CN103166294B - 分布式后备电池管理系统及相应的电子系统 - Google Patents
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Abstract
一种分布式后备电池管理系统，其包括多个后备电池单体模块、通信模块、中央监控模块以及唤醒模块。每个后备电池单体模块分别连接至负载以供电给负载。该通信模块分别连接该些后备电池单体模块。该中央监控模块连接该通信模块以通过该通信模块而实现其与每个后备电池单体模块之间的通信。该唤醒模块连接分别连接该些后备电池单体模块，以唤醒该些后备电池单体模块。因此，本发明的分布式后备电池管理系统可利用多个后备电池单体模块而有效地均摊整个系统的大电流，以实现快速充、放电功能，实现备电零时间响应功能，且其功耗较低，且可任意扩展，其灵活性好，冗余性好，且可维护性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池管理系统，特别是涉及一种分布式后备电池管理系统以及相应的电子系统。
背景技术
在电池应用中，常采用低压大电流备电系统来为各类电子产品提供电能。低压大电流备电系统一般采用多个后备电池以作为后备电源，且需要能够进行大电流充电这些后备电池以快速地进行大功率备电操作。因此在低压大电流备电系统非工作时要求其功耗比较低，而在低压大电流备电系统工作时要求其能够实现零时间响应。
目前的主流的解决方案是使低压大电流备电系统采用一体化模式。但是，上述方案的缺点在于：难以实现大电流控制；可扩展性差；低压大电流备电系统难以做冗余设计；以及在充电保护时，难以保证放电动作的零时间响应。因此，亟需提供一种新的系统，以解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种新的分布式后备电池管理系统以及相应的电子系统。
本发明提供一种分布式后备电池管理系统，其包括多个后备电池单体模块、通信模块、中央监控模块以及唤醒模块。其中，每个后备电池单体模块分别连接至负载以供电给负载。该通信模块分别连接该些后备电池单体模块。该中央监控模块连接该通信模块以通过该通信模块而实现其与每个后备电池单体模块之间的通信，以实时监控该些后备电池单体模块的状态并转发使用者命令。该唤醒模块分别连接该些后备电池单体模块，以唤醒该些后备电池单体模块。
优选地，每个后备电池单体模块分别通过母排线而连接至该负载。
优选地，每个后备电池单体模块分别包括电池、电池管理系统模块、AC/DC充电模块以及DC/DC放电模块。该电池管理系统模块连接该电池以实时监控并保护该电池，且决定该电池是执行充电操作还是放电操作。该AC/DC充电模块连接在交流电源与该电池管理系统模块之间以执行该充电操作。该DC/DC放电模块，连接在该电池管理系统模块与负载之间以执行该放电操作。
优选地，该电池管理系统包括充电控制模块以及放电控制模块。该充电控制模块连接该AC/DC充电模块，以配合该AC/DC充电模块而执行该充电操作。而该放电控制模块连接该DC/DC放电模块，以配合该DC/DC放电模块而执行该放电操作。
优选地，该中央监控模块包括监控设备、电源接口以及通信接口。该监控设备用于实时地监控该些后备电池单体模块的状态并转发该使用者命令，该电源接口连接至母排线以获取电能，而该通信接口连接至该通信模块以通过通信模块而实现该中央监控模块与该些后备电池单体模块之间的通信。
优选地，该中央监控模块进一步包括休眠按钮，以使该分布式后备电池管理系统进入休眠省电状态。
优选地，该通信模块包括通信总线以及多个通信收发器，其中每个通信收发器分别连接在一个对应的后备电池单体模块与该通信总线之间。
优选地，该唤醒模块包括唤醒总线多个唤醒按钮，其中每个唤醒按钮分别连接在一个对应的后备电池单体模块与该通信总线之间。
本发明还提供一种电子系统，其包括负载以及分布式后备电池管理系统。该分布式后备电池管理系统包括多个后备电池单体模块、通信模块、中央监控模块以及唤醒模块。其中，每个后备电池单体模块分别连接至该负载以供电给负载。该通信模块分别连接该些后备电池单体模块。该中央监控模块连接该通信模块以通过该通信模块而实现其与每个后备电池单体模块之间的通信，以实时监控该些后备电池单体模块的状态并转发使用者命令。该唤醒模块分别连接该些后备电池单体模块，以唤醒该些后备电池单体模块。
优选地，每个后备电池单体模块分别包括电池、电池管理系统模块、AC/DC充电模块以及DC/DC放电模块。该电池管理系统模块连接该电池以实时监控并保护该电池，且决定该电池是执行充电操作还是放电操作。该AC/DC充电模块连接在交流电源与该电池管理系统模块之间以执行该充电操作。该DC/DC放电模块，连接在该电池管理系统模块与负载之间以执行该放电操作。
