带载且带载电流可测的模拟电池组电路及其模拟电池组

摘要

本发明公开了一种带载且带载电流可测的模拟电池组电路及其模拟电池组,所述带载且带载电流可测的模拟电池组电路包括至少一个由电芯输出电压调整电路、电压基准电路、扩流电路、均衡电流采样电路构成的单元电芯电路，单元电芯电路的一端连接有恒流源电路的一端，单元电芯电路的另一端连接有固定高压的正极，恒流源电路的另一端连接有固定高压的负极。所述模拟电池组由直流电源、单元电芯电路和恒流源电路构成。本发明具有可带容性负载、成本低的特点，还具有电流输出能力和电流值高，精度可测、短路保护的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池，特别是带载且带载电流可测的模拟电池组电路。

背景技术

随着社会的发展，电池的应用越来越广泛，市场上对大规模电池组的需求也越来越旺盛。电池管理系统的测试需求也随之上升。现有的在测试电压采集电路与均衡电路时，往往采用真实的电池组或者采用模拟电池组。采用真实的电池组存在以下两个问题：1、电池管理系统开发过程中有很多不确定因素，用真实的电池组测试会带来极大的安全风险，易造成电池组的短路起火；2、均衡电流和电池电压不可控。采用模拟电池组电路，大都没有带载能力特别是容性负载，只能提供单纯的电压信号，且成本也过高。

因此，现有的用于测试的真实电池组，存在安全风险高、电压电流不可控的问题；采用的模拟电池组，存在没有带载能力、成本过高的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供带载且带载电流可测的模拟电池组电路。本发明具有可带容性负载、成本低的特点，还具有电流输出能力和电流值高，精度可测、短路保护的特点。

本发明的技术方案：带载且带载电流可测的模拟电池组电路，包括至少一个由电芯输出电压调整电路、电压基准电路、扩流电路、均衡电流采样电路构成的单元电芯电路，单元电芯电路的一端连接有恒流源电路的一端，单元电芯电路的另一端连接有固定高压的正极，恒流源电路的另一端连接有固定高压的负极。

前述的带载且带载电流可测的模拟电池组电路中，所述单元电芯电路采用多个，多个单元电芯电路之间串联连接，固定高压的正极与最外端的单元电芯电路连接。

前述的带载且带载电流可测的模拟电池组电路中，所述电芯输出电压调整电路包括相互并联的电阻R1、电阻R2和电阻R3，电阻R1和电阻R2上分别串联有开关K1和开关K2；所述电压基准电路包括电压基准U1和电阻R4，电压基准U1的阴极与电阻R4的一端连接，电压基准U1的阳极与负输出端连接，电压基准U1的参考极分别与开关K1、开关K2和电阻R3连接；所述扩流电路包括三极管Q1和电阻R5，三极管Q1的基极与电压基准U1的阴极连接，三极管Q1的发射极与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与负输出端连接；所述均衡电流采样电路包括电阻R6和高共模电压差分放大器U2，电阻R6的一端分别与R1、R2、R3、R4和三极管Q1的集电极连接，电阻R6的另一端与正输出端连接，电阻R6的两端还分别与高共模电压差分放大器U2连接，高共模电压差分放大器U2的输出端连接到单片机。

前述的带载且带载电流可测的模拟电池组电路中，所述电芯输出电压调整电路还包括电阻R7，电阻R7的一端与开关K1、开关K2、电阻R3和电压基准U1的参考极连接，电阻R7的另一端与负输出端连接。

前述的带载且带载电流可测的模拟电池组电路中，所述扩流电路还包括电容C，电容C的一端与三极管Q1的集电极连接，电容C的另一端与电阻R5的另一端连接。

前述的带载且带载电流可测的模拟电池组电路中，所述电压基准U1采用意法半导体的LM431。

前述的带载且带载电流可测的模拟电池组电路中，所述恒流源电路包括MOS管Q2和电压基准U3，MOS管Q2的漏极与负输出端连接，MOS管Q2的源极与电压基准U3的参考极连接，MOS管Q2的栅极与电压基准U3的阴极、供电电源VCC端连接，电压基准U3的阳极与固定高压的负极连接。

前述的带载且带载电流可测的模拟电池组电路中，所述恒流源电路还包括电阻R8，电阻R8的一端与供电电源VCC端连接，电阻R6的另一端与MOS管Q2的栅极连接。

前述的带载且带载电流可测的模拟电池组电路中，所述恒流源电路还包括电阻R9，电阻R9的一端与固定高压的负极连接，电阻R9的另一端与MOS管Q2的源极和电压基准U3的参考极连接。

一种模拟电池组，包括至少一个直流电源和上述中的单元电芯电路构成的模拟电池以及一个恒流源电路，直流电源的正极与正输出端连接，直流电源的负极与负输出端连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点:

