CN110892607B - 电源电路、包括其的电池管理系统和包括该系统的电池组 - Google Patents

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Abstract

提供了用于在电池和平滑电容器之间进行能量传递的电源电路、电池管理系统和电池组。该电源电路包括：变压器，该变压器包括第一绕组和第二绕组；第一开关电路，该第一开关电路包括与所述第一绕组串联连接并且连同所述第一绕组与所述电池并联连接的第一开关；第二开关电路，该第二开关电路包括与所述第二绕组串联连接并且连同所述第二绕组与所述平滑电容器并联连接的第二开关；以及开关控制器。为了对所述平滑电容器进行预充电，所述开关控制器被配置为执行使所述第一开关导通并且使所述第二开关关断的第一操作，随后执行使所述第一开关关断并且使所述第二开关导通的第二操作。

Description

电源电路、包括其的电池管理系统和包括该系统的电池组
技术领域
本公开涉及用于电池和平滑电容器之间的能量传递的电源电路，并且更具体地，涉及通过利用电池能量选择性地对平滑电容器进行预充电的操作以及通过使用平滑电容器的能量对电池进行充电的操作的电源电路。
本申请要求2018年2月14日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2018-0018598的优先权，该专利申请的公开内容以引用方式并入本文中。
背景技术
最近，对诸如膝上型计算机、摄像机和移动电话这样的便携式电子产品的需求急剧增加，并且随着电动车辆、储能蓄电池、机器人和卫星的大量发展，正在对能反复再充电的高性能电池进行许多研究。
目前，市售的电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂电池等，并且在它们当中，锂电池几乎没有或没有记忆效果，因此锂电池因其预充电和放电、自放电速率非常低且能量密度高的优点而比基于镍的电池更受关注。
通常，电池与电负载之间的电连接由主接触器控制，并且电负载设置有通过主接触器与电池并联连接的平滑电容器。平滑电容器抑制电池所供应的DC电力中包含的噪声。
然而，如果在电池的电压与平滑电容器的电压之间的差值非常大时接通主接触器，则瞬间有非常大的电流流过主接触器，因此主接触器可能受损。为了解决这个问题，专利文献1公开了一种预充电电路。该预充电电路是包括预充电电阻器和预充电接触器的串联电路，并且与主接触器并联连接。在接通主接触器之前，接通预充电接触器，因此通过来自电池的放电电流对平滑电容器进行预充电，并且电池与电负载之间的电压差值降低到可允许水平以下。
然而，常规的预充电电路具有如下缺点。第一个缺点是，当平滑电容器在短时间内被预充电非常大量的次数时，预充电电阻器的温度显著升高。预充电电阻器的过热可以使预充电电阻器本身以及外围电路部件的性能下降。第二个缺点是，通过预充电存储在平滑电容器中的电能不能用于给电池充电，而是被浪费了。
(专利文献1)韩国专利申请公开No.10-2015-0063951(2015年6月10日公开)
发明内容
技术问题
本公开被设计用于解决上述问题，因此，本公开旨在提供在电池与平滑电容器绝缘的状态下利用电池能量对平滑电容器进行预充电的电源电路、电池管理系统和电池组。
本公开还旨在提供在电池与平滑电容器绝缘的状态下使用平滑电容器的能量对电池进行充电的电源电路、电池管理系统和电池组。
本公开的这些和其它目的和优点可以根据以下描述来理解，并且将根据本公开的实施方式显而易见。另外，将容易理解，本公开的目的和优点可以是用所附权利要求中阐述的装置及其组合来实现的。
技术方案
根据本公开的一方面的一种用于在电池和平滑电容器之间进行能量传送的电源电路包括：变压器，该变压器包括第一绕组和与所述第一绕组磁耦合的第二绕组；第一开关电路，该第一开关电路包括与所述第一绕组串联连接的第一开关，其中，所述第一开关电路连同所述第一绕组与所述电池并联连接；第二开关电路，该第二开关电路包括与所述第二绕组串联连接的第二开关，其中，所述第二开关电路连同所述第二绕组与所述平滑电容器并联连接；以及开关控制器，该开关控制器被配置为独立地控制所述第一开关电路和所述第二开关电路中包括的每个开关。所述开关控制器被配置为在利用所述电池的能量对所述平滑电容器进行预充电的第一控制模式下，执行使所述第一开关导通并且使所述第二开关关断的第一操作，随后执行使所述第一开关关断并且使所述第二开关导通的第二操作。
