專利名稱：可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，特別是指一種可搭載于各式電動(dòng)車上使用，并通過可攜式高能量電池組及主動(dòng)力電池組相互搭配使用，實(shí)現(xiàn)方便補(bǔ)充能源、價(jià)廉可靠、適當(dāng)?shù)膭?dòng)力及足夠行駛距離的多重需求的可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近幾年來(lái)，城市的發(fā)展及環(huán)保意識(shí)的逐漸抬頭，中短距離而且符合環(huán)保期望的個(gè)人交通工具，已儼然成為未來(lái)城市發(fā)展中不可或缺的要素。但相對(duì)而言，創(chuàng)新的電池技術(shù)、電力控制技術(shù)及電力控制元件的進(jìn)展，則給輕型電動(dòng)車的未來(lái)發(fā)展提供了無(wú)限的想象空間。
然而在一般公知的電池系統(tǒng)的技術(shù)中，設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)多半是在如何通過復(fù)雜的控制方法，在不同的功率需求下，調(diào)配高能量電池及高動(dòng)力電池的輸出比例，實(shí)現(xiàn)最理想的復(fù)合電池系統(tǒng)(臺(tái)灣2002年7月11日公告第494071號(hào)專利案)；或者使用日后可能成為電力供給主流的燃料電池，搭配一個(gè)高功率電池，以確保燃料電池得以長(zhǎng)期工作于較高效率點(diǎn)，并利用此不得不附加的二次電池，提供燃料電池運(yùn)作時(shí)，所必需的控制電力(臺(tái)灣2003年11月1日公告第559602號(hào)專利案)；然而在這些公知的引證案技術(shù)中，卻往往忽略了可能使用者的真正需求，以及電動(dòng)車推廣中常見的問題。由于致力推廣電動(dòng)車的地區(qū)，多數(shù)屬于成熟而大樓林立的城市，充電站設(shè)置不易以及長(zhǎng)時(shí)間充電難以實(shí)行，已經(jīng)成為今日電動(dòng)車發(fā)展最不利的非技術(shù)性問題。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，在多數(shù)都市化的地區(qū)，使用個(gè)人交通工具的里程都在二十～三十公里以內(nèi)，相對(duì)而言，對(duì)于只考慮行駛里程在六十公里以上的電池系統(tǒng)，在充電及電池維護(hù)上，不免成為一個(gè)過于沉重的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。再者，公知的電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)過于徧重于電子控制技術(shù)的展示，以及復(fù)合式電力輸出的調(diào)控系統(tǒng)，所給與的不單只是技術(shù)含量高的電池保護(hù)及動(dòng)力特性，在此復(fù)雜系統(tǒng)中所有的多次能源轉(zhuǎn)換效率的折損及電子控制的高成本，都將造成電動(dòng)車在推廣上的窒礙難行。
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電池壽命的保護(hù)，動(dòng)力充足平穩(wěn)的輸出，都已逐步的克服實(shí)現(xiàn)，但是如何補(bǔ)充電動(dòng)車的電能，以適應(yīng)現(xiàn)今的使用習(xí)慣，已成為電動(dòng)車發(fā)展最重要的課題。以往研發(fā)的角度多半在電池系統(tǒng)的概念下提出許多新穎而具體想法，但技術(shù)的精神則多半在于如何在可接受的重量及價(jià)格內(nèi)，提供最大的行駛里程，可惜的是對(duì)于如何讓電動(dòng)車的使用者，在現(xiàn)有的能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中輕易取得能量的補(bǔ)充，以有效降低整體電池組中的電子控制成本，卻研發(fā)及論述不足。
由此可見，上述現(xiàn)有技術(shù)仍有諸多缺點(diǎn)，有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)的發(fā)明目的在于多數(shù)燃油機(jī)車每日行駛里程都在三十公里之內(nèi)，如何能提供一個(gè)簡(jiǎn)單的電池系統(tǒng)，能夠符合每日快速充電，全系統(tǒng)又可滿足最大行駛里程大于六十公里的要求。
