一种主动均衡BMS均衡失效检测电路及方法

摘要

本发明涉及一种主动均衡BMS均衡失效检测电路及方法，属于电池均衡技术领域。本发明通过在均衡回路中串入采样电阻，通过判断采样电阻的压降实现均衡失效检测，本发明既能够用于充电均衡失效检测，又能够用于放电均衡失效检测，同时还可以用于测量均衡电流大小，通过均衡失效检测及均衡电流测量实时掌握BMS均衡状态，本发明结构简单，功能完善，便于实现，能够提高主动均衡BMS的可靠性和安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种主动均衡BMS均衡失效检测电路及方法，属于电池均衡技术 领域。

背景技术

锂电池在使用过程中存在的不一致性严重影响到了锂电池组充放电性能的 发挥，基于目前各种各样的BMS均衡解决方案，以DC/DC变换器为代表的主动 均衡BMS发展迅速，在解决电池组电量均衡方面起到了很好的改善作用。基于 DC/DC变换器的主动均衡BMS通过大量的开关进行均衡通道切换，如申请号为 201110452061.8的专利文件中所公开的主动均衡BMS，开关的可靠性与DC/DC 变换器的可靠性至关重要，一旦开关或DC/DC变换器功能失效则主动均衡的功 能将失效，导致均衡策略执行错乱。

发明内容

本发明的目的是提供一种主动均衡BMS均衡失效检测电路及方法，以实现 主动均衡BMS的均衡失效检测。

本发明为解决上述技术问题而提供一种主动均衡BMS均衡失效检测电路，该 检测电路包括MCU、两个A/D转换芯片和两个串接在均衡回路中的采样电阻，两个 采样电阻的两端分别通过各自对应的A/D转换芯片与MCU相连，MCU通过对采样电 阻两端的采样电压压差的判断进行均衡失效检测。

所述的均衡回路包括DC/DC变换器和开关阵列，DC/DC变换器第一直流接线端 与电池组的总正负端相连，DC/DC变换器的第二直流接线端通过开关阵列与电池 组中各单体电池的正负极相连。

所述的一个采样电阻串接于电池组总正端和总负端与DC/DC变换器的第一直 流接线端组成的回路中，另一个采样电阻串接于开关阵列与DC/DC变换器第二直 流接线端组成的回路中。

所述的A/D转换芯片与MCU之间还设置有数字信号隔离芯片。

本发明还提供了一种主动均衡BMS均衡失效检测方法，该检测方法包括以下 步骤：

1）将电池组通过开关电源与电池组中各单体电池连接，使电池组与电池组 内的各单体电池之间构成可自由切换通道的均衡电路；

2）将两个采样电阻串接在均衡电路中，依次对电池组中每一支单体电池开 启均衡；

3）分别采集均衡开启前后串接在均衡电路中的两个采样电阻两端的电压， 并计算均衡前后采样电阻两端的压差；

4）判断采样电阻两端的压差是否小于设定值，如果小于设定值，说明均衡 失效。

所述步骤2）是通过开关阵列实现每一支单体电池均衡的开启。

所述步骤4）中两个采样电阻两端的电压差为ΔV1和ΔV2，当∣ΔV1∣＜ M1或∣ΔV2∣＜M2则均衡功能失效，当∣ΔV1∣≥M1且∣ΔV2∣≥M2则均衡 功能正常，其中M1和M2为给定参考电压值。

本发明的有益效果是:本发明通过在均衡回路中串入采样电阻，通过判断 采样电阻的压降实现均衡失效检测，本发明既能够用于充电均衡失效检测，又 能够用于放电均衡失效检测，同时还可以用于测量均衡电流大小，通过均衡失 效检测及均衡电流测量实时掌握BMS均衡状态，本发明结构简单，功能完善， 便于实现，能够提高主动均衡BMS的可靠性和安全性。

附图说明

图1是本发明主动均衡BMS均衡失效检测电路的原理框图；

图2是本发明实施例中均衡失效检测电路连接方式一的示意图；

图3是本发明实施例中均衡失效检测电路连接方式二的示意图；

图4是本发明实施例中均衡失效检测电路连接方式三的示意图；

图5是本发明实施例中均衡失效检测电路连接方式四的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明的一种主动均衡BMS均衡失效检测电路的实施例