所述第二绕组的匝数与所述第一绕组的匝数的比率可以大于0且等于或小于1。
所述开关控制器可以被配置为在利用所述平滑电容器的能量对所述电池进行充电的第二控制模式下，执行使所述第一开关关断并且使所述第二开关导通的第三操作，随后执行使所述第一开关导通并且使所述第二开关关断的第四操作。
所述变压器还包括与所述第一绕组串联连接的第三绕组。所述第三绕组可以与所述第二绕组磁耦合。
所述第一开关电路还可以包括：第三开关，该第三开关与所述第三绕组串联连接；以及第四开关，该第四开关与所述第三绕组和所述第三开关并联连接。
所述第二绕组的匝数与所述第三绕组的匝数的比率可以大于0且等于或小于1。
所述开关控制器可以在执行所述第一操作的同时，使所述第三开关关断并且使所述第四开关导通。所述开关控制器可以被配置为在执行所述第二操作的同时，使所述第三开关关断并且使所述第四开关关断。
所述开关控制器可以在执行所述第三操作的同时，使所述第三开关关断并且使所述第四开关关断。所述开关控制器可以被配置为在执行所述第四操作的同时，使所述第三开关导通并且使所述第四开关关断。
所述变压器还包括与所述第二绕组串联连接的第四绕组。所述第四绕组可以与所述第一绕组磁耦合。所述第二开关电路还可以包括：第五开关，该第五开关与所述第四绕组串联连接；以及第六开关，该第六开关与所述第四绕组和所述第五开关并联连接。
所述开关控制器可以被配置为在执行所述第一操作的同时，使所述第五开关关断并且使所述第六开关关断。所述开关控制器可以被配置为在执行所述第二操作的同时，使所述第五开关导通并且使所述第六开关关断。
所述开关控制器可以被配置为在执行所述第三操作的同时，使所述第五开关关断并且使所述第六开关导通。所述开关控制器可以被配置为在执行所述第四操作的同时，使所述第五开关关断并且使所述第六开关关断。
所述第一开关电路和所述第二开关电路中包括的每个开关都可以是场效应晶体管。
根据本公开的另一方面的一种电池管理系统包括所述电源电路。
根据本公开的又一方面的一种电池组包括所述电池管理系统。
有益效果
根据本公开的实施方式中的至少一个，能够在电池与平滑电容器之间绝缘的状态下利用电池能量对平滑电容器进行预充电。
另外，根据本公开的实施方式中的至少一个，能够在电池与平滑电容器之间绝缘的状态下利用平滑电容器的能量对电池进行充电。
本公开的效果不限于以上提到的效果，并且本领域的技术人员将从所附权利要求书中清楚地理解这些效果和其它效果。
附图说明
附图例示了本公开的优选实施方式，并且与以上对本公开的详细描述一起用于提供对本公开的技术方面的进一步理解，因此，本公开不应该被解释为限于附图。
图1是示例性示出根据本公开的实施方式的电气设备的配置的图。
图2是示例性示出根据本公开的实施方式的电源电路的配置的图。
图3和图4是在描述与图2的电源电路对平滑电容器进行预充电的第一控制模式相关的第一操作和第二操作时参考的图。
图5和图6是在描述与图2的电源电路对电池进行充电的第二控制模式相关的第三操作和第四操作时参考的图。
图7是示例性示出根据本公开的另一实施方式的电源电路的配置的图。
图8和图9是在描述与图7的电源电路对平滑电容器进行预充电的第一控制模式相关的第一操作和第二操作时参考的图。
图10和图11是在描述与图7的电源电路对电池进行充电的第二控制模式相关的第三操作和第四操作时参考的图。
图12是示例性示出根据本公开的又一实施方式的电源电路的配置的图。
图13和图14是在描述与图12的电源电路对平滑电容器进行预充电的第一控制模式相关的第一操作和第二操作时参考的图。
图15和图16是在描述与图12的电源电路对电池进行充电的第二控制模式相关的第三操作和第四操作时参考的图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细地描述本公开的优选实施方式。在进行描述之前，应该理解，在说明书和所附的权利要求中使用的术语或词语不应该被理解为限于一般的或字典的含义，而是应该以使得发明人能够定义适于最佳说明的术语的原理为基础基于与本公开的技术方面对应的含义和概念来解释。
因此，本文中描述的实施方式以及在附图中示出的例示仅仅是本公开的最优选的实施方式，而不旨在全部描述本公开的技术方面，所以应该理解，可在提交本申请时形成各种其它等同形式和修改形式。
另外，在描述本公开时，当认为对相关已知元件或功能的特定详细描述使本公开的关键主题模糊不清时，在本文中省略所述详细描述。
