CN111836224A - 用于快速数据采集时间的混合三层电池管理系统 - Google Patents

用于快速数据采集时间的混合三层电池管理系统 Download PDF

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Abstract

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。

Description

用于快速数据采集时间的混合三层电池管理系统
技术领域
本公开的技术领域涉及电池管理系统，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。
背景技术
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(batterymanagement system,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。
发明内容
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
通过参考以下附图来促进本公开，其中所有附图中相同的数字表示相同的项目，并且其中：
图1是用于理解常规无线电池区域网络(wireless battery area network,WiBaAN)的图。
图2是用于理解对图1中所示常规WiBaAN中的数据采集过程的特定限定的时序图。
图3是用于理解WiBaAN中促进快速数据采集时间的一个方面的图。
图4是用于理解WiBaAN中促进快速数据采集时间的替代配置的图。
图5是用于理解与图3和图4中所示的WiBaAN相关联的某些优点的时序图。
图6是用于理解WiBaAN的促进更快速数据采集时间的一般化网络配置的图。
图7是用于理解与图6中所示WiBaAN网络配置相关联的某些优点的WiBaAN网络的简化示例。
图8是用于理解图7中WiBaAN的示范性数据报告周期的时序图。
图9是用于理解使用定时偏移来促进更快速数据采集时间的改进的数据通信协议的时序图。
具体实施方式
容易地理解，本文中所述且在附图中例示的解决方案可以涉及各种不同的配置。因此，如图中所表示的以下更为详细的描述并不旨在限制本公开的范围，而是仅表示在各种不同情形下的特定实施方式。尽管在附图中给出了各个方面，但是除非已明确指明，否则附图不一定按比例绘制。
用于满足BMS中所需的更快速更新时间的一个步骤可以涉及利用美国专利第US9,293,935号中所公开的三级或三层分级网络结构，其公开内容通过引用并入本文。在此类分级网络系统中，存在直接从电池单元采集电池数据的传感器级节点、从传感器级节点接收并收集数据的主级节点、以及从主级节点收集数据并将所述数据报告给监测系统，例如系统计算机，的顶级节点。三层分级将与传感器级节点的通信负载在多个主级节点之间划分，并且随后将所述信息在顶级节点中合并。在分级网络内的各个节点可以利用无线或有线通信协议通信。
图1中示出在常规无线电池区域网络(WiBaAN)中使用的分级星形网络拓扑的示例。WiBaAN 100包含三级或三层节点。这些节点包括多个传感器(或从属)电池管理单元(S-BMU)10411,10412,…1041m,...104x1,104x2,...104xn。(以下为10411..104xn)。这些节点还包括多个主节点或M-BMU，在图1中被标示为1061,...106x。最后，WiBaAN包括顶级节点或T-BMU108。S-BMU 10411..104xn被设置为测量一组电池单元内的每个电池单元的某些特征。例如，该组可以包括特定电动车辆(EV)或能量存储系统(ESS)的整个电池组。无线电池模块网络1021,...102X(以下为1021..102X)由多个S-BMU(例如，10411..1041m)和单个M-BMU(例如，1061)组成。这些节点一起提供对特定电池模块的感测和数据采集，所述特定电池模块被理解为包括预定数量的电池单元。因此，一个WiBaAN可以由无线电池模块网络1021,...102x中的一个或多个组成。
图2示出针对图1中的无线电池模块网络1021..102X的时序图。在无线电池模块网络中，每个S-BMU在不同的频率信道fA,fB,fC,...fZ上在预定时隙与M-BMU进行无线通信。在每个时隙中的箭头表示电池单元数据正由已识别的S-BMU传送至已识别的M-BMU。例如，在第一无线电池模块1021中，电池单元数据在频率fR上在时隙20211从S-BMU 10411传送至M-BMU 1061。之后，电池数据在频率fP上在时隙20212从S-BMU 10412传送至M-BMU 1061。该过程按照这种方式继续直到特定电池模块网络1021中的所有S-BMU已经将其数据报告给M-BMU。类似地，在电池模块网络102X中，每个S-BMU 104X1..102Xn在时隙202X1,202X2,...202Xn期间向M-BMU 106X报告。
