TWI651913B - 電池管理系統 - Google Patents

Abstract

一種電池管理系統，包含一電池控制裝置及複數電池管理裝置。該電池控制裝置包括一電池控制單元、複數控制電阻，及複數控制連接模組，該電池控制單元具有一具有一輸出端及一回饋端的控制診斷模組，及一電連接於該回饋端與一第一電壓端間的量測電阻，每一電池管理裝置包括一管理連接模組、一管理電阻，及一電池管理單元，該管理電阻之電阻值小於該等控制電阻中之最小電阻值。該控制診斷模組於該輸出端輸出一偵測信號，並於該回饋端偵測一回饋信號，且根據該偵測信號及該回饋信號得出該等電池管理裝置之數目及連接狀態。

Description

電池管理系統

本發明是有關於一種電力管理系統，特別是指一種電池管理系統。

隨著電動汽車的發展、續航里程要求不斷提升，導致一輛汽車中所設置的電池數量持續增加，為了可以良好控管該等電池，通常會設置一個電池管理系統以對該等電池進行監控及調節控制，該電池管理系統通常包括一電池控制單元(Battery Control Unit，縮寫為BCU)及複數電池管理單元(Battery Management Unit，縮寫為BMU)。

參閱圖1，為習知一種電池管理系統，該電池管理系統包括一具有一輸出端111及一偵測端112的電池控制單元11、複數串聯於該輸出端111及該偵測端112間的電池管理單元12，及複數分別並聯於該等電池管理單元12的連接模組13。該電池控制單元11於該輸出端111輸出一偵測信號，並於該偵測端112偵測一回饋信號，當該等電池管理單元12為正常連接時，該電池控制單元11會偵測到符合一預設值的該回饋信號，即可判定該等電池管理單元12為正常連接，於該等電池管理單元12未正常連接而形成斷路時，該電池控制單元11無法偵測到符合該預設值的該回饋信號(或無法偵測到該回饋信號)，即判定該等電池管理單元12未正常連接。

然而，習知之電池管理系統僅能判斷該等電池管理單元12是否為正常連接，而無法得知該等電池管理單元12的數量及連接狀態。

因此，本發明的目的，即在提供一種可偵測電池管理單元的數量及連接狀態的電池管理系統。

於是，本發明電池管理系統，包含一電池控制裝置及複數電池管理裝置。

該電池控制裝置包括一電池控制單元、複數控制電阻，及複數控制連接模組，該電池控制單元具有一具有一輸出端及一回饋端的控制診斷模組，及一電連接於該回饋端與一第一電壓端間的量測電阻，該等控制電阻頭尾串接且兩末端分別電連接於該輸出端與該回饋端，每一控制連接模組具有二分別電連接至其中一控制電阻之兩端的控制連接點。

該等電池管理裝置電連接於該電池控制裝置，每一電池管理裝置包括一具有二管理連接點的管理連接模組、一兩端分別電連接該等管理連接點之管理電阻，及一電連接該管理電阻的電池管理單元，該等管理連接點分別電連接其中一控制連接模組之二控制連接點，該管理電阻之電阻值小於該等控制電阻中之最小電阻值。

其中，該控制診斷模組於該輸出端輸出一偵測信號，並於該回饋端偵測一回饋信號，且根據該偵測信號及該回饋信號得出該等電池管理裝置之數目及連接狀態。

本發明的功效在於：藉由於該電池控制裝置中設置該等控制電阻、該量測電阻，及於每一電池管理裝置中設置該管理電阻，且該管理電阻之電阻值小於該等控制電阻中之最小電阻值，可以藉由於該回饋端偵測該回饋信號而得出該等電池管理裝置之數目及連接狀態。

參閱圖2，本發明電池管理系統之一實施例，包含一電池控制裝置2及複數電池管理裝置3。

該電池控制裝置2包括一電池控制單元21(Battery Control Unit，縮寫為BCU)、複數控制電阻22、複數控制連接模組23，及複數控制通訊連接模組24。

該電池控制單元21具有一具有一輸出端212及一回饋端213的控制診斷模組211，及一電連接於該回饋端213與一第一電壓端間的量測電阻214。於本實施例中，該第一電壓端為接地端，但該第一電壓端亦可為一電源端或是施加一固定電壓之端點，其實施樣式可依實際需求而變化，並不限於此。