包括诸如“第一”、“第二”等这样的序数的术语被用于在各种元件中区分一个元件与另一个元件，但是并不旨在通过这些术语来限制这些元件。
除非上下文另外清楚地指示，否则应该理解，当在本说明书中使用术语“包括”或“包含”时，指明存在所述的元件，但是不排除存在或添加一个或更多个其它元件。另外，本文中使用的术语<控制单元>是指至少一个功能或操作的处理单元，并且这可以用硬件或软件单独或以组合方式来实现。
另外，在整个说明书中，还应该理解，当一个元件被称为与另一个元件“连接”时，该元件可直接与所述另一个元件连接，或者可存在中间元件。
图1是示例性示出根据本公开的实施方式的电气设备的配置的图。
参照图1，电气设备1包括主控制器2、电池组10和电负载40。例如，电气设备1可以是电动车辆，并且在这种情况下，主控制器2可以被称为车辆控制器。如下所述，马达控制器44和开关控制器500可以响应于来自主控制器2的命令而操作。马达控制器44、开关控制器500和主控制器2可以例如经由控制器局域网(CAN)彼此通信。马达控制器44和开关控制器500中的每一个可以响应于来自主控制器2的唤醒命令而启动。
电负载40被配置为从电池组10接收DC电力或者将DC电力供应到电池组10。电负载40可以包括平滑电容器41、逆变器(inverter)42、马达43和马达控制器44。平滑电容器41并联连接在电池组10的第一组端子P+和第二组端子P-之间，以抑制DC功率快速变化。逆变器42将从电池组10供应的DC电力转换成AC电力并且将AC电力供应到马达43。马达43使用从逆变器42供应的AC电力进行操作。
电池组10包括电池20、第一主接触器31和电池管理系统100。电池组10还可以包括第二主接触器32。
电池20包括至少一个电池单元21。每个电池单元21可以是例如锂离子电池20。当然，电池单元21的类型不限于锂离子电池20，并且包括可以被重复再充电的任何类型，而没有任何特别限制。当电池20包括多个电池单元21时，多个电池单元21可以串联或串并联连接。
第一主接触器31被安装在电池组10与电负载40之间的低电压线LL上。第二主接触器32被安装在电池组10与电负载40之间的高电压线HL上。第一主接触器31和第二主接触器32中的每一个可以是单稳态类型或双稳态类型。如所示出的，第一主接触器31的一端可以连接到电池20的负端子，并且第一主接触器31的另一端可以连接到电负载40。第二主接触器32的一端可以连接到电池20的正端子，并且第二主接触器32的另一端可以连接到电负载40。可以根据从电池管理系统100输出的开关信号，控制第一主接触器31和第二主接触器32中的每一个成为打开控制状态或关闭控制状态。
电池管理系统100可操作地联接到第一主接触器31、第二主接触器32和/或主控制器2。电池管理系统100包括电压测量单元110、电流测量单元120、温度测量单元130、控制单元140和电源电路200。
电压测量单元110被配置为测量电池20中所包括的每个电池单元21的端子电压。另外，电压测量单元110可以测量电池20的端子电压。电压测量单元110可以周期性或响应于来自控制单元140的请求，将指示电池20的端子电压和/或电池单元21的端子电压的电压信号发送到控制单元140。
电流测量单元120被安装在电池组10的高压线HL或低压线LL上，以测量流过电池20的电流。电流测量单元120可以周期性或响应于来自控制单元140的请求，将指示流过电池20的电流的电流信号发送到控制单元140。
温度测量单元130被配置为测量电池20的温度。温度测量单元130可以周期性或响应于来自控制单元140的请求，将指示电池20的温度的温度信号发送到控制单元140。
控制单元140可操作地联接到电压测量单元110、电流测量单元120、温度测量单元130和主控制器2。可以使用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器和执行其它工作的电气单元中的至少一个来物理地实现控制单元140。控制单元140可以在其中内置有存储装置，并且该存储装置可以包括例如RAM、ROM、寄存器、硬盘、光学记录介质或磁记录介质。存储装置可以存储、更新和/或擦除包括由开关控制器500执行的各种控制逻辑的程序和/或在执行控制逻辑时创建的数据。
控制单元140基于电压信号、电流信号和/或温度信号来监视每个电池单元21的状态(例如，充电状态、健康状态、过充电、过放电、过热等)。另外，控制单元140可以将指示每个电池单元21的受监视状态的通知信号发送到主控制器2。
