CN211377622U - 一种bms的均衡装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电池均衡技术领域，公开了一种BMS的均衡装置，包括:电池组、MCU模块、采集前端模块、均衡模块；所述电池组包括多串串联的电池；所述采集前端模块与电池组中的电池分别连接，用于采集每节电池的电压；所述MCU模块与所述采集前端模块连接，接收所述采集前端模块采集的电压信号，获得多组压差；所述均衡模块与所述MCU模块连接，通过MCU传送的指令，实现对每只电池对应的均衡电路开关控制。本实用新型利用MCU读取采集前端模块的电压，实现压差平衡，同时电流采集模块检测工作电流，实现充电均衡。本实用新型使BMS快速达到均衡效果，提高电池电压一致性，大大延长电池寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池的技术领域，特别涉及一种BMS的均衡装置。
背景技术
目前，锂离子电池被广泛应用在电动汽车、新能源发电、备用电源等领域，它具有功率密度高、无记忆性、自放电少且重量较轻等显著优点。电动汽车动力电池由多节电池串联组成，由于电池单体间不一致性的存在，导致串联支路中各电池单体充电和放电的不一致，出现部分电池单体过充或过放的现象。如果电池长期处于这种不一致状态，会影响电池的使用寿命，严重时会导致电池组过热致燃，甚至爆炸。
为了消除电池单体的不一致性，使动力电池的所有单体都保持相近甚至相同的电压，串联锂离子电池组电量均衡问题是关系电池安全、稳定和高效运行的关键问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种BMS的均衡装置，以解决串联锂离子电池组的电量均衡问题。
为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
微控制器上电后，利用电流采集模块检测电路是否有充电电流，检测时间约15ms，如果检测到电流则全速运行。采集前端模块输入端连接电池组正极，检测电池组中每只电池的电压，输出端连接MCU模块，MCU设定均衡起始电压阈值，利用MCU读取采集前端模块的电压，将所有的电池电压排序，如果最低电池电压达到了均衡起始电压阈值，然后将其他电池电压与最低电池电压求压差，若压差大于“最大均衡压差”，则均衡条件满足，则MCU打开电池对应串数的均衡开关；如果条件不成立，则均衡开关关闭。此过程中，如果充电电流消失，MOS控制模块关闭电路开关，微控制器进入休眠模式，以节约耗电。当微控制器的UART检测到外部读取指令后，将电池的电压和当前电流回传给设备或者上位机。
本实用新型一种BMS的均衡装置具体结构如下：主要包括：电池组、采集前端模块、MCU模块以及均衡模块，所述电池组包括多串串联的电池；所述采集前端模块与电池组中的电池分别连接，用于采集每节电池的电压；所述MCU模块与所述采集前端模块连接，接收所述采集前端模块采集的电压信号，获得多组压差；所述均衡模块与所述MCU模块连接，通过MCU传送的指令，实现对电池对应均衡电路的开关控制。
优选的，所述的一种BMS的均衡装置，还包括：
调控模块，主要包括电流采集模块和MOS控制模块，所述电流采集模块的主控芯片是U5，芯片U5的输入接口连接所述采集前端模块的输出接口，输出端与所述MCU模块连接，采集电流方向；所述MOS控制模块连接所述MCU模块，实现电路的开关控制。
优选的，所述的一种BMS的均衡装置，还包括：
LDO模块，所述LDO模块输入端连接电池组正极，输出端与所述MCU模块的电源连接，用于为MCU供电。
优选的，所述的一种BMS的均衡装置，还包括：
UART通讯模块，所述UART通讯模块与所述MCU模块连接，将UART信号隔离输出。
优选的，所述MCU模块的主控芯片是U1，芯片U1的输出端口分别一一对应连接所述均衡模块中的输入端口，芯片U1的输入端口连接所述电流采集模块中的输出端口，芯片U1的UART端口与所述UART通讯模块的输入端口连接。
优选的，所述均衡模块，由多个晶体管构成均衡电路开关，输入端口一一对应连接所述MCU输出端口，输出端口一一对应连接电池组的每节电池。
优选的，所述采集前端模块的主控芯片是U3，芯片U3的输入端口连接电池组，芯片U3的控制端口连接所述MCU模块，U3的输出端口连接所述电流采集模块的输入端口。
