CN109149727A - 一种电池管理的限流系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电池管理的限流系统及方法。包括：充电机和锂电池组，电流采集电路、电压采集电路、电池管理系统BMS主控板、光电隔离驱动电路、MOS开关管、限流电感；电流采集电路的输入端与锂电池组的负端相连，电压采集电路的输入端与锂电池的正端相连，电流采集电路的输出端和电压采集电路的输出端均与BMS主控板的输入端相连；BMS主控板的输出端与光电隔离驱动电路的输入端相连，光电隔离驱动电路的控制端与MOS开关管的受控端相连，MOS开关管的一端的与充电机的负端相连，MOS开关管的另一端与限流电感的一端相连，限流电感的另一端与锂电池组的负端相连。本发明实施例提供的电池管理的限流系统，可以降低电路面积、功耗及成本。

Description

一种电池管理的限流系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种电池管理的限流系统及方法。

背景技术

通信基站中通常安装有备用电池组，电池管理系统(Battery ManagementSystem，BMS)在充电过程中，需要采用限流模块进行限流，以防止电流过大或过充电对电池造成损坏。

现有技术中，在BMS控制主板上，外加一块独立的限流板或者限流模块以实现限流的作用。独立的限流模块中包括电源管理控制芯片、电流电压采集电路及辅助电源等，使得整个电池管理系统的控制电路复杂、占用面积大，而且独立的限流模块不仅增加成本，而且成本高。

发明内容

本发明实施例提供了一种电池管理的限流系统及方法，以实现电池管理中的限流，可以降低电路面积、功耗及成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种电池管理的限流系统，包括充电机和锂电池组，还包括：电流采集电路、电压采集电路、电池管理系统BMS主控板、光电隔离驱动电路、MOS开关管、限流电感；

所述电流采集电路的输入端与所述锂电池组的负端相连，所述电压采集电路的输入端与所述锂电池的正端相连，所述电流采集电路的输出端和所述电压采集电路的输出端均与所述BMS主控板的输入端相连；所述BMS主控板的输出端与所述光电隔离驱动电路的输入端相连，所述光电隔离驱动电路的控制端与所述MOS开关管的受控端相连，所述MOS开关管的一端的与所述充电机的负端相连，所述MOS开关管的另一端与所述限流电感的一端相连，所述限流电感的另一端与所述锂电池组的负端相连；

所述电流采集电路采集所述锂电池组的充电电流，并将所述充电电流发送至所述BMS主控板；所述电压采集电路采集所述锂电池组的充电电压，并将所述充电电压发送至所述BMS主控板；所述BMS主控板根据所述充电电流和/或所述充电电压生成脉冲宽度调制PWM信号，并将所述PWM信号发送至所述光电隔离驱动电路；所述光电隔离驱动电路放大所述PWM信号，并根据所述PWM信号确定所述MOS开关管的开和关。

进一步地，所述电流采集电路包括测流电阻和运算放大器；

所述测流电阻的一端分别与所述限流电感的另一端、所述运算放大器的第一输入端相连；所述测流电阻的另一端分别与所述锂电池组的负端、所述运算放大器的第二输入端相连；所述运算放大器的输出端与所述BMS主控板的输入端相连。

进一步地，所述电压采集电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容；

所述第一电阻的一端与所述锂电池组的正端相连，所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的一端和所述第一电容的一端均与所述BMS控制板的输入端相连；所述第二电阻的另一端和所述第一电容的另一端均与所述锂电池组的负端相连。

进一步地，所述电压采集电路还包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻和第二电容；

所述第三电阻的一端与所述充电机的负端相连，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端相连；所述第四电阻的另一端与所述锂电池组的负端相连；所述第五电阻的一端与所述第三电阻的另一端相连，所述第五电阻的另一端与补偿端相连；所述第二电容的一端与所述第五电阻的一端相连，所述第二电容的另一端与所述锂电池组的负端相连；所述第三电阻的另一端与所述电压采集电路的输入端相连。

进一步地，所述光电隔离驱动电路包括高速光耦模块、整形模块和MOS驱动模块；

所述高速光耦模块的输入端与所述BMS主控板的输出端相连，所述高速光耦模块的输出端与所述整形模块的输入端相连，所述整形模块的输出端与所述MOS驱动模块的输入端相连，所述MOS驱动模块的控制端与所述MOS开关管的受控端相连。

