一种电池管理系统的能量复位监测电路的制作方法
【专利摘要】电池管理系统的能量复位监测电路，该电路包括电荷泵充电电路、过压保护电路、RC放电电路、箝位电路、变压器T和MOSFET管Q；所述电荷泵充电电路由电阻R1、电阻R2、电容C1组成；所述过压保护电路由稳压二极管D1组成；所述RC放电电路由稳压二极管D2、电容C2和电阻R3组成；所述箝位电路由稳压二极管D3组成；所述变压器T的初级同名端接电源正极电压V+，变压器T的初级非同名端连接MOSFET管Q的漏极D；所述MOSFET管Q的源极S接地。本发明的有益效果：利用电荷泵及RC电路实现电池管理系统的变压器能量归零监测和防止均衡器件磁饱和的功能，有效避免变压器偏磁以及初级绕组电流过大引起器件损害；该电路结构简单、成本低廉，适用于变压器高频场合。
【专利说明】一种电池管理系统的能量复位监测电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电池管理系统的能量复位监测电路。
【背景技术】
[0002]电动车辆的动力能源为蓄电池，单一蓄电池的能量和电压有限，需要电池成组后，才能满足车辆的能源需求。一般情况下，串并联电池组中单体电池的化学特性、工作温度以及老化过程等存在不一致性，经过多次充放电循环，电池的荷电状态将产生差异，表现为单体电池电压发散越来越大，导致电池组的性能受到极大影响。在实际过程中，当容量最小的单体电量告罄或充满时，串联电池组的放电或充电过程提前结束，在电动汽车动力电池组的使用过程中，单体电池性能不均衡是影响电池组工作的重要因素，因此对电池组进行均衡控制十分必要。
[0003]针对电动汽车电池组由大量单体串并联组成的情况，现有技术中提出了一种基于多绕组变压器的电池管理系统，采用高频多绕组变压器为核心部件进行能量的转移，实现电池组之间的能量均衡。然而，高频变压器作为开关电源的主要部件，在实际应用中，经常因为高频变压器设计不合理或制作工艺不佳而损坏开关电源。而高频变压器磁饱和是造成故障的重要原因。在变压器磁饱和时，初级绕组的电感量明显降低，以至于初级绕组的直流电阻和内部功率开关管的功耗迅速增加，导致初级电流急剧增大，内部的限流电路有可能来不及保护，功率管就已经损坏。最终导致高频变压器很烫，芯片过热；当负载加重时输出电压迅速跌落，达不到设计输出功率。传统方法通过将绕组上的电动势直接输入到单片机测试仪，这种方法需要微处理器通过多次中断进行数据处理，电路复杂、成本较高，实用性不强。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是，针对现有基于多绕组变压器的电池管理系统存在的上述缺陷和不足，提供一种电池管理系统的能量复位监测电路，利用电荷泵及RC电路原理来实现电池管理系统的能量归零监测，有效避免电池管理系统变压器偏磁以及初级绕组电流过大引起器件损害。
[0005]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种电池管理系统的能量复位监测电路，该电路包括电荷泵充电电路、过压保护电路、RC放电电路、箝位电路、变压器T和MOSFET管Q ；
所述电荷泵充电电路由电阻R1、电阻R2、电容Cl组成，所述电容Cl的两端分别与变压器T的初级非同名端、电阻Rl的一端连接，电阻Rl的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地；
所述过压保护电路由稳压二极管Dl组成，所述稳压二级管Dl的正极接地，稳压二极管Dl的负极连接在电阻Rl与电阻R2之间；
所述RC放电电路由稳压二极管D2、电容C2和电阻R3组成，所述稳压二极管D2的正极连接在电阻Rl与电阻R2之间，稳压二极管D2的负极接在DEGAUSS监测输出端口、且与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，所述电阻R3与电容C2并联连接；
所述箝位电路由稳压二极管D3组成，所述稳压二极管D3的负极接稳压源VCC，稳压二极管D3的正极接在DEGAUSS监测输出端口 ；
所述变压器T的初级同名端接电源正极电压V+，变压器T的初级非同名端连接MOSFET管Q的漏极D ;所述MOSFET管Q的源极S接地。
[0006]按上述方案，所述变压器T为脉冲变压器。
[0007]按上述方案，所述稳压二极管D1、D2、D3的稳压值均为5V。
[0008]本发明的工作原理是:在对变压器T初级绕组充电之前，必须保证初级绕组的能量归零，即初级电流为零，防止变压器T在每个周期工作之后存在剩余能量累加，造成变压器T偏磁或初级绕组电流过大的现象，该监测电路可以在变压器T初级绕组的电流归零时，在DEGAUSS监测输出端口产生一个5V的脉冲电压信号，DEGAUSS监测输出端口连接在微处理器的A/D转换端口，只有当微处理器通过监测该脉冲电压信号由5V降为OV的过程，确保变压器T能量归零之后，才允许变压器T初级绕组MOSFET管Q的驱动电路产生一个驱动信号，触发下一个工作脉冲信号，使脉冲变压器T的初级绕组导通充磁。
[0009]本发明的有益效果:利用电荷泵及RC电路原理实现电池管理系统的变压器能量归零监测和防止均衡器件磁饱和的功能，有效避免电池管理系统变压器偏磁以及初级绕组电流过大引起器件损害；该电路结构简单、成本低廉，适用于变压器高频场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明监测电路的电路结构图；
图2是本发明监测电路中的工作波形图；
图1中，T为变压器，Q为P通道MOSFET管，Cl、C2为电容、Dl、D2、D3为稳压二极管，R1、R2、R3为电阻；
