CN205070469U - 一种电池管理系统的开关控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施方式公开了一种电池管理系统的开关控制系统。包括：第一受控开关(1)，该第一受控开关(1)的受控端与电池管理系统连接，该第一受控开关(1)的第一控制端与动力电池组(2)的正极连接，该第一受控开关(1)的第二控制端与负载(3)连接；第二受控开关(4)，该第二受控开关(4)的受控端与电池管理系统连接，该第二受控开关(4)的第一控制端与动力电池组(2)的负极连接，该第二受控开关(4)的第二控制端与负载(3)连接；第三受控开关(5)，该第三受控开关(5)的受控端与电池管理系统连接，该第三受控开关(5)的第一控制端与动力电池组(2)的正极连接，该第三受控开关(5)的第二控制端与负载(3)连接，所述第三受控开关(5)串联预充电电阻(7)；所述负载(3)包括母线电容(6)。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池管理技术领域，更具体地，涉及一种电池管理系统的开关控制系统。
背景技术
电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。电池管理系统(BatteryManagementSystem，BMS)是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，其主要功能包括：电池物理参数实时监测；电池状态估计；在线诊断与预警；充、放电与预充控制；均衡管理和热管理，等等。
一般而言，BMS需要实现以下几个功能：
(1)、准确估测动力电池组的荷电状态：准确估测动力电池组的荷电状态(StateofCharge，SOC)，即电池剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤，从而随时预报混合动力汽车储能电池还剩余多少能量或者储能电池的荷电状态。
(2)、动态监测动力电池组的工作状态：在电池充放电过程中，实时采集动力电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池总电压，防止电池发生过充电或过放电现象。同时能够及时给出电池状况，挑选出有问题的电池，保持整组电池运行的可靠性和高效性，使剩余电量估计模型的实现成为可能。
(3)、单体电池间的均衡：即为单体电池均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。均衡技术是目前世界正在致力研究与开发的一项电池能量管理系统的关键技术。
当BMS被整车控制器(VCU)唤醒后，BMS控制动力电池组进行放电。然而，如何防止放电电流过大对继电器等开关造成冲击是一个重大的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种电池管理系统的开关控制系统，从而降低对开关的冲击。
根据本实用新型的一方面，提出一种BMS的开关控制系统，包括：
第一受控开关，该第一受控开关的受控端与BMS连接，该第一受控开关的第一控制端与动力电池组的正极连接，该第一受控开关的第二控制端与负载连接；
第二受控开关，该第二受控开关的受控端与所述BMS连接，该第二受控开关的第一控制端与动力电池组的负极连接，该第二受控开关的第二控制端与所述负载连接；
第三受控开关，该第三受控开关的受控端与所述BMS连接，该第三受控开关的第一控制端与动力电池组的正极连接，该第三受控开关的第二控制端与所述负载连接；所述第三受控开关串联预充电电阻；
所述负载包括母线电容。
优选地，所述负载包括电机控制器或电动附件。
优选地，所述第一受控开关进一步串联保险丝，所述保险丝还与第三受控开关串联。
优选地，所述动力电池组包括：
镍氢蓄电池组；铅酸蓄电池组；锂离子电池组；镍锌蓄电池组；钠硫蓄电池组；锌空气电池；飞轮电池；超级电容器；燃料电池。
优选地，所述BMS与整车控制器(VCU)连接。
优选地，当所述BMS开始上电时，所述第二受控开关与第三受控开关处于闭合状态，所述第一受控开关处于断开状态。
优选地，在所述BMS上电后的第一时间点时，如果所述母线电容的电势差达到所述动力电池组的电压的第一预定比例，所述第二受控开关与第三受控开关处于闭合状态，所述第一受控开关处于断开状态。
优选地，在所述BMS上电后的第二时间点时，如果所述母线电容的电势差达到所述动力电池组的电压的第二预定比例，所述第二受控开关和第一受控开关处于闭合状态，所述第三受控开关处于断开状态；其中第二时间点在第一时间点之后，第二预定比例大于第一预定比例。
优选地，所述第一预定比例为90％；第二预定比例为95％。
所述第一受控开关(1)为主正继电器；所述第二受控开关(4)为主负继电器；所述第三受控开关(5)为预充电继电器。
从上述技术方案可以看出，第一受控开关的受控端与BMS连接，第一控制端与动力电池组的正极连接，第二控制端与负载连接；第二受控开关的受控端与BMS连接，第一控制端与动力电池组的负极连接，第二控制端与负载连接；第三受控开关的受控端与BMS连接，第一控制端与动力电池组的正极连接，第二控制端与负载连接，第三受控开关串联预充电电阻；负载包括母线电容。本实施方式通过第三受控开关与母线电容的配合，防止放电电流过大，从而避免了对开关造成冲击。
另外，本实用新型具有双重检测机制，第一时间点和第二时间点的母线电容电压分别达到动力电池组的电势差的各自预定比例时，第二受控开关和第一受控开关才处于闭合状态且第三受控开关才处于断开状态，从而避免了误检测对开关造成的影响。
附图说明
以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。
图1为根据本实用新型实施方式的BMS的开关控制系统结构图。
图2根据本实用新型BMS刚开始上电时的开关控制示意图。
