一种单设备实现双备份BMS的方法与流程

一种单设备实现双备份bms的方法
技术领域
1.本发明涉及新能源锂电池储能相关领域，具体为一种单设备实现双备份bms的方法。


背景技术：

2.随着国家对新能源行业的政策倾斜，锂电池被大量应用在诸多领域。bms系统作为锂电池储能系统安全运行的重要保障，变得越发重要。一般情况下，bms数据采集从板bmu负责监测一个电池包(pack)的电压、电流、温度等信息。但在某些特殊需求场景中，为保证设备绝对可靠，会采用双备份冗余bmu，即使一个损坏，仍不影响整个bms设备的数据采集。但双备份意味着双倍成本，不利于实际应用，针对上述的问题，设计了一种单设备实现双备份bms的方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种单设备实现双备份bms的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单设备实现双备份bms的方法，包括第一采样电路、第二采样电路、第一bmu监测电路和第二bmu监测电路，所述第一采样电路包含第一电压跟随器电路、第二电压跟随器电路、第三电压跟随器电路、第四电压跟随器电路和u4控制芯片，所述第二采样电路包含第五电压跟随器电路、第六电压跟随器电路、第七电压跟随器电路、第八电压跟随器电路和u6控制芯片，所述第一电压跟随器电路、第二电压跟随器电路、第三电压跟随器电路、第四电压跟随器电路和u4控制芯片的输出端与第一bmu监测电路相连接，所述第五电压跟随器电路、第六电压跟随器电路、第七电压跟随器电路、第八电压跟随器电路和u6控制芯片的输出端与第二bmu监测电路相连接，所述第一电压跟随器电路和第二电压跟随器电路的输入端与第七电压跟随器电路、第八电压跟随器电路的输出端之间并联连接有电池串bat1～bat6，所述第三电压跟随器电路和第四电压跟随器电路的输入端与第五电压跟随器电路、第六电压跟随器电路的输出端之间并联连接有电池串bat7～bat12；
5.所述第一电压跟随器电路内包含运算放大器u1，所述运算放大器u1同相输入端连接有电阻r3和电容c1，所述运算放大器u1反向输入端连接有电阻r1和电阻r2，所述运算放大器u1正电压供电端连接有场效应管q1相连接，所述运算放大器u1负电压供电端与电路供电负电压相连接。
6.优选的，所述第一电压跟随器电路与第二电压跟随器电路、第三电压跟随器电路、第四电压跟随器电路、第五电压跟随器电路、第六电压跟随器电路、第七电压跟随器电路和第八电压跟随器电路内部结构相同。
7.优选的，所述电阻r1、电阻r2和电阻r3阻值相等。
8.优选的，所述电阻r3和电容c1之间相互并联连接，所述电阻r3用于电压输入，所述
电容c1为滤波电容，防止输入电路杂波被放大对后级电路造成干扰。
9.优选的，所述电阻r1和电阻r2之间相互并联连接，所述电阻r1和运算放大器u1负电压供电端与u4控制芯片相连接。
10.优选的，所述场效应管q1的栅极与第一bmu监测电路相连接，且第一bmu监测电路用于控制场效应管q1的通断，所述场效应管q1漏极与运算放大器u1正电压供电端连接。
11.优选的，所述第一bmu监测电路和第二bmu监测电路为负责监测afe芯片，用于采集电池的各项参数。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过一个bmu监测电路交替采集两个pack的信息，仅增加切换电路成本，有利于大量部署；切换电路采用电压跟随器电路作为开关，规避半导体元件开关管自身压降带来的电压采集不准，继电器寿命有限且无法适应高频开关动作等缺点；使用电压跟随器电路作为开关，由于其核心元件为集成运放，利用其虚短虚断的特性，防止高频开关造成的电路波动和脉冲尖峰；通过两个bmu监测电路之间数据可相互比对，相互校正，使得采样结果更具可信性，避免同设备重复采样造成的误差；由整个电路双备份所产生的数据并不会增加，所以对总线通讯不会产生额外压力，整个系统的延迟时间不会增加。
附图说明
13.图1为本发明的双备份bms电路图；
14.图2为本发明的工作流程图；
15.图3为本发明的双备份bms结构示意图。
16.图中：1、第一电压跟随器电路；2、第二电压跟随器电路；3、第三电压跟随器电路；4、第四电压跟随器电路；5、u4控制芯片；6、第一bmu监测电路；7、第五电压跟随器电路；8、第六电压跟随器电路；9、第七电压跟随器电路；10、第八电压跟随器电路；11、u6控制芯片；12、第二bmu监测电路。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
19.请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种单设备实现双备份bms的方法，包括第一采样电路、第二采样电路、第一bmu监测电路6和第二bmu监测电路12，第一采样电路包含第一电压跟随器电路1、第二电压跟随器电路2、第三电压跟随器电路3、第四电压跟随器电路4和u4控制芯片5，第二采样电路包含第五电压跟随器电路7、第六电压跟随器电路8、第
