CN103568854A - 电动车电池并联控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电动车电池并联控制系统，该电动车电池并联控制系统包括：第一电池模块，具有第一电池及第一电池管理系统；第二电池模块，具有第二电池及第二电池管理系统；传输控制总线；电池控制单元，通过该传输控制总线连接该第一及第二电池管理系统；整车管理系统，分别连接该第一及第二电池；以及切换控制模块，包括分别连接该第一及第二电池的切换单元。本发明不但可精确监测每一电池的操作状态、有效淘汰特定电池、减少控制系统成本，且也可将不正常运行的电池与其它电池隔离，避免整组电池起火或爆炸，以提升电动车的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动车电池并联控制系统，特别是涉及一种每一电池均具有独立电池管理系统的电动车电池并联控制系统。
背景技术
近年来由于全球暖化日益严重，使得环保意识抬头，配合油价高涨，各国政府及企业纷纷寻找新的替代能源或提高二次电池的转换效率以期望减少石化燃料的使用，进而降低温室气体的排放，减缓全球暖化的速度。其中传统车辆主要是使用石化燃料作为动力来源，不但耗用大量石油资源，也是温室气体排放的主要祸首之一。在全球节能减碳的趋势下，许多国家都将车辆电动化作为二氧化碳减量的重要措施之一，进而积极发展电动车产业。
然而，该电动车在实际使用上仍具有下述问题，例如：目前电动车的发展受到电池容量的限制而局限了其续航能力，因此需要并联更多电池以增大容量，以延长行驶里程。但是当电池并联时有可能会因为电池特性不匹配，电压测量值仅为并联电池中最高电压的单体电池电压，无法反应单体电池的真实特性。另外能量密度、充放电功率以及电池的包裹性及使用过程发生碰撞所发生高压电伏，均是威胁电动车安全性能的重要因素；此外，随着时间充放电次数的增加，所有电池非一致性将随着时间逐渐明显，由于电源管理系统对并联电池组单体特性精确性低，进而造成某单一电池失效而造成整体电池的报废，增加成本的支出。
因此，有必要提供一种电动车电池并联控制系统，以解决常用技术所存在的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电动车电池并联控制系统，其利用多个独立的电池管理系统(battery management system,BMS)，以分别精确监测每一电池的操作状态、有效淘汰特定电池、减少控制系统生产成本，甚至还可将不正常运行的电池与其它电池隔离，避免整组电池起火或爆炸，以提升电动车的安全性。
本发明的次要目的在于提供一种电动车电池并联控制系统，其利用多个独立的电池管理系统，因每一电池对应一个电池管理系统，不仅可就近处理数据，还可分散安装，避免额外增加的模块制作，以减少材料成本并提升空间的利用率。
为达到上述的目的，本发明提供一种电动车电池并联控制系统，其包括第一电池模块，具有第一电池及第一电池管理系统；第二电池模块，具有第二电池及第二电池管理系统；传输控制总线；电池控制单元(batterycontrol unit,BCU)，通过所述传输控制总线连接所述第一及第二电池管理系统；整车管理系统(vehicle management system,VMS)，分别连接所述第一及第二电池；以及切换控制模块，接收所述整车管理系统的信息并同时进行控制所述第一及第二电池，且包括分别连接所述第一及第二电池的切换单元。
在本发明的实施例中，所述第一电池及第二电池为二次电池，并连接至充电器，或者各自连接至独立充电器，所述充电器连接至所述传输控制总线。
在本发明的实施例中，所述整车管理系统具有显示器。
在本发明的实施例中，所述切换单元由锁头切换开关或主开关加以控制。
在本发明的实施例中，所述切换单元为按压开关、切换开关或液晶开关。
在本发明的实施例中，所述切换单元为继电器。
在本发明的实施例中，所述系统还包括马达控制器，所述马达控制器由所述整车管理系统加以驱动。
另外，本发明还提供一种电动车电池并联控制系统，其包括：至少两个电池模块，各自具有独立电池管理系统；传输控制总线；电池控制单元，通过所述传输控制总线连接每一个电池管理系统；整车管理系统，分别连接每一个电池；切换控制模块，接收所述整车管理系统的信息并同时进行控制所述第一及第二电池，且包括切换单元，所述切换单元分别连接每一个电池且负责进行切换动作，以导通任一个电池进行供电；以及马达控制器，所述马达控制器由所述整车管理系统加以驱动。
在本发明另一实施例中，所述整车管理系统具有显示器。
在本发明另一实施例中，所述切换单元由锁头切换开关或主开关加以控制。
关于本发明的特征与实施，将通过参照附图作如下最佳实施例的详细说明。
附图说明
图1是本发明第一实施例的电动车电池并联控制系统的结构示意图；
图2a是本发明第一实施例的第一电池模块启动的电路示意图；
图2b是本发明第一实施例的第二电池模块启动的电路示意图；
图3是本发明第二实施例的电动车电池并联控制系统的结构示意图。
【主要元件符号说明】
