CN210294484U - 一种电池电量估测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池BMS系统技术领域，尤其涉及一种电池电量估测系统，用于估测串联的电池组的电量；所述电池电量估测系统包括由模拟前端采集模块和MCU组成的BMS系统；所述模拟前端采集模块分别并联接入所述电池组上每一个电池，用于对所述电池组进行电流检测；在所述电池组中负极起第一节电池还并联接入单节电池电量监测计，用于对所述第一节电池进行电压侦测；所述模拟前端采集模块和单节电池电量监测计均通过I2C接入所述MCU。采用本实用新型提供的技术方案解决了现有多串电池电量采用电量库仑计计算存在价格高、外围元器件多和调试困难的技术问题。

Description

一种电池电量估测系统

技术领域

本实用新型涉及电池BMS系统技术领域，尤其涉及一种电池电量估测系统。

背景技术

电池管理系统(BMS)是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池，为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，可用于电动汽车，电瓶车，机器人，无人机等。

BMS系统能够估测动力电池组的荷电状态(State of Charge，即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造成损伤，并随时显示混合动力汽车储能电池的剩余能量，即储能电池的荷电状态。

对于多串BMS系统，SOC计算结果会随温度、电芯老化寿命等多重因素的影响发生变化，从而影响电池容量估算的准确性。现行大多数使用的电量库仑计来计算，多串电量计存在价格高，外围元器件多，调试困难等因素。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于提供一种电池电量估测系统，采用本实用新型提供的技术方案解决了现有多串电池电量采用电量库仑计计算存在价格高、外围元器件多和调试困难的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种电池电量估测系统，用于串联的电池组的电量估测；包括由模拟前端采集模块和MCU组成的BMS系统；所述模拟前端采集模块分别并联接入所述电池组上每一个电池，用于对所述电池组进行电流检测；在所述电池组中负极起第一节电池还并联接入单节电池电量监测计，用于对所述第一节电池进行电压侦测；所述模拟前端采集模块和单节电池电量监测计均通过I2C接入所述MCU。

优选的，所述单节电池电量监测计为BQ27542芯片，所述模拟前端采集模块为ML5236芯片。

优选的，所述单节电池电量监测计的BAT脚接入所述第一节电池的正极，用于完成所述第一节电池的电压侦测。

优选的，所述单节电池电量监测计的SRP脚接入所述模拟前端采集模块的ISM脚，所述单节电池电量监测计的SPN脚接入所述模拟前端采集模块的ISP脚，用于对电池组完成电流检测。

优选的，所述单节电池电量监测计的VCC脚与TS脚之间并联有热敏电阻，用于完成温度采集。

优选的，在所述电池组与单节电池电量监测计之间接入电源模块；所述电源模块包括依次连接的复合三极管组件和三端稳压管；所述电池组的正极接入所述复合三极管组件，所述三端稳压管输出稳压给所述单节电池电量监测计。

优选的，所述复合三极管组件包括三个依次连接的三极管。

优选的，所述热敏电阻为10K NTC热敏电阻。

由上可知，应用本实用新型提供的技术方案可以得到以下有益效果：

1、节省PCB空间，元器件减少、成本降低，达到同等电芯容量计算方式。重点部分不可缺少电源降压处理，以及元器件参数的保护；

2、节省成本及调试时间，缩短开发周期。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例电池电量估测系统框图；

图2为本实用新型实施例电池电量估测系统电路连接图；

图3为本实用新型实施例电池电量估测系统中电源模块电路图；

图4为本实用新型实施例电池电量估测系统中单节电池电量监测计电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

对于多串BMS系统，SOC计算结果会随温度、电芯老化寿命等多重因素的影响发生变化，从而影响电池容量估算的准确性。现行大多数使用的电量库仑计来计算，多串电量计存在价格高，外围元器件多，调试困难等因素。

为了解决上述问题，本实用新型实施例中提出了一种电池电量估测系统，采用单节电量计对串联的电池组的电量进行估测，可以使用在1-32串或更高串数以上BMS的电动自行车BMS或平衡车BMS中使用。具体使用BQ27542单节电量计替代BQ34Z100电路方案。

请参见图1-2，在本实施例提供的电池电量估测系统中，包括由模拟前端采集模块和MCU组成的BMS系统。采用BQ27542芯片作为单节电池电量监测计，对BMS第一节进行电压侦测，其他串数则采用AFE，即模拟前端采集模块采集，并配合MCU对电池组电量实时监控。本实施例模拟前端采集模块为ML5236芯片。

在电路连接结构中，模拟前端采集模块分别并联接入电池组上每一个电池，用于对电池组进行电流检测；单节电池电量监测计并联接入电池组中负极起第一节电池，用于对第一节电池进行电压侦测；模拟前端采集模块和单节电池电量监测计均通过I2C接入MCU。

由于BQ27542单节电量计存在供电电压低的问题，难以满足多节BMS供电要求，需要对电量计的供电电压做处理，为此需首先解决供电电源问题。在本实施例中，采用串联稳压式降压方案对单节电池电量监测计进行供电，具体包括：在电池组与单节电池电量监测计之间接入电源模块。

