CN110601144A - 一种bms电流保护信号锁存与复位电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池管理系统技术领域，尤其是指一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，其包括锂电池组、接触器、逆变器、分流器、差分放大电路、双门限比较电路和微控制器MCU，所述BMS电流保护信号锁存与复位电路还包括过流信号锁存与复位电路，所述锂电池组的总正极依次串联接触器、逆变器和分流器后连接到锂电池组的总负极。本发明结构新颖，设计巧妙，利用所述过流信号锁存与复位电路记忆过流保护信号，避免接触器频繁开关，可延续接触器寿命，并减少对其他功率器件的冲击；纯硬件保护电路，响应过流保护信号快，并把保护信号锁存和反馈给微控制器MCU处理，提升BMS系统可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电池管理系统技术领域，尤其是指一种BMS电流保护信号锁存与复位电路。
背景技术
随着锂电池技术不断进步及其电芯成本逐年下降，锂电池在储能行业的应用越来越多。储能系统通常由带BMS的储能锂电池、光伏充电器、逆变器等组成。用户侧的负载变化，逆变器和光伏控制器异常启动或者故障时，都会造成动力回路电流急剧上升，严重时，会烧坏功率器件，引起短路、电池线缆起火等危机人身安全。为提升储能电池的安全性，BMS增加过流、短路保护非常必要。
当前的BMS系统包括锂电池组、接触器、逆变器、分流器、差分放大电路、双门限比较电路和微控制器MCU，多数厂商的BMS过流保护功能，多为软件检测过流信号，经过滤波处理，确认为过流事件后，再发指令控制接触器断开。缺点在于软件检测过流事件存在较长延时，不能迅速关断动力回路。同时，为避免软件失效，通常增加二级硬件过流保护电路，大部分厂商的BMS不具备二级硬件过流保护功能。因为，增加硬件过流保护，需要把过流保护信号进行锁存，不然会出现接触器不停切换的情况；一是会缩短接触器的寿命，二是会产生冲击电流损坏主电路的功率器件。另外，还需要提供解除硬件过流保护的接口，在外部过流故障解除后，才可以自动恢复动力回路输出。当然，也有芯片厂商推出二级保护芯片，但成本很高，不利普及应用。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，结构新颖，设计巧妙，利用所述过流信号锁存与复位电路记忆过流保护信号，避免接触器频繁开关，可延续接触器寿命，并减少对其他功率器件的冲击；纯硬件保护电路，响应过流保护信号快，并把保护信号锁存和反馈给微控制器MCU处理，提升BMS系统可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，包括锂电池组、接触器、逆变器、分流器、差分放大电路、双门限比较电路和微控制器MCU，所述BMS电流保护信号锁存与复位电路还包括过流信号锁存与复位电路，所述锂电池组的总正极依次串联接触器、逆变器和分流器后连接到锂电池组的总负极；所述差分放大电路的输入端与分流器连接，所述差分放大电路的输出端与双门限比较电路的输入端连接，双门限比较电路的输出端与过流信号锁存与复位电路的输入端连接，所述过流信号锁存与复位电路的输出端与微控制器MCU的输入端连接，所述微控制器MCU的输出端与接触器的控制端连接。
其中，所述过流信号锁存与复位电路包括上电复位电路、双与非门锁存电路、MCU复位电路和锁存信号检测与接触器控制电路；所述上电复位电路分别与双与非门锁存电路和MCU复位电路连接，所述MCU复位电路与微控制器MCU连接，所述双与非门锁存电路的输出端与所述锁存信号检测与接触器控制电路的输入端连接，所述锁存信号检测与接触器控制电路的输出端与微控制器MCU连接。
其中，所述上电复位电路包括电阻R3、电阻R4、电容C4和三极管Q1，所述电容C4的一端接电源VDD，电容C4的另一端分别与电阻R3的一端、电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接地，电阻R3的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与双与非门锁存电路连接。
其中，所述双与非门锁存电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、与非门U1A和与非门U1B，电容C1的一端接地，电容C1的另一端分别与电阻R1的一端、与非门U1A的1脚连接，电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电容C2的一端和与非门U1A的8脚均接电源VDD，电容C2的另一端接地，电阻R2的另一端分别与电容C3的一端和与非门U1B的6脚连接，电容C3的另一端接地，与非门U1A的4脚接地，所述与非门U1A的7脚与所述与非门U1B的5脚连接，所述与非门U1A的2脚与所述与非门U1B的3脚连接，所述与非门U1B的3脚与所述锁存信号检测与接触器控制电路的输入端连接。
