一种无线BMS电池系统、中压直挂系统及控制方法与流程

一种无线bms电池系统、中压直挂系统及控制方法
技术领域
1.本技术涉及能源管理技术领域，尤其涉及一种无线bms电池系统、中压直挂系统及控制方法。


背景技术：

2.当前储能电站的电池管理系统(battery management system，bms)中，通常采取三级架构组成，包括电池阵列管理单元(battery array unit，bau)、电池簇管理单元(battery cluster unit，bcu)和电池单体管理单元(battery management unit，bmu)。
3.bmu负责采集单体电池信息，并通过菊花链方式传输到bcu，bcu对各电池信息进行汇总后，通过can接口将信息上传至bau，由bau对整体储能电站的电池进行集中管理。
4.但是，在上述电池管理系统中，三级架构中共有两种传输协议，分别为菊花链方式的传输协议和can总线的传输协议，在数据传输过程中需要进行协议转换，耗费时间；并且，储能电站中电池的数量众多，而上述电池管理系统中，多个bmu需要将电池信息上传至一个bcu，再由bcu上传至bau，由于需要对数据进行两次协议转换，并且bmu通过菊花链方式传输到bcu为有线串行传输的方式，数据传输速度受限。由此可见，电池管理系统的整体数据传输速度受限，导致电池管理系统的管理效率较低。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术实施例提供了一种无线bms电池系统、中压直挂系统及控制方法，旨在提高电池管理系统的管理效率。
6.第一方面，本技术提供了一种无线bms电池系统，其特征在于，包括：电池阵列管理单元和多个电池单体管理单元；
7.所述电池阵列管理单元包括无线传输模块；所述电池单体管理单元包括单体无线传输芯片；
8.所述无线传输模块与所述单体无线传输芯片之间通过无线传输的方式传输电池数据。
9.优选地，所述电池单体管理单元还包括采集芯片；所述采集芯片用于接收所述电池单体管理单元下发的电池数据采集指令，对电池包的数据进行采集得到所述电池数据；将所述电池数据发送至所述单体无线传输芯片；
10.所述电池单体管理单元通过所述单体无线传输芯片将所述电池数据发送至所述电池阵列管理单元。
11.优选地，所述电池单体管理单元还包括单体电池数据筛选模块，所述单体电池数据筛选模块用于接收所述电池单体管理单元下发的第一电池数据筛选指令，根据所述第一电池数据筛选指令中的电池数据筛选条件对所述电池数据进行筛选，得到第一目标电池数据；将所述第一目标电池数据发送至所述单体无线传输芯片；
12.所述电池单体管理单元通过所述单体无线传输芯片将所述第一目标电池数据发
送至所述电池阵列管理单元。
13.优选地，所述电池阵列管理单元还包括总电池数据筛选模块，所述总电池数据筛选模块用于接收所述电池阵列管理单元下发的第二电池数据筛选指令，根据所述第二电池数据筛选指令中的电池数据筛选条件对电池数据进行筛选，确定第二目标电池数据；控制所述无线传输模块接收所述第二目标电池数据；
14.所述电池阵列管理单元通过所述无线传输模块接收所述第二目标电池数据。
15.优选地，所述无线传输模块包括至少一个阵列无线传输芯片，所述阵列无线传输芯片用于与至少一个所述单体无线传输芯片进行无线传输。
16.优选地，多个所述电池单体管理单元并行与所述电池阵列管理单元进行无线传输。
17.优选地，所述单体无线传输芯片用于传输至少一个所述采集芯片所采集的电池数据。
18.第二方面，本技术提供了一种中压直挂系统，包括：控制器和多个变换单元；
19.所述控制器包括电池阵列管理单元，所述电池阵列管理单元包括无线传输模块；所述变换单元包括多个电池单体管理单元，所述电池单体管理单元包括单体无线传输芯片；
