CN108110828A - 一种大电流bms保护板电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大电流BMS保护板电路，核心电路全隔离设计，弱电部分和强电部分完全分开。可以通过232线或者蓝牙直接更改参数并检查每组电芯的状态。极低功耗的单芯片解决方案，其蓝牙芯片与控制芯片和二为一。通过对蓝牙芯片的外部电路设计，可以方便扩展其他功能。分时平衡技术，可以在电池的各种状态下进行平衡操作，而且温升极低，可靠性高。可以方便的级联，可以使用蓝牙传输方案进行参数调整，用户通过手机软件可以随时更改平衡参数并查看电池信息。本发明的BMS充分考虑了用户的需求，信息交互方便，可靠性高等特点，满足了该领域对锂电池管理的要求，而且可以很方便的扩展，适合于更多领域使用。

Description

一种大电流BMS保护板电路
技术领域
本发明属于大功率锂电池组BMS(电池管理系统)板信设计领域，涉及一种大电流BMS保护板电路，用于机器人、无人遥控车领域所用的大电压、大电流的电池组所用的BMS板。
背景技术
机器人、无人遥控车领域所用的大电压、大电流的电池组所用的BMS板设计领域。这个领域通常使用大电流、高压领域中必须使用的多节并联、多组串联的锂电池组。
电池管理系统(BMS)是电力巡检机器人、电动汽车、大型无人遥控车等系统的中一个越来越重要的关键部分,我国在这方面的研究正在逐步加强。现有的设计方法是采用分立器件，电路复杂、占用PCB面积大、可靠性低，切不易扩展。因此急需一种通用的设计方法，以降低电路复杂度，同时适合于大电流、高电压、电池组数可变的环境中。
传统的BMS板设计的时候通常采用运放、MOS管等分立原件构成，原理复杂，成本高，不易调试、故障率高等缺点。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种大电流BMS保护板电路，该保护板适用于机器人、无人大型遥控车所使用的高压、大电流使用的锂电池组。在此领域使用的这种锂电池，通常都需要进行大电流的充放电，而且对可靠性要求非常高。
技术方案
一种大电流BMS保护板电路，其特征在于包括nrF51822芯片、PCB线条设计蓝牙天线、电压及平衡电路LTC6803芯片、隔离芯片ADUM1201、测量输出电流的ACS758芯片、光隔离芯片SI8441和232接口电路及各芯片偏置电路；nrF51822芯片通过光隔离芯片SI8441与电压及平衡电路LTC6803芯片连接，采用SPI总线通讯，电压及平衡电路LTC6803芯片将采集的各个电芯的电压输出至nrF51822芯片，nrF51822芯片根据平衡需求通过电压及平衡电路LTC6803芯片控制各个电芯的充放电；nrF51822芯片与PCB线条设计蓝牙天线连接，通过蓝牙功能与手机连接；nrF51822芯片通过232通讯线并通过232隔离芯片ADUM1201与上位机相连接，上报电芯的各种信息；nrF51822芯片的第五脚连接电池组的充放电电路，输出PWM信号控制充电器的关断、开通及脉冲充电三个状态；ACS758芯片测量输出电流，转换成电压信号输入nrF51822芯片的A/D引脚。
nrF51822芯片采用I2C总线连接EEPROM芯片AC24C04，将电池平衡参数存储在EEPROM芯片。
所述nrF51822芯片为基于NORDIC蓝牙低功耗的2.4Ghz的nrF51822芯片。
有益效果
本发明提出的一种大电流BMS保护板电路，核心电路全隔离设计，弱电部分和强电部分完全分开。可以通过232线或者蓝牙直接更改参数并检查每组电芯的状态。极低功耗的单芯片解决方案，其蓝牙芯片与控制芯片和二为一。通过对蓝牙芯片的外部电路设计，可以方便扩展其他功能。分时平衡技术，可以在电池的各种状态下进行平衡操作，而且温升极低，可靠性高。可以方便的级联，可以使用蓝牙传输方案进行参数调整，用户通过手机软件可以随时更改平衡参数并查看电池信息。
本发明的BMS充分考虑了用户的需求，信息交互方便，可靠性高等特点，满足了该领域对锂电池管理的要求，而且可以很方便的扩展，适合于更多领域使用。设计中核心低压电路部分和其它高压电路完全隔离，在应用方便、安全、可靠，平衡算法采用分时平衡技术，这些技术的采用是BMS设计领域的一个创新。
本发明的有益效果是：
