一種用于電池管理系統(tǒng)均衡器的功率切換開(kāi)關(guān)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池管理系統(tǒng)，特別是涉及一種用于電池管理系統(tǒng)均衡器的功率切換開(kāi)關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]包括鋰離子電池在內(nèi)的新型電池串聯(lián)組成的電池組，由于電池單體存在不一致性，使用時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電池組的可用容量變??；電壓偏高的電池單體充電時(shí)會(huì)導(dǎo)致充電過(guò)程提前終止，使充電容量變?。浑妷浩偷碾姵貑误w放電時(shí)又會(huì)導(dǎo)致放電過(guò)程提前終止，使放電容量減小。為有效改善電池的一致性，在電池管理系統(tǒng)(Battery management system，縮略詞為BMS)中設(shè)置均衡器或均衡電路模塊，對(duì)電池單體進(jìn)行均衡，將電壓高的單體進(jìn)行放電，對(duì)電壓低的單體進(jìn)行充電?，F(xiàn)有的均衡器大多由均衡切換控制電路、均衡母線(xiàn)BUS+和BUS —、與均衡母線(xiàn)BUS+和BUS —連接的充放電模塊，以及CPU組成，其中的均衡切換控制電路包括個(gè)數(shù)比組成串聯(lián)電池組的M節(jié)電池單體的節(jié)數(shù)多一個(gè)的切換開(kāi)關(guān)，即有[M+1]個(gè)切換開(kāi)關(guān)，每個(gè)切換開(kāi)關(guān)是單極單位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，依串聯(lián)次序自下而上的[M+1]個(gè)切換開(kāi)關(guān)一側(cè)的靜觸點(diǎn)依次對(duì)應(yīng)與M節(jié)電池單體中的一節(jié)電池單體的電極連接:第一個(gè)切換開(kāi)關(guān)一側(cè)的靜觸點(diǎn)與第一節(jié)電池單體的負(fù)極連接，另一側(cè)的動(dòng)觸點(diǎn)與均衡母線(xiàn)BUS —連接；第二個(gè)切換開(kāi)關(guān)一側(cè)的靜觸點(diǎn)與第二節(jié)電池單體的負(fù)極連接，也是與第一節(jié)電池單體的正極連接，另一側(cè)的動(dòng)觸點(diǎn)與均衡母線(xiàn)BUS+連接；同理，第M個(gè)切換開(kāi)關(guān)一側(cè)的靜觸點(diǎn)與第M節(jié)電池單體的負(fù)極連接，也是與第[M — I]節(jié)電池單體的正極連接，另一側(cè)的動(dòng)觸點(diǎn)與均衡母線(xiàn)BUS —連接；第[M+1]個(gè)切換開(kāi)關(guān)一側(cè)的靜觸點(diǎn)與第M節(jié)電池單體的正極連接，另一側(cè)的動(dòng)觸點(diǎn)與均衡母線(xiàn)BUS+連接；每個(gè)切換開(kāi)關(guān)的受控制端子分別與所述CPU連接，由所述CPU發(fā)送指令控制其中的相應(yīng)一個(gè)切換開(kāi)關(guān)閉合而其它的切換開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，將需要均衡的那一節(jié)電池單體切換接入到均衡母線(xiàn)BUS+和BUS —上，與充放電模塊連接，由充放電模塊通過(guò)均衡母線(xiàn)BUS+和BUS —對(duì)該節(jié)電池單體進(jìn)行主動(dòng)充電均衡或者主動(dòng)放電均衡。圖1是M = 3的一種均衡器的組成簡(jiǎn)圖，充放電模塊和CPU省略未畫(huà)出。4個(gè)切換開(kāi)關(guān)K1、K2、K3和K4是單極單位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，由CPU發(fā)送指令控制其中的相應(yīng)一個(gè)切換開(kāi)關(guān)閉合而其它的切換開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，將需要均衡的那一節(jié)電池單體切換接入到均衡母線(xiàn)BUS+和BUS —上，與充放電模塊連接，由充放電模塊通過(guò)均衡母線(xiàn)BUS+和BUS —對(duì)該節(jié)電池單體進(jìn)行主動(dòng)充電均衡或者主動(dòng)放電均衡。圖2是典型的現(xiàn)有采用功率較小的太陽(yáng)能電池的固態(tài)繼電器作為切換開(kāi)關(guān)的均衡器組成電路圖，固態(tài)繼電器是日本松下公司出品的型號(hào)為AQY212S的固態(tài)繼電器，驅(qū)動(dòng)電路和金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor，以下簡(jiǎn)稱(chēng)為MOS場(chǎng)效應(yīng)管)是隔離的，由于MOS場(chǎng)效應(yīng)管的通流能力有限，允許電流一般在IA以下，如果電流大于1A，M0S場(chǎng)效應(yīng)管的成本將大幅上升，因此，制約了均衡器的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種改進(jìn)的用于電池管理系統(tǒng)均衡器的功率切換開(kāi)關(guān)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案予以解決。