控制单元140将操作开始信号从主控制器2发送到电源电路200。例如，当向下按下电气设备1的电力按钮时，主控制器2可以将操作开始信号发送到控制单元140。另外，控制单元140将操作停止信号从主控制器2发送到电源电路200。例如，当释放电气设备1的电力按钮时，主控制器2可以将操作停止信号发送到控制单元140。
电源电路200被配置为响应于操作开始信号而执行第一控制模式。电源电路200可以被配置为响应于操作停止信号而执行第二控制模式。下文中，将参照图2至图16更详细地描述根据本公开的实施方式的电源电路200。
图2是示例性示出根据本公开的实施方式的电源电路的配置的图，图3和图4是在描述与图2的电源电路对平滑电容器进行预充电的第一控制模式相关的第一操作和第二操作时参考的图，并且图5和图6是在描述与图2的电源电路对电池20进行充电的第二控制模式相关的第三操作和第四操作时参考的图。
参照图2，电源电路200包括变压器300、第一开关电路410、第二开关电路420和开关控制器500。
变压器300包括第一绕组310和第二绕组320。第二绕组320与第一绕组310磁耦合。当能量从第一绕组310传送到第二绕组320时，第一绕组310是初级绕组并且第二绕组320是次级绕组。相反，当能量从第二绕组320传送到第一绕组310时，第二绕组320是初级绕组并且第一绕组310是次级绕组。当第一绕组310的匝数为a时，第二绕组320的匝数可以为b。a：b＝1：N1，其中，N1可以大于0并且等于或小于1(例如，0.98)。
第一开关电路410包括第一开关S1。第一开关S1与第一绕组310串联连接。第一开关电路410与电池20并联连接。即，第一开关S1连同第一绕组310与电池20并联连接。当第一开关S1导通时，存储在电池20中的能量被传送到第一绕组310，或者存储在第一绕组310中的能量被传送到电池20。
第二开关电路420包括第二开关S2。第二开关S2与第二绕组320串联连接。第二开关电路420与平滑电容器41并联连接。即，第二开关S2连同第二绕组320与平滑电容器41并联连接。当第二开关S2导通时，存储在第二绕组320中的能量被传送到平滑电容器41，或者存储在平滑电容器41中的能量被传送到第二绕组320。
开关控制器500可操作地联接到电压测量单元110、电流测量单元120、第一主接触器31、第二主接触器32、第一开关电路410和第二开关电路420中所包括的每个开关和/或主控制器2。以与控制单元140相同的方式，可以使用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器和执行其它功能的电气单元中的至少一个来物理地实现开关控制器500。
开关控制器500被配置为独立地控制第一主接触器31、第二主接触器32以及第一开关电路410和第二开关电路420中所包括的每个开关。
在响应于操作开始信号使第一主接触器31接通并且使第二主接触器32断开的状态下，开关控制器500进入第一控制模式。第一控制模式是使用电池20的能量对平滑电容器41进行预充电的模式。当第一控制模式结束时(即，当平滑电容器41被预充电时)，开关控制器500接通第二主接触器32。
在响应于操作停止信号使第一主接触器31和第二主接触器32中的至少一个关闭之后，开关控制器500进入第二控制模式。第二控制模式是使用平滑电容器41的能量对电池20进行充电的模式。
<第一控制模式>
在第一控制模式下，开关控制器500按顺序的次序执行第一操作和第二操作。参照图3，第一操作是使第一开关S1导通并且使第二开关S2关断的操作。当第一开关S1导通时，电池20的能量被传送到第一绕组310，而来自电池20的放电电流I1流过第一开关S1和第一绕组310。因此，从第一操作开始直到第二操作开始，能量积聚在第一绕组310中。参照图4，第二操作是使第一开关S1关断并且使第二开关S2导通的操作。当在通过第一操作在第一绕组310中积聚能量的状态下使第一开关S1关断并且使第二开关S2导通时，积聚在第一绕组310中的能量被传送到与第一绕组310磁耦合的第二绕组320。因此，在逐渐减小的电流I2流过第二开关S2、第二绕组320和平滑电容器41的同时，平滑电容器41被预充电。
