專利名稱：一種動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的電子開(kāi)關(guān)式均衡電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及到電子開(kāi)關(guān)式均衡電路。
背景技術(shù)：
一直以來(lái)，均衡電路的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)是由繼電器等開(kāi)關(guān)來(lái)組成，繼電器由于含有電磁線圈和動(dòng)、靜片等機(jī)械結(jié)構(gòu)，其體積較大，而且其多為插件式封裝不易于進(jìn)行集成化及自動(dòng)化生產(chǎn)；響應(yīng)速度慢，達(dá)mS級(jí)；驅(qū)動(dòng)繼電器的功耗較大；由于輸入線圈的存在，在狀態(tài)切換的過(guò)程中有觸點(diǎn)弧和回跳，存在電磁干擾。電子開(kāi)關(guān)由于不存在機(jī)械式零部件，體積可以做的較小，多為貼片封裝方便于集成化和自動(dòng)化生產(chǎn)；電子開(kāi)關(guān)的響應(yīng)速度快，為US級(jí)；電子開(kāi)關(guān)可用電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電流極小，驅(qū)動(dòng)功率較??；在狀態(tài)切換的過(guò)程中沒(méi)有有觸點(diǎn)弧和回跳，比較平緩，沒(méi)有電磁干擾的影響。在汽車的高振蕩環(huán)境下工作，用運(yùn)動(dòng)的零部件工作的繼電器的穩(wěn)定性低于電子開(kāi)關(guān)。在專利“一種電池管理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)均衡充放電實(shí)現(xiàn)方法”，申請(qǐng)?zhí)?201010244377.3中，我們提供了一種電池管理系統(tǒng)的均衡充放電實(shí)現(xiàn)方法，其中涉及的電子開(kāi)關(guān)組件也可以使用傳統(tǒng)的繼電器等開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但由于此方案的上述原因，故本發(fā)明提供一種基于MOS管的電子開(kāi)關(guān)電路，替代傳統(tǒng)繼電器的均衡電路效果并改善其缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電子開(kāi)關(guān)電路來(lái)替代傳統(tǒng)的繼電器、普通開(kāi)關(guān)等組成的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，使均衡電路可以小型化、集成化、更長(zhǎng)效的使用壽命、響應(yīng)速度以及電磁干擾等方面得到改善。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。電子開(kāi)關(guān)式均衡電路網(wǎng)絡(luò)由若干個(gè)均衡支路組成每個(gè)均衡支路由輸入隔離電路(C)、M0S驅(qū)動(dòng)電路⑶、M0S電子開(kāi)關(guān)㈧三部分組成輸入隔離電路(C)通過(guò)光耦(3、5)將輸入的數(shù)字控制信號(hào)⑷和MOS驅(qū)動(dòng)電路 ⑶隔離開(kāi)，控制信號(hào)⑷經(jīng)電阻限流后同時(shí)接光耦(3、5)輸入二極管的正端，光耦(3、5) 的輸入二極管負(fù)端同時(shí)與控制信號(hào)地相連。