TWI573370B - 車輛應用的高電壓蓄電池管理系統與方法 - Google Patents

車輛應用的高電壓蓄電池管理系統與方法 Download PDF

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Description

車輛應用的高電壓蓄電池管理系統與方法
本發明大體上係關於蓄電池管理系統。
圖1展示(諸如)用於插電式混合動力車(PHEV)或混合動力車(HEV)的示例性習知蓄電池系統100(包括管理及控制)。將多個電池並聯連接以形成蓄電池組。舉例而言，對於鋰鐵磷蓄電池組電池之狀況，每一電池具有3.3 V。串聯連接之十六(16)個蓄電池組構成蓄電池模組，諸如蓄電池模組102(例如，在圖1之實例中，假設每一蓄電池模組具有52.8伏特(V)之值)。在此實例中，串聯連接(至馬達110)之六(6)個蓄電池模組102構成蓄電池系統100之部分，蓄電池系統100之該部分具有316.8 V(例如，52.8×6)之累積電壓值。習知地，每一蓄電池模組102之每一蓄電池組係藉由車輛電控單元(ECU)104來直接監測及控制。ECU 104經由受控區域網路(CAN)匯流排介面106耦接至與每一蓄電池模組102相關聯之模組監測器及控制器108。在此實例中，必要時傳輸大量資料用於監測(例如，每一蓄電池組之電壓)及控制(例如，蓄電池組平衡，該蓄電池組平衡(諸如)藉由使蓄電池組保持容量平衡之已知電池平衡裝置來實施)。所得蓄電池系統100可變為成本效率低的(例如，監測複雜化)及/或易受可使電動車輛 (EV)、HEV或PHEV不可靠之環境條件(例如，電磁干擾(EMI))影響。
圖2中展示較先進之蓄電池系統200，其中將蓄電池系統200之控制及監測分成主控器層級202及受控器層級204。作為一個實例，ECU 104與主控器層級202之間的介面包含CAN匯流排介面106，而主控器層級202與受控器層級204之間的介面包含RS485介面206。在此示例性系統中，藉由受控器層級控制來處理大部分監測。然而，仍不可避免主控器/受控器及主控器/車輛ECU之間的經由RS485 206及/或CAN 106之資料傳輸，此情形尤其可在長服務時間之後產生可靠性問題。
在一個實施例中，一種蓄電池管理系統包含第一電路，該第一電路包含串聯佈置之第一複數個電路元件，該第一複數個電路元件包含：直流電(DC)電壓源及第一複數個開關裝置，該第一複數個開關裝置中之每一者連接至與蓄電池模組相關聯之一第一偵測裝置且藉由該第一偵測裝置可操作地切換，從而回應於事件之偵測而產生電壓差，該事件對應於該蓄電池模組之操作。
本文中揭示蓄電池管理(BM)系統及方法(在本文中亦共同或個別地被稱為BM系統)之某些實施例，其中 藉由諸如電壓偵測之類比手段來替換經由通信協定之資料傳輸，通信協定為諸如RS485或控制器區域網路(CAN)之協定。由於藉由一或更多個開關裝置(例如，閂鎖繼電器等)使所有信號偵測與主要高功率載荷電路(例如，迴路)隔離，因此如本文中所揭示之BM系統之一或更多個實施例具有高度耐雜訊性。因此，BM系統之一或更多個實施例建立高電壓蓄電池系統，該高電壓蓄電池系統可展現簡單性(例如，易於維護，且鑒於不存在複雜通信而可用作隨插即用架構)、可靠性(例如，使用壽命持久)及/或可購性(例如，成本有效)。
儘管本文中在與鋰離子蓄電池(例如，鋰鐵磷蓄電池)一起使用之情境下描述BM系統之某些實施例，但一般技術者應理解，本文中所揭示之BM系統之適用性不限於任何特定類型之蓄電池系統，且因此預期其他類型之蓄電池系統在本發明之範疇內。
參看圖3A，展示示例性BM系統300之一個實施例。BM系統300包含第一電路302，第一電路302具有以串聯方式佈置之電路元件，該等電路元件包含：控制器，諸如車輛電控單元(ECU)304；單獨直流電(DC)電壓源306(例如，12 V電壓源，在本文中亦稱為電源或12 V蓄電池，但應理解，可使用其他電壓值)；及複數個開關裝置，諸如開關裝置308(在本文中用元件符號308個別地且共同地引用)。ECU 304可包含用於電壓差(例如，電壓下降或電壓增大)偵測之電阻器或電阻裝 置。在一個實施例中，每一開關裝置308可體現為閂鎖繼電器，閂鎖繼電器可藉由使相關聯之接點斷開或閉合之電流脈衝來驅動。舉例而言，當正電流通過時，使繼電器斷開(或在一些實施例中，使繼電器閉合)，且當負電流通過時，使繼電器閉合(或在一些實施例中，使繼電器斷開)。若電流方向保持相同或當不存在電流時，則保持斷開或閉合位置。
