容错电池管理制造技术

电池管理系统(BMS)包括多个主电池管理单元(M‑BMU)，每个M‑BMU包括至少一个多单元电池感测装置。多单元电池感测装置被配置为直接感测与一个电池模块相关联的一组电池单元中的每个电池单元相关联的一个或多个状况。BMS还包括与每个电池模块相关联的多个传感器电池管理单元(S‑BMU)。每个S‑BMU是单单元电池感测装置，其被布置成直接感测与特定电池单元相关联的一个或多个状况。每个S‑BMU被配置为将通过直接感测获取的数据无线传送到与特定电池模块相关联的M‑BMU。

Fault Tolerant Battery Management

【技术实现步骤摘要】
容错电池管理相关申请的交叉引用本申请要求2018年3月28日提交的美国临时申请No.62/649,481的权益，该临时申请通过引用整体并入本文。
本公开的
涉及电池管理系统，并且更具体地涉及容错的电池管理系统。
技术介绍
锂离子(Li-ion)电池作为用于诸如风力涡轮机、光伏电池和混合动力电动车辆的工业和汽车应用、高压能源用途(智能电网)的能量存储器日益普及。用于混合动力/电动车辆(xEV)或大容量能量存储系统(ESS)的大规模锂离子电池系统由多个电池单元组成，这些电池单元组装在一起以形成电池模块或电池组。大规模电池系统可包括许多个这样的电池模块或电池组。大规模锂离子电池系统的日益普及刺激了对更安全、更高性能的电池监测和保护系统的需求。使用锂离子技术的电池组可以包括不同电压的总共数百个电池的大量单个电池。必须对每个电池进行适当监测和平衡，以确保用户安全，提高电池性能并延长电池寿命。因此，电池管理系统(BMS)是小型和大型电池应用的关键部件之一。BMS监测每个电池的电压、电流、阻抗和温度。由于BMS必须监测每个锂离子电池，因此将BMS连接到每个锂离子电池是一种常见做法。当锂离子电池的数量增加到几百，或高达数千时，这通常是电动车辆(EV)或发电厂应用的情况，线束成为严重的问题。因此，BMS实施的问题之一是布线。为了避免这种问题，一些BMS系统已经使用无线收发器来促进无线连接到主级(master-level)电池管理单元的每个电池单元上安装的传感器级节点之间的通信。
技术实现思路
本文涉及一种BMS，其包括几种不同类型的监测节点，这些监测节点协同工作以促进高可靠性冗余感测。该BMS包括多个主电池管理单元(M-BMU)。每个M-BMU包括至少一个多单元电池感测装置。每个M-BMU中的多单元电池感测装置被配置为直接感测与一个电池模块相关联的一组电池单元中的每个电池单元的至少一个状况。众所周知，大规模电池组可由许多个这样的电池模块组成。BMS还包括与每个电池模块相关联的多个传感器电池管理单元(S-BMU)。每个S-BMU包括单单元电池感测装置，并且被配置为直接感测与特定电池单元相关联的一个或多个状况(例如，电压、电流和/或温度)。与特定电池模块相关联的每个S-BMU被配置为将通过单独S-BMU直接感测获取的数据无线传送到与特定电池模块相关联的多个M-BMU中的一个。在本文描述的解决方案中，S-BMU和M-BMU被配置为直接感测一个或多个相同状况。因此，与通过S-BMU直接感测获取的数据相比，通过M-BMU直接感测获取的数据是冗余的。在一些情况下，M-BMU可以被配置为针对每个电池单元比较通过M-BMU直接感测获取的数据与通过S-BMU对该单元的直接感测获取的数据。M-BMU还可以被配置为使用由多个S-BMU提供的数据和/或由M-BMU直接获取的数据来评估与特定电池模块相关联的每个电池单元的状态。例如，这种评估可以涉及确定电池状态，如充电状态(SoC)和/或健康状态(SoH)。在这种情况下，M-BMU可以被配置为将特定电池模块中的每个电池单元的SoC和/或SoH无线传送到顶级电池管理单元(T-BMU)。根据本文描述的解决方案的一个方面，M-BMU可以被配置为根据第一无线通信协议与多个S-BMU通信，并且根据第二种无线通信协议与T-BMU通信。在这种情况下，第一无线通信协议可以被有利地选择为使得它与第二无线通信协议不同。此外，每个M-BMU可以包括：第一无线收发器，用于促进与电池模块相关联的多个S-BMU的无线通信；以及第二无线收发器，用于促进与T-BMU的无线通信。