CN110077275B - 一种储能电池管理系统的从机控制电路 - Google Patents

一种储能电池管理系统的从机控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及BMS控制技术领域，尤其涉及一种储能BMS的从机控制电路，从机之间互相并联；从机控制电路包括：每个从机的电源端分别连接一个电池组；以及分别设置于每个从机内的控制子电路；每个控制子电路包括：启停单元，启停单元的输入端作为从机的输入端，启停单元的电源端作为从机的电源端，主机用于给启停单元提供启停信号，以供启停单元对从机进行控制；供电单元，供电单元是输入端连接启停单元的输出端；启停单元中包括一隔离元件。有益效果：每个从机的启停单元通过一隔离元件与外界电气隔离；启停单元输出直接作用于供电单元，在非工作状态下，杜绝了从机对电池组能量的消耗，更加节能；从机之间互不干扰，使整个BMS系统更加稳定。

Description

一种储能电池管理系统的从机控制电路
技术领域
本发明涉及电池管理系统控制技术领域，尤其涉及一种储能电池管理系统的从机控制电路。
背景技术
电池管理系统(Battery Management System，简称BMS)目前主要用于电动汽车领域。主流的BMS设备多采用主从式架构，即N个BMS从机负责监测管理底层各个电池模块，最后汇总给BMS主机统一调度管理。为了减少待机或者非工作状态时的电池能量损耗，BMS从机在非工作状态时，运行在睡眠模式，当检测到BMS主机或者其他外部唤醒信号时，进入正常工作状态。
现有技术中从机控制电路还存在下述问题。第一，从机控制电路缺乏电气隔离功能，当需要驱动多个从机时，会造成主机与多个从机之间的地短接，不能直接用于主从式BMS架构或者对隔离有更高要求的储能BMS领域；第二，储能BMS设备供电完全来自所管理的电池，在长时间待机或者停机状态下，BMS对电池能量的损耗较大；第三，现有技术中的从机控制电路常采用串联线路带来了稳定性问题，当串联线路中的某个元器件(比如三极管、二极管、电阻等)失效时，不仅造成本级的BMS唤醒电路失效，而且造成本级之后的所有串联线路上的BMS唤醒电路失效。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种储能电池管理系统的从机控制电路。
具体技术方案如下：
本发明包括一种储能电池管理系统的从机控制电路，所述储能电池管理系统包括一个主机以及多个受控于所述主机的从机，所述主机的输出端通过信号输出线路分别连接每个所述从机的输入端，且所述从机之间互相并联；
所述从机控制电路包括：
多个电池组，每个所述从机的电源端分别连接一个所述电池组，所述电池组之间串联连接；以及
分别设置于每个所述从机内的控制子电路；
每个所述控制子电路包括：
启停单元，所述启停单元的输入端作为所述从机的输入端，所述启停单元的电源端作为所述从机的电源端，所述主机用于给所述启停单元提供启停信号，以供所述启停单元对所述从机进行控制；
供电单元，所述供电单元是输入端连接所述启停单元的输出端，所述供电单元用于给所述从机提供稳定的工作电压；
所述启停单元中包括一隔离元件，所述隔离元件用于在所述启停单元与所述信号输出线路之间实现电气隔离。
优选的，每个所述控制子电路还包括：
用电单元，所述用电单元的输入端连接所述供电单元的输出端；
所述启停单元的电源端连接对应的所述电池组的正极，所述用电单元的输出端连接对应的所述电池组的负极；
所述用电单元用于在所述启停单元的控制下工作。
优选的，所述启停单元的输入端包括一正向信号输入端以及一反向信号输入端，所述隔离元件的输入端连接于所述正向信号输入端和所述反向信号输入端之间；
所述启停单元还包括：
一第一电阻，所述第一电阻连接于所述正向信号输入端和所述隔离元件的输入端之间，所述第一电阻用于限制所述隔离元件的输入电流；