1、每节模拟电芯都有电流输出能力且可带容性负载，电流输出值高且精度可测；2、电压输出值3档可调，可以为电池管理系统创造均衡条件，且具有短路保护功能；3、模拟电池的节数可灵活配置，满足不同电池管理系统的测试的需求；4、采用常用元器件搭建，成本低。

因此，本发明具有可带容性负载、成本低的特点，还具有电流输出能力和电流值高，精度可测、短路保护的特点。

附图说明

图1是本发明中带载且带载电流可测的模拟电池组电路的结构示意图；

图2是单元电芯电路的结构示意图；

图3是模拟电池组的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。

如图1-2所示，带载且带载电流可测的模拟电池组电路，包括多个由电芯输出电压调整电路、电压基准电路、扩流电路、均衡电流采样电路构成的单元电芯电路，多个单元电芯电路之间相互串联，单元电芯电路的一端连接有恒流源电路的一端，最外端的单元电芯电路的另一端连接有固定高压的正极，恒流源电路的另一端连接有固定高压的负极。

所述电芯输出电压调整电路包括相互并联的电阻R1、电阻R2和电阻R3，电阻R1和电阻R2上分别串联有开关K1和开关K2的一端；开关K1、开关K2和电阻R3均经电阻R7与负输出端连接。

所述电压基准电路包括电压基准U1和电阻R4，电压基准U1的阴极与电阻R4的一端连接，电压基准U1的阳极与负输出端连接，电压基准U1的参考极分别与开关K1、开关K2和电阻R3连接；所述电压基准U1采用意法半导体的LM431，LM431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源，LM431的输出电压用电阻R3和电阻R7就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。

所述扩流电路包括三极管Q1和电阻R5，三极管Q1的基极与电压基准U1的阴极连接，三极管Q1的发射极与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与负输出端连接；还包括电容C，电容C的一端与三极管Q1的集电极连接，电容C的另一端与电阻R5的另一端连接；三极管Q1采用PNP三极管。

所述均衡电流采样电路包括电阻R6和高共模电压差分放大器U2，电阻R6的一端分别与R1、R2、R3、R4和三极管Q1的集电极连接，电阻R6的另一端与正输出端连接，电阻R6的两端还分别与高共模电压差分放大器U2连接，高共模电压差分放大器U2的输出端连接到单片机。

所述恒流源电路包括MOS管Q2和电压基准U3，MOS管Q2的漏极与负输出端连接，MOS管Q2的源极与电压基准U3的参考极连接，MOS管Q2的源极与电压基准U3的参考极之间的连接点经电阻R8与固定高压的负极连接，MOS管Q2的栅极与电压基准U3的阴极连接，MOS管Q2的栅极与电压基准U3的阴极之间的连接点经电阻R9与供电电源VCC端连接，电压基准U3的阳极与固定高压的负极连接。

如图3所示，还包括了另一种方案，一种模拟电池组，包括至少一个直流电源和上述的带载且带载电流可测的模拟电池组电路中的单元电芯电路构成的模拟电池以及一个恒流源电路，直流电源的正极与正输出端连接，直流电源的负极与负输出端连接。

在实际应用中，由电压基准电路、扩流电路、电芯输出电压调整电路、均衡电流采样电路组成单元电芯电路，至少一个单元电芯电路与恒流源电路串联形成模拟电池组电路，根据测试的需求可以组成不同的串数的单元电芯电路，从而使得模拟电池的节数可灵活配置，满足不同电池管理系统的测试的需求。在模拟电池组电路两端加上相应的固定高压（HV+-HV-）,每个单元电芯电路的电压最大值之和大致等于这个固定电压。因为单元电芯电压值可调，模拟电池组的总电压值可能小于固定高压值（HV+-HV-），所以用恒流源电路来分担多余的电压差。

具体操作时，基准电压为2.5V，当开关K1、开关K2都断开时，单元电芯电路的输出电压为3.65V；当开关K1闭合，开关K2断开时，单元电芯电路的输出电压为3.3V；当开关K1断开，开关K2闭合时，单元电芯电路的输出电压为2.7V。设置某一个单元电芯电路电压值高出其他单元电芯电路电压值，就可以为BMS系统创造均衡条件。

因为LM431负载电流能力最大值只有100mA，不能满足均衡电流的需求，所以采用三极管Q1和电阻R5的扩流电路来扩流。根据均衡电流的大小，选择适当的三极管和电阻。在单元电芯电路连接大负载特别是容性负载时，电路会发生振荡，加入一个大于10uF的电容C进行补偿，可以消除振荡。

通过采样电阻R6两端的电压值，就可以知道均衡电流的大小。由于采样电阻R6的两端共模电压高，故设置了高共模电压差分放大器U2，高共模电压差分放大器U2的型号采用INA149，采集到的数据传给单片机。

恒流源电路起到分压、设置电流的作用。当单元电芯电路的输出电压发生变化时，MOS管Q2两端的电压发生相应的变化。根据基尔霍夫电压定律，U