諸如蓄電池模組310之蓄電池模組與開關裝置308中之每一者相關聯。蓄電池模組310可具有類似於結合圖1及圖2所描述之配置的配置，且在圖3A中所描繪之實例中，蓄電池模組310可包含52.8伏特(V)之電壓值，但預期其他電壓值。圖3A中所描繪之蓄電池模組310中之每一者具有相同或類似配置，且蓄電池模組310彼此串聯連接且在串聯迴路316中連接至馬達314。
每一蓄電池模組310給諸如偵測裝置312之一或更多個偵測裝置供電(例如，排他性地供電)。每一偵測裝置312連接至各別開關裝置308。在一個實施例中，偵測裝置312可為過量充電/過量放電(OC/OD)偵測裝置，如名稱所暗示，過量充電/過量放電(OC/OD)偵測裝置提供充電/過量放電警報偵測。在一些實施例中，可用另一類型或多種類型之偵測裝置替換OC/OD裝置312。每一OC/OD偵測裝置312用以監測連接(例如，串聯連接)於每一蓄電池模組310內之每一蓄電池組的電壓。舉例而言，在一個實施例中，在監測功能中可利用四(4)或 八(8)個通道，但在一些實施例中可涉及其他數量之通道。在八(8)個通道之狀況下，八(8)個通道使用總計九(9)根纜線(例如，但在一些實施例中，可使用無線配置)來偵測串聯連接之八(8)個電池或八(8)個蓄電池組之電壓。若通道中之任一者超過(或降至低於)給定臨限值(例如，過量充電或過量放電臨限值)，則藉由OC/OD偵測裝置312將電壓提供至開關裝置308以將開關裝置驅動為斷開或閉合。在一些狀況下，若開關裝置308在先前被斷開，則重設電流可用以重設過量充電/過量放電板(例如，OC/OD偵測裝置312)。在其他狀況下，若已知自動重新繼續功能可用，則無重設活動(使重設電流通過)應為必要的。
電路302(例如，迴路)中之開關裝置308中之每一者係藉由相關聯之「寄生」偵測裝置(諸如，OC/OD偵測裝置312)來控制，且在一些實施例中，每一蓄電池模組310可藉由一或更多個寄生裝置來實施。寄生在本文中指代不存在ECU控制(亦即，無需ECU控制)，且在一個實施例中，此等寄生裝置僅藉由蓄電池模組310中之蓄電池供電。寄生裝置可產生至ECU 304之警報信號。如下文更詳細解釋，寄生裝置之實例包括(但不限於)OC/OD偵測裝置312、電池平衡裝置及溫度監測裝置。由於開關裝置308起電隔離器的作用，因此12 V迴路電路302與串聯連接之蓄電池模組310隔離，且因此可能不存在經由蓄電池模組310中之每一者引起的雜訊 干擾。在圖3A中所描繪之實例中，ECU 304偵測電路302之電壓下降。換言之，若OC/OD偵測裝置312中之任一者偵測到模組310中之一或更多者內的蓄電池組中之一者的過量充電或過量放電，則所連接之開關裝置308藉由具偵測能力之OC/OD偵測裝置312而觸發為斷開。若開關裝置308中之任一者被觸發為斷開，則ECU 304回應性地偵測到來自電壓源306之電壓下降(在此實例中，自12 V至0 V)。
圖3B提供BM系統300之至少一部分的更詳細視圖，BM系統300展示於圖3A中，且相同元件符號對應於與圖3A中所見之彼等特徵相同或類似之特徵，且因此除下文所提到之處以外，此處省略對相同特徵之描述。詳言之，OC/OD偵測裝置312可體現為邏輯板，邏輯板跨越端子(在圖3B之開關裝置308中，以「+」及「-」表示)而連接(為清楚起見而省略蓄電池模組310)。另外，如所展示，開關裝置308可包含兩端子式閂鎖繼電器，其中每一開關裝置308經由端子耦接至另一開關裝置308。請注意，在一些實施例中，可使用開關裝置308之其他配置。
圖3C包含另一BM系統實施例，該另一BM系統實施例為圖3B中所展示之實施例的變體。在圖3C所展示之BM系統300A之狀況下，電源306及開關裝置308以及電阻器318在電路302中串聯連接。根據電路320，ECU 304藉由12 V蓄電池306單獨地供電。因此，開關裝置 308與ECU 304之間(例如，ECU 304與在圖3C之極左側處展示的第一開關裝置308之間，及ECU 304與在圖3C之極右側處展示的最後開關裝置308之間)的連接322及324僅用於電壓偵測。在此狀況下，當所有開關裝置308閉合時，藉由ECU 304應偵測不到電壓差(所有開關裝置將處於12 V)。僅當開關裝置308中之一者斷開時，藉由ECU 304偵測到12 V之電壓差。自此狀況至圖3A及圖3B中所描述之早前狀況，藉由ECU 304所偵測到之電壓差不同。
