鋰電池bms系統(tǒng)充放電電流精確采樣計(jì)算電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及鋰電池BMS系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確米樣計(jì)算電路。
【背景技術(shù)】
[0002]為貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，推動(dòng)新能源的發(fā)展。新型綠色電池正日益成為人們關(guān)注的問(wèn)題。在傳統(tǒng)電池領(lǐng)域中，鉛酸電池和鎳鎘電池在實(shí)際使用過(guò)程中存在一系列問(wèn)題:如含有有毒的重金屬及強(qiáng)酸堿腐蝕性等污染源，且比容小，不適應(yīng)快速充電和大電流放電或者是鎳鎘電池在串聯(lián)電池組時(shí)管理問(wèn)題比較多。相反，鋰電池不僅綠色環(huán)保，比容也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于鉛酸電池和鎳鎘電池，而且還具有無(wú)記憶效應(yīng)、使用壽命長(zhǎng)和單節(jié)電芯電壓高等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]但由于鋰電池的發(fā)展歷史短僅十多年的時(shí)間，所以在過(guò)充電、過(guò)放電、過(guò)電流時(shí)電池可能會(huì)發(fā)生安全性問(wèn)題，且在應(yīng)用到新能源車時(shí)需要有精確的電量計(jì)算，因此需要良好的保護(hù)及電量計(jì)算電路來(lái)配合使用。鋰電池BMS系統(tǒng)與電池緊密結(jié)合在一起，對(duì)電池的電壓、電流、溫度進(jìn)行時(shí)刻檢測(cè)，控制保護(hù)開(kāi)關(guān)通斷，很好的保護(hù)整個(gè)鋰電池系統(tǒng)的安全；同時(shí)鋰電池BMS系統(tǒng)還進(jìn)行熱管理、電池均衡管理、報(bào)警提醒，計(jì)算剩余容量、放電功率，報(bào)告S0C&S0H狀態(tài)等；通過(guò)RS485/232、串口、CAN總線等接口與系統(tǒng)上位機(jī)、設(shè)備控制器、能量控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。
[0004]充放電電流檢測(cè)作為系統(tǒng)檢測(cè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，精確的采樣及計(jì)算尤為重要，不僅可提高采集精度、電路抗干擾能力，更為容量計(jì)算及過(guò)流保護(hù)提供了保障，提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了針對(duì)目前鋰電池BMS系統(tǒng)電流采集精度不高或集成芯片價(jià)格過(guò)高的問(wèn)題的技術(shù)方案:
[0006]一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計(jì)算電路，主體為由鋰電池組、采樣電阻、MOS管及負(fù)載構(gòu)成的鋰電池組充放電回路，還包括精確放大及加法電路、AD采集、MCU處理，精確放大及加法電路、AD采集、MCU處理與采樣電阻依次串行連接。
[0007]進(jìn)一步的，精確放大及加法電路采用儀表放大電路及同相加法電路，將正負(fù)電流值進(jìn)行精確轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的正向電平。
[0008]進(jìn)一步的，精確放大及加法電路包括:采樣電阻兩端壓差輸入端、第一級(jí)差分放大電路、第二級(jí)差分放大電路、同相加法電路、放大求和輸出端、基準(zhǔn)電壓輸入端及運(yùn)算放大器，采樣電阻兩端壓差輸入端、第一級(jí)差分放大電路、第二級(jí)差分放大電路、同相加法電路、放大求和輸出端、基準(zhǔn)電壓輸入端及運(yùn)算放大器依次以串行方式連接。
[0009]進(jìn)一步的，運(yùn)算放大器采用4通道運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器a，運(yùn)算放大器b，運(yùn)算放大器C，運(yùn)算放大器d分別使用4通道運(yùn)算放大器的一個(gè)通道。
[0010]進(jìn)一步的，采樣電阻選用高精密檢流電阻。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0012](I)鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流采集電路中，利用儀表放大電路，降低噪聲及線性誤差的同時(shí)，大大提高采集精度及共模抑制能力。
[0013](2)同相加法電路提供一定的基準(zhǔn)電壓，將處理后的采集電壓控制在一定的范圍，更方便后級(jí)的采集、處理。
[0014](3)采用分立元件組成儀表放大電路，在保證高精度、高共模抑制能力的前提下，大大降低成本。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為精確放大及同相加法電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本實(shí)用新型的實(shí)用新型目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0018]如圖1所示，鋰電池組充放電回路包括:鋰電池組1、采樣電阻2、MOS管6、負(fù)載或充電器7。鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣及計(jì)算電路包括:采樣電阻2、精確放大及加法電路3、AD采集4、MCU處理5，其中采樣電阻2選用高精密檢流電阻。
[0019]其中，如圖2所示，精確放大及加法電路包括:采樣電阻兩端壓差輸入端8、第一級(jí)差分放大電路9、第二級(jí)差分放大電路10、同相加法電路11、放大求和輸出端12、基準(zhǔn)電壓輸入端13。運(yùn)算放大器14采用4通道運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器a Al，運(yùn)算放大器b A2，運(yùn)算放大器c A3，運(yùn)算放大器d A4分別使用4通道運(yùn)算放大器的一個(gè)通道.
