CN212784852U - 一种用于基站备用电源的电池管理系统 - Google Patents

Abstract

一种用于基站备用电源的电池管理系统，包括电池管理控制器和限流电路，电池管理控制器用于向限流电路发送一脉冲宽度调制信号，限流电路用于该响应脉冲宽度调制信号对充电电流进行限流保护。其中，限流电路包括电流检测电路、开关电路、扼流电路、蓄流电路和储能电路，电流检测电路用于将充电电流转化为电压信号发送给电池管理控制器，开关电路用于响应脉冲宽度调制信号将扼流电路连接到蓄能电源和充电电源之间,扼流电路用于对充电电流整形，储能电路和蓄流电路用于为扼流电路提供振荡电流和反向放电电流。由于开关电路响应脉冲宽度调制信号通断，以通过扼流电路、蓄流电路和储能电路来稳定充电电流，进而提高基站备用电源的充电可靠性。

Description

一种用于基站备用电源的电池管理系统

技术领域

本申请涉及电源技术领域，具体涉及一种用于基站备用电源的电池管理系统。

背景技术

基站是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。各种用电设备都离不开可靠的电源，基站的正常运转同样依赖可靠的供电设备，如果在工作过程中突然停电，那么造成的损失难以估计。为避免这种情况的发生，通信运营商的基站多采用独立的备用电源。这样，即使停电或电网出现故障，也可由电池组为机房设备独立供电，从而避免重大事故的发生，确保信号的稳定和通信的畅通。备用电源包括电池管理系统(Battery Management System，BMS)，用于对电池组进行充放电管理，BMS对电池组的保护起到关键性作用。由于电池组在充电的过程中充电电流随时间呈指数规律下降，而不能自动按恒流或恒压充电，因此需要设计一种用于基站备用电源的电池管理系统，在对基站备用电源的蓄能电源充电时，保证充电电流的恒定。

发明内容

本发明公开来一种用于基站备用电源的电池管理系统，解决在对基站备用电源的蓄能电源充电过程中，充电电流不恒定的技术问题。

根据第一方面，公开一种用于基站备用电源的电池管理系统，包括电池管理控制器和限流电路；

所述电池管理控制器用于当所述基站备用电源的蓄能电源充电时，向所述限流电路发送一脉冲宽度调制信号；

所述限流电路与所述电池管理控制器连接，用于当所述基站备用电源的充电电源对所述蓄能电源进行充电时，响应所述脉冲宽度调制信号对充电电流进行限流保护；所述限流电路包括电流检测电路、开关电路、扼流电路、蓄流电路、储能电路和蓄能电源连接端、充电电源第一连接端、充电电源第二连接端，所述蓄能电源连接端用于与所述基站备用电源的蓄能电源的负充电输入端连接，所述充电电源第一连接端用于与所述基站备用电源的充电电源正输出端连接，所述充电电源第二连接端用于与所述基站备用电源的充电电源负输出端连接；

所述电流检测电路分别与所述电池管理控制器和所述开关电路连接，用于将所述充电电流转化为电压信号发送给所述电池管理控制器；所述电流检测电路包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述电流检测电路的第一连接端与所述电池管理控制器连接，所述电流检测电路的第二连接端与所述开关电路连接，所述电流检测电路的第三连接端与所述充电电源第二连接端连接；

所述开关电路分别与所述电池管理控制器、所述电流检测电路和所述扼流电路连接，用于响应所述脉冲宽度调制信号将所述扼流电路连接到所述蓄能电源连接端和所述充电电源连接端之间；所述开关电路包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述开关电路的第一连接端与所述电池管理控制器连接，所述开关电路的第二连接端与所述电流检测电路的第二连接端连接，所述开关电路的第三连接端与所述扼流电路连接；

所述扼流电路与所述电流检测电路连接，用于扼制所述充电电流的高频交流电流，进而对通过的低频电流和直流电流进行整流；所述扼流电路包括第一连接端和第二连接端，所述扼流电路的第一连接端与所述开关电路的第三连接端连接，所述扼流电路的第二连接端与所述蓄能电源连接端连接；

所述储能电路与所述扼流电路连接，用于为所述扼流电路提供振荡电流；所述储能电路包括第一连接端和第二连接端，所述储能电路的第一连接端与所述扼流电路的第二连接端连接，所述储能电路的第二连接端与所述充电电源第一连接端连接；

所述蓄流电路与所述扼流电路连接，用于为所述扼流电路提供反向放电电流；所述蓄流电路包括第一连接端和第二连接端，所述蓄流电路的第一连接端与所述开关电路的第三连接端连接，所述蓄流电路的第二连接端与所述充电电源第一连接端连接。

进一步，所述开关电路包括至少一个开关单元，每个所述开关单元包括电阻R1和MOS开关管Q1；所述电阻R1的一端与所述开关电路的第一连接端连接，另一端与所述MOS开关管Q1的控制端连接；所述MOS开关管Q1的第一极与所述开关电路的第二连接端连接，所述MOS开关管Q1的第二极与所述开关电路的第三连接端连接。