显而易见地，每个S-BMU可以被配置为在特定时隙期间重复地发送相同的数据若干次，以便增大通信可靠性。这在图2中关于与电池模块网络102X相关联的时隙202X1进行例示说明。此处显示为，S-BMU 104X1可以分别在频率fA、fW和fT上发送相同的数据三次(例如，在子时隙202X1a、202X1b、202X1c中)。在此类情形下，S-BMU 104X1可以在第一子时隙202X1a向M-BMU 106X发送数据。在时隙202X1b，S-BMU 104X1可以再次向M-BMU 106X发送相同的数据，而不管M-BMU是否在第一次传输时接收到该数据。之后，在子时隙202X1c，可以第三次向同一M-BMU发送相同的数据，而不管该M-BMU是否在第一次或第二次传输时接收到该数据。替代地，S-BMU可以仅在未接收到初始传输的那些情况下选择性地向M-BMU重新发送数据。这关于一组替代的子时隙202X1a’-202X1d’进行了显示。此处，S-BMU 104X1在第一子时隙202X1a’期间发送数据，并且随后等待看M-BMU 106X是否在202X1b’发送了确认(AKC)信号。如果否，则S-BMU将在202X1c’重复发送，并且等待在202X1d’接收来自M-BMU的ACK。
每个无线电池模块网络1021,..102X与其它电池模块网络1021..102X同时运行。S-BMU报告周期包括在特定的无线电池模块网络1021..102X中通过所有的S-BMU向对应的M-BMU报告。图2显示，在每个报告周期结束时，长时隙2041...204X是适应每个M-BMU1061..106X和T-BMU 108之间的数据传输所必需的。在重复地发送相同的数据若干次以便增大通信可靠性的无线系统中，由总共X个电池模块网络组成的WiBaAN的总数据采集时间(TDAT)由下式来表示：
TDAT＝n*r*X*T+t(MT)
其中
n＝电池模块网络中S-BMU的总数量，
r＝在S-BMU和M-BMU之间重复的数据传输的次数，
X＝在特定WiBaAN中M-BMU的数量，
T＝单位数据包长度(单位时隙长度)，以及
t(MT)＝在M-BMU和T-BMU之间的数据包长度。
通过前述内容可以理解，对于针对电池组中每个电池单元提高采集数据的速率来说，三层电池管理系统具有一定优势。但是使用三层电池管理系统本身可能在一些情形下不足以促进监测包括数百或数千个单元的电池组中的每个单元所需要的更快速的更新时间。对用来防止在噪声通信环境中的数据损失的冗余传输的需求以及无法有效使用传感器级节点通信能力可能限制数据吞吐量。因此，可能无法实现可以针对每个电池单元提供更新的期望速率。
解决方案涉及一种电池管理系统，其中主级节点具有双数据收发器，以促进与传感器级节点和顶级节点的同时通信。这种设置，当与本文中所述的可促进更有效使用传感器级节点的其它技术相结合时，可以提供经改善的电池数据更新速率。图3和图4中示出了经改进的WiBaAN 300、400，其被设计为通过在主节点或M-BMU中包含双收发器来缩短数据采集时间。WiBaAN 300包括多个传感器节点或S-BMU 30211..3021m,...302X1..302Xn、多个M-BMU 3041,...304X，以及至少一个顶级节点或T-BMU 306。在图3中，M-BMU 3041…304X包含RF收发器T11..TX1，RF收发器T11..TX1促进与S-BMU 30211..3021m,...302X1..302Xn的无线通信。M-BMU 3041…304X还包括RF收发器T12..TX2，RF收发器T12..TX2促进与T-BMU 306的无线通信。在M-BMU 3041…304X的每一个中的双无线收发器有利地允许每个M-BMU在与T-BMU通信的同时与S-BMU通信。
图4中的WiBaAN类似于图3中的WiBaAN，只是M-BMU 4041…404X和T-BMU 406利用有线通信链路通信。如此，M-BMU 4041…404X包含RF收发器T11,...TX1，用于与S-BMU30211..3021m,...302X1..302Xn通信，并且包含有线收发器T’12,…T’X2，用于促进与T-BMU406的有线通信。此类配置在M-BMU 4041…404X与T-BMU 406共享公共电接地408的情形下可能是适合的。
应当注意的是，由图3和图4中的有线和/或无线通信收发器所采用的确切通信协议对于本文中所述的解决方案不是关键的。可以使用任意的通信协议，只要其在可能的噪声通信环境中支持鲁棒的高速数据通信。如此，通信协议可以在一些情形下采用各种类型的数据压缩和/或前向纠错。
图3和图4中所示的双收发器配置可以促进提高数据吞吐量。这种提高可以参考图5来理解，图5显示了图4中WiBaAN的时序图。类似的时序图可以通过图3中所示的配置来理解。
根据图5中的时序图，电池数据在与电池模块网络4021相关联的S-BMU报告周期502期间从每个S-BMU 30211..3021m传送至M-BMU 4041。例如，在第一时隙510期间，数据从S-BMU 30211传送至M-BMU 4041。在接下来的时隙512期间，数据从S-BMU 30212传送至M-BMU4041。该过程继续直到电池模块网络4021中的所有S-BMU都已经完成了其报告。当与特定电池模块网络相关联的多个S-BMU各自已经将其电池数据传送给M-BMU 4041时，S-BMU报告周期完成。由M-BMU 4041采集的电池数据在针对电池模块网络4021的下一个报告周期504期间在时隙514期间被传送给T-BMU 406。由于M-BMU使用分开的收发器与S-BMU和M-BMU通信，M-BMU与S-BMU的通信可以与M-BMU和T-BMU之间的通信同时发生。
