TW201223069A - Systems and methods for battery management - Google Patents

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TW201223069A
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TW
Taiwan
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battery
battery pack
master
module
cell
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TW100131794A
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Nicky G Gallegos
Michael Walker
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Proterra Inc
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201223069 六、發明說明： 本申請案主張2010年9月2曰申請之美國臨時申請案號 61/379,671之權利，該申請案以引用方式併入本文中。 【先前技術】 一 BMS(或電池管理系統）係控制一先進能量儲存系統之 一些或所有態樣之一器件或多個器件。可受控之一些態樣 包含監測每一電池胞或能量儲存電池胞群組之電壓、監測 電流、監測整個能量儲存單元之溫度、計算充電狀維 (SoC)、計算及/或追蹤健康狀態（s〇H)及/或修改充電狀態 以平衡儲存單元電壓或S〇C之電壓。 一 BMS可用在自運輸工具至行動電話至膝上型電腦至大 型靜態柵格平衡設備之任何範圍之許多應用中。一8河8通 常將用在由以一串聯及/或並聯組態連接之許多電池胞構 成之一先進電池系統上，但一 BMS可偶然用在需要自該等 電池之一較長壽命之一較不先進電池系統（諸如一運輸工 具應用）或需要對其之電池胞電壓及S〇C精確控制之一超電 容器系統上。 任何系統中之電池管理系統可將關於該系統之資訊報導 回至一中央電腦或控制該電池系統自身之態樣。一 之 許多功能將在一特定實施之設計階段予以判定，然而其將 總是用於收集關於該電池系統之資料且計算重要參數，接 著傳輸或使用此資料以調節該能量儲存系統之態樣。 需要一改良的電池管理系統以更好平衡且管理電池胞。 【發明内容】 158550.doc 201223069 本發明提供改良的電池管㈣統及方法。本文描述的本 發明之各種態樣可應用於下文闡述的特定應用之任一者。 本發明可用作為一獨立電池管理系統或作為用於電池管理 之整合解決方案之一組件。本發明視情況可無縫整合至 現有商業及電池管理過程中。應瞭解可個別、集中或彼此 結合理解本發明之不同態樣。 實施例中，—電池管理系統包含：複數個本端模組 單元，其中每一本端模組單元監測來自複數個電池胞之至 少一電池胞電壓、溫度、濕.度及電流；至少一電池包主控 板，其用於彙總來自該複數個本端模組單元之資料且與# 複數個本端模組單元通信；-能量儲存主控器，其用 -運輸工具主控制器介接；&一外部充電器，該外部充電 器與該運輸卫具主控制器通信。該電池包主控板與該能量 儲存主控II通信以命令該複數個電池胞之間之電荷轉移。 結合以下描述及隨附圖式時將進—步瞭解且理解本發明 j他目標及優點。雖然以τ描述可含有描述本發明之特 定實施例之特定細節，但此不應解釋為對本發明之範圍之 限制而應解釋為較佳實施例之—例證。對於本發明之每— 態樣，-般技術者已知的如本文建議之許多變體係可能 的。在不背離本發明之精神情況下可在本發明之範圍内做 出多種變化及修改。 此說明書中提到的所有公開案、專利及專利申請案均以 全文引用的方式併人引用程度就如同將每—個別公開 案、專利或專利申請案特定且個別地以全文引用的方式併 158550.doc 201223069 入。 【實施方式】 隨附U利範圍中詳細閣述本發明之新賴特徵。參考 閣述利用本發明之原理之說明性實施例之以下詳細描述及 隨附圖式將獲得本發明之特徵及優點之—更好理解。 在、下詳、，’田描述中，闡述數種特定細節以便提供本發明 之一透徹理解。然而一般技術者將瞭解可在不具有此等特 定細節之情況下實踐本發明。在其他例項中，不詳細描述 1人熟知之方法、程序、組件及電路以免模糊本發明。熟 習此項技術者將瞭解對所描述實施例之各種修改，且本文 疋義的&原理可應用於其他實施例。本發明並不限於展 示及描述的特定實施例。 鐘離子電池系統在其等之壽命期間需要電池胞平衡以便 維持該等電池之-最大量可用能量及循環壽♦。根據本發 明之實施例之一電池管理系統（BMS)可平衡此等電池胞且 創建至安裝有該等電池之該系統之其餘部分之一通信及控 制鏈路。可藉由組織且實施此系統之方式高度影響該系統 之效率。因為所有電池類型可獲益於電池胞平衡且此系統 可藉由改變用於實施之一主電池包中之韌體反應成其他化 學物質’所以如本文進一步描述之用於實施一 BMS的系統 及方法可適用於具有控制平衡及充電之合適程式之其他類 型的電池胞化學。 在本發明之實施例之一態樣中，提供一電池管理系統 (BMS)。如下文進一步描述，該BMS之實體佈局可包含許 158550.doc -6· 201223069 多本端模組單元（LMU)，其具有少量處理能力以提供一模 組層級處之本端資訊。每一本端模組單元可經由一相對長 隔離通信鏈路附接至一中間控制器，該中間控制器合併資 訊且做出關於電池胞平衡之判定。該中間控制器可轉發宏 觀層級資訊至一能量儲存主控器（ESM)控制器，且該能量 儲存主控器可做出關於該能量儲存系統之高層級判定且潛 在控制充電演算法及通信。此主層級控制器亦可提供回饋 至一控制器區域網路（CAN)(例如，可定義實體後者之IS〇 11899)上之其他控制器，但特定通信語言不重要。因此， 一非常高速率電池胞平衡產生在以非常高速率為該能量儲 存系統充電同時平衡電池胞之機會。此等速率可超過該儲 存系統之C速率之五倍。此外，該非常高速率電池胞平衡 係以極高充電速率為電池充電之關鍵。利用隔離〇(：_1；)(：：轉 換器或電容切換之電阻分流或主動平衡或該技術之實踐者 已知的任何其他方法可實現平衡。 系統架構： 參考圖1，在一實施例中，一電池管理系統包含若干子 系統區塊、一能量儲存主控器單元100及牽引電池包系統 104。該能量儲存主控器可藉由CAN或至一外部充電器1〇2 之其他通信方法與具有通過該能量儲存主控器1〇〇之一通 道之運輸工具主控制器（ZR32-A)101介接。該運輸工具主 控制器ιοί可直接或透過一充電站介面與該外部充電器1〇2 介接。該能量儲存系統可包含一電子運輸工具中之若干電 池串103°在此等電池串103之每一者中，可存在電池包 158550.doc 201223069 104 ’且每一電池包由若干電池模組組成。該牽引電池包 104可藉由一第二can匯流排與該能量儲存主控器1〇〇通 信。兩個電池包104可構成一電池串103。該等電池包可受 一電池包主控器控制’該電池包主控制器可使用用於整個 系統之一單一 CAN匯流排與該能量儲存主控器1〇〇通信。 