專利名稱：具有多重容錯性的多重可配置、可擴展冗余電池模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能量供給設備，并特別涉及有助于可擴展性和容錯性 的層次化排列的能量供給系統(tǒng)。
背景技術：
存在很多并聯(lián)冗余系統(tǒng)的例子，例如電池、電源、計算機硬盤驅(qū) 動器、微處理器和通信鏈路。存在故障轉(zhuǎn)移(failover)方法，藉此， 并聯(lián)冗余系統(tǒng)的一個或更多個部件的故障不會導致整個系統(tǒng)停機時 間。
目前，現(xiàn)有技術的能量供給系統(tǒng)(Energy Delivery System, EDS ) 經(jīng)常被并聯(lián)連接，以便提供這種冗余。電源、電池和發(fā)電機都是這種 系統(tǒng)的公知的例子。
圖1A示出了一種現(xiàn)有技術電池管理系統(tǒng)(battery management system, BMS) 10，對于所迷系統(tǒng)，中央電池管理部件12 ,皮連接到 串16中的每一個電池單元或者串聯(lián)元件14。
圖1B示出了一種現(xiàn)有4支術BMS20，對于所述BMS，中央電池 管理部件22從耦合到每一個單元或者串聯(lián)元件24的單個單元監(jiān)視部件28接收信息。在圖1B的體系結(jié)構(gòu)中，和每一個電池單元或者串聯(lián) 元件24相關聯(lián)的數(shù)據(jù)在到達中央電池管理部件22之前，通過單元監(jiān) -f見部卩牛28向下游傳遞。
這些冗余現(xiàn)有技術系統(tǒng)的缺點是其在多個方向上的可擴展性受 到限制?，F(xiàn)有技術BMS通常被針對電池的特定結(jié)構(gòu)，按串聯(lián)連接時 的單元數(shù)量以及并聯(lián)連接時的電池尺寸定制設計。為了擴大電池組的 尺寸，必須設計新的電路卡，該電路卡具有額外的連接和傳感電路。
連接到每一個單元或者串聯(lián)元件14的中央電池管理系統(tǒng)10 (如 圖1A中所示)的缺點是具有很多遍布電池組連接的導線。攜帶關于 每一個電池元件的電壓和溫度信息的長導線會遭受嚴重的電磁干擾， 這使信號完整性變差，并且降低了 BMS 10的測量準確性。此外，這 些導線相對于連接到載有中央電池管理部件12的BMS電路卡的其他 導線可能具有較高電壓。這要求仔細的PCB布局和連接器設計，以 防止對其他電路功能和無危險操作的高電壓干擾。
串聯(lián)配置的單元監(jiān)視方案(如圖1B所示)受到因單元監(jiān)視設備 28不能傳遞來自大量串聯(lián)連接的單元的信息所致而不能擴展太多串 聯(lián)單元24的限制。典型的傳遞方法使得每一個單元監(jiān)視器28從下游 監(jiān)視器28接受信息，緩沖所述信息，附加上其自己的信息，然后把 信息包往上游向更靠近中央電池管理部件22的下一個監(jiān)視器傳遞。 當信息包從監(jiān)視器到監(jiān)視器地行進時，其大小增大。在某時刻，信息 包可能變得太大以至于不能裝入任何一個串聯(lián)監(jiān)視器的存儲器緩沖 區(qū)中。因此，這種方案通常限于大約25個單元。在任何情況下，隨 著串聯(lián)串變得更大，信息從串中的最后一個監(jiān)視器傳播到BMS22所 花的時間對于適當?shù)仨憫南到y(tǒng)操作變得無法接受。
此外，當串聯(lián)元件其中之一發(fā)生故障時，它一般無法把來自串中 的其他模塊的信息往上游傳遞到BMS 22。
最后，把智能測量和通信設備附加到電池串中的每一個串聯(lián)元件 的成本越來越高。通常，可以在并聯(lián)方向或者串聯(lián)方向擴展這些系統(tǒng)， 但是不可在這兩個方向上擴展。意味著或者在設計階段，或者在組裝階段，這些系統(tǒng)可以添加更多的并聯(lián)元件或者添加更多的串聯(lián)元件， 但是不可兼得。
現(xiàn)有技術系統(tǒng)還受到因系統(tǒng)控制器不能跨越高電壓邊界通信所 致而不能擴展大量串聯(lián)單元的限制。
常規(guī)的電池模塊設計通常是針對特定應用設計的大規(guī)模、定制組
件(pack)。需要來自一個公共基本組件的更緊湊、可擴展并多重可 配置的電池組解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