因此，与S-BMU的通信可以与涉及T-BMU的通信同时发生。M-BMU可以向顶级电池管理单元(T-BMU)传送一种或多种数据类型，例如(a)通过M-BMU直接感测获取的原始数据，(b)通过S-BMU直接感测获取的原始数据，(c)针对与电池模块相关联的每个电池单元确定的SoC数据，和/或(d)针对与电池模块相关联的每个电池单元确定的SoH数据。因此，T-BMU可以将M-BMU提供的SoC数据和/或SoH数据与由T-BMU评估的独立确定的SoC和/或SoH数据进行比较。由T-BMU确定的这种SoC/SoH数据可以基于通过M-BMU直接感测获取的原始数据和/或通过S-BMU直接感测获取的原始数据。在本文公开的解决方案中，M-BMU被配置为使用将M-BMU耦合到每个电池单元的电池单元端子的多个M-BMU有线连接来促进对特定电池模块的每个电池单元的直接感测。此外，每个S-BMU被配置为使用S-BMU有线连接来促进每个电池单元的直接感测。S-BMU有线连接在物理上与M-BMU有线连接不同，以便于增加冗余感测的程度。从前述内容可以理解，本文描述的BMS中的M-BMU至少用于双重目的。该双重目的包括：第一目的，其中M-BMU用作促进冗余感测的多单元电池感测装置；以及第二目的，其中M-BMU用作多个单单元电池感测装置的中间级数据收集节点。在一些情况下，M-BMU还可以被配置为用于涉及电池单元平衡功能的第三目的。通过将每个M-BMU配置为包括多个多单元感测装置，可以促进进一步的可靠性和电池系统安全性。在这种情况下，多个多单元感测装置均被配置为促进在M-BMU内对至少一个状况的额外级别的冗余直接感测。在其他情况下，通过将M-BMU配置为在芯片上包括容错多单元感测系统，可以增加额外级别的可靠性和安全性。该解决方案还包括用于冗余地感测电池组中的多个电池的方法。该方法涉及在多个M-BMU中的每一个中使用至少一个多单元电池感测装置。一个或多个多单元电池感测装置直接感测电池组的特定电池模块内的每个电池单元的至少一个状况。多个S-BMU分别单独直接感测与每个电池模块相关联的多个电池单元中的每一个相关联的至少一个状况。该方法还涉及从特定电池模块的多个S-BMU中的每一个向与该特定电池模块相关联的M-BMU无线传送对该特定电池模块中的每个电池单元的单独直接感测获取的数据。附图说明通过参考附图来促进本公开，其中相同的附图标记在所有附图中表示相同的部件，并且其中：图1是电路板级冗余BMS拓扑的示例；图2是用于理解容错电池感测片上系统(SOC)架构的图；图3是用于理解容错BMS的架构的图；图4是用于理解图3中所示的BMS架构的实施方式的示意图。图5是用于理解传感器电池管理单元的某些方面的框图；图6A和6B是用于理解电池传感器单元的电池中传感器(SIB)和电池上传感器(SOB)配置之间的区别的系列图。图7是用于理解图4中所示的BMS系统的实施方式的示意图，其中主电池管理单元具有双重用途，以促进冗余电池单元检测；图8是用于理解类似于图7所示的BMS的实施方式的示意图，其中主电池管理单元包括容错电池感测片上系统(SoC)；图9是用于理解如何在具有图4所示的架构的BMS中传送数据的通信时序图；图10是用于理解图4中所示的BMS架构的实施方式的示意图，其中主电池管理单元包括双无线收发器；图11是用于理解如何在图10所示的BMS实施方式中传送数据的通信时序图。具体实施方式容易理解的是，本文描述的和附图中示出的解决方案可以涉及各种不同的配置。因此，如附图中所表示的以下更详细的描述并非旨在限制本公本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池管理系统，包括：多个主电池管理单元M‑BMU，每个M‑BMU包括至少一个多单元电池感测装置，所述多单元电池感测装置被配置为直接感测与电池组中的多个电池模块中的一个相关联的多个电池单元中的每个电池单元的至少一个状况；与每个所述电池模块相关联的多个传感器电池管理单元S‑BMU，每个S‑BMU包括单单元电池感测装置，并且被配置为直接感测与特定电池单元相关联的至少一个状况；并且与特定电池模块相关联的所述多个S‑BMU中的每一个被配置为将通过S‑BMU直接感测获取的数据无线传送到与所述特定电池模块相关联的所述多个M‑BMU中的一个。