第一开关S1和第二开关S2可以是在脉冲信号(例如，PWM信号)具有高状态(例如，3V)时导通而在脉冲信号(例如，PWM信号)具有低状态(例如，0V)时截止的场效应晶体管(FET)。在第一控制模式下，开关控制器500可以通过将预定占空比的第一脉冲信号输出到第一开关S1以及将相位与第一脉冲信号的相位相反的第二脉冲信号输出到第二开关S2来实现第一操作和第二操作。在第一控制模式下，第一开关S1的导通时段为第二开关S2的关断时段，并且第一开关S1的关断时段为第二开关S2的导通时段。第一操作和第二操作可以形成集合，该集合可以被重复预定次数。
<第二控制模式>
在第二控制模式下，开关控制器500按顺序的次序执行第三操作和第四操作。参照图5，第三操作是使第一开关S1关断并且使第二开关S2导通的操作。当第二开关S2导通时，平滑电容器41的能量被传送到第二绕组320，而来自平滑电容器41的放电电流I3流过第二开关S2和第二绕组320。从第三操作开始直到第四操作开始，能量积聚在第二绕组320中。
参照图6，第四操作是使第二开关S2关断并且使第一开关S1导通的操作。当在第二绕组320中积聚能量的状态下使第二开关S1关断并且使第一开关S1导通时，积聚在第二绕组320中的能量被传送到与第二绕组320磁耦合的第一绕组310。因此，在逐渐减小的电流I4流过第一开关S1、第一绕组310和电池20的同时，电池20被充电。
在第二控制模式下，开关控制器500可以通过将预定占空比的第三脉冲信号输出到第一开关S1以及将相位与第三脉冲信号的相位相反的第四脉冲信号输出到第二开关S2来实现第三操作和第四操作。在第二控制模式下，第一开关S1的导通时段为第二开关S2的关断时段，并且第一开关S1的关断时段为第二开关S2的导通时段。第三操作和第四操作可以形成集合，该集合可以被重复预定次数。
图7是示例性示出根据本公开的另一实施方式的电源电路的配置的图，图8和图9是在描述与图7的电源电路对平滑电容器进行预充电的第一控制模式相关的第一操作和第二操作时参考的图，并且图10和图11是在描述与图7的电源电路对电池20进行充电的第二控制模式相关的第三操作和第四操作时参考的图。
参照图7，电源电路200包括变压器300、第一开关电路410、第二开关电路420和开关控制器500。
变压器300包括第一绕组310、第二绕组320和第三绕组330。第三绕组330与第一绕组310串联连接。第二绕组320与第一绕组310和第三绕组330磁耦合。当能量从第一绕组310和第三绕组330中的至少一个传送到第二绕组320时，第一绕组310和第三绕组330是初级绕组，并且第二绕组320是次级绕组。相反，当能量从第二绕组320传送到第一绕组310和第三绕组330中的至少一个时，第二绕组320是初级绕组，并且第一绕组310和第三绕组330是次级绕组。第一绕组310的匝数可以为a时，并且第二绕组320的匝数可以为b。在这种情况下，a：b＝1：N1，其中，N1可以大于0并且等于或小于1(例如，0.98)。第三绕组330的匝数可以为c。在这种情况下，c：b＝1：N2，其中，N2可以大于0并且等于或小于1。
第一开关电路410包括第一开关S1、第三开关S3和第四开关S4。第一开关S1与第一绕组310串联连接。第三开关S3与第三绕组330串联连接。第四开关S4与第三绕组330和第三开关S3并联连接。第一开关电路410与电池20并联连接。
第二开关电路420包括第二开关S2。第二开关S2与第二绕组320串联连接。第二开关电路420与平滑电容器41并联连接。即，第二开关S2和第二绕组320一起与平滑电容器41并联连接。当第二开关S2导通时，存储在第二绕组320中的能量被传送到平滑电容器41，或者存储在平滑电容器41中的能量被传送到第二绕组320。
<第一控制模式>
在第一控制模式下，开关控制器500按顺序的次序执行第一操作和第二操作。参照图8，第一操作是使第一开关S1和第四开关S4导通并且使第二开关S2和第三开关S3关断的操作。当第一开关S1和第四开关S4导通时，电池20的能量被传送到第一绕组310，而来自电池20的放电电流I11流过第一开关S1、第四开关S4和第一绕组310。因此，从第一操作开始直到第二操作开始，能量积聚在第一绕组310中。
参照图9，第二操作是使第一开关S1、第三开关S3和第四开关S4关断并且使第二开关S2导通的操作。当第一开关S1、第三开关S3和第四开关S4关断而第二开关S2导通时，积聚在第一绕组310中的能量被传送到与第一绕组310磁耦合的第二绕组320。因此，在电流I12流过第二开关S2、第二绕组320和平滑电容器41的同时，平滑电容器41被预充电。