MOS驅(qū)動(dòng)電路⑶用于驅(qū)動(dòng)MOS電子開(kāi)關(guān)㈧，由光耦輸出級(jí)、高位PNP三極管⑵ 穩(wěn)壓二極管(7)和下拉電阻(6)等組成，主要實(shí)現(xiàn)根據(jù)控制信號(hào)對(duì)MOS電子開(kāi)關(guān)(A)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并同時(shí)驅(qū)動(dòng)本均衡支路的高低位MOS電子開(kāi)關(guān)(1、8)，光耦(3)輸出端的發(fā)射極通過(guò)電阻接到MOS驅(qū)動(dòng)電路⑶電源地，光耦(3)輸出端的集電極與高位PNP三極管⑵的基極相連，高位PNP三極管(2)的發(fā)射極與MOS驅(qū)動(dòng)電路(B)的電源正極相連，高位PNP三極管(2)的集電極與高位MOS電子開(kāi)關(guān)(1)的柵極相連，高位MOS電子開(kāi)關(guān)(1)的柵極通過(guò)一個(gè)反向的穩(wěn)壓二極管(7)與低位MOS電子開(kāi)關(guān)(8)的柵極相連，同時(shí)通過(guò)一個(gè)下拉電阻 (6)與MOS驅(qū)動(dòng)電路⑶電源地相連，均衡電源⑶地通過(guò)光耦(5)的輸出與MOS驅(qū)動(dòng)電路 (B)電源地相連接。在控制開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，控制信號(hào)⑷給高電平，光耦(3)輸出級(jí)導(dǎo)通，將高位PNP三極管⑵的基極電位降低，高位PNP三極管(2)導(dǎo)通，高位MOS電子開(kāi)關(guān)(1)的柵極獲得驅(qū)動(dòng)電壓，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓管降壓后同時(shí)對(duì)低位MOS電子開(kāi)關(guān)(8)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，達(dá)到高低位MOS電子開(kāi)關(guān)(1、8)同時(shí)閉合的效果。在控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，控制信號(hào)(4)給低電平，光耦(3)輸出級(jí)斷開(kāi)，高位PNP三極管(2)處于截止?fàn)顟B(tài)，截止電阻遠(yuǎn)大于下拉電阻(6)，高位MOS電子開(kāi)關(guān)(1)的柵極電位被下拉電阻(6)下拉至地，同時(shí)低位MOS電子開(kāi)關(guān)(8)的柵極電壓也被拉低，高低位MOS電子開(kāi)關(guān)(1、8)同時(shí)斷開(kāi)。MOS驅(qū)動(dòng)電路⑶電源為高低位MOS電子開(kāi)關(guān)(1、8)提供驅(qū)動(dòng)，是與控制信號(hào)⑷、 均衡電源(16)、電池組(E)隔離的電源，通過(guò)光耦(5)的輸出級(jí)控制驅(qū)動(dòng)電源地和均衡電源 (16)的連接關(guān)系。根據(jù)電池種類、分組方式來(lái)確定電源的電壓值。MOS電子開(kāi)關(guān)㈧通過(guò)開(kāi)關(guān)的閉合和斷開(kāi)來(lái)控制均衡電路的工作和禁止，即傳統(tǒng)的繼電器開(kāi)關(guān)所具備的功能。主要包括高位MOS電子開(kāi)關(guān)(1)、低位MOS電子開(kāi)關(guān)(8)，高位MOS電子開(kāi)關(guān)(1)的漏極與均衡電源(D)正極相連，低位MOS電子開(kāi)關(guān)(8)的源極與均衡電源⑶的地相連，高位MOS電子開(kāi)關(guān)⑴的源極與該均衡支路所對(duì)應(yīng)單電池的正極相連，低位MOS電子開(kāi)關(guān)⑶的漏極與該均衡支路所對(duì)應(yīng)單電池的負(fù)極相連。上述介紹了電子開(kāi)關(guān)均衡電路的均衡支路的原理，當(dāng)多個(gè)均衡支路并行使用時(shí)， 各均衡支路之間會(huì)出現(xiàn)共模電壓，原因是由于所述的各均衡支路使用同一個(gè)均衡電源、同一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源，在均衡工作時(shí)與電池組建立電壓關(guān)系，在某一均衡支路選通時(shí)其余均衡支路的MOS驅(qū)動(dòng)電路也和電池組建立了電位關(guān)系，如若不將柵極電壓下拉至低于其源、漏極的電位，則會(huì)出現(xiàn)誤導(dǎo)通，影響電路的功能實(shí)現(xiàn)。