每一電池包主控器可使用一串列周邊介面（spi)匯流排與其 之本端模組單元通信。可隔絕該本端模組單元及電池包主 控器通信》在一實施例中，該等電池模組各自含有1〇個方 $電池胞，母電池包存在8個電池模組，每電池串存在2個 電池包’且每運輸工具存在可變串數（通常3至4)。 參考圖2，繪示控制器之各種層級之一整體系統架構之 一實例。在一實施例中，該系統架構包含三個模組：一個 用以監測電池胞群組201 ; 一第二處理器模組，其用以收 集關於該等電池胞群組202之進一步資訊；及一第三模組 203，其自每一電池胞群組處理器獲取高層級資訊以處理 且傳遞至其他運輸工具控制器或充電器控制器。在此實施 中，該電池胞群組監測器201可觀察到自4個至12個電池胞 之任何地方且監測達8個溫度（除了該監測器之晶粒溫度之 外）。此外，s亥監測器2〇丨可控制該組中之電池胞之間之放 電或電荷轉移。該第二處理器模組2〇2監測所有電池胞群 組電壓及溫度且使用此資訊以命令每一電池胞群組2〇1中 之電池胞之間之放電或電荷轉移。達16個電池胞群組可連 接在一起且受一單一處理器模組2〇2控制。在此實施中， 忒第二控制器模組203透過一電隔離cAN通信模組與該處 158550.doc 201223069 理器模組通信，然而不要求此通信方法。任何導電、光隔 離或磁耦合實體通信方法可經由CAN、Rs_485或精通此項 技術者已知的一些其他多主控器通信標準用於通信。此通 信主控制器203可與經由該標準可用的一樣多的電池胞群 組控制器202鏈接；在此實施中，該控制器2〇3連接至6個 或8個電池胞群組控制器201。每一電池模組可包含一本端 模組單元’該本端模組單元係下文進一步描述之一板。 了以夕種方式貫施電池胞群組模組層級處之電池胞平 衡。在一實施中，舉例而言，可由該電池胞群組控制器 202命令该電池胞群組模組201以每電池胞達2〇w功率使電 池胞放電。熱消散在整個電路板上，而為求較快放電速率 亦可轉移至一散熱片中。以一高速率移除能量實現該模組 201内之該等電池胞非常快速平衡。取代將電池胞放電至 電阻器内且產生熱，可經由一電荷往復例程完成電荷平 衡。能量可自一或多個電池胞緩衝至一電容器或超級電容 器中’接著藉由使用該電池胞群組模組2〇1轉移至一單一 電池胞以導通移動電荷至該電池胞中之電晶體。藉由使用 經定級用於該模組之最大電壓之電晶體層級組件，該系統 可提供對於透過電晶體附接至該能量儲存器件之所有電池 胞之隔離。若快速連續完成，則該模組2〇 1可將來自整個 模組201之能量移動至一特定電池胞中，引起一高效率平 衡方法。關於其他模組，電阻器仍可用於降低模組電壓。 使用此方法允許由該電池胞群組控制器2〇2控制之電池胞 元全平衡’且藉由使用智能控制，可平衡連接至大型網路 158550.doc 201223069 之每個電池胞’該大型網路連接至該能量儲存主控制器 203 » —第三平衡可能性可能使用附接在該模組層級處之 一隔離DCDC轉換器’該模組層級可基於該模組上之任何 一個電池胞處之電晶體切換來為一個別電池胞充電。 其他BMS系統具有由本發明之實施例解決之許多缺點。 舉例而言，其他BMS系統可需要大量導線（例如，每電池 包144個），其可引起額外總成工作、大型佈線線束、更多 失效點及增加的重量。此外，其他BMS系統經常具有不充 分電壓解析度’其不足以用2.3伏之標稱電壓平衡各別電 池胞。最後，其他BMS系統可不足夠用於以6C速率為能量 儲存系統快速充電。特定言之，不能夠實現充電期間之主 動電池胞平衡。 藉由使用一多節電池堆疊監測微處理器晶片（舉例而 言，來自Linear Technology之LT-6802-1)，可大大減小所 需寫入之複雜性。因此，可需要較少配接線從電池胞群組 收集資料且發送可聚集的來自每一電池胞及模組之合併資 訊回該能量儲存主控器用於做出判定。一多節電池堆疊監 測微處理器晶片可用作為該本端模組單元上之中央處理 器。此可實現簡化可允許移除過量佈線（例如，移除每電 池包140個導線）之該BMS。舉例而言，利用具有+/_ 〇 〇5伏 之一高解析度之可選電池胞電壓之整體電池串電壓及電流 亦可改良電壓解析度。 使用一多節電池堆疊監測微處理器晶片（舉例而言，來 自Linear Technology之LT-6802-1)可具有若干益處，包 I58550.doc •10· 201223069 含：實現以6C速率快速充電、在以6C速率快速充電期間 主動平衡、對典型1W使用每電池胞20W洩漏電阻器。其他 益處可包含：電池包中之濕度或水分偵測（可有助於偵測 背面電池包外殼之折中完整性且可提供電位場發佈之預先 警告）、有效率電池胞平衡（能量在電池胞之間往復與電阻 熱消散）及每電池胞之旁路容量以允許緊急操作（limp home)模式（在降額條件下提供緊急能量至緊急操作，且在 此處一間歇作用電池胞通常可觸發電池包離線，可繞過一 間歇電池胞’允許來自該電池包之一些功率用於運輸工具 推進）。 因此，一多主控器實施可獨立控制電池組且發送關於該 電池包之資訊至該能量儲存主控器及該等電池組之其餘 者。分配在該等控制器之間之資訊可用於諸如能量追蹤、 感測器回饋驗證及電池組資訊分配之目的以允許組間之平 衡及管理。該能量儲存主控制器可使用電池組資訊（諸如 充電狀態、電流、電壓、溫度及其他有關資訊）以與充電 器或運輸工具控制器介接。舉例而言，若透過該BMS偵測 到一短路’則該系統可與偵測到故障且將隔離該故障之電 池串中之每一子電池包切斷連接。因此，該BMS進一步確 保一女全級’其在一嚴重碰撞或該隔離系統之失效事件中 係必要的。 因此’ 一整合BMS可啟用電池胞監測、溫度監測、電池 胞平衡、電池串電流監測及充電器控制整合。該BMS可整 合至電池包中以對該電池串電池包内之較弱電池胞之潛在 158550.doc 201223069 問題給出預警》該屬可給出關於該等電池模組内之電池 胞電塵及溫度之回饋以便確保—健康電池包。 參考圖3,展示電池包及電池㈣之配置及互連之f 例電池串中之功率連接可由串聯的兩個電池包構成且 此等串聯電池包可與兩個其他電池包並聯。每一電池包可 由串聯連接的8個本端模組單元構成。每—本端模組單元 可平衡亦串聯連接的1()個電池胞。每—電池胞可具有η 伏之一標冑電壓或與鐘化學電池有關之一些其他標稱電 壓。該電池胞電壓取決於其之充電狀態及其正充電或放電 而可’I於2.0伏至2.8伏之範圍間。因此標稱系統電壓係每 本端模組單元23伏、每電池包184伏及每電池串368伏。最 大電壓係每本端模組單元28伏 '每電池包224伏及每電池 串448伏。所有功率應（但不一定需要）與運輸工具底盤隔 離。該等本端模組單元可連接在一起以使用標準通信協定 彼此進行通信。舉例而言，spi通信協定可允許該等本端 模組單元之所有者同時進行通信。此外，每一本端模組單 元可具有用以識別此本端模組單元是否應與該電池包主控 益通信之一位址。 在一實施例中，該等電子總成經設計使得存在充分設計 餘裕來說明組件容差且不應超過製造者之規格。關於電最 大值’在一實施例中，電池包層級最大電壓係224VDC， 電池串層級最大電壓係448VDC，且電池包層級最大操作 電流範圍係-1200ADC至1200ADC。 