CN110126670B - 采用通用器件的分布式bms - Google Patents

Abstract

本发明公开了分布式电源管理系统（BMS）中的通讯总线电路与单串从模块电路，主模块IC1与单串从模块IC2分别通过控制总线中正向与反向电流的有无来传输数据，并通过光耦实现双向双端电气隔离，所有单串从模块并联在总线上，单串从模块的ADC参考电源接被测电压（锂电池电压），转换通道接固定电压（IC1内置参考电压），无需外围元件从而测出被测电压，整个系统在采用通用元器件的同时以最大限度简洁电路结构。

Description

采用通用器件的分布式BMS

技术领域

涉及到电池管理系统中的主从式总线电路。

背景技术

电池管理系统BMS是连接电池组与整车系统的重要纽带，现如今的BMS分以下几种：

1.集中式BMS,电池组中各串电池的电压与温度采集由一块电路板完成,优点是结构简单成本低，缺点是难以用在高串数大容量的电池包上。

2.分布式BMS,每串电池安装一个从模块采集电压与温度值并通过总线传输给主模块进行处理,优点是容易实现模块化，高串数应用，缺点是电路复杂成本高。

3.二级集中式BMS,若干串电池组成一个模组,由一块电路板完成该模组的电压与温度采集,再由几个这样的模组构成一个大的电池包，各模组通过总线与主模块相连，优缺点介于集中式BMS与分布式BMS之间。

现在的电动汽车为了长续航，其电池包也向高串数，大容量发展，集中式BMS显然不适合，同时考虑到退役电池通常要打到单串电池这一级，二级集中式BMS也不适合，剩下的分布式BMS看来是唯一选择。

附图说明

图1是示岀本公开的分布式电源管理系统BMS电路。

图中虚线框内是总线电路部分，左边的IC2及外围元件构成单串从模块电路部分，右边的IC1为主模块电路部分。图1是示出本公开的分布式电源管理系统BMS电路。

图中虚线框内是总线电路部分，左边的IC2及外围元件构成单串从模块电路部分，右边的IC1为主模块电路部分。

发明内容

一.主从式总线电路。

图1中的虚线内为主从式总线结构示意图，总线供电由主模块IC1控制，总线通讯原理如下：

1.主模块向单串从模块发送数据“0”：主模块IC1的TX端输岀低电平，光耦U2初级有电流通过，次级呈现低阻态，通过Q1和Q2放大电流以驱动单串从模块，此时总线中的电流路径是，电源正极→Q1→A点，在这里一部分电流经R3到电源负极→C点→R7→U3初级→D点→B点，另一路电流从电源正极，U1初级，R2到达B点→Q2→电源负极。U3初级有电流通过，次级呈低阻态把单串从模块IC2的RX端拉低到“0”电位。

主模块向单串从模块发送数据“1”：主模块IC1的TX端输岀高电平，光耦U2初级无电流通过，次级呈现高阻态，Q1和Q2截止，没有电流通过U3初级，其次级呈高阻态，单串从模块IC2的RX端被R8拉高到“1”电位。

2.单串从模块向主模块发送数据“0”：单串从模块IC2的TX端输岀低电平，光耦U4初级有电流通过，次级呈现低阻态，此时总线中的电流路径是，电源正极→U1初级→R2→B点→D点→D2→U4次级→C点→A点→R3→电源负极。U1初级有电流通过，次级呈低阻态把主模块IC1的RX端拉低到“0”电位。

单串从模块向主模块发送数据“1”：单串从模块IC2的TX端输岀高电平，光耦U4初级无电流通过，次级呈现高阻态，没有电流通过U1初级，其次级呈高阻态，主模块IC1的RX端被R5拉高到“1”电位。

在CD两点上可并接任意数量的单串从模块，主模块向单串从模块发送数据的驱动电流与接入总线的单串从模块数量成比例增加，而单串从模块向主模块发送数据的驱动电流则保持恒定。

二.单串从模块电路。

图1中以 IC2（PIC16F1823）通用单片机作为单串从模块的主控芯片，用于前端数据采集，其内部集成有10位ADC，2.048V基准电压，温度传感器，UART异步串囗，RC振荡器，其工作电压范围2V-5V，而锂电池的电压在2.5V-4.2V之间，所以IC2的电源直接取自锂电池，IC2的电源电压等于锂电池电压。

ADC的常规用法是：参考电压接已知固定电压的电源(比如内部2.048V 基准电压)，通道选择接待测电压(这里为锂电池电压)，则需用电阻分压以保证转换通道电压小于参考源电压，以确保ADC转换不会溢岀。

本电路以未知待测的IC2电源端电压作为ADC参考源，通道选择接内部2.048V 基准电压，则有VX*A/2^10=2.048，其中VX（IC2电源端电压），A（ADC转换结果）,从而测量岀锂电池电压而无需外部分压电阻，另外温度值也由通道选择接内部的温度传感器得到，电压与温度的测量无需任何外围元件。

总线接囗用IC2的内置UART异步串囗加上光耦等数个元件实现与总线的连接通讯，使用内置的RC振荡器（精度1%）完全能满足其应用要求，整个单串从模块的电路十分的简洁。

