一种BMS高频均衡电流均值监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种BMS高频均衡电流均值监测系统，包括电流信号采样和处理模块、模数转换模块和主控制器，其中所述电流信号采样和处理模块包括采样电阻单元、低通滤波器单元和放大器单元，所述采样电阻单元串联在各个均衡电流的干道上以用于将高频锯齿波电流信号转换成高频锯齿波电压信号，所述低通滤波器单元并联在所述采样电阻单元的两端，所述放大器单元的输入端并联在所述低通滤波器上，输出端连接所述模数转换器的输入端，所述主控制器连接所述模数转换模块。本实用新型专利技术提出的BMS高频均衡电流均值监测系统成本低、体积小且可以满足使用要求。满足使用要求。满足使用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种BMS高频均衡电流均值监测系统


[0001]本技术涉及电池管理系统(Battery Management System,BMS)均衡管理
，尤其涉及一种BMS高频均衡电流均值监测系统。

技术介绍

[0002]纯电动汽车的电池包是由多个电池模组串联组成的，每个电池模组也是由众多锂离子电池单体串联而成。为了提高电池包的安全性能以及续航能力，通常需要一个电池管理系统对电池包中的各个电池单体进行监测和管理。由于电池单体在生产制造或者后天使用过程存在差异，相互之间会具有不一致性。BMS中的电池均衡管理系统可以有效地缓解由于电池单体间的不一致性带来的短板效应，提高电池包的能量利用效率。
[0003]电池均衡管理系统采用基于电感或者变换器的主动均衡方式时，其均衡电流为锯齿波形状，频率常常可以达到2MHz，如何准确地测量高频的均衡电流成为一项技术难题，这关系到均衡过程中电池剩余容量(State OfCharge,SOC)的准确计算。
[0004]目前，高频电流测量方法主要采用霍尔电流传感器和电流互感器。一般霍尔电流传感器的工作频率范围只能达到几十或者几百千赫兹，无法满足2MHz高频电流的测量，超高频的霍尔电流传感器一般作为示波器探头使用，价格昂贵，不适合在BMS上应用。电流互感器是把一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量，主要应用在高压超大电流的电力系统中，其二次侧高频小电流输出也需要结合采样电阻和ADC来实现模数转换，根据奈奎斯特采样定理以及工程应用，对于2MHz的高频电流，ADC的采样频率必须要达到6～10MHz才能保证不失真，如此高采样频率的ADC价格昂贵，而且电流互感器的体积也较大，当设计多路均衡电流采样时需要占用较大的体积。
[0005]因此，在高频均衡电流的测量上亟需设计一个低成本、小体积且可以满足使用要求的方案。
[0006]以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本技术的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本技术提出一种BMS高频均衡电流均值监测系统，成本低、体积小且可以满足使用要求。
[0008]为了达到上述目的，本技术采用以下技术方案：
[0009]本技术公开了一种BMS高频均衡电流均值监测系统，包括电流信号采样和处理模块、模数转换模块和主控制器，其中所述电流信号采样和处理模块包括采样电阻单元、低通滤波器单元和放大器单元，所述采样电阻单元串联在各个均衡电流的干道上以用于将高频锯齿波电流信号转换成高频锯齿波电压信号，所述低通滤波器单元并联在所述采样电阻单元的两端，所述放大器单元的输入端并联在所述低通滤波器上，输出端连接所述模数
转换器的输入端，所述主控制器连接所述模数转换模块。
[0010]优选地，所述放大器单元包括高共模电压单位增益差分器和运算放大器，所述高共模电压单位增益差分器的输入端并联在所述低通滤波器上，输出端连接所述运算放大器的输入端；所述运算放大器的输出端连接所述模数转换器的输入端连。
[0011]优选地，所述低通滤波器单元采用由一个电阻和一个电容组成的一阶低通滤波器，其中所述放大器单元的输入端并联在所述低通滤波器单元的所述电容的两端。
