本發(fā)明涉及電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及一種BMS電流檢測(cè)及過流保護(hù)電路。

背景技術(shù)：

電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)或者電動(dòng)工具用電池管理系統(tǒng)最基本也是最重要的功能，就是對(duì)系統(tǒng)微弱信號(hào)的采集，比如電壓信號(hào)、電流信號(hào)以及溫度信號(hào)，還應(yīng)包含一些保護(hù)功能機(jī)制，以達(dá)到對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)物理信號(hào)的實(shí)施檢測(cè)以及異常情況下及時(shí)響應(yīng)保護(hù)的目的，保證系統(tǒng)安全有效的運(yùn)行。BMS電流采集一般通過分流器或霍爾傳感器先把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行處理，常規(guī)使用前端模擬集成IC或者專用電流采集芯片處理，再將放大信號(hào)傳輸至微控單元MCU，MCU將預(yù)設(shè)定電流參數(shù)與采集放大后的電流參數(shù)做比對(duì)運(yùn)算，作相應(yīng)的控制輸出保護(hù)信號(hào)，切斷主回路，此保護(hù)機(jī)制屬于軟件保護(hù)類型，運(yùn)算需要一定的時(shí)間，響應(yīng)不夠快速，不能及時(shí)有效的過流異常進(jìn)行限制，對(duì)靈敏度要求較高的場(chǎng)合不太適用，使用集成專用IC使系統(tǒng)方案成本增加，不利于批量推廣。

根據(jù)中國(guó)公開專利文件CN201220518559.X的一種電動(dòng)汽車車載光伏充電裝置，其技術(shù)方案通過電流采樣電路放大電流信號(hào)后傳送給數(shù)字信號(hào)處理器，當(dāng)放大后的電流信號(hào)超出預(yù)設(shè)值時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器將會(huì)輸出一個(gè)電平信號(hào)給過流保護(hù)電路，控制過流保護(hù)電路斷開，從完成對(duì)電路的保護(hù)工作。但由于電流信號(hào)是先通過放大在進(jìn)行比對(duì)的，若放大環(huán)節(jié)出錯(cuò)或者出現(xiàn)故障，輸出數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤，拿錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)再來進(jìn)行比較保護(hù)，會(huì)數(shù)字信號(hào)處理器的判斷失誤，使其技術(shù)方案具有一定的局限性。同樣，在中國(guó)公開專利文件CN201310701829.X的一種太陽能光伏控制器用的過流保護(hù)及啟動(dòng)恢復(fù)電路，其技術(shù)方案是通過先放大電流信號(hào)再進(jìn)行比較，也是具有一定的局限性，再者，其技術(shù)方案是采用同相比例放大器，其精度以及抗擾能力都沒有差分運(yùn)算放大器優(yōu)秀。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種BMS電流檢測(cè)及過流保護(hù)電路。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種BMS電流檢測(cè)及過流保護(hù)電路，包括：電池組、繼電器開關(guān)SW、電流取樣電阻Rs、負(fù)載M、電流采樣模塊(10)、過流保護(hù)模塊(20)、MCU微控單元，

所述電池組的總正端依次串聯(lián)繼電器開關(guān)SW、負(fù)載M、電流取樣電阻Rs后接電池組的總負(fù)端；

所述電流采樣模塊(10)的兩個(gè)輸入端分別與所述電流取樣電阻Rs的兩端連接，輸出端與所述MCU微控單元的A/D轉(zhuǎn)換輸入端連接；

所述過流保護(hù)模塊(20)的輸入端與所述電流取樣電阻Rs的采樣端連接，輸出端與所述MCU微控單元的I/O輸入端連接。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述電流采樣模塊(10)包括：第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第一運(yùn)算放大器U1a，其中所述第一電阻R1和所述第二電阻R2的一端分別作為所述電流采樣模塊(10)的兩個(gè)輸入端，所述第一運(yùn)算放大器U1a的輸出端作為所述電流采樣模塊(10)的輸出端；

所述第一電阻R1的另一端串聯(lián)所述第三電阻R3后接所述第一運(yùn)算放大器U1a的反相輸入端；

所述第二電阻R2的另一端串聯(lián)第四電阻R4后接所述第一運(yùn)算放大器U1a的正相輸入端；

所述第五電阻的一端連接所述第一運(yùn)算放大器U1a的反相輸入端，另一端連接所述第一運(yùn)算放大器U1a的輸出端；

所述第六電阻R6的一端連接與所述第一運(yùn)算放大器U1a的正相輸入端，另一端與第一參考電源Vref連接。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述電流采樣模塊(10)還包括：與所述第五電阻R5并聯(lián)的第二電容C2。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述電流采樣模塊(10)還包括：與所述第六電阻R6并聯(lián)的第三電容C3。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述電流采樣模塊(10)還包括：第一電容C1和第四電容C4，所述第一電容C1跨接在第一電阻R1與第三電阻R3的連接節(jié)點(diǎn)和第二電阻R2與第四電阻R4的連接節(jié)點(diǎn)之間；

所述第四電容C4的一端連接所述第一運(yùn)算放大器U1a的輸出端，另一端連接參考地GND。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述過流保護(hù)模塊(20)包括：第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11及第二運(yùn)算放大器U1b，其中所述第十電阻R10的一端作為所述過流保護(hù)模塊(20)的輸入端，所述第二運(yùn)算放大器U1b的輸出端作為所述過流保護(hù)模塊(20)的輸出端；

