用于快速数据采集时间的混合三层电池管理系统技术方案

一种用于采集关于电池组中电池单元的数据的电池管理系统(BMS)包括多个传感器节点，每个传感器节点被配置为连接至电池组中的至少一个对应电池单元。BMS还包括一个或多个主节点，所述一个或多个主节点被配置为在至少一个第一通信会话中与传感器节点通信，以从传感器节点接收电池单元数据。BMS还包括至少一个顶级节点，所述至少一个顶级节点被配置为在至少一个第二通信会话中与所述一个或多个主节点通信。在第二通信会话中，顶级节点从所述一个或多个主节点接收电池单元数据。为了促进数据采集时间的改善，所述一个或多个主节点各自被配置为同时进行第一通信会话和第二通信会话。

【技术实现步骤摘要】
用于快速数据采集时间的混合三层电池管理系统
本公开的
涉及电池管理系统，并且更具体地，涉及便于管理大规模电池系统的方法和系统。
技术介绍
锂离子(Li-ion)电池作为用于工业和汽车应用、高电压能源使用(智能电网)，例如风力涡轮机、光伏单元和混合电动车辆的储能存储器，正变得越来越受欢迎。这种日益增长的人气刺激了对更安全、更高性能电池监测和保护系统的需求。利用锂离子技术的电池组可以包不同电压的总共数百个单元的大量单个单元。每个单元必须被适当地监测并平衡以确保使用者安全、提高电池性能以及延长电池寿命。因此，电池管理系统(batterymanagementsystem,BMS)是小规模和大规模电池应用的关键部件之一。BMS监测每个单元的电压、电流、阻抗以及温度。由于BMS需要监测各个且每一个锂离子电池单元，将BMS接线至每个锂离子单元已经成为一种习惯做法。当锂离子单元的数量增加到数百或者达到数千个时，对于电动车辆(EV)或者发电厂应用通常是这种情形，线束成为严重问题。因此，BMS实施的问题之一是布线。为了避免此类问题，常规的系统使用无线收发器来促进安装在每个电池单元上的传感器级节点之间的通信，其无线地连接至主级(master-level)电池管理单元。汽车工业是与电池管理系统相关的关键市场。在该市场内，安全性考虑因素以及对保护昂贵电池单元的需求促使制造商要求对于每个电池单元的充电状态(SOC)的更快速的数据更新时间。例如，不同于满足于在较旧系统中可接受的每50毫秒的更新，制造商开始要求针对每个电池单元至少每10毫秒的数据更新。较旧的两层BMS网络分级所存在的技术挑战是主级节点无法通过与所有传感器级节点的通信循环并且以足够高的速率报告该通信以满足更快速的数据更新时间要求规范。因为电池实在是太多了。
技术实现思路
本文涉及用于采集关于电池组中电池单元的数据的电池管理系统，其中电池组包括多个电池单元。该电池管理系统(BMS)包括多个传感器节点(S-BMU)。传感器节点中的每一个被配置为连接至电池组中的至少一个对应电池单元。每个传感器节点可以包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置为促进对电池单元特征的测量。BMS还包括一个或多个主节点(M-BMU)，每个主节点被配置为与多个传感器节点通信。主节点在至少一个第一通信会话中与传感器节点通信，所述第一通信会话涉及向多个传感器节点请求表征电池单元特征的电池单元数据。在此类会话期间，主节点还可以从多个传感器节点接收电池单元数据。BMS还包括至少一个顶级节点(T-BMU)。顶级节点被配置为在至少一个第二通信会话中与所述一个或多个主节点通信。在所述第二通信会话中，顶级节点从所述一个或多个主节点接收电池单元数据。为了促进数据采集时间的提高，所述一个或多个主节点各自被配置为同时进行第一通信会话与第二通信会话。为了促进这些同时发生的通信，主节点可以包括：第一数据收发器，所述第一数据收发器被配置为促进与所述多个传感器节点的第一通信会话；以及不同于第一数据收发器的第二数据收发器，所述第二数据收发器被配置为同时促进第二通信会话。根据一个方面，第一数据收发器是无线收发器。第二数据收发器可以是有线收发器和无线收发器中的任一种。在一些情形下，至少一个主节点和顶级节点共享公共电接地，并且在这些条件下第二数据收发器有利地被选择为是有线收发器。传感器节点中的每一个可以被配置为冗余地传送电池单元数据。例如，这可以涉及在多个预定时间段期间分别向多个主节点重新发送相同的电池单元数据。