這里描述的實施例包括一種組裝此處稱為能量供給設備 (Energy Delivery Device, EDD )的模塊，和/或配置模塊組合件的方 法。如果構(gòu)成EDD被串聯(lián)連接，則EDD以組合件提供每一個構(gòu)成 EDD的電壓之和的方式存儲和供給能量，或者，如果它們被并聯(lián)連接， 則以組合件提供每一個EDD的電流容量之和的方式存儲和供給能量。 一般來說，EDD可以是具有給定電壓、電流和能量額定值的單個電池 單元或者多個電池單元。
根據(jù)所描述的實施例，作為EDD組合件的EDD如同其好像是 單個EDD那樣被監(jiān)視、管理和控制。每一個EDD被電子電路(這里 稱為"代理")監(jiān)視、管理和控制，所述電子電路向EDD外部的實體 報告狀態(tài)，并基于從EDD外部的實體接收到的命令執(zhí)行控制功能。
在所描述的實施例中，EDD可以被串聯(lián)連線以獲得構(gòu)成EDD的 電壓之和，或者并聯(lián)以獲得構(gòu)成EDD的電流容量之和。EDD可以4皮 按并聯(lián)EDD或串聯(lián)EDD或者甚至是各種并聯(lián)-串聯(lián)組合的集群分組， 并且通過一個接口對于外部實體來說仍舊就;故作為單個EDD管理、 監(jiān)視和控制。此外，所描述的方法允許EDD或通信元件發(fā)生多個故 障，并不會中斷與其他工作元件或EDD的通信。
在一個方面，本發(fā)明是一種能量供給系統(tǒng)，包括至少一個在電 氣上串聯(lián)耦合的兩個或更多個能量供給模塊的串。每一個能量供給模 塊包括一個或更多個用于存儲和供給電流的能量供給設備。所述串還包括用于監(jiān)視和控制串中的每一個能量供給設備的模塊監(jiān)視器。每一 個能量供給模塊串還包括每一個能量供給模塊均可訪問的串通信路 徑。每一個能量供給模塊的模塊監(jiān)視器可操作，以便通過串通信路徑 傳遞與其能量供給模塊相關聯(lián)的信息。系統(tǒng)還包括串管理器設備和系 統(tǒng)控制器，串管理器設備用于通過串通信路徑與串中的每一個模塊監(jiān) 視器通信，系統(tǒng)控制器用于通過系統(tǒng)通信路徑與每一個串管理器設備 通信。
在一個實施例中，系統(tǒng)還包括設備監(jiān)視器，用于監(jiān)視和控制每一 個能量供給設備。每一個設備監(jiān)視器與模塊監(jiān)視器通信，以使模塊監(jiān) 視器起到用于設備監(jiān)視器和能量供給設備的代理的作用。
在另 一個實施例中，與能量供給模塊相關聯(lián)的信息包括能量供給 模塊的電氣特性。在另一個實施例中，與能量供給模塊相關聯(lián)的信息 包括用于控制能量供給模塊的命令。在又一個實施例中，與能量供給 模塊相關聯(lián)的信息包括用于配置系統(tǒng)內(nèi)模塊的預定排列的指令。在再 一個實施例中，與能量供給模塊相關聯(lián)的信息包括與模塊相關聯(lián)的環(huán) 境信息。
一個實施例還包括一個或更多個隔離開關，用于把異常模塊從通 信路徑隔離。
在另 一個實施例中，通信路徑是支持編址通信協(xié)議的導線通信總線。
在又一個實施例中，系統(tǒng)只包括一個模塊串，并且系統(tǒng)控制器包 含用于該串的串管理器，使得系統(tǒng)控制器提供與串管理器相關聯(lián)的功 能。
在一個實施例中，每一個串管理器服務于(accommodate)串中的 較多或較少個模塊，并且系統(tǒng)管理器服務于系統(tǒng)中的較多或較少個串 管理器。
在另 一個方面， 一種能量供給系統(tǒng)包括一個或更多個能量供給設 備。每一個能量供給設備可操作以便存儲提供給其的能量并把所存儲 的能量作為電流供給。該系統(tǒng)還包括一個或更多個電氣設備，用于提供與以下中的至少一個相關的功能監(jiān)視、控制和管理所述一個或更 多個能量供給設備。系統(tǒng)還包括印刷電路板，印刷電路板具有電氣觸 點和電導體，電氣觸點用于把能量供給設備在電氣上耦合到印刷電路 板，電導體把能量供給設備以預定方式在電氣上彼此耦合。電導體還 把能量供給設備耦合到一個或更多個電氣設備。所述一個或更多個能 量供給設備和所述一個或更多個電氣設備被直接安裝于印刷電路板。