現參看圖4，展示BM系統400之另一實施例。類似於結合圖3A至圖3B所描述之實施例，BM系統400包含電路302(例如，迴路)，電路302包含串聯佈置之複數個電路元件，複數個電路元件包括ECU 304、電壓源306及複數個開關裝置308。每一開關裝置308連接至OC/OD偵測裝置312且藉由OC/OD偵測裝置312可操作地切換，OC/OD偵測裝置312係藉由相關聯之蓄電池模組310供電(例如，在一些實施例中，排他性地供電)。此等組件之操作如結合圖3A至圖3B所描述，且因此除如下文所提到以外，此處省略對相同組件之論述。BM系統400進一步包含第二電路402(例如，迴路)，第二電路402包含亦串聯佈置之複數個電路元件，複數個電路元件包括ECU 304、電壓源306及複數個開關裝置408，開關裝置408具有與開關裝置308相同或類似之配置。每一開關裝置408連接至偵測裝置410且藉由偵測 裝置410可操作地切換，偵測裝置410係藉由相關聯之蓄電池模組310供電(例如，排他性地供電)。在圖4中所描繪之實施例中，偵測裝置410體現為溫度監測裝置。在一些實施例中，可替代偵測裝置312及410中之任一者而使用不同類型之偵測裝置，及/或可使用額外偵測裝置(例如，在一些實施例中，隨著類似於電路402而配置之電路的相應增加而使用額外偵測裝置)。除了溫度監測裝置410感測蓄電池模組310之溫度以外，溫度監測裝置410以與OC/OD偵測裝置312相同或類似之方式工作。
藉由使用與用於OC/OD監測之方法類似的方法，溫度監測裝置410可實施於仍使用同一電壓源306之單獨電路(例如，與電路302相比較之電路402)中。若電路402之開關裝置408中的任一者藉由溫度監測裝置410觸發，則ECU 304根據跨越電壓源306之電壓(例如，在此實例中為12 V)來偵測電壓差。藉由使用電路302及402以及相應電路元件，ECU 304能夠識別藉由OC/OD偵測裝置312或超溫監測裝置410偵測之事件(例如，過量充電或過量放電，過高溫度)。請注意，儘管在圖4中說明兩個電路(例如，迴路)，但應理解，可添加額外電路(例如，類似於電路402)用於偵測對應於蓄電池模組之操作或其他(例如，環境)條件之額外事件(例如，不平衡等)。舉例而言，在一些實施例中，可使用電池平衡裝置(例如，代替溫度監測或除溫度監 測之外)，該等電池裝置用於保持蓄電池組之容量平衡。
請注意，在一些實施例中，ECU 304(或其他控制器，諸如控制器板，如下文所描述)可經配置以進行以下功能中之一或更多者：接受蓄電池組之過量充電/過量放電之警報；接受蓄電池模組之超溫之警報；提供對開關裝置的控制，開關裝置實施於載運高功率(所需之開關裝置之數目取決於例如安全考慮)之電路中且可經配置為具有一或更多個開關裝置，諸如每個蓄電池模組310一個開關裝置；及視情況控制針對蓄電池模組310中之每一者實施之風扇。
另外，在一個實施例中，由蓄電池模組310產生之輸出可包括以下輸出中之一或更多者：過量充電或過量放電之警報信號；超溫之警報信號。
現參看圖5A至圖5B，展示BM系統500之實施例，該BM系統500具有與圖3A中所展示之BM系統300類似之配置。BM系統500包含電路302，電路302包含串聯佈置之複數個電路元件，複數個電路元件包括ECU 304、電壓源306及複數個開關裝置508，在一個實施例中，複數個開關裝置508經配置為閂鎖繼電器。每一開關裝置508連接至OC/OD偵測裝置312及溫度監測裝置410兩者，裝置312及410係藉由相關聯之蓄電池模組310供電。換言之，OC/OD偵測裝置312及溫度監測裝置410兩者耦接至(且致動)同一開關裝置508(例如，只要電迴路為不同且隔離的，換言之，溫度監測裝置410 及OC/OD偵測裝置312分離地連接至開關裝置508)。在一些實施例中，諸如部分地描繪於圖5B中之實施例500A(以其他組件類似於圖5A中所展示之組件為條件)，可藉由兩個開關裝置510A、510B(例如，閂鎖繼電器)來替換開關裝置508。因此，開關裝置510A連接至OC/OD偵測裝置312，且開關裝置510B連接至溫度監測裝置(TD)410，其中開關裝置510A、510B之開關端子(未見於圖5A中)串聯連接，如圖5B中所展示。在一個實例操作中，若如圖5A中所展示之開關裝置508(或如圖5B中所說明之裝置510A、510B)中之任一者藉由OC/OD偵測裝置312或溫度監測裝置410而觸發為斷開，則ECU 304偵測到12 V之電壓下降差。因此，ECU 304「知曉」事件(例如，問題)係由蓄電池系統500產生，但確切原因可為未知的。