其中，所述MCU复位电路包括电阻R5、电阻R6、三极管Q2和电容C6，电阻R5的一端与微控制器MCU的RESET端连接，电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端、电容C6的一端和三极管Q2的基极连接，电阻R6的另一端、电容C6的另一端和三极管Q2的发射极均接地，三极管Q2的集电极与所述双与非门锁存电路连接。
其中，所述锁存信号检测与接触器控制电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C5、电容C7、三极管Q3和三极管Q4，所述电阻R7的一端和所述电阻R8的一端均与所述双与非门锁存电路的输出端连接，电阻R7的另一端分别与电容C5的一端、微控制器MCU连接，电容C5的另一端接地，电阻R8的另一端与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极接电源VDD，三极管Q3的集电极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与电容C7的一端、电阻R10的一端和三极管Q4的基极连接，电容C7的另一端、电阻R10的另一端和三极管Q4的发射极均接地，三极管Q4的集电极与接触器的控制脚连接。
其中，所述三极管Q1为NPN三极管。
其中，所述三极管Q2为NPN三极管。
本发明的有益效果：
本发明结构新颖，设计巧妙，利用所述过流信号锁存与复位电路记忆过流保护信号，避免接触器频繁开关，可延续接触器寿命，并减少对其他功率器件的冲击；纯硬件保护电路，响应过流保护信号快，并把保护信号锁存和反馈给微控制器MCU处理，提升BMS系统可靠性。
附图说明
图1为本发明的双与非门锁存电路的真值表图。
图2为本发明的一种BMS电流保护信号锁存与复位电路的原理框图。
图3为本发明的过流信号锁存与复位电路的电路图。
在图1至图3中的附图标记包括：
101—上电复位电路 102—双与非门锁存电路
103—MCU复位电路 104—锁存信号检测与接触器控制电路。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，如图1至图3所示，包括锂电池组、接触器、逆变器、分流器、差分放大电路、双门限比较电路和微控制器MCU，所述BMS电流保护信号锁存与复位电路还包括过流信号锁存与复位电路，所述锂电池组的总正极依次串联接触器、逆变器和分流器后连接到锂电池组的总负极；所述差分放大电路的输入端与分流器连接，所述差分放大电路的输出端与双门限比较电路的输入端连接，双门限比较电路的输出端与过流信号锁存与复位电路的输入端连接，所述过流信号锁存与复位电路的输出端与微控制器MCU的输入端连接，所述微控制器MCU的输出端与接触器的控制端连接。优选地，所述接触器为直流接触器。具体地，本发明结构新颖，设计巧妙，利用所述过流信号锁存与复位电路记忆过流保护信号，避免接触器频繁开关，可延续接触器寿命，并减少对其他功率器件的冲击；纯硬件保护电路，响应过流保护信号快，并把保护信号锁存和反馈给微控制器MCU处理，提升BMS系统可靠性。
本实施例所述的一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，所述过流信号锁存与复位电路包括上电复位电路101、双与非门锁存电路102、MCU复位电路103和锁存信号检测与接触器控制电路104；所述上电复位电路101分别与双与非门锁存电路102和MCU复位电路103连接，所述MCU复位电路103与微控制器MCU连接，所述双与非门锁存电路102的输出端与所述锁存信号检测与接触器控制电路104的输入端连接，所述锁存信号检测与接触器控制电路104的输出端与微控制器MCU连接。具体地，本发明采用双输入与非门芯片搭建的纯硬件电路；以可靠、低成本的方式解决二级硬件过流保护时接触器频繁切换问题，在过流故障消除后，能自动恢复接触器闭合；有了二级硬件过流保护电路，缩短了软件控制过流保护的响应时间，提升了过流时BMS保护可靠性；具备上电复位电路101，可确保锁存电路每次初始状态都输出为高电平，提高电路稳定性。
本实施例所述的一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，所述上电复位电路101包括电阻R3、电阻R4、电容C4和三极管Q1，所述电容C4的一端接电源VDD，电容C4的另一端分别与电阻R3的一端、电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接地，电阻R3的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与双与非门锁存电路102与非门U1B的6脚的连接。具体地，所述上电复位电路101原理是基于微分电路，上电时产生一个尖脉冲，用以触发三极管Q1导通，产生一个低电平信号，该低电平信号用来给予双与非门锁存电路102一个确定的初始状态，解决双与非门锁存电路102初始状态上电时不确定的问题，这样就能避免BMS动力回路的接触器需要闭合时无法闭合的情况。