【技术特征摘要】
2018.03.28 US 62/649,4811.一种电池管理系统，包括：多个主电池管理单元M-BMU，每个M-BMU包括至少一个多单元电池感测装置，所述多单元电池感测装置被配置为直接感测与电池组中的多个电池模块中的一个相关联的多个电池单元中的每个电池单元的至少一个状况；与每个所述电池模块相关联的多个传感器电池管理单元S-BMU，每个S-BMU包括单单元电池感测装置，并且被配置为直接感测与特定电池单元相关联的至少一个状况；并且与特定电池模块相关联的所述多个S-BMU中的每一个被配置为将通过S-BMU直接感测获取的数据无线传送到与所述特定电池模块相关联的所述多个M-BMU中的一个。2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述S-BMU和所述M-BMU被配置为直接感测一个或多个相同状况。3.根据权利要求2所述的电池管理系统，其中与通过所述S-BMU直接感测获取的数据相比，通过所述M-BMU直接感测获取的数据是冗余的。4.根据权利要求2所述的电池管理系统，其中所述M-BMU被配置为针对每个电池单元比较通过所述M-BMU直接感测获取的数据与通过所述S-BMU直接感测获取的数据。5.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述M-BMU被配置为使用由所述多个S-BMU提供的数据和由所述M-BMU直接获取的数据中的至少一个，针对与所述电池模块相关联的每个电池单元，确定从由充电状态SoC和健康状态SoH组成的组中选择的电池状态。6.根据权利要求5所述的电池管理系统，其中所述M-BMU被配置为将与特定电池模块相关联的每个电池单元的SoC和SoH中的至少一个无线传送到顶级电池管理单元T-BMU。7.根据权利要求6所述的电池管理系统，其中所述M-BMU被配置为根据第一无线通信协议与所述多个S-BMU通信，并且根据第二无线通信协议与所述T-BMU通信，并且所述第一无线通信协议与所述第二无线通信协议不同。8.根据权利要求6所述的电池管理系统，其中每个所述M-BMU包括：第一无线收发器，其用于促进与电池模块相关联的所述多个S-BMU的无线通信；以及第二无线收发器，其用于促进与所述T-BMU的无线通信。9.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述M-BMU被配置为向顶级电池管理单元T-BMU无线传送从(a)通过所述M-BMU直接感测获取的原始数据、(b)通过所述S-BMU直接感测获取的原始数据、(c)针对与所述电池模块相关联的每个电池单元确定的充电状态SoC数据和(d)针对与所述电池模块相关联的每个电池单元确定的健康状态SoH数据组成的组中选择的一个或多个数据类型。10.根据权利要求9所述的电池管理系统，其中所述T-BMU被配置为基于通过所述M-BMU直接感测获取的原始数据和通过所述S-BMU直接感测获取的原始数据中的至少一个，将由所述M-BMU提供的所述SoC数据和所述SoH数据中的至少一个与由所述T-BMU评估的独立确定的SoC和SoH数据中的至少一个进行比较。11.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述M-BMU被配置为使用将所述M-BMU耦合到每个电池单元的电池单元端子的多个M-BMU有线连接来促进对特定电池模块的每个电池单元的直接感测。12.根据权利要求11所述的电池管理系统，其中每个所述S-BMU被配置为使用S-BMU有线连接来促进对每个电池单元的直接感测，并且所述S-BMU有线连接在物理上与所述M-BMU有线连接不同，以便于增加冗余感测的程度。13.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述多个S-BMU设置在所述电池单元处，并且具有从嵌入式配置和板外配置组成的组中选择的电池单元安装配置，其中在所述嵌入式配置中所述S-BMU嵌入在所述电池单元中，在所述板外配置中所述S-BMU安装在所述电池单元上。14.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述S-BMU嵌入在所述电池单元中并且包括数据存储，所述数据存储包含从唯一电池单元识别数据、过电压数据、欠电压数据、过温和充电/放电循环次数组成的组中选择的单元数据。15.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述M-BMU被配置为用于双重目的，所述双重目的包括：第一目的，其中所述M-BMU用作促进冗余感测的多单元电池感测装置；以及第二目的，其中所述M-BMU用作多个单单元电池感测装置的中间级数据收集节点。16.根据权利要求15所述的电池管理系统，其中所述M-BMU被配置为用于包括电池单元平衡功能的第三目的。17.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述至少一个状况选自电池单元电压、电池单元电流和电池单元温度组成的组。18.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中每个所述M-BMU包括多个多单元感...

【专利技术属性】
技术研发人员：李在植，李寅燮，李玟揆，安德鲁·M·肖恩，
申请(专利权)人：纳维达斯解决方案有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US