如图1所示，本发明的主动均衡BMS均衡失效检测电路包括均衡回路和串接 在均衡回路中的采样电阻，其中均衡回路包括DC/DC变换器和开关阵列，DC/DC 变换器的第一直流接线端（V1+，V1-）分别与电池组的正负极相连，DC/DC变换 器的第二直流接线端（V2+，V2-）通过开关矩阵连接至电池组的每一个单体电池 上的正负极上，串接在均衡回路中的采样电阻有两个，一个采样电阻Rs2串接于 电池组正负极与DC/DC变换器的第一直流接线端（V1+，V1-）连接的回路中，另 一个采样电阻Rs1串接于DC/DC变换器的第二直流接线端（V2+，V2-）与某单体 电池连接的回路中，本发明的检测电路中还包括两个ADC转换器ADC1和ADC2， 分别与Rs1和Rs2相连，分别用于将两个采样电阻Rs1和Rs2的压降转换为数字 量，转换器ADC1和ADC2分别通过相应的数字信号隔离芯片连接到MCU的输入端， MUC通过对采样电压的判断，进行均衡失效检测。采样电阻Rs1和Rs2可以串接 在各自所在均衡回路的任意位置，结合采样电阻在回路中的位置和均衡电流方 向，可以有四种电路结构，具体检测电路的工作过程如下：

第一种实现方式，Rs1与DC/DC变换器的单体电池连接端正极V2+连接，Rs2 与DC/DC变换器的电池组连接端负极V1-连接，Rs1、Sw1、ADC1、光隔离芯片1 和MCU组成检测通道1，Rs2、SW2、ADC2、光隔离芯片2和MCU组成检测通道2。 这里我们选择的电池组包括12个单体电池，电池组向单体电池cell11均衡开启 前后，检测通道1和检测通道2分别采集电阻Rs1和Rs2两端电压，MCU依据压 差判断均衡状态，均衡开启前后任何一个采样电阻两端的压差小于设定值时，说 明均衡失效，该情况下的电路原理图及电流流向如图2所示；当单体电池cell11 向电池组均衡时，检测机理相同，该情况下的电路原理图及电流流向如图3所示。

第二种实现方式，Rs2与DC/DC变换器的单体电池连接端负极V2-连接，Rs1 与DC/DC变换器的电池组连接端正极V1+连接。Rs1、SW1、ADC1、光隔离芯片1 以及MCU组成检测通道1，Rs2、SW2、ADC2、光隔离芯片2和MCU组成检测通道 2。电池组向单体电池cell11均衡开启前后，检测通道1和检测通道2分别采集 电阻Rs1和Rs2两端电压，MCU依据电压判断均衡状态，均衡开启前后任何一个 采样电阻两端的压差小于设定值时，说明均衡失效，该情况下的电路原理图及电 流流向如图4所示；当单体电池cell11向电池组均衡时，检测机理相同，该情 况下的电路原理图及电流流向如图5所示。

本发明的一种主动均衡BMS均衡失效检测方法的实施例

本发明通过在均衡回路中串入采样电阻，通过判断采样电阻的压降实现均衡 失效检测，具体的检测过程包括如下步骤：

1.将电池组通过开关电源和开关阵列与电池组中各单体电池连接，使电池组 与电池组内的各单体电池之间构成可自由切换通道的均衡回路。如图1所示，均 衡回路包括DC/DC变换器和开关阵列，DC/DC变换器的第一直流接线端（V1+，V1-） 分别与电池组的正负极相连，DC/DC变换器的第二直流接线端（V2+，V2-）通过 开关阵列连接至电池组的每一个单体电池上的正负极上。

2.通过切换开关阵列依次对电池组中每一支单体电池开启均衡，串接在均 衡回路中的采样电阻有两个，一个采样电阻Rs2串接于电池组正负极与DC/DC变换 器的第一直流接线端（V1+，V1-）连接的回路中，另一个采样电阻Rs1串接于DC/DC 变换器的第二直流接线端（V2+，V2-）与某单体电池连接的回路中，分别采集并 计算均衡开启前后采样电阻Rs1两端的电压差ΔV1和采样电阻Rs2两端的电压差 ΔV2。

3.根据压差的绝对值判断均衡失效与否，当∣ΔV1∣＜M1或∣ΔV2∣＜ M2则均衡功能失效，当∣ΔV1∣≥M1且∣ΔV2∣≥M2则均衡功能正常，均衡 电流I=ΔV1∕Rs1，其中M1和M2为给定参考电压值。