11第一电池模块 111第一电池
112第一电池管理系统 12第二电池模块
121第二电池 122第二电池管理系统
13传输控制总线 14电池控制单元
15整车管理系统 16切换控制模块
161切换单元 17电源线
18马达控制器 19启动线
20充电器 A接点
B接点 C共接点
具体实施方式
为了让本发明的上述及其它目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本发明较佳实施例，并配合附图，作如下详细说明。再者，本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」或「侧面」等，仅是附图的参考方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而并非用以限制本发明。
请参照图1所示，本发明第一实施例的电动车电池并联控制系统主要包括第一电池模块11、第二电池模块12、传输控制总线13、电池控制单元14、整车管理系统15以及切换控制模块16，其中该第一电池模块具有第一电池111及第一电池管理系统112；该第二电池模块12具有第二电池121及第二电池管理系统122；该电池控制单元14通过该传输控制总线13连接该第一及第二电池管理系统112、122；该整车管理系统15通过多个电源线17分别连接该第一及第二电池111、121，并可驱动马达控制器18；以及该切换控制模块16接收该整车管理系统15的信息并同时进行控制该第一及第二电池111、121，且包括切换单元161，该切换单元161通过启动线19分别连接该第一及第二电池111、121。该第一及第二电池管理系统112、122不但可精确监测每一电池111、121的操作状态，还可配合充电器20对第一及第二电池111、121进行充电，此电池管理系统分散安装的设计可避免额外增加的模块制作，以减少材料成本并提升空间的利用率。
本发明将于下文利用图1至图2b逐一详细说明第一实施例的上述各元件的详细构造、组装关系及其运行原理。
请再参照图1所示，本发明第一实施例的电动车电池并联控制系统的第一及第二电池模块11、12，其第一及第二电池111、121为二次电池(secondary battery)，又称可充电电池，例如可为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂电池，但本发明并不局限于此。该第一及第二电池111、121的正负极各自通过电源线17分别电性连接该电池控制单元14及该切换控制模块16。
在本实施例中，该传输控制总线13为控制器局域网络(controller areanetwork,CANbus)，其为序列总线，建立在基于信息导向传输协议的广播传输机制上，利用双线差动(two-wire differential)传输技术提供即时控制。该传输控制总线13将该第一及第二管理系统112、122及其充电器20与该整车管理系统15连接，以保证各节点之间讯息的传输。此外，该传输控制总线13还可包括检错和优先权判别的机制。该传输控制总线13也可为RS-485接口或区域因特网(local interconnect network,LIN)或其它使用封包或ASCII字符码交换数据的接口，但本发明并不局限于此。
再者，在本实施例中，该第一及第二管理系统112、122分别用以独立监控该第一及第二电池111、121的电池状态、电池性能异常、电池芯温度、电解液状态、显示电池电荷状态(State of Charge,SOC)、健康状态(state ofhealth,SOH)及高温示警等状态，待分别检测采集该第一或第二电池111、121的状态讯息数据后，再通过该传输控制总线13连接该电池控制单元14进行处理与分析，其中该电池控制单元14负责各电池模块的散热装置运行，并判断电池目前的电压、温度及容量等变化，再将结果传输给该整车管理系统15。该整车管理系统15又称为电子管理系统(electrical managementsystem,EMS)，其用以发出指令，并与外界传输及接受讯息。此外，当电动车充电时需与该整车管理系统15进行通讯，并根据该电池控制单元14传回的数据进行控制，例如控制该电池控制单元14调整电池的充放电、驱动该马达控制器18并且显示电池状态参数供驾驶人即时判读。
请再参照图2a所示，本发明第一实施例的第一电池模块11启动的电路示意图，在本实施例中，该切换控制模块16包括切换单元161，在本实施例中该切换单元161为继电器，该继电器共有三个接点：A、B、C，其中C为共接点(common)，A及C为常闭(normally close)接点，通过该启动线19连接该第一电池111的输出端；此时B及C为常开(normally open)接点，该第一电池111向该整车管理系统15供电，该第二电池121不供电。其中该切换单元161可为按压开关、切换开关或液晶开关形式，但本发明并不局限于此。
