专利名称：电池组模块及其能量管理系统与方法
技术领域：
本发明涉及一种电池组模块及其能量管理系统与方法。
背景技术：
环保意识已经深植民心，世界各国亦朝节能减碳的方向不断地努力，汽车工业也是不遗余力地朝此方向努力，致力于研发电动车以有效地达到节能减碳的目的。电动车以电池的电力提供给电动感应马达，借助电能产生旋转磁场，从而使马达驱动车辆。因此不会有汽油燃烧时所产生的废气，可以大大地改善环境的空气质量，并大量地减少二氧化碳的排放。而电动车的电力设计，现阶段是由多个电池(cell)组成一个电池模块(module)， 再由多个电池模块构成一个电池组(battery pack)。值得注意的是，能满足行驶中、长程距离的电动车，一般称为全功能车(full performance car)，此种车辆的电池组的体积十分庞大，且重量重达数百公斤。当该电池组电力耗尽时，必须将整个电池组卸下来更换，也因体积及重量问题的限制，造成更换上的不便。此外，由一些文献可知，无论是国内还是国外，90%的车每日行驶里程数皆不到 100公里。换句话说，设计用来提供行驶中、长程距离的电力并不常被使用，即上述全功能型的电动车若仅用来上下班，因行驶距离短，且电池组的体积及重量又是固定的，并无法依据电动车行驶的距离而进行调整，电动车拖着笨重的电池组反而增加了行驶的负荷，也浪费了电池组的许多能量。也因为上述问题，电动车也发展出城市车(city car)的款式，即，将上述电池组 (battery pack)的电力及尺寸缩小，以专门提供短程距离行驶。当然，如此设计也直接牺牲了车辆中、长程距离的行驶能力。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电池组模块及其能量管理系统与方法，可在电池组模块内设计可独立供电及可分别卸下更换的子电池组，因此可针对电池组模块所对应的负载的能量需求，来决定搭载在电池组模块内的子电池组的数量，以在能够提供足够的电力的情况下，能够使该电池组模块达到轻量化的目的。本发明的第一个方案是提供一种电池组模块，其中，由多个电池(cell)构成一个电池模块(module)，并由多个电池模块构成一个子电池组(subpack)，再由多个子电池组构成该电池组模块(pack)，而每个子电池组可独立供电，并可从该电池组模块中卸下，所述子电池组搭载于该电池组模块中的数量可根据所对应的负载的能量需求而定。根据本发明的第一个方案的电池组模块，其中，所述子电池组以并联的方式电性连接，所述电池模块以并联的方式电性连接，而所述电池以并联及串联的方式电性连接。此外，上述电池例如是18650型锂电池。另外，上述负载的能量需求例如是指电动车作动(高速、爬坡...)或满足里程距离所需的电力。
本发明的第二个方案是提供一种电池组模块的能量管理系统，该能量管理系统除第一方案所述的电池组模块外，还包括多个电池管理系统(Battery Management System, BMS)及一个电池控制单元(Battery Control Unit，BCU)。所述电池管理系统分别用以监控每个子电池组的电量状态(Sate of Charge, S0C)。而所述电池控制单元用以接收每个电池管理系统所监控的子电池组的电量状态，并根据电量状态通知选定的电池管理系统，以控制相对应的子电池组供电。此外，所述电池管理系统进一步可以分别监控每个子电池组的健康状态(Sate of Health, S0H)。本发明的第三个方案是提供一种电池组模块的能量管理方法，该方法包含下列步骤首先，根据能量需求，取得每个子电池组的电量状态。接着，将电量状态低于放电临界值(threshold)的子电池组关闭。最后，从未被关闭的子电池组中，选择电力能满足该能量需求的一个子电池组，并开启该子电池组供电。此外，当上述单一子电池组无法满足该能量需求时，进一步包含从未被关闭的子电池组中选择电力相加之后的总和能够满足该能量需求的多个子电池组，并同时开启这些子电池组供电的步骤。而上述所述多个子电池组，是以能满足该能量需求的最小数量为优先。另外，在执行将电量状态低于放电临界值的子电池组关闭的步骤的同时，进一步可包括提供卸下该子电池组的信息的步骤。
图1为本发明的电池组模块的结构示意图；图2为本发明的电池组模块的能量管理系统的电路方块图；以及图3为本发明的电池组模块的能量管理方法的流程图。