进一步，所述开关电路还包括电阻R2、二极管D1和电容C1；所述二极管 D1的负极与所述开关电路的第二连接端连接，所述二极管D1的正极与所述电容 C1的一端连接，所述电容C1的另一端与所述开关电路的第三连接端连接，所述电阻R2的一端与所述二极管D1的正极连接，所述电阻R2的另一端与所述二极管D1的负极连接。

进一步，所述开关电路包括两个开关单元。

进一步，所述蓄流电路包括电阻R3、电容C2和二极管D2；所述二极管D2 的正极与所述蓄流电路的第一连接端连接，所述二极管D2的负极与所述蓄流电路的第二连接端连接；所述电阻R3和电容C2串联连接，串联连接后的一端与所述蓄流电路的第一连接端连接，另一端与所述蓄流电路的第二连接端连接。

进一步，所述扼流电路包括电感L1，所述电感L1的两端分别与所述扼流电路的第一连接端和第二连接端连接。

进一步，所述储能电路包括至少一个电容C3，每个所述电容C3的两端分别与所述储能电路的第一连接端和第二连接端连接。

进一步，所述电流检测电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C4、电容C5和运算放大器U1；所述电阻R4和所述电阻R5并联连接，并联连接后的一端与所述电流检测电路的第二连接端连接，另一端与所述电流检测电路的第三连接端连接；所述电容C4的一端与所述电流检测电路的第二连接端连接，另一端接地；所述电阻R6的一端与所述电流检测电路的第二连接端连接，所述电阻R6的另一端与所述电容C5的一端和所述电阻R7的一端连接，所述电容C5的另一端接地，所述电阻R7的另一端与所述运算放大器U1的正输入端连接；所述电阻R8的两端分别与所述运算放大器 U1的负输入端和地连接；所述电阻R9的两端分别与所述运算放大器U1的负输入端和输出端连接；所述电阻R10的两端分别与所述运算放大器U1的输出端和所述电流检测电路的第一连接端连接。

进一步，还包括电源模块，用于向所述电流检测电路提供电源；所述电源模块包括LDO电源，所述LDO电源包括第一连接端、第二连接端和第三连接端；所述LDO电源第一连接端与所述充电电源第一连接端连接，所述LDO电源第二连接端与所述充电电源第二连接端，所述LDO电源第三连接端与所述运算放大器U1的电源输入端连接。

进一步，所述电池管理控制器还用于通过调节所述脉冲宽度调制信号的波形来控制所述开关电路的导通和关闭时间。

依据上述实施例的一种用于基站备用电源的电池管理系统，包括电池管理控制器和限流电路，电池管理控制器用于当基站备用电源的蓄能电源充电时，向限流电路发送一脉冲宽度调制信号，限流电路用于该响应脉冲宽度调制信号对充电电流进行限流保护。其中，限流电路包括电流检测电路、开关电路、扼流电路、蓄流电路和储能电路，电流检测电路用于将充电电流转化为电压信号发送给电池管理控制器，开关电路用于响应脉冲宽度调制信号将扼流电路连接到蓄能电源和充电电源之间,扼流电路用于对充电电流整形，储能电路用于为扼流电路提供振荡电流，蓄流电路用于为扼流电路提供反向放电电流。由于开关电路响应脉冲宽度调制信号通断，以通过扼流电路、蓄流电路和储能电路来稳定充电电流，进而提高基站备用电源的充电可靠性。

附图说明

图1为一种用于基站的备用电源电路结构连接示意图；

图2为一种电池组充电电流变化示意图；

图3为一种实施例中用于基站备用电源的充电电路结构连接示意图；

图4为一种实施例中电池管理系统的电路结构示意图；

图5为一种实施例中电池管理系统的限流电路连接示意图；

图6为一种实施例中电池管理系统的限流电路工作流程示意图；

图7为一种实施例中充电电路中电信号的波形变化示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

请参考图1，为一种用于基站的备用电源电路结构连接示意图，包括电池管理系统1、蓄能电源2、负载3、控制终端4和电源回路RNT5。在基站的备用电源控制系统中电源回路RTN5提供48V的正负电压，蓄能电源2包括锂电池组，电池管理系统1对蓄能电源2的电池组保护起到关键性作用。电池管理系统1 包括电池管理控制器10和限流电路11，限流电路11包括电流检测电路、开关电路和限流电路。其中，电源回路RNT5是对电源输送过来的电流进行电压的转换，将电压变换至电池管理控制器11的处理器所能接受的内核电压值，正电源的回路为48V，蓄能电源2为电池组，其充电方式按照连续在线浮充方式，即恒流-恒压充电，蓄能电源2并联在电源回路RNT5的直流输出端，充电电路根据电池组各电池的电压进行充电控制，电池管理系统1控制各个电池及电池组的充电电压满足充电限制电压要求，直到蓄能电源2中的所有电池都充满电。控制终端4与电池管理系统1通信，显示与充电电流相关的告警信号及发送充放电控制电信号给电池管理系统1。