20.所述无线传输模块与所述单体无线传输芯片之间通过无线传输的方式传输电池数据。
21.第三方面，本技术提供了一种无线bms电池系统的控制方法，应用于第一方面中任意一项所述的电池系统，包括：
22.电池阵列管理单元通过无线传输模块向电池单体管理单元发送控制命令；
23.所述电池单体管理单元通过单体无线传输芯片接收所述控制命令后，执行所述控制命令，并将执行结果通过所述单体无线传输芯片返回给所述电池阵列管理单元；
24.所述电池阵列管理单元通过所述无线传输模块接收所述执行结果。
25.第四方面，本技术提供了一种中压直挂系统的控制方法，应用于第二方面中任意一项所述的中压直挂系统，包括：
26.控制器通过电池阵列管理单元中的无线传输模块向变换单元发送控制命令；
27.所述变换单元通过电池阵列管理单元中的单体无线传输芯片接收所述控制命令后，执行所述控制命令，并将执行结果通过所述单体无线传输芯片返回给所述控制器；
28.所述控制器通过所述无线传输模块接收所述执行结果。
29.本技术提供了一种无线bms电池系统、中压直挂系统及控制方法。该无线bms电池系统中包括两级架构：电池阵列管理单元和多个电池单体管理单元，其中，电池阵列管理单元包括无线传输模块，电池单体管理单元包括单体无线传输芯片；并且，电池阵列管理单元与电池单体管理单元之间的传输方式为无线传输。通过省去电池簇管理单元，由电池阵列管理单元和电池单体管理单元直接建立传输关系，减少协议转换以及电池簇管理单元转发的时间，提高传输速度，进而提高管理效率。另外，电池阵列管理单元与电池单体管理单元通过无线传输的方式，无需在电池阵列管理单元与电池单体管理单元之间布设通信线路，降低生产成本和运维成本。
附图说明
30.为更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为相关技术中的一种电池管理系统bms的示意图；
32.图2为本技术实施例提供的一种无线bms电池系统的示意图；
33.图3为本技术实施例提供的另一种无线bms电池系统的示意图；
34.图4为本技术实施例提供的一种电池单体管理单元的示意图；
35.图5为本技术实施例提供的另一种电池单体管理单元的示意图；
36.图6为本技术实施例提供的再一种电池单体管理单元的示意图；
37.图7为本技术实施例提供的再一种无线bms电池系统的示意图；
38.图8为本技术实施例提供的又一种无线bms电池系统的示意图；
39.图9为本技术实施例提供的还一种无线bms电池系统的示意图；
40.图10为本技术实施例提供的另一种无线bms电池系统的示意图；
41.图11为本技术实施例提供的一种中压直挂系统的示意图；
42.图12为本技术实施例提供的另一种中压直挂系统的示意图。
具体实施方式
43.在相关技术中，电池管理系统bms通常由三级架构组成，包括电池阵列管理单元bau、电池簇管理单元bcu和电池单体管理单元bmu。参见图1，图1为相关技术中的一种电池管理系统bms的示意图。afe(analog front end)为电池数据采集芯片，用于采集电池包的电池数据，如：电压、电流和温度等。电池单体管理单元bmu，负责采集单个电池包的数据，计算分析电池的soc和soh，实现对单体电池的主动均衡，并通过菊花链将电池数据上传。电池簇管理单元bcu，负责收集各bmu上传的各种电池信息，采集电池组的组电压、温度电流和总电压信息，并进行漏电检测，状态异常时断电保护，计算分析电池组的soc和soh，并通过can接口将信息上传。电池阵列管理单元bam，对整个储能电站的电池包进行集中管理，向下连接各个电池簇管理单元，通过can接口采集电池簇管理单元上传的各种信息。