进一步地，还包括第一滤波电容、续流二极管和第二滤波电容；

所述第一滤波电容的一端与所述充电机的正端相连，所述第一滤波电容的另一端与所述充电机的负端及所述MOS开关管的一端相连；所述续流二极管的一端与所述充电机的正端相连，所述续流二极管的另一端与所述MOS开关管的另一端相连；所述第二滤波电容的一端与所述充电机的正端相连，所述第二滤波电容的另一端与所述限流电感的另一端相连。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电池管理的限流方法，其特征在于，所述方法由本发明实施例所述的限流系统执行，包括：

采集锂电池组的当前的充电电流和充电电压；

根据所述充电电流和/或所述充电电压确定PWM值；

根据所述PWM值对所述锂电池组进行限流调节。

进一步地，所述根据所述充电电流和/或所述充电电压确定PWM值，包括：

判断所述充电电压是否大于目标充电电压值；

若大于，则判断所述充电电流是否大于目标充电电流值；

若大于目标充电电流值，则根据所述充电电流和所述目标充电电流值计算电流偏差，并根据所述电流偏差计算PWM值；

若小于目标充电电流值，则根据所述充电电压和所述目标充电电压计算电压偏差，并根据所述电压偏差计算PWM值。

进一步地，在判断所述充电电压是否大于目标充电电压值之后，还包括：

若小于目标充电电流值，则根据所述充电电流和所述目标充电电流值计算电流偏差，并根据所述电流偏差计算PWM值。：

本发明实施例提供的电池管理的限流系统，包括充电机和锂电池组，还包括：电流采集电路、电压采集电路、电池管理系统BMS主控板、光电隔离驱动电路、MOS开关管、限流电感。电流采集电路的输入端与锂电池组的负端相连，电压采集电路的输入端与锂电池的正端相连，电流采集电路的输出端和电压采集电路的输出端均与BMS主控板的输入端相连。BMS主控板的输出端与光电隔离驱动电路的输入端相连，光电隔离驱动电路的控制端与MOS开关管的受控端相连，MOS开关管的一端的与充电机的负端相连，MOS开关管的另一端与限流电感的一端相连，限流电感的另一端与锂电池组的负端相连。本发明实施例提供的电池管理的限流系统，简化了系统电路复杂性，可以降低电路面积、功耗及成本。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种电池管理的限流系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一中的一种电池管理的限流系统的结构示意图；

图3是本发明实施例一中的一种电压采集电路的结构示意图；

图4是本发明实施例一中的一种光电隔离驱动电路的结构示意图；

图5是本发明实施例一中的一种电池管理的限流系统的结构示意图；

图6a是本发明实施例二中的一种电池管理的限流方法的流程图；

图6b是本发明实施例二中的一种电池管理的限流方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种电池管理的限流系统的结构示意图，本实施例可适用于锂电池组充电过程中进行限流的情况，如图1所示，该限流系统包括充电机110和锂电池组120，还包括：电流采集电路130、电压采集电路140、电池管理系统BMS主控板150、光电隔离驱动电路160、MOS开关管170、限流电感180。

电流采集电路130的输入端与锂电池组120的负端相连，电压采集电路140的输入端与锂电池组120的正端相连，电流采集电路130的输出端和电压采集电路140的输出端均与BMS主控板150的输入端相连。BMS主控板150的输出端与光电隔离驱动电路160的输入端相连，光电隔离驱动电路160的控制端与MOS开关管170的受控端相连，MOS开关管170的一端的与充电机110的负端相连，MOS开关管170的另一端与限流电感180的一端相连，限流电感180的另一端与锂电池组120的负端相连。

电流采集电路130采集锂电池组120的充电电流，并将充电电流发送至BMS主控板150。电压采集电路140采集锂电池组120的充电电压，并将充电电压发送至BMS主控板150。BMS主控板150根据充电电流和/或充电电压生成脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号，并将PWM信号发送至光电隔离驱动电路160；光电隔离驱动电路160放大PWM信号，并根据PWM信号确定MOS开关管170的开和关。

其中，BMS主控板150是限流系统中的核心控制芯片，主要完成锂电池组的短路、过流、过压、温度保护功能以及对电池电流、电压的监控功能。BMS主控板150具有高速模拟采集功能，可以快速处理采集到的电流和电压，并对电流环路进行控制计算。BMS主控板150根据充电电流和/或充电电压生成PWM信号，并输出PWM信号至光电隔离驱动电路160。光电隔离驱动电路160根据PWM信号控制MOS开关管的开关，从而调节充电电流大小和充电电压高低，可灵活连续地调节充电限流点和充电电压。

可选的，图2为本发明实施例一提供的一种电池管理的限流系统的结构示意图，如图2所示，电流采集电路130包括测流电阻和运算放大器；测流电阻的一端分别与限流电感180的另一端、运算放大器的第一输入端相连；测流电阻的另一端分别与锂电池组120的负端、运算放大器的第二输入端相连；运算放大器的输出端与BMS主控板150的输入端相连。

