被动均衡控制保护电路及大电流被动均衡控制保护电路

摘要

本发明涉及电池管理系统技术领域，尤其是指被动均衡控制保护电路及大电流被动均衡控制保护电路，其包括限流电阻、灯珠、均衡MOS管以及MOS管控制电路，电芯与所述限流电阻、灯珠、均衡MOS管相互连接在一起，所述MOS管控制电路与所述均衡MOS管的栅极连接。本发明的有益效果：使用LED灯珠替代均衡电阻，在均衡MOS管失效短路的情况下，也能保护电芯不至于过放电损坏，降低了损失；不需要使用散热器，降低了成本；简化了软件控制逻辑；在需要加大均衡电流的应用场合，只需要再并联一个或多个相同的均衡支路，也不用担心均衡MOS管失效和散热问题，简化了设计，方便产品快速上市使用。

说明书

技术领域

本发明涉及电池管理系统技术领域，尤其是指被动均衡控制保护电路及大电流被动均衡控制保护电路。

背景技术

锂电池储能电池组通常由多个电芯串联构成，串联越多其对电芯的一致性要求也越高，这样才能充分发挥出电池组的容量性能。针对此需求，各种基于均衡控制的BMS应运而生，主要分为两大类，被动均衡和主动均衡。被动均衡因其电路结构简单、易于控制、低成本，已被各大电池管理芯片厂商集成在芯片内，应用十分广泛。

主流的被动均衡方案其均衡支路由均衡电阻和均衡MOS管构成，该支路并联在电芯两端，当串联电池组内电芯需要均衡时，该支路均衡MOS管导通，均衡电阻并联在电芯两端，消耗电芯富余电量，使得电池组内各电芯容量趋于一致。均衡结束，电池管理芯片控制均衡MOS管截止关断，均衡支路与电芯断开，不再消耗电池电量。这就要求均衡MOS管具备很高的可靠性，耐电压、电流冲击，静电防护等。当均衡MOS管损坏时，MOS管漏级、源级直通，均衡电阻一直并联在电芯两端，持续消耗电芯电量，最终导致电芯过放损坏。也有厂家增加被动均衡电路失效检测电路，但是只要均衡MOS管失效，并不能断开均衡支路，需要安排人员及时维护，否则还是会导致电芯过放损坏。被动均衡属于能耗型，如图3所示，通过电阻发热消耗电芯电量，这样需要选择合适功率的电阻与合理的PCB布局，甚至增加散热器，从而控制温升在允许范围，这样复杂度和成本都更高了。

发明内容

本发明针对现有技术的问题提供被动均衡控制保护电路及大电流被动均衡控制保护电路。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种被动均衡控制保护电路，包括限流电阻、灯珠、均衡MOS管以及MOS管控制电路，电芯与所述限流电阻、灯珠、均衡MOS管相互连接在一起，所述MOS管控制电路与所述均衡MOS管的栅极连接。

其中，所述限流电阻为限流电阻R4，所述灯珠为LED1，所述均衡MOS管为MOS管Q2，电芯的正极BAT+与所述限流电阻R4的一端连接，所述限流电阻R4的另一端与LED1的阳极连接，所述LED1的阴极与MOS管Q2的漏极连接，电芯的负极BAT-与MOS管Q2的源极连接，所述MOS管控制电路包括电池管理芯片，所述MOS管Q2的栅极与电池管理芯片的均衡控制脚EQ连接。

其中，所述被动均衡控制保护电路还包括电阻R5和电阻R6，所述电阻R5的一端与MOS管Q2的栅极以及电阻R6的一端连接，所述电阻R5的另一端与电池管理芯片的均衡控制脚EQ连接，所述电阻R6的另一端与MOS管Q2的源极和电芯的负极BAT-连接。

其中，所述限流电阻为限流电阻R4，所述灯珠为LED1，所述均衡MOS管为MOS管Q2，电芯的正极BAT+与所述LED1的阳极连接，所述LED1的阴极与限流电阻R4的一端连接，所述限流电阻R4的另一端与MOS管Q2的漏极连接，电芯的负极BAT-与MOS管Q2的源极连接，所述MOS管控制电路包括电池管理芯片，所述MOS管Q2的栅极与电池管理芯片的均衡控制脚EQ连接。

其中，所述被动均衡控制保护电路还包括电阻R5和电阻R6，所述电阻R5的一端与MOS管Q2的栅极以及电阻R6的一端连接，所述电阻R5的另一端与电池管理芯片的均衡控制脚EQ连接，所述电阻R6的另一端与MOS管Q2的源极和电芯的负极BAT-连接。