該控制診斷模組211於該輸出端212輸出一偵測信號，並於該回饋端213偵測一回饋信號，且根據該偵測信號及該回饋信號得出該等電池管理裝置3之數目及連接狀態。

該等控制電阻22頭尾串接且兩末端分別電連接於該輸出端212與該回饋端213。其中，每一控制電阻22之電阻值皆不相同，且該量測電阻214之電阻值小於該等控制電阻22中之最小電阻值。

該等控制連接模組23分別對應至該等控制電阻22，且每一控制連接模組23具有二分別電連接至其中一控制電阻22之兩端的控制連接點231。

該等電池管理裝置3電連接於該電池控制裝置2，每一電池管理裝置3包括一管理連接模組31、一管理電阻32、一放大電路33、一隔離電路34、一電連接該管理電阻32的電池管理單元35(Battery Management Unit，縮寫為BMU)、一通訊模組36，及一管理通訊連接模組37。

每一管理連接模組31具有二管理連接點311，該等管理連接點311分別電連接其中一控制連接模組23之二控制連接點231。

該管理電阻32兩端分別電連接該等管理連接點311，且其電阻值小於該等控制電阻22中之最小電阻值，較佳是設計每一管理電阻32之電阻值相同。

該放大電路33電連接於該管理電阻32與該電池管理單元35間，用以放大該管理電阻32之信號變化並輸出至該電池管理單元35。於本實施例中，該放大電路33使用脈波寬度調變電路(Pulse Width Modulation，縮寫為PWM)實施，但亦可使用其他具有信號放大調整功能之電路，並不限於此。

該隔離電路34電連接於該放大電路33與該電池管理單元35間，用以隔離該放大電路33與該電池管理單元35間之雜訊干擾，於本實施例中，該隔離電路34使用光耦合元件實施，且該隔離電路34左側與右側電路使用不同之電源及接地端(以黑色接地圖示及白色接地圖示作區隔)，但該隔離電路34亦可使用其他具有雜訊隔離效果之電路，且整體電路中所採用的電源及接地端數量、配置皆可依實際需求而變化，並不限於此。

該通訊模組36電連接該電池管理單元35及該電池控制單元21，且於本實施例中，該通訊模組36使用控制器區域網路技術(Controller Area Network，簡稱CAN或CANbus)，但該通訊模組36亦可依實際需求而使用其他之通訊技術，並不限於此。

於該控制診斷模組211輸出該偵測信號時，每一電池管理裝置3之電池管理單元35偵測該管理電阻32處之電壓值(信號變化)，並根據儲存的一預設之編號表，以所偵測之該管理電阻32的電壓值於該編號表中得出該電池編號，並經由該通訊模組36輸出該電池編號至該電池控制單元21，該電池控制單元21接收該電池編號後，輸出一確認信號至對應之該電池管理單元35。

於實際應用上，在系統初始化時，該電池控制單元2需要得知目前所具有之電池管理裝置3的數量及編號，以區分後續所接收的訊息是來自於哪一個電池管理裝置3，然而，該電池控制裝置2所具有的複數控制連接模組23並不一定都會連接到該電池管理裝置3，因此，無法以該等控制連接模組23之數量判斷目前所電連接之電池管理裝置3的數量。以圖2為例，該電池控制裝置2雖具有三組控制連接模組23，但僅有二組控制連接模組23電連接到該電池管理裝置3，剩餘的該控制連接模組23可以是空置狀態，亦可以是連接至其他的裝置。

為說明清楚起見，假設該等控制電阻22之電阻值由上而下分別為3KΩ、4KΩ、5KΩ，而該等管理電阻32及該量測電阻214則為1KΩ，並假設該偵測信號為5V之電壓訊號，如此，當該電池控制單元21並未電連接任何電池管理裝置3時，該5V之電壓會被該等管理電阻32(3KΩ、4KΩ、5KΩ)及該量測電阻214(1KΩ)串聯分壓，而當任一控制連接模組23電連接該電池管理裝置3時，由於每一管理電阻32之電阻值皆小於該等控制電阻22，因此，所電連接之管理電阻32會藉由並聯而改變並降低對應之控制電阻22的跨壓，進而改變並提高該量測電阻214之跨壓，因此，藉由量測該量測電阻214於該回饋端213之電壓值，即可推算(或查表)得出目前所電連接之電池管理裝置3的數量，且由於該等控制電阻22之電阻值皆不相同，因此，該電池控制單元21亦可由該回饋端213之電壓而推算(或查表)出於哪幾個位置電連接了該電池管理裝置3。