可选的，图3是本发明实施例一提供的一种电压采集电路的结构示意图。如图3所示，电压采集电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容。第一电阻的一端与锂电池组的正端相连，第一电阻的另一端、第二电阻的一端和第一电容的一端均与BMS控制板的输入端相连；第二电阻的另一端和第一电容的另一端均与锂电池组的负端相连。

可选的，电压采集电路还包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻和第二电容。第三电阻的一端与充电机的负端相连，第三电阻的另一端与第四电阻的一端相连；第四电阻的另一端与锂电池组的负端相连；第五电阻的一端与第三电阻的另一端相连，第五电阻的另一端与补偿端相连；第二电容的一端与第五电阻的一端相连，第二电容的另一端与锂电池组的负端相连；第三电阻的另一端与电压采集电路的输入端相连。

可选的，光电隔离驱动电路包括高速光耦模块、整形模块和MOS驱动模块。高速光耦模块的输入端与BMS主控板的输出端相连，高速光耦模块的输出端与整形模块的输入端相连，整形模块的输出端与MOS驱动模块的输入端相连，MOS驱动模块的控制端与MOS开关管的受控端相连。

示例性的，图4是本发明实施例一提供的一种光电隔离驱动电路的结构示意图，如图4所示，光电隔离驱动电路通过限流BUCK驱动，PWM信号依次经过高速光耦芯片、整形芯片和MOS驱动芯片实现对PWM信号的驱动。

可选的，图5为本发明实施例一提供的一种电池管理的限流系统的结构示意图，如图5所示，还包括第一滤波电容、续流二极管和第二滤波电容。所述第一滤波电容的一端与所述充电机的正端相连，所述第一滤波电容的另一端与所述充电机的负端及所述MOS开关管的一端相连；所述续流二极管的一端与所述充电机的正端相连，所述续流二极管的另一端与所述MOS开关管的另一端相连；所述第二滤波电容的一端与所述充电机的正端相连，所述第二滤波电容的另一端与所述限流电感的另一端相连。

本发明实施例提供的电池管理的限流系统，包括充电机和锂电池组，还包括：电流采集电路、电压采集电路、电池管理系统BMS主控板、光电隔离驱动电路、MOS开关管、限流电感。电流采集电路的输入端与锂电池组的负端相连，电压采集电路的输入端与锂电池的正端相连，电流采集电路的输出端和电压采集电路的输出端均与BMS主控板的输入端相连。BMS主控板的输出端与光电隔离驱动电路的输入端相连，光电隔离驱动电路的控制端与MOS开关管的受控端相连，MOS开关管的一端的与充电机的负端相连，MOS开关管的另一端与限流电感的一端相连，限流电感的另一端与锂电池组的负端相连。本发明实施例提供的电池管理的限流系统，简化了系统电路复杂性，可以降低电路面积、功耗及成本。

实施例二

图6a为本发明实施例二提供的一种电池管理的限流方法的流程图，如图6a所示，该方法包括如下步骤：

步骤210，采集锂电池组的当前的充电电流和充电电压。

具体的，锂电池组在充电过程中，通过电流采集电路获取锂电池组当前的充电电流，通过电压采集电路获取锂电池组当前的充电电压。

步骤220，根据充电电流和/或充电电压确定PWM值。

具体的，根据充电电流和/或充电电压确定PWM值，可通过下述方式实施：判断充电电压是否大于目标充电电压值；若大于，则判断充电电流是否大于目标充电电流值；若大于目标充电电流值，则根据充电电流和目标充电电流值计算电流偏差，并根据电流偏差计算PWM值；若小于目标充电电流值，则根据充电电压和目标充电电压计算电压偏差，并根据电压偏差计算PWM值。

在判断充电电压是否大于目标充电电压值之后，还包括如下步骤：若小于目标充电电流值，则根据充电电流和目标充电电流值计算电流偏差，并根据电流偏差计算PWM值。

步骤230，根据PWM值对锂电池组进行限流调节。

在获得PWM值后，根据PWM值对锂电池进行电流调节。

图6b为本发明实施例二提供的一种电池管理的限流方法的流程图，作为对上述实施例的进一步解释，如图6b所示，该方法包括如下步骤：

步骤310，对电池端电压、电流进行采样。

步骤320，判断电池电压是否大于目标充电电压，若大于，则执行步骤330，若不大于，则执行步骤360。

步骤330，判断电流是否大于目标充电电流，若大于，则执行步骤360，若不大于，则执行步骤340。

步骤340，计算电压偏差值。

步骤350，通过电压PID运算PWM值。

步骤360，计算电流偏差。

步骤370，通过电流PID运算PWM值。

步骤380，根据PWM值对锂电池组进行限流调节。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种电池管理的限流系统，包括充电机和锂电池组，其特征在于，还包括：电流采集电路、电压采集电路、电池管理系统BMS主控板、光电隔离驱动电路、MOS开关管、限流电感；