[0020]鋰電池BMS系統(tǒng)充放電過(guò)程及本實(shí)用新型電流精確采樣及計(jì)算工作過(guò)程如下:
[0021]鋰電池組I在與負(fù)載7之間進(jìn)行充放電的過(guò)程中，MOS管6正常開(kāi)啟，電流經(jīng)過(guò)采樣電阻2，采樣電阻2兩端產(chǎn)生電壓差，經(jīng)過(guò)精確放大及加法電路3處理被放大到一定電壓范圍0-3.3v，經(jīng)過(guò)AD采集4，將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以被MCU處理5識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)MCU算法處理，得到精確的充放電電流值。
[0022]本實(shí)用新型中精確放大及加法電路3設(shè)計(jì)方案如下:
[0023]如圖2所示，第一級(jí)差分放大電路9與第二級(jí)差分放大電路10構(gòu)成儀表放大電路，將采樣電阻2兩端產(chǎn)生壓差放大若干倍后輸出到后級(jí)。在R2=R3，R4=R5，R6=R7時(shí)，此放大電路可得到算法公式:
[0024]上述公式中代表第一級(jí)差分放大電路9與第二級(jí)差分放大電路10的輸出電壓，、、、、為第一級(jí)差分放大電路9與第二級(jí)差分放大電路10中對(duì)應(yīng)的電阻值，見(jiàn)圖2，為采樣電阻2兩端產(chǎn)生電壓差。
[0025]采樣電阻2兩端產(chǎn)生電壓差，經(jīng)過(guò)第一級(jí)差分放大電路9與第二級(jí)差分放大電路10后得到輸出電壓，由于鋰電池BMS系統(tǒng)充放電過(guò)程電流存在兩個(gè)方向，因此后級(jí)需要加同相加法電路11提供基準(zhǔn)電壓，將輸出電壓調(diào)整到一定的電壓范圍，方便后級(jí)的AD采集及MCU的正常工作。此加法電路以R8=R9，RlO=Rll為條件，可得到算法公式:
[0026]上述公式中代表同相加法電路11輸出電壓，、為同相加法電路11中對(duì)應(yīng)的電阻值，見(jiàn)圖2，代表基準(zhǔn)電壓輸入端13輸入的基準(zhǔn)電壓。
[0027]結(jié)合上述兩個(gè)公式，可以得出精確放大及加法電路3最終的算法公式:
[0028]精確放大及加法電路3輸出電壓經(jīng)過(guò)AD采集4及MCU處理5，計(jì)算出最終的充放電電流值。
[0029]本實(shí)用新型專利采樣分立元件組成儀表放大電路，加上偏置電壓調(diào)節(jié)，在節(jié)省成本的前提下又保證了采集精度，并且降低了噪聲，提高了共模抑制能力，大大解決了目前鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流采集精度、費(fèi)用的問(wèn)題。
[0030]該鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計(jì)算電路的控制方法的操作步驟如下:
[0031](I)采樣電阻2將鋰電池組充放電回路中的充放電電流轉(zhuǎn)換成微電壓信號(hào)；
[0032](2)精確放大及加法電路3將采樣電阻2兩端充放電正負(fù)電流精確轉(zhuǎn)換，電壓放大處理成適用于AD采集4的電壓范圍0-3.3v，其中采樣電阻兩端壓差輸入端8采集采樣電阻2兩端電壓，通過(guò)第一級(jí)差分放大電路9用于實(shí)現(xiàn)第一級(jí)放大，并大幅度提高電路的輸入阻抗，減小電路對(duì)微弱輸入信號(hào)的衰減，后采用第二級(jí)差分放大電路10用于實(shí)現(xiàn)第二級(jí)放大，并降低對(duì)電阻精度匹配要求，提高共模抑制能力，以運(yùn)算放大器14組成對(duì)應(yīng)的差分放大電路，之后以同相加法電路11用于提供基準(zhǔn)電壓，確保BMS充放電系統(tǒng)在充放電時(shí)采集的電壓值均為正值，并在0-3.3v內(nèi)，最后放大求和輸出端12輸出精確放大處理后的采集電壓值，基準(zhǔn)電壓輸入端13用于輸入基準(zhǔn)電壓；
[0033](3)以AD采集4將精確放大處理完的模擬電壓合適范圍值轉(zhuǎn)換為可以被MCU處理5識(shí)別的數(shù)字信號(hào)；
