鋰電池bms系統(tǒng)充放電電流精確采樣計算電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及鋰電池BMS系統(tǒng)領域，尤其涉及一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確米樣計算電路。
【背景技術】
[0002]為貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，推動新能源的發(fā)展。新型綠色電池正日益成為人們關注的問題。在傳統(tǒng)電池領域中，鉛酸電池和鎳鎘電池在實際使用過程中存在一系列問題:如含有有毒的重金屬及強酸堿腐蝕性等污染源，且比容小，不適應快速充電和大電流放電或者是鎳鎘電池在串聯(lián)電池組時管理問題比較多。相反，鋰電池不僅綠色環(huán)保，比容也遠遠好于鉛酸電池和鎳鎘電池，而且還具有無記憶效應、使用壽命長和單節(jié)電芯電壓高等優(yōu)點。
[0003]但由于鋰電池的發(fā)展歷史短僅十多年的時間，所以在過充電、過放電、過電流時電池可能會發(fā)生安全性問題，且在應用到新能源車時需要有精確的電量計算，因此需要良好的保護及電量計算電路來配合使用。鋰電池BMS系統(tǒng)與電池緊密結合在一起，對電池的電壓、電流、溫度進行時刻檢測，控制保護開關通斷，很好的保護整個鋰電池系統(tǒng)的安全；同時鋰電池BMS系統(tǒng)還進行熱管理、電池均衡管理、報警提醒，計算剩余容量、放電功率，報告S0C&S0H狀態(tài)等；通過RS485/232、串口、CAN總線等接口與系統(tǒng)上位機、設備控制器、能量控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等進行實時通訊。
[0004]充放電電流檢測作為系統(tǒng)檢測的一項重要指標，精確的采樣及計算尤為重要，不僅可提高采集精度、電路抗干擾能力，更為容量計算及過流保護提供了保障，提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性。
【實用新型內容】
[0005]為解決上述問題，本實用新型提供了針對目前鋰電池BMS系統(tǒng)電流采集精度不高或集成芯片價格過高的問題的技術方案:
[0006]一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計算電路，主體為由鋰電池組、采樣電阻、MOS管及負載構成的鋰電池組充放電回路，還包括精確放大及加法電路、AD采集、MCU處理，精確放大及加法電路、AD采集、MCU處理與采樣電阻依次串行連接。
[0007]進一步的，精確放大及加法電路采用儀表放大電路及同相加法電路，將正負電流值進行精確轉換成統(tǒng)一的正向電平。
[0008]進一步的，精確放大及加法電路包括:采樣電阻兩端壓差輸入端、第一級差分放大電路、第二級差分放大電路、同相加法電路、放大求和輸出端、基準電壓輸入端及運算放大器，采樣電阻兩端壓差輸入端、第一級差分放大電路、第二級差分放大電路、同相加法電路、放大求和輸出端、基準電壓輸入端及運算放大器依次以串行方式連接。
[0009]進一步的，運算放大器采用4通道運算放大器，運算放大器a，運算放大器b，運算放大器C，運算放大器d分別使用4通道運算放大器的一個通道。
[0010]進一步的，采樣電阻選用高精密檢流電阻。
[0011]本實用新型的有益效果在于:
[0012](I)鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流采集電路中，利用儀表放大電路，降低噪聲及線性誤差的同時，大大提高采集精度及共模抑制能力。
[0013](2)同相加法電路提供一定的基準電壓，將處理后的采集電壓控制在一定的范圍，更方便后級的采集、處理。
[0014](3)采用分立元件組成儀表放大電路，在保證高精度、高共模抑制能力的前提下，大大降低成本。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型結構示意圖；
[0016]圖2為精確放大及同相加法電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]為使本實用新型的實用新型目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型的實施方式作進一步地詳細描述。
[0018]如圖1所示，鋰電池組充放電回路包括:鋰電池組1、采樣電阻2、MOS管6、負載或充電器7。鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣及計算電路包括:采樣電阻2、精確放大及加法電路3、AD采集4、MCU處理5，其中采樣電阻2選用高精密檢流電阻。
[0019]其中，如圖2所示，精確放大及加法電路包括:采樣電阻兩端壓差輸入端8、第一級差分放大電路9、第二級差分放大電路10、同相加法電路11、放大求和輸出端12、基準電壓輸入端13。運算放大器14采用4通道運算放大器，運算放大器a Al，運算放大器b A2，運算放大器c A3，運算放大器d A4分別使用4通道運算放大器的一個通道.