44.在图1所示的电池管理系统中，包括48个bmu，负责对应采集48个电池包的电池数据，并将48个电池包分为8组，每组电池包为一个电池簇，一个电池簇对应一个bcu，每个bcu负责采集一组电池包的电池数据。8个bcu将多组电池包的电池数据通过can总线上传至bam，以便bam根据电池数据对电池包进行管理。每组bmu之间通信链路串联，也就是说，多个bmu串行将电池数据上传至一个bcu。
45.bmu与bcu通过菊花链传输数据，而bcu与bam通过can总线传输数据，三级架构中存在两种通信协议，因此，将电池数据从bmu上传至bam共需要进行两次协议转换，传输路径复杂，耗费时间长。并且，由于bmu与bcu之间采用菊花链传输数据，使得数据传输速度受限。另外，各级之间的传输线路均为有线传输，而储能系统内电压高达1500v，需要进行隔离，导致电池管理系统的生产成本和后期运维成本增加。
46.针对上述技术问题，本技术提供了一种无线bms电池系统、中压直挂系统及控制方
法。通过在电池单体管理单元中设置单体无线传输芯片，使得电池阵列管理单元与电池单体管理单元可以直接进行无线传输，省去电池簇管理单元，减少协议转换以及电池簇管理单元转发的时间，提高传输速度，进而提高管理效率。另外，电池阵列管理单元与电池单体管理单元通过无线传输的方式，无需在电池阵列管理单元与电池单体管理单元之间布设通信线路，降低生产成本和运维成本。
47.显然，本技术所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
48.参见图2，图2为本技术实施例提供的一种无线bms电池系统的示意图，无线bms电池系统包括：电池阵列管理单元和多个电池单体管理单元；
49.电池阵列管理单元包括无线传输模块；电池单体管理单元包括单体无线传输芯片；
50.无线传输模块与单体无线传输芯片之间通过无线传输的方式传输电池数据。
51.如图2所示，电池阵列管理单元中设置有无线传输模块，电池阵列管理单元用于采集各个电池单体管理单元上传的电池数据，以根据电池数据对各电池包进行管理。在电池单体管理单元中设置有单体无线传输芯片，电池单体管理单元用于采集单个电池包的电池数据，如电流、电压和温度等。
52.通过单体无线传输芯片，电池单体管理单元能够将采集到的电池数据通过无线传输的方式上传给电池阵列管理单元，而电池阵列管理单元能够通过无线传输模块接收电池数据。在电池系统中同时存在多个电池包，对应的电池单体管理单元的数量也不唯一，每个电池单体管理单元负责采集一个电池包的电池数据。
53.由于电池单体管理单元是直接与电池阵列管理单元进行数据传输，因此，无须设置中间单元进行协议转换和数据转发，可以在一定程度上提高数据传输速度。而且电池单体管理单元的单体无线传输芯片与电池阵列管理单元中的无线传输模块之间采用无线传输方式，因此，无须设置实体的通信线路，也无需进行高压隔离，进而减少电池系统的生产成本以及后续运维成本。
54.在本技术实施例中，多个电池单体管理单元并行与电池阵列管理单元进行无线传输。
55.通过省去中间的电池簇管理单元，各个电池单体管理单元无需通过菊花链传输数据，可以同时将电池数据通过无线传输的方式发送给电池阵列管理单元。电池数据的传输方式由串行传输改为并行传输，能够节省数据传输时间，进而使电池系统能够及时接收电池数据并根据电池数据对电池包进行管理，提高电池系统的整体管理效率。
56.如图3所示，图3为本技术实施例提供的另一种无线bms电池系统的示意图。在本技术实施例中，电池单体管理单元还包括采集芯片；采集芯片用于接收电池单体管理单元下发的电池数据采集指令，对电池包的数据进行采集得到电池数据；将电池数据发送至单体无线传输芯片；
57.电池单体管理单元通过单体无线传输芯片将电池数据发送至电池阵列管理单元。
58.采集芯片接收到电池数据采集指令后，对电池数据进行采集。电池数据采集指令中可以指示采集芯片采集全部电池数据，也可以指示采集芯片采集部分电池数据，如：同时
