一种基于镜像电流源的多串锂电池电压检测电路的制作方法

本发明涉及一种多串锂电池电压检测电路，特别涉及一种基于镜像电流源的多串锂电池电压检测电路。

背景技术：

目前电动汽车采用多个锂电池串联作为动力，电动汽车动力锂电池串联电压通常高达到300V～400V，每节锂电池电压的范围为2.5V～3.9V，所以动力电池需要100多串电池，BMS(电动汽车电池管理系统)是连接车载动力锂电池和电动汽车的重要纽带，其最重要功能就包括锂电池电压实时监测，在锂电池充放电过程中，BMS实时采集电动汽车锂电池组中的每串锂电池的电压，防止锂电池发生过充电或过放电现象。

现有技术中通常使用一些厂家提供的集成芯片或采用多个高性能光耦组成的矩阵来进行多串锂电池电压的检测，但是每个芯片检测的电池串数少，想要完成100多串电池的检测通常需要多个芯片，因此检测成本极高，同时，如果电压检测排线错接会造成芯片烧毁，因此可靠性和可维护性均较差。

技术实现要素：

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种基于镜像电流源的多串锂电池电压检测电路，本发明能够将多串电池高压信号转换成低压信号供BMS检测，实现了低成本、高精度的多串电池电压采样，而且电路的可靠性和可维护性强。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：

一种基于镜像电流源的多串锂电池电压检测电路包括电压检测模块、电压采样模块、控制模块，其中，

电压检测模块设置为多个，每一个电压检测模块分别设置在一个锂电池的正负极两端，所述电压检测模块的信号输入端连接控制模块的信号输出端，电压检测模块的信号输出端连接电压采样模块的信号输入端。

优选的，所述电压检测模块包括第一三极管、第二三极管、第三三极管，所述第一三极管的基极分别与第二三极管的基极、第二三极管的集电极、第三三极管的发射极相连，第一三极管的发射极、第二三极管的发射极分别连接第一电阻的一端、第二电阻的一端，所述第一电阻的另一端、第二电阻的另一端均连接锂电池的正极，第一三极管的集电极分别连接第三电阻的一端以及第三三极管的基极，所述第三电阻的另一端连接锂电池的负极并接地，所述第三三极管的集电极与MOS管的漏极相连，MOS管的源极分别连接第四电阻的一端、电压采样模块的信号输入端，所述第四电阻的另一端接地，MOS管的栅极连接控制模块的信号输出端。

优选的，所述第一三极管、第二三极管为设置在同一个基底上的对管，所述第一三极管和第二三极管的型号均为LMBT3906DW1T1；所述第三三极管的型号为MMBTA92；所述MOS管的型号为BSS131。

进一步的，所述电压采样模块为电池管理系统的处理器的AD采样引脚，控制模块为电池管理系统的处理器的IO控制引脚。

本发明的有益效果在于：

1)、本发明包括电压检测模块、电压采样模块、控制模块，通过电压检测模块将每一串锂电池电压信号转换成为电流信号，通过原边电流与副变电流相等的关系，采集副边电流的大小即可计算锂电池电压，因此本发明能够将多串电池高压信号转换成低压信号供BMS检测，实现了低成本、高精度的多串电池电压采样，而且电路的可靠性和可维护性强。

2)、如果出现电压检测排线接错的现象，由于电压检测模块中设置有三个三极管，三极管具有耐压特点，能够有效地防止电路的损坏。

3)、本发明通过电压采样模块来检测V_ECO1的电压，弥补了环境温度对本电路造成的影响，使得本发明的温漂极低。

4)、所述第一三极管、第二三极管为设置在同一个基底上的对管，所述第一三极管和第二三极管的型号均为LMBT3906DW1T1；所述第三三极管的型号为MMBTA92；所述MOS管的型号为BSS131。上述多个特定型号的部件互相配合，实现了本发明的最优设计。

附图说明

图1为本发明的结构原理框图；

图2为本发明的多个电压检测模块的电路原理图；

图3为本发明的电压检测模块在工作过程中的信号流向图。

10—电压检测模块 20—电压采样模块 30—控制模块

具体实施方式

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。

如图1所示，一种基于镜像电流源的多串锂电池电压检测电路包括电压检测模块10、电压采样模块20、控制模块30，所述电压检测模块10设置为多个，每一个电压检测模块10分别设置在一个锂电池的正负极两端，所述电压检测模块10的信号输入端连接控制模块30的信号输出端，电压检测模块10的信号输出端连接电压采样模块20的信号输入端。