[0005]這種用于電池管理系統(tǒng)均衡器的切換開(kāi)關(guān)電路，所述均衡器由均衡切換控制電路、均衡母線(xiàn)BUS+和BUS —、與均衡母線(xiàn)BUS+和BUS —連接的充放電模塊，以及CPU組成，所述均衡切換控制電路包括個(gè)數(shù)比組成串聯(lián)電池組的奇數(shù)M節(jié)電池單體的節(jié)數(shù)多一個(gè)的切換開(kāi)關(guān)單元，即有偶數(shù)[M+1]個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元，每個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元是單極單位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，用于均衡通道功率切換，依串聯(lián)次序自下而上的[M+1]個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元一側(cè)的靜觸點(diǎn)依次對(duì)應(yīng)與M節(jié)電池單體中的一節(jié)電池單體的電極連接:第一個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元一側(cè)的靜觸點(diǎn)與第一節(jié)電池單體的負(fù)極連接，另一側(cè)的動(dòng)觸點(diǎn)與均衡母線(xiàn)BUS —連接；第二個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元一側(cè)的靜觸點(diǎn)與第二節(jié)電池單體的負(fù)極連接，也是與第一節(jié)電池單體的正極連接，另一側(cè)的動(dòng)觸點(diǎn)與均衡母線(xiàn)BUS+連接；同理，第M個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元一側(cè)的靜觸點(diǎn)與第M節(jié)電池單體的負(fù)極連接，也是與第[M — I]節(jié)電池單體的正極連接，另一側(cè)的動(dòng)觸點(diǎn)與均衡母線(xiàn)BUS —連接；第[M+1]個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元一側(cè)的靜觸點(diǎn)與第M節(jié)電池單體的正極連接，另一側(cè)的動(dòng)觸點(diǎn)與均衡母線(xiàn)BUS+連接；每個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元的受控制端子分別與所述CPU連接，由所述CPU發(fā)送指令控制其中的相應(yīng)一個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元閉合而其它的切換開(kāi)關(guān)單元斷開(kāi)，將需要均衡的那一節(jié)電池單體切換接入到均衡母線(xiàn)BUS+和BUS —上，與所述充放電模塊連接，由所述充放電模塊通過(guò)均衡母線(xiàn)BUS+和BUS —對(duì)該節(jié)電池單體進(jìn)行主動(dòng)充電均衡或者主動(dòng)放電均衡。
[0006]這種用于電池管理系統(tǒng)均衡器的切換開(kāi)關(guān)電路的特點(diǎn)是:
[0007]所述切換開(kāi)關(guān)單元，包括參數(shù)相同且共源極連接的兩個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)管、反極性串聯(lián)連接在兩個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)管漏極之間的兩個(gè)穩(wěn)壓二極管、連接在兩個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)管柵極與源極之間的一個(gè)防誤觸發(fā)公共柵極電阻、一端與兩個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)管柵極和防誤觸發(fā)公共柵極電阻連接而另一端與所述CPU連接的晶體管光電耦合器、所述晶體管光電耦合器的發(fā)光源電源、以及所述晶體管光電耦合器的受光器電源，所述穩(wěn)壓二極管用于分別保護(hù)兩個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)管中與其正極連接的一個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)管，防止其過(guò)壓損壞，所述晶體管光電耦合器用于各個(gè)通道之間隔離驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0008]還設(shè)有一個(gè)驅(qū)動(dòng)輔助電阻，所述驅(qū)動(dòng)輔助電阻的兩端分別與均衡母線(xiàn)BUS+和BUS—連接，用于為偶數(shù)通道的MOS場(chǎng)效應(yīng)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供輔助回路。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決。
