。具體地，控制器109控制PWM信號生成裝置10和開關(guān)單元20分別輸出PWM信號S1、S2和第一 PWM信號Out_P。當(dāng)Out_P為低電平，S1、S2為高電平時，第一開關(guān)管Kl開通，雙向反激DC-DC子模塊302的第二開關(guān)管K2和雙向反激DC-DC子模塊304的第二開關(guān)管K2關(guān)閉，電池組40的電量儲存到初級繞組，在Out_P為高電平，S1、S2為低電平時，第一開關(guān)管Kl關(guān)閉，雙向反激DC-DC子模塊302的第二開關(guān)管K2和雙向反激DC-DC子模塊304的第二開關(guān)管K2開通，反激變壓器將初級繞組儲存的電量釋放到與單體電池401相連的次級繞組，如此循環(huán)，直至電池組40中每節(jié)單體電池的電量均衡。
[0046]需要說明的是，本實用新型實施例的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)，不管0ut_P是主控制子模塊301的驅(qū)動信號，S1、S2、……SN是N個雙向反激DC-DC子模塊的驅(qū)動信號，還是S1、S2、……SN是主控制子模塊301的驅(qū)動信號，0此_?是N個雙向反激DC-DC子模塊的驅(qū)動信號，各驅(qū)動信號的驅(qū)動頻率和死區(qū)時間Tl不變時，系統(tǒng)的配置參數(shù)和對應(yīng)的硬件電路(如電感、電阻和電容等)也不需要改變，只需通過改變控制器109的程序控制第三選擇模塊107和第四選擇模塊108輸出的PWM信號即可，因此，控制靈活，電路設(shè)計和使用更加方便。
[0047]本實用新型的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)，采用電容進行多電平驅(qū)動隔離和平面平面PCB反激變壓器進行電量傳遞，并在電池組的電量失去平衡時，通過控制PWM信號生成裝置和開關(guān)單元生成的驅(qū)動信號來控制雙向反激DC-DC模塊的電量傳輸，進而實現(xiàn)電池組電量的均衡。該電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)，可以從任一節(jié)單體電池轉(zhuǎn)移電量到整個電池組,也可以從整個電池組轉(zhuǎn)移電量到任一節(jié)單體電池,均衡速度快,效率高,結(jié)構(gòu)簡單，體積小，通用性和可擴展性好，且成本和損耗低，易實現(xiàn)。
[0048]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0049]盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
【權(quán)利要求】
1.一種脈沖寬度調(diào)制？麗信號生成裝置，其特征在于，包括: 用于生成脈沖信號的脈沖信號生成裝置； 用于根據(jù)所述脈沖信號進行計數(shù)并生成計數(shù)值的計數(shù)器，所述計數(shù)器與所述脈沖信號生成裝置相連； 用于將所述計數(shù)值和預(yù)設(shè)計數(shù)閾值進行比較并輸出比較信號的比較器，所述比較器與所述計數(shù)器相連； 用于調(diào)整死區(qū)時間并根據(jù)所述比較信號產(chǎn)生互為反向的第一死區(qū)信號和第二死區(qū)信號的死區(qū)產(chǎn)生器，所述死區(qū)產(chǎn)生器的輸入端與所述比較器的輸出端相連； 用于根據(jù)所述第一死區(qū)信號和第一控制信號生成第一輸出信號的第一選擇模塊，所述第一選擇模塊的第一輸入端與所述死區(qū)產(chǎn)生器的第一輸出端相連； 用于根據(jù)所述第二死區(qū)信號和第二控制信號生成第二輸出信號的第二選擇模塊，所述第二選擇模塊的第一輸入端與所述死區(qū)產(chǎn)生器的第二輸出端相連； 用于根據(jù)第三控制信號、所述第一輸出信號和所述第二輸出信號生成第一？麗信號的第三選擇模塊，所述第三選擇模塊的第一輸入端與所述第一選擇模塊的輸出端相連，所述第三選擇模塊的第二輸入端與所述第二選擇模塊的輸出端相連，所述第三選擇模塊的輸出端作為所述？