综上所述，本发明具有以下有益效果：(1)通过增加MCU模块，读取采集前端模块的电压，实现压差平衡，控制相应串数电池的均衡电路开关，使BMS快速达到均衡效果，提高电池组一致；(2)通过增加电流采集模块，检测电路工作电流，利用MCU读取是否在充电，实现充电均衡，做到在充电过程中均衡电路工作，不消耗电池能量，延长电池寿命；(3)MCU通过隔离UART接口连接外部设备，输出电池的电压和电流信息，以实现外部的通讯交互，而不需要增加额外的成本，提高了产品的性价比。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图；
图2是本实用新型的MCU模块的电路示意图；
图3是本实用新型的采集前端模块的电路示意图；
图4是本实用新型的均衡模块的电路示意图；
图5是本实用新型的LDO模块的电路示意图；
图6是本实用新型的电流采集模块的电路示意图；
图7是本实用新型的UART通讯模块的电路示意图；
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。
本实用新型一种BMS的均衡装置实施例的整体结构如图1所示，包括：电池组、MCU模块、采集前端模块、调控模块、MOS控制模块、LDO模块、UART通讯模块，PACK+、PACK-分别为充电器/负载的正极和负极；所述电池组包括多串串联的电池；所述采集前端模块与电池组中的电池分别连接，用于采集每节电池的电压；所述MCU模块与所述采集前端模块连接，接收所述采集前端模块采集的电压信号，获得多组压差；所述均衡模块与所述MCU模块连接，通过MCU传送的指令，实现对电池对应均衡电路的开关控制；所述调控模块包括电流采集模块和MOS控制模块，所述电流采集模块输入端连接所述采集前端模块的输出接口，输出端与所述MCU模块连接，采集电流方向；所述MOS控制模块连接所述MCU模块，实现电路的开关控制；所述LDO模块，输入端连接电池组正极，输出端与所述MCU模块的电源连接，用于MCU供电；所述UART通讯模块，与所述MCU模块连接，将UART信号隔离输出。
如图2所示，MCU模块的主控芯片U1为STM8S003F3P6，主要是读取采集前端模块的电压；芯片U1共有20个引脚，第一引脚连接电流采集模块中芯片U5的第四引脚，芯片U1的第十三到十八引脚、第二十引脚、第十引脚、第六引脚、第五引脚，分别连接均衡模块中一一对应的B1-B10端口，芯片U1的第二引脚连接光耦合器U4的TXD端口，芯片U1的第三引脚连接光耦合器U6的RXD端口，隔离UART接口，连接外部通讯设备，将读取的电池的电压和电流信息传送给设备或者上位机，实现外部的通讯互助。
如图3所示，采集前端模块的主控芯片U3是ML5245，芯片U3的第一引脚通过连接电阻与电源正极相连，第二引脚至第十一引脚获取电池的电压值V1-V10，芯片U3的第二十九引脚连接U1的第十一引脚，芯片U3的第二十一引脚连接U1的第十九引脚，芯片U3的第十七引脚通过ISENSE端口连接电流采集模块中的LM321芯片的第三引脚，用于采集电流的方向。
如图4所示，均衡模块中的V1-V10接口连接电池组，B1-B10接口分别连接STM8S003F3P6的第十三到十八引脚、第二十引脚、第十引脚、第六引脚、第五引脚，均衡模块的第四引脚都与地相连。
如图5所示，LDO模块主控芯片U2为MD7533，第一引脚连接MOS管的S极，第二引脚通过开关连接地，第三引脚连接MCU的电源，MOS管的D极通过电阻和二极管连接电源的正极，G极连接电阻。
如图6所示，电流采集模块的主控芯片U5是LM321，芯片U5的第一引脚与电容电阻相连后接地，第二引脚接地，第三引脚通过电阻与芯片ML5245的第十七引脚通过ISENSE端口连接，第四引脚连接STM8S003F3P6的第一引脚，第五引脚通过电容与地相连。
如图7所示，UART通讯模块中光耦合器U4的TXD端口连接芯片U1的第二引脚，光耦合器U6的RXD端口连接芯片U1的第三引脚，将UART信号隔离输出，保证系统的高可靠性。
