鋰電池bms系統(tǒng)充放電電流精確采樣計(jì)算電路及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰電池BMS系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確 采樣計(jì)算電路及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，推動(dòng)新能源的發(fā)展。新型綠色電池正日益成為人們關(guān)注 的問題。在傳統(tǒng)電池領(lǐng)域中，鉛酸電池和鎳鎘電池在實(shí)際使用過程中存在一系列問題：如含 有有毒的重金屬及強(qiáng)酸堿腐蝕性等污染源，且比容小，不適應(yīng)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(shí)管理問題比較多。相反，鋰電池不僅綠色環(huán)保，比容也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于 鉛酸電池和鎳鎘電池，而且還具有無記憶效應(yīng)、使用壽命長和單節(jié)電芯電壓高等優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 但由于鋰電池的發(fā)展歷史短僅十多年的時(shí)間，所以在過充電、過放電、過電流時(shí)電 池可能會(huì)發(fā)生安全性問題，且在應(yīng)用到新能源車時(shí)需要有精確的電量計(jì)算，因此需要良好 的保護(hù)及電量計(jì)算電路來配合使用。鋰電池BMS系統(tǒng)與電池緊密結(jié)合在一起，對電池的電 壓、電流、溫度進(jìn)行時(shí)刻檢測，控制保護(hù)開關(guān)通斷，很好的保護(hù)整個(gè)鋰電池系統(tǒng)的安全；同 時(shí)鋰電池BMS系統(tǒng)還進(jìn)行熱管理、電池均衡管理、報(bào)警提醒，計(jì)算剩余容量、放電功率，報(bào)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(jī)、設(shè)備控制器、能量控 制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。
[0004] 充放電電流檢測作為系統(tǒng)檢測的一項(xiàng)重要指標(biāo)，精確的采樣及計(jì)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(jì)算及過流保護(hù)提供了保障，提高了系統(tǒng)的 安全性、可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明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(jià)格過高的問題的技術(shù)方案：
[0006] -種鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計(jì)算電路，主體為由鋰電池組、采樣電 阻、M0S管及負(fù)載構(gòu)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(jìn)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(fù)電流 值進(jìn)行精確轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的正向電平。
[0008] 進(jìn)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(zhǔn)電壓輸入端及運(yùn)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(zhǔn)電壓輸入端及運(yùn)算放大器依次以串行方式連接。
[0009] 進(jìn)一步的，運(yùn)算放大器采用4通道運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器a，運(yùn)算放大器b，運(yùn)算 放大器c，運(yùn)算放大器d分別使用4通道運(yùn)算放大器的一個(gè)通道。
[0010] 進(jìn)一步的，采樣電阻選用高精密檢流電阻。
[0011] 鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣計(jì)算電路的控制方法的操作步驟為：
[0012] (1)采樣電阻將鋰電池組充放電回路中的充放電電流轉(zhuǎn)換成微電壓信號(hào)；
[0013] (2)精確放大及加法電路將采樣電阻兩端充放電正負(fù)電流精確轉(zhuǎn)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(shí)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(hào)的衰減，后采用第二級差分放大電路用于實(shí)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(yùn)算放大器組成對應(yīng)的差分放大電路，之后以同 相加法電路用于提供基準(zhǔn)電壓，確保BMS充放電系統(tǒng)在充放電時(shí)采集的電壓值均為正值， 并在0-3. 3v內(nèi)，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(zhǔn)電壓輸入端 用于輸入基準(zhǔn)電壓；
[0014] (3)以AD采集將精確放大處理完的模擬電壓合適范圍值轉(zhuǎn)換為可以被MCU處理識(shí) 別的數(shù)字信號(hào)；
[0015] (4)MCU處理將AD采集轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，從而計(jì)算出精確的充放電電 流值。
[0016] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0017] (1)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(shí)，大大提高采集精度及共模抑制能力。
[0018] (2)同相加法電路提供一定的基準(zhǔn)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。
[0019] (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】
[0020] 圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為精確放大及同相加法電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的 實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0023] 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、M0S管6、負(fù)載或 充電器7。鋰電池BMS系統(tǒng)充放電電流精確采樣及計(jì)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。
[0024] 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(zhǔn)電壓 輸入端13。運(yùn)算放大器14采用4通道運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器a A1，運(yùn)算放大器b A2,運(yùn) 算放大器c A3,運(yùn)算放大器d A4分別使用4通道運(yùn)算放大器的一個(gè)通道.
[0025] 鋰電池BMS系統(tǒng)充放電過程及本發(fā)明電流精確采樣及計(jì)算工作過程如下：
[0026] 鋰電池組1在與負(fù)載7之間進(jìn)行充放電的過程中，M0S管6正常開啟，電流經(jīng)過采 樣電阻2,采樣電阻2兩端產(chǎn)生電壓差，經(jīng)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(jīng)過AD采集4,將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以被MCU處理5識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，最 后經(jīng)過MCU算法處理，得到精確的充放電電流值。
[0027] 本發(fā)明中精確放大及加法電路3設(shè)計(jì)方案如下：
[0028] 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(gòu)成儀表放大電 路，將采樣電阻2兩端產(chǎn)生壓差放大若干倍后輸出到后級。在R2 = R3, R4 = R5, R6 = R7 時(shí)，此放大電路可得到算法公式：
[0030] 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，、、