类似于第一开关S1，第三开关S3和第四开关S4可以是在脉冲信号具有高状态(例如，3V)时导通而在脉冲信号具有低状态(例如，0V)时截止的场效应晶体管。
在第一控制模式下，开关控制器500可以通过将预定占空比的第一脉冲信号输出到第一开关S1和第四开关S4以及将相位与第一脉冲信号的相位相反的第二脉冲信号输出到第二开关S2来实现第一操作和第二操作。在第一控制模式下，第三开关S3可以保持关断状态。在第一控制模式下，第一开关S1和第四开关S4的导通时段为第二开关S2的关断时段，并且第一开关S1和第四开关S4的关断时段为第二开关S2的导通时段。第一操作和第二操作可以形成集合，并且它们可以被重复预定次数。
<第二控制模式>
在第二控制模式下，开关控制器500按顺序的次序执行第三操作和第四操作。参照图10，第三操作是使第一开关S1、第三开关S3和第四开关S4关断并且使第二开关S2导通的操作。当第二开关S2导通时，平滑电容器41的能量被传送到第二绕组320，而来自平滑电容器41的放电电流I13流过第二开关S2和第二绕组320。因此，从第三操作开始直到第四操作开始，能量积聚在第二绕组320中。
参照图11，第四操作是使第二开关S1和第四开关S4关断并且使第一开关S1和第三开关S3导通的操作。当第二开关S1和第四开关S4关断而第一开关S1和第三开关S3导通时，积聚在第二绕组320中的能量被传送到与第二绕组320磁耦合的第一绕组310和第三绕组330。因此，在逐渐减小的电流I14流过第一开关S1、第三开关S3、第一绕组310以及第三绕组330和电池20的同时，电池20被充电。
在第二控制模式下，开关控制器500可以通过将预定占空比的第三脉冲信号输出到第一开关S1和第三开关S3以及将相位与第三脉冲信号的相位相反的第四脉冲信号输出到第二开关S2来实现第三操作和第四操作。在第二控制模式下，第四开关S4可以保持关断状态。在第二控制模式下，第一开关S1和第三开关S3的导通时段为第二开关S2的关断时段，并且第一开关S1和第三开关S3的关断时段为第二开关S2的导通时段。第三操作和第四操作可以形成集合，该集合可以被重复预定次数。
图12是示例性示出根据本公开的又一实施方式的电源电路的配置的图，图13和图14是在描述与图12的电源电路对平滑电容器进行预充电的第一控制模式相关的第一操作和第二操作时参考的图，并且图15和图16是在描述与图12的电源电路对电池20进行充电的第二控制模式相关的第三操作和第四操作时参考的图。
参照图12，电源电路200包括变压器300、第一开关电路410、第二开关电路420和开关控制器500。
变压器300包括第一绕组310、第二绕组320和第四绕组340。第四绕组340与第二绕组320串联连接。第二绕组320和第四绕组310与第一绕组310磁耦合。当能量从第一绕组310传送到第二绕组320和第四绕组340中的至少一个时，第一绕组310是初级绕组，并且第二绕组320和第四绕组340是次级绕组。相反，当能量从第二绕组320和第三绕组340中的至少一个传送到第一绕组310时，第二绕组320和第三绕组340是初级绕组，并且第一绕组310是次级绕组。第一绕组310的匝数为a，第二绕组320的匝数为b，并且第四绕组340的匝数为d。在这种情况下，a：(b+d)＝1:N3，其中，N3可以大于0并且等于或小于1。
第一开关电路410包括第一开关S1。第一开关S1与第一绕组310串联连接。第一开关电路410与电池20并联连接。即，第一开关S1和第一绕组310一起与电池20并联连接。当第一开关S1导通时，存储在电池20中的能量被传送到第一绕组310，或者存储在第一绕组310中的能量被传送到电池20。
第二开关电路420包括第二开关S2、第五开关S5和第六开关S6。第二开关S2与第二绕组320串联连接。第五开关S5与第四绕组340串联连接。第六开关S6与第四绕组340和第五开关S5并联连接。第二开关电路420与平滑电容器41并联连接。即，第二开关S2、第五开关S5和第六开关S6和第二绕组320一起与平滑电容器41并联连接。
<第一控制模式>
在第一控制模式下，开关控制器500按顺序的次序执行第一操作和第二操作。参照图13，第一操作是使第一开关S1导通并且使第二开关S2、第五开关S5和第六开关S6关断的操作。当第一开关S1导通时，电池20的能量被传送到第一绕组310，而来自电池20的放电电流I21流过第一开关S1和第一绕组310。因此，从第一操作开始直到第二操作开始，能量积聚在第一绕组310中。
