[发明专利]开关矩阵及其集成电路芯片

说明书

相关优先申请

该申请请求标题为“智能电池管理系统及优化电池集到其最佳性能的方法”的先前中国专利申请(专利号：201310171499.8)中实现连接控制器的开关矩阵电路的延伸，本申请将开关矩阵电路具体化为基于四极元件的开关矩阵及其集成电路芯片。

技术领域

该发明有关于先前中国专利申请(专利号：201310171499.8)中实现连接控制器的开关矩阵电路的延伸。本申请将开关矩阵电路具体化为基于四极元件的开关矩阵集成电路芯片，并给出其微电子技术制造方法举例。至于其他应用这里暂且不说，当这种开关矩阵芯片用于电池集管理时，它能将电池集中的电池进行自动再组合，包括串联连接，并联连接，或混合连接。它使得电池集中的每一个别电池是可被操作的，这也就是说，每一个别电池是能监控的(即，其参数是可以测量的)，并是能独立放电(即加负载)或充电的。因此，此系统能使电池放电或充电达到最佳表现。

背景技术

电池管理系统(BMS)是电动车辆(EV)的重要组成部分，他保护电池不受损，预测及延长电池寿命，把电池系统维持在精密和可靠的操作条件下，BMS执行着几项任务，如，测量系统的电压，电流，温度，单元的SOC[容量状态]，SOH[键康状态]，剩余使用时间(RUL)的确定，保护电池，热管理，充放电过程的控制，同块或异块模板间的通信，监控和储存历史数据，而最重要的是电池单元的平衡。对电池使用寿命来说，电池单元的失衡是要命的，因为，如果没有电池单元的平衡系统，个别电池单元的电压随时间漂移，因而整个电池系统的容量在操作中也会减少更快，进而导致系统还坏死。正如文献中所提到的，当今电池管理系统最广泛时用的方法是，被动和主动平衡(balance)和均衡equalization)。但这些方法中，没有一个可以对电池子集中的个别单元进行操作，以实现测量，监控，平衡，补偿，等，而我们之前发明的智能电池管理系统及方法(专利号：201310171499.8)可以做到这一点，具体的说，如图1和2所示，即先前专利申请(专利号：201310171499.8)中的图7和图8a，如果阵列中的黑三角处的开关元件导通(白三角处的开关关闭)，可分别实现电池组中1，2，3，…，11，12各电池的先串后并连接和先并后串连接【(7，3， 1，10)，(2，11，8，4)，(12，6，9，5)】。

该发明有关于中国专利申请(专利号：201310171499.8)中实现连接控制器的开关矩阵电路的延伸。本申请将开关矩阵电路具体化为基于四极元件的开关矩阵集成电路芯片，并给出其微电子技术制造方法举例。

发明内容

该发明有关于先前中国专利申请(专利号：201310171499.8)中实现连接控制器的开关矩阵电路的延伸。本申请将开关矩阵电路具体化为基于四极元件的开关矩阵及其集成电路芯片，包括基于三极晶体管的四极元件，基于三极MOSFET管的四极元件，和基于三极IGBT管的四极元件。至于其他应用这里暂且不说，当这种开关矩阵芯片用于电池集管理时，它能将电池集中的电池进行自动再组合，包括串联连接，并联连接，或混合连接。它使得电池集中的每一个别电池是可被操作的，这也就是说，每一个别电池是能监控的(即，其参数是可以测量的)，并是能独立放电(即加负载)或充电的。因此，此系统能使电池放电或充电达到最佳表现。

附图说明

图1，二维金属网格上的开关矩阵举例，和实现串联连接举例。

图2，二维金属网格上的开关矩阵举例，和实现并联连接举例。

图3，关矩阵集成电路芯片及其结构和组装举例。

图4，关矩阵集成电路芯片拼接扩容举例。

图5a，开关矩阵集成电路芯片及其扩容芯片的总输出电力线并接举例。

图5b，开关矩阵集成电路芯片及其扩容芯片的增容电力线并接举例。

图6，举例：三种可能的方式来实现由三极元件组合四极元件。

图7，已有的NPN型(即N-沟)IGBT三极元件和PNP型(即P-沟)IGBT三极元件举例。

图8，举例：PNP型三极元件阵列芯片与NPN型三极元件阵列芯片独立制造再组合以形成四极元件阵列芯片，将倒置的PNP型三极元件阵列芯片倒置与正置的NPN型三极元件阵列芯片顶部相连，形成四极元件阵列芯片，其中，倒置的PNP型三极元件阵列芯片应转90度再与NPN型三极元件阵列芯片对接，图中没有转动是为了画图清晰。

图9，举例：PNP型三极元件阵列芯片与NPN型三极元件阵列芯片在同一制造中分别先后生长以形成四极元件阵列芯片。