在本实施例中，使用者可依照电量显示，使用锁头或主开关(未图示)控制该切换单元161，以切换任一电池。此时，该切换单元161(继电器)将切断另一电池，换言之，一次只能有一次电池作用。该切换单元161也可由该整车管理系统15通过该第一或第二电池管理系统112、122监测电量，驱动驱动电路(未图示)，以自动决定停止供电或进行电池切换。
该切换控制模块16的动作可设定于电动车停止行驶的时候执行，可预设为当该整车管理系统15判定车辆速度为零或是零电压输入时，为对第一或第二电池111、121进行安全管理，通常包括在车辆故障或发生碰撞的状态下切断系统电源等作法，如增加电池保护电路，使其具备单体电池或电池模块的断接功能，或是在热管理上透过风扇等冷却系统，热电阻等加温系统使电池处于正常工作温度范围。特别在电池系统的高压保护设计上，还须包括主动及被动式安全设计，如：电池组二次绝缘、绝缘电阻检测、自动危险电压断开、手动电压切断等。
在本实施例中，该切换单元161(继电器)还可在电池的充电状态异常时，由该整车管理系统15下达指令给该电池控制单元14，进而执行断路及漏电安全防护动作。由于动力电池相关电路均为高压系统，最高电压可达600伏，因此为满足安全防护可甚至安装数个继电器或保险装置。
请再参照图2b所示，本发明第一实施例的第二电池模块12启动的电路示意图，当该第一电池111电量不足或出现其它异常情况时，可切换该切换单元161，令常开接点B、C导通，通过该启动线19改由第二电池进行供电，其工作原理与第一电池模块11启动相同，于此不再赘述。
在本实施例中，该整车管理系统15还可包括显示器，通过该电池控制单元14接收来自该电池管理系统的讯息，当该第一或第二电池111、121电压或电量不足时，该整车管理系统15可依照预设值通过该显示器输出相应的灯光、影像或声音信号，以提醒使用者进行电池切换。
请参照图3，本发明第二实施例的电动车电池并联控制系统的结构示意图，其中该电动车电池并联控制系统可配置两个、三个、四个或以上的电池111、121…，且每一电池111、121…均配有独立电池管理系统112、122…，当使用本发明第二实施例的电动车电池并联控制系统时，同一时间内只有一个单位的电池用于供电，进而实现多组电池的交替供电，以延长行驶里程。
由此，不但可精确监测每一电池的操作状态，有效淘汰特定电池，并可将不正常运行的电池与其它电池隔离，避免整组电池起火或爆炸，因而进一步相对增加电动车的安全性。
如上所述，相较于常用电动车电池并联控制系统虽能进行并联电池监控，却因各电池非一致性将随着时间逐渐明显，而导致无法精确各电池状态的缺点，本发明通过独立的电池管理系统，其确实可以有效对各电池进行独立监控，还可分散安装，避免额外增加的模块制作，以减少材料成本并提升空间的利用率。
虽然本发明已以较佳实施例公开，然而其并非用以限制本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作出各种变动与修改，因此本发明的保护范围应以所附权利要求的限定为准。
Claims (10)
1.一种电动车电池并联控制系统，包括：
第一电池模块，具有第一电池及第一电池管理系统；
第二电池模块，具有第二电池及第二电池管理系统；
传输控制总线；
电池控制单元，通过所述传输控制总线连接所述第一及第二电池管理系统；
整车管理系统，分别连接所述第一及第二电池；以及
切换控制模块，接收所述整车管理系统的信息并同时进行控制所述第一及第二电池，且包括分别连接所述第一及第二电池的切换单元。
2.根据权利要求1所述的电动车电池并联控制系统，其中所述第一电池及第二电池为二次电池，并连接至充电器，或者各自连接至独立充电器，所述充电器连接至所述传输控制总线。
3.根据权利要求1所述的电动车电池并联控制系统，其中所述整车管理系统具有显示器。
4.根据权利要求1所述的电动车电池并联控制系统，其中所述切换单元由锁头切换开关或主开关加以控制。
5.根据权利要求4所述的电动车电池并联控制系统，其中所述切换单元为按压开关、切换开关或液晶开关。
6.根据权利要求1或4所述的电动车电池并联控制系统，其中所述切换单元为继电器。
7.根据权利要求1所述的电动车电池并联控制系统，其中所述系统还包括马达控制器，所述马达控制器由所述整车管理系统加以驱动。
8.一种电动车电池并联控制系统，包括：
至少两个电池模块，各自具有独立电池管理系统；
传输控制总线；
电池控制单元，通过所述传输控制总线连接每一个电池管理系统；
整车管理系统，分别连接每一个电池；
切换控制模块，接收所述整车管理系统的信息并同时进行控制所述第一及第二电池，且包括切换单元，所述切换单元分别连接每一个电池且负责进行切换动作，以导通任一个电池进行供电；以及
马达控制器，所述马达控制器由所述整车管理系统加以驱动。
9.根据权利要求8所述的电动车电池并联控制系统，其中所述整车管理系统具有显示器。
10.根据权利要求8所述的电动车电池并联控制系统，其中所述切换单元由锁头切换开关或主开关加以控制。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140212 |