采集电压、电流和温度，也可以采集电压、电流和温度中任意一项或两项。当采集芯片采集得到电池数据后，将电池数据发送至单体无线传输芯片，以便电池单体管理单元通过无线传输的方式将电池数据发送至电池阵列管理单元。
59.需要说明的是，在电池单体管理单元中，采集芯片的数量可以是一个也可以是多个，如图4所示。当电池单体管理单元包括多个采集芯片时，不同的采集芯片可以负责采集不同的电池数据，如：采集芯片1采集电池包的电流，采集芯片2采集电池包的电压，采集芯片3采集电池包的温度。当然也可以采集相同的电池数据，多个采集芯片同时采集电池数据能够提高采集速度。
60.同样的，在电池单体管理单元中，单体无线传输芯片的数量可以是一个也可以是多个。图4所示的电池单体管理单元中，多个采集芯片共用一个单体无线传输芯片。也可以如图5和图6所示的电池单体管理单元，每两个采集芯片共用一个单体无线传输芯片，或者每个采集芯片独占一个单体无线传输芯片。通过增加单体无线传输芯片的数量，能够避免传输速度受单体无线传输芯片的传输速率上限的影响，同时通过多个单体无线传输芯片进行数据传输，能够在一定程度上提高传输速度。
61.在储能电站中，电池包数量巨大，对应的电池数据的数据量也十分庞大，如果多个电池单体管理单元同时将全部电池数据上传给电池阵列管理单元，可能会出现数据量过大导致传输过载，电池阵列管理单元无法正确接收电池数据的问题。针对这一问题，本技术提出了几种实施例能够在一定程度缓解这一问题对电池系统的影响，下面结合附图逐一介绍。
62.参见图7，图7为本技术实施例提供的再一种无线bms电池系统的示意图。在本技术实施例中，电池单体管理单元还包括单体电池数据筛选模块，单体电池数据筛选模块用于接收电池单体管理单元下发的第一电池数据筛选指令，根据第一电池数据筛选指令中的电池数据筛选条件对电池数据进行筛选，得到第一目标电池数据；将第一目标电池数据发送至单体无线传输芯片；
63.电池单体管理单元通过单体无线传输芯片将第一目标电池数据发送至电池阵列管理单元。
64.第一电池数据筛选指令中包括电池数据筛选条件，如筛选出电池数据中关于电压的数据，或筛选出电池数据中关于电流的数据。电池数据是由采集芯片采集后传输到单体电池数据筛选模块。单体电池数据筛选模块接收第一电池数据筛选指令后，对电池数据进行筛选，得到符合电池数据筛选条件的第一目标电池数据，并将第一目标电池数据发送至单体无线传输芯片。电池单体管理单元通过单体无线传输芯片将第一目标电池数据发送至电池阵列管理单元。
65.通过在电池单体管理电源中设置单体电池数据筛选模块对电池数据进行筛选，得到需要的电池数据，仅对筛选出的电池数据进行传输，减少需要传出的数据量，提高电池系统的稳定性。
66.参见图8，图8为本技术实施例提供的又一种无线bms电池系统的示意图。在本技术实施例中，电池阵列管理单元还包括总电池数据筛选模块，总电池数据筛选模块用于接收电池阵列管理单元下发的第二电池数据筛选指令，根据第二电池数据筛选指令中的电池数据筛选条件对电池数据进行筛选，确定第二目标电池数据；控制无线传输模块接收第二目
标电池数据；
67.电池阵列管理单元通过无线传输模块接收第二目标电池数据。
68.第二电池数据筛选指令中包括电池数据筛选条件，如：筛选出某个电池包的电池数据，或筛选出电池数据中关于电压的数据。电池数据为电池单体管理单元上传的电池数据。当总电池数据筛选模块对电池数据筛选确定第二目标电池数据后，控制无线传输模块仅接收第二目标电池数据。
69.通过在电池阵列管理单元中设置总电池数据筛选模块对电池数据进行筛选，确定出需要的电池数据，进而控制无线传输模块仅接收筛选出的电池数据，减少需要接收的电池数据的数据量，提高电池系统的稳定性。
70.另外，在无线传输模块包括至少一个阵列无线传输芯片，阵列无线传输芯片用于与至少一个单体无线传输芯片进行无线传输。
