本發(fā)明涉及一種電池管理系統(tǒng)及應(yīng)用其的電池系統(tǒng)。
背景技術(shù):
電池系統(tǒng)已廣泛地被應(yīng)用在各類電動(dòng)車、不斷電系統(tǒng)以及相關(guān)的儲(chǔ)能裝置等。電池系統(tǒng)可對(duì)電池進(jìn)行管理,以避免對(duì)電池過度充/放電或過熱等異常事件發(fā)生。
傳統(tǒng)上,電池系統(tǒng)系集中處理、存儲(chǔ)來自各電池組的信息。然而,隨著系統(tǒng)中電池組的數(shù)量增多,相關(guān)處理電路的運(yùn)算量將大幅增加,且當(dāng)部分電池組被更換,將需耗費(fèi)相當(dāng)?shù)臅r(shí)間及人力成本以重新更新整體電池組的信息,使得系統(tǒng)更新維護(hù)不易。
因此,如何提出一種便于管理、維護(hù)的電池系統(tǒng),乃目前業(yè)界所致力的課題之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明提出一種電池管理系統(tǒng)及應(yīng)用其的電池系統(tǒng),其采用模塊化的架構(gòu)分散測(cè)量、分散處理不同電池組的電池信息,由此降低系統(tǒng)中主控電路的運(yùn)算量,并簡化更換電池組的復(fù)雜度,進(jìn)而提升系統(tǒng)的可維護(hù)性。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例,提出一種電池系統(tǒng),其包括單元電池模塊、電流電量檢測(cè)電路以及主控電路。單元電池模塊包括電池組以及單元電池管理電路。電池組用以儲(chǔ)存電能。單元電池管理電路依據(jù)系統(tǒng)電流值、系統(tǒng)電量值、電池組的電壓值以及電池組的溫度值計(jì)算電池組的電池信息。電流電量檢測(cè)電路耦接單元電池模塊,其依據(jù)流經(jīng)電池組的電流產(chǎn)生系統(tǒng)電流值,并對(duì)系統(tǒng)電流值進(jìn)行積分以產(chǎn)生系統(tǒng)電量值,以及將系統(tǒng)電流值以及系統(tǒng)電量值發(fā)送至單元電池模塊。主控電路耦接單元電池模塊,其自 單元電池模塊接收電池信息,并依據(jù)電池信息產(chǎn)生系統(tǒng)電池信息以提供至外部裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例,提出一種電池管理系統(tǒng),其適于管理電池組的信息。電池管理系統(tǒng)包括單元電池管理電路、電流電量檢測(cè)電路以及主控電路。單元電池管理電路依據(jù)系統(tǒng)電流值、系統(tǒng)電量值、電池組的電壓值以及電池組的溫度值計(jì)算電池組的電池信息。電流電量檢測(cè)電路耦接單元電池管理電路,其依據(jù)流經(jīng)電池組的電流產(chǎn)生系統(tǒng)電流值,對(duì)系統(tǒng)電流值進(jìn)行積分以產(chǎn)生系統(tǒng)電量值,并將系統(tǒng)電流值和系統(tǒng)電量值發(fā)送至單元電池管理電路。主控電路耦接單元電池管理電路,其自單元電池管理電路接收電池信息,并依據(jù)電池信息產(chǎn)生系統(tǒng)電池信息以提供至外部裝置。
為了對(duì)本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解,下文特舉較佳實(shí)施例,并配合所附圖式,作詳細(xì)說明如下:
附圖說明
圖1是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電池系統(tǒng)100的方塊圖。
圖2是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的單元電池模塊mi的方塊圖。
圖3是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的平衡控制電路212的方塊圖。
圖4是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的平衡控制電路212的方塊圖。
圖5是圖1的主控電路108的方塊圖的一例。
圖6是圖1的電流電量檢測(cè)電路106的方塊圖的一例。
【符號(hào)說明】
100:電池系統(tǒng)
102_1~102_n、102_i:電池組
104_1~104_n、104_i:電池管理電路
106:電流電量檢測(cè)電路