本发明还提供了一种大电流被动均衡控制保护电路，包括多个分别并联在电芯两端的被动均衡控制保护电路。

其中，多个被动均衡控制保护电路包括分别并联在电芯两端的第一均衡支路和第二均衡支路，所述MOS管控制电路包括电池管理芯片；

所述第一均衡支路包括限流电阻RA1、LED灯珠LEDA1、均衡MOS管QA1、电阻RB1和电阻RC1；

所述第二均衡支路包括限流电阻RB1、LED灯珠LEDB2、均衡MOS管QA2、电阻RB2和电阻RC2；

电芯的正极BAT+连接限流电阻RA1的一端，限流电阻RA1的另一端连接LED灯珠LEDA1的阳极，LED灯珠LEDA1的阴极连接均衡MOS管QA1的漏级，均衡MOS管QA1的源级连接电芯的负极BAT-和电阻RC1的一端，电阻RC1的另一端连接均衡MOS管QA1的栅极和电阻RB1的一端，电阻RB1的另一端连接电池管理芯片的均衡控制脚EQ；

电芯的正极BAT+连接流电阻RA2的一端，限流电阻RA2的另一端连接LED灯珠LEDA2的阳极，LED灯珠LEDA2的阴极连接均衡MOS管QA2的漏级，均衡MOS管QA2的源级连接电芯的负极BAT-和电阻RC2的一端，电阻RC2的另一端连接均衡MOS管QA2的栅极和电阻RB2的一端，电阻RB2的另一端连接电池管理芯片均衡控制脚EQ。本发明的有益效果：

1.使用LED灯珠替代均衡电阻，仅增加一个限流电阻，只有电芯电压高于灯珠导通电压，在均衡MOS管失效短路的情况下，也能保护电芯不至于过放电损坏，降低了损失。

2.使用LED灯珠替代均衡电阻，通过发光的能耗方式，有效降低均衡支路开启造成的温升问题，不需要使用散热器，降低了成本，也提升了BMS可靠性。

3.因为温升不再是瓶颈，均衡功能开启方式不再需要间隙控制，只需要考虑均衡使能控制，简化了软件控制逻辑。

4.在需要加大均衡电流的应用场合，只需要再并联一个或多个相同的均衡支路，也不用担心均衡MOS管失效和散热问题，简化了设计，方便产品快速上市使用。

附图说明

图1为本发明的被动均衡控制保护电路的电路图。

图2为本发明的大电流被动均衡控制保护电路的电路图。

图3为传统的被动均衡控制保护电路的电路图。

在图1至图3中的附图标记包括：

101—第一均衡支路；102—第二均衡支路。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。

实施例1

一种被动均衡控制保护电路，如图1所示，包括限流电阻、灯珠、均衡MOS管以及MOS管控制电路，电芯与所述限流电阻、灯珠、均衡MOS管相互连接在一起，所述MOS管控制电路与所述均衡MOS管的栅极连接。

其中，所述限流电阻为限流电阻R4，所述灯珠为LED1，所述均衡MOS管为MOS管Q2，电芯的正极BAT+与所述限流电阻R4的一端连接，所述限流电阻R4的另一端与LED1的阳极连接，所述LED1的阴极与MOS管Q2的漏极连接，电芯的负极BAT-与MOS管Q2的源极连接，所述MOS管控制电路包括电池管理芯片，所述MOS管Q2的栅极与电池管理芯片的均衡控制脚EQ连接。

其中，所述被动均衡控制保护电路还包括电阻R5和电阻R6，所述电阻R5的一端与MOS管Q2的栅极以及电阻R6的一端连接，所述电阻R5的另一端与电池管理芯片的均衡控制脚EQ连接，所述电阻R6的另一端与MOS管Q2的源极和电芯的负极BAT-连接。

本实施例中的有益效果为：

1.使用LED灯珠替代均衡电阻，仅增加一个限流电阻，只有电芯电压高于灯珠导通电压，在均衡MOS管失效短路的情况下，也能保护电芯不至于过放电损坏，降低了损失。

2.使用LED灯珠替代均衡电阻，通过发光的能耗方式，有效降低均衡支路开启造成的温升问题，不需要使用散热器，降低了成本，也提升了BMS可靠性。

3.因为温升不再是瓶颈，均衡功能开启方式不再需要间隙控制，只需要考虑均衡使能控制，简化了软件控制逻辑。

4.在需要加大均衡电流的应用场合，只需要再并联一个或多个相同的均衡支路，也不用担心均衡MOS管失效和散热问题，简化了设计，方便产品快速上市使用。

具体地，本实施例采用LED灯珠作为被动均衡的能量转换器件，将电芯存储的富余电能转换成光能，替代主流的均衡电阻发热消耗方式，LED发光产生的热量更小，不会造成BMS的PCB板上均衡部分电路局部过热，无需增加散热器给均衡部分电路散热，从而降低了BMS成本。因为没有多余的热量产生，不会造成周边环境温度显著升高，从而提升了BMS可靠性。