麗信號生成裝置的第一輸出端； 用于根據(jù)第四控制信號、所述第一選擇信號和所述第二選擇信號生成第二？麗信號的第四選擇模塊，所述第四選擇模塊的第一輸入端與所述第二選擇模塊的輸出端相連，所述第四選擇模塊的第二輸入端與所述第一選擇模塊的輸出端相連，所述第四選擇模塊的輸出端作為所述？麗信號生成裝置的第二輸出端；以及 用于控制所述死區(qū)產(chǎn)生器調(diào)整所述死區(qū)時間，并生成所述第一控制信號、所述第二控制信號、所述第三控制信號和所述第四控制信號的控制器，所述控制器與所述死區(qū)產(chǎn)生器的控制端、所述第一選擇模塊的控制端、所述第二選擇模塊的控制端、所述第三選擇模塊的控制端和所述第四選擇模塊的控制端分別相連。
2.如權(quán)利要求1所述的？麗信號生成裝置，其特征在于，還包括: 用于對所述第一死區(qū)信號進行反相，并輸出第一反相信號至所述第一選擇模塊的第一反相器，所述第一反相器的輸入端與所述死區(qū)產(chǎn)生器的第一輸出端和所述第一選擇模塊的第二輸入端分別相連；以及 用于對所述第二死區(qū)信號進行反相，并輸出第二反相信號至所述第二選擇模塊的第二反相器，所述第二反相器的輸入端與所述死區(qū)產(chǎn)生器的第二輸出端和所述第二選擇模塊的第二輸入端分別相連。
3.如權(quán)利要求2所述的？麗信號生成裝置，其特征在于，所述第一選擇模塊包括: 用于根據(jù)所述第一控制信號對所述第一死區(qū)信號和所述第一反相信號進行選擇并生成所述第一輸出信號的第一選擇器，所述第一選擇器的第一輸入端與所述死區(qū)產(chǎn)生器的第一輸出端相連，所述第一選擇器的第二輸入端與所述第一反相器的輸出端相連，所述第一選擇器的控制端與所述控制器相連；以及 用于根據(jù)所述控制器生成的第五控制信號關(guān)閉或輸出所述第一輸出信號的第一使能單元，所述第一使能單元分別與所述第一選擇器的輸出端和所述控制器相連。
4.如權(quán)利要求2所述的？麗信號生成裝置，其特征在于，所述第二選擇模塊包括: 用于根據(jù)所述第二控制信號對所述第二死區(qū)信號和所述第二反相信號進行選擇并生成所述第二輸出信號的第二選擇器，所述第二選擇器的第一輸入端與所述死區(qū)產(chǎn)生器的第二輸出端相連，所述第二選擇器的第二輸入端與所述第二反相器的輸出端相連，所述第二選擇器的控制端與所述控制器相連；以及 用于根據(jù)所述控制器生成的第六控制信號關(guān)閉或輸出所述第二輸出信號的第二使能單元，所述第二使能單元分別與所述第二選擇器的輸出端和所述控制器相連。
5.一種電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 如權(quán)利要求1-4任一項所述的PWM信號生成裝置； 開關(guān)單元，所述開關(guān)單元與所述PWM信號生成裝置的第二輸出端相連，所述開關(guān)單元包括N個輸出端,所述開關(guān)單兀的N個輸出端輸出N路相同的PWM信號； 雙向反激DC-DC模塊，所述雙向反激DC-DC模塊包括主控制子模塊和N個雙向反激DC-DC子模塊，所述主控制子模塊與所述PWM信號生成裝置的第一輸出端相連，所述N個雙向反激DC-DC子模塊分別與所述開關(guān)單元的N個輸出端相連；以及 電池組，所述電池組包括N節(jié)相互串聯(lián)的單體電池，所述電池組與所述主控制子模塊并聯(lián)，且每節(jié)單體電池分別與一個雙向反激DC-DC子模塊并聯(lián)。
6.如權(quán)利要求5所述的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制子模塊包括驅(qū)動單元和主均衡控制單元，所述主控制子模塊的驅(qū)動單元與所述PWM信號生成裝置的第一輸出端和所述主均衡控制單元分別相連，所述主均衡控制單元與所述電池組并聯(lián)。
7.如權(quán)利要求6所述的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述雙向反激DC-DC子模塊包括所述驅(qū)動單元、驅(qū)動隔離單元和從均衡控制單元，所述雙向反激DC-DC子模塊的驅(qū)動單元與所述開關(guān)單元的輸出端和所述驅(qū)動隔離單元分別相連，所述驅(qū)動隔離單元與所述從均衡控制單元相連，所述從均衡控制單元與一節(jié)單體電池并聯(lián)。