[0034](4) MCU處理5將AD采集4轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，從而計(jì)算出精確的充放電電流值。
[0035]上述實(shí)施例只是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不是對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的限制，只要是不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)即可在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，均應(yīng)視為落入本實(shí)用新型專利的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計(jì)算電路，主體為由鋰電池組(I)、采樣電阻(2)、M0S管(6)及負(fù)載(7)構(gòu)成的鋰電池組充放電回路，其特征在于:還包括精確放大及加法電路⑶、AD采集(4)、MCU處理(5)，所述精確放大及加法電路(3)、AD采集(4)、MCU處理(5)與采樣電阻(2)依次串行連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計(jì)算電路，其特征在于:所述的精確放大及加法電路⑶采用儀表放大電路及同相加法電路，將正負(fù)電流值進(jìn)行精確轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的正向電平。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計(jì)算電路，其特征在于:所述的精確放大及加法電路(3)包括:采樣電阻兩端壓差輸入端(8)、第一級(jí)差分放大電路(9)、第二級(jí)差分放大電路(10)、同相加法電路(11)、放大求和輸出端(12)、基準(zhǔn)電壓輸入端(13)及運(yùn)算放大器(14)，所述采樣電阻兩端壓差輸入端(8)、第一級(jí)差分放大電路(9)、第二級(jí)差分放大電路(10)、同相加法電路(11)、放大求和輸出端(12)、基準(zhǔn)電壓輸入端(13)及運(yùn)算放大器(14)依次以串行方式連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計(jì)算電路，其特征在于:所述運(yùn)算放大器(14)采用4通道運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器a (Al)，運(yùn)算放大器b (A2)，運(yùn)算放大器c(A3)，運(yùn)算放大器d(A4)分別使用4通道運(yùn)算放大器的一個(gè)通道。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計(jì)算電路，其特征在于:所述的采樣電阻(2)選用高精密檢流電阻。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計(jì)算電路，主體為由鋰電池組、采樣電阻、MOS管及負(fù)載構(gòu)成的鋰電池組充放電回路，還包括精確放大及加法電路、AD采集、MCU處理，精確放大及加法電路、AD采集、MCU處理與采樣電阻依次串行連接。鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流采集電路中，利用儀表放大電路，降低噪聲及線性誤差的同時(shí)，大大提高采集精度及共模抑制能力。同相加法電路提供一定的基準(zhǔn)電壓，將處理后的采集電壓控制在一定的范圍，更方便后級(jí)的采集、處理。采用分立元件組成儀表放大電路，在保證高精度、高共模抑制能力的前提下，大大降低成本。
【IPC分類】G01R19/25
【公開(kāi)號(hào)】CN204649831
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520066839
【發(fā)明人】管帥, 白雪平, 薛馳, 趙映軍, 繆永華
【申請(qǐng)人】中天儲(chǔ)能科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日