例如以圖2而言，由於電連接了兩組電池管理裝置3，因此上方及中間之該控制電阻22(3KΩ、4KΩ)皆因並聯而降低跨壓，如此，將使該量測電阻214之跨壓上升，該電池控制單元21可藉由量測該回饋端213之電壓而推算得知目前所電連接之電池管理裝置3的數量為二，並由該電壓值而推算出是3KΩ、4KΩ的該等控制電阻22存在並聯，因此可以判定是上方及中間之位置電連接了電池管理裝置3。

再者，由於每一個控制電阻22之電阻值皆不相同，當並聯上對應之管理電阻32時，根據其並聯的位置及電連接的電池管理裝置3數量，其跨壓也皆不相同，因此，藉由事先運算對應該電池管理裝置3之各種可能電連接數量及位置的管理電阻32電壓值，並將該電壓值對應該電池編號之該編號表儲存於該電池管理單元35，藉此，每一電池管理單元35可藉由偵測該管理電阻32之跨壓再查詢該編號表而得知自身的電池編號，例如以圖2上方之該電池管理裝置3而言，該電池管理單元35在量測該管理電阻32之電壓值後，可經由查表得知自身於排序後的該電池編號為一，而中間之該電池管理裝置3則是可於量測及查表後得知自身於排序後的該電池編號為二。

接著，每一電池管理單元35經由該通訊模組36、該管理通訊連接模組37、對應之控制通訊連接模組24上報自身之電池編號至該電池控制單元21，該電池管理單元35再回傳該確認信號以確認該電池編號，如此，即完成該等電池管理裝置3之偵測及編號。

當連接狀況異常，例如該管理連接模組31脫落而未能與對應之控制連接模組23正常連接時，此時該控制連接模組23及對應之管理連接模組31間為斷路，該管理電阻32不再並聯於該控制電阻22，如此，會使該回饋端213之電壓值改變，該電池控制單元21可藉由偵測該回饋端213之電壓值而得知是否有電池管理裝置3脫落，且由該電壓值亦可得知是哪一組電池管理裝置3脫落，並可經由對應之控制通訊連接模組24向對應之通訊模組36發送訊號以進行確認，若該通訊模組36未能回覆，則可確認該電池管理裝置3確已脫落。

當異常連接狀況為近端之線路異常，例如該等控制電阻22之串接線路發生斷路，此時，整體電路會形成斷路，而導致該回饋端213電壓為0V，如此，該電池控制單元21可根據此電壓而判定該等控制電阻22之串接線路中發生斷路。

參閱圖3，為該等電池管理裝置3的另一種電連接方式，說明該等電池管理裝置3可任意地安裝於該電池控制裝置2的任意控制連接模組23，同上所述，由於此時受到並聯的是3KΩ、5KΩ的控制電阻22，該電池控制單元21同樣可以經由量測該回饋端213之電壓而推算出目前所電連接的電池管理裝置3之數量及位置，每一電池管理單元35則可經由量測該管理電阻32之電壓值而查表得出自身的電池編號，並經由該通訊模組36、該管理通訊連接模組37、該控制通訊連接模組24進行連絡及確認，而完成該等電池管理裝置3之偵測及編號。

經由以上的說明，可將本實施例的優點歸納如下：

一、藉由於該電池控制裝置2中設置該等控制電阻22、該量測電阻214，及於每一電池管理裝置3中設置該管理電阻32，且該管理電阻32之電阻值小於該等控制電阻22中之最小電阻值，可以藉由於該回饋端213偵測該回饋信號而得出該等電池管理裝置3之數目及連接狀態是否正常。

二、藉由設計每一控制電阻22之電阻值皆不相同，該電池控制單元21還可以藉由該回饋信號得出該等電池管理裝置3所電連接之位置，且每一電池管理單元35可以根據該管理電阻32之電壓值於該編號表中得出自身之電池編號。