本發(fā)明的主要技術(shù)方案是該可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，包括一個(gè)可攜式高能量電池組，其內(nèi)建有電池管理系統(tǒng)，并與直流轉(zhuǎn)換器相連接；一個(gè)主動(dòng)力電池組，用于提供電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的電能，具有一個(gè)電池管理系統(tǒng)或最大電流限制的元件，與直流轉(zhuǎn)換器相連接，并提供系統(tǒng)內(nèi)的直流轉(zhuǎn)換器及后方的電動(dòng)機(jī)控制器運(yùn)作時(shí)所需電池訊息；一個(gè)直流轉(zhuǎn)換器，與可攜式高能量電池組及主動(dòng)力電池組相連接，用來(lái)將可攜式高能量電池組的電能轉(zhuǎn)換成主動(dòng)力電池組的電能，或者將可攜式高能量電池組的可輸出電能轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)控制器運(yùn)轉(zhuǎn)所需的能量，根據(jù)可攜式高能量電池組與主動(dòng)力電池組之間的額定電壓的不同，而為升壓、降壓或升降壓型轉(zhuǎn)換器。
本發(fā)明所提供的可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，與前述引證案及其他現(xiàn)有技術(shù)相互比較時(shí)，具有下列優(yōu)點(diǎn)一、本發(fā)明可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，是一個(gè)結(jié)合可攜式高能量電池組及主動(dòng)力電池組二者優(yōu)點(diǎn)的電力系統(tǒng)，將可滿足使用者方便補(bǔ)充能源、價(jià)廉可靠、適當(dāng)?shù)膭?dòng)力及足夠行駛距離的多重需求。
二、本發(fā)明可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，可應(yīng)用于各式電動(dòng)車輛中，并考慮多數(shù)使用者短距離行駛的需求，可有效降低能源補(bǔ)充的困難度，使高能量電池達(dá)到輕量可攜帶的要求，以方便使用者于充電時(shí)，可攜行至高樓住宅或其他電動(dòng)車無(wú)法進(jìn)入的地點(diǎn)來(lái)進(jìn)行充電。
三、本發(fā)明可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，其中所使用的可攜式高能量電池組，其著重在較高的能量-重量比，以便能在合理的重量及體積下，傳遞足夠每日行駛所需的能量，目前可用的電池種類包含有高能量的鋰離子電池、鋰聚合物電池，未來(lái)也可利用電腦產(chǎn)業(yè)所推展的筆記型電腦用的交換式燃料電池，由于這種筆記型電腦所用的交換式燃料電池具有價(jià)廉輕巧的特質(zhì)，將同樣可符合本發(fā)明對(duì)于可攜式高能量電池組的規(guī)格要求。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖1為本發(fā)明可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)的可攜式高能量電池組架構(gòu)圖；圖2為該可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)的主動(dòng)力電池組架構(gòu)圖；圖3為該可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)的直流轉(zhuǎn)換器架構(gòu)圖；圖4為該可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換控制示意圖；圖5為該可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)的實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，為本發(fā)明可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)的可攜式高能量電池組架構(gòu)圖，由圖中可知，本發(fā)明可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)的可攜式高能量電池組1，主要著重在較高的能量-重量比，以便能在合理的重量及體積下，傳遞足夠每日行駛所需的能量，目前可用的電池種類包含有高能量的鋰離子電池或鋰聚合物電池，未來(lái)也可利用電腦產(chǎn)業(yè)所推展的筆記型電腦用的交換式燃料電池，由于這種筆記型電腦所用的交換式燃料電池，具有價(jià)廉輕巧的特質(zhì)，且該可攜式高能量電池組1，可通過外接式充電器4進(jìn)行充電，而使用時(shí)也將不限制只同時(shí)使用一組，因此這樣的可攜行高能量電池組1，必需內(nèi)建有相對(duì)于電池種類的電池管理系統(tǒng)11，以確保脫離電動(dòng)車時(shí)的穩(wěn)定及安全；同時(shí)如此獨(dú)立運(yùn)作的電池管理系統(tǒng)11，可降低整體系統(tǒng)管理的難度，并降低整體電子控制成本及提高整體系統(tǒng)穩(wěn)定性。再者，該電池管理系統(tǒng)11需具有低電量指示或低電量截止的功能，以簡(jiǎn)化后端直流轉(zhuǎn)換器的控制機(jī)制。
