TWI547057B - 電池管理裝置 - Google Patents

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TWI547057B
TWI547057B TW104109101A TW104109101A TWI547057B TW I547057 B TWI547057 B TW I547057B TW 104109101 A TW104109101 A TW 104109101A TW 104109101 A TW104109101 A TW 104109101A TW I547057 B TWI547057 B TW I547057B
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Description

電池管理裝置
本案係關於一種電池管理裝置，尤指一種電池管理裝置內之電池模組內具有獨立隔離設置之記憶體電路之電池管理裝置。
現今，電動車輛已經漸漸開始取代傳統以石油作為動力能源的車輛，並逐漸擴及到大眾運輸的領域。在眾多將電能系統植入大眾運輸系統的可行方案中，其中一種即是以可替換之電池箱搭配換電站的方式去進行，其乃係將換電站內之電池箱先充飽電，當電動巴士內之電池箱電力耗盡時，電動巴士可在特定的換電站停靠，並在五至十分鐘內將車上已耗盡的電池箱與換電站充飽的電池箱相互更換，如此一來，電動巴士即獲得充足電力得以繼續行駛。
於實際應用上，由於電池箱內各電池模組的電池芯皆會在其使用時期內分別以不同的速率退化，且各個電池模組的電容量在大約使用三年後便無可避免地開始大幅度地衰退，導致電動車輛可行駛之里程數減少約30%以上，而為了使電池箱放電均勻，電池箱內所有電池模組的電容量以及內部電阻都須落於相似的範圍，故不論電池模組使用期間的長短，電池箱內任何衰退的電池模組皆會被更換。而為了得到電池模組的狀態，電池箱租售業者必須要 經常性地進行比對，藉以預測電池模組之電容量並確認電池箱之狀態，如此才能提供優質的服務給電動巴士或電動計程車業者。
於習知技術中，進行比對必須要在特殊設施內進行，而電池箱內不論是替換上或新安裝上的電池模組在重新比對之後，其運作資訊、健全度狀態(state of health,SOH)歷程、充電狀態(state of charge,SOC)歷程以及使用歷程等資訊皆需要從相關的電池箱管理單元或車輛電子控制單元(Electronic control unit,ECU)下載並轉移，此一比對過程對電池箱租售業者而言既費時又昂貴。
另外，當電池模組發生故障事件時常會產生湧浪電流，會同時毀壞電池芯及造成電池管理單元損壞，使儲存於電池管理單元內之電池模組運作資訊遭受到不可回復性的破壞，因而電池模組使用者無法取得損壞之電池模組內之電池資訊。
因此，如何發展一種電池管理裝置，俾解決習知技術中，當電池模組故障時產生之浪湧電流損壞電池管理單元而使電池資訊無法被讀取以及取得電池模組狀態不便又費時等諸多問題，實為本領域迫切需解決之問題。
本案之主要目的在於提供一種電池管理裝置，使車輛電子控制單元、充電系統以及電池模組間能有效且可靠地進行資料傳輸。
本案之次要目的在於提供一種電池管理裝置，使電動車輛之機電系統或電池模組故障後，仍然能夠確保電池運作資訊及使用歷程可被下載，使電池服務站能夠追蹤製造缺陷，並在租售過程中監 控電池模組之品質及效能。
本案之另一目的在於提供一種電池管理裝置，該電池管理裝置可使電池模組在充電時，各電池模組能獨立地提供電池運作資訊及使用歷程至充電機台，並能有效地比對各電池模組之電池運作資訊及使用歷程，藉以檢測每一電池模組之狀態。