在另一個方面， 一種組裝能量供給系統(tǒng)的方法包括提供一對端蓋 (endcap)。端蓋包括用于以預定排列限制能量供給設備陣列的接 頭(post);用于提供到能量供給設備的電氣連接的導電板；和，用 于在與能量供給設備的電氣端口相對應的位置通過端蓋接入導電板 的接入端口。所述方法還包括把能量供給設備置于端蓋之間，以使接 頭以預定排列限制能量供給設備，并且能量供給設備的電氣端口與導 電板接觸。所述方法還包括把端蓋緊固在一起，以便把電池以預定排 列夾在端蓋之間，并且通過接入端口給導電板施加熱量，以便在能量 供給設備的電氣端口和導電板上的預定位置之間形成導電聯(lián)結(jié)。
在一個實施例中，通過接入端口給導電板施加熱量的步驟還包括 對導電板進行電阻焊接。
一個實施例還包括把印刷電路板置于端蓋的頂部。從導電板延伸 的一個或更多個導電抽頭在單元和印刷電路板之間提供電氣耦合。
另一個實施例還包括提供用于以預定配置排列兩個或更多個模 塊的框架。
在另一個方面，一種能量供給系統(tǒng)包括一對端蓋，所述端蓋包括 用于以預定排列限制能量供給設備陣列的接頭；用于提供到能量供給 設備的電氣連接的導電板；和，用于在與能量供給設備的電氣端口相 對應的位置通過端蓋接入導電板的接入端口 。能量供給設備被置于端 蓋之間，以使接頭以預定排列限制能量供給設備，并且能量供給設備 的電氣端口與導電板接觸。端蓋被緊固在一起，以便把電池以預定排 列夾在端蓋之間。在能量供給設備的電氣端口和導電板上的預定位置 之間形成導電聯(lián)結(jié)。一個實施例還包括被置于端蓋的頂部的印刷電路板。印刷電路板 在電氣上被耦合到從導電板延伸的 一個或更多個抽頭。
另 一個實施例還包括用于耦合到通信路徑的電氣連接器。電氣連 接器在電氣上耦合到一個或更多個安裝于印刷電路板的電氣設備。
在另一個實施例中，能量供給設備被按交替極性的組排列，以使 能量供給設備的組在電氣上串聯(lián)連接。
在又一個實施例中，能量供給設備的組在電氣上并聯(lián)連接。


當結(jié)合附圖閱讀時，從下面的描述可以更全面地理解本發(fā)明的前
述和其他目的、其各種特征、以及本發(fā)明自身，在附圖中 圖1A示出了現(xiàn)有技術電池管理系統(tǒng)。 圖1B示出了另一種現(xiàn)有技術電池管理系統(tǒng)。 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的EDD組件的實施例。 圖3示出了當檢測到故障時被隔離的故障處理器。 圖4示出了 EDD模塊到通信路徑之間的通信連接的一個實施例。 圖5示出了在通信路徑和模塊監(jiān)視器之間具有隔離設備的EDD
模塊的示范性實施例。
圖6示出了給EDD組件內(nèi)的模塊分配地址的過程的流程圖。 圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的EDD模塊組合件的實施例。 圖8示出了圖7的EDD模塊的部件的另一個視圖。 圖9示出了圖7的EDD模塊的部件的又一個視圖。 圖10示出了圖7的EDD才莫塊的部件的又一個視圖。 圖11示出了圖7的EDD模塊的部件的另一個視圖。 圖12示出了作為安裝于印刷電路板的單元組的EDD組件。 圖13示出了 EDD組件的另一個實施例的分解立體圖。
具體實施例方式
在所描述的實施例中，在EDD組件100內(nèi)，可以用并聯(lián)和/或串聯(lián)結(jié)構(gòu)配置EDD模塊集合。圖2示出了這種結(jié)構(gòu)的一般化圖，其中， EDD模塊102被連線成串聯(lián)串104 (圖2中沿垂直方向)以便在組件 100的端子106上獲得期望的電壓。每一個模塊102均能夠利用一個 或更多個并聯(lián)的單元108被構(gòu)造成具有一個或更多個串聯(lián)的單元108。 每一個單元108包括正電氣端口和負電氣端口。類似地，每一個模塊 102包括正電氣端口和負電氣端口 (即端子106)，這代表了模塊內(nèi) 單元108的某種復合排列。
為了清楚起見，在圖2中只示出了一個串104的細節(jié)，但是應該 理解，這些細節(jié)為所有這些串共有。此外應該理解，盡管所示出的詳 細的串包括三個模塊102,但是每一個串可以具有更多或者更少的模 塊102。最后，盡管圖2在組件100中示出了 4個串104，但是這里 所描述的組可以具有更多或更少的串。