[0012]优选地，所述高共模电压单位增益差分器的输出参考电平设置为同一参考地。
[0013]优选地，所述的BMS高频均衡电流均值监测系统还包括模拟开关模块，所述模拟开关模块连接在所述放大器单元的输出端与所述模数转换器的输入端之间。
[0014]优选地，所述的BMS高频均衡电流均值监测系统还包括隔离电路，所述模拟开关模块的控制端口通过所述隔离电路连接到所述主控制器上。
[0015]优选地，所述隔离电路包括至少一个光耦隔离器。
[0016]优选地，所述主控制器的通用IO接口连接所述隔离电路的输入端。
[0017]优选地，所述的BMS高频均衡电流均值监测系统还包括上位机显示模块，所述上位机显示模块连接所述主控制器。
[0018]优选地，所述主控制器通过IIC总线连接所述模数转换模块的控制引脚。
[0019]与现有技术相比，本技术的有益效果包括：
[0020](1)本技术可以准确测量高频均衡电流的均值，与利用原始电流波形对时间离散积分计算电池SOC相比，采用这段时间均衡电流的均值对时间积分计算电池SOC可以有效减小积分误差。
[0021](2)高共模电压单位增益差分器可以实现对高端电流进行监测，本技术可以实现对18节串联锂离子电池的19个支路电流进行测量，高端的共模电压达到70V，本技术理论上的共模电压范围可以达到
±
275V。
[0022](3)本技术采用模拟开关实现多路复用功能，极大地减小了ADC的数量，降低方案成本和整体体积。
[0023](4)本技术可以实现对电流方向的监测。
[0024](5)本技术采用光耦隔离器实现强电和弱电的分离，安全性能较高。
附图说明
[0025]图1是本技术优选实施例的BMS高频均衡电流均值监测系统结构示意图；
[0026]图2为本技术一实施例的电路原理图整图；
[0027]图3为图2中A处对应的一路采样电阻、低通滤波以及单位增益差分原理图；
[0028]图4为图2中B处对应的一个运算放大器的原理图；
[0029]图5为图2中C处对应的一个模拟开关及其复选控制的光耦隔离器的原理图；
[0030]图6为图2中D处对应的两个ADC的原理图；
[0031]图7为图2中E处对应的主控制器及其外围电路的原理图；
[0032]图8为图2中F处对应的总电源输入原理图；
[0033]图9为图2中G处对应的19路电流输入输出接线端子原理图；
[0034]图10为一实施例的高共模电压单位增益差分器原理图。
具体实施方式
[0035]以下对本技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本技术的范围及其应用。
[0036]需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路/信号连通作用。
[0037]需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种BMS高频均衡电流均值监测系统，其特征在于，包括电流信号采样和处理模块、模数转换模块和主控制器，其中所述电流信号采样和处理模块包括采样电阻单元、低通滤波器单元和放大器单元，所述采样电阻单元串联在各个均衡电流的干道上以用于将高频锯齿波电流信号转换成高频锯齿波电压信号，所述低通滤波器单元并联在所述采样电阻单元的两端，所述放大器单元的输入端并联在所述低通滤波器上，输出端连接所述模数转换器的输入端，所述主控制器连接所述模数转换模块。2.根据权利要求1所述的BMS高频均衡电流均值监测系统，其特征在于，所述放大器单元包括高共模电压单位增益差分器和运算放大器，所述高共模电压单位增益差分器的输入端并联在所述低通滤波器上，输出端连接所述运算放大器的输入端；所述运算放大器的输出端连接所述模数转换器的输入端。3.根据权利要求1或2所述的BMS高频均衡电流均值监测系统，其特征在于，所述低通滤波器单元采用由一个电阻和一个电容组成的一阶低通滤波器，其中所述放大器单元的输入端并联在所述低通滤波器单元的所述电容的两端。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏必忠，黎宇恒，曹健文，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：新型
国别省市：