為達上述目的，本案提供一種電池管理裝置，至少包含：至少一可交換式電池模組，且每一可交換式電池模組包含：電池管理單元，具有電壓量測電路以及記憶體電路，且電壓量測電路與記憶體電路相互絕緣設置；繼電器，用以切換可交換式電池模組之內部電路；以及電池芯組，連接至電池管理單元，提供電池管理裝置之電源；以及電池箱管理單元，與至少一可交換式電池模組之電壓量測電路連接；其中，電壓量測電路係由電池芯組供電並傳輸一電壓資訊至電池箱管理單元，記憶體電路係用以儲存一電池運作資訊，且記憶體電路僅可由電池箱管理單元透過記憶體輸入/輸出接頭進行讀寫。
100‧‧‧電池管理裝置
101‧‧‧電池管理單元
101a‧‧‧第一區塊
101b‧‧‧第二區塊
102‧‧‧電池箱管理單元
103‧‧‧車輛電子控制單元
104‧‧‧記憶體電路
105‧‧‧隔離電路
106‧‧‧電壓量測電路
108‧‧‧正極繼電器
109‧‧‧負極繼電器
110‧‧‧電池模組正極
111‧‧‧電池模組負極
124‧‧‧電源輸入/輸出接頭
125‧‧‧電池芯組
1251、1252、1253、1254、1255‧‧‧電池芯
126‧‧‧記憶體輸入/輸出接頭
127‧‧‧指令輸入/輸出接頭
128‧‧‧繼電器控制接頭
130‧‧‧電池模組
201‧‧‧充電系統
202‧‧‧正極充電端
203‧‧‧負極充電端
第1圖係為本案較佳實施例之電池管理裝置連接至一電動車輛時之示例性架構說明圖。
第2圖係為第1圖所示之電池管理裝置之細部架構說明圖。
第3圖係為本案較佳實施例之電池管理裝置連接至一充電系統時之細部架構說明圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘 述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用於限制本案。
第1圖係為本案較佳實施例之電池管理裝置連接至一電動車輛時之示例性架構說明圖。如圖所示，本發明之電池管理裝置100包含殼體(未圖示)、電池箱管理單元102以及複數個可交換式電池模組130，電池管理裝置100之殼體(未圖示)係用以提供一容置空間，用以容置電池箱管理單元102及複數個可交換式電池模組130，且於本實施例中，該電池管理裝置100係可為但不限為一電池箱。其中，每一可交換式電池模組130皆具有一電池芯組125以及一電池管理單元101，於本實施例中，電池管理裝置100具有四個可交換式電池模組130，然其數量係可依實際施作情形任施改變，並不以此為限。電池箱管理單元102係與複數個可交換式電池模組130內之電池管理單元101、正極繼電器108(如第2圖所示)、負極繼電器109(如第2圖所示)連接，此外，當電池管理裝置100與一電動車輛連接時，則可透過電池箱管理單元102以與電動車輛之輛電子控制單元103連接，又或者是當電池管理裝置100與一充電系統201連接時，(如第3圖所示)，則同樣可透過電池箱管理單元102以與充電系統201相連接連接，至於其細部之連接方式則詳述如後。
請續參閱第1圖，如圖所示，每一可交換式電池模組130之電池芯組125係連接至其對應的電池管理單元101，並且可作為交換式電池模組130之之電力來源。電池管理單元101中具有電壓量測電路106以及記憶體電路104，且電壓量測電路106與記憶體電路104係 相互絕緣設置。於一些實施例中，記憶體電路104為一非揮發性記憶體電路，但不以此為限。電池管理單元更可具有隔離電路105，例如為一光耦合器，但不以此為限。於本實施例中，隔離電路105係設置於電池箱管理單元102與電壓量測電路106之間，透過隔離電路105之設置，電池箱管理單元102與電壓量測電路106間係電性絕緣、但仍可相互傳遞信號。記憶體電路104係用於儲存可交換式電池模組130之電池運作資訊，且僅可由電池箱管理單元102進行讀寫，藉此以持續累積、儲存可交換式電池模組130之電池運作資訊及使用歷程。
