本公開涉及一種電池管理系統(tǒng)及其操作方法，并且更具體地，涉及一種基于應(yīng)用網(wǎng)狀拓?fù)涞臒o線網(wǎng)絡(luò)的電池管理系統(tǒng)及其操作方法，其中電池模塊之間的soc平衡以及路由器節(jié)點(diǎn)和端節(jié)點(diǎn)的指定彼此相互關(guān)聯(lián)。本技術(shù)要求于2022年12月9日在韓國提交的韓國專利申請no.?10-2022-0171351的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。

背景技術(shù)：

1、諸如電動車輛或儲能系統(tǒng)（ess）的各種電池應(yīng)用中的電池組包括多個(gè)電池模塊和電池管理系統(tǒng)（bms）。

2、電池模塊包括多個(gè)電池單體和電池管理單元（bmu）。在電池模塊內(nèi)，多個(gè)電池單體取決于電池模塊的期望的輸出電壓和容量而串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。類似地，在電池組內(nèi)，多個(gè)電池模塊取決于電池組的期望的輸出電壓和容量而串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。

3、電池組的bms被配置為連接到每個(gè)電池模塊的主bmu和從bmu的組合。傳統(tǒng)的bms主要是諸如can（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）的基于有線網(wǎng)絡(luò)的bms，其中主bmu和多個(gè)從bmu通過通信線彼此連接。

4、從bmu使用安裝在電池模塊中的傳感器來生成關(guān)于電池模塊的電壓、溫度和電流的測量數(shù)據(jù)以及包括soc的操作特性數(shù)據(jù)，并將它們存儲在存儲器設(shè)備中。主bmu通過有線網(wǎng)絡(luò)定期從每個(gè)從bmu收集電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)并將其存儲在存儲器設(shè)備中。另外，主bmu基于操作特性數(shù)據(jù)監(jiān)測每個(gè)電池模塊的操作狀態(tài)，生成控制電池模塊的操作所需的命令消息，并通過有線網(wǎng)絡(luò)將它們發(fā)送到從bmu。

5、基于有線網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)bms架構(gòu)由于線束的復(fù)雜性而需要大量成本來構(gòu)建有線網(wǎng)絡(luò)。此外，通信線路的老化和連接器的連接質(zhì)量也會影響通信。特別是在大容量儲能系統(tǒng)中，基于有線網(wǎng)絡(luò)的bms架構(gòu)可能導(dǎo)致更嚴(yán)重的成本和通信質(zhì)量問題。

6、最近，已經(jīng)開發(fā)了一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的電池管理系統(tǒng)（簡稱為wbms）。wbms是一種使用支持無線通信的主bmu和從bmu構(gòu)建的改進(jìn)的系統(tǒng)。

7、wbms不需要通信線路，因此網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本低、可擴(kuò)展性好、并且維護(hù)簡單。此外，wbms提高電池組內(nèi)部的空間利用率，從而提高電池組的能量密度。此外，不存在由于通信線路的老化而導(dǎo)致通信質(zhì)量的劣化的問題。

8、當(dāng)構(gòu)建wbms時(shí)，可以應(yīng)用網(wǎng)狀拓?fù)?。網(wǎng)狀拓?fù)渚哂袦p少無線通信的陰影區(qū)域的優(yōu)點(diǎn)。

9、在應(yīng)用網(wǎng)狀拓?fù)涞膚bms中，選擇可以保證無線網(wǎng)絡(luò)的最大性能的通信路徑。用于網(wǎng)狀拓?fù)鋬?nèi)的通信路徑選擇的協(xié)議在本領(lǐng)域中是眾所周知的。

10、為了選擇通信路徑，主bmu監(jiān)測所有從bmu的網(wǎng)絡(luò)性能。此外，主bmu將具有良好網(wǎng)絡(luò)性能的從bmu之一指定為路由器節(jié)點(diǎn)，并將其余從bmu指定為端節(jié)點(diǎn)。

11、在下文中，為了便于說明，在從bmu當(dāng)中，指定為路由器節(jié)點(diǎn)的bmu將被命名為路由器bmu，并且指定為端節(jié)點(diǎn)的bmu將被命名為端bmu。