本发明的分布式后备电池管理系统可利用多个分布式的后备电池单体模块以有效地均摊整个系统中的大电流。而每个独立的后备电池单体模块可有效地实现快速充、放电功能，且每个后备电池单体模块中的充、放电模块独立分开，因此其可有效地实现备电零时间响应功能。此外，中央监控模块能有效地监控各个后备电池单体模块，其可与唤醒模块相互配合从而使分布式后备电池管理系统在正常工作模式与休眠省电模式之间进行切换，从而降低了整个分布式后备电池管理系统的功耗。此外，整个分布式后备电池管理系统是利用通信模块而实现多个后备电池单体模块的分布式架构，因此后备电池单体模块可任意扩展，其灵活性好，冗余性好，且可维护性好。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例所揭示的电子系统的示意图。
图2为图1所示的中央监控模块的示意图。
图3为图1所示的通信模块的示意图。
图4为后备电池单体模块的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电子系统以及分布式后备电池管理系统及相应的电子系统其具体实施方式、方法、步骤、结构、特征及其功效，详细说明如下。有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
图1是本发明一较佳实施例所揭示的电子系统的示意图。如图1所示，电子系统100包括市电供电模块110、负载120、母排线130以及分布式后备电池管理系统140。在本实施例中，负载120正常工作所需要的电能为48V的电压以及500A的电流，即负载120所需要的电能规格为48V/500A。
其中，市电供电模块110连接一交流电源(例如市电)，从而接收市电所提供的交流电(AC)并将交流电转换成直流电(DC)。此外，市电供电模块110通过母排线130而连接负载120，因此市电所提供的电能可通过市电供电模块110以及母排线130而提供给负载120，以利用市电而供电给负载120。
分布式后备电池管理系统140包括多个后备电池单体模块，以在市电停止供电给负载120时而利用这些后备电池单体模块所存储的电能而供电给负载120。在本实施例中，负载120的需求为48V/500A，而每个后备电池单体模块的规格可为48V/25Ah，且分布式后备电池管理系统140包括20个后备电池单体模块，因此，在放电过程中，20个48V/25Ah的后备电池单体模块可均摊500A的大电流，而在充电过程中，每个后备电池单体模块可分别吸收25A的充电电流，则1个小时即可充满，从而达到一个小时充满所有后备电池单体模块的目的。
具体地，分布式后备电池管理系统140包括中央监控模块141、通信模块142、唤醒模块143以及20个后备电池单体模块144。
图2为图1所示的中央监控模块141的示意图。如图1-2所示，中央监控模块141包括监控设备1411、电源接口1412以及通信接口1413。其中，监控设备1411可利用LCD触摸显示屏而实现，其内设置有监控软件，从而实现监控功能，并具有查询以及转发命令功能。电源接口1412连接母排线130以获取电能，当母排线130掉电时则中央监控模块141自动掉电，从而使整个电子系统100进入掉电模式，降低了整个电子系统100的功耗。通信接口1413匹配与通信模块142的类型，在本实施例中其可为CAN通信接口，其与通信模块142连接，以通过通信模块142而实现与其他模块的通信。此外，中央监控模块141还设置有休眠按钮1414，则使用者可利用此休眠按钮1414而使分布式后备电池管理系统140进入休眠省电状态。
图3为图1所示的通信模块142的示意图。如图1及3所示，在本实施例中，通信模块142可为CAN通信模块，采用CAN技术而进行通信。通信模块142包括通信总线1421以及多个通信收发器1422(例如CAN通信收发器)。其中，通信总线1421具有2根屏蔽线1421a以及1421b，其上具有多个通信节点(未标示)。这些CAN通信收发器1422分别连接在通信总线1421上的各个通信节电上。另，这些CAN通信收发器1422可分别连接这些后备电池单体模块144中的CAN接口，以实现与这些后备电池单体模块144的通信。此外，图2所示的中央监控模块141中的通信接口1413可连接至通信模块142中的通信总线1421，从而藉由通信模块142而实现中央监控模块141与这些后备电池单体模块144之间的通信。由于通信模块142由通信总线1421和多个CAN通信收发器1422而构成，因此其支持扩展，用户可任意地扩展CAN通信收发器1422和后备电池单体模块144的数量，则分布式后备电池管理系统140的灵活性好，冗余性较好，且可维护性好。