请参见图3，上述电源模块包括依次连接的复合三极管组件和三端稳压管。其中电池组的正极接入复合三极管组件，三端稳压管输出稳压给单节电池电量监测计。电池组正极电压流经三极管Q2、三极管Q3和三极管Q1组成的复合三极管组件后，再通过电阻R2和ZD1实现串联稳压降压到12V，12V通过LDO HT7533芯片输出稳定3.3V给单节电池电量监测计完成供电。上述结构输入电压范围大，可实现15-60V之间的电压波动，输出电压不变，具有成本低，电压稳定的特点，并且自耗电小，小于10uA，可以达到供电要求。

请参见图4，单节电池电量监测计完成供电后，需完成对电池组的电压侦测。在本实施例中，单节电池电量监测计的BAT脚接入第一节电池的正极，用于完成第一节电池的电压侦测。由于单节电池电量监测计的BAT脚只是电压采集，不存在对第一节电池存在耗电的问题。

需要说明的是，上述结构不能完成对整个BMS状态的采样，只能通过软件处理整个电池组的SOC，需要配合MCU完成更多信息处理。

另外，单节电池电量监测计还对整个BMS系统做电流检测，在连接结构中，单节电池电量监测计的SRP脚接入模拟前端采集模块的ISM脚，单节电池电量监测计的SPN脚接入模拟前端采集模块的ISP脚，用于对电池组完成电流检测。

电源模块提供3.3V给单节电池电量监测计的REGIN脚完成供电后，BAT脚为第一节电芯采样端，完成第一节电池的电压采样；SRN脚和SRP脚完成整个电池组的电流信息采集，在充放电等有电流经过时，通过SRN脚和SRP脚传递到单节电池电量监测计及模拟前端采集模块做积分处理。

通过上述电压、电流的采集，单节电池电量监测计的SCL脚和SDA通讯端I2C均可采集到单节电池电量监测计内部、模拟前端采集模块内部，并且把信息反馈给MCU及时运算处理、补偿，达到最佳处理效果，完成对BQ34Z100的替代。

作为技术方案的进一步改进，本实施例还可以对温度实现采集，具体在单节电池电量监测计的VCC脚与TS脚之间并联有热敏电阻，该热敏电阻可以为10K NTC热敏电阻，用于完成温度采集，可时时监测温度对SOC的影响。

综上，本实施例提供的电池电量估测系统，通过利用电压采集、电流采集，TR3 10KNTC温度采集，实现阻抗跟踪、SOC计算和SOH寿命监测，可保证SOC的平滑性，及大电流脉冲下SOC的稳定性，同时兼顾电池组的各项性能监测。

并且单节电池电量监测计采样BQ27542芯片，最大支持14Ah以下的电池容量计算，通过软件解决内部计算方式的处理，如容量按倍数比例缩小，以解决容量不足问题。处理方式如下所述：列20Ah/2＝10Ah，采样电流也按比例倍数缩小，如实际电流2A，采样电流校正后为1A，电流及容量方式按倍率按正比关系计算。其与BQ34Z100对比，实现同样效果，为此元器件减少、成本降低，达到同等电芯容量计算方式，节省PCB空间，节省成本及调试时间，缩短开发周期。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池电量估测系统，用于估测串联的电池组的电量，其特征在于：所述电池电量估测系统包括由模拟前端采集模块和MCU组成的BMS系统；所述模拟前端采集模块分别并联接入所述电池组上每一个电池，用于对所述电池组进行电流检测；在所述电池组中负极起第一节电池还并联接入单节电池电量监测计，用于对所述第一节电池进行电压侦测；所述模拟前端采集模块和单节电池电量监测计均通过I2C接入所述MCU。

2.根据权利要求1所述的电池电量估测系统，其特征在于：所述单节电池电量监测计为BQ27542芯片，所述模拟前端采集模块为ML5236芯片。

3.根据权利要求1所述的电池电量估测系统，其特征在于：所述单节电池电量监测计的BAT脚接入所述第一节电池的正极，用于完成所述第一节电池的电压侦测。

4.根据权利要求1所述的电池电量估测系统，其特征在于：所述单节电池电量监测计的SRP脚接入所述模拟前端采集模块的ISM脚，所述单节电池电量监测计的SPN脚接入所述模拟前端采集模块的ISP脚，用于对电池组完成电流检测。

5.根据权利要求1所述的电池电量估测系统，其特征在于：所述单节电池电量监测计的VCC脚与TS脚之间并联有热敏电阻，用于完成温度采集。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的电池电量估测系统，其特征在于：在所述电池组与单节电池电量监测计之间接入电源模块；所述电源模块包括依次连接的复合三极管组件和三端稳压管；所述电池组的正极接入所述复合三极管组件，所述三端稳压管输出稳压给所述单节电池电量监测计。

7.根据权利要求6所述的电池电量估测系统，其特征在于：所述复合三极管组件包括三个依次连接的三极管。

8.根据权利要求5所述的电池电量估测系统，其特征在于：所述热敏电阻为10K NTC热敏电阻。

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