参照图14，第二操作是使第一开关S1和第六开关S6关断并且使第二开关S2和第五开关S5导通的操作。当第一开关S1和第六开关S6关断而第二开关S1和第五开关S5导通时，积聚在第一绕组310中的能量被传送到与第一绕组310磁耦合的第二绕组320和第四绕组340。因此，在电流I22流过第二开关S2、第五开关S5、第二绕组320、第四绕组340和平滑电容器41的同时，平滑电容器41被预充电。
以与第一开关S1相同的方式，第五开关S5和第六开关S6可以是在脉冲信号具有高状态(例如，3V)时导通而在脉冲信号具有低状态(例如，0V)时截止的场效应晶体管。在第一控制模式下，开关控制器500可以通过将预定占空比的第一脉冲信号输出到第一开关S1以及将相位与第一脉冲信号的相位相反的第二脉冲信号输出到第二开关S2和第五开关S5来实现第一操作和第二操作。在第一控制模式下，第六开关S6可以保持关断状态。在第一控制模式下，第一开关S1的导通时段为第二开关S2和第五开关S5的关断时段，并且第一开关S1的关断时段为第二开关S2和第五开关S5的导通时段。第一操作和第二操作可以形成集合，该集合可以被重复预定次数。
<第二控制模式>
在第二控制模式下，开关控制器500可以按顺序的次序执行第三操作和第四操作。参照图15，第三操作是使第一开关S1和第五开关S5关断并且使第二开关S2和第五开关S5导通的操作。当第二开关S2和第六开关S6导通时，平滑电容器41的能量被传送到第二绕组320，而来自平滑电容器41的放电电流I23流过第二开关S2、第六开关S6和第二绕组320。因此，从第三操作开始直到第四操作开始，能量积聚在第二绕组320中。
参照图16，第四操作是使第二开关S2、第五开关S5和第六开关S4关断并且使第一开关S1导通的操作。当第二开关S2、第五开关S5和第六开关S6关断而第一开关S1导通时，积聚在第二绕组320中的能量被传送到与第二绕组320磁耦合的第一绕组310。因此，在电流I24流过第一开关S1、第一绕组310和电池20的同时，电池20被充电。
在第二控制模式下，开关控制器500可以通过将预定占空比的第三脉冲信号输出到第一开关S1以及将相位与第三脉冲信号的相位相反的第四脉冲信号输出到第二开关S2和第六开关S6来实现第三操作和第四操作。在第二控制模式下，第五开关S5可以保持关断状态。在第二控制模式下，第一开关S1的导通时段为第二开关S2和第六开关S6的关断时段，并且第一开关S1的关断时段为第二开关S2和第六开关S6的导通时段。第三操作和第四操作可以形成集合，该集合可以被重复预定次数。
控制单元140可以取代以上参照图2至图16描述的开关控制器500的功能，并且在这种情况下，电源电路200可以包括控制单元140来取代开关控制器500。
在第一控制模式和第二控制模式下，控制单元140可以基于电流传感器120测得的电流来估计电池20的充电状态。因此，即使电流没有流过组端子P+、P-，也能够估计在能量从电池20和平滑电容器41中的一个传送到另一个的同时因流过电池20的电流I1、I2、I3、I4、I11、I12、I13、I14、I21、I22、I23、I24而改变的电池20的充电状态。
以上描述的本公开的实施方式不仅仅通过设备和方法来实现，并且可以通过执行与本公开的实施方式的配置对应的功能的程序或者在其上记录有这些程序的记录介质来实现，并且本领域的技术人员根据前述实施方式的公开可以容易地实现该实现方式。
虽然上文中已针对有限数量的实施方式和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，并且对于本领域技术人员显而易见的是，可以在本公开的技术方面和所附的权利要求的等同范围内对本公开进行各种修改和改变。
另外，因为本领域的技术人员可以在不脱离本公开的技术方面的情况下，对上文中描述的本公开进行许多替换、修改和改变，所以本公开不限于上述实施方式和附图，并且实施方式中的部分或全部可以被选择性组合，以允许进行各种修改。
<对附图标记的描述>
1：电气设备
10：电池组
20：电池
31：第一主接触器
32：第二主接触器
40：电负载
100：电池管理系统
200：电源电路
300：变压器
410：第一开关电路
420：第二开关电路
500：开关控制器

Claims (12)

1.一种用于在电池和平滑电容器之间进行能量传送的电源电路，该电源电路包括：
变压器，该变压器包括第一绕组和与所述第一绕组磁耦合的第二绕组；