每一個模塊102包括模塊監(jiān)視器110，它監(jiān)視并管理該模塊102 中的單元108。單元監(jiān)視器110可以測量模塊102的各個方面，例如 電壓、電流、環(huán)境條件(例如溫度)和故障狀態(tài)，以及其他。例如， 單元監(jiān)視器可以通過耦合到監(jiān)視器110的電流傳感器122測量該模塊 產(chǎn)生的電流。在一個實施例中，模塊監(jiān)視器IIO是包括微處理器的電 氣設備。在其他的實施例中，模塊監(jiān)視器110可以包括但不限于現(xiàn)場 可編程門陣列(FPGA)或者專用集成電路(ASIC)。 一般來說，模 塊監(jiān)視器110可以是任何提供處理器/控制器功能的電路。
每一個模塊監(jiān)視器IIO通過通信路徑114發(fā)送與其模塊102相關 聯(lián)的信息，并接收用于管理模塊102的信息。在一個實施例中，通信 路徑114包括導線總線，不過在其他的實施例中，通信路徑114可以 包括例如光纖、音頻通道、RF或其他無線通道的介質(zhì)，或者一般來 說能夠傳送信息的任何介質(zhì)。
對于每一個EDD模塊102的串，串管理器116通過通信路徑114 與該串內(nèi)的模塊監(jiān)視器IIO通信。在一個實施例中，串管理器116是 包括微處理器的電氣設備。在其他的實施例中，串管理器116可以包 括但不限于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或者專用集成電路(ASIC )。一般來說，串管理器116可以是提供處理器/控制器功能的任何電路。
每一個串管理器116從其串內(nèi)的模塊監(jiān)視器110接收模塊信息， 并把與管理該串內(nèi)的模塊102相關的信息發(fā)送到模塊監(jiān)視器110。
為了進一步的冗余或者能量可擴展性，在組件100內(nèi)部，多個串 104可以被并聯(lián)連接。圖2示出了通過組件通信總線118與一行串管 理器116通信的組件控制器120。和上面描述的通信路徑114 一樣， 通信總線118 —般可以是能夠傳送信息的任何介質(zhì)。
組件控制器120通過相關聯(lián)的模塊監(jiān)視器110和串管理器116 接收與每一個模塊102相關聯(lián)的信息，并通過相同路徑把控制和管理 信息提供給模塊102，如圖2中所示。在某些實施例中，組件100采 用單獨的通信路徑用于接收模塊信息和分發(fā)管理信息。組管理器120 發(fā)送到模塊102的信息可以包括例如用于調(diào)整或者平衡模塊102內(nèi)的 單元108的命令，或者與單元內(nèi)期望的模塊排列相關的指令。
上面描述的層次可以擴大或者收縮，取決于EDD組件100的要 求。例如，如果EDD 100由僅僅一個串104組成，則組件控制器120 與單列EDD模塊監(jiān)視器110通信。
概括來說，在EDD組件100的最低層，模塊監(jiān)視器110監(jiān)視和 管理該模塊108中的單元108，并通過被其他EDD共享的通信總線把 信息傳遞到上層監(jiān)視器。在最高層，電池管理系統(tǒng)(BMS—這里也稱 為組件控制器120)在共享的通信總線上一次一個地與較低層的監(jiān)視 器單獨地通信。在有多個EDD模塊串的情況下，BMS 120與串管理 器116通信，每一個串管理器116均充當?shù)狡浯畠?nèi)的模塊的代理，并 且與每一 個模塊監(jiān)視器通信。在只有模塊102的 一 個串的情況下，BMS 120直接與模塊監(jiān)視器通信。
如果在任何一個EDD模塊監(jiān)視器102中發(fā)生故障，則其他EDD 監(jiān)視器102繼續(xù)跨越公共總線與串管理器116代理通信，當檢測到異 常狀況(例如故障、失效或者劣化)時，發(fā)生故障的處理器可以被從 所述公共總線隔離，如圖3中所示。在一個實施例中，包括隔離開關 130，作為模塊102上的分立部件，以便萬一模塊監(jiān)視器完全無功能時，仍舊可以進行隔離。在其他實施例中，使用防故障設計把隔離開
關130集成到模塊監(jiān)視器中，防故障設計提高了即使模塊監(jiān)視器110 的其他部分停止工作，隔離開關仍保持功能的可能性。
