一种BMS锂电池管理系统的制作方法

本实用新型涉及锂电池管理技术领域，尤其是涉及一种BMS锂电池管理系统。

背景技术：

在电动汽车电池管理系统设计过程中，一般采用一主板多从板的分布式设计方案。一个主板BMS，多个单体电压采集从板和一个高压板。从板采集电池单体的电压数据并发送给主板，主板负责将从板采集的数据收集后上传给外部控制系统如：整车控制器等，高压板采集电池包总压和电流等。

现有授权公告号为CN205489641U的中国专利公开了一种用于电池管理系统的一主板多从板驱动电路，其包括BMS主板以及多个用于采集单体电池的电压信号的单体电压采集从板，各单体电压采集从板之间依次连接，且第一个单体电压采集从板的使能控制端与BMS主板的控制信号输出端连接，剩余的单体电压采集从板中，每个单体电压采集从板的使能控制端均与上一个单体电压采集从板的控制信号输出端连接。多个单体电压采集从板之间依次连接进行使能控制，出现故障时，便于进行诊断识别。

但是，上述中的现有技术方案存在以下缺陷：使用充电设备为锂电池充电时，若锂电池中某一个或多个单体电池过充（表现为单体电池的电压超过单体电池的额定电压值），就很容易发生危险。虽然上述的BMS主板能将该过充的一个或多个单体电池的电压信息传给外部控制系统，但是在锂电池中某一个或多个单体电池过充时，充电设备仍然会继续为锂电池充电，影响了锂电池充电时的安全性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种BMS锂电池管理系统，其优点是能够提高锂电池充电时的安全性。

本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种BMS锂电池管理系统，包括用于采集锂电池中各单体电池电压的电压采集板，所述电压采集板连接有系统保护板，所述系统保护板包括微控制器一、驱动电路、充电管以及与所述充电管连接的放电管；所述放电管与锂电池连接，所述充电管与充电设备连接；所述微控制器一与驱动电路连接，所述驱动电路与充电管及放电管均连接，且所述驱动电路用于控制充电管和放电管导通或关断。

通过采用上述技术方案，当电压采集板检测到锂电池中某一或某多个单体电池过充时，驱动电路控制充电管和放电管关断，此时，充电设备不再为锂电池充电，具有能够提高锂电池充电时的安全性的优点。

本实用新型进一步设置为：所述充电管包括第一NMOS管、第一电阻和第二电阻，所述放电管包括第二NMOS管、第三电阻和第四电阻；所述第一NMOS管的控制端连接至第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接至驱动电路以及第二电阻的一端；所述第二电阻的另一端连接至第一NMOS管的电源负极以及充电设备，所述第一NMOS管的电源正极连接至第二NMOS管的电源正极；所述第二NMOS管的控制端连接至第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端连接至驱动电路以及第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接至第二NMOS管的电源负极以及锂电池。

通过采用上述技术方案，充电时，驱动电路向第一NMOS管和第二NMOS管的控制端输出高电平，使得充电管和放电管均导通，充电设备为锂电池充电。当需要关断充电管和放电管时，驱动电路向第一NMOS管和第二NMOS管的控制端输出低电平，具有方便控制充电设备与锂电池的连通状态的作用。

本实用新型进一步设置为：所述电压采集板包括微控制器二、译码器和多个光耦继电器；所述译码器的输入端与微控制器一的输出端连接，所述光耦继电器与锂电池中的单体电池一一对应；所述光耦继电器的控制端连接至译码器的输出端，且所述光耦继电器的常开触点的两端分别连接至对应的单体电池的正极以及微控制器二的输入端。

通过采用上述技术方案，光耦继电器起到了开关的作用，测量电压时，微控制器二通过译码器打开相应的光耦继电器即可。

本实用新型进一步设置为：所述微控制器二还连接有用于采集锂电池温度信息的温度传感器。

通过采用上述技术方案，能够测量锂电池充电时的实时温度，在温度过高时，能够切断充电设备与锂电池之间的连接。

本实用新型进一步设置为：所述电压采集板还包括移位缓存器和多个均衡电路，所述均衡电路与锂电池中的单体电池一一对应；所述均衡电路的输入端与对应的单体电池连接，所述均衡电路的控制端与移位缓存器的输出端连接，所述移位缓存器的输入端与微控制器二的输出端连接。

