射频能量管理系统技术方案

一种射频能量管理系统包括一些电池控制模块和／或一个控制单元，它们通过射频用来交换电池工作参数／性能信息和控制信号。每个电池控制模块都包括一个或多个传感元件来测量各自电池的一个或多个工作参数，和下列装置中的至少一个装置：射频接收机、射频发射机、存储装置、控制器、一些控制装置、信号阻塞装置、及它们的组合。控制单元可用来监视和控制电池的工作参数，并包括射频接收机和射频发射机。控制单元根据预定的控制系统程序来评估发自电池控制模块的数据，并将一个预定的控制命令发送给一个或多个电池控制模块，以实现电池均衡和电池热管理。能量管理系统还可包括一个或多个用于识别系统中电池控制模块的相对位置的装置，和一个接口，使得可通过另一个与控制单元无关的装置与电池控制模块进行通信。射频信号无需附加的布线就可以在控制单元与各电池控制模块之间和在电池控制模块之间发送，从而消除了有线式系统的缺点。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
在这样的系统中，控制信号通过导线从中央控制单元传送到监视装置，而信息通过导线从监视装置传送到中央控制单元，这些导线贯穿车辆并将每个监视装置与中央控制单元连接。这些导线可以被扎在一起并沿车辆电气系统的基本配线线路走线，也可以与基本配线线路分开走线。用于监视和控制电力车中能源的工作参数的有线式能量管理系统因某些原因会不合乎要求。除了车辆电气系统中已有的那些导线外，再使用导线会给车辆增加多达50磅的重量。这种增加的重量会降低车辆的加速度并增加电池充电频度。有线式能量管理系统的使用还增加了车辆的造价，其中一方面是因为安装附加布线的工时，另一方面是因为导线本身的费用。有线式能量管理系统的使用还增加了维护系统的费用，这是因为将监视装置连接到电池的导线很贴近从而导致很可能出现的腐蚀损坏。这种腐蚀损坏对有线式能量管理系统的可靠性和使用寿命不利。另外，有线式能量管理系统的使用要求采用高电压隔离部件，以减小系统干扰或可能出现在信号线上的来自高电压线的噪声，这些高电压线代表了车辆电气系统中的电车电池组的特征。这些高电压隔离部件的使用不仅增加了电车的造价还增加了车辆的重量。随着将来部件升级，有线式能量管理系统也将受到限制，这是因为需要为每个新升级的部件提供附加的布线。因此，需要设计一种与电力车一块使用的能量管理系统，该系统具有多个能以无线方式与中央控制单元通信的系统装置，这种方式不会增加车辆的重量，不易造成电池损坏，易于快速安装，不需要采用高电压隔离器，并且它便于新装置的任意升级或添加而无需改动。这种能量管理系统最好具有这样一些装置，它们可用来监视和/或控制一个或多个电池或者每个这种电池的电池单元，以执行对这种电池的控制功能，以便优化电池性能，例如提供电池均衡和/或电池热管理，从而优化由这种电池构成的电池组的性能。具体地说，这种能量管理系统最好(1)使得可检测电池或电池单元的变化；(2)使得能存储电池或电池单元性能的信息；(3)使得可跟踪电池或电池单元的特性；和/或(4)使得可控制电池的控制装置，从而优化电池性能。因此，在本专利技术的实施中，提供了一种无线射频能量管理系统，用于电力设备例如具有电池动力电源的电车中。这种能量管理系统包括一些电池控制模块和/或一个控制单元。这些电池控制模块可用来进行彼此之间和/或与控制单元之间的双向通信，或者可用来进行单向发送或接收的通信。电池控制模块所发送和/或接收的射频信号载有与电源(如电池组，电池组中的各个电池，或构成电池组的电池中的电池单元)的工作参数有关的信息。对于双向和单向接收的电池控制模块，控制单元用来接收这些信号和向电池控制模块发送用于调节这种电源的工作参数的控制信号。另外，每个电池控制模块无需该控制单元也能用来发送和/或接收来自其他电池控制模块的控制信号。在一种EMS实施方式中，每个电池控制模块可用来监视电源的一个或多个指定工作参数，并根据从控制单元接收到的指定控制信号控制或调节一个或多个工作参数。每个电池控制模块可包括一个或多个监视或传感元件(每个这种元件均可用来测量电源的指定工作参数)，和下列其他装置中的至少一个装置射频接收机、射频发射机、控制器、存储装置、一些控制装置、及它们的组合。电池控制模块控制装置可包括可视指示装置、音响指示装置、电源电流分流器装置、射频信号阻塞装置、及它们的组合。每个双向电池控制模块都包括射频发射机和接收机，并可用来根据控制信号将电池工作参数信息发送给控制单元。控制单元可用来监视每个电池控制模块中传感元件测量到的电源的工作参数，并控制电池控制模块调节这些工作参数。