车载Li-BMS单体的模拟装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种车载Li-BMS单体的模拟装置，包括LC滤波模块、开关调节模块、N-MOS管、反激式变压器和分压模块，LC滤波模块的输入端连接电源，LC滤波模块的输出端连接开关调节模块的电源输入端，开关调节模块的MOS管驱动端连接N-MOS管的G极，N-MOS管的D极连接反激式变压器的原边绕组，反激式变压器的反馈绕组连接开关调节模块的电压反馈端，N-MOS管的S极分别接入开关调节模块的电流采样输入端和频率调节和关断控制端，反激式变压器具有多个副边绕组，所述多个副边绕组相串联，位于首尾的副边绕组之间连接分压模块的两端。本发明具有成本低、体积小、简单可靠的优点。
【专利说明】车载L1-BMS单体的模拟装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂电池单体的测试【技术领域】，具体涉及一种车载L1-BMS (Li—BATTERYMANAGEMENT SYSTEM，锂电池一电池管理系统)单体的模拟装置。
技术背景
[0002]电池管理系统是电动汽车的关键部件。测试电池管理系统的难点是测试单体电压。在电池管理系统下线检测时，为了保证安全，杜绝因电路设计失误和线束工艺误差导致的电池短路，一般不直接接入电池组测试。众所周知，每个锂离子电池单体的标称电压只有3V左右，而电动汽车的电压等级低的达到100多伏，高的达到300多伏，所以如何设计一个简易装置，来模拟这么多节串联的单体，成为业界的难题。目前除了电池管理系统测试机柜夕卜，没有一种成熟的测试解决方案。但是，测试机柜高昂的成本和庞大的体积，成为了推广应用的瓶颈。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种成本低、体积小、简单可靠的车载L1-BMS单体的模拟装置。
[0004]为实现此目的，本发明所设计的车载L1-BMS单体的模拟装置，其特征在于:它包括LC滤波模块、开关调节模块、N-MOS管(N-Mental-Oxide-Semiconductor，即N型金属-氧化物-半导体)、反激式变压器和分压模块，其中，所述LC滤波模块的输入端连接电源，LC滤波模块的输出端连接开关调节模块的电源输入端，开关调节模块的MOS管驱动端连接N-MOS管的G极，N-MOS管的D极连接反激式变压器的原边绕组，反激式变压器的反馈绕组连接开关调节模块的电压反馈端，N-MOS管的S极分别接入开关调节模块的电流采样输入端和频率调节和关断控制端，所述反激式变压器具有多个副边绕组，所述多个副边绕组相串联，所述位于首尾的副边绕组之间连接分压模块的两端。
[0005]本发明采用了上述单端反激式开关电源设计技术，实现了多路电源输出的集成化设计，成功的控制了车载L1-BMS单体模拟装置的成本和体积。由反激式开关电源模块提供一个隔离且稳定的高压，模拟锂动力电池组的总电压，经过分压模块(若干电阻分压)分压后模拟若干串联的L1-BMS单体。该技术的关键是反激式变压器。该方案相比传统的电池管理系统测试机柜，可以在低成本和小体积下轻松实现300V以上的电压等级。准确的对L1-BMS单体进行模拟。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1为本发明的结构框图；
[0007]图2为本发明的电路图，
[0008]其中，I一LC滤波模块、2—开关调节模块、2.1一开关调节芯片、3—N-MOS管、4一反激式变压器、4.1一原边绕组、4.2—反馈绕组、4.3—副边绕组、5—分压模块、6 —电源、7—防反保护模块。
【具体实施方式】
[0009]以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明:
[0010]如图1所示的车载L1-BMS单体的模拟装置，它包括LC滤波模块1、开关调节模块