現將注意力轉向圖6，圖6說明BM系統600之實施例，其中一個電路之開關裝置以正常次序連接(例如，以如先前所描述之方式)，且另一電路之開關裝置以相反次序連接。詳言之，BM系統600包含串聯電路302，串聯電路302包含如上文所描述之複數個電路元件，複數個電路元件包括ECU 304、電壓源306及複數個開關裝置308。每一開關裝置308連接至OC/OD偵測裝置312，OC/OD偵測裝置312係藉由相關聯之蓄電池模組310供電。BM系統600包含另一串聯電路602，電路602具有常開電路配置，電路602包含ECU 304、電壓源306及 複數個開關裝置604(例如，閂鎖繼電器)，其中每一開關裝置604連接至OC/OD偵測裝置312。因此，不同於先前實施例，藉由在相反方向上佈置開關裝置604(待由ECU 304觸發)而反轉開關裝置604之操作。當藉由ECU 304使電路602閉合時(或在一些實施例中，手動閉合)，所有開關裝置604在操作端被觸發為閉合。舉例而言，如在圖6中所說明之此操作可用於在(僅)開關裝置308中之一者在先前藉由OC/OD偵測裝置312或溫度監測裝置410而斷開時重設OC/OD偵測裝置312(或溫度監測裝置410，在溫度監測裝置410用於(諸如)圖4、圖5A或圖5B中所展示之配置中時)。
圖7A說明BM系統700之另一實施例，該BM系統700具有與先前結合圖3C所描述且在圖3C中所展示之彼等電路元件類似的電路元件，彼等電路元件藉由相同元件符號提及，且因此為簡潔起見而省略對相同元件之論述。換言之，控制單元304用於偵測回應於開關裝置308之斷開而產生之電壓差。另外，控制單元304係藉由單獨電路(例如，與電路302相對之電路320)供電。因此，而在圖3A中，控制單元304係藉由電路302供電且感測同一電路302，在圖3C中(且此處適用於圖7A中)，控制單元304係藉由一個電路320供電且用於感測另一電路302。另外，其中圖3C說明如下實施例：藉由回應於偵測第一開關裝置與最後開關裝置之間的電壓差而偵測自對應於電壓源306之電壓至(大約)零的 電壓差來偵測電壓差(例如，電壓下降)，如下文所解釋，圖7A進一步識別開關裝置308。
BM系統700包含連接於開關裝置308中之每一者與ECU 304之間的纜線702(例如，702A至702G)。在此配置中，ECU 304經啟用以藉由監測每一開關裝置之間的電壓差來偵測哪一開關裝置308為斷開的。在圖7中所描繪之實例中，六(6)個開關裝置308使用總計七(7)根纜線來區分哪一蓄電池模組310被過量充電或過量放電。ECU 304為與電路302分離之電路320之部分。圖7B提供圖7A中所描繪之實施例的更詳細視圖(其中為清楚起見而省略蓄電池模組310)，其中鄰近開關裝置308之端子之間的串聯連接與經由纜線702至ECU 304之連接一起說明。請注意，在一些實施例中，如圖7中所展示之個別纜線702之配置可結合具有如圖3A及圖3B中所展示之架構的BM系統來使用。
在圖8中，說明另一BM系統實施例800，該另一BM系統實施例800具有類似於圖3A中所展示之電路佈置的電路佈置，該另一BM系統實施例800包括電路302中之電路元件的串聯佈置，電路元件包括電壓源306及開關裝置308，每一開關裝置308連接至與蓄電池模組310相關聯之OC/OD偵測裝置312。另外，電路302包含控制器板802，控制器板802經由CAN匯流排介面804耦接至ECU 304。換言之，ECU 304可藉由中間印刷電路板(PCB)替換，中間印刷電路板(PCB)以與上文 所描述之ECU 304相同(或類似)之方式工作。此佈置之一個優點在於蓄電池系統800可為CAN介面就緒的且因此準備好連接至任何現有ECU。