再於本實施例中，每一個電池管理單元101更可區分為第一區塊101a與第二區塊101b，電池管理單元101內之電壓量測電路106與隔離電路105係設置於第一區塊101a內，而電池管理單元101內之記憶體電路104係獨立設置於第二區塊102b內，由於第一區塊101a及第二區塊101b係相互隔離且絕緣設置，因此設置於兩不同區塊內之電壓量測電路106與記憶體電路104亦可達相互絕緣設置之功效。於第一區塊101a中，電壓量測電路106係先經過隔離電路105再透過一指令輸入/輸出接頭127與電池箱管理單元102連結，藉此，以將可交換式電池模組130內之電壓資訊提供給電池箱管理單元102，並由電池箱管理單元102對此電壓資訊進行處理並轉換為電池運作資訊，於一些實施例中，電池運作資訊係可為充電狀態、健全度狀態、電池溫度歷程、電流用量、車輛位置歷程…等資訊，但皆不以此為限。於第二區塊101b中，電池管理單元101之記憶體電路104係經由一記憶體輸入/輸出接頭126與電池箱管理單元102連接，且由於記憶體電路104僅與電池箱管理單元 102連接，而未與其他電路連接，故其僅可由電池箱管理單元102透過記憶體輸入/輸出接頭126對之進行讀寫。另外，第一區塊101a中的電壓量測電路106之電源係由電池芯組125提供，而第二區塊101b中的記憶體電路104之電源則由電池箱管理單元102內之一低電壓電源(未圖示)透過記憶體輸入/輸出接頭126所提供。
接著進一步說明本案之電池管理裝置100分別使用於電動車輛時及進行充電時之連接狀態。
請參閱第2圖，第2圖係為第1圖所示之電池管理裝置之細部架構說明圖。如圖所示，本案之電池管理裝置100係由電池箱管理單元102及可交換式電池模組130所構成，於本實施例中，本案之電池管理裝置100僅顯示一組可交換式電池模組130以便於說明，應理解的是，本圖可交換電池模組130之數量僅為示意所用，並非用以限制本案。其中，可交換式電池模組130具有一電池芯組125、電池管理單元101、正極繼電器108、負極繼電器109等元件。 於本實施例中，電池芯組125係由複數個電池芯1251、1252、1253、1254及1255所組成，藉此提供可交換式電池模組130電能，電池芯組125內之電池芯數量係可依其實際應用方式而任施變化，並非用以限制本案電池芯組125之組成。電池管理單元101則如前所述，具有電壓量測電路106、隔離電路105以及記憶體電路104等電路，且透過電池管理單元101之相互隔離設置之第一區塊101a與第二區塊101b，以使電壓量測電路106與隔離電路105設置於第一區塊101a內，並使記憶體電路104設置於第二區塊101b中，俾使電壓量測電路106與記憶體電路104之間可相互隔離並絕緣設置。
至於正極繼電器108與負極繼電器109則分別與電池芯組125之正、負兩極連接，舉例來說，於本實施例中，正極繼電器108即與電池芯組125中之電池芯1251之正極連接，而負極繼電器109則與電池芯組125中之電池芯1255之負極連接，但不以此為限，藉以調控可交換式電池模組130之電路狀態。且於電池管理裝置100中，可交換式電池模組130係透過兩繼電器控制接頭128分別與正極繼電器108與負極繼電器109連接，進而以調整正極繼電器108與負極繼電器109之電路為接合或分離。又於本實施例中，正極繼電器108及負極繼電器109更分別與電池模組正極110及電池模組負極111相連接，藉以提供與電動車輛或是與外部電源(例如第3圖之充電系統201)相連接、以進行供電或是充電。
