[發明專利]鋰電池BMS系統充放電電流精確采樣計算電路及控制方法

在審

• 申請號: 201510048881.9
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104897953A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發明（設計）人: 管帥;白雪平;薛馳;趙映軍;繆永華
• 申請（專利權）人: 中天儲能科技有限公司
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25
• 代理公司: 北京一格知識產權代理事務所(普通合伙) 11316
• 代理人: 滑春生

技術領域

本發明涉及鋰電池BMS系統領域，尤其涉及一種鋰電池BMS系統充放電電流精確采樣計算電路及控制方法。

背景技術

為貫徹可持續發展戰略，推動新能源的發展。新型綠色電池正日益成為人們關注的問題。在傳統電池領域中，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電池組時管理問題比較多。相反，鋰電池不僅綠色環保，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、使用壽命長和單節電芯電壓高等優點。

但由于鋰電池的發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的安全；同時鋰電池BMS系統還進行熱管理、電池均衡管理、報警提醒，計算剩余容量、放電功率，報告SOC&SOH狀態等；通過RS485/232、串口、CAN總線等接口與系統上位機、設備控制器、能量控制系統、?顯示系統等進行實時通訊。

充放電電流檢測作為系統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，提高了系統的安全性、可靠性。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了針對目前鋰電池BMS系統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：

一種鋰電池BMS系統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。

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一的正向電平。

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。

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。

進一步的，采樣電阻選用高精密檢流電阻。

鋰電池BMS系統充放電電流精確采樣計算電路的控制方法的操作步驟為：

(1)采樣電阻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；

(2)精確放大及加法電路將采樣電阻兩端充放電正負電流精確轉換，電壓放大處理成適用于AD采集的電壓范圍0-3.3v，其中采樣電阻兩端壓差輸入端采集采樣電阻兩端電壓，通過第一級差分放大電路用于實現第一級放大，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用于實現第二級放大，并降低對電阻精度匹配要求，提高共模抑制能力，以運算放大器組成對應的差分放大電路，之后以同相加法電路用于提供基準電壓，確保BMS充放電系統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輸出精確放大處理后的采集電壓值，基準電壓輸入端用于輸入基準電壓；

(3)以AD采集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處理識別的數字信號；

(4)MCU處理將AD采集轉換后的數字信號進行處理，從而計算出精確的充放電電流值。

本發明的有益效果在于：

(1)鋰電池BMS系統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。

(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。

(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

圖1為本發明結構示意圖；

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

為使本發明的發明目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的實施方式作進一步地詳細描述。