如圖2所示，為本發(fā)明可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)的主動(dòng)力電池組架構(gòu)圖，由圖中可知，本發(fā)明可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)的主動(dòng)力電池組2，是用以提供電動(dòng)機(jī)控制器5運(yùn)轉(zhuǎn)所需的電能，是指能在瞬時(shí)及長(zhǎng)時(shí)間提供相對(duì)較高的電流放電能力的電池，它可能的電池種類包含所有電動(dòng)車的常用電池，例如動(dòng)力型鉛酸/鉛鈣酸(Pb/Ca-SO4)電池、鎳氫電池(Ni-mH)、鎳鋅(Ni-Zn)電池、鋰錳/鋰鈷(Li-Mn/Li-Co)電池，乃至于鋰聚合物(Li-Polymer)電池等；該電池系統(tǒng)內(nèi)的主動(dòng)力電池組2是電動(dòng)機(jī)電力的主要來(lái)源，因此在不同動(dòng)力電池的使用中，不但會(huì)有電池芯相互串并的結(jié)構(gòu)，甚至?xí)须姵亟M之間的串并使用。為了考慮電池使用的安全、壽命及穩(wěn)定性，電池組內(nèi)必需包含一個(gè)必要的電池管理系統(tǒng)21或最大電流限制的元件，以確保電池運(yùn)作的安全，進(jìn)而提供系統(tǒng)內(nèi)的直流轉(zhuǎn)換器3及后方的電動(dòng)機(jī)控制器5運(yùn)作時(shí)所需電池訊息。
如圖3及圖4所示，為本發(fā)明可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)的直流轉(zhuǎn)換器架構(gòu)圖及電能轉(zhuǎn)換控制示意圖，由圖中可知，本發(fā)明可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)的直流轉(zhuǎn)換器3，就是一組簡(jiǎn)單的電池充電器，是用來(lái)將可攜式高能量電池組1的電能轉(zhuǎn)換成主動(dòng)力電池組2的電能，它可能因?yàn)榭蓴y式高能量電池組1與主動(dòng)力電池組2之間的額定電壓的不同，而為升壓(Boost)、降壓(Buck)或升降壓(Buck-Boost/Cuk)型轉(zhuǎn)換器，它的控制機(jī)制Output＝(HDQ2≠0)·(Motor On+HDQ1＜1)只考慮可攜式高能量電池組1電量是否為零，主動(dòng)力電池組2是否在滿充狀態(tài)，以及電動(dòng)機(jī)控制器5是否在運(yùn)作狀態(tài)中，簡(jiǎn)而言之，此直流轉(zhuǎn)換器3就是將可攜式高能量電池組1的可輸出電能轉(zhuǎn)換成主動(dòng)力電池組2的電能，或者將可攜式高能量電池組1的可輸出電能轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)控制器5運(yùn)轉(zhuǎn)所需的能量；由于常見直流轉(zhuǎn)換器3型式，均可輕易實(shí)現(xiàn)輸出最大電流及最大電壓的控制，因此可在低成本且高效率的情形下，達(dá)到電池系統(tǒng)穩(wěn)定及雙向電池組充放電保護(hù)的要求；由于此直流轉(zhuǎn)換器3也是一組具有最大電流限制的充電器，因此可在行駛中保持輸出電能，除可降低電動(dòng)機(jī)控制器5對(duì)主動(dòng)力電池組2的負(fù)荷，也可隨時(shí)補(bǔ)充主動(dòng)力電池組2的電能，除非單次行駛里程超過可攜式高能量電池組1的電能，例如三十公里以上，否則使用者只需對(duì)輕便的可攜式高能量電池組1充電；若單次行駛里程超過可攜式高能量電池組1的電能，則使用者可通過外接式充電器4對(duì)可攜式高能量電池組1充電二次或使用兩組可攜式高能量電池組1或者直接對(duì)整組系統(tǒng)進(jìn)行充電，即可完全補(bǔ)充主動(dòng)力電池組2的電能。