接著更進一步說明電池箱管理單元102與本實施例各元件間之連接關係，請續參閱第2圖，電池箱管理單元102經由一指示輸入/輸出接頭127而與可交換式電池模組130之電池管理單元101內之隔離電路105及電壓量測電路106相連接，且隔離電路105設置於電壓量測電路106與電池箱管理單元102之間，藉此可使電壓量測電路106與電池管理單元101之間彼此雖電性絕緣、但仍可相互傳遞訊息；以及電池箱管理單元102又經由一記憶體輸入/輸出接頭126與可交換式電池模組130之電池管理單元101內之記憶體電路104連接，同時由電池箱管理單元102內之低電壓電源(未圖示)供電給記憶體電路104，且記憶體電路104僅可由電池箱管理單元102進行讀寫。又如前所述，電池箱管理單元102經由兩個繼電器控制接頭128與可交換式電池模組130之正極繼電器108以及負極繼電器109連接，藉此，電池箱管理單元102可透過繼電器控制接 頭128以進一步調整正極繼電器之108與負極繼電器109之電路狀態。以及，當電池管理裝置100與一電動車輛連接時，則可由電池箱管理單元102經由一電池輸入/輸出接頭124與車輛電子控制單元103連接，藉此，電池箱管理單元102可與車輛電子控制單元103傳輸可交換式電池模組130之電池運作資訊及使用歷程。
透過上述架構，本案之電池管理裝置100於電動車輛運作時，其電池箱管理單元102可持續經由輸入/輸出接頭127從電池管理單元101之電壓量測電路106接收電壓資訊，且同時將電壓資訊進行處理以獲得一系列的電池運作資訊，接著透過憶體輸入/輸出接頭126寫入至記憶體電路104內儲存，或是透過電池輸入/輸出接頭124提供給電動車輛上之車輛電子控制單元103。另外，對於電池管理單元101而言，本案之記憶體電路104實質上係一結構獨立、絕緣設置於電池管理單元101內部、且由外部供電之元件，透過此一架構，雖可交換式電池模組130之電池管理單元101無法直接對記憶體電路104進行讀取或存入之動作，然若是可交換式電池模組130發生故障時，由於電池管理單元101之第一區塊101a與第二區塊101b係相互隔離絕緣設置，伴隨故障所產生之浪湧電流僅會毀壞可交換式電池模組內130之電池芯組125與電池管理單元101之第一區塊101a內之電壓量測電路106，電池管理單元101之第二區塊101b內之記憶體電路104不會受到浪湧電流之衝擊，因而儲存於記憶體電路104內之電池運作資訊亦不會被損壞，藉此可達到如飛機所使用的黑盒子一般之效果。
請參閱第3圖，第3圖係為本案較佳實施例之電池管理裝置連接至一充電系統時之細部架構說明圖。第2圖與第3圖差異在於第3圖 之電池管理裝置100係與一充電系統201連接而第2圖之電池管理裝置100係與一車輛電子控制單元103連接，至於本案電池管理裝置100之架構及連接方式已於前述說明，以下僅就差異處進行說明。如第3圖所示，當進行充電時，電池箱管理單元102係經由電池輸入/輸出接頭124與一充電系統201連接，藉此電池箱管理單元102可與充電系統201進行資料傳輸。另外，充電系統201更提供了一正極充電端202與一負極充電端203以分別連接至電池管理裝置100之電池模組正極110與電池模組負極111，藉以對電池管理裝置100之可交換式電池模組130進行充電。此外，由於各可交換式電池模組130之電池使用資訊係儲存於可交換式電池模組130之記憶體電路104內，充電系統201更可透過電池管理裝置100之電池箱管理單元102直接讀取儲存於各可交換式電池模組130內之電池使用資訊。藉此，電池箱租售業者可於對電池管理裝置100充電時同時進行各電池模組130之電性比對，利用充電系統201比對當次充電數據與先前充電數據藉以分析各個可交換式電池模組130之狀態，且由於此一比對過程係在一充電站內，相對於車上進行比對之環境較為穩定，故本案於充電站內進行比對後所得到之數據係較為可靠且精準的，因此，透過本案之架構，電池租售業者即可在每次充電時一併檢查電池管理裝置100內各個可交換式電池模組130之狀態，在可交換式電池模組130衰退程度嚴重影響到車輛里程數之前將其替換，以維持優良的電池箱租售服務。
