基于MOSFET的动力电池高压开关装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于MOSFET的动力电池高压开关装置，它包括低压辅助电源、隔离电源模块、控制器单元、隔离驱动模块、负载开关模块和BMS控制单元；其中，负载开关模块包括连接在动力电池的放电回路中且用于控制放电回路通断的第一MOSFET晶体管及连接在动力电池的充电回路中且用于控制充电回路通断的第二MOSFET晶体管；低压辅助电源分别与控制器单元及隔离电源模块相连；隔离电源模块与隔离驱动模块相连；控制器单元分别与BMS控制单元及隔离驱动模块相连；隔离驱动模块分别与第一MOSFET晶体管及第二MOSFET晶体管相连。本发明专利技术可以提高开关动作相应速度，也消除了大电流关断所引发的电弧反应，并具有良好的电磁兼容特性，还具有小型化和成本低等开发优势。

High voltage switch device of power battery based on MOSFET

【技术实现步骤摘要】
基于MOSFET的动力电池高压开关装置
本专利技术涉及一种基于MOSFET的动力电池高压开关装置。
技术介绍
随着新能源科技的不断发展，电动汽车的使用已经越来越普遍。与传统汽车以燃油为动力源的特点不同，电动汽车是以动力电池所储存的电能作为其动力源。电动汽车在实际使用过程中，主要依靠动力电池放电来驱动电动机运作从而带动电动汽车行进。而当动力电池能量耗尽时，需要使用外部电源配合车载充电器对电池进行充电。因此，动力电池的充放电过程显然是电动汽车实际运行过程中的主旋律。通常动力电池的充电回路和放电回路的闭合或关断主要是依靠高压开关装置来执行的。而高压开关装置能否保证高效而稳定地工作对电动汽车运行的稳定性和安全性有重要影响。传统方法中是采用高压继电器来执行动力电池充放电回路通断切换的，虽然高压继电器断开时具有良好的耐压绝缘特性，但是仍然存在响应速度慢、执行动作延时长等实时性差的缺点；同时当电气回路中存在高电压大电流时，高压继电器执行关断动作很容易引起拉弧反应，从而产生高能量电弧引起高压继电器触点发生过热损坏；而且高压继电器开关过程容易产生较强的电磁干扰，电磁兼容性差；高压继电器的体积大且价格高昂，应用于电动汽车的电池断路单元和配电盒等零部件装置时，不利于实现这些电气装置的小型化和低成本化的改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于MOSFET的动力电池高压开关装置，它可以提高开关动作相应速度，也消除了大电流关断所引发的电弧反应，并具有良好的电磁兼容特性，还具有小型化和成本低等开发优势。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种基于MOSFET的动力电池高压开关装置，它包括低压辅助电源、隔离电源模块、控制器单元、隔离驱动模块、负载开关模块和BMS控制单元；其中，所述负载开关模块包括连接在动力电池的放电回路中且用于控制放电回路通断的第一MOSFET晶体管及连接在动力电池的充电回路中且用于控制充电回路通断的第二MOSFET晶体管；所述低压辅助电源分别与控制器单元及隔离电源模块相连，适于向控制器单元及隔离电源模块提供低压辅助电源电压；所述隔离电源模块与所述隔离驱动模块相连，适于将低压辅助电源电压隔离并转换为高压侧电路供电电源电压以向隔离驱动模块供电；所述控制器单元分别与BMS控制单元及隔离驱动模块相连，适于获取BMS控制单元下发的指令，及根据获取的指令向隔离驱动模块输出信号；所述隔离驱动模块分别与第一MOSFET晶体管及第二MOSFET晶体管相连，适于将控制器输出信号隔离并转换为驱动信号以控制第一MOSFET晶体管或第二MOSFET晶体管通断。进一步，所述控制器单元通过CAN总线与所述BMS控制单元相连。进一步提供了一种控制器单元的具体结构，所述控制器单元包括线性稳压器U1、微控制器单元和晶体振荡器OSC；其中，所述微控制器单元包括微控制器U3和CAN收发器U2；所述线性稳压器U1的输入端连接于低压辅助电源输出端，输出端连接于微控制器U3，适于将低压辅助电源电压转换为可供微控制器单元使用的电源电压；所述CAN收发器U2连接在微控制器U3和BMS控制单元之间，适于BMS控制单元及微控制器U3之间的通讯；所述晶体振荡器OSC连接于微控制器U3。