[发明专利]具有多重容错性的多重可配置、可扩展冗余电池模块

说明书

本申请是申请日为2007年5月15日、申请号为200780023208.3(国际申请号为PCT/US2007/068968)、发明名称为“具有多重容错性的多重可配置、可扩展冗余电池模块”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉参考

本申请要求下列专利申请的优先权：2006年5月15日递交的序列号为No.60/800,371的美国临时专利申请、2006年5月15日递交的序列号为No.60/800,361的美国临时专利申请和2006年5月15日递交的序列号为60/800,553的美国临时专利申请，其内容通过引用被全部包含于此。

技术领域

本发明涉及能量供给设备，并特别涉及有助于可扩展性和容错性的层次化排列的能量供给系统。

背景技术

存在很多并联冗余系统的例子，例如电池、电源、计算机硬盘驱动器、微处理器和通信链路。存在故障转移(failover)方法，藉此，并联冗余系统的一个或更多个部件的故障不会导致整个系统停机时间。

目前，现有技术的能量供给系统(Energy Delivery System，EDS)经常被并联连接，以便提供这种冗余。电源、电池和发电机都是这种系统的公知的例子。

图1A示出了一种现有技术电池管理系统(battery management system，BMS)10，对于所述系统，中央电池管理部件12被连接到串16中的每一个电池单元或者串联元件14。

图1B示出了一种现有技术BMS20，对于所述BMS，中央电池管理部件22从耦合到每一个单元或者串联元件24的单个单元监视部件28接收信息。在图1B的体系结构中，和每一个电池单元或者串联元件24相关联的数据在到达中央电池管理部件22之前，通过单元监视部件28向下游传递。

这些冗余现有技术系统的缺点是其在多个方向上的可扩展性受到限制。现有技术BMS通常被针对电池的特定结构，按串联连接时的单元数量以及并联连接时的电池尺寸定制设计。为了扩大电池组的尺寸，必须设计新的电路卡，该电路卡具有额外的连接和传感电路。

连接到每一个单元或者串联元件14的中央电池管理系统10(如图1A中所示)的缺点是具有很多遍布电池组连接的导线。携带关于每一个电池元件的电压和温度信息的长导线会遭受严重的电磁干扰，这使信号完整性变差，并且降低了BMS 10的测量准确性。此外，这些导线相对于连接到载有中央电池管理部件12的BMS电路卡的其他导线可能具有较高电压。这要求仔细的PCB布局和连接器设计，以防止对其他电路功能和无危险操作的高电压干扰。

串联配置的单元监视方案(如图1B所示)受到因单元监视设备28不能传递来自大量串联连接的单元的信息所致而不能扩展太多串联单元24的限制。典型的传递方法使得每一个单元监视器28从下游监视器28接受信息，缓冲所述信息，附加上其自己的信息，然后把信息包往上游向更靠近中央电池管理部件22的下一个监视器传递。当信息包从监视器到监视器地行进时，其大小增大。在某时刻，信息包可能变得太大以至于不能装入任何一个串联监视器的存储器缓冲区中。因此，这种方案通常限于大约25个单元。在任何情况下，随着串联串变得更大，信息从串中的最后一个监视器传播到BMS 22所花的时间对于适当地响应的系统操作变得无法接受。

此外，当串联元件其中之一发生故障时，它一般无法把来自串中的其他模块的信息往上游传递到BMS 22。

最后，把智能测量和通信设备附加到电池串中的每一个串联元件的成本越来越高。通常，可以在并联方向或者串联方向扩展这些系统，但是不可在这两个方向上扩展。意味着或者在设计阶段，或者在组装阶段，这些系统可以添加更多的并联元件或者添加更多的串联元件，但是不可兼得。

现有技术系统还受到因系统控制器不能跨越高电压边界通信所致而不能扩展大量串联单元的限制。

常规的电池模块设计通常是针对特定应用设计的大规模、定制组件(pack)。需要来自一个公共基本组件的更紧凑、可扩展并多重可配置的电池组解决方案。

发明内容

这里描述的实施例包括一种组装此处称为能量供给设备(Energy Delivery Device，EDD)的模块，和/或配置模块组合件的方法。如果构成EDD被串联连接，则EDD以组合件提供每一个构成EDD的电压之和的方式存储和供给能量，或者，如果它们被并联连接，则以组合件提供每一个EDD的电流容量之和的方式存储和供给能量。一般来说，EDD可以是具有给定电压、电流和能量额定值的单个电池单元或者多个电池单元。