分层架构式电池管理系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种分层架构式电池管理系统，其主要由电池监控保护模块、分层管理模块及沟通暨决策模块所组成；该电池监控保护模块直接与电池相介接，而分层管理模块则与电池监控保护模块及沟通暨决策模块相介接，另外该沟通暨决策模块与电力系统或电力使用端电子、电机设备相互连接，而本实用新型专利技术是在于利用通用电池管理的数字传输接口，并利用直流电位隔离组件所建构的上传及下传电路，通过分层管理模块的数据筛选，以及终端控制模块所建构成的分层式管理架构，来筛选并快速传递少而有用的数据，以适应大型电池组实时管理的需求。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是关于一种分层架构式电池管理系统。
技术介绍
目前的电动车的电池使用，常常使用数字沟通接口，做为电动车电力系统 中充、放电的控管，并监控电池的残电量及其它工作状况。但在电动车辆发展 的过程中，电池容量及电池功率的逐渐提升，在最佳电池容量组合的考虑下， 多串、并电池组的使用，成为电动车电力系统发展的必然趋势，而多串、并电 池组中的更换维护，也成为数字监控系统必须考虑的项目之一。现今使用电池做为电力主系统、或备援系统的电子、电机设备，多数都已 采用数字通讯接口监控电池的状态，经由这样的数字通讯接口，不但可以使电 力使用端的电子、电机设备估算电池残留电力，也可在电池异常时发出适当的 警示，避免电池异常后可能造成的危险；由于以往常用的大型电池组多是使用 铅酸电池，这是因为以往锂系电池(Lithium Based Battery)具有一定的危险 性，使用于大型电池时的爆炸、起火的风险难以接受，更是由于铅酸电池具有 价格低廉，维护容易的好处；在这样的铅酸电池系统中，由于铅酸电池对于过 电压、低电压的耐受性高，而且可以借着电解水及发热的方式，解决轻微过充 电的问题，在铅酸电力电池的系统中，电池监控系统多着重于电池容量的监控， 而没有电池电压平衡、或是单颗电池电压监控的需求，因此可以使用简单的数 字接口与使用端的电子、电机设备沟通；但是随着电动车及锂铁电池(LiFeP04 battery)的发展，电池监控系统所需要的功能不再只是电池容量的监控。在电 动车的使用中，电池重量是电能效率重要的因素之一，如何减轻电池重量，以 增加有效的载重能力，或是有效的提升续航力，成为电动车发展重要的关键因 素之一；但是锂铁电池或是改良的锂锰电池(Li--Mn battery),虽然在安全性 及工作温度上，合乎电动车或大型电力系统的需求，但是由于锂铁电池、或锂 锰电池的低内阻及充电高效率，使得这些安全的锂系电池对仍然需要过电压、 低电压的保护，以确保它们的使用寿命；由于是大型的电力系统，更由于锂系 电池芯本身的经济容量，大型电池系统中往往需要数十个到数千颗电池芯，以串、并联的方式达到所需要的工作电压及电池组容量。这样的电池组中，除了 电池芯串接所形成的电压差之外，监控每一颗电池电压的需求，势必要以电池 模块化的方式完成；以往常见的电池保护模块，由于电池芯的数量有限，以传统的标准工业接口 (IEEE485/IEEE488)，或是常用于汽车电子系统的区域互连 网络(CAN 2.0B)，都可达成监控及沟通的需求。请参阅图l，为现有直接串接的数字接口架构图，具有隔离电路的直接串接 数字接口，解决了工作参考电压不同的问题，直接串接的数字接口，也使得电 池得以模块化的管理及维护，但由于应用于大电力电池组，在图中显示的是108 组使用时，电池状态的数据传输，即使启用较高速的传输模式，仍需耗时1.53 秒(由图中可知，其传输速率为19200bps，而每笔八位数据需求11位的时间， 其下传命令由4个八位构成，另外电池监控保护模块最大响应延迟时间为5ms， 因此整个电池组所需之互相沟通时间为(11* (4+12) /19200+0. 005) *108 二 1. 53 秒)，这对于可能完全依赖电力运作的电动车，或大型备援电力系统(UPS)，需 要实时监控电池状态的电子、电机系统造成运作可靠性上的问题。而先前与电池管理相关的数字接口专利，在数字信息整合接口中，无论是 使用适用于控制网络连接(Network Connection),或星状连接(Star Connection)的单线式 (One-Wire, Maxim / HDQ Bus, Ti)、或双线式(Smart Management Bus, Intel / CAN-Bus, Controller Area Network)传输接口， 多采用单一电池管理模块做为决策的核心，或是利用并接网络做为彼此相互沟 通，作为各个电池模块自行决策的依据。因此，由上述可知，其现有的大电力电池的使用及管理，通常会有下列问 题产生1、 在大电力电池组中，除了高电压及大容量会造成人员作业上的危险，更 由于大电力电池的价格及重量，必需做适当的电池切割，以降低一般维护的成 本。