108:主控電路
110:外部裝置
112:電流傳感器
114:主電流開關(guān)
m1~mn:單元電池模塊
i:系統(tǒng)電流值
q:系統(tǒng)電量值
v1~vn、vi:電壓值
t1~tn、ti:溫度值
bi1~bin、bii:電池信息
p+、p-:電力輸出輸入端
el:緊急通報(bào)線
sbi:系統(tǒng)電池信息
202:測(cè)量電路
204:第一隔離通信電路
206:運(yùn)算控制電路
208:存儲(chǔ)電路
210:供電單元
212:平衡控制電路
b1~bk:電池
304:儲(chǔ)能裝置
306:開關(guān)陣列
308:外部電源
404:放電器
s1:第一充電開關(guān)
s2:第二充電開關(guān)
s3:第一放電開關(guān)
s4:第二放電開關(guān)
eqbus:充放電總線
502:第二隔離通信電路
504:主運(yùn)算控制電路
506:第三隔離通信電路
508:主電源轉(zhuǎn)換器
510:主程序存儲(chǔ)電路
512:計(jì)時(shí)與喚醒電路
514:開關(guān)控制電路
516:數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路
602:第四隔離通信電路
604:電流電量運(yùn)算電路
606:信息存儲(chǔ)電路
608:電源轉(zhuǎn)換器
610:程序存儲(chǔ)電路
612:電流傳感與保護(hù)電路
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合具體實(shí)施例,并參照附圖,對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
在本文中,參照所附圖式仔細(xì)地描述本發(fā)明的一些實(shí)施例,但不是所有實(shí)施例都有表示在圖示中。實(shí)際上,這些發(fā)明可使用多種不同的變形,且并不限于本文中的實(shí)施例。相對(duì)的,本發(fā)明提供這些實(shí)施例以滿足應(yīng)用的法定要求。圖式中相同的參考符號(hào)用來表示相同或相似的元件。
圖1是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電池系統(tǒng)100的方塊圖。電池系統(tǒng)100主要包括一或多個(gè)單元電池模塊m1~mn(n為正整數(shù))、電流電量檢測(cè)電路106以及主控電路108。
每一單元電池模塊m1~mn包括各自的電池組以及單元電池管理電路。如圖1所示,單元電池模塊m1包括電池組102_1及電池管理電路104_1;單元電池模塊m2包括電池組102_2及電池管理電路104_2;單元電池模塊mn包括電池組102_n及電池管理電路104_n。單元電池模塊m1~mn例如為依序串接,也就是說,各電池組102_1~102_n的電流線串接,且各單元電池管理電路104_1~104_n的信號(hào)線串接。一般而言,可將電池系統(tǒng)100中不包含電池組(如102_1~102_n)的整體電路組件視為一電池管理系統(tǒng)(batterymanagementsystem,bms),用以管理、處理各電池組的信息。
電池組102_1~102_n用以儲(chǔ)存電能。各單元電池管理電路104_1~104_n可依據(jù)系統(tǒng)電流值i、系統(tǒng)電量值q、對(duì)應(yīng)電池組102_1~102_n的電壓值v1~vn以及對(duì)應(yīng)電池組102_1~102_n的溫度值 t1~tn計(jì)算對(duì)應(yīng)電池組102_1~102_n的電池信息。系統(tǒng)電流值i例如代表流經(jīng)串接電池組102_1~102_n的電流,而基于電流與電量之間的關(guān)系式:q=∫i·dt,系統(tǒng)電流值i對(duì)時(shí)間t作積分可獲得系統(tǒng)電量值q,以表示整體電池組102_1~102_n的總電量。