如上所述，每一個EDD模塊102包括在通信路徑114上通信的 模塊監(jiān)視器。為了在該公共總線上標識其自己，當BMS 120初始化時 每一個模塊監(jiān)視器均參與標識過程。在一個實施例中，BMS120給每 一個模塊監(jiān)視器110提供唯一的地址。一旦每一個模塊接收到其地址， BMS 120能夠向任何一個EDD模塊發(fā)出控制或者查詢命令，并接收 專用于該模塊的信息。為了發(fā)出命令，BMS 120在組件通信總線118 上把命令代碼和地址信息發(fā)送到串管理器116,串管理器116接著將 這個信息通過通信總線114傳送到模塊監(jiān)視器110。這允許提供全局 廣播消息以及專用于模塊的消息。在全局廣播消息的情況下，地址信 息可以包括被所有模塊監(jiān)視器識別的全局地址，或者它可以包括每一 個單個模塊地址。對于專用于模塊的消息，每一個模塊監(jiān)視器110接 收并解釋消息，但是只有具有匹配地址的模塊102對命令做出響應。 一旦才莫塊102接收到命令，它通過在通信路徑114上發(fā)送響應于該命 令的數(shù)據(jù)做出響應。對應的串管理器116接收數(shù)據(jù)，并通過組件通信 總線把其傳送到BMS 120。
此后，當描述涉及BMS 120與模塊監(jiān)視器110通信時，或者模 塊監(jiān)視器與BMS 120通信時，假設通信經(jīng)過串管理器116進行。
通信協(xié)議
通信路徑114和組件通信總線118可以是串行、CAN、LIN、SPI、 I2C或者其他本領域已知的通過共享物理介質(zhì)實施編址協(xié)議的通信技 術中的任何一個。但是，由于和每一個模塊102相關聯(lián)的相對于BMS 基準的高電壓，通信路徑114 (以及在某些實施例中，組件通信總線 118)在通信路徑114和每一個模塊102之間被使用本領域已知的隔 離設備124 (例如光學的、磁的或者RF)隔離。圖4示出了EDD模 塊102到通信路徑114的通信連接的一個實施例。圖5示出了在通信路徑114和模塊監(jiān)視器110之間具有隔離設備124的示范性實施例。 分配地址
如上所述，當BMS 120初始化時，它給每一個模塊監(jiān)視器110 提供地址。盡管可以使用其他過程提供地址，但是下面的描述是在一 個示范性實施例中使用的過程。
BMS 120在觸發(fā)輸入線上把離散的觸發(fā)信號發(fā)送到第一被連接 EDD模塊監(jiān)視器llO。在某些實施例中，觸發(fā)輸入線是分立路徑，而 在其他的實施例中，觸發(fā)線是通信協(xié)議的一部分。
響應于觸發(fā)信號，模塊監(jiān)視器IIO把確認消息發(fā)送到BMS 120。 BMS 120在通信路徑114上把地址分配返回到串管理器116。盡管串 中的每一個模塊監(jiān)視器110均接收地址分配，但是只有接收觸發(fā)信號 的模塊監(jiān)視器110給其自己分配新的地址。
一旦BMS 120已經(jīng)給第一被連接模塊即"當前模塊"(當前被分 配地址的模塊)成功地分配了地址，BMS 120把"激活觸發(fā)"消息發(fā)送 到該當前模塊，導致其激活到下一個被連接模塊的觸發(fā)信號。BMS 把下一個地址發(fā)送到模塊102,所述地址被第二被連接模塊接受，因 為其觸發(fā)信號是有效的(即它是新的"當前模塊")。
一旦BMS 120已經(jīng)成功地把地址分配給第二被連接模塊，BMS 120把解除激活觸發(fā)消息發(fā)送到第一被連接模塊(即"當前模塊-l")， 接著是到第二被連接模塊的激活觸發(fā)消息，它使得第三被連接模塊成 為"當前模塊"。因此，觸發(fā)信號的這種再分配把"當前模塊"角色沿著 串從第二被連接模塊移動到第三被連接模塊，并且把"當前模塊-l"角 色從第 一被連接模塊移動到第二被連接模塊。
然后，BMS 120發(fā)送下一個地址，所述地址被新的"當前模塊" (即第三被連接模塊)接受，因為其觸發(fā)現(xiàn)在有效。這個地址分配過 程繼續(xù)，直到最后一個模塊已確定其地址為止。BMS120具有關于在 其宿主EDD組件100中有多少模塊被配置的信息，所以它繼續(xù)分配 地址，直到所有的模塊被分配為止。如果在EDD組件100的運行期間的某個時刻，^t塊監(jiān)視器110 未在規(guī)定的時段內(nèi)對觸發(fā)信號做出響應，則BMS 102推斷未響應模塊 已經(jīng)失效，這導致"啟動失敗"狀況。