请继续参阅图1，唤醒模块143包括唤醒总线1431以及多个唤醒按钮1432。其中，唤醒总线1432分别连接这些唤醒按钮1432，这些唤醒按钮1432分别对应于这些后备电池单体模块144，且每个唤醒按钮1432分别连接在一个对应的后备电池单体模块144与唤醒总线1431之间，以在分布式后备电池管理系统140进入休眠省电状态后，唤醒对应的后备电池单体模块144以利用分布式后备电池管理系统140中的这些后备电池单体模块144而供电给负载120。
图4为后备电池单体模块144的示意图。如图1及4所示，后备电池单体模块144包括电池1440、AC/DC充电模块1441、电池管理系统(BatteryManagement System，BMS)模块1442、DC/DC放电模块1443、通信接口1444以及唤醒接口1445。其中，通信接口1444可为CAN通信接口，连接通信模块142中的CAN通信收发器1422，以实现后备电池单体模块144与通信模块142之间的通信。而唤醒接口1445连接唤醒模块143中的唤醒按钮1432，以获取唤醒命令，从而在分布式后备电池管理系统140进入休眠省电状态后，唤醒对应的后备电池单体模块。
电池管理系统模块1442连接电池1440，以实时监控电池1440的电压、电流以及温度，并实现充电过流保护、充电过压保护、放电欠压保护，放电过压保护，放电过流保护，温度保护，短路保护等各种保护功能。此外，电池管理系统模块1442还包括有充电控制模块14421以及放电控制模块14422，以决定是对电池1440进行充电操作还是进行放电操作。
AC/DC充电模块1441连接在电池管理系统1442的充电控制模块14421与交流电源之间，以配合充电控制模块14421而对电池1440进行充电操作。而DC/DC放电模块1443连接在电池管理系统1442的放电控制模块14422与母排线130之间，以配合放电控制模块14422而对电池1440进行放电操作以供电给负载120。
综上所述，本发明的分布式后备电池管理系统140可利用多个分布式的48V/25A的后备电池单体模块144分别提供电能，从而有效地均摊整个系统中的大电流500A。而每个独立的后备电池单体模块144可有效地实现快速充、放电功能，且每个后备电池单体模块144中的充、放电模块独立分开，因此其可有效地实现备电零时间响应功能。此外，中央监控模块141能有效地监控各个后备电池单体模块144，其可与唤醒模块143相互配合从而使分布式后备电池管理系统140在正常工作模式与休眠省电模式之间进行切换，从而降低了整个分布式后备电池管理系统140的功耗。此外，整个分布式后备电池管理系统140是利用通信模块142而实现多个后备电池单体模块144的分布式架构，因此后备电池单体模块144可任意扩展，其灵活性好，冗余性好，且可维护性好。
因此，本发明中的电子系统100既可以利用市电供电模块110来连接负载120，以利用市电直接供电给负载120；又可以利用分布式后备电池管理系统140中的这些后备电池单体模块144在市电掉电时，供电给负载120。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。
Claims (7)
1.一种分布式后备电池管理系统，其特征在于：所述分布式后备电池管理系统包括：
多个后备电池单体模块，每个后备电池单体模块分别通过母排线而连接至低压大电流的负载，以在市电停止供电给所述负载时利用所述多个后备电池单体模块供电给所述负载，其中，所述多个后备电池单体模块分别与所述负载并联，所述多个后备电池单体模块所提供的电流之和与所述负载所需要的电流一致；
通信模块，分别连接所述多个后备电池单体模块；
中央监控模块，连接所述通信模块以通过所述通信模块而实现其与每个后备电池单体模块之间的通信，以实时监控所述多个后备电池单体模块的状态，并转发使用者命令；以及
唤醒模块，分别连接所述多个后备电池单体模块，以唤醒所述多个后备电池单体模块；
其中，每个后备电池单体模块分别包括：
电池；
电池管理系统模块，连接所述电池以实时监控并保护所述电池，且决定所述电池是执行充电操作还是放电操作；
AC/DC充电模块，连接在交流电源与所述电池管理系统模块之间以执行所述充电操作；以及
DC/DC放电模块，连接在所述电池管理系统模块与所述负载之间以执行所述放电操作。
2.如权利要求1所述的分布式后备电池管理系统，其特征在于：所述电池管理系统模块包括：
充电控制模块，连接所述AC/DC充电模块，以配合所述AC/DC充电模块而执行所述充电操作；以及
放电控制模块，连接所述DC/DC放电模块，以配合所述DC/DC放电模块而执行所述放电操作。
3.如权利要求1所述的分布式后备电池管理系统，其特征在于：所述中央监控模块包括：
监控设备，以实时地监控所述多个后备电池单体模块的状态并转发所述使用者命令；
电源接口，连接至母排线以获取电能；
通信接口，连接至所述通信模块以通过所述通信模块而实现所述中央监控模块与所述多个后备电池单体模块之间的通信。
