一种应用于电池管理单元均衡通道的防反接系统及方法与流程

本发明涉及电路控制领域，尤其涉及一种防反接电路系统及方法。

背景技术：

在新能源汽车及储能产品中，电池管理系统是其最重要的部分。在电池管理中，因电池一致性差异，均衡是必不可少的手段。本设计针对主动式双向均衡，提出一种均衡电源的防反接电路。能检测均衡模块电源是否反接，并可以反接保护。其具有双向防反接特性，电流可双向流动，同时其具有导通电阻小，功耗极低的特性。

随着人类对环境保护意识的提高，新能源技术得到广泛应用。其中储能技术及新能源电动汽车得到飞速发展，在储能产品及电动汽车的核心是电池，而电池的核心在电池管理系统（BMS）。电池管理系统（BMS）作为实时监控、自动均衡、智能充放电的电子部件，起到保障安全、延长寿命、估算剩余电量等重要功能，是动力和储能电池组中不可或缺的重要部件。而在电池管理系统中，由于电池的差异性，导致电池容量一致性不好。在这里，均衡是必不可少的一个环节，均衡技术可以拉低电池之间的差异，使其工作在同一状态下。

现有技术中，防反接电路有两种方式。第一种是单向防反接，其电流只能单向流动，多用二极管的单向导通性实现。其将二极管串接在电源输入口，当电源连接正确时，其通过二极管单向导通能正常工作，当电源反接时，电流不能反向流过二极管，从而达到防反接目的。此种方式因二极管内部含有PN节，电流通过二极管会有压降，导致具有一定损耗。第二种是利用保险丝和二极管实现，保险丝串在电源回路里，二极管并联在电源输入口，当反接时，电源流过二极管和保险丝回到地，则因电流过大会导致保险丝烧毁。此种方式虽可实现电流的双向流动，但一旦反接，则需更换保险丝，操作比较麻烦。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可双向导通、功耗小、操作方便的应用于电池管理单元均衡通道的防反接系统及方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种应用于电池管理单元均衡通道的防反接系统，包括第一接口、第二接口和场效应管，所述第一接口包括第一正极和第一负极，所述第二接口包括第二正极和第二负极，所述第一正极与第二正极连接，所述场效应管的栅极与第一正极连接，所述场效应管的漏极与第一负极连接，所述场效应管的源极与第二负极连接。

优选的，还包括分压电路，所述分压电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻串联于第一/第二正极和第一/第二负极之间，所述场效应管的栅极通过第一分压电阻与第一正极连接。

优选的，还包括稳压二极管，所述稳压二极管正向连接于第二负极和场效应管的栅极之间。

优选的，还包括软启动电容，所述软启动电容与第二分压电阻并联。

优选的，所述场效应管为N沟道场效应管。

一种应用于电池管理单元均衡通道的防反接方法，包括步骤：在输入接口和输出接口之间接入场效应管，使得当输入接口正向接入电源时，输入接口的正极为场效应管的栅极提供电压，场效应管的漏极和源极导通，输入电流经过场效应管从输出接口输出；反之，当输入接口反向接入电源时，场效应管不导通。

本发明的有益效果是：

本发明通过采用场效应管开关特性进行控制，实现防反接电路；其次利用场效应管电压控制和导通电阻小的特性降低该部分电路损耗；再次利用场效应管开通后双向导通的特性，实现电流可双向流动，适用于电池组的双向均衡通道。

另外，本发明还通过采用稳压管抑制场效应管栅极电压，保护场效应管防止其损坏。利用并联电容实现软启动，防止冲击电压产生。

具体的，本发明的优点包括：

1、成本低，本设计使用元件少，成本低。

2、功耗小，本设计相对使用二极管而言，导通内阻仅为6毫欧，使用时损耗在这部分电路上的能量极低。

3、电流可双向流动，采用场效应管的开关特性，场效应管打开时，电流可双向流动，场效应管两个方向内阻相同。

本发明可广泛应用于各种双向电流防反接电路系统。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明利用MOS管的开关特性实现防反接，利用电阻分压来打开MOS管，用稳压管实现对MOS管的保护。一种应用于电池管理单元均衡通道的防反接系统，包括第一接口、第二接口和场效应管Q1，第一接口包括第一正极V1+和第一负极V1-，第二接口包括第二正极V2+和第二负极V2-，第一正极V1+与第二正极V2+连接，场效应管Q1的栅极G与第一正极V1+连接，场效应管Q1的漏极D与第一负极V1-连接，场效应管Q1的源极S与第二负极V2-连接。其中，第一接口和第二接口可互为输入输出接口，也即是：当第一接口为输入接口时，第二接口为输出接口；当第二接口为输入接口时，第一接口为输出接口。适用于电池组均衡电路的双向电流均衡。