如图2所示，电池组充电电流变化示意图，其中，SOC是电池在一定的放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值。充电电流在充电过程中随时间呈指数规律下降，不可能自动按恒流或恒压充电。充电过程中影响充电的因素很多，诸如电解液的浓度、极板活性物的浓度、环境温度等的不同，都会使充电产生很大的差异。随着放电状态、使用和保存期的不同，即使是相同型号、相同容量的同类蓄电池的充电也大不一样。1972年，美国科学家马斯提出了著名的马斯三定律，马斯三定律是以蓄电池的最低析气率为前提，提出电池能够接受的最大充电电流，而得出的电池充电的三大规律，包括：

1)对于任何给定的放电电流，蓄电池充电时的电流接受比a与电池放出的容量的平方根成反比，即：

a＝K1/C……(1)；

其中，K1为放电电流常数，视放电电流的大小而定，C为蓄电池放出的容量。由于蓄电池的初始接受电流Io＝aC，所以：

Io＝aC＝K1……(2)；

2)对于任何给定的放电量，蓄电池充电电流接受比a与放电电流Id的对数成正比，即：

a＝K2logkId……(3)；

其中，K2为放电量常数，视放电量的多少而定，k为计算常数。

3)蓄电池在以不同的放电率放电后，其最终的允许充电电流It(接受能力) 是各个放电率下的允许充电电流的总和，即：

It＝I1+I2+I3+I4+In……(4)；

其中，I1、I2、I3、I4……In为各个放电率下的允许充电电流。

综合马斯三定律可以推出，蓄电池的总电流接受比可表示为：

α＝It/Ct……(5)；

其中，Ct＝C1+C2+C3+C4+……为各次放电量的总和，即蓄电池放出的全部电量。

综上所述，马斯第一定律表明随放电深度不同，其充电接受能力和放电深度成正比(可以等价于瓦格的质量作用定律)；第二定律表明放出电量相等的条件下，其充电接受能力和放电率成正比。由此可设计一种充电限流电路减小在充电过程中充电电流随时间呈指数规律下降的技术问题。

在本发明实施例中提供一种用于基站备用电源的电池管理系统，包括电池管理控制器和限流电路，电池管理控制器用于当基站备用电源的蓄能电源充电时，向限流电路发送一脉冲宽度调制信号，限流电路用于该响应脉冲宽度调制信号对充电电流进行限流保护。其中，限流电路包括电流检测电路、开关电路、扼流电路、蓄流电路和储能电路，电流检测电路用于将充电电流转化为电压信号发送给电池管理控制器，开关电路用于响应脉冲宽度调制信号将扼流电路连接到蓄能电源和充电电源之间,扼流电路用于对充电电流整形，储能电路用于为扼流电路提供振荡电流，蓄流电路用于为扼流电路提供反向放电电流。由于开关电路响应脉冲宽度调制信号通断，以通过扼流电路、蓄流电路和储能电路来稳定充电电流，进而提高基站备用电源的充电可靠性。

实施例一

请参照图3，为一种实施例中用于基站备用电源的充电电路结构连接示意图，包括电池管理系统1、蓄能电源2、负载3、控制终端4和充电机6。充电机6 用于为蓄能电源2提供充电电源，控制终端4与电池管理系统1连接，用于显示与充电电流相关的告警信号或向电池管理系统1发送充放电控制电信号给电池管理系统1。蓄能电源2为电池组，其充电方式按照连续在线浮充方式，即恒流-恒压充电，蓄能电源2与充电机6连接，充电电路根据电池组各电池的电压进行充电控制。电池管理系统1包括电池管理控制器10和限流电路11，电池管理控制器10用于当基站备用电源的蓄能电源2充电时，向限流电路11发送一脉冲宽度调制信号。限流电路11与电池管理控制器10连接，用于当基站备用电源的充电电源充电机6对蓄能电源2进行充电时，响应脉冲宽度调制信号对充电电流进行限流保护。