控制单元包括一个射频接收机，用来接收每个电池控制模块中射频发射机发出的射频信号。控制单元还包括一个射频发射机，用来发送可被每个电池控制模块中射频接收机接收的射频控制信号。控制单元评估每个电池控制模块发出的有关电源工作参数的数据，根据预定的控制系统程序评估该数据，并产生作为控制信号发送给电池控制模块的预定控制命令。控制单元可用来控制或提供发向电池充电器或其他的车辆电气管理系统(如车辆客舱气候控制系统)的电池信息，或者控制基于电池信息的输入。EMS可包括一个与控制器分离的接口装置，使得可通过另一装置如车上电源充电器接入一个或多个电池控制模块，而与控制单元无关。另外，EMS还可包括用于通过射频信号识别系统中电池控制模块的相对位置的装置。射频信号在控制单元与各电池控制模块之间发送，无需利用附加的布线，而是利用电池组中电池之间的总传导通路，该总传导通路贯穿电池组并到达现有电气系统的电源处理装置。该总传导通路充当射频信号的传输媒介。由于无需附加的布线、布线配线等就能进行信号传输，并且由于将能量管理系统设计成一种模块化结构，因此所得到的系统重量轻，不易造成电池损坏，易于快速安装，便于新模块的升级或添加而无需大的改动，便于电池或整个电池组的切换或更换，并且与现有有线式系统相比几乎不需要高电压隔离器。参照说明书、权利要求书和附图，可以了解同时更好地理解本专利技术的这些特征和优点以及其他特征和优点，其中附图说明图1是根据本专利技术原理设计的能量管理系统的示意图，该系统包括一个控制单元和一些电池监视模块；图2是图1中所示的电池控制模块的示意图；而图3是图1中所示的控制单元的示意图；图4是一种包括控制单元和分离的串行接口的能量管理系统实施方式的示意图；图5是一种包括以有线方式与车上电池充电器连接的控制单元的能量管理系统实施方式的示意图；图6是一种包括存储装置的电池控制模块的示意图；图7是一种能量管理系统的电池分流装置的示意图；图8是一种能量管理系统的电池加热装置的示意图；图9是一种单向发送的电池控制模块的示意图；图10是一种单向接收的电池控制模块的示意图；图11是一种包括鉴相器的控制单元的示意图；图12是一种包括图11中的控制单元的能量管理系统的示意图；图13是图4中的分离的控制单元和串行接口的示意图；和图14A和14B是能量管理系统信号阻塞装置的示意图，这些阻塞装置可用来识别系统中电池控制模块和/或电池的位置。根据本专利技术原理设计的能量管理系统(EMS)包括一个控制单元和一些电池控制模块。或者说，根据本专利技术原理设计的EMS可具有一种基于电池控制模块的分布式控制系统，而不是基于单个控制单元的控制系统。EMS可用来监视电池组中的电池、电池单元或电池组合的性能，测量它们的工作参数，和/或控制它们的工作参数，以优化电池性能。本专利技术的系统可与电池组一起应用于电力设备，如电车和具有电池动力电源的混合式电车(例如，军用车辆、火车、轮椅、高尔夫推车和其他游览车、升降机、铲车、工业用车、公共汽车、机动车以及三轮驱动车)，应用于蓄电能应用中(例如，家用应急、商业运作、轮船、飞机或卫星的电源)，和应用于用户电子设备中。参照图1，图中示出了根据本专利技术设计的安装在电力设备的电气系统中的EMS。该电气系统包括若干个电池10，这些电池以串联方式连接构成一个电池组。在所示的实施方式中，示出了电池控制模块与5个电池10一起使用，每个电池都是铅酸蓄电池，其电压范围约为10至15VDC。应当理解，本专利技术的EMS可用来与许多不同类型的电池一起使用，即除了铅酸结构蓄电池外，还可与其他结构的电池如镍铬、银锌、锂聚合物、锌空气、钠硫等结构的电池一起使用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与电力设备一起使用的能量管理系统，该系统包括： 该设备上的一些电池控制模块，其中每个电池控制模块包括： 用于监视该设备的电源的至少一个工作参数的装置，其中该电源选自于电池组、电池组中的至少一个电池、电池中的至少一个单元、及它们的组合；和 下列装置中的至少一个装置：射频信号接收装置、射频发射装置、位置指示装置、存储装置、控制装置、控制器、及它们的组合，和 该设备上的一个控制单元，可用来通过射频信号与电池控制模块通信，其中控制单元包括下列装置中的至少一个装置：射频信号接收装置、射频信号发射装置、控制器、及它们的组合； 其中，电池控制模块与控制单元都连接到公共传导传输媒介，以便进行射频通信，该传输媒介用于将电源连接到电力设备中的电源处理装置。

【技术特征摘要】