根据解决方案的一个方面，可以为一个或多个传感器节点分配定时偏移。定时偏移可以被选择为以便使每个所述传感器节点与主节点中的特定主节点的第一通信会话相对于传感器节点中其它传感器节点与该特定主节点的第一通信会话在时间上偏移。如此，定时偏移可以被选择为具有等于预定时间段或时隙以及预定时间段或时隙的整数倍中至少一个的持续时间。在一些情形下，一个以上的主节点可以被配置为在电池管理会话期间从包含在电池组中的每个传感器节点接收电池单元数据。在此类情况下，所述多个主节点中的每一个可以被配置为将从电池组中的每个传感器节点接收的电池单元数据传送至至少一个顶级节点。因此，顶级节点从所述多个主节点接收冗余的电池单元数据。主节点可以被配置为确定与其接收电池单元数据的每个传感器节点相关联的电池单元的充电状态(SoC)和健康状态(SoH)中的至少一个。在此类情形下的主节点中的每一个随后可以被进一步配置为将电池单元数据、SoC和/或SoH传送到所述至少一个顶级节点。在其它情形下，传感器节点中每一个被配置为确定其所连接的电池单元的SoC和SoH。此类SoC和SoH数据随后可以传送至主节点并最终传送至顶级节点。根据一个方面，顶级节点被有利地配置为使用从主节点中的至少一个接收的电池单元数据来计算每个电池单元的SoC和SoH中的一个或二者。应当注意，在已经在传感器单元或主单元中计算了SoC或SoH的那些情形下，这可以是冗余的计算。在此类情形下，顶级节点可以有利地被配置为针对对应的电池单元将已经在顶级节点处计算的SoC和SoH中的至少一个与在主节点或传感器级节点中计算的SoC或SoH中的至少一个进行比较。凭借对在两个不同节点处计算出的特定电池单元的SoC或SoH值的比较，该过程可以通过提供用于在顶级节点处验证SoC和/或SoH的准确度的手段来促进系统可靠性。解决方案还可以涉及一种从电池组中的多个电池单元采集电池单元数据的方法。此类方法可以涉及使用多个传感器节点，所述多个传感器节点分别连接至电池组的多个电池单元以周期性地确定每个电池单元的电池单元数据。之后，可以在每个传感器节点与一个或多个主节点中的每一个之间建立第一通信会话，以在所述一个或多个主节点中的每一个中接收所述多个电池单元中每一个的电池单元数据。进一步地，可以在至少一个顶级节点和所述一个或多个主节点中的每一个之间建立第二通信会话，以获得已经由所述一个或多个主节点接收到的每个电池单元的电池单元数据。有利地，针对电池组的数据采集时间可以通过将所述一个或多个主节点中的每一个配置为同时执行第一通信会话与第二通信会话来最小化。在上述方法中，每个主节点的第一数据收发器可以用于促进第一通信会话中的每一个，而每个主节点的第二数据收发器可以用于同时促进第二通信会话中的每一个。无线通信模式被有利地用于促进第一通信会话中的每一个。用于第二通信会话的通信模式可以是有线通信模式或无线通信模式。然而，在所述一个或多个主节点和顶级节点共享公共电接地的情况下，有线通信模式被有利地用于促进第二通信会话中的每一个。所述方法可以进一步涉及在多个预定时间段期间冗余地将来自所述多个传感器节点中每一个的相同的电池单元数据传送至多个主节点中的每一个。在一些情形下，这可以涉及对传感器节点中的一个或多个施加定时偏移以在预定时间段期间使每个所述传感器节点与主节点中的特定主节点的第一通信会话相对于传感器节点中其它传感器节点与该特定主节点的对应第一通信会话在时间上偏移。附图说明通过参考本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于采集关于电池组中电池单元的数据的电池管理系统，所述电池组包括多个电池单元，所述电池管理系统包括：/n多个传感器节点，每个传感器节点被配置为连接至电池组中的至少一个对应电池单元，每个传感器节点包括至少一个传感器以促进对电池单元特征的测量；/n一个或多个主节点，每个主节点被配置为在至少一个第一通信会话中与所述多个传感器节点通信以向所述多个传感器节点请求表征所述电池单元特征的电池单元数据，以及从所述多个传感器节点接收所述电池单元数据；/n至少一个顶级节点，所述至少一个顶级节点被配置为在至少一个第二通信会话中与所述一个或多个主节点通信以从所述一个或多个主节点接收所述电池单元数据；/n其中所述一个或多个主节点各自被配置为同时进行所述第一通信会话和所述第二通信会话。/n

