开放标准/多功能交流电池/电气规格
本章描述了多功能交流电池组的电气要求和定义。
电气设计必须满足以下要求
- 在小电压跳变和高输出电压之间取得良好的折衷
- 在 15µs 内可能发生断线时的安全状态
- 无需变压器直接从电源充电
- 能够进行快速和精细控制
- 支持内部和外部电池管理
- 支持不同的电流等级
- 能够生成 1000Hz、1000Vpeak 的交流电
交流电池组通过控制单元（例如微控制器）进行控制。它发出命令，指示要打开多少个电池。为了获得输出电压或容量，可以将电池组串联连接。一种滚动机制将确保所有电池组以相同的方式使用。
有两种信号：一种进入每个电池组，另一种通过所有电池组循环。
"触发"和"命令"信号被馈送到所有交流电池组，并控制所需输出电压的上升和下降。事实上，这些命令会逐步增加或减少输出电压。如果缺少"触发"信号，电池将被切换到三态，阻止电流流动。
"标记"和"(Tx-)数据"信号通过所有交流电池组循环。"标记"信号用于区分下次要打开或关闭哪个电池。"数据"信号携带串行协议。通过它，控制单元将有关实际平均电流的信息通知电池组。此外，控制单元还将收到有关所有电池状态、使用的电池组、温度、最大允许电流等信息。
输出电压应尽可能精细地调节，但能够直接从电源充电。因此，可切换的电压步长应固定为 7V +/- 1V。控制单元必须处理 6V...8V 范围内的步进电压。交流电池应直接从 120V 电源充电。必须考虑 5% 的电压过冲，导致峰值电压为 178V。因此，交流电池组的放电电压应至少为 178V。（例如：放电电压为 6V 的电池组需要 30 个切换电池。在额定电压为 7.2V（2 个锂电池）的情况下，额定电池电压最大为 216V。）
预期的控制速度为 1MHz（触发和命令信号），因此可以实现至少 6V/us 的电压斜率。
由于电池组工作在浮动电平上，因此通信必须进行电气隔离（至少 3000V）。可以预见，光耦合器可以用作输入。它们必须能够以以下参数工作
- 最小电压：2.5V
- 最大电压：3.3V
- 最大电流：10mA
GND_All 由控制单元提供。GND_Last 由控制单元（对于一行中的第一个电池组）或前一个电池组提供。每个交流电池组都以适当的"GND_Next"输出其"标记"和"数据输出"信号。为了以 1MHz 的速度控制 1..10 个串联的交流电池组，标记_in 和标记_out 之间的延迟不得超过 100ns。
通过这些信号，电池组中的控制单元可以打开和关闭电池、做出反应并报告状态。建议该控制单元由一个用于控制和短路检测的快速逻辑电路和一个用于电池管理和监控的小型微控制器组成。
触发和命令信号线用于通过两种斜率调制来传输五个命令
- 空闲：没有收到触发信号超过 14us。这可能是启动条件，也用于快速切换到三态。控制头将在触发再次开始之前发出"标记"信号，所有电池都不应发出。因此，定义了打开电池的起点。切换的电池被设置为三态。（寄生二极管仍然存在。）
- 正向上升：从三态或全关状态开始，每个"正向上升"信号都会打开一个额外的电池。极性开关（或全桥）被设置为正极性。
- 负向上升：从三态或全关状态开始，每个"负向上升"信号都会打开一个额外的电池。极性开关（或全桥）被设置为负极性。
- 空闲：没有任何变化。这用于保持设定电压并触发超时机制。
- 下降：从三态开始，所有尚未切换的电池都将设置为旁路（关闭）。否则，一个电池将被切换到旁路（关闭）。
在空闲状态下，所有电池组的所有开关都处于三态，因此是安全的。为了开始操作，控制头应发出一个"标记"信号，并在 100ms 后发出一个"空闲"信号来唤醒电池组。紧挨着控制头的切换电池将存储此"标记"信息。
我们假设是动态充电，意味着我们立即与电源电压同步。
发送一个"正向上升"信号，在第一个交流电池组中，内部第一个电池被打开。下一个切换电池的"标记"信号被设置为高电平，以准备打开下一个电池。
再次发送一个"正向上升"信号，在第一个交流电池组中，内部第二个电池被打开。"标记"信号被设置为高电平，用于第三个切换电池。使用第三个"正向上升"信号打开第三个电池。
如果输出电压达到所需电平，我们发送一个"下降"信号。现在，所有仍处于三态的电池都将切换到"主动关闭"状态，电流可以开始流动。根据命令，第一个电池被关闭。"最后关闭"标记保留在第一个电池中。
现在我们可以"播放"了
"正向上升"信号会将输出电压提高一个步长，最右边的"标记"信号会被转发。
"下降"信号会将输出电压降低一个步长。第二个电池获得新的"最后关闭标记"，第一个"标记"信号被清除。条件：标记已被设置，并且第二个"下降"命令已经发出。"负向上升"信号也会降低输出电压，只要没有关闭所有（可见）电池。因此，可以避免通过简单的错误将正电压变为负电压。（跳跃保护）
另一个"正向上升"信号打开下一个未使用的电池。来自最后一个电池的"我已打开"标记将通过控制单元馈送到第一个切换电池。
另一个"下降"信号关闭第三个电池（条件：标记_in 关闭，并且电池已打开）。上下步进会以"毛毛虫式"方式旋转使用的电池，因此所有电池在统计上都会看到相同的负载。多个"下降"命令会依次关闭所有电池。
但是，要注意不要发出过多的"下降"命令。在这种情况下，"最后关闭"标记会丢失，下一个"上升"命令将被忽略。如果发生这种情况，控制单元必须设置其标记以重新启动链。
只要标记还在，已打开单元的“链”从标记所在的位置开始。
如果链的末端已到达，则“打开”标记会通过控制单元传递到第一个单元，下一个单元将打开。
参见章节：开放标准/多功能交流电池/逻辑实现示例
Simulink 演示（120V 正弦波发生器）可应要求提供：请邮件至：[email protected]