CN204465080U - 用于锂电池组的电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于锂电池组的电池管理系统，所述锂电池组由多节锂电池单体串联组成，在该电池管理系统中只需要ML5325芯片实现监测和控制功能，使得电池管理系统具有电路简单，体积小，低功耗，高精度电压检测等优点，同时，芯片内置MOSFET驱动电路，支持多串锂电池充电保护。

Description

用于锂电池组的电池管理系统

技术领域

本实用新型属于电池管理系统领域，涉及一种用于锂电池组的电池管理系统，尤其适用于由10节锂电池单体组成的锂电池组。

背景技术

BMS(Battery Management System，电池管理系统)主要用于提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态，尤其在锂电池中应用广泛。

现有技术中，BMS系统有的采用HB6299管理芯片，其功能主要包括，外置功率MOSFET、高精度电压和电流调节器、预充、充电状态指示和充电截止等功能，采用TSSOP24封装形式。HB6299对电池充电分为三个阶段：预充(Pre-charge)、恒流(CC/Constant Current)、恒压(CV/Constant Voltage)过程，恒流充电电流通过外部电阻决定，最大充电电流为10A。HB6299集成最大输入电流限制、短路保护，HB6299集成NTC热敏电阻接口，可以采集、处理电池的温度信息，保证充电电池的安全工作，但是该管理芯片支持电池组节数少，4-10串，解决方案只有充电保护电路，无放电过放/过流保护电路。BMS系统也有的采用LTC6802多节锂电池BMS，其主要包括，监测单节锂电池模块、单片机控制模块和MOSFET驱动模块。其中，监测模块芯片检测单节锂电池过放/充电压、充/放电过流，经过监测芯片内部的AD转化后，单片机通过自带的SPI总线读取电池监测芯片数据，根据设定的参数，通过控制MOSFET的通断实现对电池的保护功能，但是该LTC6802多节锂电池BMS系统对多串电池监测时，需要多个监测芯片组成链式电路，还需STM32等单片机控制MOSFET通断，体积大，功耗大，电路复杂。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种用于锂电池组的电池管理系统，所述锂电池组由多节锂电池单体串联组成，电池管理系统包括：ML5235芯片；所述ML5235芯片的PSENSE引脚经电阻R6与充电负极连接；所述ML5235芯片的RSENSE引脚经电阻R7与放电负极连接；所述ML5235芯片的VDD引脚经电阻R10、二极管D4的负极、二极管D4的正极与充电正极连接，所述充电正极也为放电正极；所述ML5235芯片的V1～V13引脚分别与待管理的锂电池组的单节锂电池一一对应连接以用于检测每节锂电池单体的电压；所述ML5235芯片的ISENSE引脚与温度开关连接以控制过流检测电路检测充/放电是否过流；所述ML5235芯片的D-FET引脚和C-FET引脚与充放电保护电路连接以用于控制充放电保护电路对充/放电进行保护。

根据如上所述的电池管理系统，优选，在所述充放电保护电路中，所述ML5235芯片的C-FET引脚经电阻R8和电阻R9与放电负极连接，所述ML5235芯片的C-FET引脚还经电阻R8与NMOS晶体管M4的栅极连接，NMOS晶体管M4的源极与充电负极连接，NMOS晶体管M4的漏极与放电负极连接；所述ML5235芯片的D-FET引脚经电阻R1分别于三极管Q1的集电极、NMOS晶体管M1的栅极、NMOS晶体管M2的栅极、NMOS晶体管M3的栅极和三极管Q2的集电极连接；三极管Q1的发射极与锂电池单体的负极连接，三极管Q1的基极分别与电容C2的一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端连接，电容C2的另一端和电阻R2的另一端均与地线连接，电阻R3的另一端经电阻丝RL2与地线连接；三极管Q2的发射极与地线连接，三极管Q2的基极与电阻R4的一端和电阻R5的一端连接，电阻R4的另一端与放电负极连接，电阻R5的另一端与地线连接；NMOS晶体管M1的源极经电阻丝RL2与地线连接，NMOS晶体管M1的漏极与放电负极连接；NMOS晶体管M2的源极经电阻丝RL2与地线连接，NMOS晶体管M2的漏极与放电负极连接；NMOS晶体管M3的源极经电阻丝RL2与地线连接，NMOS晶体管M3的漏极与放电负极连接。

根据如上所述的电池管理系统，优选，在所述过流检测电路中，所述ML5235芯片的ISENSE引脚经电容C1与地线连接，所述ML5235芯片的ISENSE引脚还经温度开关RISIN、电阻丝RL1与地线连接。

根据如上所述的电池管理系统，优选，所述ML5235芯片的VDD引脚还经二极管D1的正极、二极管D1的负极与地线连接，所述ML5235芯片的VDD引脚还经电容C0与地线连接。