请参照图4，为一种实施例中电池管理系统的电路结构示意图，其中限流电路11包括电流检测电路111、开关电路112、扼流电路113、蓄流电路114、储能电路115和蓄能电源连接端、充电电源第一连接端、充电电源第二连接端，蓄能电源连接端用于与基站备用电源的蓄能电源的负充电输入端连接，充电电源第一连接端用于与基站备用电源的充电电源正输出端连接，充电电源第二连接端用于与基站备用电源的充电电源负输出端连接。电流检测电路111分别与电池管理控制器10和开关电路112连接，用于将充电电流转化为电压信号发送给电池管理控制器10。电流检测电路111包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，电流检测电路111的第一连接端与电池管理控制器1连接，电流检测电路111的第二连接端与开关电路112连接，电流检测电路111的第三连接端与充电电源第二连接端连接。开关电路112分别与电池管理控制器10、电流检测电路111和扼流电路113连接，用于响应脉冲宽度调制信号(PWM信号)将扼流电路113连接到蓄能电源连接端和充电电源连接端之间。开关电路112包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，开关电路112的第一连接端与电池管理控制器1连接，开关电路112的第二连接端与电流检测电路111的第二连接端连接，开关电路112的第三连接端与扼流电路113连接。扼流电路113与电流检测电路111连接，用于扼制充电电流的高频交流电流，进而对通过的低频电流和直流电流进行整流。扼流电路113包括第一连接端和第二连接端，扼流电路113的第一连接端与开关电路112的第三连接端连接，扼流电路113的第二连接端与蓄能电源连接端连接。储能电路115与扼流电路113连接，用于为扼流电路113提供振荡电流。储能电路115包括第一连接端和第二连接端，储能电路115的第一连接端与扼流电路113的第二连接端连接，储能电路115的第二连接端与充电电源第一连接端连接。蓄流电路114与扼流电路113连接，用于为扼流电路113提供反向放电电流。蓄流电路114包括第一连接端和第二连接端，蓄流电路114的第一连接端与开关电路112的第三连接端连接，蓄流电路114的第二连接端与充电电源第一连接端连接。一实施例中，电池管理系统还包括电源模块12，用于向电流检测电路111提供电源，还用于向电池管理控制器10提供电源。电源模块12包括LDO电源，LDO电源包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，LDO电源第一连接端与充电电源第一连接端连接，LDO 电源第二连接端与充电电源第二连接端，LDO电源第三连接端与电流检测电路的电源输入端连接。一实施例中，LDO电源主要是将外部输入的DC12-24V电源转变成DC5V电源，给限流电路的电池管理控制器和电流检测电路的运算放大器芯片提供5V的驱动电源。

一实施例中，电池管理系统还包括第一隔离光耦电路13，用于对一使能信号EN进行光耦隔离后输出给电源电路12。电源电路12还响应该光耦光耦隔离后的使能信号EN输出直流电源给电流检测电路111和电池管理控制器10。一实施例中，电源电路输出5V直流电源给电流检测电路111和电池管理控制器10。一实施例中，电池管理系统还包括第二隔离光耦电路14，用于对一基准频率信号F光耦隔离后输出给电池管理控制器10，电池管理控制器10还用于将光耦隔离后的准频率信号F转化为脉冲宽度调制信号发送给开关电路112。一实施例中，电池管理控制器10还用于通过调节该脉冲宽度调制信号的波形来控制开关电路 112的导通和关闭时间。一实施例中，基准频率信号F和使能信号EN由控制终端4向电池管理系统输出，限流电路的工作开启是受外来输入信号所控制，在储能电源需要充电补充电能的时候，输入使能高电平信号进行充电，电池充电达到保护值时关断限流充电功能，充电限流电路的具体限流值也是外围电路提供，具体实现由电池管理控制器检测与设定限流值相对应的频率信号，这两路输入信号均设置有隔离光耦电路进行电性隔离。一实施例中，电池管理控制器为MCU，其型号为Freescale系列的MMC9S08PA16芯片。一实施例中，隔离光耦电路包括型号为TLP185的隔离光耦芯片，用于将外围输入的使能信号EN和基准频率信号F进行电路两级的电气隔离。

在本申请一实施例中，提供了一种可以用于闭环逻辑输出控制的可限定充电电流的限流电路，其系统逻辑控制主要由外围输入的基准频率信号F和使能控制信号EN控制.当输入电池管理系统电路的使能信号EN和基准频率信号F给电池管理系统，限流电路和电池管理控制器工作，充电机打开，设定充电机输出电压大于电池总压，电流流过电流检测电路，电流检测电路应用欧姆定律 U＝I*R可知在电流检测电阻两端产生一定压降，该电压经过电流检测电路的运算放大电路U1放大后输出给电池管理控制器，电池管理控制器依此获取真实的充电电流的电流值，电池管理控制器内部会根据所设定的电流大小和采集的电流相比较，自动调节脉宽调制信号的PWM波形的占空比大小，得到脉宽调制信号输出频率与外围电路提供的基准频率信号F相等，如果电流检测电路采集的充电电流值大于设定限流值时，占空比会减小，相反占空比会增加。一实施例中，该PWM波形通过开关驱动电路的驱动增加电流驱动能力，直接驱动开关电路的两路开关单元电路，最后通过扼流电路和储能电路作用输出得到稳定的电流值。一实施例中，外围控制信号为是由电池管理系统的锂电保护板输出的使能信号 EN，其目的是控制限流电路的充电工作和关断。输入电池管理系统的另外一路基准频率信号F，是由锂电保护板的控制器的IO管脚输出的F＝50kHz、占空比为50％的频率信号，此信号为充电限流电路提供可调的PWM波形的基准频率。

