[发明专利]用于智能电池管理的无线电池区域网络

说明书

发明人：李在植(JAESIK LEE)、李寅燮(INSEOP LEE)、李玟揆(MINKYU LEE)以及安德鲁·M·肖恩(ANDREW CHON)

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)(Wireless Battery Area Management(WiBaAN)for Smart Battery Management System)”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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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发明。

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。