2、N-MOS管3、反激式变压器4和分压模块5，其中，所述LC滤波模块I的输入端连接电源6，LC滤波模块I的输出端连接开关调节模块2的电源输入端VIN，开关调节模块2的MOS管驱动端DR连接N-MOS管3的G极，N-MOS管3的D极连接反激式变压器4的原边绕组4.1，反激式变压器4的反馈绕组4.2连接开关调节模块2的电压反馈端FB，N-MOS管3的S极分别接入开关调节模块2的电流采样输入端ISEN和频率调节和关断控制端FA/SD，所述反激式变压器4具有多个副边绕组4.3，所述多个副边绕组4.3相串联，所述位于首尾的副边绕组4.3之间连接分压模块5的两端。
[0011 ] 上述技术方案中，所述LC滤波模块I的输入端与电源6之间连接有防反保护模块?。
[0012]上述技术方案中，所述防反保护模块7为二极管D1、所述LC滤波模块I包括电感L、电容Cl和极性电容C2，所述二极管Dl的正极连接电源6，二极管Dl的负极连接电感L的一端，电感L的另一端连接电容Cl的一端，电容Cl的另一端接地GND，所述极性电容C2的正极连接电感L的另一端，极性电容C2的负极接地GND，所述电感L的另一端连接开关调节模块2的电源输入端VIN。
[0013]上述技术方案中，所述开关调节模块2包括开关调节芯片2.1(型号为LM3478QMM)、电阻Rl?电阻R9、电容C3?电容C7、电容C17、二极管D2、二极管D3和极性电容C8，其中，所述电阻R1、电容C3和反激式变压器4的原边绕组4.1的一端连接电感L的另一端，电阻Rl和电容C3的另一端连接二极管D2的负极，二极管D2的正极和反激式变压器4的原边绕组4.1的另一端连接N-MOS管3的D极，开关调节芯片2.1的模拟地接口AGND和功率地接口 PGND接地GND，开关调节芯片2.1的模拟地接口和开关调节芯片2.1的电源输入端VIN之间连接电容C4，所述开关调节芯片2.1的控制环补偿接口 COMP与地GND之间串联电容C5和电阻R3，所述开关调节芯片2.1的MOS管驱动端DR通过电阻R2连接N-MOS管3的G极，所述开关调节芯片2.1的电流采样输入端通过电阻R4连接N-MOS管3的S极，N-MOS管3的S极与地GND之间并联电容C17和电阻R6，电阻R5的一端接地GND，电阻R5的另一端连接开关调节芯片2.1的频率调节和关断控制端FA/SD，所述开关调节芯片2.1的电压反馈端FB连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接二极管D3的负极，二极管D3的正极连接反激式变压器4的反馈绕组4.2的一端，反激式变压器4的反馈绕组4.2的另一端接地GND，所述极性电容C8的正极连接二极管D3的负极，极性电容C8的负极连接反激式变压器4的反馈绕组4.2的另一端，电容C7和电阻R9并联在二极管D3的负极与反馈绕组4.2另一端之间，电阻R8的一端连接开关调节芯片2.1的电压反馈端FB，电阻R8的另一端接地GND，电容C6连接在开关调节芯片2.1的电压反馈端FB与地GND之间。
[0014]上述技术方案中，它还包括二极管D4?二极管D7、极性电容C9?极性电容C12，电容C13?电容C16，电阻RlO?电阻R12，所述反激式变压器4具有四个副边绕组4.3，所述第一个副边绕组4.3的一端连接二极管D4的正极，极性电容C9的正极连接二极管D4的负极，极性电容C9的负极连接第一个副边绕组4.3的另一端，电容C13的一端连接二极管D4的负极，电容C13的另一端连接第一个副边绕组4.3的另一端；
[0015]第二个副边绕组4.3的一端连接二极管D5的正极，极性电容ClO的正极连接二极管D5的负极，极性电容ClO的负极连接第二个副边绕组4.3的另一端，电容C14的一端连接二极管D5的负极，电容C14的另一端连接第二个副边绕组4.3的另一端；
[0016]第三个副边绕组4.3的一端连接二极管D6的正极，极性电容Cll的正极连接二极管D6的负极，极性电容Cll的负极连接第三个副边绕组4.3的另一端，电容C15的一端连接二极管D6的负极，电容C15的另一端连接第三个副边绕组4.3的另一端；