请参考图5，为一种实施例中电池管理系统的限流电路连接示意图，包括电流检测电路111、开关电路112、扼流电路113、蓄流电路114、储能电路115。开关电路112包括至少一个开关单元1120，每个开关单元1120包括电阻R1和 MOS开关管Q1。电阻R1的一端与开关电路112的第一连接端连接，另一端与MOS 开关管Q1的控制端连接。MOS开关管Q1的第一极与开关电路112的第二连接端连接，MOS开关管Q1的第二极与开关电路112的第三连接端连接。一实施例中，开关电路112还包括电阻R2、二极管D1和电容C1。二极管D1的负极与开关电路112的第二连接端连接，二极管D1的正极与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与开关电路112的第三连接端连接，电阻R2的一端与二极管D1的正极连接，电阻R2的另一端与二极管D1的负极连接。一实施例中，开关电路112 包括两个开关单元1120。蓄流电路114包括电阻R3、电容C2和二极管D2，二极管D2的正极与蓄流电路114的第一连接端连接，二极管D2的负极与蓄流电路114的第二连接端连接，电阻R3和电容C2串联连接，串联连接后的一端与蓄流电路114的第一连接端连接，另一端与蓄流电路114的第二连接端连接。扼流电路113包括电感L1，电感L1的两端分别与扼流电路113的第一连接端和第二连接端连接。储能电路115包括至少一个电容C3，每个电容C3的两端分别与储能电路115的第一连接端和第二连接端连接。电流检测电路111包括电阻 R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C4、电容 C5和运算放大器U1。电阻R4和电阻R5并联连接，并联连接后的一端与电流检测电路111的第二连接端连接，另一端与电流检测电路111的第三连接端连接。电容C4的一端与电流检测电路111的第二连接端连接，另一端接地GND。电阻 R6的一端与电流检测电路111的第二连接端连接，电阻R6的另一端与电容C5 的一端和电阻R7的一端连接，电容C5的另一端接地GND，电阻R7的另一端与运算放大器U1的正输入端连接，电阻R8的两端分别与运算放大器U1的负输入端和地连接，电阻R9的两端分别与运算放大器U1的负输入端和输出端连接，电阻R10的两端分别与运算放大器U1的输出端和电流检测电路111的第一连接端连接。一实施例中，电流检测电路111的电阻R4和电阻R5为合金电阻，充放电电流检测是使用高精度的合金电阻来检测，在合金电阻两端流过不同方向和大小的电流，会产生相应不同大小和方向的电压值。因为使用的合金电阻阻值R较小，考虑额定电流为I，得到的最大输出电压U＝I*R也较小，考虑到电池管理控制器电压采集的准确度，需要对检测得到的合金电阻的两端电压进行运放电路的倍数放大，放大后的电平再经过电池管理控制器的AD采集IO口输入。最终借助外围参考电压和AD采集方式等，由电池管理控制器得到实际通过合金电阻的电流值和方向性。一实施例中，扼流电路的电感L1为以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，在平衡线路中能有效地抑制共模信号，而对线路正常传输的差模信号无影响。一实施例中，电池管理控制器采用Freescale系列的 MMC9S08PA16芯片，主要接受到外围所提供的固定限流值的脉宽调制信号，对电流检测电路所反馈的电信号进行采集，产生可变的脉宽调制信号去控制开关电路的导通与关断。

一实施例中，限流电路的工作电源来自于电池组，考虑到通信锂电系统中常用的DC48V磷酸铁锂电池组，还需要将电池电源通过LDO电源电路转换成实际需要的电压值，本电路中的电源电路使用的SY8501FCC电源芯片来分压得到 DC5V工作电压，额定输出电流达到1A，来对该限流电路供电，为考虑整个电路的低功耗模式，该LDO电源有外围输入信号使能信号EN控制其工作状态。

一实施例中，开关电路中开关单元的MOS开关管的型号为IRFB4410ZPbF MOS 管作，开启IRFB4410ZPbF的栅源电压，Ugs输出范围为2-4V，所以控制MOS开关管的脉冲宽度调制信号的波形频率控制信号电压为2.5V-3.3V，EN使能控制信号电压也为2.5V-3.3V，通过改变脉冲宽度调制信号的波形的占空比大小来调节MOS开关管的导通和关断时间。根据开关电路的工作原理，假设输入电压为 Ui，输出电压为Uo，在电池管理控制器输出一定占空比的PWM波形作用下，高电平持续时间为t1，低电平持续时间为t2，周期一致为T，当MOS开关管在高电平导通状态时，通过的电流一边对扼流电路和储能电路充电，一边对负载输出电流，当MOS开关管在低电平切断状态时，通过储能电路、扼流电路和蓄流电路的反向放电，蓄流电路中的二极管管压降为U1，由V*S公式得知：

(Ui-Uo)*t1＝(Uo-U1)*t2.t1＝1/T-t2，

其中，U1可忽略不计。大多数情况下，电感工作在"线性区"，此时电感值为一常数，不随着端电压与电流而变化。但是，此处扼流电路中电感的绕线将导致两个分布参数(或寄生参数)，一个是不可避免的绕线电阻，另一个是与绕制工艺、材料有关的分布式杂散电容。杂散电容在低频时影响不大，但随频率的提高而渐显出来，当频率高到某个值以上时，电感也许变成电容特性了。如果将杂散电容"集中"为一个电容，则从电感的等效电路可以看出在某一频率后所呈现的电容特性。当扼流电路中电感L有电流I流过时，电感储存的能量为：