具体实施例方式
下面参照
本发明的较佳实施例。图1为本发明的电池组模块的结构示意图。在图1中，电池组模块10是由子电池组20、22、M以并联的方式彼此电性连接所构成。其中，子电池组20是由多个电池模块 12以并联的方式彼此电性连接所构成，电池模块12内部则是由多个电池(未图示，通常是 18650型锂电池)以并联及串联的方式电性连接所构成。同样地，子电池组22、对是由多个电池模块14、16以并联的方式彼此电性连接所构成，电池模块14、16内部则是由多个电池 (未图示)以并联及串联的方式电性连接所构成。具体而言，在本实施例中，以电池模块12为例，电池模块结构I :60P2S表示60个电池并联连接为一组，再将这样相同的两组并联电池串联连接从而构成电池模块12 ；或者，电池模块结构II :40P2S表示40个电池并联连接为一组，再将这样相同的两组并联电池串联连接从而构成电池模块12 ；或者，电池模块结构III :20P2S表示20个电池并联连接为一组，再将这样相同的两组并联电池串联连接从而构成电池模块12。值得注意的是，本发明的电池组模块10的子电池组20、22、M是设计成可独立供电的，并可分别从电池组模块10上拆下来进行更换。换言之，这样设计可针对电池组模块 10的对应负载的能量需求，来决定搭载在电池组模块10上的子电池组的数量。以本实施例而言，上述电池组模块10的对应负载是指电动车作动(高速、爬坡...)或满足里程距离所需的电力。假设电动车需要行驶中、长距离，可将三组子电池组 20、22、对全部搭载于电池组模块10内(即称满载)，而当电动车仅需要行驶短距离时，可将一组子电池组20或两组子电池组20、22搭载于电池组模块10内(即称轻载或半载)即可满足能量需求。而本实施例所提到的电池、电池模块及子电池组的数量仅作为说明使用，并非局限本发明的应用范围，整体取决于对应负载的能量需要。图2为本发明的电池组模块的能量管理系统的电路方块图。在图2中，能量管理系统30包括上面所提到的电池组模块10、电池管理系统32、34、36及电池控制单元38。电池组模块10内搭载有子电池组20、22、对。电池管理系统32、34、36分别监控每个子电池组20、22、M的电量状态(State Of Charge，S0C)，并根据电量状态通知选定的电池管理系统32、34、36，以控制相对应的子电池组20、22、M的供电。具体而言，电量状态显示可以传送多少电荷，用电池的额定功率的百分比来表示。另外，电池管理系统32、34、36 也可分别监控每个子电池组20、22、M的健康状态(State Of Health，S0H)，健康状态表示电池可以储存多少电荷，用以淘汰使用寿命已尽的电池。以本实施例而言，电池控制单元38在常态下接收每个电池管理系统32、34、36所监控的子电池组20、22、M的电量状态与健康状态。当电池控制单元38在总线40接收电动车作动(高速、爬坡...)的能量需求时，根据子电池组20、22、对的电量状态通知每个电池管理系统32、34、36，并选择以哪一子电池组来供电。图3为本发明的电池组模块的能量管理方法的流程图。参考图1及2的组件来说明图3的步骤流程。首先，根据能量需求(例如加速、爬坡等负荷增加的情况)，取得每个电池组的电量状态(步骤S50)。接着，判断是否有子电池组的电量状态低于放电临界值(threshold) (步骤S52)；若有，则将电量状态低于放电临界值的子电池组关闭(步骤S54)。接着，从未被关闭的子电池组中，选择一个电量状态能满足该能量需求的子电池组，并开启该子电池组供电(步骤S56)。接着，判断该单一子电池组能否持续满足该能量需求(步骤S58)；当上述单一子电池组无法满足该能量需求时，即从未被关闭的子电池组中，选择电力相加之后的总和能满足该能量需求的多个子电池组，并同时开启这些子电池组供电(步骤S60)。而上述所提到的多个子电池组，是以能满足该能量需求的最小数量为优先。换言之，本电池组模块的能量管理方法特点在于将单一子电池组的电力耗尽为主，而当该子电池组无法满足能量需求时，才开启其他子电池予以协助。此外，在执行上述将电量状态低于放电临界值的子电池组关闭的同时，也可包括提供卸下该子电池组的信息的步骤(未图示)。如此一来，即可根据该信息来提醒驾驶员需要去电池站更换子电池组。综上所述，本发明电池组模块及其能量管理系统与方法，以应用在电动车领域为例，其可根据电动车行驶的距离或作动所需的能量需求，在电池组模块中搭载不同数量的子电池组。若要满足全功能车(full performance car)的长程需求，即可将所有的子电池组满载于电池组模块中；反之，若仅要满足城市车的短程需求，即可将部分子电池组半载 (或轻载)于电池组模块中，以减少电池组模块的重量，并减少电动车行驶的负荷。如此一来，本发明除可满足电动车的基本性能需求外，同时可满足电动车的续航力。