本实施例所述的一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，所述双与非门锁存电路102包括电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、与非门U1A和与非门U1B，电容C1的一端接地，电容C1的另一端分别与电阻R1的一端、与非门U1A的1脚连接，电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电容C2的一端和与非门U1A的8脚均接电源VDD，电容C2的另一端接地，电阻R2的另一端分别与电容C3的一端和与非门U1B的6脚连接，电容C3的另一端接地，与非门U1A的4脚接地，所述与非门U1A的7脚与所述与非门U1B的5脚连接，所述与非门U1A的2脚与所述与非门U1B的3脚连接，所述与非门U1B的3脚与所述锁存信号检测与接触器控制电路104的输入端连接。具体地，双与非门锁存电路102的真值表参见图1，OC IN为输入，用来检测过流信号的状态，高电平表示正常，低电平表示存在过流；CLR为输入，用来复位双输入与非门输出状态为高电平，CLR受上电复位电路101和MCU复位电路103控制，负脉冲有效。
上电时，上电复位电路101会给CLR一个负脉冲，经过与非门U1B运算后，与非门U1B的3脚输出高电平，锁存信号检测与接触器控制电路104的OC OUT也为高电平，CTR OUT也不会被下拉为低电平，即接触器的控制信号不会被锁住导致接触器需要打开时打不开。
上电完成后，因为电阻R2上拉作用使得CLR为高电平，微控制器MCU初始化RESET为低电平不变，若OC IN为高电平，即无过流情况，则OC OUT保持为高电平状态。当有过流情况时，OC IN变为低电平，经过与非门U1A构成的锁存电路，使得OC OUT保持为低电平，同时CTROUT也会被拉低，从而触发接触器断开，启动保护作用，且不会出现接触器频繁切换的情况。
当BMS检测到外部过流故障消除后，需要恢复接触器闭合状态时，微控制器MCU可以通过RESET脚发出一个正脉冲信号，从而可以将OC OUT重置为高电平，可断开锁存电路对接触器的锁存控制。
本实施例所述的一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，所述MCU复位电路103包括电阻R5、电阻R6、三极管Q2和电容C6，电阻R5的一端与微控制器MCU的RESET端连接，电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端、电容C6的一端和三极管Q2的基极连接，电阻R6的另一端、电容C6的另一端和三极管Q2的发射极均接地，三极管Q2的集电极与所述双与非门锁存电路102的与非门U1B的6脚连接。具体地，微控制器MCU的RESET脚用来控制复位锁存器状态，正脉冲有效，经过三极管Q2作用后产生一个负脉冲，查询如图1的真值表，可发现能重置双与非门锁存电路102的与非门U1B的3脚输出为高电平。
本实施例所述的一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，所述锁存信号检测与接触器控制电路104包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C5、电容C7、三极管Q3和三极管Q4，所述电阻R7的一端和所述电阻R8的一端均与所述双与非门锁存电路102的与非门U1B的3脚连接，电阻R7的另一端分别与电容C5的一端、微控制器MCU的OC OUT端连接，电容C5的另一端接地，电阻R8的另一端与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极接电源VDD，三极管Q3的集电极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与电容C7的一端、电阻R10的一端和三极管Q4的基极连接，电容C7的另一端、电阻R10的另一端和三极管Q4的发射极均接地，三极管Q4的集电极与接触器的控制脚CTR OUT连接。具体地，OC OUT定义为过流锁存信号的状态检测，高电平时，无过流情况，低电平时，存在过流情况，并已锁存该过流信号，可供微控制器MCU查询判断是否有过流事件。CTR OUT定义为控制接触器的驱动端，三极管Q4不导通时，接触器的断开与闭合完全受微控制器MCU控制，当存在过流时，三极管Q4导通，接触器的驱动控制端被CTR OUT拉低，即微控制器MCU无法打开接触器，实现了纯硬件断开接触器，并能维持断开状态，直到下次上电或者BMS根据故障状态自动恢复。
其中，本发明中的锂电池组、接触器、逆变器、分流器、差分放大电路、双门限比较电路和微控制器MCU均为现有技术中BMS系统中的常用结构，此处不再赘述。
