一种用于电池管理系统均衡器的功率切换开关的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池管理系统，特别是涉及一种用于电池管理系统均衡器的功率切换开关。
【背景技术】
[0002]包括锂离子电池在内的新型电池串联组成的电池组，由于电池单体存在不一致性，使用时会导致整个电池组的可用容量变小；电压偏高的电池单体充电时会导致充电过程提前终止，使充电容量变小；电压偏低的电池单体放电时又会导致放电过程提前终止，使放电容量减小。为有效改善电池的一致性，在电池管理系统(Battery management system，缩略词为BMS)中设置均衡器或均衡电路模块，对电池单体进行均衡，将电压高的单体进行放电，对电压低的单体进行充电。现有的均衡器大多由均衡切换控制电路、均衡母线BUS+和BUS —、与均衡母线BUS+和BUS —连接的充放电模块，以及CPU组成，其中的均衡切换控制电路包括个数比组成串联电池组的M节电池单体的节数多一个的切换开关，即有[M+1]个切换开关，每个切换开关是单极单位转换开关，依串联次序自下而上的[M+1]个切换开关一侧的静触点依次对应与M节电池单体中的一节电池单体的电极连接:第一个切换开关一侧的静触点与第一节电池单体的负极连接，另一侧的动触点与均衡母线BUS —连接；第二个切换开关一侧的静触点与第二节电池单体的负极连接，也是与第一节电池单体的正极连接，另一侧的动触点与均衡母线BUS+连接；同理，第M个切换开关一侧的静触点与第M节电池单体的负极连接，也是与第[M — I]节电池单体的正极连接，另一侧的动触点与均衡母线BUS —连接；第[M+1]个切换开关一侧的静触点与第M节电池单体的正极连接，另一侧的动触点与均衡母线BUS+连接；每个切换开关的受控制端子分别与所述CPU连接，由所述CPU发送指令控制其中的相应一个切换开关闭合而其它的切换开关断开，将需要均衡的那一节电池单体切换接入到均衡母线BUS+和BUS —上，与充放电模块连接，由充放电模块通过均衡母线BUS+和BUS —对该节电池单体进行主动充电均衡或者主动放电均衡。图1是M = 3的一种均衡器的组成简图，充放电模块和CPU省略未画出。4个切换开关K1、K2、K3和K4是单极单位转换开关，由CPU发送指令控制其中的相应一个切换开关闭合而其它的切换开关断开，将需要均衡的那一节电池单体切换接入到均衡母线BUS+和BUS —上，与充放电模块连接，由充放电模块通过均衡母线BUS+和BUS —对该节电池单体进行主动充电均衡或者主动放电均衡。图2是典型的现有采用功率较小的太阳能电池的固态继电器作为切换开关的均衡器组成电路图，固态继电器是日本松下公司出品的型号为AQY212S的固态继电器，驱动电路和金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor，以下简称为MOS场效应管)是隔离的，由于MOS场效应管的通流能力有限，允许电流一般在IA以下，如果电流大于1A，M0S场效应管的成本将大幅上升，因此，制约了均衡器的广泛应用。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种改进的用于电池管理系统均衡器的功率切换开关。
[0004]本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。
[0005]这种用于电池管理系统均衡器的切换开关电路，所述均衡器由均衡切换控制电路、均衡母线BUS+和BUS —、与均衡母线BUS+和BUS —连接的充放电模块，以及CPU组成，所述均衡切换控制电路包括个数比组成串联电池组的奇数M节电池单体的节数多一个的切换开关单元，即有偶数[M+1]个切换开关单元，每个切换开关单元是单极单位转换开关，用于均衡通道功率切换，依串联次序自下而上的[M+1]个切换开关单元一侧的静触点依次对应与M节电池单体中的一节电池单体的电极连接:第一个切换开关单元一侧的静触点与第一节电池单体的负极连接，另一侧的动触点与均衡母线BUS —连接；第二个切换开关单元一侧的静触点与第二节电池单体的负极连接，也是与第一节电池单体的正极连接，另一侧的动触点与均衡母线BUS+连接；同理，第M个切换开关单元一侧的静触点与第M节电池单体的负极连接，也是与第[M — I]节电池单体的正极连接，另一侧的动触点与均衡母线BUS —连接；第[M+1]个切换开关单元一侧的静触点与第M节电池单体的正极连接，另一侧的动触点与均衡母线BUS+连接；每个切换开关单元的受控制端子分别与所述CPU连接，由所述CPU发送指令控制其中的相应一个切换开关单元闭合而其它的切换开关单元断开，将需要均衡的那一节电池单体切换接入到均衡母线BUS+和BUS —上，与所述充放电模块连接，由所述充放电模块通过均衡母线BUS+和BUS —对该节电池单体进行主动充电均衡或者主动放电均衡。