防反接电路还包括分压电路，分压电路包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2串联于第一/第二正极V2+和第一/第二负极V2-之间，场效应管Q1的栅极G通过第一分压电阻R1与第一正极V1+连接。分压电路可控制MOS管（场效应管Q1）栅极G电压，保护MOS管防止其受损坏。该实施例中，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2串联于第一正极V1+和第二负极V2-之间，第一分压电阻R1和第二电阻的阻值均为100KΩ。

该实施例中，防反接电路还包括稳压二极管D1，稳压二极管D1正向连接于第二负极V2-和场效应管Q1的栅极G之间。采用稳压管抑制MOS管栅极G电压，保护MOS管防止其损坏。

该实施例中，防反接电路还包括软启动电容C1，软启动电容C1与第二分压电阻R2并联。利用并联电容C1实现软启动，防止冲击电压产生。软启动电容C1的容值为0.1uF。

该实施例中，防反接电路场效应管Q1为N沟道场效应管。

具体的，本发明工作原理如下：

由场效应管Q1制作工艺决定了，场效应管Q1的导通电阻比较小。以TO-252封装的SG75N07D为例，其主要参数如下：Vds=75V，Id=59A，Rds=0.0068欧姆；可以看到其导通电阻只有6.8毫欧。这个电路的最大一个特点就是场效应管Q1的D极（漏极D）和S极（源极S）的接法。通常我们在使用N沟道的增强型的MOS管时，一般是电流由D极进入而从S极流出。应用在这个电路中时则正好相反。其实场效应管Q1只要在G和S极之间建立一个合适的电压就会完全导通。导通之后D和S之间就像是一个开关闭合了，电流是从D到S或S到D都一样的电阻。电源从第一接口或第二接口接入。在电源极性正确时，电流起始时通过场效应管Q1的体二极管导通，S极电压接近0V。两个电阻分压后，为G极（栅极G）提供电压，使场效应管Q1导通，因为其导通阻值很小，就把场效应管Q1内部的二极管给替代了。电源反接时，场效应管Q1内的二极管未到击穿电压不导通。分压电路无电流流过无法提供G极电压，也不导通。从而起到保护作用。对于电路中并联在第二分压电阻R2上的稳压二极管D1，因为场效应管Q1的输入电阻是很高的，是一个压控型器件，G极电压要控制在18V内，过高的电压脉冲会导致G极的击穿，这个稳压二极管D1就是起一个保护场效应管Q1防止击穿的作用。对于并联在分压电阻上的电容C1，有一个软启动的作用。在电流开始流过的瞬间，电容C1充电，G极的电压是逐步建立起来的。可以起到防止冲击电流损害电路的作用。

本发明还提供一种应用于电池管理单元均衡通道的防反接方法，包括步骤：在输入接口和输出接口之间接入场效应管，使得当输入接口正向接入电源时，输入接口的正极为场效应管的栅极提供电压，场效应管的漏极和源极导通，输入电流经过场效应管从输出接口输出；反之，当输入接口反向接入电源时，场效应管不导通。

本发明通过采用场效应管开关特性进行控制，实现防反接电路；其次利用场效应管电压控制和导通电阻小的特性降低该部分电路损耗；再次利用场效应管开通后双向导通的特性，实现电流可双向流动，适用于电池组的双向均衡通道。

另外，本发明还通过采用稳压管抑制场效应管栅极电压，保护场效应管防止其损坏。利用并联电容实现软启动，防止冲击电压产生。

具体的，本发明的优点包括：

1、成本低，本设计使用元件少，成本低。

2、功耗小，本设计相对使用二极管而言，导通内阻仅为6毫欧，使用时损耗在这部分电路上的能量极低。

3、电流可双向流动，采用场效应管的开关特性，场效应管打开时，电流可双向流动，场效应管两个方向内阻相同。

本发明可广泛应用于各种双向电流防反接电路系统。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。