图3根据本实用新型BMS上电后第一时间点时的开关控制示意图。
图4根据本实用新型BMS上电后第二时间点时的开关控制示意图。
标号说明：
第一受控开关1；动力电池组2；负载3；第二受控开关4；第三受控开关5；母线电容6；预充电电阻7；保险丝8；电机控制器9或电动附件9。
具体实施方式
为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。
为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本实用新型的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本实用新型的方案。但是很明显，本实用新型的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本实用新型的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。
图1为根据本实用新型实施方式的BMS的开关控制系统结构图，该BMS优选为电动汽车的电池管理系统。
由图1可见，该系统包括：
第一受控开关1，该第一受控开关1的受控端与BMS连接，该第一受控开关1的第一控制端与动力电池组2的正极连接，该第一受控开关1的第二控制端与负载3连接；
第二受控开关4，该第二受控开关4的受控端与BMS连接，该第二受控开关4的第一控制端与动力电池组2的负极连接，该第二受控开关4的第二控制端与所述负载3连接；
第三受控开关5，该第三受控开关5的受控端与BMS连接，该第三受控开关5的第一控制端与动力电池组2的正极连接，该第三受控开关5的第二控制端与负载3连接，第三受控开关5串联预充电电阻7；
负载3包括母线电容6。
具体地，负载3还可以包括电机控制器9或电动附件9,母线电容6与机控制器9或电动附件9相并联。
优选地，第一受控开关1进一步串联保险丝8，而且保险丝8还与第三受控开关5串联。保险丝8可以保护第一受控开关1和第三受控开关5。
具体地，动力电池组2可以实施为：镍氢蓄电池组；铅酸蓄电池组；锂离子电池组；镍锌蓄电池组；钠硫蓄电池组；锌空气电池；飞轮电池；超级电容器；燃料电池，等等。
以上详细罗列了动力电池组2的示范性实施，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于对本实用新型的适用范围进行限定。
BMS与整车控制器(VCU)连接。当BMS开始上电(比如刚被VCU唤醒)时，BMS向第二受控开关4与第三受控开关5发送闭合指令，向第一受控开关1发送断开指令。第二受控开关4与第三受控开关5处于闭合状态，第一受控开关1处于断开状态。此时，电流经过第三受控开关5和预充电电阻7以及负载3和第二受控开关4，回到动力电池组2。母线电容6的电势差开始增加。
在BMS上电后的第一时间点，如果母线电容6的电势差达到动力电池组2的电压的第一预定比例，第二受控开关4与第三受控开关5继续处于闭合状态，第一受控开关1继续处于断开状态。接着，在BMS上电后的第二时间点，如果母线电容6的电势差达到动力电池组2的电压的第二预定比例，BMS向第一受控开关1发送闭合指令，向第三受控开关5发送断开指令，此时第二受控开关4和第一受控开关1处于闭合状态，第三受控开关5处于断开状态。第二时间点在第一时间点之后，而且第二预定比例大于第一预定比例。
可见，只有当第一时间点和第二时间点的母线电容电压分别达到动力电池组的电势差的各自预定比例时，第二受控开关4和第一受控开关1才处于闭合状态且第三受控开关5才处于断开状态，从而避免了误检测对开关造成的影响。
比如，第一时间点为100毫秒(ms)，第二时间点为150ms；第一预定比例为90％；第二预定比例为95％。
以上详细罗列了第一时间点、第二时间点、第一预定比例和第二预定比例的示范性数值，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的。实际上，第一时间点、第二时间点、第一预定比例和第二预定比例的数值可以相应改变，本实用新型对此并无限定。
第一受控开关1，第二受控开关4和第三受控开关5可以具体实施为多种形式的开关元件。优选地，第一受控开关1，第二受控开关4和第三受控开关5可以分别或统一实施为继电器、绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET)，等等。
以上详细罗列了第一受控开关1，第二受控开关4和第三受控开关5的示范性实施，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于对本实用新型的适用范围进行限定。
可见，在图1所示结构中，第三受控开关5和预充电电阻7构成预充电回路。下面对预充电回路的作用进行更详细说明。
如果没有预充电回路，第一受控开关1和第二受控开关4将直接与母线电容6闭合。由于动力电池组2的两端为高压(比如300多伏)，而母线电容6两端的电势差接近0伏，相当于瞬间短路。因此，流经第一受控开关1和第二受控开关4的电流将远远超过开关容量，第一受控开关1和第二受控开关4很容易损坏。
如图1所示，第三受控开关5和预充电电阻7构成预充电回路，当BMS上电时，BMS首先控制第二受控开关1和第三受控开关5闭合，而第一受控开关4断开。在接通瞬间，流入母线电容6的电流由于经过了预充电电阻7，电流将被降低在第三受控开关5和第二受控开关4的容量范围内。
在预充电过程中，母线电容6两端的电势差将增加。
在一个实施方式中，当母线电容6两端的电势差达到目标要求(比如，达到动力电池组的电压的95％)后，此时母线电容6两端已存在较高电压(接近动力电池组的电压)。此时，BMS控制第三受控开关5断开，并闭合第一受控开关1，此时第一受控开关1实现高压接入且没有大的电流冲击。不过，在这种方式中，只在一个时间点予以检测，有可能会造成误检测。