由于估測(cè)電池狀態(tài)所需的信息大多基于電流、電量、電壓及溫度四種參數(shù),故各單元電池模塊m1~mn在取得上述四種參數(shù)的信息后,即可通過運(yùn)算產(chǎn)生所需的電池信息。舉例來說,單元電池管理電路104_1可依據(jù)系統(tǒng)電流值i、系統(tǒng)電量值q、電池組102_1的電壓值v1以及電池組102_1的溫度值t1計(jì)算電池組102_1的電池信息bi1;單元電池管理電路104_2可依據(jù)系統(tǒng)電流值i、系統(tǒng)電量值q、電池組102_2的電壓值v2以及電池組102_2的溫度值t2計(jì)算電池組102_2的電池信息bi2;單元電池管理電路104_n可依據(jù)系統(tǒng)電流值i、系統(tǒng)電量值q、電池組102_n的電壓值vn以及電池組102_n的溫度值tn計(jì)算電池組102_n的電池信息bin。各電池信息bi1~bin例如包括對(duì)應(yīng)電池組的殘電量、劣化容量、內(nèi)阻以及健康狀態(tài)至少其中之一。
電流電量檢測(cè)電路106耦接各單元電池模塊m1~mn,可依據(jù)流經(jīng)各電池組102_1~102_n的電流產(chǎn)生系統(tǒng)電流值i,并對(duì)系統(tǒng)電流值i進(jìn)行積分以產(chǎn)生系統(tǒng)電量值q,再將系統(tǒng)電流值i以及系統(tǒng)電量值q發(fā)送至各單元電池模塊m1~mn。舉例來說,電流電量檢測(cè)電路106可經(jīng)由一通信總線將系統(tǒng)電流值i以及系統(tǒng)電量值q廣播(broadcast)至各單元電池模塊m1~mn。通信總線可以是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(controllerareanetwork,can)總線、互連式局域網(wǎng)絡(luò)(localinterconnectnetwork,lin)總線、集成電路間(inter-integratedcircuit,i2c)總線、rs485總線等。在一實(shí)施例中,電流電量檢測(cè)電路106可內(nèi)建于主控電路108。又一實(shí)施例中,電流電量檢測(cè)電路106可通過一獨(dú)立于主控電路108的電路來實(shí)現(xiàn)。
主控電路108對(duì)外主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生電池系統(tǒng)100的代表數(shù)據(jù)并與外部裝置110溝通以收發(fā)相關(guān)數(shù)據(jù)與控制指令,對(duì)內(nèi)則是負(fù)責(zé)與各單元電池模塊m1~mn間的溝通,例如接收各單元電池模塊m1~mn回傳的相關(guān)數(shù)據(jù),并將其轉(zhuǎn)換成電池系統(tǒng)100的代表數(shù)據(jù)。如圖1所示,主控電路108耦接各單元電池模塊m1~mn,其接收各單元電池模塊m1~mn對(duì)應(yīng)的電池信 息bi1~bin,并依據(jù)電池信息bi1~bin產(chǎn)生系統(tǒng)電池信息sbi以提供至外部裝置110。舉例來說,主控電路108在接收各單元電池模塊m1~mn回傳的最高、最低電壓、溫度、殘電量、劣化容量、保護(hù)狀態(tài)等相關(guān)電池信息bi1~bin后,將經(jīng)由運(yùn)算以取得整體電池系統(tǒng)100的系統(tǒng)電池信息sbi,例如系統(tǒng)溫度、電壓、殘電量等。外部裝置110例如是馬達(dá)、儀表板、充電器或其他耗能裝置,可響應(yīng)系統(tǒng)電池信息sbi調(diào)節(jié)其耗能狀態(tài)。
在一實(shí)施例中,電池系統(tǒng)100還包括電流傳感器112。電流傳感器112與單元電池模塊m1~mn串接(例如與電流線串接),并耦接至電流電量檢測(cè)電路106。電流傳感器112用以測(cè)量流經(jīng)單元電池模塊m1~mn的電池組102_1~102_n的電流,以供電流電量檢測(cè)電路106取得系統(tǒng)電流值i。電流傳感器112可例如以比流器(currentshunt)、霍爾傳感器或其他可檢測(cè)電流的傳感元件來實(shí)現(xiàn)。在一實(shí)施例中,電流傳感器112可整合至電流電量檢測(cè)電路106當(dāng)中。
在一實(shí)施例中,電池系統(tǒng)100還包括主電流開關(guān)114。主電流開關(guān)114受控于主控電路108,可選擇性地導(dǎo)通或切斷電池系統(tǒng)100的充放電路徑,以避免電池系統(tǒng)100內(nèi)的電池因過度充/放電等異常狀況而損壞。主電流開關(guān)114可設(shè)置于電池系統(tǒng)100的輸出路徑上正負(fù)極的任一位置,例如設(shè)置在電力輸出的正端(p+)或負(fù)端(p-),如圖1是以擺放在p+位置為例,但本發(fā)明并不以此為限。