三、藉由設置該通訊模組36，可以供該電池控制裝置2及該電池管理裝置3進行通訊聯絡及相互確認。

四、藉由設置該放大電路33放大該管理電阻32處之信號變化並輸出至該電池管理單元35，可以避免當電連接較多電池管理裝置3時，會因為該等控制電阻22串聯數目較多，而導致所分壓到該管理電阻32之電壓過小而造成不易辨認解析的問題。

五、藉由設置該隔離電路34隔離該放大電路33與該電池管理單元35，可以避免雙方所使用的不同電源造成雜訊相互干擾之問題。

綜上所述，本發明電池管理系統確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

2‧‧‧電池控制裝置

21‧‧‧電池控制單元

211‧‧‧控制診斷模組

212‧‧‧輸出端

213‧‧‧回饋端

214‧‧‧量測電阻

22‧‧‧控制電阻

23‧‧‧控制連接模組

231‧‧‧控制連接點

24‧‧‧控制通訊連接模組

3‧‧‧電池管理裝置

31‧‧‧管理連接模組

311‧‧‧管理連接點

32‧‧‧管理電阻

33‧‧‧放大電路

34‧‧‧隔離電路

35‧‧‧電池管理單元

36‧‧‧通訊模組

37‧‧‧管理通訊連接模組

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 　圖1是習知一種電池管理系統的電路示意圖； 　圖2是本發明電池管理系統的一實施例的一電路示意圖；及 　圖3是該實施例的另一電路示意圖。

Claims (10)

1. 一種電池管理系統，包含： 一電池控制裝置，包括一電池控制單元、複數控制電阻，及複數控制連接模組，該電池控制單元具有一具有一輸出端及一回饋端的控制診斷模組，及一電連接於該回饋端與一第一電壓端間的量測電阻，該等控制電阻頭尾串接且兩末端分別電連接於該輸出端與該回饋端，每一控制連接模組具有二分別電連接至其中一控制電阻之兩端的控制連接點；及 複數電池管理裝置，電連接於該電池控制裝置，每一電池管理裝置包括一具有二管理連接點的管理連接模組、一兩端分別電連接該等管理連接點之管理電阻，及一電連接該管理電阻的電池管理單元，該等管理連接點分別電連接其中一控制連接模組之二控制連接點，該管理電阻之電阻值小於該等控制電阻中之最小電阻值； 其中，該控制診斷模組於該輸出端輸出一偵測信號，並於該回饋端偵測一回饋信號，且根據該偵測信號及該回饋信號得出該等電池管理裝置之數目及連接狀態。
2. 如請求項1所述的電池管理系統，其中，每一控制電阻之電阻值皆不相同。
3. 如請求項2所述的電池管理系統，其中，於每一電池管理裝置中，該電池管理單元偵測該管理電阻處之信號變化，並根據該信號變化得出一電池編號。
4. 如請求項3所述的電池管理系統，其中，每一電池管理單元儲存有一預設之編號表，該電池管理單元偵測該管理電阻之電壓值，並根據該電壓值於該編號表中得出一電池編號。
5. 如請求項3所述的電池管理系統，其中，每一電池管理裝置還包括一電連接該電池管理單元及該電池控制單元的通訊模組，該電池管理單元經由該通訊模組輸出該電池編號至該電池控制單元。
6. 如請求項5所述的電池管理系統，其中，該電池控制單元接收由該電池管理單元所輸出之該電池編號後，輸出一確認信號至對應之該電池管理單元。
7. 如請求項5所述的電池管理系統，其中，該通訊模組使用控制器區域網路技術。
8. 如請求項2所述的電池管理系統，其中，該量測電阻之電阻值小於該等控制電阻中之最小電阻值。
9. 如請求項3所述的電池管理系統，其中，每一電池管理裝置還包括一放大電路，該放大電路電連接於該管理電阻與該電池管理單元間，用以放大該信號變化並輸出至該電池管理單元。
10. 如請求項9所述的電池管理系統，其中，每一電池管理裝置還包括一隔離電路，該隔離電路電連接於該放大電路與該電池管理單元間，用以隔離該放大電路與該電池管理單元間之雜訊干擾。