如圖5所示，為本發(fā)明可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)的實(shí)施例示意圖，由圖中可知，本發(fā)明可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)100，在設(shè)計(jì)條件為500W輕型電動(dòng)機(jī)車所需的電池系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的目標(biāo)是可使此輕型電動(dòng)機(jī)車在載重70公斤，全部重量在130公斤的條件下，可行駛最大行程為70公里，單次可攜式高能量電池組1充電可行駛35公里，行駛平均時(shí)速為30公里的情況下實(shí)施。因此，合理的主動(dòng)力電池組2選擇為36V/17Ah/20Kg/動(dòng)力鉛酸電池，附加滿充電量指示；而可攜式高能量電池組1選擇為12串/10Ah/5kg/鋰聚合電池組，具有單電池電壓監(jiān)控、最大充放電電流、被動(dòng)式電池容量平衡、工作溫度保護(hù)及電池容量指標(biāo)等功能的電池管理系統(tǒng)；而該直流轉(zhuǎn)換器3為一定電流(5A)轉(zhuǎn)定電壓(43.5V)的電池充電器(Buck，downconverter)，具有條件工作的控制電路。由于可攜式高能量電池組1的總功率在450Wh左右，通過直流轉(zhuǎn)換器3后的功時(shí)約在430W，可提供輕型電動(dòng)機(jī)車以時(shí)速30公里行駛1.2小時(shí)以上，因此在一般使用中，使用者只需取出可攜式高能量電池組1于住家或辦公室之內(nèi)充電，則可常保整兩電池組在滿充的狀態(tài)；若有長(zhǎng)距離行駛的需求時(shí)，整組復(fù)合電池系統(tǒng)100可提供一仟瓦時(shí)的電能，足可供輕型電動(dòng)機(jī)車以時(shí)速30公里行駛3小時(shí)以上，因此最大行程可提升至90公里，而使用者在如此長(zhǎng)距離使用之后，可以考慮將可攜式高能量電池組1安置在復(fù)合電池系統(tǒng)100中，對(duì)整組復(fù)合電池系統(tǒng)進(jìn)行同步充電，或仍以單獨(dú)對(duì)可攜式高能量電池組1做多次充電，而此系統(tǒng)的最大的持續(xù)輸出功率約在1.0KW。此架構(gòu)的復(fù)合電池系統(tǒng)100不但可以考慮高能量電池及高功率電池的搭配，也可在設(shè)計(jì)性能要求下考慮總體成本的要求，而以合理的電池架構(gòu)，更低的成本下滿足使用者的需求，則是本發(fā)明架構(gòu)的精神。由于可攜式高能量電池組1已內(nèi)建電池管理系統(tǒng)，一般低成本的定電流轉(zhuǎn)定電壓鋰電池外接式充電器4，已可滿足可攜式高能量電池組1充電保養(yǎng)的需求；而系統(tǒng)末端的電動(dòng)機(jī)控制器5，也只需考慮最大持續(xù)輸入電流，最低工作電壓30V的技術(shù)規(guī)格，便可以在此系統(tǒng)下穩(wěn)定工作；至于系統(tǒng)的核心電子電路，只是個(gè)具有最大輸出電壓電流的降壓轉(zhuǎn)換器，只要是核心控制晶片具有低電流休眠的功能，再加上以二組電池組的電量及電動(dòng)機(jī)控制器是否工作(電動(dòng)車是否啟動(dòng))的簡(jiǎn)單邏輯判斷，則可完成電池系統(tǒng)的結(jié)合，并確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，包括一個(gè)可攜式高能量電池組，其內(nèi)建有電池管理系統(tǒng)，并與直流轉(zhuǎn)換器相連接；一個(gè)主動(dòng)力電池組，用于提供電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的電能，具有一個(gè)電池管理系統(tǒng)或最大電流限制的元件，與直流轉(zhuǎn)換器相連接，提供系統(tǒng)內(nèi)的直流轉(zhuǎn)換器及后方的電動(dòng)機(jī)控制器運(yùn)作時(shí)所需電池訊息；一個(gè)直流轉(zhuǎn)換器，與可攜式高能量電池組及主動(dòng)力電池組相連接，用來(lái)將可攜式高能量電池組的電能轉(zhuǎn)換成主動(dòng)力電池組的電能，或者將可攜式高能量電池組的可輸出電能轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)控制器運(yùn)轉(zhuǎn)所需的能量，根據(jù)可攜式高能量電池組與主動(dòng)力電池組之間的額定電壓的不同，而為升壓、降壓或升降壓型轉(zhuǎn)換器。
2.如權(quán)利要求1所述的可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，其特征在于其中該可攜式高能量電池組，可為高能量的鋰離子電池、鋰聚合物電池、交換式燃料電池，且該可攜式高能量電池組將不限制只同時(shí)使用一組。