2、 大电力电池的另一个问题在于大量的电池芯的使用，因为考虑电池异常 时的电能释放，电池芯直接并接的数目有安全考虑的限制，同时也产生多组电 池电压同时监控的需要。随着电池容量的增加，监控模块与监控数据量也随之 增加；而大量增加的数据量，不但占用了与电力使用端电子、电机设备共享的 接口资源，也使电池监控系统获得各个电池数据的时间延迟，各个电池数据的参考时间点也可能不同。3、 另外串接电池组的保护板的工作参考电压不同，且随着串接电压的升高， 工作参考电压差可能高达三、五百伏，原本常用的区域互连控制网络(Controller-area network, CAN-bus)、或星状连接网络(Star network)已 无法使用。4、 由于区域互连控制网络或星状连接网络的中央控制模块(Center controller)必须实时监控电池以外的众多组件，直接以并接的网络控制各个 电池模块，有时间及网络复杂性的众多问题；若是以隔离的串接网连接时，虽 然解决了多个电池模块参考电压不同的问题，也没有占用多个辨识编码(Identification Number, ID)的需要，但是多个电池模块同时存在的众多数 据，仍然造成数据传输时间过长，管理系统决策缓慢的结果。5、 由于现在电力需求的大量增加，直接串接网络，或是并接网络上的电池 模块数量也随之大量增加，间接造成数据网络上的数据量暴增，每一次数据传 输的时间因此增加，更造成决策时间的迟缓；而数据传输延迟的结果，可能造 成决策数据有时间上的误差，决策的正确性因此受到严重的影响。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种分层架构式电池管理系统，由于分层管理 模块的使用，可以筛选并快速传递少而有用的资料，以适应大型电池组实时管 理的需求。本技术的另一目的即在于提供一种分层架构式电池管理系统，能有效 降低电池管理所需的数据量，加速电池管理的决策速度，并有效的縮短电力系 统控制端获得电池组状态信息(Status Information)的时间，使电力系统更 接近实时(real-time)监控的需求。为实现以上目的，本技术釆取了以下的技术方案分层架构式电池管 理系统，是由电池监控保护模块、分层管理模块及沟通暨决策模块所组成；数组切割后的电池模块，该数组切割后的电池模块与沟通暨决策模块相介 接，而该数组切割后的电池模块包含有数组电池监控保护模块及分层管理模块； 其中该数组电池监控保护模块与分层管理模块相介接，并直接与电池连接，另 外每一组电池监控保护模块皆是相介接在一起，并会被分层管理模块要求读取各个电池芯的电池电压及温度；该分层管理模块与数组电池监控保护模块相介 接，并可依需求预先定时读取每一组电池监控保护模块；沟通暨决策模块，该沟通暨决策模块与数组切割后的电池模块相介接，而 该沟通暨决策模块可判断电池电压平衡的工作指令或计算参数。由于大电力电池可能因维护及作业的需求，将整组电池组做适当的切割， 如果能同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分层架构式电池管理系统，其特征在于，包括：　数组切割后的电池模块，该数组切割后的电池模块与沟通暨决策模块相介接，而该数组切割后的电池模块包含有数组电池监控保护模块及分层管理模块；其中该数组电池监控保护模块与分层管理模块相介接，并直 接与电池连接，另外每一组电池监控保护模块皆是相介接在一起，并会被分层管理模块要求读取各个电池芯的电池电压及温度；该分层管理模块与数组电池监控保护模块相介接，并可依需求预先定时读取每一组电池监控保护模块；　沟通暨决策模块，该沟通暨决策模 块与数组切割后的电池模块相介接，而该沟通暨决策模块可判断电池电压平衡的工作指令或计算参数。

【技术特征摘要】
1、一种分层架构式电池管理系统，其特征在于，包括数组切割后的电池模块，该数组切割后的电池模块与沟通暨决策模块相介接，而该数组切割后的电池模块包含有数组电池监控保护模块及分层管理模块；其中该数组电池监控保护模块与分层管理模块相介接，并直接与电池连接，另外每一组电池监控保护模块皆是相介接在一起，并会被分层管理模块要求读取各个电池芯的电池电压及温度；该分层管理模块与数组电池监控保护模块相介接，并可依需求预先定时读取每一组电池监控保护模块；沟通暨决策模块，该沟通暨决策模块与数组切割后的电池模块相介接，而该沟通暨决策模块可判断电池电压平衡的工作指令或计算参数。2、 如权利要求1所述的分...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒英豪，王奉垣，李青铨，马蓬铭，
申请(专利权)人：铨阳能源科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：71[中国|台湾]