E＝0.5×L×I2，

在一个MOS开关管的一个开关周期中，电感L电流的变化(纹波电流峰峰值)与电感L两端电压的关系为：

V＝(L×di)/dt，

由此可看出，纹波电流的大小跟扼流电路的电感L电感值有关。就像电容有充、放电电流一样，电感器也有充、放电电压过程。电容上的电压与电流的积分成正比，电感上的电流与电压的积分成正比。只要电感电压变化，电流变化率di/dt也将变化；正向电压使电流线性上升，反向电压使电流线性下降。纹波电流的大小同样会影响电感器和输出电容的尺寸，纹波电流一般设定为最大输出电流的10％-30％，因此对降压型电源来说，流过电感的电流峰值比电源输出电流大5％-15％，输入电压为40-60V，输出电压为40-60V，输出电流为0-15A，频率控制信号为50KHz。

一实施例中，当电池管理控制器输出的脉冲调制信号的PWM波形来控制限流电路的开关电路做通断动作时，输出的电流成脉冲状况，扼流电路作为储能元件，与储能电路一起用在输入滤波和输出滤波电路上，用来平滑得到限定充电电流，在不同占空比的PWM波形的控制作用下，开关电路通断输出脉冲式的电压，经过储能电路和扼流电路的共同作用下，得到相对平滑的输出电流作为充电电流。外围输入信号使能EN(高有效)控制限流充电电路工作，限流充电电路中的电路检测电路通过合金电阻来检测电流大小，发送给电池管理控制器采集处理，及时调整脉宽调制信号的PWM波形的占空比，作为开关控制信号去调节开关电路开关动作的切换时间。

一实施例中，当电池管理系统工作在充电工作模式时，充电电流流经电流检测电路的电流检测电阻R4和电阻R5，电阻R4和电阻R5都为合金电阻，两个电流检测电阻的电阻值均为0.01Ω，产生压降为V1，则：

R＝R2//R3＝0.005Ω，

V1＝I*R＝0.005*I，

电流检测电路的运算放大器U1的同相端输入该检测电压信号放大得到输出电压U0，则：

U0＝V1*Av＝0.005*I*30＝0.15*I，

如果最大限定电流为10A，则电池管理控制器检测到最大的输出电压为 U0＝0.15*10＝1.5V。

一实施例中，在电池管理控制器通过输出给开关电路的脉宽调制信号的PWM 波形信号来控制开关电路的打开和关闭，基于对开关电路的电流导通能力和发热量情况的考虑，开关电路采用多个开关单元电路，因此需将电池管理控制器输出的脉宽调制信号一分多。一实施例中，开关电路采用双开关单元，每个开关单元还包括开关驱动器，开关驱动器连接在开关单元与电池管理控制器之间，用于响应电池管理控制器输出的脉宽调制信号，驱动开关单元的打开或关断时间。开关驱动器的芯片型号为IR4427S。其中，IR4427S芯片是一款两路输入输出的低电压、高速度功率MOSFET驱动芯片，驱动电流可达到20mA，它在电池管理控制器输出的同一路脉宽调制信号的PWM波形输入信号下，输出两路频率相等，幅度相同的PWM波形去控制开关单元，当输出信号的高电平大于开关单元中MOS开关管的Ugs开启电压时，开关单元导通。

在本申请的实施例中，公开了一种用于基站备用电源的电池管理系统，包括电池管理控制器和限流电路，电池管理控制器用于当基站备用电源的蓄能电源充电时，向限流电路发送一脉冲宽度调制信号，限流电路用于该响应脉冲宽度调制信号对充电电流进行限流保护。其中，限流电路包括电流检测电路、开关电路、扼流电路、蓄流电路和储能电路，电流检测电路用于将充电电流转化为电压信号发送给电池管理控制器，开关电路用于响应脉冲宽度调制信号将扼流电路连接到蓄能电源和充电电源之间,扼流电路用于对充电电流整形，储能电路用于为扼流电路提供振荡电流，蓄流电路用于为扼流电路提供反向放电电流。由于开关电路响应脉冲宽度调制信号通断，以通过扼流电路、蓄流电路和储能电路来稳定充电电流，进而提高基站备用电源的充电可靠性。本申请实施例中的电池管理系统具有以下优点：

1)能避免充电电流在充电过程中随时间呈指数规律下降，可以自动按照所设定的恒定电流值进行充电，限定电流可调，电流采用精度高、能实现低功耗工作模式。

2)蓄能电源与MCU控制电路使用了隔离保护方法，减少了电池在充放电过程中对控制电路的干扰，使得工作电源和输出控制信号比较稳定。

3)在限流电流的控制中，采用了开关电路的控制方式，通过闭环检测电流大小来改变PWM波形的占空比和频率信号控制MOS通断，使用蓄流电路、扼流电路和储能电路来达到输出电流的稳定，大大提高了系统可靠性。