12、路由器bmu負(fù)責(zé)在無線網(wǎng)絡(luò)上中繼通信。換句話說，端bmu不直接與主bmu通信，而是通過路由器bmu與主bmu交換數(shù)據(jù)。因此，路由器bmu的功耗相對高于端bmu的功耗。

13、路由器bmu和端bmu從它們所連接的電池模塊接收操作功率。因此，與路由器bmu耦合的電池模塊的能量相較于與端bmu耦合的其他電池模塊具有相對較快的soc（充電狀態(tài)）降低速率。

14、電池模塊的soc必須被管理在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。因此，如果路由器bmu所屬的電池模塊的soc超出適當(dāng)?shù)姆秶?，則需要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間改變路由器bmu。

15、soc的降低可能是由于路由器bmu的功耗或諸如電流泄漏的電池模塊本身的問題造成的。

16、同時(shí)，如果從電池組接收電力的負(fù)載設(shè)備（系統(tǒng)）停止被使用，則主bmu可以被設(shè)計(jì)為切換到休眠模式以便減少電力使用。

17、例如，如果電動車輛在停止操作之后進(jìn)入熄火狀態(tài)，則主bmu切換到休眠模式。即使在主bmu切換到休眠模式之后，路由器bmu和端bmu也定期彼此通信。換句話說，端bmu定期生成電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到路由器bmu。因此，即使在主bmu處于休眠狀態(tài)的同時(shí)，路由器bmu也持續(xù)地收集電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)。

18、同時(shí)，路由器bmu的網(wǎng)絡(luò)性能可能由于一些原因下降到閾值以下。例如，如果在路由器bmu周圍引入嚴(yán)重的噪聲或者與路由器bmu耦合的電池模塊的soc被降低到閾值以下使得無法為路由器bmu供應(yīng)穩(wěn)定的電力，則路由器bmu的網(wǎng)絡(luò)性能可能劣化。在這種情況下，路由器bmu無法正常發(fā)揮其作用，因此路由器bmu和主bmu之間的通信無法順利執(zhí)行。然而，在負(fù)責(zé)指定路由器節(jié)點(diǎn)和端節(jié)點(diǎn)的主bmu處于休眠狀態(tài)的同時(shí)，改變路由器bmu并不容易。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、技術(shù)問題

2、本公開被設(shè)計(jì)為解決相關(guān)技術(shù)的問題，并且因此本公開旨在使電池模塊之間的soc平衡與基于應(yīng)用網(wǎng)狀拓?fù)涞臒o線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的電池管理系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)通信路徑的選擇相互關(guān)聯(lián)。

3、本公開還旨在提供一種電池管理系統(tǒng)及其操作方法，當(dāng)在基于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的電池管理系統(tǒng)的主bmu被切換到休眠模式之后與路由器bmu耦合的電池模塊的soc被降低到不需要平衡的水平時(shí)，該電池管理系統(tǒng)可以在沒有主bmu的干預(yù)的情況下臨時(shí)指定路由器bmu。

4、本公開的這些和其他目的和優(yōu)點(diǎn)可以從以下詳細(xì)描述中理解，并將從本公開的示例性實(shí)施例中變得更加充分地顯而易見。此外，將容易地理解，本公開的目的和優(yōu)點(diǎn)可以通過附加權(quán)利要求中所示的手段及其組合來實(shí)現(xiàn)。

5、技術(shù)解決方案

6、在本公開的一個(gè)方面中，提供了一種基于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的電池管理系統(tǒng)，包括構(gòu)成無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的第一至第n個(gè)bmu（電池管理單元）和主bmu。

7、第一至第n個(gè)bmu和主bmu中的每個(gè)可以包括用于支持通過無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線通信的通信接口和能夠存儲數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì)。

8、第一至第n個(gè)bmu可以與第一至第n個(gè)電池模塊對應(yīng)地耦合，并在存儲介質(zhì)中記錄包括由第一至第n個(gè)bmu管理的電池模塊的soc（充電狀態(tài)）的操作特性數(shù)據(jù)。