在一實施例中，將選擇信號及低功率配接線以滿足下 158550.doc -12- 201223069 表： AWG 歐姆/kft 最大電流A 12 20 14 15 16 18 20 10.15 11 22 16.14 7 24 25.67 3.5 26 40.81 2.2 28 64.9 1.4 30 103.2 0.86 每一連接可具有其之指定最大期望電流使得可容易判定 適當線徑規及連接器接針等級。此外，在一實施例中，非 現貨供應之任何配接線可係18AWG或更大。 在一實施例中，選擇高功率導線以滿足下表： 僅用於次級電壓之總電路接腳長度(線上應用之600伏不使用此表） AMPS 100， I 150' I 200' I 250' I 300' 1350' I 400' 100 4 4 2 2 1 1/0 1/0 150 4 2 ; 1/0 2/0 3/0 3/0 200 2/0 3/0 4/0 4/0 250 1 1/0 2/0 3/0 4/0 300 1/0 2/0 3/0 4/0 350 υο 3/0 4/0 400 2/0 3/0 450 2/0 4/Q 500 3/0 4/0 550 600 3/0 4/0 4/0 AWG數目中展示之所需電纜大小 總電路長度包含60%工作循環之焊接及接地引線兩者（基於 4伏壓降）。 在一實施例中，匯流條可係1/8"乘1"橫截面或更大。 關於時序，在一實施例中，在500毫秒或更短中偵測一 故障。該500毫秒判定係基於一通信失效發生，且在觸發 -13- 158550.doc 201223069 一故障之前等待5X通信資料速率。在此實施例中，期望此 係用於待偵測之一故障之最長時間以便阻止熱、（過/低）電 壓及電流對電池之損害。 在一實施例中，該接觸器在偵測到一故障之後之500毫 秒内必須斷開且回應於必須發生在300毫秒中（電池包主控 器（PM)至EMC之100毫秒、能量儲存主控器（ESM)至運輸 工具主控制器（VMC)之100毫秒及VMC至接觸器之60至75 毫秒）之命令。 在一實施例中，CAN以125 kbps進行通信，其影響根據 下表之最大匯流排長度。 位元速率 匯流排長度 標稱位元時間 1 Mbit/s 30 m 1 ps 800 kbit/s 50 m 1，25 ps 500 kbit/s 100 m 2 ps 250 kbit/s 250 m 4 ps 125 kbit/s 500 m 8 ps 62,5 kbit/s 1000 m 20 ps 20 kbit/s 2500 m 50 ps 10 kbit/s 5000 m 100 μβ 短截線之電纜長度可限制於1米。該系統可監測所有電 池胞電壓、電流及溫度且以輻射熱形式洩漏過量電壓。來 自若干可能板上源之雜訊（諸如牽引電動機/控制器12.5 kHz、VFD之〜4 kHz等等）可經處理使得其等不會造成不操 作。在一些實施例中，可利用位準達至2500 VDC之電流 隔離（Galvanic Isolation)來實現此。來自具有7 kHz之主要 基波與14 kHz之第一諧波之充電系統之電壓尖峰亦不使該 158550.doc 14 201223069 系統失效《在一些實施例中’在該本端模組單元及can收 發器處可利用位準達至2500 VDC之電流隔離來實現此。 在一實施例中，該系統可併入符合自-40C至+125C之 AEC-Q20〇_rEV c及AEC-Q101-REV-C汽車等級要求之電 子組件。為滿足安全標準’可清楚標記所有高電壓陣列且 s亥系統不可具有3 5伏之上之任何暴露電壓。可期望任何電 池匕之間之一溫度差小於2 〇 c。此可指示一些種類的電池 胞不平衡或失效。預期上電池串及下電池串具有超過此量
I 之差’所以可僅比較相同電池串内之電池包。最大充電電 流對於整個匯流排可達M00A且不超過每電池包325A ^高 架緊急出口（overhead emergency hatch)之開啟可使充電失 效。 圖4繪示用於實施一本端模組單元之電路之一實例。在 圖5中，展示一本端模組單元之佈局之一實例。圖5繪示一 層原型本端模組單元板。此板可用於監測模組層級處之電 池胞電壓及溫度且將關於該模組之資訊報導至一微控制 器在些例項中，該微控制器可定位在該本端模組單元 自身上且可將較高層級資訊報導至另一微控制器。 運輸工具主控制器： 參考圖6,繪示架構之一實例，透過該架構該運輸工具 主控制器與該能量儲存主控器介接以控制電池包之操作。 該運輸:n具线制n可與該能量儲存线^介接，該能量 儲存主控II可透過每—電池包上之電池包主控器板接收來 自-玄等電池包之每-者之聚集資料。每一電池包可具有自 158550.doc -15- 201223069 己的BMS且因此可獨立於其他電池包操作為一完整單元， 但亦可與-主控制器整合以提供更大整體功能（諸如可透 過資訊《聚集及合併實現之功能）至該運輪工具主控制 器。 在-實施例中，如圓6中展示，每一電池模組6〇〇可具有 一本端模組單元601 ’該本端模組單元6〇ι將資料饋送至一 電池包主控器610。該電池包主控器“ 料發送回至可與-運輸工具主控制器介接之一能量 控器。該能量儲存主控器單元可與所有電池包主控器單元 610、一匯流排控制器及一路邊充電器通信且可保持追蹤 用於該等電池模組600之每一者内之所有電池胞之電壓、 電流6〇4、溫度、濕度、充電狀態（s〇c)及健康狀態 (SOH)。因&，每一電’池包可定址且可查詢任何時間處之 健康及狀況。若一個別電池胞存在一問題，則一整電池串 可自動移除服務以允許一運輸工具以一減小容量模式繼續 操作直到該運輸工具自操作返回。該能量儲存主控制器必 要時可提供資訊至該運輸工具主控制器且可產生對該運輸 工具之一用戶友好能量儲存介面。因此，可能更好看到該 運輸工具之操作。 為實現通信，每一電池包可具有一 BMS線束、維持該等 電池胞附接至每一電池模組6〇〇之]3]^3板、一接觸器611及 一保險絲612。該等模組6〇〇之所有者可與一匯流條613串 聯連接且可固定在合適位置且接觸沿背側之一散熱片，其 可使冷卻劑流過該運輸工具電冷卻系統。該冷卻系統可移 158550.doc •16· 201223069
除自路表面輻射的孰H 、 ‘，，'且可另外有助於拒絕由該等電池胞及 電連接產生的少量熱。該BMS、接觸器611及保險絲612可 具有該電池包之端部處之—隔室，其在需要維修之時可自 β玄電池包之底部或頂部進出。 在一實施例中，該運紅具主控制器（VMC)可負責接收 來自-亥月b 1儲存主控器之電池資料、對一運輸工具操作者 顯示充電狀態及其他電池資訊且基於自該能量儲存主控器 接收的資料控制該等接觸器之狀況。當一接觸器6ιι斷開 時’可意指其失效且不連接，且當一接觸器611閉合時， 可意指其被啟用且連接。若該接觸器611關斷，則其可係 基於經由該能量儲存主控器對運輸卫具主控制器使用CAN »月求之本知警告或誤差信號。該運輸工具主控制器可具有 與該BMS系統不相關之額外功能。 該運輸工具主控制器可具有安裝在該運輸工具中之各種 接觸器.（1)HV接觸器（預充電，HV+、HV_) ; 電池接觸 器（電池串1、電池串2、電池串3、電池串4) ; (3)經常性充 電接觸器（AutoChg+、AutoChg·)及手動充電接觸器 (ManChgl+、ManChgl-、ManChg2+、ManChg2-)。 