进一步为了可以对低压辅助电源进行欠压保护及对第一MOSFET晶体管和第二MOSFET晶体管进行高温保护，所述控制器单元还包括：欠压检测电路，分别与低压辅助电源和微控制器U3相连，适于检测低压辅助电源输出的低压辅助电源电压是否发送欠压，并在发送欠压时触发微控制器U3通过隔离驱动模块控制第一MOSFET晶体管及第二MOSFET晶体管断开；和/或温度采样电路，与微控制器U3相连，适于采集第一MOSFET晶体管和第二MOSFET晶体管的温度信号，并输送至微控制器U3；其中，所述微控制器U3还适于对接收的温度信号进行模数转换以得到温度值，并在任一温度值高于其预设阈值时通过隔离驱动模块控制第一MOSFET晶体管及第二MOSFET晶体管断开。进一步提供了一种欠压检测电路及温度采样电路的具体结构，所述欠压检测电路至少包括比较器U4和参考电压Vref，所述比较器U4的正输入端连接于低压辅助电路正输出端，负输入端连接于参考电压Vref，输出端连接于微控制器U3；所述温度采样电路包括温度传感器NTC1和温度传感器NTC2，温度传感器NTC1和温度传感器NTC2的输入端连接于低压辅助电源输出端，输出端连接于微控制器U3，所述温度传感器NTC1的探测端子固定在第一MOSFET晶体管的散热端，所述温度传感器NTC2的探测端子固定在第二MOSFET晶体管的散热端。进一步提供了一种隔离电源模块的具体结构，所述的隔离电源模块包括多绕组变压器T1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和NMOS管Q1；其中，所述多绕组变压器T1原边侧上端的端口①连接于低压辅助电源正输出端，端口②连接于电源地GND；所述多绕组变压器T1原边侧下端的端口③正向连接二极管D2后作为隔离电源模块输出的隔离电压V3，端口④连接于电源地GND；所述多绕组变压器T1副边侧上端的端口⑤正向连接二极管D3后作为隔离电源模块输出的隔离电压V1，端口⑥作为隔离电源模块输出的隔离地GND1；所述多绕组变压器T1副边侧下端的端口⑦正向连接二极管D4后作为隔离电源模块输出的隔离电压V2，端口⑧作为隔离电源模块输出的隔离地GND2；隔离电压V3和电源地GND之间、隔离电压V1和隔离地GND1之间及隔离电压V2和隔离地GND2之间均并联有输出负载；所述隔离电压V3连接于微控制器U3，NMOS管Q1的漏极连接于多绕组变压器T1原边侧上端的端口②，源极连接于电源地GND，栅极连接于微控制器U3的PWM输出端，所述微控制器U3还适于根据隔离电压V3调整其输出的PWM的占空比以调整隔离电压V1和隔离电压V2，所述隔离电压V1和隔离电压V2均与隔离驱动模块相连，适于为所述隔离驱动模块供电。进一步，所述隔离电源模块还包括：电容C1，其作为去耦电容并联在低压辅助电源输出端；和/或并联在多绕组变压器T1原边侧上端的端口①和端口②之间、且用于抑制原边侧电压尖峰、减少电磁干扰的缓冲电路，所述缓冲电路由电容C2与电阻R4并联后再和二极管D1所组成；其中，所述二极管D1的阳极与端口②相连。进一步提供了一种隔离驱动模块的具体结构，所述的隔离驱动模块包括数字隔离器U5、PMOS管Q3、PMOS管Q4，NPN型三极管Q2和NPN型三极管Q5；其中，数字隔离器U5的两输入端分别连接于微控制器U3，一输出端连接于NPN型三极管Q5的基极，另一输出端连接于NPN型三级管Q2的基极，适于对微控制器U3的输出信号进行隔离处理；所述PMOS管Q3的源极连接于隔离电压V1，漏极连接于第一MOSFET晶体管；NPN型三极管Q2的集电极连接于PMOS管Q3的栅极，基极连接于数字隔离器U5输出端，发射极连接于隔离地GND1，适于将数字隔离器U5输出的控制信号经过电流放大且信号反相转换来驱动控制PMOS管Q3的闭合或关断；所述PMOS管Q4的源极连接于隔离电压V2，漏极连接于第二MOSFET晶体管；NPN三极管Q5的集电极连接于PMOS管Q4的栅极，基极连接于数字隔离器U5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MOSFET的动力电池高压开关装置，其特征在于，它包括低压辅助电源、隔离电源模块、控制器单元、隔离驱动模块、负载开关模块和BMS控制单元；其中，所述负载开关模块包括连接在动力电池的放电回路中且用于控制放电回路通断的第一MOSFET晶体管及连接在动力电池的充电回