當(dāng)單元電池管理電路(如104_1)檢測(cè)到對(duì)應(yīng)電池組(如102_1)的電壓值(如v1)符合一電壓警示條件(如電壓高過警戒值或其他電壓異常變化),或檢測(cè)到對(duì)應(yīng)電池組的溫度值(如t1)符合一溫度警示條件(如溫度高過警戒值或其他溫度異常變化),單元電池管理電路(如104_1)將經(jīng)由通信總線(如can/lin/i2c/rs485總線等)對(duì)主控電路108發(fā)送警示信號(hào),使主控電路108關(guān)閉主電流開關(guān)114以切斷電池系統(tǒng)100的充放電路徑。一般而言,警示信號(hào)在通信總線上相較于其他數(shù)據(jù)傳輸會(huì)被賦予較高的優(yōu)先次序(priority),以實(shí)時(shí)通報(bào)主控電路108異常狀況。
另一方面,主控電路108亦可直接通過電流電量檢測(cè)電路106取得系統(tǒng)電流值i以及系統(tǒng)電量值q,并于檢測(cè)到系統(tǒng)電流值i符合一電流警示條件(如電流高過警戒值或其他電流值異常變化),或是檢測(cè)到系統(tǒng)電量值 q符合一電量警示條件(如電量高過警戒值或其他電量異常變化)時(shí),主動(dòng)關(guān)閉主電流開關(guān)114以切斷充放電路徑。
在一實(shí)施例中,單元電池管理電路104_1~104_n亦經(jīng)由緊急通報(bào)線el耦接至主控電路108。當(dāng)單元電池管理電路(如104_1)發(fā)現(xiàn)無法通過通信總線對(duì)主控電路108發(fā)送警示信號(hào),單元電池管理電路將致能緊急通報(bào)線el,使主控電路108關(guān)閉主電流開關(guān)114以切斷充放電路徑。致能緊急通報(bào)線el的方式可例如通過改變緊急通報(bào)線el電壓的方式來實(shí)現(xiàn),像是拉高/拉低緊急通報(bào)線el的電壓、施加脈沖等。借助緊急通報(bào)線el,單元電池管理電路104_1~104_n在通信總線傳輸機(jī)制失靈時(shí)仍可有效地通知主控電路108進(jìn)行斷電,以強(qiáng)化系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制。
在一實(shí)施例中,電池系統(tǒng)100還包括外部電源116。外部電源116例如是12伏特的鉛酸電池或其他獨(dú)立的低壓直流電源,用以對(duì)主控電路108及單元電池管理電路104_1~104_n中的部分電路進(jìn)行供電。
圖2是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的單元電池模塊mi的方塊圖。單元電池模塊mi例如是圖1中單元電池模塊m1~mn的其中之一者,即,1≤i≤n。
單元電池模塊mi包括電池組102_i以及單元電池管理電路104_i。單元電池管理電路104_i主要包括測(cè)量電路202、第一隔離通信電路204、運(yùn)算控制電路206以及存儲(chǔ)電路208。
測(cè)量電路202例如包括電壓傳感器以及溫度傳感器,用以測(cè)量電池組102_i的電壓值vi及溫度值ti。
第一隔離通信電路204可作為單元電池模塊mi對(duì)外收發(fā)信息的通信模塊,例如接收來自電流電量檢測(cè)電路106的系統(tǒng)電流值i以及系統(tǒng)電量值q,并將其傳輸至運(yùn)算控制電路206。單元電池模塊mi亦可通過第一隔離通信電路204與其他單元電池模塊(如mi+1)進(jìn)行信息傳遞。在一實(shí)施例中,第一隔離通信電路204例如由磁耦合元件或光耦合元件來實(shí)現(xiàn),達(dá)到隔離模塊內(nèi)外兩端的電壓位準(zhǔn)并傳遞數(shù)據(jù)信號(hào)。
運(yùn)算控制電路206可依據(jù)電壓值vi、溫度值ti、系統(tǒng)電流值i以及系統(tǒng)電量值q計(jì)算單元電池模塊mi中電池組102_i的電池信息bii。運(yùn)算控制電路206例如是微處理器、微控制器、特定目的應(yīng)用電路或其他運(yùn)算處理電路。運(yùn)算控制電路206可對(duì)單元電池模塊mi內(nèi)的電池組102_i進(jìn)行 實(shí)時(shí)電池信息估測(cè)算法運(yùn)算,以取得電池的殘電量、劣化容量、內(nèi)阻、健康狀態(tài)等相關(guān)電池信息bii。運(yùn)算結(jié)果(如電池信息bii)將存儲(chǔ)于單元電池模塊mi內(nèi)建的存儲(chǔ)電路208。存儲(chǔ)電路208可以是任一形式的非揮發(fā)性存儲(chǔ)體。