类似地，电池单元数据在电池模块网络402X的报告周期506期间从每个S-BMU302X1..302Xn传送至M-BMU 404X。该电池数据随后由M-BMU 404X在与电池模块网络相关联的下一个报告周期508期间在时隙516期间被传送给T-BMU 406。由于M-BMU使用分开的收发器与S-BMU和M-BMU通信，M-BMU与S-BMU和T-BMU的通信可以同时发生。在一些情形下，在T-BMU406和每个M-BMU之间的传输可以被协调为使得从不同M-BMU到T-BMU的报告在时间上不重叠。
利用上述设置，在每个M-BMU和T-BMU之间的通信可以在M-BMU与多个S-BMU通信的同时发生。对于每个电池模块网络，从M-BMU到T-BMU的数据传输可以在期间M-BMU已经采集了电池单元数据的报告周期之后的S-BMU报告周期期间发生。因此，总数据采集时间被减小为：
TDAT＝n*r*X*T。
其中
n＝电池模块网络中S-BMU的总数量，
r＝在S-BMU和M-BMU之间重复的数据传输的次数，
X＝在特定WiBaAN中M-BMU的数量，以及
T＝单位数据包长度(单位时隙长度)。
WiBaAN的数据采集时间可以通过将图3和图4中所述的双收发器设置与现在将参考图6至图9描述的经改进的WiBaAN拓扑和通信协议组合而得到进一步改进。在图1中所示的常规WiBaAN中，每个无线电池模块网络1021..102X由多个S-BMU组成，每个S-BMU与单个M-BMU通信。这种方法所存在的一个问题是其可能导致无法有效地使用S-BMU和M-BMU之间可用的通信链路。此类低效率的原因是特定无线电池模块网络1021..102X的每个S-BMU中的收发器将其数据传送给其指定M-BMU，并且随后将进入等待状态。例如，在图1中可以观察到，S-BMU 10411在时隙20211将其数据传送给M-BMU 1061，并且随后在剩余的S-BMU 10412,10413,…1041m将其数据传送给M-BMU 1061期间必须等待。为了允许在特定无线电池模块网络中的剩余S-BMU将其电池数据报告中的每一个传送给同一M-BMU，该等待状态是必要的。
相应地，图6示出了每个S-BMU S1,S2,S3...SN与多个M-BMU M1,M2,...Mp通信的拓扑。在所示解决方案中，每个S-BMU S1,S2,...SN通过将相同的电池感测数据发送给多个M-BMU中的每一个来重复传输相同电池感测数据，使得该数据在不同的时隙或子时隙被发送多次。在一些方面，该方法类似于图2中针对时隙202X1所示的数据重复传输，其中显示了相同的数据可以由S-BMU(例如，S-BMU 104X1)利用子时隙202X1a,202X1b,202X1c重复地发送。然而，在图6中所示的解决方案中，与被发送至仅一个M-BMU相反，在多个时隙或子时隙期间从特定S-BMU发送的重复或冗余电池数据传输被传送至多个不同的M-BMU M1,M2,...Mp。因此，在一些情形下，在特定BMS中的M-BMU的数量可以对应于相同的传感器数据的重复传输的次数。
为了理解图6中所示一般化配置的优点，考虑图7中所示的简化示例是有用的。在图7中所示的示例中，WiBaAN由四个S-BMU S1、S2、S3、S4，三个M-BMU M1、M2、M3，以及一个T-BMU(T)组成。图8中示出了这种网络的时序图的一个示例。图8中的报告方案在一些方面类似于图2中所示的方法，其中每个S-BMU将其数据发送至M-BMU，同时剩余的S-BMU基本上是空闲的，等待轮到它们发送数据。此处，显示了第一S-BMU(S1)在t1时将其感测数据发送至第一M-BMU(M1)、在t2时发送至第二M-BMU(M2)，以及在t3时发送至第三M-BMU(M3)。剩余S-BMU的发射器在该时间期间基本上是空闲的。之后，第二S-BMU(S2)分别在t4、t5和t6时将电池感测数据无线地发送给M1、M2和M3。在该时间期间，剩余S-BMU的收发器是空闲的。该过程继续，如针对被指示为S3和S4的S-BMU所示。因此在图8中所示的传输方案中，每个S-BMU的感测数据通过利用一个S-BMU在不同频率信道上传输的某时间被无线地发送给三个不同的M-BMU。
在关于图7和图8所述的情形下，所需的数据采集时间是12个时间单位。例如，如果图8中的每个时间单位是子时隙，并且在t3–t12的每次传输在子时隙期间发生，则将需要12个子时隙来完成来自所有四个S-BMU S1、S2、S3、S4的数据采集。然而，图7中所示的网络配置促进数据报告的改进，所述改进的数据报告可以用于进一步减少数据采集时间。