图2根据本实用新型BMS刚开始上电时的开关控制示意图。
如图2所示，在BMS刚上电时，BMS向第二受控开关4与第三受控开关5分别发送闭合指令，而且BMS向第一受控开关1发送断开指令。第二受控开关4与第三受控开关5处于闭合状态，第一受控开关1处于断开状态。此时，从动力电池组2流出的电流经过第三受控开关5和预充电电阻7以及负载3和第二受控开关4，回到动力电池组2，而第一受控开关1处于断路状态(如图2中打X)。
图3根据本实用新型BMS上电后第一时间点时的开关控制示意图。
如图3所示，在BMS上电后的第一时间点(如100毫秒ms)，如果母线电容6的电势差达到动力电池组2的电压的第一预定比例(比如90％)，此时，第二受控开关4与第三受控开关5继续处于闭合状态，第一受控开关1继续处于断开状态。第一受控开关1保持断路状态(如图3中打X)，并保持到第二时间点。
图4根据本实用新型BMS上电后第二时间点时的开关控制示意图。
如图4所示，接着图3所示状态，在第一时间点之后的第二时间点，如果母线电容6的电势差达到动力电池组2的电压的第二预定比例(比如95％)，BMS向第一受控开关1发送闭合指令，向第三受控开关5发送断开指令。此时，第二受控开关4和第一受控开关1处于闭合状态，第三受控开关5处于断开状态。此时，从动力电池组2出来的电流，流经保险丝8，第一受控开关1，负载3和第二受控开关4回到动力电池组2。而且，第三受控开关7和预充电电阻7组成的预充电回路处于断路状态。
可见，只有当第一时间点和第二时间点的母线电容电压分别达到动力电池组的电势差的各自预定比例时，第二受控开关4和第一受控开关1才处于闭合状态且第三受控开关5处于断开状态，从而避免了误检测对开关造成的影响。
综上所述，在本实用新型中，第一受控开关的受控端与BMS连接，第一控制端与动力电池组的正极连接，第二控制端与负载连接；第二受控开关的受控端与BMS连接，第一控制端与动力电池组的负极连接，第二控制端与负载连接；第三受控开关的受控端与BMS连接，第一控制端与动力电池组的正极连接，第二控制端与负载连接；负载包括母线电容。本实施方式通过第三受控开关与母线电容的配合，防止放电电流过大，从而避免了对开关造成冲击。
另外，本实用新型具有双重检测机制，第一时间点和第二时间点的母线电容电压分别达到动力电池组的电势差的各自预定比例时，第二受控开关和第一受控开关才处于闭合状态且第三受控开关才处于断开状态，从而避免了误检测对开关造成的影响。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电池管理系统的开关控制系统，其特征在于，包括：
第一受控开关(1)，该第一受控开关(1)的受控端与电池管理系统连接，该第一受控开关(1)的第一控制端与动力电池组(2)的正极连接，该第一受控开关(1)的第二控制端与负载(3)连接；
第二受控开关(4)，该第二受控开关(4)的受控端与所述电池管理系统连接，该第二受控开关(4)的第一控制端与所述动力电池组(2)的负极连接，该第二受控开关(4)的第二控制端与所述负载(3)连接；
第三受控开关(5)，该第三受控开关(5)的受控端与所述电池管理系统连接，该第三受控开关(5)的第一控制端与所述动力电池组(2)的正极连接，该第三受控开关(5)的第二控制端与所述负载(3)连接；所述第三受控开关(5)串联预充电电阻(7)；所述负载(3)包括母线电容(6)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述负载(3)还包括电机控制器(9)或电动附件(9)。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一受控开关(1)进一步串联保险丝(8)，所述保险丝(8)还与第三受控开关(5)串联。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动力电池组(2)包括：
镍氢蓄电池组；铅酸蓄电池组；锂离子电池组；镍锌蓄电池组；钠硫蓄电池组；锌空气电池；飞轮电池；超级电容器；燃料电池。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电池管理系统与整车控制器连接。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述电池管理系统开始上电时，所述第二受控开关(4)与第三受控开关(5)处于闭合状态，所述第一受控开关(1)处于断开状态。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述电池管理系统上电后的第一时间点时，如果所述母线电容(6)的电势差达到所述动力电池组(2)的电压的第一预定比例，所述第二受控开关(4)与第三受控开关(5)处于闭合状态，所述第一受控开关(1)处于断开状态。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在所述电池管理系统上电后的第二时间点时，如果所述母线电容(6)的电势差达到所述动力电池组(2)的电压的第二预定比例，所述第二受控开关(4)和第一受控开关(1)处于闭合状态，所述第三受控开关(5)处于断开状态；其中第二时间点在第一时间点之后，第二预定比例大于第一预定比例。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一预定比例为90％；第二预定比例为95％。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一受控开关(1)为主正继电器；所述第二受控开关(4)为主负继电器；所述第三受控开关(5)为预充电继电器。
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