CN102664438B - 一种电池管理系统的功率管驱动电路 - Google Patents
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Abstract
一种电池管理系统的功率管驱动电路及其方法，它涉及电池管理系统；它的驱动方法的步骤：(1)由嵌入式控制软件检测电池组中各个单节电池的电压；(2)由处理器(CPU)确定需要开启的某节电池两端的功率管；(3)由处理器(CPU)的开关控制电路控制升压电路，按照设定的值进行升压恒流工作，提供高端功率管开启所需要的驱动电压。在升压电路输出电压电流稳定后，开关控制电路接通功率管的驱动栅极与升压电路的输出端，升压电路的电流流经功率管驱动栅极与源极间的并联的电阻，产生电压，该电压大于功率管的开启电压后，功率管导通；(4)重复(1)-(3)；它能提高系统的稳定性与可靠性，耗能小，体积小，成本低，易于规模化实施和应用。
Description
本发明涉及电池管理系统，尤其涉及一种电池管理系统的功率管驱动电路。
现有的电池管理系统中用来实现电池组均衡的方法有多种方案，其中有通过机械式的继电器将电池切换到均衡母线上，从母线上获得能量，其缺陷是机械式继电器体积大，切换电路的需要的能量也比较高，并且在震动强度比较大的情况下，机械式继电器的触点容易因为震动而误导通造成电池之间短路，轻则烧坏触点重则引起电池燃烧等重大安全事故。而有的则是通过功率管将电池切换到母线上，其缺点是无法解决处于电位高处的功率管的驱动问题，只能通过脉冲变压器将功率管导通，其缺点是脉冲变压器的体积巨大，并且功率管只能处于高频开关状态，不能维持一直导通的状态，造成均衡线路脉动电流大，电磁辐射比较严重，成本高昂。
本发明的目的是提供一种电池管理系统的功率管驱动电路，它能提高系统的稳定性与可靠性，耗能小，体积小，成本低，易于规模化实施和应用。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用如下技术方案：它包含升压电路S1、蓄电池B1、蓄电池B2、蓄电池B3、功率管开关D1、功率管开关D2、功率管开关D3、光电耦合器S1T1、光电耦合器S1T2、光电耦合器S1T3、处理器CPU、汇流母线；所述的功率管开关D1至D3均为两个功率管源极对应连接，驱动栅极对应连接，在源极与驱动栅极之间并联有电阻，电流流经该电阻时产生电压，可以开启功率管；升压电路S1的正输出端分别与光电耦合器S1T3的电源端、光电耦合器S1T2的电源端、光电耦合器S1T1的电源端相连，处理器CPU分别与光电耦合器S1T1的输入端、光电耦合器S1T2的输入端、光电耦合器S1T3的输入端的相连，光电耦合器S1T1的接地端、光电耦合器S1T2的接地端、光电耦合器S1T3的接地端分别接地，光电耦合器S1T3的输出端与功率管开关D3的驱动栅极相连，功率管开关D3的一个漏极与汇流母线L相连，光电耦合器S1T2的输出端与光电开关D2的驱动栅极相连，光电开关D2的一个漏极与汇流母线N相连，光电耦合器S1T1的输出端与光电开关D1的驱动栅极相连，光电开关D1的一个漏极与汇流母线L相连，光电开关D1的另一个漏极分别与升压电路S1的负输入端、蓄电池B1的负极相连，蓄电池B1的正极分别与光电开关D2的另一个漏极、蓄电池B2的负极相连，蓄电池B2的正极分别与光电开关D3的另一个漏极、蓄电池B3的负极相连，蓄电池B3的正极与升压电路S1的正输入端相连。
本发明能提高系统的稳定性与可靠性，耗能小，体积小，成本低，易于规模化实施和应用。
图1为本发明电池管理系统的功率管驱动电路的结构示意图，
图2为本发明驱动方法开启升压电路的结构示意图，
图3为本发明驱动方法关闭升压电路的结构示意图。
参看图1本发明具体实施方式如下：它包含升压电路S1、蓄电池B1、蓄电池B2、蓄电池B3、功率管开关D1、功率管开关D2、功率管开关D3、光电耦合器S1T1、光电耦合器S1T2、光电耦合器S1T3、处理器CPU、汇流母线；升压电路S1的正输出端分别与光电耦合器S1T3的电源端、光电耦合器S1T2的电源端、光电耦合器S1T1的电源端相连，处理器CPU分别与光电耦合器S1T1的输入端、光电耦合器S1T2的输入端、光电耦合器S1T3的输入端的相连，光电耦合器S1T1的接地端、光电耦合器S1T2的接地端、光电耦合器S1T3的接地端分别接地，光电耦合器S1T3的输出端与功率管开关D3的驱动栅极相连，功率管开关D3的一个漏极与汇流母线L相连，光电耦合器S1T2的输出端与光电开关D2的驱动栅极相连，光电开关D2的一个漏极与汇流母线N相连，光电耦合器S1T1的输出端与光电开关D1的驱动栅极相连，光电开关D1的一个漏极与汇流母线L相连，光电开关D1的另一个漏极分别与升压电路S1的负输入端、蓄电池B1的负极相连，蓄电池B1的正极分别与光电开关D2的另一个漏极、蓄电池B2的负极相连，蓄电池B2的正极分别与光电开关D3的另一个漏极、蓄电池B3的负极相连，蓄电池B3的正极与升压电路S1的正输入端相连。
所述蓄电池B1、B2、B3组成电池组。
所述的处理器CPU设有嵌入式软件，嵌入式软件判断所需要打开的功率管开关，处理器CPU根据嵌入式软件的判断结果，给出控制信号，开启升压电路，并控制光电耦合器S1T1、S1T2、S1T3，驱动对应的功率管开关导通。