参考图9，可以理解如何将流水线数据调度用于减少所感测数据的采集时间。为了促进这种流水线配置，定时偏移906、908、910被用于一个或多个S-BMU的通信。例如，考虑S1在t1时开始向M-BMU M1-M3发送数据的情形，如图9中所示。S2在t2时开始向M1-M3中的每一个发送数据，使得其具有906的定时偏移或延迟。相应地，从S-BMU S2到M-BMU M1–M3的传输将总是相对于S1的传输被延迟一个时间单元(例如，一个时隙或子时隙)。类似地，S3可以根据相对于S1的两个时间单元的延迟向M1-M3发送数据。
每个S-BMU的报告周期可以包括预定时间段，并且S-BMU的该报告周期可以在S-BMU已经将其电池数据传送给M-BMU中每一个之后重复。例如，S-BMU S1的报告周期902在图9中被显示为在904处于重现。应当理解，针对S-BMU S2–S4中每一个的报告周期902、904按照类似于关于S1所示的方式重复。然而，针对S2–S4的其它报告周期在图9中被省略以便更清楚地理解系统报告周期。在图9中可以观察到，针对图7中所示的整个WiBaAN的系统报告周期912在时间t1–t6期间完成。因此，在特定时隙，各个M-BMU M1–M3中的每一个可以利用不同的频率信道与S-BMU S1–S4中不同的S-BMU同时通信。这可以参考图9中的时隙t3和t4得到最好的理解，其显示出所有的M-BMU M1–M3同时地主动与S-BMU S1–S4中不同的S-BMU通信。
值得注意的是，利用图9中的定时设置以及严格的频率信道管理，所需要的与系统报告周期912相关联的数据采集时间被减少到6个时间单位(例如，其中单位可以指的是时隙或子时隙)。应当注意，时间的该持续时间代表了相比于12个单位而言的显著改进，所述12个单位是利用图8中所示设置传送相同的电池单元数据所需要的。此外，通过M-BMU中的双收发器配置，利于从M-BMU(M1-M3)到T-BMU的电池单元数据传输在M-BMU和S-BMU之间的通信期间同时执行。如以上所解释的，与T-BMU的这些通信可以使用有线或无线通信以快速的数据采集时间执行。
通过上述内容，可以理解，M-BMU M1–M3中的一个或多个可以被配置为(在电池管理会话期间)从电池组中S-BMU S1–S4的每一个接收电池单元数据。M-BMU中的每一个可以被配置为将从电池组中S-BMU S1–S4的每一个接收的电池单元数据传送给所述一个或多个T-BMU。因此，T-BMU从多个主节点接收冗余的电池单元数据。根据一个方面，M-BMU M1–M3中的每一个可以被配置为确定与S-BMU中每一个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。M-BMU M1–M3中的每一个在此类情形下随后可以进一步被配置为将电池单元数据、SoC和/或SoH传送给T-BMU。在其它情形下，S-BMU S1–S4中的每一个可以被配置为确定其所连接的电池单元的SoC和SoH。此类SoC和SoH数据随后可以传送给M-BMU，并最终传送给T-BMU。
根据一个方面，T-BMU被配置为使用从M-BMU M1–M3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，这是在SoC或SoH已经在S-BMU或M-BMU M1–M3中计算的情形下的冗余计算。在此类情形下，T-BMU可以有利地被配置为针对对应的电池单元将已经在T-BMU处计算的SoC和SoH中的至少一个与之前已经在M-BMU或S-BMU中计算的SoC或SoH进行比较。凭借对在两个不同节点处针对特定电池单元计算的SoC或SoH的比较，这种过程可以促进系统可靠性。具体地，其提供一种用于确保已经在T-BMU处计算的SoC和/或SoH与在较低级节点处计算的对应值相一致。
本文中所述的WiBaAN在构成每个网络的部件的数量以及构成元件之间的链接方面来说是灵活的，使得其易于应用于电池组的任何物理结构。该设置的另一优点是其易于调节。此外，其相对地易于配置网络调度、网络ID管理和跳频的控制。通过上述内容，可以理解的是，所述系统有利地在需要非常快速的传感器数据采集时间的WiBaAN中使用。
本文中所公开的所述特征、优点和特性可以按照任何合适的方式进行组合。相关领域技术人员将认识到，根据本文中的描述，所公开的系统和/或方法可以在没有特定特征中的一个或多个的情况下实践。在其它示例中，可以在可能不存在于所有示例中的某些情况中认识到的附加特征和优点。
如在本文件中所使用的，单数形式的“一”、“一个”以及“所述”包括复数参考，除非上下文清楚地另外指明。除非另行定义，本文中所使用的所有技术术语和科学术语具有和本领域普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。如本文件中所使用的，术语“包含”意思是“包括但不限于”。
尽管已经关于一个或多个实施方式例示说明和描述了系统和方法，但是通过阅读和理解本说明书和附图，本领域技术人员可以想到等同替代和修改。此外，尽管特定特征可能已经关于若干实施方式中的仅一个公开，此类特征可以根据需要与其它实施方式的一个或多个其它特征进行组合，并可促进任何给定的或特定的应用。因此，本文中公开内容的宽度和范围不应当被任何以上描述所限制。而是，本发明的范围应当根据所附权利要求及其等同物来定义。