一第二电阻，串联于所述隔离元件的输出端与一可控开关的栅极之间；
所述可控开关的源极连接所述电池组的正极，所述可控开关的漏极连接所述启停单元的输出端。
优选的，所述隔离元件为隔离光耦；
所述隔离光耦的输入端的正极通过所述第一电阻接入所述正向信号输入端；
所述隔离光耦的输入端的负极接入所述反向信号输入端；
所述隔离光耦的输出端的集电极接入所述第三电阻；
所述隔离光耦的输出端的发射极接地。
优选的，每个所述启停单元还包括：
一第三电阻，所述第三电阻连接于所述电池组的正极和所述第二电阻之间，用于给所述可控开关提供开启电压。
优选的，每个所述启停单元还包括：
一稳压二极管，所述稳压二极管的正极接入所述第二电阻连接所述可控开关的栅极的一端，所述稳压二极管的负极连接所述电池组的正极，所述稳压二极管用于稳定所述可控开关的源极与所述可控开关的栅极之间的电压。
优选的，所述可控开关为金属氧化物半导体场效应晶体管。
本发明还包括一种储能电池管理系统，所述储能电池管理系统包括一个主机以及多个受控于所述主机的从机，包括如权利要求1-7中任意一项所述的储能电池管理系统的从机控制电路。
本发明技术方案的有益效果在于：
(1)每个从机的启停单元通过一隔离元件与外界电气隔离，使之能运用在主从式一对多的BMS架构中；
(2)从机的启停单元输出直接作用于从机的供电单元，在非工作状态下，杜绝了从机对电池组能量的消耗，更加节能；
(3)多个从机的启停单元的输入端并联连接，使主机对于从机的上电下电控制更加统一和方便；而且各从机之间互不干扰，避免了在串联模式下单个从机损坏造成的整体无法工作的问题，使整个BMS系统更加稳定。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明实施例中的控制子电路的结构示意图；
图2为本发明实施例中的从机控制电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明包括一种储能电池管理系统的从机控制电路，储能电池管理系统中包括一个主机以及多个受控于主机的从机，如图1与图2所示，主机1的输出端通过信号输出线路分别连接每个从机2(图2所示2-1、2-2……2-n)的输入端，从机之间相互并联；
从机控制电路包括：
多个电池组21(图2所示21-1、21-2……21-n)，每个从机的电源端分别连接一个电池组，电池组之间串联连接；以及
分别设置于每个从机内的控制子电路；
每个控制子电路包括：
启停单元20(图2所示20-1、20-2……20-n)，每个启停单元的输入端作为从机的电源端，主机用于给启停单元提供启停信号，以供启停单元对从机进行控制；
供电单元22(图2所示22-1、22-2……22-n)，供电单元是输入端连接启停单元的输出端，供电单元用于给从机提供稳定的工作电压；
启停单元20中包括一隔离元件U，隔离元件U用于在启停单元和信号输出线路之间实现电气隔离；
用电单元23(图2所示23-1、23-2……23-n)，用电单元的输入端连接供电单元的输出端。
启停单元的电源端连接对应的电池组的正极，用电单元的输出端连接对应的电池组的负极；
用电单元用于在启停单元的控制下工作。
需要说明的是，本发明实施例中包括一个主机1与n个从机2(n≥2)，为了便于描述，本说明书中的从机2根据图2从左至右的顺序依次称为第一从机2-1、第二从机2-2、……、第n从机2-n。启停单元20根据图2从左至右的顺序依次称为第一启停单元20-1、第二启停单元20-2、……、第n启停单元20-n。电池组21根据图2从左至右的顺序依次称为第一电池组21-1、第二电池组21-2、……、第n电池组21-n。供电单元22根据图2从左至右的顺序依次称为第一供电单元22-1、第二供电单元22-2、……第n供电单元22-n。用电单元23根据图2从左至右的顺序依次称为第一用电单元23-1、第二用电单元23-2、……第n用电单元23-n。