所述升压电路是可以工作在恒压和恒流状态的直流变换电源。功率管开关为可以工作双向电流流动模式的开关半导体组件。
参看图2-3，电池管理系统的功率管驱动方法如下：1、由嵌入式控制软件检测电池组中各个单节电池的电压，2、由处理器CPU确定需要开启的某节电池两端的功率管；3、由处理器CPU的开关控制电路控制升压电路，按照设定的值进行升压恒流工作，提供高端功率管开启所需要的驱动电压。在升压电路输出电压电流稳定后，开关控制电路接通功率管的驱动栅极与升压电路的输出端，升压电路的电流流经功率管驱动栅极与源极间的并联的电阻，产生电压，该电压大于功率管的开启电压后，功率管导通；4、重复1-3，可以实现任意某节电池两端功率管的开启，为电池组的能量转移均衡提供必要的条件。
所述的功率管开关为两个功率管源极对应连接，驱动栅极对应连接，在源极与驱动栅极之间并联有电阻，电流流经该电阻时产生电压，可以开启功率管。
例如当电池组内的第2节电池所连接的两个功率管开关D1、D2需要打开，则处理器CPU开启升压电路S1，设置输出的电流值，该电流值的大小根据不同的功率管开启电压而定，普通的场效应功率管的开启电压为12V，当功率管栅源间的电阻为10k时，则升压电路需要输出的电流值为12V/10K*2＝2.4mA。开启与功率管开关D1、D2对应的光电耦合器S1T1、S1T2，功率管开关获得足够的开启电压而导通，完成功率管的驱动过程。关闭功率管开关的过程如下，关闭升压电路，复原所有控制开关。
本具体实施方式的优点如下：在光电耦合器控制组的后面设有功率管开关D1，D2，D3……，功率管开关的数量为其连接的顺序串联的电池组的单节电池数量加1。每个功率开关为两个功率管源极对应连接，驱动栅极对应连接，在源极与驱动栅极之间并联有电阻。两个功率管的两个漏极，一个与电池组中的单个电池电极相连，另一个与电池组均衡用汇流母线相连；汇流母线共有两条，相邻的功率开关分别接在不同的汇流母线上。升压电路产生的电流通过光电耦合器控制组选通后，流经功率管开关栅源间的电阻，产生功率管驱动电压，当功率管驱动电压超过功率管导通阀值后，功率管开关导通，完成对功率管的驱动工作。还设有集中控制升压电路，光电耦合器控制组的控制电路，包括设有嵌入式软件的处理器CPU，嵌入式软件根据指令或者自行判断，当需要开启某个功率开关时，处理器CPU发出控制命令，开启升压电路设置所需要的电压和电流值，切换相对应的光电耦合器，将需要开启的功率管开关的栅极切换到升压电路的输出端，实现功率管开关的导通与闭合。
本具体实施方式有如下效果：本发明采用固态功率器件代替了原有的机械式继电器开关电路，显著提高系统的稳定性与可靠性。解决了原有脉冲变压器驱动电路的体积绝大，成本高，可靠性低的一系列问题，易于规模化实施和应用。
本具体实施方式能提高系统的稳定性与可靠性，耗能小，体积小，成本低，易于规模化实施和应用。
Claims (4)
1.一种电池管理系统的功率管驱动电路，其特征在于，所述功率管驱动电路包含升压电路S1、蓄电池B1、蓄电池B2、蓄电池B3、功率管开关D1、功率管开关D2、功率管开关D3、光电耦合器S1T1、光电耦合器S1T2、光电耦合器S1T3、处理器CPU、汇流母线；所述的功率管开关D1至D3均为两个功率管源极对应连接，驱动栅极对应连接，在源极与驱动栅极之间并联有电阻，电流流经该电阻时产生电压，可以开启功率管；升压电路S1的正输出端分别与光电耦合器S1T3的电源端、光电耦合器S1T2的电源端、光电耦合器S1T1的电源端相连，处理器CPU分别与光电耦合器S1T1的输入端、光电耦合器S1T2的输入端、光电耦合器S1T3的输入端的相连，光电耦合器S1T1的接地端、光电耦合器S1T2的接地端、光电耦合器S1T3的接地端分别接地，光电耦合器S1T3的输出端与功率管开关D3的驱动栅极相连，功率管开关D3的一个漏极与汇流母线L相连，光电耦合器S1T2的输出端与功率管开关D2的驱动栅极相连，功率管开关D2的一个漏极与汇流母线N相连，光电耦合器S1T1的输出端与功率管开关D1的驱动栅极相连，功率管开关D1的一个漏极与汇流母线L相连，功率管开关D1的另一个漏极分别与升压电路S1的负输入端、蓄电池B1的负极相连，蓄电池B1的正极分别与功率管开关D2的另一个漏极、蓄电池B2的负极相连，蓄电池B2的正极分别与功率管开关D3的另一个漏极、蓄电池B3的负极相连，蓄电池B3的正极与升压电路S1的正输入端相连。
2.根据权利要求1所述的功率管驱动电路，其特征在于，所述升压电路是工作在恒压和恒流状态的直流变换电源；功率管开关为工作双向电流流动模式的开关半导体组件。
3.根据权利要求1所述的功率管驱动电路，其特征在于，所述蓄电池B1、蓄电池B2、蓄电池B3组成电池组。
4.根据权利要求1所述的功率管驱动电路，其特征在于，所述的处理器CPU设有嵌入式软件，嵌入式软件判断所需要打开的功率管开关，处理器CPU根据嵌入式软件的判断结果，给出控制信号，开启升压电路，并控制光电耦合器S1T1、S1T2、S1T3，驱动对应的功率管开关导通。
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