[0017]第四个副边绕组4.3的一端连接二极管D7的正极，极性电容C12的正极连接二极管D7的负极，极性电容C12的负极连接第四个副边绕组4.3的另一端，电容C16的一端连接二极管D7的负极，电容C16的另一端连接第四个副边绕组4.3的另一端，第四个副边绕组4.3的另一端接高压地GNDl ；
[0018]所述电容C13的另一端通过电阻RlO连接电容C14的一端，电容C14的另一端通过电阻Rll连接电容C15的一端，电容C15的另一端通过电阻R12连接电容C16的一端；
[0019]所述电容C13的一端与电容C16的另一端之间连接分压模块5。
[0020]上述技术方案中，所述二极管Dl正极输入的电压为24V。
[0021]上述技术方案中，所述电容C13的一端与电容C16的另一端之间的电压为312V。
[0022]上述技术方案中，所述反激式变压器4的开关频率为100KHZ，反激式变压器4的输入峰值电流为2.2k,所述反激式变压器4的反馈绕组4.2的输出电压为24V，所述反激式变压器4的第二个副边绕组4.3?第三个副边绕组4.3的输出电压均为72V，第一个副边绕组
4.3的输出电压为96V。反激式变压器4输出的峰值电流为0.1A。
[0023]本发明电源输出24V的电压，经过防反保护模块7和LC滤波模块I后，送入开关调节模块2，该开关调节模块2控制N-MOS管3，N-MOS管3控制反激式变压器4的原边绕组4.1，开关调节模块2从反激式变压器4的反馈绕组4.2上采样一定比例的输出电压，当反馈电压达到预定输出点时，N-MOS管3截止，原边绕组4.1截止，副边绕组4.3导通，储存在反激式变压器4中的能量释放出来，给电容和负载充电；当反馈电压低于预定输出点时，N-MOS管3重新导通，原边绕组4.1导通，副边绕组4.3截止，变压器储能。该闭环控制使输出绕组的电压稳定。其中，占空比由反激式变压器4的原副边匝数比确定，原则上反激电源的最大占空比应该小于0.5，否则容易工作在不稳定状态。本发明将所有副边绕组4.3串联，这样就成功取得了 312V的高压。然后根据实际单体数目，进行电阻分压。需要指出的是，目前一般用专用锂电池管理芯片来采集单体电压，对用电阻分压模拟信号源的方式，一般有推荐电阻值。电阻过小将导致反激式变压器的功率变大，体积加大；过大会导致和锂电池管理芯片的输入电阻不匹配，采集不到正确的单体电压。该发明还能适用于测量被动均衡功能。在测量某个通道被动均衡时，均衡电阻将与分压电阻并联，由于均衡电阻小得多，将导致该通道采样的单体电压明显下降。
[0024]本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种车载L1-BMS单体的模拟装置，其特征在于:它包括LC滤波模块(I)、开关调节模块(2)、N-MOS管(3)、反激式变压器(4)和分压模块(5)，其中，所述LC滤波模块(I)的输入端连接电源出)，LC滤波模块(I)的输出端连接开关调节模块(2)的电源输入端，开关调节模块⑵的MOS管驱动端连接N-MOS管(3)的G极，N-MOS管(3)的D极连接反激式变压器(4)的原边绕组(4.1)，反激式变压器(4)的反馈绕组(4.2)连接开关调节模块(2)的电压反馈端，N-MOS管(3)的S极分别接入开关调节模块(2)的电流采样输入端和频率调节和关断控制端，所述反激式变压器(4)具有多个副边绕组(4.3)，所述多个副边绕组(4.3)相串联，所述位于首尾的副边绕组(4.3)之间连接分压模块(5)的两端。
2.根据权利要求1所述的车载L1-BMS单体的模拟装置，其特征在于:所述LC滤波模块(I)的输入端与电源(6)之间连接有防反保护模块(7)。
3.根据权利要求2所述的车载L1-BMS单体的模拟装置，其特征在于:所述防反保护模块(7)为二极管D1、所述LC滤波模块⑴包括电感L、电容Cl和极性电容C2，所述二极管Dl的正极连接电源(6)，二极管Dl的负极连接电感L的一端，电感L的另一端连接电容Cl的一端，电容Cl的另一端接地GND，所述极性电容C2的正极连接电感L的另一端，极性电容C2的负极接地GND，所述电感L的另一端连接开关调节模块(2)的电源输入端。
