一种无线电池区域网络准许无线监视和控制大型电池应用内的个别电池。系统自动配置其在所述网络中的无线节点，且用于通过在包含从属单元S-BMU(210)的电池包内建立无线电池区域网络来将多个电池(10)链接到主电池管理单元M-BMU(100)。所述整个系统还可由最高层级电池管理单元T-BMU(510)控制。所述系统和方法允许监视个别电池的电压、电流、温度或阻抗，且允许对电池进行平衡或设旁路。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于智能电池管理的无线电池区域网络专利技术人：李在植(JAESIKLEE)、李寅燮(INSEOPLEE)、李玟揆(MINKYULEE)以及安德鲁·M·肖恩(ANDREWCHON)相关申请案的交叉参考本申请案涉及并主张2010年11月2日由李载植、李英秀、李民奎和安德鲁·全申请且题为“用于智能电池管理系统的无线电池区域管理(WiBaAN)(WirelessBatteryAreaManagement(WiBaAN)forSmartBatteryManagementSystem)”的第61/409,290号美国临时专利申请案的优先权，该案的整个内容和主旨特此以全文引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及一种电池管理系统，其包含电池包中的多个电池单元，其中在基站(M-BMU)与多个从属电池单元传感器节点(S-BMU)之间自动建立无线电池区域网络。
技术介绍
锂离子(Li离子)电池正作为用于工业和汽车应用、高电压能量使用(智能电网)(例如风力涡轮机)、光伏电池以及混合电动车的能量储存库而越来越受欢迎，且这已经刺激了对较安全、性能较好的电池监视和保护系统的需求。与NiMH(镍金属氢化物)电池管理系统(例如，见第6,351,097号美国专利)相比，锂离子电池具有较佳的能量重量比，在多个充电-放电循环内提供较高效的储存容量，且在不使用时遭受较少的电荷泄露。不同于高电压应用中传统使用的NiMH电池，使用Li离子技术的电池堆叠可包括总数达数百个处于不同电压的电池单元的大量个别电池单元。必须恰当地监视和平衡每一电池单元以确保用户安全、改进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组件之一。Li离子电池包的实例在第5,602,460号；第5,631,537号和第5,646,508号美国专利中揭示。BMS的主要目的是：(1)保证电池的适当使用，(2)保证电池的最大性能，(3)监视必要的电池状态数据，以及(4)准许诊断。BMS架构应克服现有技术水平Li离子电池的三个主要障碍：寿命周期、成本和可扩展性。举例来说，在智能电网和电厂应用中，电池容量需要大至几百kWh到几MWh。然而，当前BMS架构不可扩展到处置这么大数目的电池单元。更重要的是，用于处置大型电池应用的线束的复杂性和成本通常是不可接受的。并且，常规电池管理系统需要数据总线隔离器，例如基于光耦合器的垂直总线，且遭受高成本和高电力消耗的问题。大多数的研究努力已集中在改进电池单元化学方面上。考虑到电池包成本的大约30％是针对BMS，且此百分比随着电池容量变大而增加，因此BMS可为显著成本降低的来源，尤其是对大型Li离子电池包来说。现有技术电池管理系统很少使用无线通信，而是使用有线媒体，或有线与无线的组合。第6,351,097号美国专利描述一种用于Ni-Cd和NiMH的电池管理系统，而以下美国专利论述用于Li离子或Li聚合物电池的可能相关的电池管理系统：第5,963,019号；第7,619,417号；第7,888,912号；第8,022,669号以及第US2007/0029972号。在第7,710,073号美国专利中找到对二次电池再用和保护的有用论述。最后，以下美国专利因为其关于电池管理系统中的当前技术水平无线通信的有用论述而被引用：第7,598,880号；第7,774,151号以及第US2006/0152190号。
技术实现思路
本专利技术揭示一种用于智能地监视和控制大型电池应用内的个别电池的系统和方法。所述系统可通过在电池包内建立无线电池区域网络来将多个电池链接到主电池管理单元(M-BMU)。所述方法可包含针对电压、电流、温度或阻抗来监视个别电池操作，且通过平衡或旁路所述电池来控制其操作。每一电池操作的监视和控制优选由直接安装在每一电池单元上的从属电池管理单元(S-BMU)执行。在M-BMU处执行电荷状态(SoC)和健康状态(SoH)算法。用于监视和控制电池单元的数据协议以预定义周期性速率在S-BMU与M-BMU之间发射。此无线电池区域网络可容易地提供针对大型电池应用的可扩展性。另外，一种无线电池区域网络可直接为对应电池单元准确地配置电池操作，从而延长了电池包的寿命周期。将参考以下图式进一步理解本专利技术。附图说明图1是示意性地说明常规现有技术电池管理系统的架构的一部分的集中化BMS拓扑。图2是示意性地说明展示从属单元的使用的常规现有技术电池管理系统的架构的一部分的分布式BMS拓扑。图3说明根据本专利技术优选实施例的无线电池区域网络(WiBaAN)的方法和系统拓扑。图4说明本专利技术的无线接入方法，其揭示用于基于WiBaAN中的预定周期和序列来接入S-BMU节点的时分半双工方法。