在一實(shí)施例中,單元電池管理電路104_i還包括供電單元210。供電單元210例如是一直流-直流轉(zhuǎn)換器,可將電池組102_i所儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)換為單元電池模塊mi內(nèi)部各功能電路的電力來源。舉例來說,當(dāng)?shù)谝桓綦x通信電路204需要兩組電源以正常運(yùn)作,第一隔離通信電路204一端的電源可由供電單元210供應(yīng),另外一端則可由主控電路108(例如主控電路中的主電源轉(zhuǎn)換器)供應(yīng)。
在一實(shí)施例中,單元電池管理電路104_i還包括平衡控制電路212,可依據(jù)電池信息bii選擇性地對(duì)電池組102_i中的一或多個(gè)目標(biāo)電池進(jìn)行充放電,以平衡整體電壓。舉例來說,平衡控制電路212可借助通信方式取得單元電池模塊mi內(nèi)最高、最低電壓、溫度等電池信息bii,并依照電池信息bii通過運(yùn)算控制電路206進(jìn)行平衡控制邏輯的運(yùn)算,再依據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制的平衡控制電路212中的開關(guān)陣列,以選擇性地對(duì)電池組102_i中的一或多個(gè)電池進(jìn)行充放電。
為幫助了解本發(fā)明實(shí)施例的平衡控制電路的運(yùn)作機(jī)制,以下分別搭配圖3及圖4進(jìn)行說明。
圖3是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的平衡控制電路212的方塊圖。平衡控制電路212耦接電池組102_i,其中電池組102_i包括一或多個(gè)電池b1~bk(k為正整數(shù))。電池組102_i可以是圖1中電池組102_1~102_n中任一者所組成的電池串,但本發(fā)明并不以此為限。在圖3的例子中,平衡控制電路212系通過充電機(jī)制使整體電壓達(dá)到平衡。
平衡控制電路212包括儲(chǔ)能裝置304以及開關(guān)陣列306。儲(chǔ)能裝置304為一個(gè)類似行動(dòng)電源的可充電及放電的裝置。開關(guān)陣列306耦接于電池b1~bk,用以使電池b1~bk中的至少一目標(biāo)電池選擇性地電性耦接至充放電總線eqbus(例如將目標(biāo)電池的正、負(fù)端與充放電總線eqbus相接)。儲(chǔ)能裝置304借助第一充電開關(guān)s1與第一放電開關(guān)s3耦接于充電總線eqbus,第一充電開關(guān)s1與第一放電開關(guān)s3系控制儲(chǔ)能裝置304與開關(guān) 陣列306之間是否導(dǎo)通,儲(chǔ)能裝置304借助第二充電開關(guān)s2耦接于外接的外部電源308,第二充電開關(guān)s2系控制儲(chǔ)能裝置304與外部電源308之間是否導(dǎo)通。
當(dāng)?shù)谝环烹婇_關(guān)s3為導(dǎo)通,儲(chǔ)能裝置304將進(jìn)行放電而對(duì)連接至充放電總線eqbus的目標(biāo)電池進(jìn)行充電,以提升目標(biāo)電池的電壓。相反地,若希望目標(biāo)電池對(duì)儲(chǔ)能裝置304充電時(shí),則導(dǎo)通第一充電開關(guān)s1,使掛載于充放電總線eqbus的目標(biāo)電池對(duì)儲(chǔ)能裝置304充電,以降低目標(biāo)電池的電壓。此外,亦可導(dǎo)通第二充電開關(guān)s2,使外部電源308對(duì)儲(chǔ)能裝置304充電。當(dāng)平常不使用外部電源308對(duì)儲(chǔ)能裝置304充電時(shí),則斷開第二充電開關(guān)s2,以避免儲(chǔ)能裝置304持續(xù)消耗外部電源308的電力。詳細(xì)來說,當(dāng)電池組102_i中任一電池b1~bk需要由儲(chǔ)能裝置304補(bǔ)充能量時(shí),則儲(chǔ)能裝置304經(jīng)由第一放電開關(guān)s3搭配開關(guān)陣列306可對(duì)電池組102_i中任一電池b1~bk充電,此時(shí)儲(chǔ)能裝置304相當(dāng)于是放電狀態(tài)。