通过上述技术方案，结合图1与图2所示，每一个从机2的电路都包含一个启停单元20，启停单元20可以是从机电路的一部分，复数个从机2在主机1的启停信号统一控制下，进行上电或者下电。复数个从机2的启停单元输入端并联在一起，并通过隔离元件U相互隔离，各个从机之间互不影响；任意一个从机的启停单元故障都不会影响其它从机的工作。
具体地，在BMS(电池管理系统)开始工作时，BMS的主机1给出用于上电的启动信号，各从机2上的启停单元20将电池组21的电压传导至供电单元22(本实施例中的供电单元为DC/DC供电电路)的输入端，继而从机2上的用电单元23开始工作。当需要进入停机状态时，主机1撤离启动信号，启停单元20将电池组21的电压从供电单元22撤离，随后从机2的用电单元22断电。通过上述技术方案，在非工作状态时，BMS的从机与电池组之间完全断开，实现了电池能量的零损耗。
进一步地，启停单元20也可以独立于从机电路，作为一个单独的启停模块，附加到没有启停单元的从机电路板，或者启停单元20与电池组21结合在一起，组成带有供电输出控制接口的电池模块。
在一种较优的实施例中，如图1所示，每个启停单元20具体包括：
启停单元20的输入端包括一正向信号输入端(图1所示启动信号+)以及一反向信号输入端(图1所示启动信号-)，隔离元件U的输入端连接于正向信号输入端和反向信号输入端之间；
启停单元20还包括：
一第一电阻R1，第一电阻连接于正向信号输入端和隔离元件U的输入端之间，第一电阻用于限制隔离元件的输入电流；
一第二电阻R2，串联于隔离元件U的输出端与一可控开关Q的栅极G之间；
可控开关Q的源极S连接电池组的正极，可控开关Q的漏极D连接启停单元的输出端；
一第三电阻R3，第三电阻R3连接于电池组的正极和第二电阻R2之间，用于给可控开关Q提供开启电压；
一稳压二极管D1，稳压二极管的正极接入第二电阻R2连接可控开关Q的栅极G的一端，稳压二极管的负极连接电池组的正极，稳压二极管用于稳定可控开关的源极S与可控开关的栅极G之间的电压。
具体地，光电耦合器U用于对从机2与信号输出线路进行电气隔离，进一步实现从机与外部设备(外部设备包括主机和其他从机)电气隔离，防止从机与外部设备之间相互干扰；第一电阻R1的作用是防止电流过大损坏光电耦合器U；可控开关Q在栅极与源极之间压降的控制下，将电池组21的电压传导至下一级的供电电路22；第三电阻R3、第二电阻R2用于分压以给可控开关Q提供开启电压；稳压二极管D1将可控开关Q的栅极和源极之间电压稳定在一定范围内，防止电压过大损坏可控开关Q。
进一步地，当BMS的主机1的启动信号施加在光电耦合器U的输入端(U1、U3管脚)时，光电耦合器U的输出端(U4、U6管脚)导通；此时由电池组21的正极、第三电阻R3、第二电阻R2和光电耦合器U的输出端、地电位(电池组21的负极)组成的电压回路导通，第三电阻R3上的压降施加在可控开关Q的栅极和源极之间，使可控开关Q导通，电池组21正极的电压传导至可控开关Q的漏极，输出给后级供电电路22，从机2开始上电工作。类似地，当主机1的启动信号从光电耦合器U的输入端撤离，光电耦合器U的输出端不导通，此时由电池组21的正极、第三电阻R3、第二电阻R2和光电耦合器的输出端、地电位(电池组21的负极)组成的电压回路也不导通，第三电阻R3上无压降，从而可控开关Q不导通，电池组正极与供电电路22处于断开状态。
在一种较优的实施例中，如图1所示，隔离元件U为隔离光耦；
隔离光耦U的输入端的正极U1通过第一电阻R1接入正向信号输入端；
隔离光耦U的输入端的负极U3接入反向信号输入端；
隔离光耦U的输出端的集电极U6接入第二电阻R2；
隔离光耦的输出端的发射极U4接地。