9、主bmu可以被配置為：與第一至第n個(gè)bmu形成通信鏈路，確定第一至第n個(gè)bmu的網(wǎng)絡(luò)性能，通過從第一至第n個(gè)bmu接收操作特性數(shù)據(jù)來確定第一至第n個(gè)電池模塊的soc，并且將第一至第n個(gè)bmu當(dāng)中具有高于標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)性能并且與具有滿足平衡條件的soc的電池模塊耦合的bmu指定為路由器bmu并且將其余bmu指定為端bmu。

10、路由器bmu可以被配置為：與每個(gè)端bmu形成通信鏈路，并且從每個(gè)端bmu收集電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)并將收集到的操作特性數(shù)據(jù)和與路由器bmu耦合的電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)發(fā)送到主bmu。

11、與路由器bmu耦合的電池模塊的soc降低速率可以快于與每個(gè)端bmu耦合的電池模塊的soc降低速率。

12、網(wǎng)絡(luò)性能可以是接收信號強(qiáng)度指示（rssi）或誤碼率（ber）。

13、主bmu可以被配置為將具有高于標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)性能的bmu當(dāng)中耦合到具有最高soc的電池模塊的bmu指定為路由器bmu。

14、路由器bmu和每個(gè)端bmu可以以交替的方式在喚醒模式和休眠模式下操作，并且路由器bmu的喚醒模式的維護(hù)時(shí)間可以相對長于每個(gè)端bmu的喚醒模式的維護(hù)時(shí)間。

15、每個(gè)端bmu可以被配置為當(dāng)在喚醒模式下操作時(shí)生成與對應(yīng)端bmu連接的電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)。此外，路由器bmu可以被配置為在喚醒模式下操作的同時(shí)與在喚醒模式下操作的端bmu形成通信鏈路，并從在其處形成通信鏈路的每個(gè)端bmu收集電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)。

16、路由器bmu可以被配置為當(dāng)主bmu在喚醒模式下操作時(shí)將從每個(gè)端bmu收集到的操作特性數(shù)據(jù)和與路由器bmu耦合的電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)發(fā)送到主bmu。

17、路由器bmu可以被配置為當(dāng)主bmu切換到休眠模式以釋放與路由器bmu的通信鏈路時(shí)將從每個(gè)端bmu收集到的操作特性數(shù)據(jù)到主bmu的傳輸掛起，另外從每個(gè)端bmu收集操作特性數(shù)據(jù)，并將另外收集到的操作特性數(shù)據(jù)維持在存儲介質(zhì)中。

18、路由器bmu可以被配置為當(dāng)主bmu從休眠模式切換到喚醒模式以重新建立通信鏈路時(shí)將收集到的操作特性數(shù)據(jù)和與路由器bmu耦合的電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)發(fā)送到主bmu。

19、路由器bmu可以被配置為：在主bmu切換到休眠模式以釋放與路由器bmu的通信鏈路的同時(shí)，當(dāng)與路由器bmu耦合的電池模塊的soc不滿足平衡條件時(shí)，通過與其余端bmu形成通信鏈路來確定網(wǎng)絡(luò)性能，并且將其余端bmu當(dāng)中具有高于標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)性能并且與具有滿足平衡條件的soc的電池模塊耦合的端bmu臨時(shí)指定為路由器bmu。

20、路由器bmu可以被配置為當(dāng)與路由器bmu耦合的電池模塊的soc小于與端bmu耦合的電池模塊的soc中的至少一個(gè)時(shí)確定不滿足平衡條件。

21、臨時(shí)指定的路由器bmu可以被配置為在主bmu處于休眠模式的同時(shí)與在喚醒模式下操作的端bmu形成通信鏈路，從在其處形成通信鏈路的端bmu收集電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)，并將收集到的操作特性數(shù)據(jù)存儲在存儲介質(zhì)中。

22、臨時(shí)指定的路由器bmu可以被配置為：當(dāng)主bmu從休眠模式切換到喚醒模式時(shí)與主bmu形成通信鏈路，并且將從每個(gè)端bmu收集到的電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)和與臨時(shí)指定的路由器bmu耦合的電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)發(fā)送到主bmu。