[0020]鋰電池BMS系統(tǒng)充放電過程及本實用新型電流精確采樣及計算工作過程如下:
[0021]鋰電池組I在與負載7之間進行充放電的過程中，MOS管6正常開啟，電流經過采樣電阻2，采樣電阻2兩端產生電壓差，經過精確放大及加法電路3處理被放大到一定電壓范圍0-3.3v，經過AD采集4，將模擬電壓信號轉換為可以被MCU處理5識別的數(shù)字信號，最后經過MCU算法處理，得到精確的充放電電流值。
[0022]本實用新型中精確放大及加法電路3設計方案如下:
[0023]如圖2所示，第一級差分放大電路9與第二級差分放大電路10構成儀表放大電路，將采樣電阻2兩端產生壓差放大若干倍后輸出到后級。在R2=R3，R4=R5，R6=R7時，此放大電路可得到算法公式:
[0024]上述公式中代表第一級差分放大電路9與第二級差分放大電路10的輸出電壓，、、、、為第一級差分放大電路9與第二級差分放大電路10中對應的電阻值，見圖2，為采樣電阻2兩端產生電壓差。
[0025]采樣電阻2兩端產生電壓差，經過第一級差分放大電路9與第二級差分放大電路10后得到輸出電壓，由于鋰電池BMS系統(tǒng)充放電過程電流存在兩個方向，因此后級需要加同相加法電路11提供基準電壓，將輸出電壓調整到一定的電壓范圍，方便后級的AD采集及MCU的正常工作。此加法電路以R8=R9，RlO=Rll為條件，可得到算法公式:
[0026]上述公式中代表同相加法電路11輸出電壓，、為同相加法電路11中對應的電阻值，見圖2，代表基準電壓輸入端13輸入的基準電壓。
[0027]結合上述兩個公式，可以得出精確放大及加法電路3最終的算法公式:
[0028]精確放大及加法電路3輸出電壓經過AD采集4及MCU處理5，計算出最終的充放電電流值。
[0029]本實用新型專利采樣分立元件組成儀表放大電路，加上偏置電壓調節(jié)，在節(jié)省成本的前提下又保證了采集精度，并且降低了噪聲，提高了共模抑制能力，大大解決了目前鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流采集精度、費用的問題。
[0030]該鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計算電路的控制方法的操作步驟如下:
[0031](I)采樣電阻2將鋰電池組充放電回路中的充放電電流轉換成微電壓信號；
[0032](2)精確放大及加法電路3將采樣電阻2兩端充放電正負電流精確轉換，電壓放大處理成適用于AD采集4的電壓范圍0-3.3v，其中采樣電阻兩端壓差輸入端8采集采樣電阻2兩端電壓，通過第一級差分放大電路9用于實現(xiàn)第一級放大，并大幅度提高電路的輸入阻抗，減小電路對微弱輸入信號的衰減，后采用第二級差分放大電路10用于實現(xiàn)第二級放大，并降低對電阻精度匹配要求，提高共模抑制能力，以運算放大器14組成對應的差分放大電路，之后以同相加法電路11用于提供基準電壓，確保BMS充放電系統(tǒng)在充放電時采集的電壓值均為正值，并在0-3.3v內，最后放大求和輸出端12輸出精確放大處理后的采集電壓值，基準電壓輸入端13用于輸入基準電壓；
[0033](3)以AD采集4將精確放大處理完的模擬電壓合適范圍值轉換為可以被MCU處理5識別的數(shù)字信號；
[0034](4) MCU處理5將AD采集4轉換后的數(shù)字信號進行處理，從而計算出精確的充放電電流值。
[0035]上述實施例只是本實用新型的較佳實施例，并不是對本實用新型技術方案的限制，只要是不經過創(chuàng)造性勞動即可在上述實施例的基礎上實現(xiàn)的技術方案，均應視為落入本實用新型專利的權利保護范圍內。
【主權項】
1.一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計算電路，主體為由鋰電池組(I)、采樣電阻(2)、M0S管(6)及負載(7)構成的鋰電池組充放電回路，其特征在于:還包括精確放大及加法電路⑶、AD采集(4)、MCU處理(5)，所述精確放大及加法電路(3)、AD采集(4)、MCU處理(5)與采樣電阻(2)依次串行連接。2.根據權利要求1所述一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計算電路，其特征在于:所述的精確放大及加法電路⑶采用儀表放大電路及同相加法電路，將正負電流值進行精確轉換成統(tǒng)一的正向電平。3.根據權利要求2所述一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計算電路，其特征在于:所述的精確放大及加法電路(3)包括:采樣電阻兩端壓差輸入端(8)、第一級差分放大電路(9)、第二級差分放大電路(10)、同相加法電路(11)、放大求和輸出端(12)、基準電壓輸入端(13)及運算放大器(14)，所述采樣電阻兩端壓差輸入端(8)、第一級差分放大電路(9)、第二級差分放大電路(10)、同相加法電路(11)、放大求和輸出端(12)、基準電壓輸入端(13)及運算放大器(14)依次以串行方式連接。4.根據權利要求3所述的一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計算電路，其特征在于:所述運算放大器(14)采用4通道運算放大器，運算放大器a (Al)，運算放大器b (A2)，運算放大器c(A3)，運算放大器d(A4)分別使用4通道運算放大器的一個通道。5.根據權利要求1所述一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計算電路，其特征在于:所述的采樣電阻(2)選用高精密檢流電阻。
【專利摘要】本實用新型提供了一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計算電路，主體為由鋰電池組、采樣電阻、MOS管及負載構成的鋰電池組充放電回路，還包括精確放大及加法電路、AD采集、MCU處理，精確放大及加法電路、AD采集、MCU處理與采樣電阻依次串行連接。鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流采集電路中，利用儀表放大電路，降低噪聲及線性誤差的同時，大大提高采集精度及共模抑制能力。同相加法電路提供一定的基準電壓，將處理后的采集電壓控制在一定的范圍，更方便后級的采集、處理。采用分立元件組成儀表放大電路，在保證高精度、高共模抑制能力的前提下，大大降低成本。
【IPC分類】G01R19/25
【公開號】CN204649831
【申請?zhí)枴緾N201520066839
【發(fā)明人】管帥, 白雪平, 薛馳, 趙映軍, 繆永華
【申請人】中天儲能科技有限公司
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年1月30日