在各均衡支路并行組合使用時(shí)A、若任意兩個(gè)均衡支路對(duì)應(yīng)的電池的電壓差都低于MOS驅(qū)動(dòng)電路(B)電源電壓， 該共模電壓并不能影響均衡支路的工作，則各均衡支路可以組成并行回路使用；B、若存在兩個(gè)均衡支路之間的電壓差大于MOS驅(qū)動(dòng)電路(B)電源電壓，各均衡支路的共模電壓會(huì)導(dǎo)致MOS電子開(kāi)關(guān)(A)出現(xiàn)誤導(dǎo)通，則需要進(jìn)行調(diào)整，將各均衡支路的下拉電阻(6)的下端接至電池組(E)的負(fù)極，可以將各均衡支路的MOS電子開(kāi)關(guān)柵極電壓鉗位于低于源、漏極電壓，同時(shí)在各均衡支路的高位MOS電子開(kāi)關(guān)(1)、低位MOS電子開(kāi)關(guān)(8)的源極各接一正向的整流二極管(9)，高位MOS電子開(kāi)關(guān)(1)所接的整流二極管(9)方向?yàn)閺母呶籑OS電子開(kāi)關(guān)(1)的源極至該均衡支路所對(duì)應(yīng)單電池的正極，低位MOS電子開(kāi)關(guān)⑶ 所接的整流二極管(9)方向?yàn)閺牡臀籑OS電子開(kāi)關(guān)(8)的源極至均衡電源(D)地，可以限定電流的正確流向，保障電路正常工作。C、并行組合使用時(shí)，每次只能選通一個(gè)均衡支路，均衡支路采用分時(shí)分組的方式， 不可同時(shí)選中兩組或以上使用。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)1.使均衡電路可以小型化、集成化，方便于自動(dòng)化生產(chǎn)；2.更長(zhǎng)效的使用壽命以及更快的響應(yīng)速度；
3.驅(qū)動(dòng)功率和電磁干擾方面得到改善；4.解決了電子開(kāi)關(guān)組合使用時(shí)的共模電壓?jiǎn)栴}。


附圖1均衡支路的電路圖；A-MOS電子開(kāi)關(guān)，B-MOS驅(qū)動(dòng)電路，C-輸入隔離電路， 1-高位MOS電子開(kāi)關(guān)，2-高位PNP三極管，3-光耦，4-控制信號(hào)，5-光耦，6-下拉電阻，7-穩(wěn)壓二極管，8-低位MOS電子開(kāi)關(guān)。附圖2并行使用時(shí)調(diào)整后的均衡支路電路圖。9-整流二極管。附圖3本發(fā)明的電路原理圖。D-均衡電源，E-電池組，F(xiàn)-均衡電路，G-控制信號(hào)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。本電路和電池管理系統(tǒng)的電壓檢測(cè)、控制電路配合使用。由于動(dòng)力電池在開(kāi)路的情況下，單體電池的荷電狀態(tài)(SOC)和開(kāi)路電壓(OCV)存在一定的關(guān)系，此處認(rèn)為對(duì)單體電池進(jìn)行電壓均衡就能夠達(dá)到平衡電池組荷電狀態(tài)(SOC) 的效果。通過(guò)精密檢測(cè)電路檢測(cè)到各電池的電壓，MCU判斷出其中電壓低于平均電壓一定數(shù)量的單體電池，以及需要均衡的時(shí)間和電流。MCU給出控制信號(hào)，選定該單體電池對(duì)應(yīng)的均衡支路，并控制均衡電源的電壓和電流，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該單體電池的均衡。MCU根據(jù)預(yù)定的時(shí)間或檢測(cè)的電壓來(lái)判定均衡結(jié)束的條件?，F(xiàn)假定電池組為3. 6V*10節(jié)的規(guī)格，設(shè)計(jì)均衡電流10A，控制信號(hào)千赫茲以下。