[实用新型]分层架构式电池管理系统

说明书

技术领域

本实用新型是关于一种分层架构式电池管理系统。

背景技术

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(LiFePO4battery)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1，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＝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(StarConnect ion)的单线式(One-Wire，Maxim/HDQ Bus，Ti)、或双线式(SmartManagement 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。