[實用新型]分層架構式電池管理系統

有效

• 申請號: 200820119498.3
• 申請日: 2008-08-13
• 公開（公告）號: CN201282174Y
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 舒英豪;王奉垣;李青銓;馬蓬銘
• 申請（專利權）人: 銓陽能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M10/48;H01M6/50;H02J7/00;G01R31/36;G06Q10/00;G06Q90/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人: 曾旻輝;胡 杰

技術領域

本實用新型是關于一種分層架構式電池管理系統。

背景技術

目前的電動車的電池使用，常常使用數字溝通接口，做為電動車電力系統中充、放電的控管，并監控電池的殘電量及其它工作狀況。但在電動車輛發展的過程中，電池容量及電池功率的逐漸提升，在最佳電池容量組合的考慮下，多串、并電池組的使用，成為電動車電力系統發展的必然趨勢，而多串、并電池組中的更換維護，也成為數字監控系統必須考慮的項目之一。

現今使用電池做為電力主系統、或備援系統的電子、電機設備，多數都已采用數字通訊接口監控電池的狀態，經由這樣的數字通訊接口，不但可以使電力使用端的電子、電機設備估算電池殘留電力，也可在電池異常時發出適當的警示，避免電池異常后可能造成的危險；由于以往常用的大型電池組多是使用鉛酸電池，這是因為以往鋰系電池(Lithium?Based?Battery)具有一定的危險性，使用于大型電池時的爆炸、起火的風險難以接受，更是由于鉛酸電池具有價格低廉，維護容易的好處；在這樣的鉛酸電池系統中，由于鉛酸電池對于過電壓、低電壓的耐受性高，而且可以借著電解水及發熱的方式，解決輕微過充電的問題，在鉛酸電力電池的系統中，電池監控系統多著重于電池容量的監控，而沒有電池電壓平衡、或是單顆電池電壓監控的需求，因此可以使用簡單的數字接口與使用端的電子、電機設備溝通；但是隨著電動車及鋰鐵電池(LiFePO4battery)的發展，電池監控系統所需要的功能不再只是電池容量的監控。在電動車的使用中，電池重量是電能效率重要的因素之一，如何減輕電池重量，以增加有效的載重能力，或是有效的提升續航力，成為電動車發展重要的關鍵因素之一；但是鋰鐵電池或是改良的鋰錳電池(Li-Mn?battery)，雖然在安全性及工作溫度上，合乎電動車或大型電力系統的需求，但是由于鋰鐵電池、或鋰錳電池的低內阻及充電高效率，使得這些安全的鋰系電池對仍然需要過電壓、低電壓的保護，以確保它們的使用壽命；由于是大型的電力系統，更由于鋰系電池芯本身的經濟容量，大型電池系統中往往需要數十個到數千顆電池芯，以串、并聯的方式達到所需要的工作電壓及電池組容量。這樣的電池組中，除了電池芯串接所形成的電壓差之外，監控每一顆電池電壓的需求，勢必要以電池模塊化的方式完成；以往常見的電池保護模塊，由于電池芯的數量有限，以傳統的標準工業接口(IEEE485/IEEE488)，或是常用于汽車電子系統的區域互連網絡(CAN?2.0B)，都可達成監控及溝通的需求。

請參閱圖1，為現有直接串接的數字接口架構圖，具有隔離電路的直接串接數字接口，解決了工作參考電壓不同的問題，直接串接的數字接口，也使得電池得以模塊化的管理及維護，但由于應用于大電力電池組，在圖中顯示的是108組使用時，電池狀態的數據傳輸，即使啟用較高速的傳輸模式，仍需耗時1.53秒(由圖中可知，其傳輸速率為19200bps，而每筆八位數據需求11位的時間，其下傳命令由4個八位構成，另外電池監控保護模塊最大響應延遲時間為5ms，因此整個電池組所需之互相溝通時間為(11*(4+12)/19200+0.005)*108＝1.53秒)，這對于可能完全依賴電力運作的電動車，或大型備援電力系統(UPS)，需要實時監控電池狀態的電子、電機系統造成運作可靠性上的問題。

而先前與電池管理相關的數字接口專利，在數字信息整合接口中，無論是使用適用于控制網絡連接(Network?Connection)，或星狀連接(StarConnect?ion)的單線式(One-Wire，Maxim/HDQ?Bus，Ti)、或雙線式(SmartManagement?Bus，Intel/CAN-Bus，Controller?Area?Network)傳輸接口，多采用單一電池管理模塊做為決策的核心，或是利用并接網絡做為彼此相互溝通，作為各個電池模塊自行決策的依據。

因此，由上述可知，其現有的大電力電池的使用及管理，通常會有下列問題產生：

1、在大電力電池組中，除了高電壓及大容量會造成人員作業上的危險，更由于大電力電池的價格及重量，必需做適當的電池切割，以降低一般維護的成本。