由于電路的控制信號(hào)(4)的頻率較低，為千赫茲以下，隔離光耦(3、5)選擇普通的非線性光耦TLP521或NEC2501即可；輸入信號(hào)的限流電阻為200 Ω。光耦輸出級(jí)的電阻選擇為2ΚΩ，MOS電子開(kāi)關(guān)(1、8)的驅(qū)動(dòng)電流為百毫安級(jí)，高位PNP 二極管(2)選擇 MMBT5401LT1 ；下拉電阻(6)選擇100ΚΩ電阻；MOS電子開(kāi)關(guān)(1、8)的整流二極管選擇15Α， 100V的快恢復(fù)二極管。依據(jù)驅(qū)動(dòng)電源電壓的計(jì)算方式為U > 10+Vzener, 10為MOS開(kāi)關(guān)管完全導(dǎo)通所需的驅(qū)動(dòng)電壓；Vzener為穩(wěn)壓二極管(7)的標(biāo)稱電壓值，穩(wěn)壓二極管(7)的選擇標(biāo)準(zhǔn)是等于單體電池的最高電壓，若電池為鋰離子電池(2. 5V-4. 2V)，則穩(wěn)壓管可選擇為4. 7V，即U > 15V，可取 V = 16V-20V。由于均衡電流大小為10A，MOS電子開(kāi)關(guān)(1、8)可選擇IR540，最大可通過(guò)23A的電流，導(dǎo)通電阻小于77m Ω?，F(xiàn)假設(shè)MCU判斷出第二組電池b2欠壓，需要均衡，均衡時(shí)間為30秒。則，MCU給 b2所對(duì)應(yīng)的均衡支路2的控制信號(hào)(4)高電平，閉合該均衡支路的高低位MOS電子開(kāi)關(guān)(1、 8)，同時(shí)將均衡電源(D)使能，并根據(jù)反饋信息調(diào)節(jié)均衡電源(D)的輸出電壓為適當(dāng)?shù)闹凳沟镁怆娏鬟_(dá)到要求，則電路進(jìn)入均衡狀態(tài)，能量從電池組通過(guò)均衡電源(D)，高低位MOS 電子開(kāi)關(guān)(1、8)轉(zhuǎn)移到b2上，增大b2的充電電流(電池組充電狀態(tài))或減小b2的放電電流(電池組放電狀態(tài))。
經(jīng)過(guò)預(yù)定的時(shí)間30秒后，給b2所對(duì)應(yīng)的均衡支路2的控制信號(hào)(4)低電平，撤消高低位MOS電子開(kāi)關(guān)(1、8)的驅(qū)動(dòng)，同時(shí)關(guān)閉均衡電源(D)，電路停止均衡。本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式
所闡述的具體參數(shù)。本發(fā)明適用于一切電子開(kāi)關(guān)式均衡電路。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的電子開(kāi)關(guān)式均衡電路，其特征在于均衡電路包括若干個(gè)均衡支路，各均衡支路并行組合工作，每個(gè)均衡支路對(duì)應(yīng)一節(jié)電池，每個(gè)均衡支路由輸入隔離電路(C)、MOS驅(qū)動(dòng)電路⑶、MOS電子開(kāi)關(guān)㈧三部分，輸入隔離電路(C)與控制部分(G) 相連，將控制信號(hào)(4)通過(guò)光耦(3、5)隔離前級(jí)傳遞到后級(jí)MOS驅(qū)動(dòng)電路(B)，控制信號(hào) (4)經(jīng)電阻限流后同時(shí)接光耦(3、5)輸入二極管的正端，光耦(3、5)的輸入二極管負(fù)端同時(shí)與控制信號(hào)地相連，光耦(3)輸出端的發(fā)射極通過(guò)電阻接到MOS驅(qū)動(dòng)電路(B)電源地，光耦⑶輸出端的集電極與高位PNP三極管(2)的基極相連，高位PNP三極管⑵的發(fā)射極與MOS驅(qū)動(dòng)電路⑶的電源正極相連，高位PNP三極管⑵的集電極與高位MOS電子開(kāi)關(guān) ⑴的柵極相連，高位MOS電子開(kāi)關(guān)(1)的柵極通過(guò)一個(gè)反向的穩(wěn)壓二極管(7)與低位MOS 電子開(kāi)關(guān)(8)的柵極相連，同時(shí)通過(guò)一個(gè)下拉電阻(6)與MOS驅(qū)動(dòng)電路(B)電源地相連，高位MOS電子開(kāi)關(guān)(1)的漏極與均衡電源(D)正極相連，低位MOS電子開(kāi)關(guān)(8)的源極與均衡電源⑶的地相連，均衡電源⑶地通過(guò)光耦(5)的輸出與MOS驅(qū)動(dòng)電路⑶電源地相連接，高位MOS電子開(kāi)關(guān)(1)的源極與該均衡支路所對(duì)應(yīng)單電池的正極相連，低位MOS電子開(kāi)關(guān)(8)的漏極與該均衡支路所對(duì)應(yīng)單電池的負(fù)極相連。