4.如权利要求3所述的分布式后备电池管理系统，其特征在于：所述中央监控模块进一步包括：
休眠按钮，以使所述分布式后备电池管理系统进入休眠省电状态。
5.如权利要求1所述的分布式后备电池管理系统，其特征在于：所述通信模块包括：
通信总线；以及
多个通信收发器，每个通信收发器分别连接在一个对应的后备电池单体模块与所述通信总线之间。
6.如权利要求1所述的分布式后备电池管理系统，其特征在于：所述唤醒模块包括：
唤醒总线；
多个唤醒按钮，每个唤醒按钮分别连接在一个对应的后备电池单体模块与所述唤醒总线之间。
7.一种电子系统，其特征在于：所述电子系统包括：
低压大电流的负载；以及
分布式后备电池管理系统，其包括：
多个后备电池单体模块，每个后备电池单体模块分别通过母排线而连接至所述负载，以在市电停止供电给所述负载时利用所述多个后备电池单体模块供电给所述负载，其中，所述多个后备电池单体模块分别与所述负载并联，所述多个后备电池单体模块所提供的电流之和与所述负载所需要的电流一致；
通信模块，分别连接所述多个后备电池单体模块；
中央监控模块，连接所述通信模块以通过所述通信模块而实现其与每个后备电池单体模块之间的通信，以实时监控所述多个后备电池单体模块的状态，并转发使用者命令；以及
唤醒模块，分别连接所述多个后备电池单体模块，以唤醒所述多个后备电池单体模块；
其中，每个后备电池单体模块分别包括：
电池；
电池管理系统模块，连接所述电池以实时监控并保护所述电池，且决定所述电池是执行充电操作还是放电操作；
AC/DC充电模块，连接在交流电源与所述电池管理系统模块之间以执行所述充电操作；以及
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20160301 Address after: 523808, Guangdong District, Songshan hi tech Industrial Development Zone, Dongguan, seven industrial North Road, 1 force science and technology center, 3 floor, B District Patentee after: DONGGUAN POWERWISE TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: 523808 productivity building, Songshan science and Technology Industrial Park, Guangdong, Dongguan Province, room 401-403 Patentee before: Dongguan PowerWise New Energy Co.,Ltd. |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Distributed backup battery management system and corresponding electronic system Effective date of registration: 20180129 Granted publication date: 20151021 Pledgee: The Bank of Dongguan Songshan Lake Science and technology branch of the Limited by Share Ltd. Pledgor: DONGGUAN POWERWISE TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: 2018440000033 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20220324 Granted publication date: 20151021 |
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| PP01 | Preservation of patent right | ||
| PD01 | Discharge of preservation of patent |
Date of cancellation: 20240104 Granted publication date: 20151021 |
|
| PD01 | Discharge of preservation of patent | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151021 |