根据如上所述的电池管理系统，优选，所述锂电池组由10节锂电池单体串联组成。

本实用新型实施例带来的有益效果如下。

在该电池管理系统中只需要ML5325芯片实现监测和控制功能，使得电池管理系统具有电路简单，体积小，低功耗，高精度电压检测等优点，同时，芯片内置MOSFET驱动电路，支持多串锂电池充电保护。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种用于多节串联锂电池组电池管理系统的硬件模块的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，本实用新型实施例提供了一种用于锂电池组的电池管理系统，锂电池组由多节锂电池单体串联组成，本实用新型实施例尤其适用于由10节锂电池单体串联组成的锂电池组的电池管理系统，其硬件模块主要的芯片为ML5235，ML5235芯片的PSENSE引脚(即20引脚)经电阻R6与充电负极连接；ML5235芯片的RSENSE(即19引脚)引脚经电阻R7与放电负极连接，即芯片RSENSE和PSENSE引脚检测BMS保护电路是否与外部充电器/负载连接；ML5235芯片的VDD引脚(即1引脚)经电阻R10、二极管D4的负极、二极管D4的正极与充电正极连接，充电正极也为放电正极；ML5235芯片的V1～V13引脚(即14～2引脚)分别与待管理的锂电池组的单节锂电池一一对应连接以用于检测每节锂电池单体的电压，即V1～V13引脚对应分别检测外部13节锂电池的电压，芯片检测过充/放的电压分别为4.25V～4.35V和1.6V～2.3V，对应的检测灵敏度分别为±5mV和±10mV；ML5235芯片的ISENSE(即17引脚)引脚与温度开关连接以控制过流检测电路检测充/放电是否过流；ML5235芯片的D-FET引脚和C-FET引脚与充放电保护电路连接以用于控制充放电保护电路对充/放电进行保护，即芯片D-FET引脚(即16引脚)和C-FET引脚(即18引脚)为外面4个NMOS-FETs(M1～M4)的驱动引脚，通过检测电池的过充/放电压，控制D-FET引脚和C-FET输出，从而控制M1～M4的通断，实现保护功能。

在充放电保护电路中，ML5235芯片的C-FET引脚经电阻R8和电阻R9与放电负极连接，ML5235芯片的C-FET引脚还经电阻R8与NMOS晶体管M4的栅极连接，NMOS晶体管M4的源极与充电负极连接，NMOS晶体管M4的漏极与放电负极连接；ML5235芯片的D-FET引脚经电阻R1分别于三极管Q1的集电极、NMOS晶体管M1的栅极、NMOS晶体管M2的栅极、NMOS晶体管M3的栅极和三极管Q2的集电极连接；三极管Q1的发射极与锂电池单体的负极连接，三极管Q1的基极分别与电容C2的一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端连接，电容C2的另一端和电阻R2的另一端均与地线连接，电阻R3的另一端经电阻丝RL2与地线连接；三极管Q2的发射极与地线连接，三极管Q2的基极与电阻R4的一端和电阻R5的一端连接，电阻R4的另一端与放电负极连接，电阻R5的另一端与地线连接；NMOS晶体管M1的源极经电阻丝RL2与地线连接，NMOS晶体管M1的漏极与放电负极连接；NMOS晶体管M2的源极经电阻丝RL2与地线连接，NMOS晶体管M2的漏极与放电负极连接；NMOS晶体管M3的源极经电阻丝RL2与地线连接，NMOS晶体管M3的漏极与放电负极连接。

在过流检测电路中，ML5235芯片的ISENSE引脚(即17引脚)经电容C1与地线连接，ML5235芯片的ISENSE引脚还经温度开关RISIN、电阻丝RL1与地线连接。即芯片ISENSE引脚外接一个温度开关RISIN，检测外部电路过流功能，当高于温度设定值时，温度开关会断开电池和充电器或负载的连接，温度设定值可以为75℃，还可以为80℃，本实施例不对温度设定值的具体数值进行限定。电阻丝RL1和RL2的阻值可以为0.5～1Ω。

ML5235芯片的VDD引脚(即1引脚)还经二极管D1的正极、二极管D1的负极与地线连接，ML5235芯片的VDD引脚还经电容C0与地线连接。芯片1引脚为VDD供电，电压在-0.3～+86.5V，本设计加R10电阻降压，其中，C0在电路中起抗干扰作用，把干扰交流脉冲信号通过电容接地。实际中，C0的电容可以为10μF，电阻R10的阻值可以为2.2kΩ。