路中且用于控制充电回路通断的第二MOSFET晶体管；所述低压辅助电源分别与控制器单元及隔离电源模块相连，适于向控制器单元及隔离电源模块提供低压辅助电源电压；所述隔离电源模块与所述隔离驱动模块相连，适于将低压辅助电源电压隔离并转换为高压侧电路供电电源电压以向隔离驱动模块供电；所述控制器单元分别与BMS控制单元及隔离驱动模块相连，适于获取BMS控制单元下发的指令，及根据获取的指令向隔离驱动模块输出信号；所述隔离驱动模块分别与第一MOSFET晶体管及第二MOSFET晶体管相连，适于将控制器输出信号隔离并转换为驱动信号以控制第一MOSFET晶体管或第二MOSFET晶体管通断。

【技术特征摘要】
1.一种基于MOSFET的动力电池高压开关装置，其特征在于，它包括低压辅助电源、隔离电源模块、控制器单元、隔离驱动模块、负载开关模块和BMS控制单元；其中，所述负载开关模块包括连接在动力电池的放电回路中且用于控制放电回路通断的第一MOSFET晶体管及连接在动力电池的充电回路中且用于控制充电回路通断的第二MOSFET晶体管；所述低压辅助电源分别与控制器单元及隔离电源模块相连，适于向控制器单元及隔离电源模块提供低压辅助电源电压；所述隔离电源模块与所述隔离驱动模块相连，适于将低压辅助电源电压隔离并转换为高压侧电路供电电源电压以向隔离驱动模块供电；所述控制器单元分别与BMS控制单元及隔离驱动模块相连，适于获取BMS控制单元下发的指令，及根据获取的指令向隔离驱动模块输出信号；所述隔离驱动模块分别与第一MOSFET晶体管及第二MOSFET晶体管相连，适于将控制器输出信号隔离并转换为驱动信号以控制第一MOSFET晶体管或第二MOSFET晶体管通断。2.根据权利要求1所述的基于MOSFET的动力电池高压开关装置，其特征在于，所述控制器单元通过CAN总线与所述BMS控制单元相连。3.根据权利要求2所述的基于MOSFET的动力电池高压开关装置，其特征在于，所述控制器单元包括线性稳压器U1、微控制器单元和晶体振荡器OSC；其中，所述微控制器单元包括微控制器U3和CAN收发器U2；所述线性稳压器U1的输入端连接于低压辅助电源输出端，输出端连接于微控制器U3，适于将低压辅助电源电压转换为可供微控制器单元使用的电源电压；所述CAN收发器U2连接在微控制器U3和BMS控制单元之间，适于BMS控制单元及微控制器U3之间的通讯；所述晶体振荡器OSC连接于微控制器U3。4.根据权利要求3所述的基于MOSFET的动力电池高压开关装置，其特征在于，所述控制器单元还包括：欠压检测电路，分别与低压辅助电源和微控制器U3相连，适于检测低压辅助电源输出的低压辅助电源电压是否发送欠压，并在发送欠压时触发微控制器U3通过隔离驱动模块控制第一MOSFET晶体管及第二MOSFET晶体管断开；和/或温度采样电路，与微控制器U3相连，适于采集第一MOSFET晶体管和第二MOSFET晶体管的温度信号，并输送至微控制器U3；其中，所述微控制器U3还适于对接收的温度信号进行模数转换以得到温度值，并在任一温度值高于其预设阈值时通过隔离驱动模块控制第一MOSFET晶体管及第二MOSFET晶体管断开。5.根据权利要求4所述的基于MOSFET的动力电池高压开关装置，其特征在于，所述欠压检测电路至少包括比较器U4和参考电压Vref，所述比较器U4的正输入端连接于低压辅助电路正输出端，负输入端连接于参考电压Vref，输出端连接于微控制器U3；所述温度采样电路包括温度传感器NTC1和温度传感器NTC2，温度传感器NTC1和温度传感器NTC2的输入端连接于低压辅助电源输出端，输出端连接于微控制器U3，所述温度传感器NTC1的探测端子固定在第一MOSFET晶体管的散热端，所述温度传感器NTC2的探测端子固定在第二MOSFET晶体管的散热端。6.根据权利要求3所述的基于MOSFET的动力电池高压开关装置，其特征在于，所述的隔离电源模块包括多绕组变压器T1、二极管D2、二极管D3、二极管D4和NMOS管Q1；其中，所述多绕组变压器T1原边侧上端的端口①连接于低压辅助电源正输出端，端口②连接于电源地GND；所述多绕组变压器T1原边侧下端的端口③正向连接二极管D2后...

【专利技术属性】
技术研发人员：付瑜，阳威，杨锡旺，
申请(专利权)人：常州索维尔电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32