大容量充放电电池管理系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池管理系统，具体涉及大容量充放电电池管理系统。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展以及能源环保等问题的日益突出，传统的以有限的石油资源为基础的发展模式越来越不被人们所接受。具备零排放、低噪声的动力电池已被广泛用于汽车、医疗设备及测量仪器等领域。由于电池的制造技术和工艺的制约，单体电池的一致性较差，电池在充放电过程中如有过充和过放等问题将严重缩短电池的寿命，甚至直接让电池报废；其次，由于电池是封闭的，使用者很难对电池当前电量做出准确的评估；而且电池在短路状态下极易发生火灾或爆炸。
[0003]现有的国产动力电池管理系统一般支持几十安培的负载电流，短路保护和过流保护通常靠保险丝实现，发生短路时不能立即关断，需等到保险丝熔断才能保护，安全性低；电池电量通过采集电池的输出电压来估算，电量估算误差大；BMS电池管理系统充电开关和放电开关均采用继电器，大电流继电器体积庞大，安装困难，功耗大，成本高，体积大。
[0004]因此具备对电池组实时监控及有效管理、提高电池的使用效率，延长电池寿命、降低运行成本、提高安全性的电池管理系统(BMS)是今后的发展趋势。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是大容量充放电电池管理系统，包括单体电池电压检测与均衡控制电路、微处理器、短路保护电路、S0C估算单元、电流检测电路、充电控制电路、放电控制电路和温度检测电路；其特点是:
[0006]单体电池电压检测与均衡控制电路实时采集每个单体电池电压，将采集到的电压信号输出到微处理器；同时，单体电池电压检测与均衡控制电路接收微处理器输出的信号，输出控制信号到均衡电路；
[0007]均衡电路接收单体电池电压检测与均衡控制电路输出的控制信号，均衡电路对电压高的单体电池的充电电流进行旁路；使电池组内电压高的单体电池的充电电流减小，以使电池组内各单体电池的电压尽量相等；
[0008]电流检测电路分别检测电池的充电电流和放电电流，将电流信号转换为电压信号，再进行AD转换，将AD转换后的信号输出到S0C估算单元；同时将放电电流信号转换为电压信号后输出到短路保护电路；
[0009]温度检测电路检测电池的温度，将采集到的信号输出到微处理器；
[0010]短路保护电路接收电流检测电路输出的电压信号，与参考电压进行比较，以快速识别是否有短路现象发生，并将比较结果输出到微处理器；如果发生短路故障，则触发微处理器的中断响应，快速断开充电控制电路和放电控制电路；
[0011 ] S0C估算单元接收电流检测电路输出的信号，同时接收微处理器输出的电池电压、温度、充电状态、放电状态等信息，对电池当前电量进行估算，并将估算结果输出到微处理器;
[0012]微处理器接收单体电池电压检测与均衡控制电路、温度检测电路和S0C估算单元输出的信号，进行处理后分别输出信号到单体电池电压检测与均衡控制电路、S0C估算单元、充电控制电路和放电控制电路；同时，微处理器还接收短路保护电路输出的信号，当负载发生短路或过流时输出控制信号到放电控制电路，控制放电控制电路与负载断开；
[0013]充电控制电路接收微处理器输出的信号，当微处理器检测到电池处于放电状态时，充电控制电路导通，外部充电电源通过充电控制电路对电池充电；
[0014]放电控制电路接收微处理器输出的信号，当电池电量低于设定值时或当负载发生短路或过流时，放电控制电路断开。
[0015]本发明利用单体电池电压检测与均衡控制电路实时采集单体电池电压，利用电流检测电路检测电池的充、放电电流，电池的温度，利用温度检测电路检测电池的温度，通过测量的电池的温度、电流和电压，利用S0C估算单元对电池当前电量进行估算，电量估算精度高，电量估算误差小于5%，以判断电池当前电量状态，并利用处理器控制充电控制电路和放电控制电路的通断，避免出现过充、过放的现象，以对电池的充放电进行保护；同时还利用均衡电路在充电过程中平衡各节电池的电压，把电压高的电池充电电流旁路掉一部分，使电池组内各单体电池的电压尽量相等，以达到优化电池可充电量的目的；其次，当负载发生短路或过流时模块需快速响应，及时关断放电控制电路并立即报警，短路响应速度快。