1、采用单颗主芯片设计，主芯片集成了蓝牙功能，集成度更高，功耗更低，可以方便的提高锂电芯的使用寿命，延长整个电池组的使用时间。
2、集成度高、成本低。
3、全隔离技术安全、可靠。
4、分时平衡，降低温升。
附图说明
图1是本发明与使用环境的交联关系图
图2是本发明电路原理图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
主芯片采用基于NORDIC蓝牙低功耗的2.4Ghz的nrF51822芯片，主芯片外扩多个外围芯片实现多种功能，主芯片外部只需要一个PCB线条设计蓝牙天线就可以实现蓝牙传输功能，芯片上引出1路232接口电路供上层系统传输电池信息使用。
1.电压采集及平衡功能电路
LTC6803及其附属电路实现电压采集及平衡功能，LTC6803芯片负责采集12路电芯的电压及平衡电路，LTC6803芯片采集电压的精度很高，每个电芯实测误差不超过3mV，因此计算电芯总电压的时候可以直接把每个电芯电压加起来，当需要电压平衡时，旁路放电通道也由LTC6803直接控制，旁路放电通道分为内部和外部两部分，导通的时候同时导通，导通电流约为0.1至0.3A。
nrF51822核心芯片首先和LTC6803芯片通讯，采集各个电芯的电压，计算出总电压，当单个电芯电压超过设定值，nrF51822芯片控制LTC6803芯片对超限的电芯进行放电操作，降低该电芯的电压值，当该电芯电压正常后，nrF51822芯片关闭该电芯的放电通道。当总电压超过总电压高限设定值，nrF51822芯片关闭充电继电器；同理，当单个电芯电压低于设定值或者总电压低于总电压设定值，nrF51822芯片关闭放电继电器以保护电芯，防止过放的危险。
2.蓝牙通讯功能
PCB板上面设计PCB天线实现蓝牙传输功能，通过nrF51822的蓝牙功能实现从BMS板与手机等蓝牙设计。
3.供电功能设计
整个BMS的供电是由所有电芯的总电压提供的，电芯总电压先由LT3639芯片转换成3.3V电压，然后通过B0303S芯片转换成隔离的3.3V给整个板卡供电。
4.SPI通讯功能设计
nrF51822芯片与LTC6803芯片的通讯使用了SPI总线，nrF51822通过光隔离芯片SI8441与凌特公司专用的电芯接口芯片LTC6803相连接。这样就实现了电芯端的高压和控制端的完全隔离。
5.232通讯功能设计
nrF51822引出1路232通讯线通过232隔离芯片ADUM1201与上位机相连接，上报电芯的各种信息。
6.数据存储功能
使用I2C总线，把参数存储在EEPROM芯片AC24C04中，可以随时修改电池平衡参数，掉电不丢失。
7.充电器及继电器控制功能
nrF51822芯片的5脚输出PWM信号经放大后控制充电器的关断、开通及脉冲充电三个状态。PWM信号经过Q9，Q10两级进行放大。
nrF51822还控制放电继电器和充电继电器，当电芯电压低于设定的限度时，nrF51822关闭放电继电器，保护电芯不过放，当充电时，电芯电压高于设定值，nrF51822关闭充电继电器，保护电芯不过充。nrF51822芯片的6脚控制Q131，Q131导通时，放电继电器打开，Q131截止时，放电继电器关闭。nrF51822芯片的7脚控制Q132，Q132导通时，充电继电器打开，Q132截止时，充电继电器关闭。
8隔离电流采集功能
采用ACS758芯片进行隔离的测量输出电流。ACS758芯片将电流信号转换成电压信号输入nrF51822芯片的A/D引脚。ACS758的4,5串入电池的输出，4脚接﹢，5脚接-。
软件设计说明
nrF51822芯片属于ARM芯片系列，当上位机和手机与nrF51822芯片通讯时，nrF51822芯片进入相应的中断程序，处理通讯事件，一般情况下，nrF51822芯片进入低功耗模式节省功耗，在低功耗模式下，nrF51822芯片周期性对电芯进行采样，当电芯存在风险时，触发相应的保护动作。
对超限电芯进行放电处理是整个BMS板的核心动作，当充电快充满时，由于需要放电的电芯数目比较多，如果一直放电操作，这个时候LTC6803及相关电路会比较热，为了降低温度，我采取了分时平衡算法，利用电芯电压不能突变，即某个时间段平衡电路开始工作，另个时间段关闭平衡电路，这样既使电芯电压平衡了，而且平衡电路部分温度升高的量很少。