通过采用上述技术方案，均衡电路能够起到均衡单体电池电压的作用，需要均衡某一单体电池的电压时，温度控制器一通过位移缓存器打开相应的均衡电路即可。

本实用新型进一步设置为：所述系统保护板连接有监控屏。

通过采用上述技术方案，通过监控屏能够实时显示锂电池中各个单体电池的电压数值，便于查看及操作。

本实用新型进一步设置为：所述系统保护板还包括开关电路，所述开关电路包括依次连接的直流电源、按钮开关和中间继电器；所述中间继电器包括常闭触点，所述中间继电器的常闭触点串接在充电管与充电设备连接的线路上。

通过采用上述技术方案，当单体电池过充而系统保护板未正常关闭充电管和放电管时，可以通过手动按下按钮开关来切断充电设备与系统保护板之间的连接。

本实用新型进一步设置为：所述开关电路还包括指示灯，所述指示灯串接在按钮开关与中间继电器连接的线路上。

通过采用上述技术方案，当按下按钮开关后，指示灯亮，起到了指示的作用。

综上所述，本实用新型的有益技术效果为：

1、通过微控制器一、驱动电路、充电管和放电管的设置，具有能够提高锂电池充电时的安全性的效果；

2、通过译码器和光耦继电器的设置，具有方便将相应的单体电池接入微控制器二以检测其电压的作用；

3、通过直流电源、按钮开关和中间继电器的设置，能够手动切断系统保护板与充电设备之间的连接，进一步提高了安全性。

附图说明

图1是本实用新型实施例示出的BMS锂电池管理系统的整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例示出的电压采集板的结构示意图；

图3是本实用新型实施例示出的系统保护板的结构示意图；

图4是本实用新型实施例示出的驱动电路的结构示意图；

图5是本实用新型实施例示出的放电管和充电管的结构示意图；

图6是本实用新型实施例示出的开关电路的结构示意图。

图中，1、锂电池；2、电压采集板；21、微控制器二；22、译码器；23、光耦继电器；24、温度传感器；25、移位缓存器；26、均衡电路；3、系统保护板；31、微控制器一；32、驱动电路；33、充电管；34、放电管；4、充电设备；5、监控屏；6、开关电路；61、直流电源。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1，为本实用新型公开的一种BMS锂电池1管理系统，包括电压采集板2和系统保护板3，电压采集板2与系统保护板3通过485通信线连接，电压采集板2用于采集锂电池1中各单体电池的电压。优选的，系统保护板3还通过485通信线连接有监控屏5，该监控屏5用于显示电压采集板2采集的锂电池1中各单体电池的电压数据。

参照图2，电压采集板2包括微控制器二21、译码器22、移位缓存器25、多个光耦继电器23和多个均衡电路26。译码器22的输入端与微控制器一31的输出端连接，光耦继电器23与锂电池1中的单体电池一一对应，均衡电路26与锂电池1中的单体电池一一对应。具体的，本实施例中的锂电池1包括16个单体电池，相应的，光耦继电器23和均衡电路26也均设置有16个。在本实施例中，微控制器二21还连接有温度传感器24，温度传感器24用于采集锂电池1的温度信息。

参照图2，光耦继电器23的控制端连接至译码器22的输出端，光耦继电器23的常开触点的两端分别连接至对应的单体电池的正极以及微控制器二21的输入端。系统工作时，微控制器通过译码器22控制对应的光耦继电器23打开，从而使得单体电池与微控制器二21连通，从而通过微控制器二21检测单体电池的电压。具体的，本实施例中的微控制器一31和微控制器二21的型号均为STM32F103RCT6，译码器22选用4-16译码器CD4514BE，光耦继电器23的型号为AQW214，移位缓存器25的型号为74HC595。

参照图2，均衡电路26的输入端与对应的单体电池连接，均衡电路26的控制端与移位缓存器25的输出端连接，移位缓存器25的输入端与微控制器二21的输出端连接。在本实施例中，单体电池两端的电压超过第一电压阈值（本实施例中为3.6V）时，微控制器二21通过移位缓存器25打开相应的均衡电路26，以损耗单体电池的电量使其电压恢复至正常值。

参照图3，系统保护板3包括微控制器一31、驱动电路32、充电管33以及放电管34。放电管34的输入端与充电管33的输出端连接，放电管34的输出端与锂电池1连接，充电管33的输入端与充电设备4连接。微控制器一31与驱动电路32连接，驱动电路32与充电管33及放电管34均连接，用于控制充电管33和放电管34导通或关断。在本实施例中，单体电池两端的电压超过第二电压阈值（本实施例中为3.9V）时，微控制器一31通过驱动电路32控制充电管33关断，从而使得充电设备4停止为锂电池1充电。