[0016]根据本发明所述的大容量充放电电池管理系统的优选方案，放电控制电路均包括开关电路和开关驱动电路；开关电路由多个N沟道MOSFET管并联构成；开关驱动电路接收微处理器输出的控制信号，输出驱动信号到MOSFET管的栅极，控制MOSFET管导通和截止。本发明采用工业级N型MOSFET作为开关电路大大降低了开关的成本。
[0017]根据本发明所述的大容量充放电电池管理系统的优选方案，短路保护电路包括比较器；比较器将电流检测电路输出的电压信号与参考电压进行比较，以快速识别是否有短路现象发生；并将比较结果输出到微处理器。
[0018]由于该电池管理系统可管理大容量电池组，放电电流可高达100安培，当负载发生短路时，瞬时电流可达1000安培，如果短路事件发生时不及时关断电路将会导致电路烧毁，电池起火等，因此快速识别短路可提高系统的安全性。
[0019]根据本发明所述的大容量充放电电池管理系统的优选方案，均衡电路包括若干个泄放电路，泄放电路的数量与单体电池数量相等；每个泄放电路均包括旁路开关和旁路电阻；旁路开关包括P沟道MOSFET管；单体电池的正极连接P沟道MOSFET管的源极，P沟道MOSFET管的漏极通过旁路电阻连接单体电池的负极；P沟道MOSFET管的栅极接收单体电池电压检测与均衡控制电路输出的控制信号。
[0020]本发明所述的大容量充放电电池管理系统的有益效果是:实时采集单体电池电压，充放电电流，电池的温度，通过判断电池的温度、电流和电压状态估算电池当前电量，对电池进行充放电保护，避免出现过充、过放的现象，并在应用中均衡各电池电量；当负载发生短路或过流时模块快速响应，能及时关断放电开关并立即报警；电池的电压、电流、温度、报警信息均能通过CAN总线通信传输到外部；本发明电路结构简单，具有成本低、体积小、低功耗、高可靠性、能承受的负载电流大、安全性高的特点，具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0021]图1是本发明所述的大容量充放电电池管理系统原理框图。
[0022]图2是放电控制电路7的原理图。
[0023]图3是短路保护电路3的原理图。
[0024]图4是均衡电路11中泄放电路的原理图。
[0025]图5是S0C估算单元4进行电量估算的流程框图。
【具体实施方式】
[0026]参见图1至图4，大容量充放电电池管理系统，由单体电池电压检测与均衡控制电路1、微处理器2、短路保护电路3、S0C估算单元4、电流检测电路5、充电控制电路6、放电控制电路7、CAN总线通信电路8、温度检测电路9和供电电路10构成；供电电路10为各电路单元供电。
[0027]单体电池电压检测与均衡控制电路1实时采集每个单体电池电压，将采集到的电压信号输出到微处理器2 ;同时，单体电池电压检测与均衡控制电路1接收微处理器2输出的信号，输出控制信号到均衡电路11 ;
[0028]均衡电路11接收单体电池电压检测与均衡控制电路1输出的控制信号，均衡电路11对电压高的单体电池的充电电流进行旁路；使电池组内电压高的单体电池的充电电流减小，以使电池组内各单体电池的电压尽量相等；
[0029]电流检测电路5分别检测电池的充电电流和放电电流，将电流信号转换为电压信号，电压信号通过跟随器隔离后，送到AD转换器进行AD转换，将AD转换后的信号输出到S0C估算单元4 ;同时将放电电流信号转换为电压信号后输出到短路保护电路3 ;
[0030]温度检测电路9检测电池的温度，将采集到的信号输出到微处理器2 ;
[0031]短路保护电路3接收电流检测电路5输出的电压信号，与参考电压进行比较，以快速识别是否有短路现象发生；并将比较结果输出到微处理器2 ;如果发生短路故障，则触发微处理器2的中断响应，快速断开充电控制电路6和放电控制电路7 ；
[0032]S0C估算单元4接收电流检测电路5输出的信号，同时接收微处理器2输出的电池电压、温度、充电状态、放电状态等信息，对电池当前电量进行估算，并将估算结果输出到微处理器2 ;
[0033]微处理器2接收单体电池电压检测与均衡控制电路1、温度检测电路9和S0C估算单元4输出的信号，进行处理后分别输出信号到单体电池电压检测与均衡控制电路1、S0C估算单元4、充电控制电路6和放电控制电路7 ；同时，微处理器2还接收短路保护电路3输出的信号，当负载发生短路或过流时输出控制信号到放电控制电路7，控制放电控制电路7与负载断开；
[0034]充电控制电路6接收微处理器2输出的信号，当微处理器2检测到电池处于放电状态时，充电控制电路6导通；控制外部充电电源通过充电控制电路6对电池充电；该种方式可以减小充电控制电路6内阻。