誤差條件可引起對於斷開或切斷連接該電池包接觸器 611之一 CAN訊息請求。一些條件可引起對於立即斷開該 接觸器611之一請求。舉例而言，若偵測到用於一匯流排 之超過440伏之電壓（等效於每電池包220伏），則依以下次 序儘可能快地斷開以下接觸器，且操作者可被告知一嚴重 故障：（1)斷開充電接觸器；（2)斷開HV接觸器；及（3)斷開 158550.doc -17· 201223069 電池接觸器。作為另一實例，若電流超過35〇安培，則充 電或放電’且此條件連續存在達5秒，可請求斷開用於超 過此限制之電池串之接觸器。在另-實例中，若溫度超過 65攝氏度，則可請求斷開一電池串接觸器且告知操作者一 故障。 各種警告條件可報導在一CAN訊息中。此等條件可引起 斷開之-接觸器，但可由該置或運輸工具主控制器基於 由《•亥電池包主控器61〇提供之資訊做出一判定。連同警告 Λ心該系統可工作（舉例而言，藉由電池胞平衡）以回應 於-問題或改正-問題。警告訊息及系統回應可包含以 下： (1) 用於該運輸工具之超過430伏之電壓（等效於每電池包 215伏）.運輸工具將終止充電且在偵測到過電壓條件之後 之500毫秒與ι·5秒之間斷開該等充電接觸器； (2) 低電壓.·正常操作將繼續。將不提供警告。充電狀 態應係此警告之一指示器； (3) 電墨不平衡：若任何兩電池串在彼此之1〇伏之内， 則可連接其等。若存在一個大於10V或兩電池串之間存在 1〇% S〇C差’則僅連接用於較高SoC電壓之電池串接觸 器。該等電池串切斷連接時對驅動器報導較低效能。當較 南電壓或SoC電池串耗用至另一電池串之丨〇伏内之點時， 可連接該另一電池串； (4) 電流不平衡：對於電池串間之大於ι〇〇安之一測量電 流不平衡（能量儲存主控器層級處），不同的電池串將：（a) 158550.doc 18· 201223069 若整體電池串電流係±20安’則請求電池串失效。若整 體電池串電流大於±20安，則不失效且對操作者指示一警 告旗標； (5) 超過±58 C之溫度：操作者將被告知一溫度警告，且 將根據以下限制將充電及放電降額：自-30 C至70 C之溫度 及自0至100 %之SOC降為標稱值之70%、自-30 〇至70 C之 溫度及自〇至loo%之soc降為標稱值之5〇%及自_30 Cs7〇 C之溫度及自0至100%之SOC降為標稱值之。在實踐 中’可簡單藉由程式化一查找表中之戴止限制利用該系統 實現任何降額。此可用於基於電池胞溫度對該電池包降額 以阻止損害； (6) -25 C以下之溫度：將允許正常操作。預期在操作期 間，電池胞溫度將增加； (7) 損失電池包接觸器/電池胞/電池誤差：將命令問題電 池串接觸器斷開。該接觸器將保持斷開直到條件不再存 在； 子 (8) 損失1電池串以上：將命令該等問題電池串接觸器之 所有者斷開。該接觸器將保持斷開直到條件不再存在該 驅動器將接到警告通知； ~ (9) 損失與能量儲存主控器之通信：保持接觸器連接。 虛線指示黃色警報； U0)損失與電池包主控器之通信：保持接觸器連接 線指示黃色警報； (11)充電時關斷主控器開關：以下事件必須循序發生： 158550.doc •19- 201223069 (a)使充電失效，（b)使充電器接觸器失效，（幻使HV接觸器 失效及（d)使電池接觸器失效； (12)緊急出口斷開：以下事件必須循序發生：（a)使充電 失效’（b)使充電器接觸器失效，（c)顯示螢幕文字「出口 斷開！閉合出口&重新對接以繼續充電」及⑷鎖存直到運 輸工具移動； (13) 充電時運輸工具移動：以下事件必須循序發生⑷ 使充電失效及（b)使充電器接觸器失效； (14) 熔斷接觸器：一次級偵測方法可用於警告。 在正常操作期間，#未偵測到故障時，在該運輸工具之 操作狀態之每一者期間可如下組態該等接觸器： (1) 運輸工具切斷電源：所有接觸器斷開； (2) 運輸ji具經f性充電：Hv接觸器閉合、電池接觸器 閉合、經常性充電接觸器閉合； (3) 運輸工具手動亦雪禮^ . 升丁勒兄電埠1 . ManChg 1士閉合、HV接觸 器閉合、電池接觸器閉合； (4) 運輸工具手動充電，蟑2 : Μ&η(^ 2±閉合、Η、接觸 器閉合、電池接觸器閉合、經常性充電接觸器斷開；及 (5) 運輸卫具行敏：HV接觸器閉合、電池接觸器閉合、 手動充電接觸器斷開、經常性充電接觸器斷開。 能量儲存主控器（ESM)單元： ，考圖7A’展卜能量儲存主控器之連接區塊。該能^ 子主控器可具有若干能力。該能量儲存主控器觀 主要功能係解譯至該等電池包主控器及來自該等電池包主 158550.doc •20· 201223069 控器（經由連接701及7〇2)之運輸工具主控制器命令。該能 量儲存主控H 700亦收集—資料庫用於對該運輸工具主控 制f顯示用於牵引電池包之高/低/平均電塵、s〇c、訓 及尚/低/平均溫度。該能量儲存主控器7晴持追縱哪個電 池胞具有溫度或電磨極限。該能量儲存主控器7〇〇亦具有
與關於由SOC指示之需尊雷厥菸带+ 1L 而要電壓及電流之快速充電系統介接 之能力。 參考圖7B，該能量儲存主控器：⑴接收且解碼來自該 電池包主控H之訊息（711);⑺編碼且傳輸訊息至該電池 包主控器（718) ; (3)接收且解瑪來自該運輸卫具主控制器 之訊息（711) ; (4)編碼且傳輸訊息至該運輸工具主控制 器’⑺合併來自電池包主控器之所有訊息且發送資料至該 運輸工具主㈣H(719); (6)线電池Μ料且判定存在 多少電料（712);⑺判定是^請求充電模式（714);⑻對 於四個可用充電狀態之改正者運行—充電演算法（715)。 該能量儲存主控器可在詩發送CAN匯流排訊息之—内 部迴路上運行。舉例而t，該能量儲存主控器内部主迴路 可在用於發送CAN匯流排訊息之i⑽毫秒、25()毫秒及购 毫秒週期運行，且因此可在每秒之以下時間處發送該等气 息：1〇〇毫秒、200毫秒、250毫秒、3〇〇毫秒、4〇〇毫秒、 5〇〇毫秒、600毫秒、750毫秒、8〇〇毫秒、9〇〇毫秒f及 1000毫秒。圖7B繪示該能量儲存主控器之 一 塊圖。 丁馮方 在一實施例中 用於該能量儲存主控器之連接器 及接針 158550.doc 21 201223069 輸出可如下：
介面名稱：ESM CAN 連接至此介面之電纜線束係XCAN。
連接器 PN : Deutsch DT 06-3S
接針 信號 描述 電流 電壓 隔離 A CAN Hi 黑色 10mA 5 V 500 Vcont B CAN低 紅色 10mA 5 V 500 Vcont C 屏蔽 屏蔽 10mA +/- 0.3 V 表1 : ESM CAN匯流排接針輸出 介面名稱：ESM功率 連接至此介面之電纜線束係TBD。 連接器 PN : Omron S82S-7705