71.参见图9，图9为本技术实施例提供的还一种无线bms电池系统的示意图。图9所示的无线bms电池系统中，无线传输模块包括一个阵列无线传输芯片，阵列无线传输芯片与各单体无线传输芯片进行无线传输。
72.参见图10，图10为本技术实施例提供的另一种无线bms电池系统的示意图。图10所示的无线bms电池系统中，无线传输模块包括两个阵列无线传输芯片，共四个电池单体管理单元，每个阵列无线传输芯片与两个单体无线传输芯片进行无线传输。
73.通过在无线传输模块中设置多个阵列无线传输芯片，利用多个阵列无线传输芯片分别与不同的单体无线传输芯片进行无线传输，减轻阵列无线传输芯片的传输压力，减少数据量，进而提高传输速度和电池系统的稳定性。
74.本技术还提供了一种中压直挂系统，如图11所示，图11为本技术实施例提供的一种中压直挂系统的示意图。中压直挂系统包括：控制器和多个变换单元；
75.控制器包括电池阵列管理单元，电池阵列管理单元包括无线传输模块；变换单元包括多个电池单体管理单元，电池单体管理单元包括单体无线传输芯片；
76.无线传输模块与单体无线传输芯片之间通过无线传输的方式传输电池数据。
77.在本技术实施例中，各个变换单元由高压接入柜供电(图11中未示出高压接入柜)。并且，电池单体管理单元、单体无线传输芯片、电池阵列管理单元和无线传输模块的作用与前文实施例中作用相同，此处不再赘述。
78.本技术实施例还提供了另一种中压直挂系统的示意图，如图12所示。图12中，a、b和c分别为高压接入柜的三相，为各变换单元供电。控制器与各变换单元之间传输方式为无线传输。通过无线传输方式，无需布设通信线路，也就无需进行光电隔离，降低中压直挂系统的成本。
79.以上为本技术实施例提供的无线bms电池系统和中压直挂系统的一些具体实现方式，基于此，本技术还提供了对应的控制方法。
80.本技术实施例提供了一种无线bms电池系统的控制方法，应用于上文任一实施例所述的电池系统，该方法包括：
81.电池阵列管理单元通过无线传输模块向电池单体管理单元发送控制命令；
82.电池单体管理单元通过单体无线传输芯片接收控制命令后，执行控制命令，并将执行结果通过单体无线传输芯片返回给电池阵列管理单元；
83.电池阵列管理单元通过无线传输模块接收执行结果。
84.本技术实施例提供了一种中压直挂系统的控制方法，用于上文任一实施例所述的中压直挂系统，该方法包括：
85.控制器通过电池阵列管理单元中的无线传输模块向变换单元发送控制命令；
86.变换单元通过电池阵列管理单元中的单体无线传输芯片接收控制命令后，执行控制命令，并将执行结果通过单体无线传输芯片返回给控制器；
87.控制器通过无线传输模块接收执行结果。
88.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部步骤来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
89.以上所述仅是本技术示例性的实施方式，并非用于限定本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种无线bms电池系统，其特征在于，包括：电池阵列管理单元和多个电池单体管理单元；所述电池阵列管理单元包括无线传输模块；所述电池单体管理单元包括单体无线传输芯片；所述无线传输模块与所述单体无线传输芯片之间通过无线传输的方式传输电池数据。2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述电池单体管理单元还包括采集芯片；所述采集芯片用于接收所述电池单体管理单元下发的电池数据采集指令，对电池包的数据进行采集得到所述电池数据；将所述电池数据发送至所述单体无线传输芯片；所述电池单体管理单元通过所述单体无线传输芯片将所述电池数据发送至所述电池阵列管理单元。3.