具体地，本实施例中的隔离元件U为光电耦合器，可控开关Q为金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,英文简称MOSFET，中文简称MOS管)。
本发明实施例给出技术方案的有益效果在于：
(1)每个从机的启停单元通过光电耦合器与外界电气隔离，使之能运用在主从式一对多的BMS架构中；
(2)从机的启停单元输出直接作用于从机的供电单元，在非工作状态下，杜绝了从机对电池组能量的消耗，更加节能；
(3)多个从机的启停单元的输入端并联连接，使主机对于从机的上电下电控制更加统一和方便；而且各从机之间互不干扰，避免了在串联模式下单个从机损坏造成的整体无法工作的问题，使整个BMS系统更加稳定。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种储能电池管理系统的从机控制电路，所述储能电池管理系统包括一个主机以及多个受控于所述主机的从机，其特征在于，所述主机的输出端通过信号输出线路分别连接每个所述从机的输入端，且所述从机之间互相并联；
所述从机控制电路包括：
多个电池组，每个所述从机的电源端分别连接一个所述电池组，所述电池组之间串联连接；以及
分别设置于每个所述从机内的控制子电路；
每个所述控制子电路包括：
启停单元，所述启停单元的输入端作为所述从机的输入端，所述启停单元的电源端作为所述从机的电源端，所述主机用于给所述启停单元提供启停信号，以供所述启停单元对所述从机进行控制；
供电单元，所述供电单元是输入端连接所述启停单元的输出端，所述供电单元用于给所述从机提供稳定的工作电压；
所述启停单元中包括一隔离元件，所述隔离元件用于在所述启停单元与所述信号输出线路之间实现电气隔离；
所述启停单元的输入端包括一正向信号输入端以及一反向信号输入端，所述隔离元件的输入端连接于所述正向信号输入端和所述反向信号输入端之间；
所述启停单元还包括：
一第一电阻，所述第一电阻连接于所述正向信号输入端和所述隔离元件的输入端之间，所述第一电阻用于限制所述隔离元件的输入电流；
一第二电阻，串联于所述隔离元件的输出端与一可控开关的栅极之间；
所述可控开关的源极连接所述电池组的正极，所述可控开关的漏极连接所述启停单元的输出端。
2.根据权利要求1所述的储能电池管理系统的从机控制电路，其特征在于，每个所述控制子电路还包括：
用电单元，所述用电单元的输入端连接所述供电单元的输出端；
所述启停单元的电源端连接对应的所述电池组的正极，所述用电单元的输出端连接对应的所述电池组的负极；
所述用电单元用于在所述启停单元的控制下工作。
3.根据权利要求1所述的储能电池管理系统的从机控制电路，其特征在于，每个所述启停单元还包括：
一第三电阻，所述第三电阻连接于所述电池组的正极和所述第二电阻之间，用于给所述可控开关提供开启电压。
4.根据权利要求3所述的从机控制电路，其特征在于，所述隔离元件为隔离光耦；
所述隔离光耦的输入端的正极通过所述第一电阻接入所述正向信号输入端；
所述隔离光耦的输入端的负极接入所述反向信号输入端；
所述隔离光耦的输出端的集电极接入所述第三电阻；
所述隔离光耦的输出端的发射极接地。
5.根据权利要求1所述的从机控制电路，其特征在于，每个所述启停单元还包括：
一稳压二极管，所述稳压二极管的正极接入所述第二电阻连接所述可控开关的栅极的一端，所述稳压二极管的负极连接所述电池组的正极，所述稳压二极管用于稳定所述可控开关的源极与所述可控开关的栅极之间的电压。
6.根据权利要求1所述的从机控制电路，其特征在于，所述可控开关为金属氧化物半导体场效应晶体管。
7.一种储能电池管理系统，所述储能电池管理系统包括一个主机以及多个受控于所述主机的从机，其特征在于，包括如权利要求1-6中任意一项所述的储能电池管理系统的从机控制电路。
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