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的電子開(kāi)關(guān)式均衡電路，其特征在于，所述 MOS電子開(kāi)關(guān)(A)使用MOS管作為高位MOS電子開(kāi)關(guān)(1)、低位MOS電子開(kāi)關(guān)(8)的開(kāi)關(guān)管。
3.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的電子開(kāi)關(guān)式均衡電路，其特征在于，所述均衡電路并行組合工作時(shí)滿足如下條件A、若任意兩個(gè)均衡支路對(duì)應(yīng)的電池的電壓差都低于MOS驅(qū)動(dòng)電路(B)的電源電壓，則各均衡支路可以組成并行回路使用；B、若存在兩個(gè)均衡支路之間的電壓差大于MOS驅(qū)動(dòng)電路(B)的電源電壓，則將各均衡支路的下拉電阻(6)的下端接至電池組(E)的負(fù)極，同時(shí)在各均衡支路的高位MOS電子開(kāi)關(guān)(1)、低位MOS電子開(kāi)關(guān)(8)的源極各接一正向的整流二極管(9)，高位MOS電子開(kāi)關(guān)(1) 所接的整流二極管(9)方向?yàn)閺母呶籑OS電子開(kāi)關(guān)(1)的源極至該均衡支路所對(duì)應(yīng)單電池的正極，低位MOS電子開(kāi)關(guān)(8)所接的整流二極管(9)方向?yàn)閺牡臀籑OS電子開(kāi)關(guān)(8)的源極至均衡電源⑶地；C、并行組合使用時(shí)，每次只能選通一個(gè)均衡支路，均衡支路采用分時(shí)分組的方式，不可同時(shí)選中兩組或以上使用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的電子開(kāi)關(guān)式均衡電路，應(yīng)用于電池管理系統(tǒng)的均衡網(wǎng)絡(luò)及類似的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明采用若干均衡支路并行組合工作，每次選通一個(gè)均衡支路，每個(gè)均衡支路由輸入隔離電路、MOS驅(qū)動(dòng)電路和MOS電子開(kāi)關(guān)三部分組成，并提供均衡電路的電子開(kāi)關(guān)及其網(wǎng)絡(luò)的兩種配置方式以分別適用于低電壓電池組和較高電壓電池組的不同應(yīng)用情況，通過(guò)調(diào)整均衡支路下拉電阻的接法以及限制MOS電子開(kāi)關(guān)電流方向來(lái)消除并行組合使用時(shí)共模電壓對(duì)網(wǎng)絡(luò)中均衡支路的影響。本發(fā)明利用電子開(kāi)關(guān)電路替代傳統(tǒng)的繼電器、普通開(kāi)關(guān)等組成的開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，使均衡電路小型化、集成化，更便于生產(chǎn)以及在使用壽命、響應(yīng)速度以及電磁干擾等方面進(jìn)行改善。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102447278SQ20101050726
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者孫金虎, 張育華 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江恒馳科技有限公司