當(dāng)儲(chǔ)能裝置304內(nèi)部的電量不足時(shí),可直接通過同時(shí)導(dǎo)通第二充電開關(guān)s2與第一放電開關(guān)s3路徑讓外部電源308經(jīng)過開關(guān)陣列306對(duì)電池組102_i中任一電池b1~bk充電。此外,儲(chǔ)能裝置304亦可分別接受兩種補(bǔ)充能量的充電方式:一種為外部電源308經(jīng)由導(dǎo)通第二充電開關(guān)s2而對(duì)儲(chǔ)能裝置304充電,外部電源308可以是系統(tǒng)中的獨(dú)立低電壓直流電源(如圖1中的外部電源116),利用12伏特的鉛酸電池來實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能裝置304的充電。另一種以特定電池b1~bk借助開關(guān)陣列306經(jīng)過導(dǎo)通的第一充電開關(guān)s1而對(duì)儲(chǔ)能裝置304充電。此設(shè)計(jì)架構(gòu)在同一時(shí)間僅能選用其中一種充電方法,兩種充電方法無法同時(shí)運(yùn)作。
舉例來說,若電池組102_i中電池b1的電壓低于/明顯低于電池組102_i中其他電池b2~bk的電壓,開關(guān)陣列306將連接電池b1與充放電總線eqbus,并斷開其他電池b2~bk與充放電總線eqbus的連接。此時(shí),當(dāng)?shù)谝环烹婇_關(guān)s3與第二充電開關(guān)s2切換為導(dǎo)通,相當(dāng)于使用外部電源308單獨(dú)對(duì)電池b1充電,或當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)304能量足夠時(shí),則單獨(dú)開啟儲(chǔ)能裝置304的第一放電開關(guān)s3以直接經(jīng)由充放電總線eqbus對(duì)電池b1充電,使得電壓與其他電池b2~bk的電壓趨于一致,由此達(dá)到整體的電壓平衡。
圖4是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的平衡控制電路212的方塊圖。平衡控制電路212耦接電池組102_i,其中電池組102_i包括一或多個(gè)電池b1~bk(k為正整數(shù)),電池組102_i可以是圖1中電池組102_1~102_n中任一者所組成的電池串,但本發(fā)明并不以此為限。在圖4的例子中,平衡控制電路212系通過放電機(jī)制使整體電壓達(dá)到平衡。
平衡控制電路212包括放電器404以及開關(guān)陣列306。放電器404例如是電阻或其他耗能元件。開關(guān)陣列306耦接于電池組102_i,用以選擇性地使電池b1~bk中的至少一目標(biāo)電池電性耦接至充放電總線eqbus。放電器404借助第二放電開關(guān)s4耦接于放電器404與充放電總線eqbus之間,第二放電開關(guān)s4系控制放電器404與開關(guān)陣列306之間是否導(dǎo)通。當(dāng)?shù)诙烹婇_關(guān)s4導(dǎo)通,連接至充放電總線eqbus的目標(biāo)電池將通過放電器404進(jìn)行放電,使得電壓下降。
舉例來說,若電池組102_i中電池b1的電壓高于/明顯高于電池組102_i中其他電池b2~bk的電壓,開關(guān)陣列306將連接電池b1與充放電總線eqbus,并斷開其他電池b2~bk與充放電總線eqbus的連接。此時(shí),當(dāng)?shù)诙烹婇_關(guān)s4為導(dǎo)通,電池b1將單獨(dú)地被放電,使得電壓與其他電池b2~bk的電壓趨于一致,由此達(dá)到整體的電壓平衡。
圖5是圖1的主控電路108的方塊圖的一例。如圖5所示,主控電路108主要包括第二隔離通信電路502、主運(yùn)算控制電路504、第三隔離通信電路506、主電源轉(zhuǎn)換器508、主程序存儲(chǔ)電路510、計(jì)時(shí)與喚醒電路512、開關(guān)控制電路514以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路516。
第二隔離通信電路502耦接主運(yùn)算控制電路504,其主要負(fù)責(zé)和各單元電池模塊m1~mn的信息收發(fā)。舉例來說,第二隔離通信電路502可接收由各單元電池模塊m1~mn所回傳的信息(如電池信息bi1~bin),或是發(fā)送數(shù)據(jù)及控制命令至各單元電池模塊m1~mn。