在ML5235芯片中VMON引脚(即21引脚)为电池检测电压输出接口，因该电池管理系统中并不需要显示电压值，因此，此引脚空置。CDOV引脚和CDUV引脚(即22引脚和23引脚)为芯片检测每节锂电池电压的延时时间设定模块。24～30引脚(即分别为OCS引脚、UVS引脚、OVS引脚、CS1引脚、CS0引脚、/VMEN引脚、VREG引脚)为芯片的控制电路模块。ML5235芯片的GND引脚(即15引脚)与地线连接。

P+、P-分别是放电正、负极，C+、C-分别是充电正、负极，B-是锂电池单体的负极。V13引脚与电阻R1-1的一端连接，电阻R1-1的另一端与锂电池单体的正极连接，锂电池单体的负极经一电阻的一端连接，该一电阻的另一端与V12引脚连接，一电容的两端分别连接于V13引脚和V12引脚。

应用时，芯片D-FET引脚和C-FET引脚如何控制外部NMOS-FETs的通断，外部电路中，三极管Q1部分主要实现过流保护功能，Q2三极管连接部分实现加速与D-FET引脚相连的3个NMOS-FETs关断功能。考虑放电时电流过大，用3个NMOS-FETs并联结构实现分流功能。

为了满足多串锂电池组充放电保护的功能需求，本电池管理系统(也称为简易版BMS)利用LAPIS Semiconductor开发的ML5235芯片，监测每节锂电池过放/充电压、充/放电过流，根据监测结果，芯片并自动控制内置的FET驱动器输出，从而控制外部4个NMOS-FETs的开关通断，考虑放电电流过大，有3个NMOS-FETs并联实现分流，另外1个NMOS-FETs充电时保护。实现锂电池组每节锂电池异常检测、保护功能，工作时的耗电量仅为以传统保护电路的1/6。

综上所述，本实用新型实施例带来的有益效果如下：

在该电池管理系统中只需要ML5325芯片实现监测和控制功能，使得电池管理系统具有电路简单，体积小，低功耗，高精度电压检测等优点，同时，芯片内置MOSFET驱动电路，支持多串锂电池充电保护。

本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (5)

1.一种用于锂电池组的电池管理系统，所述锂电池组由多节锂电池单体串联组成，其特征在于，所述电池管理系统包括：ML5235芯片；

所述ML5235芯片的PSENSE引脚经电阻R6与充电负极连接；

所述ML5235芯片的RSENSE引脚经电阻R7与放电负极连接；

所述ML5235芯片的VDD引脚经电阻R10、二极管D4的负极、二极管D4的正极与充电正极连接，所述充电正极也为放电正极；

所述ML5235芯片的V1～V13引脚分别与待管理的锂电池组的单节锂电池一一对应连接以用于检测每节锂电池单体的电压；

所述ML5235芯片的ISENSE引脚与温度开关相连，用于过流检测，以控制过流检测电路检测充/放电是否过流；

所述ML5235芯片的D-FET引脚和C-FET引脚与充放电保护电路连接，驱动并控制4个NMOS晶体管的通断，用于控制充放电保护电路对充/放电进行保护。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，在所述充放电保护电路中，所述ML5235芯片的C-FET引脚经电阻R8和电阻R9与放电负极连接，所述ML5235芯片的C-FET引脚还经电阻R8与NMOS晶体管M4的栅极连接，NMOS晶体管M4的源极与充电负极连接，NMOS晶体管M4的漏极与放电负极连接；

所述ML5235芯片的D-FET引脚经电阻R1分别于三极管Q1的集电极、NMOS晶体管M1的栅极、NMOS晶体管M2的栅极、NMOS晶体管M3的栅极和三极管Q2的集电极连接；

三极管Q1的发射极与锂电池单体的负极连接，三极管Q1的基极分别与电容C2的一端、电阻R2的一端、电阻R3的一端连接，电容C2的另一端和电阻R2的另一端均与地线连接，电阻R3的另一端经电阻丝RL2与地线连接；

三极管Q2的发射极与地线连接，三极管Q2的基极与电阻R4的一端和电阻R5的一端连接，电阻R4的另一端与放电负极连接，电阻R5的另一端与地线连接；

NMOS晶体管M1的源极经电阻丝RL2与地线连接，NMOS晶体管M1的漏极与放电负极连接；

NMOS晶体管M2的源极经电阻丝RL2与地线连接，NMOS晶体管M2的漏极与放电负极连接；

NMOS晶体管M3的源极经电阻丝RL2与地线连接，NMOS晶体管M3的漏极与放电负极连接。

3.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，在所述过流检测电路中，所述ML5235芯片的ISENSE引脚经电容C1与地线连接，所述ML5235芯片的ISENSE引脚还经温度开关RISIN、电阻丝RL1与地线连接。

4.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述ML5235芯片的VDD引脚还经二极管D1的正极、二极管D1的负极与地线连接，所述ML5235芯片的VDD引脚还经电容C0与地线连接。

5.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述锂电池组由10节锂电池单体串联组成。