Claims (23)

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：
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向所述至少一个顶级节点传送来自所述多个传感器节点中每一个的所述电池单元数据，以及所述电池单元中每一个的所述SoC和所述SoH中的至少一个。
13.根据权利要求12所述的电池管理系统，其中所述至少一个顶级节点被配置为使用来自所述一个或多个主节点中的至少一个的所述电池单元数据来计算每个电池单元的所述SoC和所述SoH中的一个或二者。
14.根据权利要求13所述的电池管理系统，其中所述顶级节点被配置为针对对应的电池单元，将在所述顶级节点处计算的所述SoC和所述SoH中的至少一个与在选自由所述主节点和所述传感器级节点组成的组的较低级节点中计算的SoC和SoH中的对应一个进行比较。
15.根据权利要求1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确定其所连接的电池单元的充电状态SoC和健康状态SoH中的至少一个。
16.一种从电池组中的多个电池单元采集电池单元数据的方法，其包括：
使用多个传感器节点，所述多个传感器节点分别连接至所述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；
在每个传感器节点和一个或多个主节点中的每一个之间周期性地建立第一通信会话，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所述电池单元数据；
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所述电池单元数据；以及
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所述第一通信会话与所述第二通信会话来最小化针对所述电池组的数据采集时间。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括使用所述一个或多个主节点中每一个的第一数据收发器来促进所述第一通信会话中的每一个，并使用每个主节点的第二数据收发器来同时促进所述第二通信会话中的每一个。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括使用无线通信模式来促进所述第一通信会话中的每一个。
19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括使用选自由有线通信模式和无线通信模式组成的组中的通信模式来促进所述第二通信会话中的每一个。
20.根据权利要求19所述的方法，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，并且所述方法包括使用所述有线通信模式来促进所述第二通信会话中的每一个。
21.根据权利要求17所述的方法，进一步包括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所述一个或多个主节点中的每一个，所述多个预定时间段各自与传感器节点报告周期相关联。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括对所述传感器节点中的一个或多个施加定时偏移，以使所述传感器节点中的每一个在不同时间与所述主节点中一个中的每一个通信。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括将所述定时偏移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。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3076111B1 (fr) * 2017-12-27 2020-01-03 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Batterie d'accumulateurs electriques
EP3998667A1 (en) * 2021-02-19 2022-05-18 Lilium eAircraft GmbH Battery management system for an electric air vehicle
CN114079594B (zh) * 2021-11-12 2023-09-01 上汽通用五菱汽车股份有限公司 车载终端数据采集方法、设备及存储介质

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010041049A1 (de) * 2010-09-20 2012-03-22 Sb Limotive Company Ltd. Batteriesystem und Verfahren zur Bestimmung von Batteriemodulspannungen
US9559530B2 (en) * 2010-11-02 2017-01-31 Navitas Solutions Fault tolerant wireless battery area network for a smart battery management system
CA2816843C (en) 2010-11-02 2019-12-10 Navitas Solutions, Inc. Wireless battery area network for a smart battery management system
KR101631064B1 (ko) * 2012-08-06 2016-06-16 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩의 전압 측정 방법 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템

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