一旦所有的模塊監(jiān)視器110已經(jīng)被分配了地址，則模塊監(jiān)視器 110可以;故BMS 120以4壬意順序分別地訪問。圖6中示出了用于上面 描述的過程的示范流程圖。
共享總線協(xié)議/杠桿(leveraged)測量電路的價值
在運行期間，BMS 120可以在正好相同的時間獲取全部單元模 塊102的電壓。它通過發(fā)送針對單元電壓的全局請求來實現(xiàn)這一點， 所述全局請求被所有的模塊102識別和接受。每一個模塊102的模塊 監(jiān)視器110在從BMS 120接收到"快照"(即采樣)命令后，獲取和其 構(gòu)成單元相關聯(lián)的電壓的"快照"。當模塊監(jiān)視器110接收到快照命令 時，它們?nèi)吭诖笾孪嗤瑫r間取得其單元的快照。
然后，BMS 120系統(tǒng)地尋址每一個模塊，以便請求被采樣的電 壓信息。這個技術的優(yōu)點是每一個單元的電壓信息與特定時間相關。 這個時間可以是何時組件100的電流被采樣，或者何時BMS 120檢測 到某個其他事件。因為所有的單元電壓可以;故與電流相互關聯(lián)，所以 可以計算組和單元的健康狀態(tài)(State of Health)或者阻抗。
圖7中示出了這里所描述的EDD組件的一個實施例?；妆P150 為EDD組件100提供了基本的外殼。安裝在基底盤150內(nèi)的框架152 提供了用于支撐模塊102的結(jié)構(gòu)。通信路徑114被示出為在電氣上耦 合到模塊102。
圖8中示出了來自圖7的EDD組件的單個模塊102的一部分。 兩個端蓋154被置于單元108的排列的任一側(cè)上(在此圖中單元不可 見一參考圖io)。在這個實施例中，端蓋154由注模成形的UL94-V0 標稱的PC/ABS材料制成，盡管也可以使用已知的其他低傳導材料。
絕緣體片156被示出為覆蓋附近的端蓋154。在這個實施例中， 絕緣體片156是具有低電導率的FR聚丙烯片以防止相鄰模塊102之間的導電。但是，其他的實施例可以把本領域已知的其他絕緣材料用
于絕緣體片156。
圖8還示出了用于在通信路徑114和模塊102的模塊監(jiān)視器110 之間提供物理和電氣連接的電氣連接器158。防塵罩160為載有模塊 監(jiān)視器110和其他與模塊102相關聯(lián)的電氣部件的印刷電路板162提
供針對外界環(huán)境的保護。
圖9示出了端蓋154其中之一的詳細視圖。導電板164被置于端 蓋154的內(nèi)表面上，用于提供到單元108的電氣端口的電氣連接。在 這個實施例中，板164是M-200焊接帶(weld strap),盡管也可以使 用本領域已知的其他導電材料。
許多個接頭166從端蓋154延伸穿過導電板164。這些接頭給被 置于端蓋154之間的單元108提供了機械邊界和結(jié)構(gòu)支撐。在板164 和單元108之間形成電氣連接之前，單元108#皮接頭166相對于端蓋 154限制在預定的期望位置中，并且相互限制。
導電抽頭168從》反164延伸到端蓋154頂部。這些導電抽頭168 提供了從板164到被置于每一對端蓋154的頂部上的印刷電路板162 (未示出)的電氣連接。這些抽頭168為模塊監(jiān)視器110 (位于印刷 電路板162上)提供了到模塊102內(nèi)的單元108的電氣接入。
圖10示出了在端蓋154的接頭166之間排列的單元108的陣列。 為了清楚起見，在這個圖中只有幾個單元108被用參考數(shù)字標記。如 所示，單元108以交替極性的并聯(lián)連接的組排列，所以單元108的組 可以在端蓋154之間在電氣上來回地串聯(lián)連接。在串聯(lián)連接的單元組 的最末端，末端導體170被置于端蓋154的每一端。
圖11示出了被組裝的模塊102，和圖8中所示的類似，但是沒 有絕緣片156。單元108被緊固地像貝殼那樣夾在端蓋154之間，然 后端蓋154被在穿過端蓋154的許多個點處被擰在一起用于結(jié)構(gòu)支 撐。端蓋154中的接入端口 172 (即孔)在每一個單元在板164的內(nèi) 表面上接觸導電板164的位置暴露導電板164的外表面。仍為了清楚 起見，在圖中只有幾個端口 172被用參考數(shù)字指示。然后，單元108被通過接入端口 172電阻焊接到導電板164。這個組裝順序和由接頭 166提供的結(jié)構(gòu)對防止焊縫上的應力很關鍵。