請注意，在一些實施例中，若流經連接開關裝置(例如，308)之電路(例如，302)的電流為可持續的，則貫穿本發明而用作實例之12 V電壓源306可藉由不同於12 V之蓄電池替換。在一些實施例中，12 V電壓源306可連接至將高電壓(例如，316.8 V)轉換為降至12 V的轉換器，只要ECU 304之正常操作不受影響(例如，不在顯著程度上影響)即可。
在一些實施例中，可包括發光二極體(LED)，發光二極體(LED)與電阻器串聯且跨越開關裝置(例如，308，兩個端子在圖3B或圖3C或圖7B中更清楚地說明)之端子中之每一者而連接。當開關裝置中之任一者斷開時，LED燈因產生於開關裝置終端機之間的電壓差而被供給能量(例如，接通)。LED可用作哪一蓄電池模組310正產生事件(例如，問題)之指示。若針對溫度監測裝置410(例如，參見圖4、圖5A、圖5B)而跨越開關裝置實施一個以上LED，則實現對哪一模組310具有問題之識別(例如，超溫或過量充電/過量放電)。在一些實施例中，可藉由音訊裝置(例如，蜂鳴器)或可用於識別由哪一模組310產生哪一問題之任何裝置來替換LED。
在本文中所描述之BM系統之某些實施例中，應注 意，ECU 304無需知曉每一蓄電池組之活動的所有細節。舉例而言，ECU 304與在藉由蓄電池模組310產生警報信號時所採取之活動有關。自此觀點來看，蓄電池模組之間的複雜通信可藉由諸如電壓之簡單機械信號來替換，且因此複雜通信可因長使用壽命而極可靠，且複雜通信亦不受來自反相器、馬達或高電壓-低電壓轉換器(連同其他雜訊源)之雜訊影響。換言之，上文所描述之ECU 304及蓄電池模組310之功能對於高電壓蓄電池系統為重要的。然而，在一些實施例中，亦可使用更複雜之功能。類似地，在一些BM系統實施例中，可省略上文所描述之一些功能，及/或在一些實施例中，可混合及匹配結合上述諸圖所展示及描述之特徵。
已描述BM系統之各種實施例，在下文描述一些實例實施以說明某些BM系統之效用。在將BM系統用於電動車輛(EV)中之實例中，假設以下情況：(a)三(3)個18 Ah電池並聯連接以形成54 Ah蓄電池組；(b)十六(16)個組串聯連接以形成蓄電池模組(例如，模組310)；(c)六(6)個蓄電池模組串聯連接以形成蓄電池系統(類似於例如圖4中所說明之佈置)；(d)對於蓄電池模組中之每一者，安裝兩個8通道OC/OD偵測裝置(例如，板)、四個4通道平衡板及一個8通道溫度監測裝置(例如，板)(如先前所提及，將所有此等偵測裝置視為寄生的)；(e)連接至OC/OD偵測板之所有開關裝置串聯連接，從而形成第一電路或迴路(例如，總計十二(12) 個開關裝置)；及(f)連接至溫度監測板之所有開關裝置另行串聯連接，此舉形成第二迴路(總計六(6)個開關裝置)。在此實例中，可使用類似於BM系統400(圖4)之BM系統。
現參考實例操作，在驅動期間，當一或更多個模組(例如，310)之蓄電池組中之任一者的電壓為低時，藉由相關聯之OC/OD偵測板產生過量放電信號。因此，連接至OC/OD偵測板之開關裝置被斷開，且回應性地，ECU偵測到自12 V至0 V之電壓差，且ECU開始限制至馬達之電流，直至車輛安全停放為止。
在充電期間，當蓄電池組中之任一者的電壓為高時，藉由OC/OD偵測板產生過量充電信號。因此，連接至OC/OD偵測板之開關裝置被斷開，且回應性地，ECU偵測到自12 V至0 V之電壓差，且ECU開始限制充電電流，直至OC/OD偵測板重新繼續且連接至OC/OD偵測板之開關裝置再次閉合為止。重複相同活動直至達成預設充電電壓(例如，340 V)為止。舉例而言，充電器可在較低電壓(例如，318 V)下重新繼續直至充電器自車輛移除為止。
在另一實例中，諸如對於用於PHEV中之BM系統，假設以下情況：(a)三(3)個18 Ah電池並聯連接以形成54 Ah蓄電池組；(b)十六(16)個組串聯連接以形成蓄電池模組；(c)六(6)個蓄電池模組串聯連接以形成蓄電池系統；(d)在蓄電池模組中之每一者中，安裝 兩個8通道OC/OD偵測板、四個4通道平衡板及一個8通道溫度監測板(如先前所提及，所有此等裝置為寄生的)；(e)連接至OC/OD偵測板之所有開關裝置串聯連接以形成第一迴路(例如，總計十二(12)個開關裝置)；及(f)連接至溫度監測板之所有開關裝置另行串聯連接，此舉形成第二迴路(總計六(6)個繼電器)。在此實例中，可使用類似於BM系統700(圖7A至7B)之BM系統以用於偵測產生事件(例如，問題)之蓄電池模組。