第一开关电路，该第一开关电路包括与所述第一绕组串联连接的第一开关，其中，所述第一开关电路连同所述第一绕组与所述电池并联连接；
第二开关电路，该第二开关电路包括与所述第二绕组串联连接的第二开关，其中，所述第二开关电路连同所述第二绕组与所述平滑电容器并联连接；以及
开关控制器，该开关控制器被配置为独立地控制所述第一开关电路和所述第二开关电路中包括的每个开关，
其中，所述开关控制器被配置为在利用所述电池的能量对所述平滑电容器进行预充电的第一控制模式下，执行使所述第一开关导通并且使所述第二开关关断的第一操作，随后执行使所述第一开关关断并且使所述第二开关导通的第二操作，
其中，所述开关控制器被配置为在利用所述平滑电容器的能量对所述电池进行充电的第二控制模式下，执行使所述第一开关关断并且使所述第二开关导通的第三操作，随后执行使所述第一开关导通并且使所述第二开关关断的第四操作，
其中，所述变压器还包括与所述第二绕组磁耦合的第三绕组，其中，所述第三绕组与所述第一绕组串联连接，并且
所述第一开关电路还包括：
第三开关，该第三开关与所述第三绕组串联连接；以及
第四开关，该第四开关与所述第三绕组和所述第三开关并联连接。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其中，所述第二绕组的匝数与所述第一绕组的匝数的比率大于0且等于或小于1。
3.根据权利要求1所述的电源电路，其中，所述第二绕组的匝数与所述第三绕组的匝数的比率大于0且等于或小于1。
4.根据权利要求1所述的电源电路，其中，所述开关控制器被配置为：
在执行所述第一操作的同时，使所述第三开关关断并且使所述第四开关导通，以及
在执行所述第二操作的同时，使所述第三开关关断并且使所述第四开关关断。
5.根据权利要求1所述的电源电路，其中，所述开关控制器被配置为：
在执行所述第三操作的同时，使所述第三开关关断并且使所述第四开关关断，以及
在执行所述第四操作的同时，使所述第三开关导通并且使所述第四开关关断。
6.一种用于在电池和平滑电容器之间进行能量传送的电源电路，该电源电路包括：
变压器，该变压器包括第一绕组和与所述第一绕组磁耦合的第二绕组；
第一开关电路，该第一开关电路包括与所述第一绕组串联连接的第一开关，其中，所述第一开关电路连同所述第一绕组与所述电池并联连接；
第二开关电路，该第二开关电路包括与所述第二绕组串联连接的第二开关，其中，所述第二开关电路连同所述第二绕组与所述平滑电容器并联连接；以及
开关控制器，该开关控制器被配置为独立地控制所述第一开关电路和所述第二开关电路中包括的每个开关，
其中，所述开关控制器被配置为在利用所述电池的能量对所述平滑电容器进行预充电的第一控制模式下，执行使所述第一开关导通并且使所述第二开关关断的第一操作，随后执行使所述第一开关关断并且使所述第二开关导通的第二操作，
其中，所述开关控制器被配置为在利用所述平滑电容器的能量对所述电池进行充电的第二控制模式下，执行使所述第一开关关断并且使所述第二开关导通的第三操作，随后执行使所述第一开关导通并且使所述第二开关关断的第四操作，
其中，所述变压器还包括与所述第一绕组磁耦合的第四绕组，其中，所述第四绕组与所述第二绕组串联连接，并且
所述第二开关电路还包括：
第五开关，该第五开关与所述第四绕组串联连接；以及
第六开关，该第六开关与所述第四绕组和所述第五开关并联连接。
7.根据权利要求6所述的电源电路，其中，所述第二绕组和所述第四绕组的匝数之和与所述第一绕组的匝数的比率大于0且等于或小于1。
8.根据权利要求6所述的电源电路，其中，所述开关控制器被配置为：
在执行所述第一操作的同时，使所述第五开关关断并且使所述第六开关关断，以及
在执行所述第二操作的同时，使所述第五开关导通并且使所述第六开关关断。
9.根据权利要求6所述的电源电路，其中，所述开关控制器被配置为：
在执行所述第三操作的同时，使所述第五开关关断并且使所述第六开关导通，以及
在执行所述第四操作的同时，使所述第五开关关断并且使所述第六开关关断。
10.根据权利要求1或6所述的电源电路，其中，所述第一开关电路和所述第二开关电路中包括的每个开关都是场效应晶体管。
11.一种电池管理系统，该电池管理系统包括根据权利要求1至10中任一项所述的电源电路。
12.一种电池组，该电池组包括根据权利要求11所述的电池管理系统。
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