具体实施时，微控制器上电后，电流采集模块检测电路是否有充电电流，检测时间约15ms，如果检测到电流则全速运行。采集前端模块输入端连接电池组正极，检测电池组中每只电池的电压，输出端连接MCU模块，MCU模块设置均衡起始电压阈值，利用MCU读取采集前端模块的电压信号，将所有电池的电压排序做对比，如果最低电池电压达到“均衡起始电压”，则将其他电池电压与最低电池电压求压差，若压差大于“最大均衡压差”，则满足均衡条件，MCU打开对应的串数的均衡开关；如果条件不成立，则开关关闭。此过程中，如果充电电流消失，则MOS控制模块关闭电路开关，微控制器进入休眠模式，以节约耗电。当微控制器的UART检测到外部读取指令后，将电池的电压和当前电流回传给设备或者上位机。
本实用新型增加MCU模块，读取ML5245的电压，实现压差平衡，控制相应串数电池的均衡电路开关，使BMS快速达到均衡效果，提高电池组一致；增加电流采集模块，检测工作电流，通过MCU读取是否在充电，实现充电均衡，做到在充电过程中均衡电路工作，以不消耗电池能量，提高均衡效果，延长电池寿命；MCU通过隔离UART接口连接外部设备，输出电池的电压和电流信息，提高了产品的性价比。
需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
Claims (8)
1.一种BMS的均衡装置，其特征在于，包括：
一电池组，所述电池组包括多串串联的电池；
采集前端模块，所述采集前端模块与电池组中的电池分别连接，用于采集每节电池的电压；
MCU模块，所述MCU模块与所述采集前端模块连接，接收所述采集前端模块采集的电压信号，获得多组压差；以及
均衡模块，所述均衡模块与所述MCU模块连接，通过MCU传送的指令，实现对电池对应均衡电路的开关控制。
2.根据权利要求1所述的一种BMS的均衡装置，其特征在于，还包括调控模块。
3.根据权利要求2所述的一种BMS的均衡装置，其特征在于，所述调控模块包括电流采集模块和MOS控制模块，所述电流采集模块的主控芯片是U5，芯片U5的输入接口连接所述采集前端模块的输出接口，输出端与所述MCU模块连接，采集电流方向；所述MOS控制模块连接所述MCU模块，实现电路的开关控制。
4.根据权利要求1所述的一种BMS的均衡装置，其特征在于，还包括LDO模块，所述LDO模块，输入端连接电池组正极，输出端与所述MCU模块的电源连接，用于MCU供电。
5.根据权利要求1所述的一种BMS的均衡装置，其特征在于，还包括UART通讯模块，所述UART通讯模块与所述MCU模块连接，将UART信号隔离输出。
6.根据权利要求3所述的一种BMS的均衡装置，其特征在于，所述MCU模块的主控芯片是U1，芯片U1的输出端口分别一一对应连接所述均衡模块中的输入端口，芯片U1的输入端口连接所述电流采集模块中的输出端口，芯片U1的UART端口与所述UART通讯模块的输入端口连接。
7.根据权利要求5所述的一种BMS的均衡装置，其特征在于，所述均衡模块，由多个晶体管构成均衡电路开关，输入端口一一对应连接所述MCU输出端口，输出端口一一对应连接电池组的每节电池。
8.根据权利要求6所述的一种BMS的均衡装置，其特征在于，所述采集前端模块的主控芯片是U3，芯片U3的输入端口连接电池组，芯片U3的控制端口连接所述MCU模块，U3的输出端口连接所述电流采集模块的输入端口。
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| CN201922296305.2U CN211377622U (zh) | 2019-12-19 | 2019-12-19 | 一种bms的均衡装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114967560A (zh) * | 2022-06-06 | 2022-08-30 | 嘉兴技领信息技术有限公司 | 一种带低功耗控制的通讯接口电路 |
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2019
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| CN114967560B (zh) * | 2022-06-06 | 2023-11-07 | 嘉兴技领信息技术有限公司 | 一种带低功耗控制的通讯接口电路 |
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