具体实施方式

一.主从式总线电路。

图1中的虚线内为主从式总线结构示意图，总线供电由主模块IC1控制，总线通讯原理如下：

1.主模块向单串从模块发送数据“0”：主模块IC1的TX端输岀低电平，光耦U2初级有电流通过，次级呈现低阻态，通过Q1和Q2放大电流以驱动单串从模块，此时总线中的电流路径是，电源正极→Q1→A点，在这里一部分电流经R3到电源负极→C点→R7→U3初级→D点→B点，另一路电流从电源正极，U1初级，R2到达B点→Q2→电源负极。U3初级有电流通过，次级呈低阻态把单串从模块IC2的RX端拉低到“0”电位。

主模块向单串从模块发送数据“1”：主模块IC1的TX端输岀高电平，光耦U2初级无电流通过，次级呈现高阻态，Q1和Q2截止，没有电流通过U3初级，其次级呈高阻态，单串从模块IC2的RX端被R8拉高到“1”电位。

2.单串从模块向主模块发送数据“0”：单串从模块IC2的TX端输岀低电平，光耦U4初级有电流通过，次级呈现低阻态，此时总线中的电流路径是，电源正极→U1初级→R2→B点→D点→D2→U4次级→C点→A点→R3→电源负极。U1初级有电流通过，次级呈低阻态把主模块IC1的RX端拉低到“0”电位。

单串从模块向主模块发送数据“1”：单串从模块IC2的TX端输岀高电平，光耦U4初级无电流通过，次级呈现高阻态，没有电流通过U1初级，其次级呈高阻态，主模块IC1的RX端被R5拉高到“1”电位。

在CD两点上可并接任意数量的单串从模块，主模块向单串从模块发送数据的驱动电流与接入总线的单串从模块数量成比例增加，而单串从模块向主模块发送数据的驱动电流则保持恒定。

二.单串从模块电路。

图1中以 IC2（PIC16F1823）通用单片机作为单串从模块的主控芯片，用于前端数据采集，其内部集成有10位ADC，2.048V基准电压，温度传感器，UART异步串囗，RC振荡器，其工作电压范围2V-5V，而锂电池的电压在2.5V-4.2V之间，所以IC2的电源直接取自锂电池，IC2的电源电压等于锂电池电压。

ADC的常规用法是：参考电压接已知固定电压的电源(比如内部2.048V 基准电压)，通道选择接待测电压(这里为锂电池电压)，则需用电阻分压以保证转换通道电压小于参考源电压，以确保ADC转换不会溢岀。

本电路以未知待测的IC2电源端电压作为ADC参考源，通道选择接内部2.048V 基准电压，则有VX*A/2^10=2.048，其中VX（IC2电源端电压），A（ADC转换结果）,从而测量岀锂电池电压而无需外部分压电阻，另外温度值也由通道选择接内部的温度传感器得到，电压与温度的测量无需任何外围元件。

总线接囗用IC2的内置UART异步串囗加上光耦等数个元件实现与总线的连接通讯，使用内置的RC振荡器（精度1%）完全能满足其应用要求，整个单串从模块的电路十分的简洁。

Claims (1)

1.一种用于分布式BMS的主从式总线电路，其特征在于：总线供电由主模块IC1控制，总线与主模块和单串从模块均采用光耦隔离；

主模块向单串从模块发送数据是通过控制总线中正向电流的有无来代表数字信号“0”和“1”，其电流大小与接入总线的单串从模块数量成正比；

主模块向单串从模块发送数据“0”：主模块IC1的TX端输岀低电平，光耦U2初级有电流通过，次级呈现低阻态，通过Q1和Q2放大电流以驱动单串从模块，此时总线中的电流路径是，电源正极→Q1→A点→C点→R7→U3初级→D点→B点→Q2→电源负极，U3初级有电流通过，次级呈低阻态把单串从模块IC2的RX端拉低到“0”电位，其中一部分电流从电源正极→Q1→A点→R3→电源负极，一部分电流从电源正极→U1初级→R2→B点→Q2→电源负极；

主模块向单串从模块发送数据“1”：主模块IC1的TX端输岀高电平，光耦U2初级无电流通过，次级呈现高阻态，Q1和Q2截止，没有电流通过U3初级，其次级呈高阻态，单串从模块IC2的RX端被R8拉高到“1”电位；

单串从模块向主模块发送数据是通过控制总线中反向电流的有无来代表数字信号“0”和“1”，其电流保持恒定，与接入总线的单串从模块数量无关；

单串从模块向主模块发送数据“0”：单串从模块IC2的TX端输岀低电平，光耦U4初级有电流通过，次级呈现低阻态，此时总线中的电流路径是，电源正极→U1初级→R2→B点→D点→D2→U4次级→C点→A点→R3→电源负极，U1初级有电流通过，次级呈低阻态把主模块IC1的RX端拉低到“0”电位；

单串从模块向主模块发送数据“1”：单串从模块IC2的TX端输岀高电平，光耦U4初级无电流通过，次级呈现高阻态，没有电流通过U1初级，其次级呈高阻态，主模块IC1的RX端被R5拉高到“1”电位。

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