[发明专利]开关矩阵及其集成电路芯片

摘要

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及其集成电路芯片，包括基于三极BJT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，当这种开关矩阵及其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。

主权项

一种基于三极元件所构造的四极元件开关矩阵及其集成电路芯片，其特征在于，含有(1)二维金属网格上的开关矩阵，其中二维金属网格上的一维是一列正极电力接线和一列正极控制线，另一维是一排负极电力接线和一排负极控制线；(2)开关矩阵中的各开关，位于二维金属网格交叉点上，是基于两三极元件的四极元件，三极元件包括BJT管，MOSFET管，和IGBT管，四极元件有四个极线，即，一个电力负极，一个电力正极，一个控制负极，一个控制正极；(3)一排负极电力接线和与之相应的负极电力接线插头和插槽，插头和插槽各在电力接线的两端，每排负极电力接线连接开关矩阵中相应排中所有开关的电力负极；(4)一列正极电力接线和与之相应的正极电力接线插头和插槽，插头和插槽各在电力接线的两端，每列正极电力接线连接开关矩阵中相应列中所有开关的电力正极，正极电力线与负极电力线相交，通常是垂直相交，相交但不直接连接，而是通过相交处开关相连接；(5)一排负极控制线和与之相应的负极控制线插头和插槽，插头和插槽各在控制线的两端，每排负极控制线连接开关矩阵中相应排中所有开关的控制负极，控制线插槽通常与电力接线插槽集成在一起；(6)一列正极控制线和与之相应的正极控制线插头和插槽，插头和插槽各在控制线的两端，每列负极控制线连接开关矩阵中相应列中所有开关的控制正极，正极控制线与负极控制线相交，通常是垂直相交，相交但不直接连接，而是通过相交处开关相连接，控制线插头通常与电力接线插头集成在一起；在此，负极开关控制线和正极开关控制线，它们负正成对地与开关阵列中的每一开关相连，而且开关控制线与外部处理器相连，处理器用于控制交叉处的各开关的打开关闭状态；在此，开关的打开或闭合状态决定了两相交的电源动力线是否连通，而两相交的开关控制线的电压差决定了开关的状态；在此，两相交的开关控制线的电压差由外部处理器决定；在此，用于电池集管理时，他们分别通过各开关与电池集中各电池或各电池子集的正负极以及控制信号正负极相连，而任何两相交的金属网线通过此交叉处的开关相连，用于实现所需要的任何电池连接，包括并联，串联合混合链接，它使得，任何单一电池单元，或电池子集中每个单一电池单元，或每个电池子集，都可被操作和连接，以满足测量，监控，补偿与平衡，充电，加载及热控制的需要；在此，多个开关矩阵集成电路芯片的控制线插槽和电力接线插槽可以与控制线插头和电力接线插头对接相连，以形成方形芯片矩阵，即新开关矩阵，用于更大功率的应用场合，如果开关矩阵集成电路芯片中的开关有n x n个，那么，由m x m方形芯片矩阵拼成的新开关矩阵有N x N个开关，其中N＝n x m；在此，对有M x M个开关的开关矩阵，无论是单片开关矩阵集成电路芯片，还是拼接的方形扩容芯片矩阵，可以根据需要，从每维的M中分出M1条接线并且作并联形成大功率总输出电力线和总输出控制线，每维剩下的M2＝M‑M1条接线形成M2 x M2开关阵列。