请参考图6，为一种实施例中电池管理系统的限流电路工作流程示意图，电池控制系统的工作流程包括：

步骤一，I/O和PWM信号输出初始化；

如图4所示，电池管理系统对输入的使能信号EN和基准频率信号进行初始化，电流检测电路采集经过限流电路的电流信号，并将其转化为电压信号发送给电池管理控制器。

步骤二，设置限流值；

电池管理系统根据初始设置的电流值I1，将基准频率信号转化为脉冲调制信号，其占空比为50％的PWM波形，以用于控制开关电路的开启和关闭。

步骤三，开启限流模式；

电池管理系统工作在放电工作方式时，将使能信号EN信号拉低，限流电路停止工作，储能电源的放电电路控制板的放电开关打开，实现可保护电流的放电功能。当电池管理系统工作在充电工作方式时，将使能信号EN信号拉高，限流电路开启充电工作，储能电源的充电电路控制板的充电开关打开。

步骤四，限流模式执行；

电池管理控制器依据电流检测电路输出的电压信号Ui获取充电电流I2，进而获取电流变化值△I，△I＝I1-I2，依据△I的变化范围调整脉冲调制信号的波形。一实施例中，当△I<＝0.1A，促使PWM波形占空比增加，当△I>0.1A，△I <3A时，占空比递减。

步骤五，电池管理控制器判断是否有过流、过放、过流和短路等；

电池管理控制器依据电流变化值△I来检测过充或过温等异常情况。

步骤六，关闭限流保护电路；

当电池管理控制器检测到过充或过温等异常情况时，关闭限流充电电路充电功能，延时检测满足充电条件时再开启限流充电。

步骤七，过流、过放、过流和短路的判断是通过依据电流检测电路获取的电压信号与预设值进行比较；

电池管理控制器依据电流变化值△I是将电流检测电路输出的电压信号Ui 与预设值进行比较，在依据比较结果进行判断。限流电路限定充电电流需要外围控制信号(输入电池管理系统的EN使能信号和基准频率信号F)才能有效工作，EN使能信号经过第一隔离光耦电路控制电源电路的LDO电源电路输出DC5V 供电电源，再分别对电池管理控制器、电流检测电路和信号反馈电路供电，直接影响限流电路的工作状态，限流的电流值也是由其它外信号设置。一实施例中，外围输入的基准频率信号F为一定频率的PWM波形控制信号。一实施例中，开关电路通过双路开关单元的驱动芯片输出增大电流驱动能力和驱动路数，当两路开关单元的在一定占空比的高电平导通情况下，在电流检测电路的电流检测电阻上产生一定压降，再经过电流检测电路的运算放大器放大后的电压信号输入给电池管理控制器，电池管理控制器会对另外一路采集到的设定限流值和采集反馈得到的电流值进行比较，当限流值大于采集值时增大PWM高电平的占空比，提高MOS开关的导通时间，当限流值小于采集值时减小PWM高电平的占空比，缩短MOS开关的导通时间。为促使输出电流的恒流稳定，在开关电路导通时，通过电流对扼流电路和储能电路充电，开关电路关断后，由储能电路、扼流电路和蓄流电路反方向放电，最终可实现输出限定电流充电功能。

请参考图7，为一种实施例中充电电路中电信号的波形变化示意图，其中，图7中的(a)为开关电路的MOS开关管Ugs的输出电平波形示意图，图7中的(b) 为充电电流经过开关电路的电流值波形示意图，图7中的(c)是通过扼流电路的电流值的波形示意图，图7中的(d)为充电电流通过开关电路输出的电流值的波形示意图。如图7中的(a)所示，一实施例中，开关电路中使用的是两路独立输出驱动芯片为两个开关单元分别提供驱动电流，最大驱动电流可达20mA，得到两路MOS的Ugs开启电平，在电池管理控制器输出的脉宽调制信号的PWM波形的控制作用下，两路开关单元的MOS开关管会在高脉冲电平同时导通输出电流，在低电平时关断电流通过。如图7中的(b)所示，一实施例中，当充电电流流经开关电流时的电流值变化曲线。如图7中的(c)所示，一实施例中，扼流电路的电感是扼流线圈，为一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，在平衡线路中能有效地抑制共模信号，而对线路正常传输的差模信号无影响。利用线圈电抗与频率成正比关系，可扼制高频交流电流，让低频和直流通过用于整流。储能电路中的电容把电压的变动转化为电流的变化，频率越高，峰值电流就越大，从而缓冲了电压。如图7中的(d)所示，一实施例中，在开关电路导通时，通过电流对扼流电路和储能电路充电，开关电路关断后，由储能电路、扼流电路和蓄流电路反方向放电，最终可实现稳定输出限定的充电电流。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种用于基站备用电源的电池管理系统，其特征在于，包括电池管理控制器和限流电路；

