CN220271520U - 一种正端电流检测电路及电源管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种正端电流检测电路及电源管理系统，涉及检测技术领域。正端电流检测电路包括第一采样电阻、第一电阻、运算放大器、第一开关管、第二采样电阻以及检测单元；运算放大器的第一输入端与第一开关管的输入端连接，以及通过第一电阻与第一采样电阻的第一端连接；运算放大器的第二输入端与第一采样电阻的第二端连接，运算放大器的输出端与第一开关管的控制端连接；第二采样电阻的第一端与检测单元以及第一开关管的输出端连接，第二采样电阻的第二端接地。该正端电流检测电路能够精准检测BMS自身消耗的电流，基于BMS自身消耗的电流可精准计算BMS主板的功耗，从而能够准确计算BMS主板的耗电量，进而能够准确计算电池的SOC。

Description

一种正端电流检测电路及电源管理系统

技术领域

本实用新型涉及电流检测技术领域，尤其涉及一种正端电流检测电路及电源管理系统。

背景技术

目前市场上电池包的BMS(Battery Management System，电池管理系统)没有对自身的功耗进行监测。通常给BMS设定一个固定的功耗参数值，并基于该值来计算BMS的功耗，然而该方法仅仅是能够大概估算BMS的功耗，准确性较差。由于无法准确计算BMS的功耗，导致对电池的SOC(State of Charge，剩余电量)的计算也存在较大偏差。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题是：如何准确获取电池包的BMS的功耗。

为了解决上述问题，第一方面，本实用新型实施例提出一种正端电流检测电路，其中，电池、第一采样电阻以及BMS主板依次连接构成供电回路，所述供电回路的电流由所述第一采样电阻的第一端流向所述第一采样电阻的第二端；所述正端电流检测电路包括所述第一采样电阻、第一电阻、运算放大器、第一开关管、第二采样电阻以及检测单元；所述运算放大器的第一输入端与所述第一开关管的输入端连接，以及通过所述第一电阻与所述第一采样电阻的第一端连接；所述运算放大器的第二输入端与所述第一采样电阻的第二端连接，所述运算放大器的输出端与所述第一开关管的控制端连接；所述第二采样电阻的第一端与所述检测单元以及所述第一开关管的输出端连接，所述第二采样电阻的第二端接地。

其进一步的技术方案为，所述正端电流检测电路还包括第二电阻，所述运算放大器的输出端通过所述第二电阻与所述第一开关管的控制端连接。

其进一步的技术方案为，所述正端电流检测电路还包括稳压单元，所述稳压单元包括稳压器、第三电阻以及第四电阻，所述稳压器的阴极与所述第一采样电阻的第一端以及所述运算放大器的电源输入端连接，所述稳压器的阳级与所述运算放大器的接地端连接；所述第三电阻的第一端与所述稳压器的阴极连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端以及所述稳压单元的参考极连接，所述第四电阻的第二端与所述稳压器的阳级连接。

其进一步的技术方案为，所述稳压单元还包括电容，所述电容并联在所述稳压器的阳极与阴极之间。

其进一步的技术方案为，所述正端电流检测电路还包括恒流单元，所述恒流单元包括开关控制单元、第二开关管、电压钳位单元以及第五电阻，所述第二开关管的控制端与所述开关控制单元连接，所述第二开关管的输入端与所述运算放大器的接地端连接，所述第二开关管的输出端通过所述第五电阻接地，所述电压钳位单元并联在所述第二开关管的控制端与所述第五电阻之间。

其进一步的技术方案为，所述电压钳位单元包括第一二极管以及第二二极管，所述第一二极管的正极与所述第二开关管的控制端连接，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极连接，所述第二二极管的负极接地。

其进一步的技术方案为，所述恒流单元还包括第六电阻，所述第二开关管的控制端通过所述第六电阻与所述开关控制单元连接。

其进一步的技术方案为，所述第一开关管为PMOS管，所述PMOS管的栅极与所述运算放大器的输出端连接，所述PMOS管的漏极与所述运算放大器的第一输入端连接，所述PMOS管的源极与所述第二采样电阻的第一端连接；

或者，所述第一开关管为PNP三极管，所述PNP三极管的基级与所述运算放大器的输出端连接，所述PNP三极管的发射极与所述运算放大器的第一输入端连接，所述PNP三极管的集电极与所述第二采样电阻的第一端连接。

其进一步的技术方案为，所述第二开关管为NPN三极管，所述NPN三极管的基极与所述开关控制单元连接，所述NPN三极管的集电极与所述运算放大器的接地端连接，所述NPN三极管的发射极通过所述第五电阻接地。