所述电压采样模块20用于采集电压信号，控制模块30用于控制本多串锂电池电压检测电路的开启或关闭。

如图2所示，所述电压检测模块10包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3，所述第一三极管Q1的基极分别与第二三极管Q2的基极、第二三极管Q2的集电极、第三三极管Q3的发射极相连，第一三极管Q1的发射极、第二三极管Q2的发射极分别连接第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端，所述第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的另一端均连接锂电池的正极，第一三极管Q1的集电极分别连接第三电阻R3的一端以及第三三极管Q3的基极，所述第三电阻R3的另一端连接锂电池的负极并接地，所述第三三极管Q3的集电极与MOS管的漏极相连，MOS管的源极分别连接第四电阻R4的一端、电压采样模块20的信号输入端，所述第四电阻R4的另一端接地，MOS管的栅极连接控制模块30的信号输出端。

单个锂电池的电压检测范围为1.5V～5V。

具体的，电压检测模块10中的电阻均为高精度电阻，第一电阻R1和第二电阻R2均为1KΩ，第三电阻R3为15KΩ，第四电阻R4为16KΩ。因此，第一三极管Q1、第二三极管Q2均工作在放大区，直流放大倍数β为100～300。

所述第一三极管Q1、第二三极管Q2为设置在同一个基底上的对管，所述第一三极管Q1和第二三极管Q2的型号均为LMBT3906DW1T1；所述第三三极管Q3的型号为MMBTA92；所述MOS管的型号为BSS131。

所述电压采样模块20为电池管理系统的处理器的AD采样引脚，控制模块30为电池管理系统的处理器的IO控制引脚。

如图3所示，BMS的处理器的IO控制引脚发出高电平给控制引脚control，控制MOS管开启后电路开始工作，从锂电池正极流出的电流I_B分为两路电流分别为原边电流I_E1、副边电流I_E2，原边电流I_E1经第一电阻R1流向第一三极管Q1，再从第一三极管Q1流出，流出的电流为I_C1；副边电流I_E2经第二电阻R2流向第二三极管Q2，再从第二三极管Q2流出，流出的电流为I_C2；I_C2依次经过第三三极管Q3、MOS管，MOS管流出的电流为I_C3，I_C3经过第四电阻R4流向锂电池的负极。

单个电压检测模块10对锂电池进行电压检测的过程为：

如图3所示，由于单个锂电池的工作电压为1.5V以上，使得第一三极管Q1和第二三极管Q2均工作在放大区，由于第一三极管Q1和第二三极管Q2为对管，参数特性一致，因此第一三极管Q1和第二三极管Q2的发射极和基极的电压差一致U_EBO1＝U_EBO2，所以I_B1＝I_B2。

由于第一三极管Q1和第二三极管Q2的直流放大倍数β远远大于1，所于I_E1≈I_C1，I_E2≈I_C2。

由于所以I_C1≈I_C2。

锂电池的电压计算公式为：

V_B1＝I_E1*R₁+I_C1*R₃+V_EC1＝I_C1*(R₁+R₃)+V_ECO1＝I_C2*R₄+V_EC1＝V₁+V_ECO1V₁可以通过电池管理系统的处理器的AD采样引脚进行AD采集，V_ECO1为第一三极管Q1的发射极和集电极压降，可以通过差分电路进行AD采集检测。检测V_ECO1电压可以消除环境温度变化对三极管的影响。

电压检测模块10在工作的过程中I_E1+I_E2约为150uA，功耗极低。

如图2、3所示，多个电压检测模块10分别对锂电池进行电压检测的过程为：

由V_B2＝V₂+V_ECO2，V_B3＝V₃+V_ECO3

在多串电池电压压差一致性较好的情况下V_ECO1≈V_ECO2≈V_ECO3，这种差异可以通过软件校准消除。

由此可看出本发明能够将多串电池高压信号转换成低压信号供BMS检测，实现了低成本、高精度的多串电池电压采样，而且本发明适合批量生产使用。