在一個示例性操作中，在驅動期間，當蓄電池組中之任一者的電壓為低時，藉由OC/OD偵測板產生過量放電信號。因此，連接至OC/OD偵測板之開關裝置被斷開，且回應性地，ECU偵測到自0 V至12 V之電壓差，且因此ECU起動用於對蓄電池系統再充電之機組(例如，柴油發電機)。一旦此問題在總體蓄電池系統仍很高但同一模組保持展示過量放電問題時頻繁地產生，ECU便可經進一步配置以在顯示裝置之螢幕上顯示「需要維護」。
在充電期間，當蓄電池組中之任一者的電壓為高時，藉由OC/OD偵測板產生過量充電信號。因此，連接至OC/OD偵測板之開關裝置被斷開。此時，ECU偵測到自0 V至12 V之電壓差，且ECU開始限制來自機組或充電器之充電電流，直至過量OC/OD偵測板重新繼續且連接至過量OC/OD偵測板之開關裝置再次閉合為止。
若車輛「啟動」，此意謂充電來自機組，因此不觸發機 組直至下次存在低蓄電池容量之條件(蓄電池容量可經由充電狀態(SOC)監測器或經由蓄電池系統電壓之判定來監測)為止。若車輛處於「關閉」模式，則可重複相同充電活動直至達成預設充電電壓(例如，340 V)為止。舉例而言，充電器在較低電壓(例如，318 V)下重新繼續直至充電器自車輛移除為止。一旦此問題在總體蓄電池系統仍很低但同一模組保持展示過量充電問題時頻繁地產生，ECU便可經進一步設計以展示「需要維護」。應注意，所有功能之設計可藉由ECU進行，在一些實施例中，ECU與蓄電池系統本身並不直接相關。
上文所描述之實例在證明某些BM系統實施例良好地作用於高電壓應用(諸如，EV、PHEV或HEV)時為有用的。應理解，某些BM系統實施例可適用於需要高電壓之任何應用，該等BM系統實施例具有串聯連接之若干蓄電池模組，且對於該等應用，該等BM系統實施例需要ECU或PLC(或其他)控制。
應瞭解，鑒於BM系統之某些實施例之以上描述，描繪於圖9中且稱為BM方法900的一個方法實施例包含以下步驟：在第一偵測裝置處偵測對應於蓄電池模組之操作的事件，該蓄電池模組經配置以向第一偵測裝置供電(902)；回應於該偵測，使第一開關裝置斷開，該第一開關裝置包含串聯地佈置於複數個電路元件當中之電路元件，該複數個電路元件經串聯佈置，該複數個電路元件包含直流電(DC)電壓源(904)；在控制單元處偵 測對應於已斷開之第一開關裝置的電壓差(906)；及回應於控制單元處之偵測而提供警報，該警報對應於事件(908)。
請注意，如相當熟習此項技術者應理解，替代實施可包括於本發明之範疇內，其中取決於所涉及的功能性，可不以結合圖9所展示或論述之次序執行功能，包括實質上同時執行或以相反次序執行。
應強調的是，本發明之上述實施例僅為實施之可能實例，僅為了清楚理解BM系統及方法實施例之原理而進行闡述。可在實質上不脫離精神及原理之情況下，對上述實施例作出許多變化及修改。所有此等修改及變化意欲包括於本發明之範疇內且藉由以下申請專利範疇保護。
100‧‧‧習知蓄電池系統
102‧‧‧蓄電池模組
104‧‧‧車輛電控單元(ECU)
106‧‧‧受控區域網路(CAN)匯流排介面/受控區域網路(CAN)
108‧‧‧模組監測器與控制器
110‧‧‧馬達
200‧‧‧較先進蓄電池系統
202‧‧‧主控器層級/主控器
204‧‧‧受控器層級
206‧‧‧RS485介面/RS485
300‧‧‧蓄電池管理(BM)系統
300A‧‧‧蓄電池管理(BM)系統
302‧‧‧第一電路/12 V迴路電路/串聯電路
304‧‧‧電控單元(ECU)
306‧‧‧直流電(DC)電壓源
308‧‧‧開關裝置
310‧‧‧蓄電池模組
312‧‧‧偵測裝置
314‧‧‧馬達
316‧‧‧串聯迴路
318‧‧‧電阻器
320‧‧‧電路
322‧‧‧連接
324‧‧‧連接
400‧‧‧蓄電池管理(BM)系統
402‧‧‧第二電路
408‧‧‧開關裝置
410‧‧‧偵測裝置/溫度監測裝置/超溫監測裝置
500‧‧‧蓄電池管理(BM)系統/蓄電池系統
500A‧‧‧實施例
508‧‧‧開關裝置
510A‧‧‧開關裝置
510B‧‧‧開關裝置
600‧‧‧蓄電池管理(BM)系統
602‧‧‧串聯電路
604‧‧‧開關裝置
700‧‧‧蓄電池管理(BM)系統
702‧‧‧纜線
702A‧‧‧纜線