第二方面，本实用新型实施例提出一种电源管理系统，所述电源管理系统包括如第一方面所述的正端电流检测电路。

与现有技术相比，本实用新型实施例所能达到的技术效果包括：

通过检测单元检测第二采样电阻的第一端的电压，进而基于第二采样电阻的第一端的电压以及第二采样电阻的电阻值可确定流经第二采样电阻的电流，流经第二采样电阻的电流等于流经第一电阻的电流。基于流经第一电阻的电流以及第一电阻的电阻值，可计算第一电阻的压降，第一电阻的压降等于第一采样电阻的压降。基于第一采样电阻的压降以及第一采样电阻的电阻值，可计算出流经第一采样电阻的电流，即BMS自身消耗的电流。基于BMS自身消耗的电流可精准计算BMS主板的功耗。

可见，通过本实用新型实施例的技术方案，能够精准检测BMS自身消耗的电流，基于BMS自身消耗的电流可精准计算BMS主板的功耗，从而能够准确计算BMS主板的耗电量，进而能够准确计算电池的SOC。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本实用新型实施例提供的一种正端电流检测电路的电路图。

附图标记

BMS主板10、检测单元20、稳压单元30、恒流单元40以及电压钳位单元41。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型实施例。如在本实用新型实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

参见图1，本实用新型提出一种正端电流检测电路，该正端电流检测电路用于检测电池BT的BMS主板10的电流，从而可准确计算BMS主板10的功耗(耗电量)。电池BT、第一采样电阻RS1以及BMS主板10依次连接构成供电回路，所述供电回路的电流由所述第一采样电阻RS1的第一端11流向所述第一采样电阻RS1的第二端12，即第一采样电阻RS1的第一端11与电池BT的正极连接，第一采样电阻RS1的第二端12与BMS主板10连接。具体地，该正端电流检测电路包括所述第一采样电阻RS1、第一电阻R1、运算放大器U2、第一开关管Q1、第二采样电阻RS2以及检测单元20。以上各元器件之间的连接关系如下：

所述运算放大器U2的第一输入端-IN与所述第一开关管Q1的输入端连接，以及通过所述第一电阻R1与所述第一采样电阻RS1的第一端11连接；所述运算放大器U2的第二输入端+IN与所述第一采样电阻RS1的第二端12连接，所述运算放大器U2的输出端OUT与所述第一开关管Q1的控制端连接；所述第二采样电阻RS2的第一端21与所述检测单元20以及所述第一开关管Q1的输出端连接，所述第二采样电阻RS2的第二端22接地。

检测单元20可具体为MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，通过MCU上的ADC引脚即可采集第二采样电阻RS2的第一端21的电压。

运算放大器U2的第一输入端-IN可具体为反向输入端。运算放大器U2的第二输入端+IN可具体为同向输入端。

基于运算放大器U2的特性，在电路稳定后，运算放大器U2的第一输入端-IN与第二输入端+IN的电压相等。由此可知，第一采样电阻RS1上的压降必定与第一电阻R1上的压降相同。同时，由于运算放大器U2高输入阻抗特性，使得通过第一电阻R1流入运放的电流可以忽略不计，同时基于第一开关管Q1的控制端的高阻抗特性，使得通过第一开关管Q1的控制端流入第二采样电阻RS2的电流可以忽略不计，由此可知，流经第一电阻R1的电流与流经第二采样电阻RS2的电流相同。

通过检测单元20检测第二采样电阻RS2的第一端21的电压，进而基于第二采样电阻RS2的第一端21的电压以及第二采样电阻RS2的电阻值可确定流经第二采样电阻RS2的电流，流经第二采样电阻RS2的电流等于流经第一电阻R1的电流。基于流经第一电阻R1的电流以及第一电阻R1的电阻值，可计算第一电阻R1的压降，第一电阻R1的压降等于第一采样电阻RS1的压降。基于第一采样电阻RS1的压降以及第一采样电阻RS1的电阻值，可计算出流经第一采样电阻RS1的电流，即BMS主板10的电流。基于BMS主板10的电流可精准计算BMS主板10的功耗。

可见，通过本实用新型实施例的技术方案，能够精准检测BMS主板10的电流，基于BMS主板10的电流可精准计算BMS主板10的功耗，从而能够准确计算BMS主板10的耗电量，进而能够准确计算电池BT的SOC。

继续参见图1，进一步地，所述正端电流检测电路还包括第二电阻R2，所述运算放大器U2的输出端通过所述第二电阻R2与所述第一开关管Q1的控制端连接。所述第二电阻R2起到限流作用，可有效保护第一开关管Q1的控制端。

进一步地，所述第一开关管Q1为PMOS管，对于PMOS管而言，栅极对应于控制端，漏极对应于输入端，源极对应于输出端。需要说明的是所述第一开关管Q1也可以为其它开关器件，对此，本实用新型不具体限定。