23、在本公開的另一方面中，還提供了一種基于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)來操作電池管理系統(tǒng)的方法，包括：（a）允許與第一至第n個(gè)電池模塊對應(yīng)地耦合的第一至第n個(gè)bmu和主bmu構(gòu)成無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)；（b）由第一至第n個(gè)bmu中的每個(gè)生成并存儲包括由第一至第n個(gè)bmu中的每個(gè)管理的電池模塊的soc的操作特性數(shù)據(jù)；（c）由主bmu與第一至第n個(gè)bmu形成通信鏈路；（d）由主bmu確定第一至第n個(gè)bmu的網(wǎng)絡(luò)性能；（e）由主bmu通過從第一至第n個(gè)bmu接收操作特性數(shù)據(jù)確定第一至第n個(gè)電池模塊的soc；（f）由主bmu將第一至第n個(gè)bmu當(dāng)中具有高于標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)性能并且與具有滿足平衡條件的soc的電池模塊耦合的bmu指定為路由器bmu并且將其余bmu指定為端bmu；（g）由路由器bmu與每個(gè)端bmu形成通信鏈路；（h）由路由器bmu從每個(gè)端bmu收集電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)并將收集到的操作特性數(shù)據(jù)和與路由器bmu耦合的電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)發(fā)送到主bmu；以及（i）由主bmu維持路由器bmu的指定直到路由器bmu所屬的電池模塊的soc滿足平衡停止條件。

24、（h）步驟可以包括將路由器bmu的操作狀態(tài)切換到喚醒模式；以及由路由器bmu與在喚醒模式下操作的端bmu形成通信鏈路，從在其處形成通信鏈路的每個(gè)端bmu收集電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)，并且將收集到的操作特性數(shù)據(jù)和與路由器bmu耦合的電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)發(fā)送到主bmu。

25、根據(jù)本公開的基于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)來操作電池管理系統(tǒng)的方法可以進(jìn)一步包括：在主bmu切換到休眠模式并且釋放與路由器bmu的通信鏈路的同時(shí)，當(dāng)與路由器bmu耦合的電池模塊的soc滿足平衡停止條件時(shí)，由路由器bmu與其余端bmu形成通信鏈路并且確定網(wǎng)絡(luò)性能；以及由路由器bmu將其余端bmu當(dāng)中具有高于標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)性能并且與具有滿足平衡條件的soc的電池模塊耦合的端bmu臨時(shí)指定為路由器bmu。

26、根據(jù)本公開的基于無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)來操作電池管理系統(tǒng)的方法可以進(jìn)一步包括：由臨時(shí)指定的路由器bmu在喚醒模式下操作的同時(shí)與在喚醒模式下操作的端bmu形成通信鏈路，并且從在其處形成通信鏈路的端bmu收集電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)；以及由臨時(shí)指定的路由器bmu當(dāng)主bmu從休眠模式切換到喚醒模式時(shí)與主bmu形成通信鏈路，并且將從每個(gè)端bmu收集到的操作特性數(shù)據(jù)和與臨時(shí)指定的路由器bmu耦合的電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)發(fā)送到主bmu。

27、本發(fā)明的作用

28、根據(jù)本公開，識別與具有高于標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)性能并且具有滿足平衡條件的soc的bmu耦合的電池模塊，將與所識別的電池模塊耦合的bmu指定為路由器bmu，并且將其余bmu指定為端bmu。因此，路由器bmu在通過無線通信從端bmu收集電池模塊的操作特性數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到主bmu的過程中消耗電池模塊的能量，因此可以在沒有不必要的能量浪費(fèi)的情況下平衡電池模塊的soc。

29、此外，在主bmu處于休眠模式的同時(shí)，如果與路由器bmu耦合的電池模塊的soc滿足平衡停止條件，因?yàn)樵谄渌鸼mu當(dāng)中臨時(shí)指定路由器bmu，所以不論主bmu的操作模式如何，都可以在沒有中斷的情況下可靠地執(zhí)行soc的平衡。

30、本公開的效果不限于上述效果，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所附權(quán)利要求將清楚地理解這些效果和本文未提到的其他效果。