图2中，V_transform为变压器初级绕组非同名端的电压信号，V_degauss为Degauss监测输出端口的电压信号。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0012]参照图1所示，本发明所述的电池管理系统的能量复位监测电路，该电路包括电荷泵充电电路、过压保护电路、RC放电电路、箝位电路、变压器T和MOSFET管Q ；
所述电荷泵充电电路由电阻R1、电阻R2、电容Cl组成，所述电容Cl的两端分别与变压器T的初级非同名端、电阻Rl的一端连接，电阻Rl的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地(电阻Rl接在电容Cl与稳压二极管Dl阴极的两端，电阻R2接在电阻Rl与地两端)；
所述过压保护电路由稳压二极管Dl组成，所述稳压二级管Dl的正极接地，稳压二极管Dl的负极连接在电阻Rl与电阻R2之间；
所述RC放电电路由稳压二极管D2、电容C2和电阻R3组成，所述稳压二极管D2的正极连接在电阻Rl与电阻R2之间，稳压二极管D2的负极接在DEGAUSS监测输出端口、且与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地(电容C2接在稳压二极管D3正极与地两端)，所述电阻R3与电容C2并联连接；
所述箝位电路由稳压二极管D3组成，所述稳压二极管D3的负极接稳压源VCC，稳压二极管D3的正极接在DEGAUSS监测输出端口 ；
所述变压器T的初级同名端接电源正极电压V+，变压器T的初级非同名端连接MOSFET管Q的漏极D ;所述MOSFET管Q的源极S接地。
[0013]所述稳压二极管Dl、D2、D3的稳压值均为5V (以此保证电容Cl、C2、C3的电压只能上升至5V)。
[0014]如图1中，在变压器T初级绕组的MOSFET管Q断开之后，初级绕组的电流急速减少，同时初级绕组非同名端的电压急速上升，此时电容Cl和电容C2通过电阻R1、R2、R3快速充电，电容Cl和电容C2两端的电压也不断增加，由于存在箝位电路(稳压二极管D3)，电容C2的电压只能上升至5V，并保持一段时间，直到电容C2的充电过程结束，开始通过电阻R3放电进入到放电阶段，之后电容C2的电压持续降低至0V，因此该监测电路可以在变压器初级绕组的能量归零时，在DEGAUSS监测输出端口产生一个5V的脉冲电压信号，随后该信号不断衰减为0V, DEGAUSS监测输出端口连接在微处理器的A/D转换端口，只有当微处理器通过监测该脉冲电压信号由5V降为OV的过程，确保变压器T能量归零之后，才允许变压器T初级绕组MOSFET管Q的驱动电路产生一个驱动信号，触发下一个工作脉冲信号，使脉冲变压器T的初级绕组导通充磁，防止变压器T的剩余能量不断累积而导致偏磁和磁饱和现象的发生。
[0015]参照图2所示的监测电路中的工作波形图，V_transform为变压器T初级绕组非同名端的电压信号，V_degauss为DEGAUSS监测输出端口的电压信号，在变压器T初级绕组的MOSFET管Q断开之后，初级绕组的电流急速减少，在变压器T初级绕组上的压降持续降低，导致变压器T初级绕组非同名端的电压VJransform急速上升，基于电荷泵的原理，DEGAUSS监测输出端口产生一个5V的脉冲电压信号，由于电路存在寄生参数(如寄生电感和寄生电容),导致初级电流产生振荡的情况，因此在初级绕组电流归零后，电压V_transform下降为电源正极电压V+，DEGAUSS监测输出端口的电压值也归于零，通过监测DEGAUSS监测输出端口的电压值￥_(1叩&11%由5V变为OV的过程，即微处理器数字信号输入端口由I变为O后，才可以启动下一个工作周期，保证变压器T正常工作。
[0016]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所述【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电池管理系统的能量复位监测电路，其特征在于:该电路包括电荷泵充电电路、过压保护电路、RC放电电路、箝位电路、变压器T和MOSFET管Q ； 所述电荷泵充电电路由电阻R1、电阻R2、电容Cl组成，所述电容Cl的两端分别与变压器T的初级非同名端、电阻Rl的一端连接，电阻Rl的另一端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接地； 所述过压保护电路由稳压二极管Dl组成，所述稳压二级管Dl的正极接地，稳压二极管Dl的负极连接在电阻Rl与电阻R2之间； 所述RC放电电路由稳压二极管D2、电容C2和电阻R3组成，所述稳压二极管D2的正极连接在电阻Rl与电阻R2之间，稳压二极管D2的负极接在DEGAUSS监测输出端口、且与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，所述电阻R3与电容C2并联连接； 所述箝位电路由稳压二极管D3组成，所述稳压二极管D3的负极接稳压源VCC，稳压二极管D3的正极接在DEGAUSS监测输出端口 ； 所述变压器T的初级同名端接电源正极电压V+，变压器T的初级非同名端连接MOSFET管Q的漏极D ;所述MOSFET管Q的源极S接地。
2.如权利要求1所述的电池管理系统的能量复位监测电路，其特征在于:所述变压器T为脉冲变压器。
3.如权利要求1所述的电池管理系统的能量复位监测电路，其特征在于:所述稳压二极管Dl、D2、D3的稳压值均为5V。
【文档编号】H02M1/32GK103812322SQ201410064012
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】杨毅, 吴萍, 杨华, 陈伟, 邵璐 申请人:国家电网公司, 武汉电力职业技术学院