接針# 信號 描述 電流 電壓 扭曲 VIN 5 VDC 5 V(粉紅色） 400 mA 24 V GND GND 接地(白色） 400 mA 24 V 表2 : 5伏ESM功率接針輸出 電池包主控器單元： 圖8繪示一電池包主控器單元800之一實例之一方塊圖。 在一實施例中，該電池包主控器單元800具有若干能力且 其之主要功能係提供功率作為一電池串電池胞之一半。在 一實施例中，作為一電池串中之上單元或下單元之該電池 包主控器單元800之位置可交換。該電池包主控器單元800 亦可監測定位在電池模組單元内部之所有電池胞且提醒該 能量儲存主控器是否超過特定操作限制。該電池包主控器 單元800可經由CAN訊息協定與該能量儲存主控器通信。 158550.doc -22- 201223069 該電池包主控器單元800可經由自該電池包主控器至該本 端模組單元之SPI與本端模組單元通信。該微控制器可利 用一 JTAG程式化介面或該技術之專家已知的任何其他程 式化介面。最佳地，一啟動載入器程式可經由通信CAN匯 流排裝載至允許程式化之該電池包主控器單元。 參考圖9，-電池包主控器單元91〇可將電池包功率⑼ 至240 VDC)轉換至用於一接觸器之24至28 VDC及用於電 池包主控盗910之3至5 VDC、與該電池包内部之本端模組 單元901通信、控制用於外部啟用/停用電池包功率之電池 包内部之接觸器911、監測個別電池胞電壓且命令分流至 洩漏電阻器（若需要）、監測個別電池模組内部之溫度、 監測該電池包内部之濕度、監測電池包電流912(+_ 安，+- 300安）且與該電池包外部之任何事物電流隔離。 在圖10中，繪示一流程圖之一實例，該流程圖繪示一電 池包主控器單元之行為。在步驟1〇〇1中，讀取spi匯流 排。若在步驟1002中已歷時丨秒，接著在步驟1〇〇3中自一 模組測量溫度。在步驟1〇〇4中，該電池包主控器單元可檢 查一電池包啟用訊息。在步驟1005中，每個25〇毫秒自 LMU讀取該CAN匯流排且模組電壓被讀取且轉換至浮動。 在步驟1006中，針對100個取樣之中位數進行電流變換器 之測量。在步驟1007中若電流小於3〇安，在步驟1〇〇8中該 電池包主控器單元可使用一高電流通道。否則，在步驟 1009中該電池包主控器單元可使用低電流通道。在步驟 1010中，若電流小於一特定臨限值，該電池包主控器單元 158550.doc •23- 201223069 可使用開路電壓判定充電狀態。否則，該電池包主控器單 元可使用一庫倫計數判定充電狀態。在步驟1011中，該電 池包主控器單元可使接觸器能經由該能量儲存主控器對運 輸4具主控制器使用CAN請求。 在一實施例中，來自隔離電源供應單元（v_Infinity PTK15-Q24-S5-T或等效物）之用於該電池包主控器單元之 電塵範圍介於5 VDC+-30毫伏之間。對於SPI: 5.0 VDC TTL位準’ CAT 5e非屏蔽連接器。關於隔離，在一實施例 中5 00伏連續隔離且在一實施例中，25〇〇伏峰值隔離（即， 連續及間歇短脈衝）。舉例而言’可存在兩個主要軟體迴 圈，一個迴圈每250毫秒運行且另一個迴圈每1〇〇毫秒運 行。 在一實施例中’用於該電池包主控器單元之連接器及接 針輸出可如下： 内部介面 介面：電池包信號 外部電池包信號電纜係將每一電池包主控器連接至接線盒 之一定製電纜。 連接器 PN : Harting 0914002 2751 匹配連接器 PN : Harting 0914002 2651 158550.doc •24- 201223069
接針# 信號 描述 電流 電壓 隔離 扭曲 1 24VSW 24 V切換 400 mA 24 V 2 接地線 GND 接地，24 V返回 400 mA +/- 0.3 V 3 Contactor+ 正接觸器控制 1.5 Apk 28 V 4 Contactor- 負接觸器控制 1.5 Apk 28 V 5 CANA CAN匯流排信號A 10mA 5 V 500 Vcont 6 CANB CAN匯流排信號B 10mA 5 V 500 Vcont 7 屏蔽 屏蔽 +/- 0.3 V 8 Case GND 底盤接地 +/- 0.3 V 表3 :外部電池包信號接針輸出 外部電池包信號連接器將透過内部電池包Y電纜連接至 該電池包主控器中之四個不同連接器。 介面：24伏電池包電源供應模組 將24伏供應至該電池包電源供應模組。電池包Y電纜匹 配。
連接器 PN : DT06-4S 匹配連接器PN : DT04-4P 接針# 信號 描述 電流 電壓 扭曲 1 GND 接地 400 mA 28 V 2 24VSW 24 V切換 400 mA 28 V 3 不使用 4 不使用 表4 : 24伏電池包電源供應模組接針輸出 介面：5伏電池包主控器電源 將24伏供應至該電池包電源供應模组。電池包Y電纜匹 配。
連接器 PN : DT06-2S 158550.doc -25- 201223069 匹配連接器PN : DT04-2P 接針# 信號 描述 電流 電壓 扭曲 1 GND 接地 400 mA 5 V 2 24VSW 24 V切換 400 mA 5 V 表5 : 5伏電池包主控器電源 介面：接觸器控制器 24伏至28伏、用於32毫秒轉變之1.5 Apk及用於一 Gigavac GX15之0.1安保持電流。電池包Y電纜匹配。 連接器PN : Spade 匹配連接器PN : Spade Recept
接針# 信號 描述 電流 電壓 扭曲 Coil+(紅色） 正接觸器控制 1.5 A pk 28 V Coil-(黑色） 負接觸器控制 1.5 A pk 28 V 表6:接觸器控制接針輸出
介面：電池包主控器CAN 連接至此介面之電纜線束係XCAN。電池包Y電纜匹配 (Deutsch DT04-3P)。
連接器 PN : Deutsch DT 06-3S 匹配連接器 PN : Deutsch DT04-3P 接針 信號 描述 電流 電壓 隔離 A CAN Hi 黑色 10mA 5V 500 Vcont B CAN低 紅色 10mA 5 V 500 Vcont C 不使用 表7:電池包主控器CAN匯流排接針輸出 介面：外殼接地 158550.doc -26- 201223069 此係對該電池包主控器上之外殼之附接。電池包γ電纜匹 配。 連接器ΡΝ :環項目 匹配連接器ΡΝ :螺栓
接針# 信號 描述 電流 .電壓 外殼接地 外殼接地 400 mA +/- 0.3 V 表8:電池包主控器外殼GND接針輸出 介面：電池包主控器SPI 連接至此介面之電纜線束係CAT5e。 連接器 PN : AMP 43860-0001 匹配連接器PN : RJ45型式 接針# 信號 描述 電流 電壓 隔離 扭曲 1 CS SPI晶片選擇 10mA 5 V 500 Vcont Pair 3 2 MISO SPI主機輸入從機輸出 10mA 5 V 500 Vcont Pair 3 3 MOSI SPI主機輸出從機輸入 10mA 5 V 500 Vcont Pair 2 4 SCK SI>I時鐘 10mA 5 V 500 Vcont Pair 1 5 GND 接地 120 mA +/- 0.3 V 500 Vcont Pair 1 8 NC 沒有連接 Pair 4 7 NC 沒有連接 Pair 4 6 5 V 電源 120 mA 5 V 500 Vcont Pair 2 表9:電池包主控器SPI通信接針輸出 類比信號連接器 兩個電流變換器（CT)可用於測量該電池包主控器中及輸 出之電流。一個可按比例縮放用於0安至30安測量且另一 個用於0安至350安測量。 介面：CT預調節 158550.doc -27- 201223069 ct預調節連接器連接至霍爾效應感測器用於電流監測。 連接器 PN : Delphi PA6-GB20 匹配連接器 PN : Delphi PA66-GF25