主運(yùn)算控制電路504負(fù)責(zé)控制整個(gè)電池系統(tǒng)100中所有測(cè)量、通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、開關(guān)控制等各部電路,并根據(jù)各部電路所提供的信息進(jìn)行運(yùn)算與控制動(dòng)作。舉例來說,主運(yùn)算控制電路504可根據(jù)單元電池模塊m1~mn回傳的信息(如電池信息bi1~bin)計(jì)算整體電池系統(tǒng)100的系統(tǒng)電池信息sbi(像是最高/最低電壓與溫度信息),或是根據(jù)單元電池模塊m1~mn回 傳的警示信號(hào)來判斷是否執(zhí)行斷電等操作。同時(shí),主運(yùn)算控制電路504亦負(fù)責(zé)接收外部裝置110的指令并回復(fù)相關(guān)信息。
第三隔離通信電路506耦接主運(yùn)算控制電路504,其主要負(fù)責(zé)電池系統(tǒng)100對(duì)外部裝置110回報(bào)電池整體的信息(如系統(tǒng)電池信息sbi),使外部裝置110可以依照電池信息調(diào)控其耗能狀況或進(jìn)行其他對(duì)應(yīng)操作。
主電源轉(zhuǎn)換器508耦接外部電源116,用以將外部電源116轉(zhuǎn)換為提供整個(gè)主控電路108上所有電路部件的電力供應(yīng)(例如5伏特電壓)。此外,由于單元電池模塊m1~mn中的隔離通信電路(如圖2的隔離通信電路204)需要獨(dú)立的電源供應(yīng)才能達(dá)到隔離的效果,因此主電源轉(zhuǎn)換器508的輸出電源亦可用于供應(yīng)各單元電池模塊m1~mn的隔離通信電路所需的電源。在一實(shí)施例中,主電源轉(zhuǎn)換器508可不包含于主控電路108中,并以獨(dú)立的電路來實(shí)現(xiàn)。
主程序存儲(chǔ)電路510耦接主運(yùn)算控制電路504,用以存儲(chǔ)主運(yùn)算控制電路504執(zhí)行運(yùn)算與流程控制所需的相關(guān)程序代碼。進(jìn)一步說,所有經(jīng)過隔離通信所接收的數(shù)據(jù),若需要經(jīng)過運(yùn)算與流程控制等相關(guān)處理,并根據(jù)不同狀態(tài)需有不同的控制動(dòng)作等設(shè)計(jì),相關(guān)程序代碼均可存儲(chǔ)在主程序存儲(chǔ)電路510。
計(jì)時(shí)與喚醒電路512耦接主運(yùn)算控制電路504,用以計(jì)算電池系統(tǒng)100的年月日時(shí)分等相關(guān)時(shí)間信息,亦可通過設(shè)定固定時(shí)間周期以喚醒電池系統(tǒng)100進(jìn)行自我檢測(cè)后再進(jìn)入睡眠模式。
開關(guān)控制電路514受控于主運(yùn)算控制電路504以選擇性地切換主電流開關(guān)114。舉例來說,主運(yùn)算控制電路504可響應(yīng)于單元電池模塊m1~mn所發(fā)送的警示信號(hào)、被致能的緊急通報(bào)線el或是系統(tǒng)電流值i/系統(tǒng)電量值q達(dá)到警示條件的狀況,通過開關(guān)控制電路514關(guān)閉主電流開關(guān)114以進(jìn)行斷電操作。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路516耦接主運(yùn)算控制電路504,用以存儲(chǔ)電池系統(tǒng)100的相關(guān)參數(shù),該些參數(shù)例如用來指示電池系統(tǒng)100的型號(hào)、出廠日期、電池保護(hù)參數(shù),各串電池組的最高/最低電壓、溫度、殘電量、阻抗、健康狀態(tài)等。
圖6是圖1的電流電量檢測(cè)電路106的方塊圖的一例。電流電量檢測(cè)電路106包括第四隔離通信電路602、電流電量運(yùn)算電路604、信息存儲(chǔ)電路606、電源轉(zhuǎn)換器608、程序存儲(chǔ)電路610以及電流傳感與保護(hù)電路612。
第四隔離通信電路602耦接電流電量運(yùn)算電路604,其主要負(fù)責(zé)電流電量檢測(cè)電路106與外部電路部件的溝通/信號(hào)收發(fā)。舉例來說,第四隔離通信電路602可通過通信總線將數(shù)據(jù)(例如系統(tǒng)電流值i以及系統(tǒng)電量值q)發(fā)送至各單元電池模塊m1~mn及主控電路108。