702B‧‧‧纜線
702C‧‧‧纜線
702D‧‧‧纜線
702E‧‧‧纜線
702F‧‧‧纜線
702G‧‧‧纜線
800‧‧‧蓄電池管理(BM)系統
802‧‧‧控制器板
804‧‧‧受控區域網路(CAN)匯流排介面
900‧‧‧蓄電池管理方法
參看以下圖式可更好地理解本發明之系統及方法的許多態樣。圖式中之組件未必按比例繪出，而是重點在於清楚地說明本發明之原理。此外，在圖式中，貫穿若干視圖，相同元件符號表示相應部分。
圖1為示例性習知蓄電池系統之方塊圖，該示例性習知蓄電池系統包括對插電式混合動力車(PHEV)或混合動力車(HEV)之管理及控制。
圖2為針對電動車輛(EV)、HEV或PHEV而建立之較先進示例性習知蓄電池系統的方塊圖。
圖3A至圖3C為蓄電池管理(BM)系統之一些實施例之方塊圖，該蓄電池管理(BM)系統包含過量充電/過量放電(OC/OD)警報偵測之功能性。
圖4為BM系統之另一實施例之方塊圖，該BM系統包含OC/OD警報偵測及溫度監測兩者之功能性，溫度監測係根據使用與用於OC/OD警報偵測之電源相同的電源的第二迴路。
圖5A為BM系統之另一實施例之方塊圖，該BM系統包含使用同一開關裝置之OC/OD警報偵測及溫度監測兩者之功能性，只要電迴路為不同且隔離的即可。
圖5B為方塊圖，該方塊圖提供圖5A中所說明之BM系統之部分的更詳細視圖。
圖6為BM系統之另一實施例之方塊圖，當與其他所揭示之實施例中之一些實施例相比較時，該BM系統在相反方向上佈置開關裝置。
圖7A及圖7B為BM系統之另一實施例之方塊圖，該BM系統具有連接於開關裝置中之每一者與控制單元之間的纜線，從而使控制單元能夠藉由監測每一開關裝置之間的電壓差來偵測哪一開關裝置為斷開的。
圖8為BM系統之另一實施例之方塊圖，其中控制單元經配置為中間PCB，從而使BM系統能夠為控制器區域網路(CAN)就緒的，中間PCB以與其他實施例中所描述之ECU相同之方式工作。
圖9為示例性BM方法之實施例之流程圖。
900‧‧‧蓄電池管理方法

Claims (19)

  1. 一種蓄電池管理系統，該蓄電池管理系統包含：一第一電路，該第一電路包含串聯佈置之一第一複數個電路元件，該第一複數個電路元件包含：一直流電(DC)電壓源；及一控制單元，該控制單元配置成用以偵測該直流電電壓源橫跨該控制單元之一電壓差；以及第一複數個開關裝置，該第一複數個開關裝置中之每一者連接至與一蓄電池模組相關聯之一蓄電池模組之一第一偵測裝置且藉由該第一偵測裝置可操作地切換，以回應於對應至該蓄電池模組之操作的一事件之偵測而產生該直流電電壓源橫跨該控制單元之該電壓差，其中在與該蓄電池模組相關聯之個別的該第一複數個開關裝置的致動期間以及在與該蓄電池模組相關聯之個別的該第一複數個開關裝置的停用期間，該直流電電壓源藉由個別的該第一複數個開關裝置與該蓄電池模組呈電隔離，其中該控制單元配置成用以將流至該蓄電池模組之一充電電流加以限制以回應該直流電電壓源橫跨該控制單元之該電壓差之偵測。
  2. 如請求項1之系統，其中該第一複數個電路元件包含一 控制電路，且進一步包含一第二電路，該第二電路包含串聯佈置之一第二複數個電路元件，該第二複數個電路元件包含該直流電電壓源、該控制單元及該第二複數個開關裝置，該第二複數個開關裝置中之每一者連接至與該蓄電池模組相關聯之一第二偵測裝置且藉由該第二偵測裝置可操作地切換，以回應於對應於該蓄電池模組之操作之一第二事件之偵測而產生橫跨該控制單元之一電壓差。
  3. 如請求項2之系統，其中該第二偵測裝置經配置以偵測對應於該相關聯之蓄電池模組之操作的第二事件，且回應於該第二偵測，使該第二複數個開關裝置中之該相關聯之開關裝置致動，藉此該控制單元回應性地偵測該直流電電壓源橫跨該控制單元之該電壓差。
  4. 如請求項1之系統，其中該第一複數個開關裝置中之每一者進一步藉由一第二偵測裝置可切換地操作，以回應於一不同事件之偵測而產生該直流電電壓源橫跨該控制單元之該電壓差之。
  5. 如請求項4之系統，其中由該第一偵測裝置所偵測之該事件包含該蓄電池模組之一監測電壓，該監測電壓超過一給定電壓臨限值，且由該第二偵測裝置所偵測之該不同事件包含該蓄電池模組的一監測溫度，該監測溫度超 過一給定溫度臨限值。