接針# 名稱 描述 電流 電壓 扭曲 B 5 V 感測器電源 100 mA 5 V C GND 感測器接地 100 mA +/- 0.3 V D Hall 1 第一霍爾-30 A至30 A 10mA 5 V A Hall 2 第二霍爾-350 A至350 A 10 mA 5 V 表10 : CT預調節接針輸出 高功率連接器 高功率路徑可在500安培處熔斷。可選擇0000 AWG焊接 電纜或銅匯流條用於高電流導體。4/0焊接電纜之安培容 量隨著20C之一溫度上升可係600安。保險絲額定值必須低 於配接線額定值以便在對配接線之損害發生之前切斷連 接。 介面：電池包電壓 電池包電壓引線將該電池包之電池電壓連接至其他電池包 主控器及接線盒。 連接器PN : 匹配連接器PN :
接針# 信號 描述 電流 電壓 1 Battery + 正電池電壓 500 A 500 V 2 Battery - 負電池電壓 500 A 500 V 表11:電池包電壓接針輸出 介面：LMU終端 I58550.doc -28 · 201223069 該LMU終端用於將該LMU之電池電壓連接至該等電池包主 控器。 連接器PN :終端 匹配連接器PN :
接針# 信號 描述 電流 電壓 1 Battery + 正電池電壓 500 A 220 V 2 Battery - 負電池電壓 500 A 220 V 表12 : LMU終端接針輸出 介面：保險絲終端 該等保險絲終端連接至保險絲電纜之負號及至接觸器電纜 之保險絲。 連接器PN :終端 匹配連接器PN :
接針# 信號 描述 電流 電壓 1 Battery - 負電池電壓 500 A 220 V 表13 :保險絲終端接針輸出 介面：接觸器終端 該等接觸器終端連接至接觸器電纜之保險絲及至LMU終端 之接觸器。 連接器PN : Μ8χ1.25電源終端 匹配連接器PN :
接針# 信號 描述 電流 電壓 1 Battery - 負電池電壓 500 A 220 V 表14 :保險絲終端接針輸出 158550.doc -29- 201223069 本端模組單元 參考圖11，繪示—本端模组單元之一方塊圖之一實例。 在實施例中，该本端模組單元之主要功能係監測定位在 發送電壓及溫度條件至該電池包主控器之電池模組單元内 °P之電池包電池胞。該本端模組單元當由該電池包主控器 命令時亦可導通浪漏電阻器。如圖u中展#，ltc68〇2_2 係能夠測量12個串聯連接的電池胞之電壓之一資料獲取 輸入多工器連接該等電池至一 12位元Α-Σ類比至數 位轉換器（ADC)。該LTC6802-2與一主機處理器之間之通 心由一 SPI相容串列介面處理。該LTC68〇2_2亦含有用以平 衡電池胞電壓之電路。該主機處理器將值寫至該LTC6802-2内部之一組態暫存器以控制開關。開放連接偵測演算法 確保開路不錯誤解譯為一有效電池讀取。主要電池胞電 壓A/D測命令（STCVAD&ST〇WAD)自動關斷一電池胞之放 電開關’同時測量其之電壓。用於上方電池胞及下方電池 胞之放電開關在測量期間將亦被關斷。兩個自測試命令可 用於驗證該ADC之數位部分之功能。重要的是注意該 LTC68〇2_2不做出關於導通/關斷内部m〇sfet之判定。若 來自電池包主控器之信號被移除達25秒，則該本端模組 單元將關斷導通狀態下之所有洩漏電阻器且進入一待機條 件。 如圖12中展示，在一實施例中，一bms可包含一本端模 組單元1201 ’該本端模組單元12〇1係一板且附接至每一電 池模組1200且收集來自每一電池模組12〇〇中之電池胞之電 158550.doc •30· 201223069 池胞電壓1202、溫度1203、電流1204及濕度1205。一本端 模組單元可連續監測個別電池胞電壓1202、連續監測電池 胞溫度1203、能夠分流個別電池胞電壓至一洩漏電阻器、 可具有許多溫度、電壓或附接在模組層級處之其他感測 器。在一實例中，一本端模組單元可具有32W最大值、 2〇W洩漏電阻器及12W金屬氧化物半導體場效應電晶體 (Mosfet)開關之每電池胞總功率消耗、可繞過具有〜7安培 攜載電流之一失效電池胞、可具有達8個溫度監測器且可 具有4個溫度監測器及4個周邊監測器。 該本端模組單元可直接安裝至該電池模組單元，且一 SPI隔離板可安裝至該本端模組單元。該SPI隔離板可隔離 自該本端模組單元至該電池包主控器之SPI信號。在一實 施例中’該SPI隔離板以每UL1577之1分鐘2500 v RMS隔 離自該本端模組單元至該電池包主控器側之信號位準。在 一實施例中，該SPI隔離板需要5 VDC +_.5 VDC之一外部 電源且具有2.45毫安至90毫安之一電流範圍。在一實施例 中，該spi隔離板將提供施加功率之正指示。當spi被中斷 或移除時，該SPI隔離板可傳遞時脈信號。 在一實施例中，用於該本端模組單元及spi隔離板之接 針輸出及連接可如下： 介面：Jl、J2 連接至此介面之電纜線束係CAT5e。 連接器 PN : AMP 43 860_0001 匹配連接器PN : 158550.doc -31· 201223069 信號 接針 描述 電流 隔離 CS 1 晶片選擇 10mA 500 Vcont SDO 2 串列資料輸出 10mA 500 Vcont SDI 3 串列資料輸入 10mA 500 Vcont SCLK 4 時脈 10 mA 500 Vcont GND 5 接地 120 mA 500 Vcont NC 6 沒有連接 GND 7 接地 120 mA 500 Vcont 5 VDC In 8 5 VDC 120 mA 500 Vcont 表15 : SPI通信接針輸出 介面名稱：電池胞平衡介面 連接器：Molex MX150, 0194180038 連接至此介面之電纜線束係電池監測器。 連接器 PN : Molex MX 15 0, 0194290015 匹配連接器PN : 信號 接針 電流 Cell 1 - 1 Cell 1+Cell2- 2 Cell 2+Cell 3 - 3 Cell 3+Cell 4 - 4 Cell 4+Cell 5 - 5 Cell 5+Cell 6 - 6 Cell 6+Cell 7 - 7 Cell 7+Cell 8 - 8 Cell 8+Cell 9 - 9 Cell 9+CeIl 10 - 10 Cell 10 + 11 NC 12
表16:至電池胞介面之LMU 連接器名稱：NTC介面 158550.doc •32· 201223069 連接至此介面之電纜線束係電池NTC。 連接器 PN : Molex MX150, 0194290010 匹配連接器PN : 信號 接針 電流 NTC1 + 1 NTC 1 - 2 NTC2 + 3 NTC2- 4 NTC3 + 5 NTV3 - 6