根据权利要求2所述的电池系统，其特征在于，所述电池单体管理单元还包括单体电池数据筛选模块，所述单体电池数据筛选模块用于接收所述电池单体管理单元下发的第一电池数据筛选指令，根据所述第一电池数据筛选指令中的电池数据筛选条件对所述电池数据进行筛选，得到第一目标电池数据；将所述第一目标电池数据发送至所述单体无线传输芯片；所述电池单体管理单元通过所述单体无线传输芯片将所述第一目标电池数据发送至所述电池阵列管理单元。4.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述电池阵列管理单元还包括总电池数据筛选模块，所述总电池数据筛选模块用于接收所述电池阵列管理单元下发的第二电池数据筛选指令，根据所述第二电池数据筛选指令中的电池数据筛选条件对电池数据进行筛选，确定第二目标电池数据；控制所述无线传输模块接收所述第二目标电池数据；所述电池阵列管理单元通过所述无线传输模块接收所述第二目标电池数据。5.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述无线传输模块包括至少一个阵列无线传输芯片，所述阵列无线传输芯片用于与至少一个所述单体无线传输芯片进行无线传输。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的电池系统，其特征在于，多个所述电池单体管理单元并行与所述电池阵列管理单元进行无线传输。7.根据权利要求2或3任意一项所述的电池系统，其特征在于，所述单体无线传输芯片用于传输至少一个所述采集芯片所采集的电池数据。8.一种中压直挂系统，其特征在于，包括：控制器和多个变换单元；所述控制器包括电池阵列管理单元，所述电池阵列管理单元包括无线传输模块；所述变换单元包括多个电池单体管理单元，所述电池单体管理单元包括单体无线传输芯片；所述无线传输模块与所述单体无线传输芯片之间通过无线传输的方式传输电池数据。9.一种无线bms电池系统的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任意一项所述的电池系统，所述方法包括：电池阵列管理单元通过无线传输模块向电池单体管理单元发送控制命令；所述电池单体管理单元通过单体无线传输芯片接收所述控制命令后，执行所述控制命令，并将执行结果通过所述单体无线传输芯片返回给所述电池阵列管理单元；所述电池阵列管理单元通过所述无线传输模块接收所述执行结果。
10.一种中压直挂系统的控制方法，其特征在于，应用于权利要求8所述的中压直挂系统，所述方法包括：控制器通过电池阵列管理单元中的无线传输模块向变换单元发送控制命令；所述变换单元通过电池阵列管理单元中的单体无线传输芯片接收所述控制命令后，执行所述控制命令，并将执行结果通过所述单体无线传输芯片返回给所述控制器；所述控制器通过所述无线传输模块接收所述执行结果。

技术总结
本申请提供了一种无线BMS电池系统、中压直挂系统及控制方法，应用于储能系统技术领域。该电池系统包括：电池阵列管理单元和多个电池单体管理单元；其中，电池阵列管理单元包括无线传输模块，电池单体管理单元包括单体无线传输芯片；无线传输模块与单体无线传输芯片之间通过无线传输的方式传输电池数据。通过在电池阵列管理单元中设置无线传输模块，在电池单体管理单元中设置单体无线传输芯片，使得电池阵列管理单元与电池单体管理单元可以直接进行无线传输，无需中间单元进行协议转换和数据转发，进而提高数据传输速度；并且，由于采用无线传输的方式，无需在电池阵列管理单元与电池单体管理单元之间布设通信线路，降低电池系统的整体成本。统的整体成本。统的整体成本。


技术研发人员：曹晓辉 周俭节 陈方林
受保护的技术使用者：阳光储能技术有限公司
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/10/8