在一個實施例中，EDD組件200是安裝在如圖12中所示的印刷 電路板202 (PCB)上的一組單元108。 PCB 202栽有用于連接到單 元和傳導單元提供的電流的電氣觸點204。單元108通過焊接到每一 個單元108的端子的電氣觸點204 (其又焊接到PCB 202)在電氣上 耦合到PCB202。單元108也可以利用粘合劑、機械緊固件(例如搭 接片(strap)、夾具，等等)或者其他本領域已知的用于把單元108 在物理上連接到PCB 202的技術在物理上耦合到PCB 202。
PCB 202也可以載有用于把能量供給設備以預定排列在電氣上 彼此耦合，從而實施期望的單元108的串聯(lián)連接、并聯(lián)連接或其組合 所必需的單元到單元電氣互連。最后，PCB 202載有各種電子線路 206,例如平衡設備、監(jiān)視器和控制設備，以及其他提供與監(jiān)視、控 制和管理EDD組件200相關的功能的電氣部件。
圖13示出了 EDD組件300的又一個實施例的分解立體圖。這個 實施例包括這里所描述的部件，例如單元108、端蓋154、導電板164、 接頭166、導電抽頭168和接入端口 172的許多部件的不同版本。
本發(fā)明可以被以其他特定形式具體實施而不偏離其精神或者本 質(zhì)特性。因此，當前實施例在各方面要被視為說明性的而非限制性的，
本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而非前面的描述來表示，因此，權(quán)利要 求的含義和等同范圍內(nèi)出現(xiàn)的所有變化都應被涵蓋在其中。
權(quán)利要求
1. 一種能量供給系統(tǒng)，包含至少一個在電氣上串聯(lián)耦合的兩個或更多個能量供給模塊的串，其中，每一個能量供給模塊包括一個或更多個用于存儲和供給電流的能量供給設備，以及用于監(jiān)視和控制每一個能量供給設備的模塊監(jiān)視器；對于每一個能量供給模塊串，(i)每一個能量供給模塊均可訪問的串通信路徑，其中，每一個能量供給模塊的模塊監(jiān)視器可操作以便通過串通信路徑傳遞與其能量供給模塊相關聯(lián)的信息，和(ii)串管理器設備，用于通過串通信路徑與串中的每一個模塊監(jiān)視器通信；系統(tǒng)控制器，用于通過系統(tǒng)通信路徑與每一個串管理器設備通信。
2. 如權(quán)利要求1所述的能量供給系統(tǒng)，還包括設備監(jiān)視器，用 于監(jiān)視和控制每一個能量供給設備，其中，每一個設備監(jiān)視器與模塊 監(jiān)視器通信，以使模塊監(jiān)視器起到設備監(jiān)視器和能量供給設備的代理 的作用。
3. 如權(quán)利要求1所述的能量供給系統(tǒng)，其中，與能量供給模塊 相關聯(lián)的信息包括能量供給模塊的電氣特性。
4. 如權(quán)利要求1所述的能量供給系統(tǒng)，其中，與能量供給模塊 相關聯(lián)的信息包括用于控制能量供給模塊的命令。
5. 如權(quán)利要求1所述的能量供給系統(tǒng)，其中，與能量供給模塊 相關聯(lián)的信息包括用于配置系統(tǒng)內(nèi)模塊的預定排列的指令。
6. 如權(quán)利要求1所述的能量供給系統(tǒng)，其中，與能量供給模塊 相關聯(lián)的信息包括與模塊相關聯(lián)的環(huán)境信息。
7. 如權(quán)利要求1所述的能量供給系統(tǒng)，還包括一個或更多個隔 離開關，用于把異常模塊從通信路徑隔離。
8. 如權(quán)利要求1所述的能量供給系統(tǒng)，其中，通信路徑是支持 編址通信協(xié)議的導線通信總線。
9. 如權(quán)利要求1所述的能量供給系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)只包括一個 模塊串，并且系統(tǒng)控制器包含用于該串的串管理器，使得系統(tǒng)控制器 提供與串管理器相關聯(lián)的功能。
10. 如權(quán)利要求l所述的能量供給系統(tǒng)，其中，每一個串管理器 服務于串中的較多或較少的模塊，并且系統(tǒng)管理器服務于系統(tǒng)中的較 多或較少的串管理器。