  6. 如請求項1之系統，其中該第一複數個電路元件包含第二複數個開關裝置，該第二複數個開關裝置中之每一者連接至與該蓄電池模組相關聯之一第二偵測裝置且藉由該第二偵測裝置可操作地切換，以回應於一不同事件之偵測而產生該直流電電壓源橫跨該控制單元之該電壓差。
  7. 如請求項1之系統，其中該控制單元連接至該第一複數個開關裝置中之每一者，從而實現藉由該控制單元對該第一複數個開關裝置中之一開關裝置的識別，該第一複數個開關裝置中之該開關裝置係藉由該各別第一偵測裝置可操作地切換。
  8. 如請求項1之系統，其中該控制單元包含一車輛電控單元(ECU)。
  9. 如請求項1之系統，其中該控制單元包含一控制器板，該控制器板耦接至一車輛電控單元(ECU)，其中該第一電路具備控制器區域網路(CAN)能力。
  10. 如請求項1之系統，其中該第一電路進一步包含耦接至該直流電電壓源之一轉換器，其中該轉換器經配置以將 一第一電壓轉換成一第二電壓。
  11. 如請求項1之系統，該系統進一步包含一警報指示器，該警報指示器連接於第一開關裝置之端子之間，該警報指示器提供一可見指示、一音訊指示或兩者之一組合。
  12. 如請求項1之系統，其中該控制單元經配置以接收對應於該事件之一警報，該警報係藉由該蓄電池模組產生。
  13. 如請求項1之系統，其中該第一偵測裝置係藉由該蓄電池模組供電。
  14. 如請求項1之系統，其中該控制單元包括於一第二電路中，該第二電路包含該直流電電壓源，該第一電路進一步包括一電阻器，其中該控制單元僅連接至該第一複數個開關裝置中之該第一開關裝置及最後開關裝置，其中該直流電電壓源橫跨該控制單元之該電壓差係藉由偵測對應於該直流電電壓源至大約零的一電壓變化來偵測。
  15. 如請求項1之系統，其中該控制單元包括於一第二電路中，該第二電路包含該直流電電壓源，該第一電路進一步包括一電阻器，其中控制單元連接至該第一複數個開關裝置中之每一者，其中該直流電電壓源橫跨該控制單元之該電壓差係藉由偵測對應於該直流電電壓源至大約 零的一電壓變化來偵測。
  16. 如請求項1之系統，其中該第一偵測裝置配置成偵測對應於所相關聯之該蓄電池模組之操作的該事件，且回應該偵測而將該第一複數個開關裝置之經相關聯的該開關裝置加以致動。
  17. 一種蓄電池管理系統，該蓄電池管理系統包含：一第一電路，該第一電路包含串聯佈置之一第一複數個電路元件，該第一複數個電路元件包含：一直流電(DC)電壓源；一控制單元，該控制單元配置成用以偵測該直流電電壓源橫跨該控制單元之一電壓差；以及第一複數個開關裝置，該第一複數個開關裝置中之每一者連接至與一蓄電池模組相關聯之一第一偵測裝置；其中在與該蓄電池模組相關聯之一個別的第一複數個開關裝置的致動與停用期間，該直流電電壓源與該蓄電池模組呈電隔離，其中為回應對應至該蓄電池模組的操作的一事件的一偵測，該第一偵測裝置配置成將該等第一複數個開關裝置之經相關聯的該開關裝置加以致動，藉此該控制單元回應地偵測該直流電電壓源橫跨該控制單元之該電壓差， 其中該控制單元配置成用以將流至該蓄電池模組之一充電電流加以限制以回應該直流電電壓源橫跨該控制單元之該電壓差之偵測一第二電路，該第二電路包含串聯佈置之一第二複數個電路元件，該第二電路具有一常開電路配置，該第二複數個電路元件包含該控制單元、該DC電壓源及該第二複數個開關裝置，該第二複數個開關裝置中之每一者連接至該各別第一複數個開關裝置中之一者，其中該第二電路之一閉合在一重設操作中使該第一複數個開關裝置啟動至一閉合狀態。
  18. 如請求項17之系統，其中該閉合係回應於該控制單元之致動或手動啟動。
  19. 一種蓄電池管理方法，該蓄電池管理方法包含以下步驟：在一第一偵測裝置處偵測對應於一蓄電池模組之一操作的一事件，該蓄電池模組配置成對該第一偵測裝置供電；回應於該偵測，使一第一開關裝置斷開，該第一開關裝置包含串聯地佈置於複數個電路元件當中之一電路元件，該複數個電路元件經串聯佈置，該複數個電路元件包含至少一個額外的開關裝置與一直流電(DC)電壓源；其中在該第一開關裝置斷開與閉合期間，該直流電電 壓源與該蓄電池模組呈電隔離；在一控制單元處偵測該直流電電壓源橫跨該控制單元之一電壓差，該電壓差對應於已斷開之該第一開關裝置；及回應於該控制單元處之該電壓差之該偵測而提供一警報，該警報對應於該事件。
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