動力電池加熱器控制的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及用于控制動力電池加熱器和混合電動交通工具中的高電壓側應用的加熱器的結構和方法。
【背景技術】
[0002]—些混合或電動交通工具需要熱量以便將高電壓電池保持在它們的操作范圍中。

【發(fā)明內容】

[0003]描述了交通工具高電壓側加熱器系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)的示例可包含輸入來自低電壓側的已調制的控制信號的控制器以及高電壓側加熱器。加熱器可被電耦合到控制器并且被來自控制器的已調制的控制信號控制以將高電壓連接至高電壓側加熱器。在示例中，控制器與高電壓側電源隔離。
[0004]在示例中，控制器包括電源、控制邏輯電路和驅動器，其全部電耦合以響應于在低電壓側的已調制的輸入信號以提供已調制的控制信號。
[0005]在示例中，已調制的控制信號是脈沖寬度調制信號。
[0006]在示例中，低電壓側處于12伏特。
[0007]在示例中，高電壓側大于100伏特并包含動力電池。
[0008]在示例中，高電壓側加熱器基于已調制的控制信號被有選擇地連接至高電壓。
[0009]在示例中，控制器包含靜電放電電路，靜電放電電路接收來自交通工具電路的請求高電壓側加熱器的操作的輸入信號。
[0010]在示例中，控制器包含電磁干擾限制電路，其被電連接至靜電放電電路。
[0011 ] 在示例中，控制器包含低壓差穩(wěn)壓器，其被連接至電磁干擾限制電路并配置為輸出變壓器驅動信號。
[0012]在示例中，控制器包含變壓器電路，其接收變壓器驅動信號并被配置為輸出高電壓側開關控制信號。
[0013]在示例中，控制器包含功率晶體管，其被高電壓側開關控制信號控制以有選擇地將高電壓側加熱器連接至高電壓側電源。
[0014]描述了各種方法，以及一些示例性方法可與本文所述的結構一起使用?？刂平煌üぞ咧械母唠妷簜燃訜崞鞯姆椒砂诘碗妷簜壬辖邮找颜{制的控制信號，并在低電壓側上對已調制的控制信號進行濾波。方法可還包含基于在低電壓側上被濾波的已調制的控制信號輸出驅動器控制信號。方法可還包含基于在低電壓側上的驅動器控制信號驅動變壓器，并基于來自變壓器的信號在接通和關斷狀態(tài)之間切換高電壓加熱器。
[0015]在示例中，低電壓側上的步驟都不直接連接至低電壓電源。
[0016]在示例中，濾波包含限制已調制的控制信號中的靜電電壓和電磁干擾瞬變。
[0017]在示例中，輸出驅動器控制信號包含基于已濾波的已調制的信號、閾值調整信號、復位延遲信號和感測輸入信號輸出感測信號和復位信號。
[0018]在示例中，輸出驅動器控制信號包含將感測信號和復位信號應用于邏輯電路以當高電壓加熱器將被關斷時產生是“接通”的驅動器控制信號和當高電壓加熱器將被接通時產生是“關斷”的驅動器控制信號。
[0019]在示例中，輸出驅動器控制信號包括使用復位延遲信號用于欠壓鎖定以通過阻止高電壓側開關處于其線性操作區(qū)域來保護高電壓側開關執(zhí)行在接通狀態(tài)和關斷狀態(tài)之間切換高電壓加熱器。
[0020]在示例中，輸出驅動器控制信號包括將滯后應用于感測輸入信號的狀態(tài)以減少噪聲和紋波對已調制的控制信號的影響。
【附圖說明】
[0021]圖1是根據(jù)實施方式的用于高電壓側加熱的控制結構的示意圖。
[0022]圖2是根據(jù)實施方式的用于高電壓側加熱的控制結構的示意圖。
[0023]圖3是根據(jù)實施方式的用于高電壓側加熱的控制結構的示意圖。
[0024]圖4是根據(jù)實施方式的用于控制高電壓側加熱的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]根據(jù)需要，本文公開了本發(fā)明的【具體實施方式】；然而，應理解，所公開的實施方式對本發(fā)明僅僅是示例性的，本發(fā)明可以多種的和可選擇的形式來體現(xiàn)。附圖未必按比例繪制；一些特征可能被放大或縮小以顯示特定組件的細節(jié)。因此，本文公開的特定的結構細節(jié)和功能細節(jié)不應被理解為限制性的，而是僅僅作為用于教導本領域技術人員以各種方式實施本發(fā)明的代表性基礎。