3.如權(quán)利要求1所述的可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，其特征在于其中該電池管理系統(tǒng)，可降低整體電池系統(tǒng)管理的難度，并降低整體電子控制成本及提高整體系統(tǒng)穩(wěn)定性，并具有低電量指示或低電量截止的功能，以簡(jiǎn)化后端直流轉(zhuǎn)換器的控制機(jī)制。
4.如權(quán)利要求1所述的可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，其特征在于其中該可攜式高能量電池組，可通過外接式充電器進(jìn)行充電。
5.如權(quán)利要求1所述的可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，其特征在于其中該主動(dòng)力電池組，可為動(dòng)力型鉛酸/鉛鈣酸(Pb/Ca-SO4)電池、鎳氫電池(Ni-mH)、鎳鋅(Ni-Zn)電池、鋰錳/鋰鈷(Li-Mn/Li-Co)電池或鋰聚合物(Li-Polymer)電池等。
6.如權(quán)利要求1所述的可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，其特征在于其中該直流轉(zhuǎn)換器為一組具有最大電流限制的充電器，因此可在行駛中保持輸出電能，除可降低電動(dòng)機(jī)控制器對(duì)主動(dòng)力電池的負(fù)荷，也可隨時(shí)補(bǔ)充主動(dòng)力電池的電能，除非單次行駛里程超過可攜式高能量電池組的電能，否則只需對(duì)輕便的可攜式高能量電池組充電；若單次行駛里程超過可攜式高能量電池組的電能，則使用者可以對(duì)可攜式高能量電池組充電二次或使用兩組可攜行電池組或者直接對(duì)整組復(fù)合電池充電，即可完全補(bǔ)充主動(dòng)力電池的電能。
7.如權(quán)利要求1所述的可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，其特征在于其中該可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)的核心電子電路，是一個(gè)具有最大輸出電壓電流的降壓轉(zhuǎn)換器，只要是核心控制晶片具有低電流休眠的功能，再加上以二組電池組的電量及電動(dòng)機(jī)控制器是否工作的簡(jiǎn)單邏輯判斷，則可完成電池系統(tǒng)的結(jié)合，并確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。
8.如權(quán)利要求1所述的可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，其特征在于其中該主動(dòng)力電池組，是能在瞬時(shí)及長(zhǎng)時(shí)間提供相對(duì)較高的電流放電能力的電池，在不同動(dòng)力電池的使用中，可將電池芯相互串并或于電池組之間串并使用。
9.如權(quán)利要求1所述的可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，其特征在于其中該直流轉(zhuǎn)換器，其控制機(jī)制只考慮可攜行電池組電量是否為零，主動(dòng)力電池組是否在滿充狀態(tài)，以及電動(dòng)機(jī)控制器是否在運(yùn)作狀態(tài)中。
全文摘要
一種可攜式復(fù)合型電池管理系統(tǒng)，由可攜式高能量電池組、直流轉(zhuǎn)換器及主動(dòng)力電池組所組成；本發(fā)明以一個(gè)可攜式高能量電池組，傳遞電池管理系統(tǒng)每日行駛時(shí)所需的能量，同時(shí)該可攜式高能量電池組，具有方便輕巧的特性，可以隨時(shí)隨地通過外加電池充電器來(lái)快速充電，而固定于車架上的主動(dòng)力電池組，則可提供平穩(wěn)的電力需求，以及必要時(shí)的最大行駛里程。如此結(jié)合可攜式高能量電池組及主動(dòng)力電池組二者優(yōu)點(diǎn)的電力系統(tǒng)，將可滿足使用者方便補(bǔ)充能源、價(jià)廉可靠、適當(dāng)?shù)膭?dòng)力及足夠行駛距離的多重需求。
文檔編號(hào)G01R31/36GK1652426SQ200510007138
公開日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2005年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月21日
發(fā)明者舒英豪, 馬斌嚴(yán) 申請(qǐng)人:宇泉能源科技股份有限公司