8.如權(quán)利要求6-7任一項所述的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動單元包括: 第一三極管，所述第一三極管的發(fā)射極接公共地，所述第一三極管的基極作為所述驅(qū)動單元的輸入端； 第一電阻，所述第一電阻的一端與所述第一三極管的集電極相連； 第二三極管，所述第二三極管的基極與所述第一三極管的集電極相連，所述第二三極管的集電極與所述第一電阻的另一端相連； 第三三極管，所述第三三極管的基極與所述第二三極管的發(fā)射極相連，所述第三三極管的集電極與所述第一電阻的另一端相連； 第四三極管，所述第四三極管的基極與所述第二三極管的基極相連，所述第四三極管的集電極接公共地，所述第四三極管的發(fā)射極與所述第三三極管的發(fā)射極相連； 第一電源，所述第一電源的高電平端與所述第三三極管的集電極相連，所述第一電源的低電平端接公共地； 第一二極管，所述第一二極管的陰極與所述第三三極管的集電極相連，所述第一二極管的陽極與所述第三三極管的發(fā)射極相連，所述第一二極管的陰極作為所述驅(qū)動單元的第一端，所述第一二極管的陽極作為所述驅(qū)動單元的第二端；以及 第二二極管，所述第二二極管的陰極與所述第一二極管的陽極相連，所述第二二極管的陽極接公共地，所述第二二極管的陽極作為所述驅(qū)動單元的第三端。
9.如權(quán)利要求7所述的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主均衡控制單元包括: 第二電阻，所述第二電阻的一端作為所述主均衡控制單元的第一端，所述第二電阻的另一端作為所述主均衡控制單元的第二端； 第一開關(guān)管，所述第一開關(guān)管的控制端與所述第二電阻的一端相連，所述第一開關(guān)管的第二輸出端與所述第二電阻的另一端相連，所述第一開關(guān)管的第二輸出端作為所述主均衡控制單元的第三端；以及 第一變壓器繞組，所述第一變壓器繞組的一端與所述第一開關(guān)管的第一輸出端相連，所述第一變壓器繞組的另一端作為所述主均衡控制單元的第四端。
10.如權(quán)利要求9所述的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)，所述其特征在于，所述從均衡控制單元包括: 第三二極管，所述第三二極管的陰極作為所述從均衡控制單元的第一端，所述第三二極管的陽極作為所述從均衡控制單元的第二端； 第三電阻，所述第三電阻的一端與所述第三二極管的陰極相連，所述第三電阻的另一端與所述第三二極管的陽極相連； 第二電源； 第四二極管，所述第四二極管的陽極與所述第三電阻的一端相連，所述第四二極管的陰極與所述第二電源相連； 第二開關(guān)管，所述第二開關(guān)管的控制端與所述第三電阻的一端相連，所述第二開關(guān)管的第二輸出端與所述第三電阻的另一端相連，所述第二開關(guān)管的第二輸出端作為所述從均衡控制單元的第三端；以及 第二變壓器繞組，所述第二變壓器繞組的一端與所述第二開關(guān)管的第一輸出端相連，所述第二變壓器繞組的另一端作為所述從均衡控制單元的第四端。
11.如權(quán)利要求7所述的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動隔離單元包括: 第四電阻，所述第四電阻的一端與所述驅(qū)動單元的第二端相連；以及隔離電容，所述隔離電容的一端與所述第四電阻的另一端相連，所述隔離電容的另一端與所述從均衡控制單元的第一端相連。
12.如權(quán)利要求10所述的電池組電量主動均衡控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 平面印刷電路板PCB變壓器，所述平面PCB變壓器包括多個PCB平面，所述第一變壓器繞組和第二變壓器繞組分別位于不同的PCB平面。
【文檔編號】H02J7/00GK204144970SQ201320775433
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】潘金龍, 何志強, 楊云 申請人:比亞迪股份有限公司