虽然本发明已参照较佳具体例及举例性附图叙述如上，但并不用于限制本发明。 熟悉本技术的人员对其结构及具体例的内容所做的各种修改、省略及变化，均应包括在本发明的保护范围之内。主要组件符号说明
10电池组模块
12电池模块
14电池模块
16电池模块
20子电池组
22子电池组
24子电池组
30能量管理系统
32电池管理系统
34电池管理系统
36电池管理系统
38电池控制单元
40总线
权利要求
1.一种电池组模块，其特征在于是由多个子电池组构成该电池组模块，所述子电池组彼此电性连接，每个子电池组是由多个电池模块所构成，这些电池模块彼此电性连接，每个电池模块是由多个电池所构成，这些电池彼此电性连接，而每个子电池组可独立供电，并可从该电池组模块中卸下，其中子电池组搭载于该电池组模块中的数量可根据所对应的负载的能量需求而定。
2.如权利要求1所述的电池组模块，其特征在于，所述子电池组以并联的方式电性连接，所述电池模块以并联的方式电性连接，而所述电池以并联及串联的方式电性连接。
3.如权利要求1所述的电池组模块，其特征在于，所述电池为18650型锂电池。
4.如权利要求1所述的电池组模块，其特征在于，所述负载的能量需求指电动车作动或满足里程距离所需的电力。
5.一种电池组模块的能量管理系统，其包括电池组模块，是由多个子电池组所构成，每个子电池组是由多个电池模块所构成，每个电池模块是由多个电池所构成，而每个子电池组可独立供电，并可从该电池组模块中卸下， 其中子电池组搭载于该电池组模块中的数量可根据所对应的负载的能量需求而定；多个电池管理系统，分别监控每个子电池组的电量状态；以及电池控制单元，接收每个电池管理系统所监控的子电池组的电量状态，并根据电量状态通知选定的电池管理系统，以控制相对应的子电池组供电。
6.如权利要求5所述的能量管理系统，其中，所述电池管理系统进一步可分别监控每个子电池组的健康状态。
7.—种电池组模块的能量管理方法，该电池组模块由多个子电池组所构成，每个子电池组是由多个电池模块所构成，每个电池模块是由多个电池所构成，而每个子电池组可独立供电，并可从该电池组模块中卸下，其中子电池组搭载于该电池组模块中的数量可根据所对应的负载的能量需求而定，该能量管理方法包含下列步骤根据能量需求，取得每个子电池组的电量状态；将电量状态低于放电临界值的子电池组关闭；以及从未被关闭的子电池组中，选择电力能满足该能量需求的一个子电池组，并开启该子电池组供电。
8.如权利要求7所述的能量管理方法，当该子电池组无法满足该能量需求时，进一步包含下列步骤从未被关闭的子电池组中，选择电力相加之后的总和能满足该能量需求的多个子电池组，并同时开启这些子电池组供电。
9.如权利要求8所述的能量管理方法，其中所述子电池组以能满足该能量需求的最小数量为优先。
10.如权利要求7所述的能量管理方法，其中将电量状态低于放电临界值的子电池组关闭的同时，进一步包括提供卸下该子电池组的信息。
全文摘要
本发明主要提供一种电池组模块，由多个电池构成一个电池模块，并由多个电池模块构成一个子电池组，再由多个子电池组构成该电池组模块。每个子电池组皆能独立供电，并可在电力耗尽时，从该电池组模块中卸下替换。本发明通过每个子电池组皆能独立供电及分别卸下替换的设计，可针对电池组模块所对应的负载的能量需求，来决定搭载在电池组模块内的子电池组的数量，从而在能提供足够的电力的情况下，能使该电池组模块达到轻量化。
文档编号H01M10/42GK102376988SQ201010252518
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月10日 优先权日2010年8月10日
发明者李俊忠 申请人:华创车电技术中心股份有限公司