图5是说明WiBaAN中的S-BMU与M-BMU之间的通信的时序图。图6说明基于混合多路复用通信网络的WiBaAN的分层架构，其中WiBaAN由若干电池组组成，且其中对于大型电池应用，一电池组包括一个M-BMU以及多个S-BMU。图7说明使用RF中继器的本专利技术的替代实施例。图8说明使用连接到电池包的传感器的本专利技术的另一替代实施例。图9(a)在WiBaAN的上下文中说明二次电池保护装置。图9(b)是说明M-BMU正常操作的电压范围以及SPD接管了控制的失效区的电压图。图10(a)说明直接附接到电池单元的S-BMU的框图。图10(b)是上文在图10(a)中展示的电池控制逻辑电路以及平衡和旁路电路的详细框图。图11是根据本专利技术的电池管理系统的操作模式的流程图。具体实施方式在此描述的过程期间，将根据说明本专利技术的不同图，使用相同编号来识别相同元件。一般来说，使用电子电路板来实施所有电池管理系统(BMS)。BMS监视每一电池单元的电压、电流、阻抗和温度。由于BMS必须监视每一和每个Li离子电池单元，因此典型的现有技术BMS板需要连线到每个Li离子电池单元。如果待监视的Li离子电池单元的数目需要增加，那么这可能成问题。根据现有技术，通常使用分层BMS架构，然而，BMS架构的使用也需要增加BMS板的数目以及总成本。当Li离子电池单元的数目增加到几百或多达数千(这种情况通常是针对电动车(EV)或电厂应用的)时，线束成为严重的问题。因此，BMS实施方案的最大问题之一是布线。为了减少此问题，已引入了星形拓扑、环形拓扑或菊链拓扑。这些拓扑可减少布线问题，但它们导致优化问题，因为所有电池均是不可配置的。对于电池寿命和性能的最佳优化，控制个别电池是理想的。图1展示根据现有技术的完全集中化现有技术有线BMS架构。每一BMS控制器30包含微处理器32、IO接口33、存储器34以及BMA35。这是最简单的架构，其中存在单个BMS控制器板30，且线20-1、…、20-8连接到电池单元10-1、…、10-7中的每一者。然而，对于大容量或高电压电池包来说，布线可成问题。举例来说，具有串联的100个电池单元的电池包必须具有在电池单元10与集中化BMS30之间铺设的101条线。所有那些线20可能都难以路由。更糟的是，电池10中的线越多，其中一者将成为电池10的两个极之间的等离子体放电路径的风险越大。图2展示另一现有技术完全分布式架构，其中BMS板40安装在电池单元10上，且BMS板40在单个菊链20-1、20-2、20-3中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.02 US 61/409,2901.一种用于智能电池包管理的无线电池区域网络WiBaAN系统，其包括：多个主电池管理单元M-BMU(100)，其中每个M-BMU(100)包含处理器(120)和存储器单元(140)；多个从属电池管理单元S-BMU(210)，其各自连接到至少一个对应电池单元(10)和至少一个传感器(240)，所述传感器(240)经配置以监视所述至少一个对应电池单元(10)的至少一个条件，其中所述S-BMU(210)中的每一者通过第一无线模式连接到所述多个M-BMU(100)中的一者，其中所述第一无线模式为时分多路复用或频分多路复用，其中每一M-BMU(100)经配置以基于所述至少一个条件来计算每一电池单元(10)的电荷状态SoC和健康状态SoH，所述每一电池单元(10)由与所述M-BMU(100)相连接的每一S-BMU(210)来监视，以及其中所述M-BMU(100)接收关于每一电池单元(10)的所述至少一个条件的信息，所述M-BMU(100)经配置以基于所接收的信息将平衡和旁路控制信息的至少一者直接发射至所述多个S-BMU的每一者，从而直接控制与所述M-BMU(100)连接的S-BMU(210)；以及至少一个最高层级电池管理单元T-BMU(510)，其经配置以控制所述多个M-BMU的操作，其中所述至少一个T-BMU通过第二无线模式无线连接到所述多个M-BMU(100)中的每一者，其中所述第二无线模式为时分多路复用或频分多路复用，且所述第二无线模式与所述第一无线模式不同，以及其中每一M-BMU经配置以利用所述第二无线模式将所述SoC数据和所述SoH数据的至少一者直接发射至所述T-BMU。2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括重新平衡模块(250、251)，所述重新平衡模块(250、251)连接到多个电池单元(10)，用于重新平衡所述多个电池单元(10)之间的电荷，其中每当所述多个电池单元(10)中的第一者达到大约最大电荷时，其过量电荷就自动重新分布到所述多个电池单元(10)中低于所述最大电荷的第二者。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述重新平衡模块(250、251)经配置以使电池单元(10...
【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：
国别省市：
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