[0006]这种用于电池管理系统均衡器的切换开关电路的特点是:
[0007]所述切换开关单元，包括参数相同且共源极连接的两个MOS场效应管、反极性串联连接在两个MOS场效应管漏极之间的两个稳压二极管、连接在两个MOS场效应管栅极与源极之间的一个防误触发公共栅极电阻、一端与两个MOS场效应管栅极和防误触发公共栅极电阻连接而另一端与所述CPU连接的晶体管光电耦合器、所述晶体管光电耦合器的发光源电源、以及所述晶体管光电耦合器的受光器电源，所述稳压二极管用于分别保护两个MOS场效应管中与其正极连接的一个MOS场效应管，防止其过压损坏，所述晶体管光电耦合器用于各个通道之间隔离驱动信号。
[0008]还设有一个驱动辅助电阻，所述驱动辅助电阻的两端分别与均衡母线BUS+和BUS—连接，用于为偶数通道的MOS场效应管的驱动信号提供辅助回路。
[0009]本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
[0010]所述晶体管光电親合器是日本瑞萨电子公司(Renesas Electronics)出品的型号为PS2581的晶体管光电耦合器。
[0011]所述MOS场效应管是美国安森美半导体公司(ON Semiconductor)出品的型号为NTD3055-150的MOS场效应管。
[0012]本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0013]采用通用晶体管光电耦合器和适当灵活地选择不同功率等级的MOS场效应管替代现有技术中的固态继电器，可以在显著降低多路功率切换电路的成本的前提下大幅度提高切换开关的通电流能力，实现切换开关至少5A的通流能力。
【附图说明】
[0014]图1是现有用于电池管理系统均衡器的组成简图；
[0015]图2是现有用于电池管理系统均衡器的切换开关的组成电路图；
[0016]图3是本发明【具体实施方式】的功率切换开关的组成电路图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合【具体实施方式】并对照附图对本发明进行说明。
[0018]一种如图3所示的用于电池管理系统均衡器的切换开关电路，均衡器由均衡切换控制电路、均衡母线BUS+和BUS —、与均衡母线BUS+和BUS —连接的充放电模块，以及CPU组成，均衡切换控制电路包括个数比组成串联电池组的奇数三节电池单体BT1、BT2和BT3的节数多一个的切换开关单元，即有偶数四个切换开关单元Kl、K2、K3和Κ4，每个切换开关单元是单极单位转换开关，用于均衡通道功率切换，依串联次序自下而上的四个切换开关单元Κ1、Κ2、Κ3和Κ4 一侧的静触点依次对应与三节电池单体中的一节电池单体ΒΤ1、ΒΤ2和ΒΤ3的电极连接:第一个切换开关单元Kl 一侧的静触点与第一节电池单体BTl的负极连接，另一侧的动触点与均衡母线BUS —连接；第二个切换开关单元Κ2—侧的静触点与第二节电池单体ΒΤ2的负极连接，也是与第一节电池单体BTl的正极连接，另一侧的动触点与均衡母线BUS+连接；第三个切换开关单元Κ3 —侧的静触点与第三节电池ΒΤ3单体的负极连接，也是与第二节电池单体ΒΤ2的正极连接，另一侧的动触点与均衡母线BUS —连接；第四个切换开关单元Κ4 一侧的静触点与第三节电池单体ΒΤ3的正极连接，另一侧的动触点与均衡母线BUS+连接；每个切换开关单元Κ1、Κ2、Κ3和Κ4的受控制端子分别与CPU连接，由CPU发送指令控制其中的相应一个切换开关单元闭合而其它的切换开关单元断开，将需要均衡的那一节电池单体切换接入到均衡母线BUS+和BUS —上，与充放电模块连接，由充放电模块通过均衡母线BUS+和BUS —对该节电池单体进行主动充电均衡或者主动放电均衡。