PMOS管具体的连接方式如下：所述PMOS管的栅极与所述运算放大器U2的输出端连接，所述PMOS管的漏极与所述运算放大器U2的第一输入端-IN连接，所述PMOS管的源极与所述第二采样电阻RS2的第一端21连接。

或者，在一实施例中，所述第一开关管Q1为PNP三极管，对于PNP三极管而言，基极对应于控制端，发射极对应于输入端，集电极对应于输出端。

PNP三极管具体的连接方式如下：所述PNP三极管的栅极与所述运算放大器的输出端连接，所述PNP三极管的发射极与所述运算放大器的第一输入端连接，所述PNP三极管的集电极与所述第二采样电阻的第一端连接。

当第一开关管Q1为PMOS管时，正端电流检测电路的工作原理：

PMOS管工作在线性型电阻区，PMOS管导通内阻受运算放大器U2输出控制，U2输出电压越高，PMOS管导通内阻越大。

当流过第一采样电阻RS1的电流增加，使得运算放大器U2第一输入端-IN的电压比第二输入端+IN的电压高，运算放大器U2输出的电压变低，使得PMOS管导通内阻变小，流过PMOS管的电流变大，第一电阻R1上压降变大，运算放大器U2的第一输入端-IN的电压变低，最终实现使得运算放大器U2的第一输入端-IN与第二输入端+IN的电压相等。

当流过第一采样电阻RS1的电流减小，使得运算放大器U2的第一输入端-IN比第二输入端+IN电压低，运算放大器U2输出电压变高，PMOS管导通内阻变大，流过PMOS管的电流变小，第一电阻R1上压降变小，运算放大器U2的第一输入端-IN的电压变高，最终实现使得运算放大器U2的第一输入端-IN与第二输入端+IN的电压相等。

进一步地，所述正端电流检测电路还包括稳压单元30，稳压单元30用于向运算放大器U2的电源输入端VCC1输出稳定的电压，从而确保运算放大器U2能够稳定工作，提高检测的准确性。

所述稳压单元30包括稳压器U1、第三电阻R3以及第四电阻R4，所述稳压器U1的阴极K与所述第一采样电阻RS1的第一端11以及所述运算放大器U2的电源输入端VCC1连接，所述稳压器U1的阳级A与所述运算放大器U2的接地端GND连接；所述第三电阻R3的第一端31与所述稳压器U1的阴极K连接，所述第三电阻R3的第二端32与所述第四电阻R4的第一端41以及所述稳压单元30的参考极G连接，所述第四电阻R4的第二端42与所述稳压器30的阳级连接。

在一实施例中，所述稳压器U1的型号为TL431。

进一步地，所述稳压单元30还包括电容C1，所述电容C1并联在所述稳压器U1的阳极与阴极之间。电容C1能够过滤电路中的杂波，从而减少电路干扰，提高稳压器U1电压输出的稳定性。

进一步地，所述正端电流检测电路还包括恒流单元40，恒流单元40用于与向运算放大器U2的接地端GND连接，使得运算放大器U2的接地端GND的电流恒定，从而确保运算放大器U2能够稳定工作，提高检测的准确性。

所述恒流单元40包括开关控制单元VCC2、第二开关管Q2、电压钳位单元41以及第五电阻R5，所述第二开关管Q2的控制端与所述开关控制单元VCC2连接，所述第二开关管Q2的输入端与所述运算放大器U2的接地端GND连接，所述第二开关管Q2的输出端通过所述第五电阻R5接地，所述电压钳位单元41并联在所述第二开关管Q2的控制端与所述第五电阻R5之间。

所述开关控制单元VCC2可具体为MCU上的电源输出引脚。开关控制单元VCC2输出的电压可具体为3.3V。开关控制单元VCC2输出的开关控制信号为高电平时，第二开关管Q2导通，此时开启电流检测功能。开关控制单元VCC2输出的开关控制信号为低电平时，第二开关管Q2关断，此时关闭电流检测功能。

通过电压钳位单元41能够使得所述第二开关管Q2与所述第五电阻R5上的压降恒定，同时由于第二开关管Q2的压降是恒定的，使得第五电阻R5上的压降也是恒定的。由于第五电阻R5的电阻恒定，使得第五电阻R5上的电流是恒定的，即运算放大器U2的接地端GND的电流恒定。

进一步地，电压钳位单元41包括第一二极管D1以及第二二极管D2，所述第一二极管D1的正极与所述第二开关管Q2的控制端连接，所述第一二极管D1的负极与所述第二二极管D2的正极连接，所述第二二极管D2的负极接地。第一二极管D1以及第二二极管D2分别提供0.7v的钳位电压。