[0010]所述晶體管光電親合器是日本瑞薩電子公司(Renesas Electronics)出品的型號(hào)為PS2581的晶體管光電耦合器。
[0011]所述MOS場(chǎng)效應(yīng)管是美國(guó)安森美半導(dǎo)體公司(ON Semiconductor)出品的型號(hào)為NTD3055-150的MOS場(chǎng)效應(yīng)管。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0013]采用通用晶體管光電耦合器和適當(dāng)靈活地選擇不同功率等級(jí)的MOS場(chǎng)效應(yīng)管替代現(xiàn)有技術(shù)中的固態(tài)繼電器，可以在顯著降低多路功率切換電路的成本的前提下大幅度提高切換開(kāi)關(guān)的通電流能力，實(shí)現(xiàn)切換開(kāi)關(guān)至少5A的通流能力。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是現(xiàn)有用于電池管理系統(tǒng)均衡器的組成簡(jiǎn)圖；
[0015]圖2是現(xiàn)有用于電池管理系統(tǒng)均衡器的切換開(kāi)關(guān)的組成電路圖；
[0016]圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的功率切換開(kāi)關(guān)的組成電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
[0018]一種如圖3所示的用于電池管理系統(tǒng)均衡器的切換開(kāi)關(guān)電路，均衡器由均衡切換控制電路、均衡母線(xiàn)BUS+和BUS —、與均衡母線(xiàn)BUS+和BUS —連接的充放電模塊，以及CPU組成，均衡切換控制電路包括個(gè)數(shù)比組成串聯(lián)電池組的奇數(shù)三節(jié)電池單體BT1、BT2和BT3的節(jié)數(shù)多一個(gè)的切換開(kāi)關(guān)單元，即有偶數(shù)四個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元Kl、K2、K3和Κ4，每個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元是單極單位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，用于均衡通道功率切換，依串聯(lián)次序自下而上的四個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元Κ1、Κ2、Κ3和Κ4 一側(cè)的靜觸點(diǎn)依次對(duì)應(yīng)與三節(jié)電池單體中的一節(jié)電池單體ΒΤ1、ΒΤ2和ΒΤ3的電極連接:第一個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元Kl 一側(cè)的靜觸點(diǎn)與第一節(jié)電池單體BTl的負(fù)極連接，另一側(cè)的動(dòng)觸點(diǎn)與均衡母線(xiàn)BUS —連接；第二個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元Κ2—側(cè)的靜觸點(diǎn)與第二節(jié)電池單體ΒΤ2的負(fù)極連接，也是與第一節(jié)電池單體BTl的正極連接，另一側(cè)的動(dòng)觸點(diǎn)與均衡母線(xiàn)BUS+連接；第三個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元Κ3 —側(cè)的靜觸點(diǎn)與第三節(jié)電池ΒΤ3單體的負(fù)極連接，也是與第二節(jié)電池單體ΒΤ2的正極連接，另一側(cè)的動(dòng)觸點(diǎn)與均衡母線(xiàn)BUS —連接；第四個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元Κ4 一側(cè)的靜觸點(diǎn)與第三節(jié)電池單體ΒΤ3的正極連接，另一側(cè)的動(dòng)觸點(diǎn)與均衡母線(xiàn)BUS+連接；每個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元Κ1、Κ2、Κ3和Κ4的受控制端子分別與CPU連接，由CPU發(fā)送指令控制其中的相應(yīng)一個(gè)切換開(kāi)關(guān)單元閉合而其它的切換開(kāi)關(guān)單元斷開(kāi)，將需要均衡的那一節(jié)電池單體切換接入到均衡母線(xiàn)BUS+和BUS —上，與充放電模塊連接，由充放電模塊通過(guò)均衡母線(xiàn)BUS+和BUS —對(duì)該節(jié)電池單體進(jìn)行主動(dòng)充電均衡或者主動(dòng)放電均衡。