CN204649831U - 锂电池bms系统充放电电流精确采样计算电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种锂电池BMS系统充放电电流精确采样计算电路，主体为由锂电池组、采样电阻、MOS管及负载构成的锂电池组充放电回路，还包括精确放大及加法电路、AD采集、MCU处理，精确放大及加法电路、AD采集、MCU处理与采样电阻依次串行连接。锂电池BMS系统充放电电流采集电路中，利用仪表放大电路，降低噪声及线性误差的同时，大大提高采集精度及共模抑制能力。同相加法电路提供一定的基准电压，将处理后的采集电压控制在一定的范围，更方便后级的采集、处理。采用分立元件组成仪表放大电路，在保证高精度、高共模抑制能力的前提下，大大降低成本。

Description

锂电池BMS系统充放电电流精确采样计算电路

技术领域

    本实用新型涉及锂电池BMS系统领域，尤其涉及一种锂电池BMS系统充放电电流精确采样计算电路。

背景技术

为贯彻可持续发展战略，推动新能源的发展。新型绿色电池正日益成为人们关注的问题。在传统电池领域中，铅酸电池和镍镉电池在实际使用过程中存在一系列问题：如含有有毒的重金属及强酸碱腐蚀性等污染源，且比容小，不适应快速充电和大电流放电或者是镍镉电池在串联电池组时管理问题比较多。相反，锂电池不仅绿色环保，比容也远远好于铅酸电池和镍镉电池，而且还具有无记忆效应、使用寿命长和单节电芯电压高等优点。

但由于锂电池的发展历史短仅十多年的时间，所以在过充电、过放电、过电流时电池可能会发生安全性问题，且在应用到新能源车时需要有精确的电量计算，因此需要良好的保护及电量计算电路来配合使用。锂电池BMS系统与电池紧密结合在一起，对电池的电压、电流、温度进行时刻检测，控制保护开关通断，很好的保护整个锂电池系统的安全；同时锂电池BMS系统还进行热管理、电池均衡管理、报警提醒，计算剩余容量、放电功率，报告SOC&SOH状态等；通过RS485/232、串口、CAN总线等接口与系统上位机、设备控制器、能量控制系统、显示系统等进行实时通讯。

充放电电流检测作为系统检测的一项重要指标，精确的采样及计算尤为重要，不仅可提高采集精度、电路抗干扰能力，更为容量计算及过流保护提供了保障，提高了系统的安全性、可靠性。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了针对目前锂电池BMS系统电流采集精度不高或集成芯片价格过高的问题的技术方案：

 一种锂电池BMS系统充放电电流精确采样计算电路，主体为由锂电池组、采样电阻、MOS管及负载构成的锂电池组充放电回路，还包括精确放大及加法电路、AD采集、MCU处理，精确放大及加法电路、AD采集、MCU处理与采样电阻依次串行连接。

进一步的，精确放大及加法电路采用仪表放大电路及同相加法电路，将正负电流值进行精确转换成统一的正向电平。

进一步的，精确放大及加法电路包括：采样电阻两端压差输入端、第一级差分放大电路、第二级差分放大电路、同相加法电路、放大求和输出端、基准电压输入端及运算放大器，采样电阻两端压差输入端、第一级差分放大电路、第二级差分放大电路、同相加法电路、放大求和输出端、基准电压输入端及运算放大器依次以串行方式连接。

进一步的，运算放大器采用4通道运算放大器，运算放大器a，运算放大器b，运算放大器c，运算放大器d分别使用4通道运算放大器的一个通道。

进一步的，采样电阻选用高精密检流电阻。

本实用新型的有益效果在于：

（1）锂电池BMS系统充放电电流采集电路中，利用仪表放大电路，降低噪声及线性误差的同时，大大提高采集精度及共模抑制能力。

（2）同相加法电路提供一定的基准电压，将处理后的采集电压控制在一定的范围，更方便后级的采集、处理。

（3）采用分立元件组成仪表放大电路，在保证高精度、高共模抑制能力的前提下，大大降低成本。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为精确放大及同相加法电路结构示意图。

具体实施方式

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

如图1所示，锂电池组充放电回路包括：锂电池组1、采样电阻2、MOS管6、负载或充电器7。锂电池BMS系统充放电电流精确采样及计算电路包括：采样电阻2、精确放大及加法电路3、AD采集4、MCU处理5，其中采样电阻2选用高精密检流电阻。

其中，如图2所示，精确放大及加法电路包括：采样电阻两端压差输入端8、第一级差分放大电路9、第二级差分放大电路10、同相加法电路11、放大求和输出端12、基准电压输入端13。运算放大器14采用4通道运算放大器，运算放大器a A1，运算放大器b A2，运算放大器c A3，运算放大器d A4分别使用4通道运算放大器的一个通道.