所述电流采集电路的输入端与所述锂电池组的负端相连，所述电压采集电路的输入端与所述锂电池的正端相连，所述电流采集电路的输出端和所述电压采集电路的输出端均与所述BMS主控板的输入端相连；所述BMS主控板的输出端与所述光电隔离驱动电路的输入端相连，所述光电隔离驱动电路的控制端与所述MOS开关管的受控端相连，所述MOS开关管的一端的与所述充电机的负端相连，所述MOS开关管的另一端与所述限流电感的一端相连，所述限流电感的另一端与所述锂电池组的负端相连；

所述电流采集电路采集所述锂电池组的充电电流，并将所述充电电流发送至所述BMS主控板；所述电压采集电路采集所述锂电池组的充电电压，并将所述充电电压发送至所述BMS主控板；所述BMS主控板根据所述充电电流和/或所述充电电压生成脉冲宽度调制PWM信号，并将所述PWM信号发送至所述光电隔离驱动电路；所述光电隔离驱动电路放大所述PWM信号，并根据所述PWM信号确定所述MOS开关管的开和关。

2.根据权利要求1所述的限流系统，其特征在于，所述电流采集电路包括测流电阻和运算放大器；

所述测流电阻的一端分别与所述限流电感的另一端、所述运算放大器的第一输入端相连；所述测流电阻的另一端分别与所述锂电池组的负端、所述运算放大器的第二输入端相连；所述运算放大器的输出端与所述BMS主控板的输入端相连。

3.根据权利要求1所述的限流系统，其特征在于，所述电压采集电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容；

所述第一电阻的一端与所述锂电池组的正端相连，所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的一端和所述第一电容的一端均与所述BMS控制板的输入端相连；所述第二电阻的另一端和所述第一电容的另一端均与所述锂电池组的负端相连。

4.根据权利要求3所述的限流系统，其特征在于，所述电压采集电路还包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻和第二电容；

所述第三电阻的一端与所述充电机的负端相连，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端相连；所述第四电阻的另一端与所述锂电池组的负端相连；所述第五电阻的一端与所述第三电阻的另一端相连，所述第五电阻的另一端与补偿端相连；所述第二电容的一端与所述第五电阻的一端相连，所述第二电容的另一端与所述锂电池组的负端相连；所述第三电阻的另一端与所述电压采集电路的输入端相连。

5.根据权利要求1所述的限流系统，其特征在于，所述光电隔离驱动电路包括高速光耦模块、整形模块和MOS驱动模块；

所述高速光耦模块的输入端与所述BMS主控板的输出端相连，所述高速光耦模块的输出端与所述整形模块的输入端相连，所述整形模块的输出端与所述MOS驱动模块的输入端相连，所述MOS驱动模块的控制端与所述MOS开关管的受控端相连。

6.根据权利要求1所述的限流系统，其特征在于，还包括第一滤波电容、续流二极管和第二滤波电容；

所述第一滤波电容的一端与所述充电机的正端相连，所述第一滤波电容的另一端与所述充电机的负端及所述MOS开关管的一端相连；所述续流二极管的一端与所述充电机的正端相连，所述续流二极管的另一端与所述MOS开关管的另一端相连；所述第二滤波电容的一端与所述充电机的正端相连，所述第二滤波电容的另一端与所述限流电感的另一端相连。

7.一种电池管理的限流方法，其特征在于，所述方法由权利要求1-6任一所述的限流系统执行，包括：

采集锂电池组的当前的充电电流和充电电压；

根据所述充电电流和/或所述充电电压确定PWM值；

根据所述PWM值对所述锂电池组进行限流调节。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述充电电流和/或所述充电电压确定PWM值，包括：

判断所述充电电压是否大于目标充电电压值；

若大于，则判断所述充电电流是否大于目标充电电流值；

若大于目标充电电流值，则根据所述充电电流和所述目标充电电流值计算电流偏差，并根据所述电流偏差计算PWM值；

若小于目标充电电流值，则根据所述充电电压和所述目标充电电压计算电压偏差，并根据所述电压偏差计算PWM值。

9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，在判断所述充电电压是否大于目标充电电压值之后，还包括：

若小于目标充电电流值，则根据所述充电电流和所述目标充电电流值计算电流偏差，并根据所述电流偏差计算PWM值。