4.根据权利要求3所述的车载L1-BMS单体的模拟装置，其特征在于:所述开关调节模块(2)包括开关调节芯片(2.1)、电阻Rl?电阻R9、电容C3?电容C7、电容C17、二极管D2、二极管D3和极性电容C8，其中，所述电阻R1、电容C3和反激式变压器(4)的原边绕组(4.1)的一端连接电感L的另一端，电阻Rl和电容C3的另一端连接二极管D2的负极，二极管D2的正极和反激式变压器⑷的原边绕组(4.1)的另一端连接N-MOS管(3)的D极，开关调节芯片(2.1)的模拟地接口和功率地接口接地GND，开关调节芯片(2.1)的模拟地接口和开关调节芯片(2.1)的电源输入端之间连接电容C4，所述开关调节芯片(2.1)的控制环补偿接口与地GND之间串联电容C5和电阻R3，所述开关调节芯片(2.1)的MOS管驱动端通过电阻R2连接N-MOS管(3)的G极，所述开关调节芯片(2.1)的电流采样输入端通过电阻R4连接N-MOS管(3)的S极，N-MOS管(3)的S极与地GND之间并联电容C17和电阻R6，电阻R5的一端接地GND，电阻R5的另一端连接开关调节芯片(2.1)的频率调节和关断控制端，所述开关调节芯片(2.1)的电压反馈端连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接二极管D3的负极，二极管D3的正极连接反激式变压器(4)的反馈绕组(4.2)的一端，反激式变压器(4)的反馈绕组(4.2)的另一端接地GND，所述极性电容CS的正极连接二极管D3的负极，极性电容CS的负极连接反激式变压器(4)的反馈绕组(4.2)的另一端，电容C7和电阻R9并联在二极管D3的负极与反馈绕组(4.2)另一端之间，电阻R8的一端连接开关调节芯片(2.1)的电压反馈端，电阻R8的另一端接地GND，电容C6连接在开关调节芯片(2.1)的电压反馈端与地GND之间。
5.根据权利要求1?4中任意一项所述的车载L1-BMS单体的模拟装置，其特征在于:它还包括二极管D4?二极管D7、极性电容C9?极性电容C12，电容C13?电容C16，电阻RlO?电阻R12，所述反激式变压器(4)具有四个副边绕组(4.3)，所述第一个副边绕组(4.3)的一端连接二极管D4的正极，极性电容C9的正极连接二极管D4的负极，极性电容C9的负极连接第一个副边绕组(4.3)的另一端，电容C13的一端连接二极管D4的负极，电容C13的另一端连接第一个副边绕组(4.3)的另一端； 第二个副边绕组(4.3)的一端连接二极管05的正极，极性电容010的正极连接二极管05的负极，极性电容010的负极连接第二个副边绕组(4.3)的另一端，电容014的一端连接二极管05的负极，电容014的另一端连接第二个副边绕组(4.3)的另一端； 第三个副边绕组(4.3)的一端连接二极管06的正极，极性电容011的正极连接二极管06的负极，极性电容011的负极连接第三个副边绕组(4.3)的另一端，电容015的一端连接二极管06的负极，电容015的另一端连接第三个副边绕组(4.3)的另一端； 第四个副边绕组(4.3)的一端连接二极管07的正极，极性电容012的正极连接二极管07的负极，极性电容012的负极连接第四个副边绕组(4.3)的另一端，电容016的一端连接二极管07的负极，电容016的另一端连接第四个副边绕组(4.3)的另一端，第四个副边绕组(4.3)的另一端接高压地(^01 ； 所述电容013的另一端通过电阻810连接电容014的一端，电容014的另一端通过电阻尺11连接电容015的一端，电容015的另一端通过电阻812连接电容016的一端； 所述电容013的一端与电容016的另一端之间连接分压模块(5)。
6.根据权利要求3所述的车载11-813单体的模拟装置，其特征在于:所述二极管01正极输入的电压为24乂。
7.根据权利要求5所述的车载11-813单体的模拟装置，其特征在于:所述电容013的一端与电容016的另一端之间的电压为312乂。
【文档编号】G01R31/36GK104483632SQ201410808229
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】常云萍, 张红霞, 何葵 申请人:东风汽车公司