参照图4，驱动电路32包括双高速功率MOSFET驱动器U1（型号为TC4427）、光电耦合器U2（型号为PC817）、第一三极管Q1（PNP）、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第五电阻R1、第六电阻R2、第七电阻R3、第八电阻R4和第九电阻R5。双高速功率MOSFET驱动器U1的输入端与微控制器一31连接，双高速功率MOSFET驱动器U1的OUTA端连接至第一二极管D1的阳极、第六电阻R2的一端以及第七电阻R3的一端。第一二极管D1的阴极连接至第一三极管Q1的发射极以及第五电阻R1的一端，第五电阻R1的另一端为驱动电路32的第一输出端OUTC。第一三极管Q1的基极与第六电阻R2的另一端连接，第一三极管Q1的集电极与第七电阻R3的另一端连接并接地。

双高速功率MOSFET驱动器U1的VDD端连接至第九电阻R5的一端，第九电阻R5的另一端和双高速功率MOSFET驱动器U1的OUTB端分别连接至光电耦合器U2的发光源的两端连接。光电耦合器U2的受光器（光敏二极管）的阳极为驱动电路32的第二输出端OUTD并连接至第八电阻R4的一端和第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极连接至光电耦合器U2的受光器（光敏二极管）的阴极并接地。第八电阻R4的另一端连接至第三二极管D3的阴极，第三二极管D3的阳极连接12V直流电。

参照图3和图5，充电管33包括第二电阻R6、十个第一NMOS管Q2、十个第一电阻R7，放电管34包括第四电阻R9、八个第二NMOS管Q3和八个第三电阻R8。第一NMOS管Q2的控制端均连接至对应的第一电阻R7的一端，第一电阻R7的另一端均连接至驱动电路32的第一输出端OUTC以及第二电阻R8的一端。第二电阻R8的另一端连接至充电设备4以及十个第一NMOS管Q2的电源负极，第一NMOS管Q2的电源正极连接至第二NMOS管Q3的电源正极。第二NMOS管Q3的控制端均连接至对应的第三电阻R8的一端，第三电阻R8的另一端均连接至驱动电路32的第二输出端OUTD以及第四电阻R9的一端，第四电阻R9的另一端连接至十个第二NMOS管Q3的电源负极以及锂电池1。充电时，驱动电路32的第一输出端OUTC和第二输出端OUTD均输出高电平，第一NMOS管Q2和第二NMOS管Q3均导通。当单体电池过充时，驱动电路32的第一输出端OUTC和第二输出端OUTD均输出低电平，使得第一NMOS管Q2和第二NMOS管Q3均关断。

参照图6，系统保护板3还包括开关电路6，开关电路6包括依次连接的直流电源61、按钮开关SB1、指示灯HL和中间继电器KA1。中间继电器KA1包括第一常开触点KA1-1，中间继电器KA1的常闭触点KA1-1串接在充电管33（参照图3）与充电设备4连接的线路上。当单体电池的电压过大而充电设备4与系统保护板3之间的连接没有断开时，可以手动按下按钮开关SB1。按下按钮开关SB1后，中间继电器KA1的线圈通电，中间继电器KA1的常闭触点KA1-1由常闭变为断开。优选的，当锂电池1由超过16块的单体电池组成时，可以在电压采集板2上在串接另外的电压采集板2，从而用于采集锂电池1中对应的单体电池的电压。例如，若锂电池1由128块单体电池组成，则可将8块电压采集板2串接在一起，具体的，8块电压采集板2通过485通信线依次连接，第一块电压采集板2通过485通信线与监控屏5连接。

本实施例的实施原理为：

系统工作时（即锂电池1充电时），电压采集板2采集各单体电池的电压，驱动电路32的第一输出端OUTC和第二输出端OUTD均输出高电平，第一NMOS管Q2和第二NMOS管Q3均导通，此时，充电设备4为锂电池1充电。

当锂电池中某一单体电池两端的电压超过第一电压阈值时，微控制器二21通过移位缓存器25打开相应的均衡电路26，以损耗该单体电池的电量，并使该单体电池的电压恢复至正常值。

当锂电池中某一单体电池两端的电压超过第二电压阈值时（即该单体电池过充时），驱动电路32的第一输出端OUTC和第二输出端OUTD均输出低电平。此时，第一NMOS管Q2和第二NMOS管Q3均关断，即，充电设备4停止为锂电池1充电，避免了安全事故的发生，提高了锂电池1充电时的安全性。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。