Claims (3)

1.一种大电流BMS保护板电路，其特征在于包括nrF51822芯片、PCB线条设计蓝牙天线、电压及平衡电路LTC6803芯片、隔离芯片ADUM1201、测量输出电流的ACS758芯片、光隔离芯片SI8441和232接口电路及各芯片偏置电路；nrF51822芯片通过光隔离芯片SI8441与电压及平衡电路LTC6803芯片连接，采用SPI总线通讯，电压及平衡电路LTC6803芯片将采集的各个电芯的电压输出至nrF51822芯片，nrF51822芯片根据平衡需求通过电压及平衡电路LTC6803芯片控制各个电芯的充放电；nrF51822芯片与PCB线条设计蓝牙天线连接，通过蓝牙功能与手机连接；nrF51822芯片通过232通讯线并通过232隔离芯片ADUM1201与上位机相连接，上报电芯的各种信息；nrF51822芯片的第五脚连接电池组的充放电电路，输出PWM信号控制充电器的关断、开通及脉冲充电三个状态；ACS758芯片测量输出电流，转换成电压信号输入nrF51822芯片的A/D引脚。
2.根据权利要求1所述大电流BMS保护板电路，其特征在于：nrF51822芯片采用I2C总线连接EEPROM芯片AC24C04，将电池平衡参数存储在EEPROM芯片。
3.根据权利要求1所述大电流BMS保护板电路，其特征在于：所述nrF51822芯片为基于NORDIC蓝牙低功耗的2.4Ghz的nrF51822芯片。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101207276A (zh) * 2006-12-19 2008-06-25 比亚迪股份有限公司 串联锂电池保护系统
CN202995453U (zh) * 2012-12-26 2013-06-12 中国汽车技术研究中心 新能源汽车电池管理采集子系统
CN203180559U (zh) * 2013-02-01 2013-09-04 四川电力科学研究院 一种蓄电池电压平衡装置
EP2538519A3 (en) * 2011-06-15 2015-04-29 Linear Technology Corporation Stackable bi-directional multicell battery balancer
CN106786921A (zh) * 2016-12-29 2017-05-31 昊翔电能运动科技(昆山)有限公司 无线充电装置及系统
CN107301762A (zh) * 2016-04-14 2017-10-27 林赛华 基于智能手环或智能手表的433M/315M/ZigBee无线控制器
CN206697971U (zh) * 2017-04-25 2017-12-01 厦门深蓝动力科技有限公司 一种电动汽车储能移动充电桩及系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101207276A (zh) * 2006-12-19 2008-06-25 比亚迪股份有限公司 串联锂电池保护系统
EP2538519A3 (en) * 2011-06-15 2015-04-29 Linear Technology Corporation Stackable bi-directional multicell battery balancer
CN202995453U (zh) * 2012-12-26 2013-06-12 中国汽车技术研究中心 新能源汽车电池管理采集子系统
CN203180559U (zh) * 2013-02-01 2013-09-04 四川电力科学研究院 一种蓄电池电压平衡装置
CN107301762A (zh) * 2016-04-14 2017-10-27 林赛华 基于智能手环或智能手表的433M/315M/ZigBee无线控制器
CN106786921A (zh) * 2016-12-29 2017-05-31 昊翔电能运动科技(昆山)有限公司 无线充电装置及系统
CN206697971U (zh) * 2017-04-25 2017-12-01 厦门深蓝动力科技有限公司 一种电动汽车储能移动充电桩及系统

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