所述电池管理控制器用于当所述基站备用电源的蓄能电源充电时，向所述限流电路发送一脉冲宽度调制信号；

所述限流电路与所述电池管理控制器连接，用于当所述基站备用电源的充电电源对所述蓄能电源进行充电时，响应所述脉冲宽度调制信号对充电电流进行限流保护；所述限流电路包括电流检测电路、开关电路、扼流电路、蓄流电路、储能电路和蓄能电源连接端、充电电源第一连接端、充电电源第二连接端，所述蓄能电源连接端用于与所述基站备用电源的蓄能电源的负充电输入端连接，所述充电电源第一连接端用于与所述基站备用电源的充电电源正输出端连接，所述充电电源第二连接端用于与所述基站备用电源的充电电源负输出端连接；

所述电流检测电路分别与所述电池管理控制器和所述开关电路连接，用于将所述充电电流转化为电压信号发送给所述电池管理控制器；所述电流检测电路包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述电流检测电路的第一连接端与所述电池管理控制器连接，所述电流检测电路的第二连接端与所述开关电路连接，所述电流检测电路的第三连接端与所述充电电源第二连接端连接；

所述开关电路分别与所述电池管理控制器、所述电流检测电路和所述扼流电路连接，用于响应所述脉冲宽度调制信号将所述扼流电路连接到所述蓄能电源连接端和所述充电电源连接端之间；所述开关电路包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述开关电路的第一连接端与所述电池管理控制器连接，所述开关电路的第二连接端与所述电流检测电路的第二连接端连接，所述开关电路的第三连接端与所述扼流电路连接；

所述扼流电路与所述电流检测电路连接，用于扼制所述充电电流的高频交流电流，进而对通过的低频电流和直流电流进行整流；所述扼流电路包括第一连接端和第二连接端，所述扼流电路的第一连接端与所述开关电路的第三连接端连接，所述扼流电路的第二连接端与所述蓄能电源连接端连接；

所述储能电路与所述扼流电路连接，用于为所述扼流电路提供振荡电流；所述储能电路包括第一连接端和第二连接端，所述储能电路的第一连接端与所述扼流电路的第二连接端连接，所述储能电路的第二连接端与所述充电电源第一连接端连接；

所述蓄流电路与所述扼流电路连接，用于为所述扼流电路提供反向放电电流；所述蓄流电路包括第一连接端和第二连接端，所述蓄流电路的第一连接端与所述开关电路的第三连接端连接，所述蓄流电路的第二连接端与所述充电电源第一连接端连接。

2.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述开关电路包括至少一个开关单元，每个所述开关单元包括电阻R1和MOS开关管Q1；所述电阻R1的一端与所述开关电路的第一连接端连接，另一端与所述MOS开关管Q1的控制端连接；所述MOS开关管Q1的第一极与所述开关电路的第二连接端连接，所述MOS开关管Q1的第二极与所述开关电路的第三连接端连接。

3.如权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于，所述开关电路还包括电阻R2、二极管D1和电容C1；所述二极管D1的负极与所述开关电路的第二连接端连接，所述二极管D1的正极与所述电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端与所述开关电路的第三连接端连接，所述电阻R2的一端与所述二极管D1的正极连接，所述电阻R2的另一端与所述二极管D1的负极连接。

4.如权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于，所述开关电路包括两个开关单元。

5.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述蓄流电路包括电阻R3、电容C2和二极管D2；所述二极管D2的正极与所述蓄流电路的第一连接端连接，所述二极管D2的负极与所述蓄流电路的第二连接端连接；所述电阻R3和电容C2串联连接，串联连接后的一端与所述蓄流电路的第一连接端连接，另一端与所述蓄流电路的第二连接端连接。

6.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述扼流电路包括电感L1，所述电感L1的两端分别与所述扼流电路的第一连接端和第二连接端连接。

7.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述储能电路包括至少一个电容C3，每个所述电容C3的两端分别与所述储能电路的第一连接端和第二连接端连接。

8.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述电流检测电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C4、电容C5和运算放大器U1；所述电阻R4和所述电阻R5并联连接，并联连接后的一端与所述电流检测电路的第二连接端连接，另一端与所述电流检测电路的第三连接端连接；所述电容C4的一端与所述电流检测电路的第二连接端连接，另一端接地；所述电阻R6的一端与所述电流检测电路的第二连接端连接，所述电阻R6的另一端与所述电容C5的一端和所述电阻R7的一端连接，所述电容C5的另一端接地，所述电阻R7的另一端与所述运算放大器U1的正输入端连接；所述电阻R8的两端分别与所述运算放大器U1的负输入端和地连接；所述电阻R9的两端分别与所述运算放大器U1的负输入端和输出端连接；所述电阻R10的两端分别与所述运算放大器U1的输出端和所述电流检测电路的第一连接端连接。

9.如权利要求8所述的电池管理系统，其特征在于，还包括电源模块，用于向所述电流检测电路提供电源；所述电源模块包括LDO电源，所述LDO电源包括第一连接端、第二连接端和第三连接端；所述LDO电源第一连接端与所述充电电源第一连接端连接，所述LDO电源第二连接端与所述充电电源第二连接端，所述LDO电源第三连接端与所述运算放大器U1的电源输入端连接。

10.如权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理控制器还用于通过调节所述脉冲宽度调制信号的波形来控制所述开关电路的导通和关闭时间。

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