[0026]圖1示出了交通工具100的示意圖，交通工具100具有低電壓側和高電壓(HV)偵牝這在混合電動交通工具或電動交通工具中是常見的。低電壓(LV)側是在交通工具中找到的典型交通工具電氣系統(tǒng)。低電壓側包含電池102和用于為電池充電的交流發(fā)電機。低電壓側在通常小于20伏特的電壓操作。針對低側電壓的現(xiàn)行標準是12伏特。可將低電壓側與高電壓側電氣隔離。高電壓側還包含電池或電池組104。然而，高電壓側用于推動交通工具100 (這需要超過100伏特的更高的電壓)，并在一些應用中，其在高于200伏特的電壓操作。有時，需要加熱電池組104或在高電壓側上的其他組件。在高電壓(HV)側上提供加熱器106，以便為電池組104提供熱量。在一些應用中，電池104必須處于特定溫度下，以便接受或產生電荷。因此，在一些寒冷天氣中，必須加熱電池104。HV側加熱器106被連接至HV電池組104，并被來自LV側控制器電路108的信號控制?？刂破麟娐?08位于LV側，并被LV電池102或其他LV側電源供電?？刂破麟娐?08產生脈沖寬度調制信號，其是控制并驅動對HV加熱器的操作進行控制的開關的唯一信號。在示例中，控制器電路接收脈沖寬度調制信號并輸出控制信號以控制HV側加熱器106，而不需要進一步連接到LV側電源以控制HV側加熱器106的操作。因此，HV加熱器106機械地位于HV側，但被來自LV側的控制信號電控制。控制器電路可包含固態(tài)繼電器以將其LV側組件與HV側電源電位隔離。
[0027]圖2示出了用于高電壓側加熱的控制結構的示意圖200。電源和控制電路202被連接到低電壓側電路，并接收用于驅動HV側加熱器的已調制的信號。該信號可以是脈沖寬度調制(PWM)信號，其被設置用于高電壓側加熱器的高電壓側驅動(HSD)。一經(jīng)確定HV電池(例如圖1的電池104)必須被加熱，則由交通工具電路產生該信號。電路202接收已調制的信號并向驅動器電路204輸出信號。電路202可包含MOSFET，以便切換被應用至驅動器電路204的信號。在示例中，電路202還可包含邏輯門，以便切換被應用至驅動器電路204的信號。電路202還可包含靜電放電電路(例如連接在輸入線和接地端之間的電容器以及以在輸入信號的關斷狀態(tài)期間耗盡任何這樣的電容器的電阻器)。電路202可包含沿著輸入信號線的電磁干擾保護電路，以在交通工具中的實現(xiàn)期間通過限制輸入線中的峰值電流來提供改進的EMI抗干擾性。電路202還可包含電壓穩(wěn)壓器集成電路以使將要應用于邏輯門或MOSFET的信號平穩(wěn)。比較器也可以是電路202的一部分，以確定和輸出復位信號和比較器輸出信號。復位閾值可以是系統(tǒng)的設定值，并可在外部對其編程。諸如NAND門或其等價物的邏輯電路可接收復位信號和比較器輸出信號，且當這兩個信號均為低時，邏輯電路可向驅動器電路204輸出使能信號。在示例中，驅動器電路204可包含固態(tài)組件并運行以將LV側組件與HV側電源電隔離。
[0028]驅動器電路204可包含驅動器電路以產生應用于變壓器的信號。驅動器電路可向變壓器或雙初級線圈配置中的兩個線圈的每一個輸出200KHZ的信號。變壓器可以提高從初級輸入到次級輸出的功率。變壓器可以是雙初級線圈帶單個次級線圈，以能夠以接近50%的占空比運行，并且與單個初級線圈相比能在較低的電壓運行。這種變壓器可以以推挽操作來運行，其中兩個初級線圈彼此相反運行。被應用于開關206之前，還可以調節(jié)次級輸出，開關206將高側電壓應用于加熱器208。變壓器可還運行以將低電壓側組件與高電壓側電源隔離。
[0029]在圖2的示例中，開關206為功率M0SFET，當其接收來自驅動器電路204的導通信號時將加熱器208的負端子連接到高電壓側的負端子。加熱器208的正端子被連接至高電壓側的正端子。飛輪二極管210放置于加熱器208的兩端，以便阻止HV高電壓端子的反EMF，并保護開關206免受諸如來自反激(flyback)的損害，反激為當電源被關斷時在電感負荷兩端看到的突然電壓峰值。在此示例中，從來自LV側的已調制的信號得出控制開關206的信號，且該信號不需要來自低電壓電源或高電壓電源的額外的功率。
[0030]圖3示出了用于高電壓側加熱的控制結構300的另一個視圖。將HV側加熱器控制信號301提供給低電壓側上的輸入濾波器303。在示例中，控制信號301可以是10-400HZ的脈寬調制信號。輸入濾波器303運行以降低靜電放電和電磁干擾的影響。開關305連接到輸入濾波器303，并基于來自輸入濾波器的信號，開關305輸出控制信號。在不例中，開關是MOSFET。在另一個示例中，開關305可以是低壓差穩(wěn)壓器，其接收來自輸入濾波器的輸入信號以及復位延遲信號、感測輸入和復位閾值調整信號。使用這些輸入，穩(wěn)壓器可輸出復位輸出信號和感測輸出信號，其可被提供到邏輯電路。邏輯電路向驅動器電路307輸出切換的數(shù)字信號。驅動器電路307接收數(shù)字信號并驅動輸出信號到變壓器309的初級側。變壓器309運行以產生應用于HV側開關311的開關控制信號。HV開關可以是功率M0SFET，其能夠處理諸如大于100伏特、大于200伏特或大于400伏特等的HV側電壓。在示例中，開關311將HV負端子連接至HV側加熱器313。HV側加熱器313也被連接至HV正端子。在運行中，控制信號301的占空比通過本文所述的連接為HV側開關供電，并設置用于加熱器313的占空比。
[0031]圖4示出了根據(jù)示例的用于控制高電壓側加熱器的方法。在401，通過其各種探測器、處理器和控制算法，交通工具決定有必要加熱高電壓側上的組件。例如，特定類型的動力電池在特定的溫度范圍或只在特定溫度范圍之內最佳運行。因此，在