进一步地，恒流单元40还包括第六电阻R6，所述第二开关管Q2的控制端通过所述第六电阻R6与所述开关控制单元VCC2连接。

第六电阻R6起到限流作用，可有效保护第二开关管Q2的控制端。

进一步地，所述第二开关管Q2为NPN三极管。对于NPN三极管而言，基极对应于控制端，集电极对应于输入端，发射极对应于输出端。需要说明的是所述第二开关管Q2也可以为其它开关器件，对此，本实用新型不具体限定。

NPN三极管具体的连接方式如下：所述NPN三极管的基极与所述开关控制单元VCC2连接，所述NPN三极管的集电极与所述运算放大器U2的接地端GND连接，所述NPN三极管的发射极通过所述第五电阻R5接地。

恒流单元40的工作原理：NPN三极管的基极对地的电压是第一二极管D1和第二二极管D2钳位的电压约等于1.4V，NPN三极管的基极是一个PN节(二极管)，压降0.7V，那么加在第五电阻R5两端的电压就是恒定的0.7V，流过第五电阻R5的电流就是恒定的，即即运算放大器U2的接地端GND的电流恒定。

本实用新型实施例提出一种电源管理系统(BMS)，所述电源管理系统包括以上任一实施例提供的正端电流检测电路。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，尚且本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述，为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种正端电流检测电路，其特征在于，电池、第一采样电阻以及BMS主板依次连接构成供电回路，所述供电回路的电流由所述第一采样电阻的第一端流向所述第一采样电阻的第二端；所述正端电流检测电路包括所述第一采样电阻、第一电阻、运算放大器、第一开关管、第二采样电阻以及检测单元；所述运算放大器的第一输入端与所述第一开关管的输入端连接，以及通过所述第一电阻与所述第一采样电阻的第一端连接；所述运算放大器的第二输入端与所述第一采样电阻的第二端连接，所述运算放大器的输出端与所述第一开关管的控制端连接；所述第二采样电阻的第一端与所述检测单元以及所述第一开关管的输出端连接，所述第二采样电阻的第二端接地。

2.根据权利要求1所述的正端电流检测电路，其特征在于，所述正端电流检测电路还包括第二电阻，所述运算放大器的输出端通过所述第二电阻与所述第一开关管的控制端连接。

3.根据权利要求1所述的正端电流检测电路，其特征在于，所述正端电流检测电路还包括稳压单元，所述稳压单元包括稳压器、第三电阻以及第四电阻，所述稳压器的阴极与所述第一采样电阻的第一端以及所述运算放大器的电源输入端连接，所述稳压器的阳级与所述运算放大器的接地端连接；所述第三电阻的第一端与所述稳压器的阴极连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端以及所述稳压单元的参考极连接，所述第四电阻的第二端与所述稳压器的阳级连接。

4.根据权利要求3所述的正端电流检测电路，其特征在于，所述稳压单元还包括电容，所述电容并联在所述稳压器的阳极与阴极之间。

5.根据权利要求1所述的正端电流检测电路，其特征在于，所述正端电流检测电路还包括恒流单元，所述恒流单元包括开关控制单元、第二开关管、电压钳位单元以及第五电阻，所述第二开关管的控制端与所述开关控制单元连接，所述第二开关管的输入端与所述运算放大器的接地端连接，所述第二开关管的输出端通过所述第五电阻接地，所述电压钳位单元并联在所述第二开关管的控制端与所述第五电阻之间。

6.根据权利要求5所述的正端电流检测电路，其特征在于，所述电压钳位单元包括第一二极管以及第二二极管，所述第一二极管的正极与所述第二开关管的控制端连接，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极连接，所述第二二极管的负极接地。

7.根据权利要求5所述的正端电流检测电路，其特征在于，所述恒流单元还包括第六电阻，所述第二开关管的控制端通过所述第六电阻与所述开关控制单元连接。

8.根据权利要求1所述的正端电流检测电路，其特征在于，所述第一开关管为PMOS管，所述PMOS管的栅极与所述运算放大器的输出端连接，所述PMOS管的漏极与所述运算放大器的第一输入端连接，所述PMOS管的源极与所述第二采样电阻的第一端连接；

或者，所述第一开关管为PNP三极管，所述PNP三极管的基极与所述运算放大器的输出端连接，所述PNP三极管的发射极与所述运算放大器的第一输入端连接，所述PNP三极管的集电极与所述第二采样电阻的第一端连接。

9.根据权利要求5所述的正端电流检测电路，其特征在于，所述第二开关管为NPN三极管，所述NPN三极管的基极与所述开关控制单元连接，所述NPN三极管的集电极与所述运算放大器的接地端连接，所述NPN三极管的发射极通过所述第五电阻接地。

10.一种电源管理系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的正端电流检测电路。