US 1997-12-23 08/997,2071．一种与电力设备一起使用的能量管理系统，该系统包括该设备上的一些电池控制模块，其中每个电池控制模块包括用于监视该设备的电源的至少一个工作参数的装置，其中该电源选自于电池组、电池组中的至少一个电池、电池中的至少一个单元、及它们的组合；和下列装置中的至少一个装置射频信号接收装置、射频发射装置、位置指示装置、存储装置、控制装置、控制器、及它们的组合，和该设备上的一个控制单元，可用来通过射频信号与电池控制模块通信，其中控制单元包括下列装置中的至少一个装置射频信号接收装置、射频信号发射装置、控制器、及它们的组合；其中，电池控制模块与控制单元都连接到公共传导传输媒介，以便进行射频通信，该传输媒介用于将电源连接到电力设备中的电源处理装置。2．如权利要求1所述的能量管理系统，还包括一个与总导线连接的接口装置，以便无需该控制单元而通过其他能量管理系统装置来访问电池控制模块。3．如权利要求1所述的能量管理系统，其中各电池控制模块均包括一个射频接收机和一个射频发射机，以便与至少一个其他电池控制模块或与控制单元进行双向射频通信。4．如权利要求1所述的能量管理系统，其中电池控制模块控制装置选自于音响指示装置、可视指示装置、电源分流装置、信号阻塞装置、以及它们的组合。5．如权利要求4所述的能量管理系统，其中电源分流装置包括下列单元中的至少一个单元电阻、热电装置、以及它们的组合。6．如权利要求5所述的能量管理系统，其中电源分流装置包括一个连接到由各电池的传热部分构成的散热片的热连接。7．如权利要求1所述的能量管理系统，还包括一个置于电力设备上的电源充电器，其中电源充电器与总导线连接，其中电源充电器与控制单元连接，以便执行以下功能中至少一个功能接收来自控制单元的控制信号、从控制单元中检索电源工作参数信息、从电池控制模块中检索电源工作参数信息、及它们的组合。8．如权利要求1所述的能量管理系统，还包括一个与总导线或控制单元之一连接的用户接口，用于执行以下功能中至少一个功能接收来自控制单元的控制信号、接收来自控制单元的电源工作参数信息、从电池控制模块中检索电源工作参数信息、为控制单元提供编程信息、为至少一个电池控制模块提供编程信息、及它们的组合。9．如权利要求1所述的能量管理系统，还包括一个与总导线连接的电池控制模块定位装置，用于通过射频信号确定能量管理系统中至少一个电池控制模块的位置。10．如权利要求1所述的能量管理系统，其中这些电池控制模块可同时得到电源电压读数，以供后续检索。11．一种与电力设备一起使用的能量管理系统，该系统包括该设备上的一些电池控制模块，其中每个电池控制模块包括用于监视该设备的电源的至少一个工作参数的装置，其中该电源选自于电池组、电池组中的至少一个电池、电池中的至少一个单元、及它们的组合；和下列装置中的至少一个装置射频信号接收装置、射频发射装置、存储装置、控制装置、控制器、及它们的组合；和其中，所述电池控制模块的射频接收和发射装置都连接到公共传导传输媒介，以便进行电池控制模块之间的射频通信，该传输媒介用于将电源连接到电力设备中的电源处理装置。12．如权利要求11所述的能量管理系统，其中各电池控制模块均包括一个射频接收机和一个射频发射机，以便与其他电池控制模块进行双向射频通信。13．如权利要求11所述的能量管理系统，其中各电池控制模块均包括一个存储装置，以便在其中存储电源工作参数信息，以供后续检索。14．如权利要求13所述的能量管理系统，其中各电池控制模块均可同时对各自的电源进行电压监视，以供后续检索。15．如权利要求11所述的能量管理系统，其中电池控制模块控制装置选自于音响指示装置、可视指示装置、电源分流装置、射频信号阻塞装置、以及它们的组合。16．如权利要求15所述的能量管理系统，其中电源分流装置用于分流电源的电流，其中该电源选自于电池、电池单元、以它们的组合，其中电源分流装置包括下列单元中的至少一个单元电阻、热电装置、以及它们的组合。17．如权利要求16所述的能量管理系统，其中电源分流装置包括一个连接到由各电池的传导部分构成的散热片的热连接。18．如权利要求11所述的能量管理系统，还包括一个控制单元，该控制单元包括与总导线连接的射频发射机和射频接收机至少之一，以便与所述电池控制模块进行射频通信。19．...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂萨R卡伦纳斯利，戴维A贝尔，切恩K迈尼，布鲁斯M莱恩，
申请(专利权)人：阿美里根公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]