綜上所述，本案之電池管理裝置透過將記憶體電路獨立設置於可交換式電池模組之電池管理單元內，且設定為僅能由電池箱管理單元存取並供電，因而當可交換式電池模組故障時所產生之浪湧 電流將不會損壞儲存於記憶體電路內之電池運作資訊，故即便任一可交換式電池模組故障，電池箱租售業者仍可經由電池箱管理單元透過記憶體輸入/輸出接頭讀取記憶體電路內之電池運作資料，藉以辨識可交換式電池模組故障之原因，進而可針對可交換式電池模組潛在之問題進行改善；此外，且透過本案之架構，充電系統可直接於電池管理裝置進行充電時，同時比對當次充電數據及前次充電數據，藉以推算出電池之健全度狀態，而不需如先前技術在可交換式電池模組比對完成後，需透過電池箱管理單元或車輛電子控制單元下載相關資料，藉此簡化了比對作業流程，故本案極具產業價值，爰依法提出申請。
本案得由熟悉此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
100‧‧‧電池管理裝置
101‧‧‧電池管理單元
101a‧‧‧第一區塊
101b‧‧‧第二區塊
102‧‧‧電池箱管理單元
104‧‧‧記憶體電路
105‧‧‧隔離電路
106‧‧‧電壓量測電路
108‧‧‧正極繼電器
109‧‧‧負極繼電器
110‧‧‧電池模組正極
111‧‧‧電池模組負極
124‧‧‧電源輸入/輸出接頭
125‧‧‧電池芯組
1251、1252、1253、1254、1255‧‧‧電池芯
126‧‧‧記憶體輸入/輸出接頭
127‧‧‧指令輸入/輸出接頭
128‧‧‧繼電器控制接頭
130‧‧‧電池模組
201‧‧‧充電系統
202‧‧‧正極充電端
203‧‧‧負極充電端

Claims (6)

  1. 一種電池管理裝置，至少包含：至少一可交換式電池模組，且每一該可交換式電池模組包含：一電池管理單元，區分為一第一區塊與一第二區塊，該電池管理單元具有一電壓量測電路、一隔離電路以及一記憶體電路，該電壓量測電路及該隔離電路係設置於該第一區塊內，該記憶體電路設置於該第二區塊內，俾使該電壓量測電路與該記憶體電路隔離設置，以相互絕緣；一繼電器，用以切換該可交換式電池模組之內部電路；以及一電池芯組，連接至該電池管理單元，提供該電池管理裝置之電源；以及一電池箱管理單元，與該至少一可交換式電池模組之該電壓量測電路連接；其中，該電壓量測電路係由該電池芯組供電並傳輸一電壓資訊至該電池箱管理單元，且該電池箱管理單元係對該電壓資訊進行處理並轉換為一電池運作資訊，該隔離電路係設置於該電池箱管理單元與該電壓量測電路之間，該記憶體電路係用以儲存該電池運作資訊，且該記憶體電路僅可由該電池箱管理單元透過一記憶體輸入/輸出接頭進行讀寫。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之該電池管理裝置，其中每一該記憶體電路皆係由該電池箱管理單元內之一低電壓電源透過該記憶體輸入/輸出接頭供電。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之該電池管理裝置，其中該記憶體電路為一非揮發性記憶體電路。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之該電池管理裝置，其中該電池芯組具有複數個電池芯。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之該電池管理裝置，其中當進行充電時，該電池箱管理單元連接至一充電系統，該充電系統可透過該電池箱管理單元讀取該記憶體電路內之該電池運作資訊，且於充電同時，該充電系統比對當次充電數據與先前充電數據藉以分析該至少一可交換式電池模組之狀態。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之該電池管理裝置，其中當使用於電動車輛時，該電池箱管理單元連接至一車輛電子控制單元，且該車輛電子控制單元可透過該電池箱管理單元讀取該記憶體電路內之該電池運作資訊。
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