限流电阻的作用是限制均衡支路的电流在允许范围，避免电芯电压过高产生大电流二烧坏LED灯珠，限流电阻的选型需要考虑电芯最高电压Ubat、LED灯珠导通电压Uled、LED灯珠正向额定工作电流If，即限流电阻R＝(Ubat-Uled)/If,最大均衡电流主要由LED灯珠的正常额定工作电流决定，如果对PCB板尺寸有严格要求，可以选择2835规格的贴片LED灯珠，最大均衡电流可以达到180mA，可以满足主流被动均衡电流指标要求。

选用LED灯珠作为能量转换的器件还在于，LED灯珠正常工作需要一定的导通电压，这样在均衡MOS管失效的情况下，均衡电路不会持续消耗电芯的能量，在电芯电压低于安全电压前，LED灯珠因其导通电压不够而停止工作，不再消耗电芯能量，从而避免电芯过放出现不可修复的情况。可以选择2835规格的LED灯珠，其最小正向导通电压为2.5V，这远大于磷酸铁锂电芯的安全电压值1.8V。这样保证了电芯还是在安全电压范围，不至于过放损坏，造成不必要的损失。

本发明的LED灯珠替代均衡电阻后，由均衡引起的局部发热不再是瓶颈，因此无需控制均衡MOS管处于间歇性导通与关断状态，在需要均衡时，可以控制均衡MOS管持续导通，简化了软件控制逻辑。

本实施例还提供了一种大电流被动均衡控制保护电路，如图2所示，包括多个分别并联在电芯两端的被动均衡控制保护电路。

其中，多个被动均衡控制保护电路包括分别并联在电芯两端的第一均衡支路101和第二均衡支路102，所述MOS管控制电路包括电池管理芯片；

所述第一均衡支路101包括限流电阻RA1、LED灯珠LEDA1、均衡MOS管QA1、电阻RB1和电阻RC1；

所述第二均衡支路102包括限流电阻RB1、LED灯珠LEDB2、均衡MOS管QA2、电阻RB2和电阻RC2；

电芯的正极BAT+连接限流电阻RA1的一端，限流电阻RA1的另一端连接LED灯珠LEDA1的阳极，LED灯珠LEDA1的阴极连接均衡MOS管QA1的漏级，均衡MOS管QA1的源级连接电芯的负极BAT-和电阻RC1的一端，电阻RC1的另一端连接均衡MOS管QA1的栅极和电阻RB1的一端，电阻RB1的另一端连接电池管理芯片的均衡控制脚EQ；具体地，其中的限流电阻RA1与LED灯珠LEDA1可以互换位置，不影响电路的工作与性能。

电芯的正极BAT+连接流电阻RA2的一端，限流电阻RA2的另一端连接LED灯珠LEDA2的阳极，LED灯珠LEDA2的阴极连接均衡MOS管QA2的漏级，均衡MOS管QA2的源级连接电芯的负极BAT-和电阻RC2的一端，电阻RC2的另一端连接均衡MOS管QA2的栅极和电阻RB2的一端，电阻RB2的另一端连接电池管理芯片均衡控制脚EQ。具体地，其中的限流电阻RA2与LED灯珠LEDA2可以互换位置，不影响电路的工作与性能。

进一步的，该多个被动均衡控制保护电路可以包括N个均衡支路，N个均衡支路的连接方式如上述依次类推，分别并联在电芯的两端，可实现更大的均衡电流，缩短均衡时间；图2所示的多个被动均衡支路并联，使用同一片电池管理芯片的同一均衡控制脚EQ控制。其中，控制多个均衡支路的均衡MOS管的信号，可以选用TI的BQ系列电池管理芯片，同一路均衡控制信号控制多个均衡支路的均衡MOS管，可以简化MOS管的驱动电路，提升可靠性和减少PCB尺寸。采用本发明的大电流被动均衡控制保护电路，可以加大均衡电流，只要PCB板尺寸允许，也不会存在主流被动均衡电路的局部过热、均衡MOS管失效导致的电芯过放损坏等系列问题，结构可靠。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，所述灯珠LED1的位置与限流电阻R4的位置互换，不影响本实施例的电路的工作与性能，结构灵活；即其中所述限流电阻为限流电阻R4，所述灯珠为LED1，所述均衡MOS管为MOS管Q2，电芯的正极BAT+与所述LED1的阳极连接，所述LED1的阴极与限流电阻R4的一端连接，所述限流电阻R4的另一端与MOS管Q2的漏极连接，电芯的负极BAT-与MOS管Q2的源极连接，所述MOS管控制电路包括电池管理芯片，所述MOS管Q2的栅极与电池管理芯片的均衡控制脚EQ连接。

其中，所述被动均衡控制保护电路还包括电阻R5和电阻R6，所述电阻R5的一端与MOS管Q2的栅极以及电阻R6的一端连接，所述电阻R5的另一端与电池管理芯片的均衡控制脚EQ连接，所述电阻R6的另一端与MOS管Q2的源极和电芯的负极BAT-连接。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。