電流電量運(yùn)算電路604可根據(jù)電流傳感器112的電流測(cè)量數(shù)據(jù)取得系統(tǒng)電流值i,并按照設(shè)定的取樣周期計(jì)算充電與放電電量積分結(jié)果,以產(chǎn)生系統(tǒng)電量值q。在具備系統(tǒng)電流值i與系統(tǒng)電量值q后,電流電量運(yùn)算電路604可通過隔離通信電路602將系統(tǒng)電流值i與系統(tǒng)電量值q以廣播方式發(fā)送至掛載于電池系統(tǒng)100內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)上的所有電路部件,例如單元電池模塊m1~mn以及主控電路108。
信息存儲(chǔ)電路606耦接電流電量運(yùn)算電路604,其負(fù)責(zé)存儲(chǔ)電流電量運(yùn)算電路604的運(yùn)算結(jié)果以及運(yùn)算過程中所需的參數(shù),像是電流測(cè)量數(shù)據(jù)、系統(tǒng)電流值i以及系統(tǒng)電量值q等。
電源轉(zhuǎn)換器608耦接外部電源116,其可將外部電源116轉(zhuǎn)換為電流電量檢測(cè)電路106內(nèi)部各電路部件所需的電力?;蛘?,在一實(shí)施例中,電流電量檢測(cè)電路106可直接由主控電路108的電源系統(tǒng)(如圖5的主電源轉(zhuǎn)換器508)進(jìn)行供電。
程序存儲(chǔ)電路610耦接電流電量運(yùn)算電路604,用以存儲(chǔ)電流電量運(yùn)算電路604運(yùn)算系統(tǒng)電流值i及系統(tǒng)電量值q所需的相關(guān)程序代碼,例如包括如何將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)際電流大小、電量積分、以及判斷充放電狀態(tài)等演算程序代碼。
電流傳感與保護(hù)電路612耦接電流傳感器112,其可測(cè)量電流傳感器112上的壓差信號(hào)以供電流電量運(yùn)算電路604運(yùn)算產(chǎn)生系統(tǒng)電流值i。在一實(shí)施例中,當(dāng)電流出現(xiàn)異常時(shí),電流傳感與保護(hù)電路612亦可直接借助緊急通報(bào)線el通報(bào)主控電路108以進(jìn)行斷電。
在一實(shí)施例中,電流電量檢測(cè)電路106可整合至主控電路108當(dāng)中。此時(shí),電流電量檢測(cè)電路106自電流傳感器112取得電流測(cè)量數(shù)據(jù)后,會(huì)將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送給主控電路108的主運(yùn)算控制電路504進(jìn)行運(yùn)算以取得系統(tǒng)電流值i及系統(tǒng)電量值q,再通過第二隔離通信電路502廣播給各單元電池模塊m1~mn。
綜上所述,本發(fā)明實(shí)施例提出的電池系統(tǒng)可通過各單元電池模塊自行運(yùn)算并存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)電池組的電池信息。由于各電池組的電池信息皆保存在其對(duì)應(yīng)單元電池模塊上,故只要搭配抽換式電池機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),即可以將劣化過快或異常的電池組的單元電池模塊進(jìn)行替換,如此不僅可大幅提高電池組的可維護(hù)性、再利用性,更能降低電池組因損壞所需負(fù)擔(dān)的隱藏風(fēng)險(xiǎn)與成本。此外,由于各單元電池模塊可自行計(jì)算對(duì)應(yīng)模塊中的電池信息,故可有效分擔(dān)系統(tǒng)中主控電路的運(yùn)算量,進(jìn)而降低對(duì)系統(tǒng)運(yùn)算的要求及成本。另一方面,各單元電池模塊亦可搭載平衡控制電路,以根據(jù)電池信息自動(dòng)調(diào)整電池組的電壓平衡狀態(tài),進(jìn)而提升系統(tǒng)使用效率。
以上所述的具體實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明,應(yīng)理解的是,以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已,并不用于限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。