本实施例所述的一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，所述三极管Q1为NPN三极管；所述三极管Q2为NPN三极管。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，包括锂电池组、接触器、逆变器、分流器、差分放大电路、双门限比较电路和微控制器MCU，其特征在于：所述BMS电流保护信号锁存与复位电路还包括过流信号锁存与复位电路，所述锂电池组的总正极依次串联接触器、逆变器和分流器后连接到锂电池组的总负极；所述差分放大电路的输入端与分流器连接，所述差分放大电路的输出端与双门限比较电路的输入端连接，双门限比较电路的输出端与过流信号锁存与复位电路的输入端连接，所述过流信号锁存与复位电路的输出端与微控制器MCU的输入端连接，所述微控制器MCU的输出端与接触器的控制端连接。
2.根据权利要求1所述的一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，其特征在于：所述过流信号锁存与复位电路包括上电复位电路、双与非门锁存电路、MCU复位电路和锁存信号检测与接触器控制电路；所述上电复位电路分别与双与非门锁存电路和MCU复位电路连接，所述MCU复位电路与微控制器MCU连接，所述双与非门锁存电路的输出端与所述锁存信号检测与接触器控制电路的输入端连接，所述锁存信号检测与接触器控制电路的输出端与微控制器MCU连接。
3.根据权利要求2所述的一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，其特征在于：所述上电复位电路包括电阻R3、电阻R4、电容C4和三极管Q1，所述电容C4的一端接电源VDD，电容C4的另一端分别与电阻R3的一端、电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接地，电阻R3的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与双与非门锁存电路连接。
4.根据权利要求2所述的一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，其特征在于：所述双与非门锁存电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、与非门U1A和与非门U1B，电容C1的一端接地，电容C1的另一端分别与电阻R1的一端、与非门U1A的1脚连接，电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电容C2的一端和与非门U1A的8脚均接电源VDD，电容C2的另一端接地，电阻R2的另一端分别与电容C3的一端和与非门U1B的6脚连接，电容C3的另一端接地，与非门U1A的4脚接地，所述与非门U1A的7脚与所述与非门U1B的5脚连接，所述与非门U1A的2脚与所述与非门U1B的3脚连接，所述与非门U1B的3脚与所述锁存信号检测与接触器控制电路的输入端连接。
5.根据权利要求2所述的一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，其特征在于：所述MCU复位电路包括电阻R5、电阻R6、三极管Q2和电容C6，电阻R5的一端与微控制器MCU的RESET端连接，电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端、电容C6的一端和三极管Q2的基极连接，电阻R6的另一端、电容C6的另一端和三极管Q2的发射极均接地，三极管Q2的集电极与所述双与非门锁存电路连接。
6.根据权利要求2所述的一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，其特征在于：所述锁存信号检测与接触器控制电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C5、电容C7、三极管Q3和三极管Q4，所述电阻R7的一端和所述电阻R8的一端均与所述双与非门锁存电路的输出端连接，电阻R7的另一端分别与电容C5的一端、微控制器MCU连接，电容C5的另一端接地，电阻R8的另一端与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极接电源VDD，三极管Q3的集电极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与电容C7的一端、电阻R10的一端和三极管Q4的基极连接，电容C7的另一端、电阻R10的另一端和三极管Q4的发射极均接地，三极管Q4的集电极与接触器的控制脚连接。
7.根据权利要求3所述的一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，其特征在于：所述三极管Q1为NPN三极管。
8.根据权利要求5所述的一种BMS电流保护信号锁存与复位电路，其特征在于：所述三极管Q2为NPN三极管。
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