11. 一種能量供給系統(tǒng)，包含一個或更多個能量供給設備，其中，每一個能量供給設備可操作， 以便存儲提供給其的能量，并把所存儲的能量作為電流供給；一個或更多個電氣設備，用于提供與以下幾者中的至少一個相關 的功能監(jiān)視、控制和管理所述一個或更多個能量供給設備,'和印刷電路板，包括(i) 電氣觸點，用于把能量供給設備在電氣上耦合到印刷電路 板，和(ii) 電導體，用于把能量供給設備以預定排列在電氣上彼此耦 合，并用于把能量供給設備耦合到所述一個或更多個電氣設備；其中，所述一個或更多個能量供給設備和所述一個或更多個電氣 設備被直接安裝于印刷電路板。
12. —種組裝能量供給系統(tǒng)的方法，包含提供一對端蓋，其中，端蓋包括(i)用于以預定排列限制能量 供給設備陣列的接頭，(ii)用于提供到能量供給設備的電氣連接的 導電板，和(iii)用于在對應于能量供給設備的電氣端口的位置通過 端蓋接入導電板的接入端口；把能量供給設備置于端蓋之間，以使接頭以預定排列限制能量供 給設備，并且能量供給設備的電氣端口與導電板接觸；把端蓋緊固在一起，以便把電池以預定排列夾在端蓋之間；通過接入端口給導電板施加熱量，以便在能量供給設備的電氣端口和導電板上預定位置之間形成導電聯(lián)結(jié)。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，通過接入端口給導電板 施加熱量的步驟還包括對導電板進行電阻焊接。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括把印刷電路板置于端蓋 的頂部，其中，從導電板延伸的一個或更多個導電抽頭在單元和印刷 電路板之間提供電氣耦合。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括提供用于以預定配置排 列兩個或更多個模塊的框架。
16. —種能量供給系統(tǒng)，包含一對端蓋，其中，所述端蓋包括(i)用于以預定排列限制能量 供給設備陣列的接頭，(ii)用于提供到能量供給設備的電氣連接的 導電板，和(iii)用于在與能量供給設備的電氣端口相對應的位置通 過端蓋接入導電板的接入端口 ；其中，能量供給設備被置于端蓋之間，以使接頭以預定排列限制 能量供給設備，并且能量供給設備的電氣端口與導電板接觸；其中，端蓋被緊固在一起，以便把電池以預定排列夾在端蓋之間；并且其中，在能量供給設備的電氣端口和導電板上的預定位置之間形 成導電聯(lián)結(jié)。
17. 如權(quán)利要求16所述的能量供給系統(tǒng)，還包括被置于端蓋的 頂部的印刷電路板，其中，印刷電路板在電氣上被耦合到從導電板延 伸的一個或更多個抽頭。
18. 如權(quán)利要求17所述的能量供給系統(tǒng)，還包括用于耦合到通 信路徑的電氣連接器，其中，電氣連接器在電氣上耦合到一個或更多 個安裝在印刷電路板上的電氣設備。
19. 如權(quán)利要求16所述的能量供給系統(tǒng)，其中，能量供給設備 按交替極性的組被排列，以使能量供給設備的組在電氣上串聯(lián)連接。
20. 如權(quán)利要求19所述的能量供給系統(tǒng)，其中，能量供給設備 的組在電氣上并聯(lián)連接。
全文摘要
一種能量供給系統(tǒng)，包括至少一個在電氣上串聯(lián)耦合的兩個或更多個能量供給模塊的串。每一個能量供給模塊包括一個或更多個用于存儲和供給電流的能量供給設備，和用于監(jiān)視和控制每一個能量供給設備的模塊監(jiān)視器。每一個能量供給模塊串包括每一個能量供給模塊均可訪問的串通信路徑，其中，每一個能量供給模塊的模塊監(jiān)視器可操作，以便通過串通信路徑傳遞與其能量供給模塊相關聯(lián)的信息。每一個串還包括用于通過串通信路徑和串中的每一個模塊監(jiān)視器通信的串管理器設備。能量供給系統(tǒng)還包括用于通過系統(tǒng)通信路徑和每一個串管理器設備通信的系統(tǒng)控制器。
文檔編號G01N27/22GK101506649SQ200780023208
公開日2009年8月12日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月15日
發(fā)明者B·C·謝夫, C·M·霍夫, G·特里梅林, R·富落樸, 喬納·S·邁爾伯格, 安德魯·C·朱 申請人:A123系統(tǒng)公司