七电压跟随器电路9、第八电压跟随器电路10和u6控制芯片11，第一电压跟随器电路1、第二电压跟随器电路2、第三电压跟随器电路3、第四电压跟随器电路4和u4控制芯片5的输出端与第一bmu监测电路6相连接，第五电压跟随器电路7、第六电压跟随器电路8、第七电压跟随器电路9、第八电压跟随器电路10和u6控制芯片11的输出端与第二bmu监测电路12相连接，第一电压跟随器电路1和第二电压跟随器电路2的输入端与第七电压跟随器电路9、第八电压跟随器电路10的输出端之间并联连接有电池串bat1～bat6，第三电压跟随器电路3和第四电压跟随器电路4的输入端与第五电压跟随器电路7、第六电压跟随器电路8的输出端之间并联连接有电池串bat7～bat12；
20.第一电压跟随器电路1内包含运算放大器u1，所述运算放大器u1同相输入端连接有电阻r3和电容c1，运算放大器u1反向输入端连接有电阻r1和电阻r2，运算放大器u1正电压供电端连接有场效应管q1相连接，运算放大器u1负电压供电端与电路供电负电压相连接。
21.进一步的，第一电压跟随器电路1与第二电压跟随器电路2、第三电压跟随器电路3、第四电压跟随器电路4、第五电压跟随器电路7、第六电压跟随器电路8、第七电压跟随器电路9和第八电压跟随器电路10内部结构相同。
22.进一步的，电阻r1、电阻r2和电阻r3阻值相等。
23.进一步的，电阻r3和电容c1之间相互并联连接，电阻r3用于电压输入，电容c1为滤波电容，防止输入电路杂波被放大对后级电路造成干扰。
24.进一步的，电阻r1和电阻r2之间相互并联连接，电阻r1和运算放大器u1负电压供电端与u4控制芯片5相连接。
25.进一步的，场效应管q1的栅极与第一bmu监测电路6相连接，且第一bmu监测电路6用于控制场效应管q1的通断，场效应管q1漏极与运算放大器u1正电压供电端连接。
26.进一步的，第一bmu监测电路6和第二bmu监测电路12为负责监测afe芯片，用于采集电池的各项参数。
27.在上述的描述中，可将整个双备份切换电路左右两侧分别看成两个pack、两个bmu监测电路，设定左侧为pack1和bmu1，右侧为pack2和bmu2，其中pack1为电池串bat1～bat6，bmu1为第一bmu监测电路6，pack2为bat7～bat12，bmu2为第二bmu监测电路12；下面介绍bum1对pack1、pack2的第一节电池的采样场景：u4控制芯片5与第一bmu监测电路6通讯，下达采集数据指令，并读取采集到的数据，向bcu发送，同时u4控制芯片5负责控制卡关阵列，切换采样pack，比如，当u4控制芯片5控制q1、q2导通，q7、q8关断时，运算放大器u1、u2上电导通，此时电池bat1正负两端被连入采样电路，由于运算放大器输入输出两端电压相等，所以afe芯片u3采集到的电压数据等于bat1两端电压；当u4控制芯片5控制q7、q8导通，q1、q2关断时，运算放大u11、u12上电导通，此时电池bat7正负两端被连入采样电路；通过这样的切换操作，使第一bmu监测电路6能够切换采集pack1、pack2的信息。通过多个bmu切换采集，即可实现双备份。
28.如图3为双备份bms结构示意简图，其中每个pack对应两个开关阵列(一个开关阵列为运算放大器u1、u2、u11和u12，另一个开关阵列为运算放大器u7、u8、u9和u10)，通过开关阵列的交替通断，控制bmu的采样；两个个bmu分别对应两个不同pack中的一个开关阵列，实现交替采集，所有bmu的采集数据均汇总与bcu，bcu经过数据比对，向bmu发送校正命令，
校正偏差较大的数值，同时bcu经过卡尔曼滤波器，将同一pack的两组数据，进行滤波处理，得到稳定可用的数据。
29.工作原理：单设备实现双备份bms是采用多组开关阵列分别切换，使单bmu分别交替采集两个pack的电压、温度、电流等数据，由于交替采集，且bmu采集频率并未增加，所以对于单个pack单个bmu，采集频率减半，但由于双备份，存在另一个bmu同样采集该pack数据，所以，总体上，单pack数据采集频率不变，单bmu数据采集不变，所以并不会产生更高的数据量；当一个bmu损坏时，它对应的两个pack无法采集数据，单该bmu相邻的前后两个bmu作为其双备份，仍可采集其对应的pack，虽然数据采集频率会减半，单对保证系统正常运行并不影响。
30.为实现开关阵列切换pack，需要选用适当的开关电路，由于该线路用于采样，所以不得改变线路原本的电压特性，半导体开关管，如三极管、场效应管在导通时都会产生不同程度的压降，无法把控，不能用作采集电路的开关；继电器切换虽然电阻极小，对线路电压几乎无影响，但其本身的机械结构使其最多仅具有数千次开关寿命，且开关频率无法做高，依然无法作为采样线路的开关元件；基于运算放大器的电压跟随器本质上是一个放大倍数1:1的运算放大器，由于其虚短虚断的特性，输出电压可以跟随输入电压变化，并且通过电路设计，可以使跟随电压保持极高精度，所以控制电压跟随器的通断，即可控制采样线路的切换。市场上多合一集成的运算放大器芯片很常见，所以电路实现较为简单，成本较低。
31.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。