[发明专利]具有电荷平衡的电源系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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n个电荷存储模块的串联电路，其中n>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n个电荷存储模块的串联电路，其中n>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1示意性地示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。

具体实施方式