表17:至NTC介面之LMU 該SPI介面之時序可根據圖丨3進行操作，如圖展示。 運輸工具内之整合： 在一實施例中’該能量儲存系統之設計適應一運輸工具 之空間限制。舉例而言，一電池包可放置在一運輸工具之 底板結構内、底板表面下方、一低底板運輸公共汽車上且 能夠維持路面清潔且符合公共汽車標準（舉例而言，由美 國大眾運輸協會設定者）必要的接近/偏離角度。因此，一 公共汽車亦可具有一習知公共汽車座位型樣。 一串聯電池串中之大容量（5〇Ah)電池胞可與額外電池串 並聯放置且因此明顯比串聯電池胞之一並聯組在一事故性 失效事件中更安全進行操作。因為鋰電池胞通常短暫失 效，所以若一失效電池胞與許多其他電池胞並聯，則該等 其他電池胞通常釋放儘可能多的能量至受損害電池胞中。 通常，因為必須測量每一電池胞電壓，首先並聯放置電池 158550.doc •33· 201223069 胞以減小電池管理系統之成本。由於獨特較大容量電池 在串聯放置電池胞之前並聯電池不再必要，因此增加 整個電池包之安全性。此外，電池胞化學中之陽極變化提 供亦處於-較南功率密度之一内在安全電池胞。關於電池 串數目之4纟改變允許該能量儲存系統之大小改變而不 增加更多&制至該運輸卫具或利用其他電池串改變任何東 西。 一冷卻系統之整合可維持該等電池包處於包含在該等電 池包内之電池化學之限制内之溫度下。在沒有系統冷卻之 事件中該此量儲存系統可在不超過推薦操作溫度之情況 下以一快速充電模式操作達多個小時。 該電池包亦可完全服從11>67且灰塵及水（若淹沒）。該電 池包可藉由兩個IP67等級連接器連接至該運輸工具作為至 該運輸工具之僅電連接，為便於維修該等連接器可不鎖存 且可快速拆下。當移除該連接器時，該連接器上之所有接 觸件可安全觸摸且斷電。此外，該電池包内之配接線及終 端可經定大小及確保該運輸工具之一完整12年循環壽命。 可藉由比較流過並聯電池串之電流測量電池包間之阻抗匹 配，因此允許該等電池串内之配接線及終端附接之預防性 維修。 在一實施例中，該等能量儲存模組包含多個電池胞（舉 例而言，10個電池胞，每一者2 3V、5〇Ah)。模組外殼可 經設計以機械整合且保護該等電池胞以及提供冷卻且控制 支撐。電池管理系統連接器可整合至該模組前面用於快速 15S550.doc -34· 201223069 連接一外部安裝的電池管理系統板。終端可偏移且具螺紋 用於附接螺栓之垂直安裝及裝配之便利。模組可彼此隔離 以防範潛在短路。可透過材料選擇及鋁散熱片之後處理完 成此。若透過該電池管理系統偵測到一短路，則該系統可 切斷連接該電池串中之每一子電池包，其將隔離故障以在 一嚴重碰撞或該隔離系統失效之事件中確保安全性。 在一些實施例中，該能量系統能夠接受非常高充電及放 電速率以及攜載大量能量。鈦酸鋰技術可能夠在電池胞層 級處之少至1分鐘（60C速率）及運輸工具層級上之少至6分 鐘（10C速率）内自0% SOC改變至90% SOC。在一些實施例 中，可接受溫度範圍係-30°C至70°C。在此範圍内，在一 些實施例中，該系統可在給定一運輸工具進行操作之一前 所未有的溫度範圍情況下傳遞該電池包中之可用能量之 90%。 本發明之所有概念可與電池管理之其他系統及方法合併 或整合’包含（但不限於）美國專利公開案第2008/0086247 號（Gu等人）中所描述，該案全文以引用方式併入本文中。 雖然本文已展示且描述本發明之較佳實施例，但熟習此 項技術者應瞭解此等實施例僅係以實例的方式提供。在不 背離本發明之情況下熟習此項技術者將想起數種變體、改 變及替代。應瞭解在實踐本發明中可使用本文描述的對本 發明之實施例之各種更改。意圖係隨附申請專利範圍定義 本發明之範圍且藉此涵蓋此等請求項及其等之等效物之範 圍内之方法及結構。 158550.doc -35- 201223069 本文描述㈣統及方法之態樣可實施為程式化為多種電 路之任一者之功能’包含可程式化邏輯器件（pld)，諸如 場可程式化㈣列（FPGA)、可程式化陣列邏輯（pal)器 件、電可程式化邏輯及記憶器件及標準基於電池胞器件， 以及特殊應用積體電路（ASIC)。用於實施該等系統及方法 之態樣之一些其他可能性包含：具有記憶體之微控制器、 嵌入式微處理器、韌體、軟體等等。此外，該等系統及方 法之態樣可體現在具有基於軟體之電路仿真之微處理器、 離散邏輯（循序且組合）、訂製器件、模糊（神經網路）邏 輯、量子器件及以上器件類型之任意者之混合β當然，基 礎器件技術可提供在多種組件類型中，例如，像互補金屬 氧化物半導體（CMOS)之金屬氧化物半導體場效應電晶體 (MOSFET)技術、像發射極耦合邏輯（ECL)之雙極技術、混 合類比及數位之聚合物技術（例如’ ^夕共輛聚合物及金屬 共耗聚合物-金屬結構）等等。 應注意本文揭示的各種功能或製程從其等之行為、暫存 器傳送、邏輯組件、電晶體、佈局幾何形狀及/或其他特 性方面來說可描述為體現在各種電腦可讀媒體中之資料 及/或指令。此格式化資料及/或指令可體現於其中之電腦 可讀媒體包含（但不限於）呈各種形式之非揮發儲存媒體（例 如’光學、磁性或半導體儲存媒體）及可用於透過無線、 光學或有線發信號媒體或其等之任何組合傳送此格式化資 料及/或指令之載波。藉由載波傳送此格式化資料及/或指 令之實例包含（但不限於）經由一或多個資料傳送協定（例 158550.doc -36- 201223069 如’ HTTP、FTP、SMTP等等）在網際網故男 路及/或其他電腦 之傳送（上載、下載、郵件等等當經由-或多個 電腦可4媒體在-電腦系統内接收該資料及/或指令時， 可藉由該電腦系統内之-處理實體（例如，一或多個處理 結合-或多個其他電腦程式之執行來處理該等系統及 方法下之組件及/或製程之基於此資料及/或指令的表達。 除非另外明確指示出，否則從以下闡述明白，應瞭解在 ，個說明書中，利用諸如「處理」、「計算」、「運算」、「判 定」或類似物之術語之闡述可整體或部分指代一處理器、 電腦或計算系統或類似電子計算器件之動作及/或製程， 該：器件操控及/或將代表該系統之暫存器及/或記憶體内 之貫體（諸如電子器件、數量）之資料變換成類似代表該系 統之把憶體、暫存器或其他此資訊儲存器、傳輸或顯示器 件内之實體數量之其他資料。熟習此項技術者亦應瞭解本 文提及之術語「使用者」可係個人以及公司及其他合法實 體。此外，本文提出的製程與任何特定電腦、處理器件、 物件或其他裝置本質上不相關。將從下文描述瞭解用於多 種此等系統之一結構之_ f f。 、 。 傅 < 貫例。此外，不參考任何特定處 理器、程式化語言、機械碼等等描述本發明之實施例。將 瞭解多種程式化語言、機械碼等等可用於實施如本文描述 的本發明之教示。 除2下文清楚要求其他’在整個說明及申請專利範圍 中’字「包括」'「包含」及類似物應解釋為與一排除性或 詳盡意義相反之-包含意義；即，為「包含，但不限於」 158550.doc -37· 201223069 之意義。使用單數或複數之字亦分別包含複數或單數。此 外，字「其中」、「在此之下」、「上方」、「下方」及類似含 義之字指代此應用整體而不是此應用之任何特定部分。當 參考兩個或兩個以上項目之一列表使用字「或」時，此字 涵蓋該字之以下解釋之所有者：該列表中之項目之任一 者 '該列表中之項目之所有者及該列表中之項目之任何組 合。 該等系統及方法之繪示實施例之以上描述並不意欲係全 面的或將該等系統及方法限制於所揭示的精確形式。雖然 本文描述該等系統及方法之特定實施例及實例用於說明目 的，在該等系統及方法之範圍内各種等效修改係可能的， 如熟習有關技術者所公認。本文提供的該等系統及方法之 教不可應用於其他處理系統及方法，不僅用於上文描述的 該等系統及方法。 可組合上文描述的各種實施例之元件及動作以提供進一 步實施例。