【技术特征摘要】
20190422 US 16/390,9191.一种用于采集关于电池组中电池单元的数据的电池管理系统，所述电池组包括多个电池单元，所述电池管理系统包括：
多个传感器节点，每个传感器节点被配置为连接至电池组中的至少一个对应电池单元，每个传感器节点包括至少一个传感器以促进对电池单元特征的测量；
一个或多个主节点，每个主节点被配置为在至少一个第一通信会话中与所述多个传感器节点通信以向所述多个传感器节点请求表征所述电池单元特征的电池单元数据，以及从所述多个传感器节点接收所述电池单元数据；
至少一个顶级节点，所述至少一个顶级节点被配置为在至少一个第二通信会话中与所述一个或多个主节点通信以从所述一个或多个主节点接收所述电池单元数据；
其中所述一个或多个主节点各自被配置为同时进行所述第一通信会话和所述第二通信会话。


2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述一个或多个主节点中的每一个包括：第一数据收发器，其被配置为促进与所述多个传感器节点的所述第一通信会话，和第二数据收发器，其不同于所述第一数据收发器，并且被配置为促进所述第二通信会话。


3.根据权利要求2所述的电池管理系统，其中所述第一数据收发器是无线收发器。


4.根据权利要求2所述的电池管理系统，其中所述第二数据收发器选自由有线收发器和无线通信收发器组成的组。


5.根据权利要求4所述的电池管理系统，其中所述一个或多个主节点和所述顶级节点共享公共电接地，并且所述第二数据收发器是有线通信收发器。


6.根据权利要求2所述的电池管理系统，其中所述多个传感器节点中的每一个被配置为通过在多个预定时间段期间分别向所述主节点中的一个重新发送相同的电池单元数据来冗余地传送所述电池单元数据，所述多个预定时间段各自与传感器节点报告周期相关联。


7.根据权利要求6所述的电池管理系统，其中向所述传感器节点中的一个或多个分配定时偏移，以使每个所述传感器节点与所述主节点中的特定主节点的第一通信会话相对于所述传感器节点中其它传感器节点与所述特定主节点的所述第一通信会话在时间上偏移。


8.根据权利要求7所述的电池管理系统，其中所述定时偏移被选择为具有等于所述预定时间段和所述预定时间段的整数倍中的至少一个的持续时间。


9.根据权利要求2所述的电池管理系统，其中所述一个或多个主节点被配置为在电池管理会话期间从包含在所述电池组中的每个所述传感器节点接收所述电池单元数据。


10.根据权利要求9所述的电池管理系统，其中所述一个或多个主节点中的每一个被配置为将从所述多个传感器节点中每一个接收的所述电池单元数据传送至所述至少一个顶级节点。


11.根据权利要求10所述的电池管理系统，其中选自由所述一个或多个主节点中每一个以及所述多个传感器节点中每一个组成的组的至少一组节点被配置为使用所述电池单元数据来确定与所述传感器节点中每一个相关联的所述电池单元的充电状态SoC和健康状态SoH中的至少一个。


12.根据权利要求11所述的...

【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