锂电池BMS系统充放电过程及本实用新型电流精确采样及计算工作过程如下：

锂电池组1在与负载7之间进行充放电的过程中，MOS管6正常开启，电流经过采样电阻2，采样电阻2两端产生电压差，经过精确放大及加法电路3处理被放大到一定电压范围0-3.3v， 经过AD采集4，将模拟电压信号转换为可以被MCU处理5识别的数字信号，最后经过MCU算法处理，得到精确的充放电电流值。

    本实用新型中精确放大及加法电路3设计方案如下：

如图2所示，第一级差分放大电路9与第二级差分放大电路10构成仪表放大电路，将采样电阻2两端产生压差放大若干倍后输出到后级。在R2=R3，R4=R5，R6=R7时，此放大电路可得到算法公式：

    上述公式中代表第一级差分放大电路9与第二级差分放大电路10的输出电压，、、、、为第一级差分放大电路9与第二级差分放大电路10中对应的电阻值，见图2，为采样电阻2两端产生电压差。

采样电阻2两端产生电压差，经过第一级差分放大电路9与第二级差分放大电路10后得到输出电压，由于锂电池BMS系统充放电过程电流存在两个方向，因此后级需要加同相加法电路11提供基准电压，将输出电压调整到一定的电压范围，方便后级的AD采集及MCU的正常工作。此加法电路以R8=R9，R10=R11为条件，可得到算法公式：

    上述公式中代表同相加法电路11输出电压，、为同相加法电路11中对应的电阻值，见图2，代表基准电压输入端13输入的基准电压。

结合上述两个公式，可以得出精确放大及加法电路3最终的算法公式：

精确放大及加法电路3输出电压经过AD采集4及MCU处理5，计算出最终的充放电电流值。

本实用新型专利采样分立元件组成仪表放大电路，加上偏置电压调节，在节省成本的前提下又保证了采集精度，并且降低了噪声，提高了共模抑制能力，大大解决了目前锂电池BMS系统充放电电流采集精度、费用的问题。

    该锂电池BMS系统充放电电流精确采样计算电路的控制方法的操作步骤如下：

（1）采样电阻2将锂电池组充放电回路中的充放电电流转换成微电压信号；

（2）精确放大及加法电路3将采样电阻2两端充放电正负电流精确转换，电压放大处理成适用于AD采集4的电压范围0-3.3v，其中采样电阻两端压差输入端8采集采样电阻2两端电压，通过第一级差分放大电路9用于实现第一级放大，并大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减，后采用第二级差分放大电路10用于实现第二级放大，并降低对电阻精度匹配要求，提高共模抑制能力，以运算放大器14组成对应的差分放大电路，之后以同相加法电路11用于提供基准电压，确保BMS充放电系统在充放电时采集的电压值均为正值，并在0-3.3v内，最后放大求和输出端12输出精确放大处理后的采集电压值，基准电压输入端13用于输入基准电压；

（3）以AD采集4将精确放大处理完的模拟电压合适范围值转换为可以被MCU处理5识别的数字信号；

（4）MCU处理5将AD采集4转换后的数字信号进行处理，从而计算出精确的充放电电流值。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

Claims (5)

1.一种锂电池BMS系统充放电电流精确采样计算电路，主体为由锂电池组(1)、采样电阻(2)、MOS管(6)及负载(7)构成的锂电池组充放电回路，其特征在于：还包括精确放大及加法电路(3)、AD采集(4)、MCU处理(5)，所述精确放大及加法电路(3)、AD采集(4)、MCU处理(5)与采样电阻(2)依次串行连接。

2.根据权利要求1所述一种锂电池BMS系统充放电电流精确采样计算电路，其特征在于：所述的精确放大及加法电路(3)采用仪表放大电路及同相加法电路，将正负电流值进行精确转换成统一的正向电平。

3.根据权利要求2所述一种锂电池BMS系统充放电电流精确采样计算电路，其特征在于：所述的精确放大及加法电路(3)包括：采样电阻两端压差输入端(8)、第一级差分放大电路(9)、第二级差分放大电路(10)、同相加法电路(11)、放大求和输出端(12)、基准电压输入端(13)及运算放大器(14)，所述采样电阻两端压差输入端(8)、第一级差分放大电路(9)、第二级差分放大电路(10)、同相加法电路(11)、放大求和输出端(12)、基准电压输入端(13)及运算放大器(14)依次以串行方式连接。

4.根据权利要求3所述的一种锂电池BMS系统充放电电流精确采样计算电路，其特征在于：所述运算放大器(14)采用4通道运算放大器，运算放大器a(A1)，运算放大器b(A2)，运算放大器c(A3)，运算放大器d(A4)分别使用4通道运算放大器的一个通道。

5.根据权利要求1所述一种锂电池BMS系统充放电电流精确采样计算电路，其特征在于：所述的采样电阻(2)选用高精密检流电阻。