根據上文詳細描述可對該等系統及方法做出此 專及其他改變。 —般而言，在隨附申請專利範圍中，所使用術語不應解 釋為將該等方法及系統限制於說明t及巾請專利範圍中揭 示的特定實施例之系統及方法’而應解釋為包含根據請求 項進行操作之所有處m因&，該等系統及方法不受 揭不内容限制’而是由申請專利範圍整體判定該等系統及 方法。 雖然下文以特定請求項形式提出該等系統及方法之特定 Ϊ 5S550.doc •38· 201223069 心樣彳發月者考慮呈任何數目個請求項形式之該等系統 及方法之各種態樣。因此，發明者保留申請該申請案之後 增加額外請求項之權利以追求用於該等系統及方法之其他 態樣之此等额外請求項形式。 【圖式簡單說明】 圖1繪不根據本發明之實施例之一電池管理系統之—架 構之一實例。 ' 圖2繪不根據本發明之實施例之各種控制器層級之一整 體系統架構之一實例。 圖3繪示根據本發明之實施例之電池包及電池串内之配 置及互連之實例。 圖4繪示根據本發明之實施例用於實施一本端模組單元 之電路之一實例。 圖5繪示根據本發明之實施例之一本端模組單元之佈局 之一實例。 圖6繪示根據本發明之實施例之架構之一實例，透過該 架構該運輸工具主控制器與該能量儲存主控器介接以控制 電池包之操作。 圖7 A繪示根據本發明之實施例之一能量儲存主控器之連 接之一方塊圖之一實例。 圖7B繪示根據本發明之實施例之一能量儲存主控器之行 為之一實例之一流程圖。 圖8繪示根據本發明之實施例之一電池包主控器單元之 一實例之一方塊圖。 158550.doc -39- 201223069 圖9繪示根據本發明之實施例之一電池包主控器單元 一架構之一實例。 圖10繪示根據本發明之實施例之一流程圖之—實 a 』§亥 流程圖繪示一電池包主控器單元之行為。 圖11繪示根據本發明之實施例之一本端模組單元之—方 塊圖之一實例。 圖12繪示根據本發明之實施例之一本端模組單元之—架 構之一實例。 圖13繪示根據本發明之實施例之SPI介面之時序之一實 例。 【主要元件符號說明】 100 能量儲存主控器單元 101 運輸工具主控制器 102 外部充電器 103 電池串/串 104 牵引電池包系統 201 電池胞群組/電池胞群組監測器/監測 202 第二處理模紕/電池胞群組控制器 203 第三模組/第三控制器模組 600 電池模組 601 本端模組單元 604 電流 610 電池包主控器/電池包主控器單元 611 接觸器 器/模組 158550.doc 201223069 612 保險絲 613 匯流條 700 能量儲存主控器 701 連接 702 連接 800 電池包主控器單元 901 本端模組單元 910 電池包主控器單元 911 接觸器 912 電池包電流 1200 電池模組 1201 本端模組單元 1202 電池胞電壓 1203 溫度 1204 電流 1205 濕度 158550.doc .41-

Claims (1)

  1. 201223069 七 1. 2. 3. 4. 5. 6. 、申請專利範圍： 一種電池管理系統，其包括： 複數個本端模組單元，其中每一本端模組單元監測來 自複數個電池胞之至少一電池胞電壓、溫度、濕度及電 流， 至少一電池包主控板，其用於彙總來自該複數個本端 模組單元之資料且與該複數個本端模組單元通信； 月b量儲存主控器，其用於與一運輸工具主控制器介 接；及 卜4充電器，该外部充電器與該運輸工具主控制器 通信； ° 八中》亥電池包主控板與該能量儲存主控器通信以命令 該複數個電池胞之間之電荷轉移。 如:求項1之系統，其中該系統用於一電子運輸工具。 如哨求項1之系統，其中該運輸工具主控制器透過一充 電站介面與該外部充電器介接。 如凊求項2之系統’其中一群組電池胞形成一電池模 組丄且—群組電池模組形成—電池包，且-對電池包形 成電池串’且可變數目個電池串包含在該電子運輸工 具:；、且—個本端池單元監測每-電池模組。 求項1之系統，其令該電池包主控板使用一串列周 邊二面匯流排與該複數個本端模組單元通信。 如請求項1之系統，且中 τ该電池包主控板在一控制器區 域4路上與該能量儲存主控器通信。 158550.doc 201223069 7·如清求項6之系統，其中該控制器區域網路係iso 11898 〇 8. 如請求項1之系統’其中該電池包主控板使用一單一控 制器區域網路匯流排與該能量儲存主控器通信。 9. 如凊求項！之系統’其中該電池包主控板監測該複數個 本端模組單元之晶粒溫度。 1〇·如吻求項1之系統，其中該電池包主控板與該能量儲存 主控器通信以藉由自該複數個電池胞緩衝能量至一電容 器中，且接著藉由使用該本端模組單元將該經緩衝之能 量傳送至選自該複數個電池胞之一單一電池胞，以導通 移動電荷至所選單一電池胞中之電晶體而命令該複數個 電池胞之間之電荷轉移。 11·如請求項1〇之系統，其中該等電晶體能夠使大於^安培 連續通過。 12·如請求項10之系統，其中該電容器額定為每通道2〇瓦 特。 如叫求項i之系統，其中一群組電池胞形成一電池模組 且進—步包括一隔離DCDC轉換器，該轉換器連接至該 電池模組以為來自該群組電池胞之一所選擇電池胞充 電。 14·如請求们之系、统，其中每-本端模組單元包括液體或 溶斷指示器。 如％求項10之系統，其中該本端模組單元包括一多電池 胞堆疊監測微處理器晶片。 158550.doc 201223069 16. 17. 18. 19. -種用於-電子運輸工具之有效率電池管理之方法，其 包括： 使用複數個本端模組單元監測來自複數個電池胞之一 電池胞電壓、溫度、濕度及電流，其中—群組電池胞形 成-電池模組且-群組電池模組形成—電池包，且一對 電池包形成一電池串； 使用至J -電池包主控板彙總來自該複數個本端模組 單元之資料且與該複數個本端模組單元通信； 自該至少-電池包主控板傳達資訊至—能量儲存主控 器且自該能量儲存主控器傳達資訊至該至少一電池包主 控板， 自該月t·量儲存主控器傳達資訊至—運輸卫具主控制器 且自該運輸X具主控制器傳達資訊至該能量儲存主控 器；及 自該運輸工具主控制器傳達至一外部充電器， 其中肩電池包主控板與該能量儲存主控器通信以當偵 測到電壓不平衡時命令該複數個電池胞之間之電荷轉 移。 如叫求項16之方法，其進一步包括監測該複數個電池胞 之健康狀態且基於該健康狀態繞過一電池包内之一電 池胞。 如叫求項16之方法，其進一步包括若由該複數個本端模 組單元偵測到一短路則切斷連接一電池包。 如明求項16之方法，其進一步包括若偵測到一電流不平 158550.doc 201223069 衡則切斷連接一電池串。 20. 一種用於一電子運輸工具之電池管理系統，其包括： 複數個主處理器模組，其等用以監測電池胞群組，其 中每一主處理器模組監測該等電池胞之至少一電池胞電 壓、溫度 '濕度及電流； 複數個次級處理器模組，其等用以收集來自該複數個 主處理器模組之關於該等電池胞群組之資訊；及 一第三級處理器模組，其用以收集來自該複數個次級 處理器模組之資訊以傳遞至—運輸卫具控制器或外部充 電器控制器， 其中該等次級處理器模組與該第三級處理器模組通信 以命令該等電池胞之間之電荷轉移。 158550.doc
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