所述第七電阻R7的一端連接第一電源Vcc，另一端分別與所述第二運(yùn)算放大器U1b的正相輸入端和第八電阻R8的一端連接；

所述第八電阻R8的另一端連接參考地GND；

所述第九電阻R9的一端連接第一電源Vcc，另一端連接所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端；

所述第十一電阻R11的一端連接第一電源Vcc，另一端連接所述第二運(yùn)算放大器U1b的輸出端；

所述第二運(yùn)算放大器U1b的電源輸入端連接第一電源Vcc，接地端連接參考地GND。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述過流保護(hù)模塊(20)還包括：第一穩(wěn)壓二極管ZD1，所述第一穩(wěn)壓二極管ZD1的陰極連接第一電源Vcc，陽極連接參考地GND。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述過流保護(hù)模塊(20)還包括：與第八電阻R8并聯(lián)的第五電容C5。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述過流保護(hù)模塊(20)還包括：第六電容C6，所述第六電容C6的一端連接所述第二運(yùn)算放大器U1b的反相輸入端，另一端連接參考地GND。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述過流保護(hù)模塊(20)還包括：第十二電阻R12和第七電容C7，所述第十二電阻R12的一端連接所述第二運(yùn)算放大器U1b的輸出端，另一端連接所述第七電容C7的一端；

所述第七電容的另一端連接參考地GND。

本技術(shù)方案對(duì)比于現(xiàn)有技術(shù)有以下有益效果：

1.硬件過流保護(hù)響應(yīng)速度快于軟件過流保護(hù)，可對(duì)系統(tǒng)異常過流進(jìn)行快速的保護(hù)，提高系統(tǒng)的可靠性。

2.使用高精度運(yùn)算放大器，對(duì)系統(tǒng)工作放電電流進(jìn)行精密采集，取樣誤差小，較專用采集IC成本低。

3.使用兩個(gè)運(yùn)算放大器即可同時(shí)達(dá)到電流采集和過流保護(hù)的雙重目的。

4.電流采集和過流保護(hù)使用獨(dú)立的雙運(yùn)放，信號(hào)相對(duì)獨(dú)立，互不干擾，提高電路的穩(wěn)定性和安全性。

附圖說明

圖1為本實(shí)施例中的BMS電流檢測(cè)及過流保護(hù)電路框架圖；

圖2為本實(shí)施例中的BMS電流檢測(cè)及過流保護(hù)電路原理圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施方式。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施方式。相反地，提供這些實(shí)施方式的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開內(nèi)容理解的更加透徹全面。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實(shí)施方式。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

如圖1所示為BMS電流檢測(cè)及過流保護(hù)電路框架圖，請(qǐng)一并結(jié)合參照?qǐng)D2，包括：電池組、繼電器開關(guān)SW、電流取樣電阻Rs、負(fù)載M、電流采樣模塊10、過流保護(hù)模塊20、MCU微控單元，電池組的一端連接繼電器開關(guān)SW的一端，其另一端連接連接電流取樣電阻Rs的一端；

電池組的總正端依次串聯(lián)繼電器開關(guān)SW、負(fù)載M、電流取樣電阻Rs后接電池組的總負(fù)端；

電流采樣模塊10的兩個(gè)輸入端分別與電流取樣電阻Rs的兩端連接；輸出端與MCU微控單元的A/D轉(zhuǎn)換輸入端連接；

過流保護(hù)模塊20的輸入端與電流取樣電阻Rs的采樣端連接，輸出端與MCU微控單元的I/O輸入端連接。

需要說明的是，電池組是由單體電芯以不同的串并聯(lián)方式組成的電池組。

具體地，電流采樣模塊10包括：第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6及第一運(yùn)算放大器U1a，其中第一電阻R1和第二電阻R2的一端分別作為所述電流采樣模塊10的兩個(gè)輸入端，第一運(yùn)算放大器U1a的輸出端作為電流采樣模塊10的輸出端；

第一電阻R1的另一端串聯(lián)第三電阻R3串聯(lián)后接于第一運(yùn)算放大器U1a的反相輸入端；

第二電阻R2的另一端串聯(lián)第四R4后接于第一運(yùn)算放大器U1a的正相輸入端；

第五電阻的一端連接第一運(yùn)算放大器U1a的反相輸入端，另一端連接第一運(yùn)算放大器U1a的輸出端；

第六電阻R6與第一運(yùn)算放大器U1a的正相輸入端連接，另一端與第一參考電源Vref連接。

需要說明的是，電流采樣模塊10中的電阻阻值選取要合適，即可對(duì)轉(zhuǎn)換后微弱的電壓信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大輸出，且第一電阻R1的阻值和第二電阻R2相等，第三電阻R3的阻值和第四電阻R4的相等，以保證正相輸入與負(fù)相輸入平衡，減小差模干擾；放大倍數(shù)ξ＝R5/(R1+R3)，放大信號(hào)Vol＝Vref-Is*Rs*(R5/(R1+R3))，放大信號(hào)Vol的幅值需要保持在MCU微控單元的A/D轉(zhuǎn)換輸入端能處理的范圍內(nèi)，即可完成對(duì)電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換、放大、采集。

進(jìn)一步地，電流采樣模塊10還包括：與第五電阻R5并聯(lián)的第二電容C2。

需要說明的是，第五電阻R5與第二電容C2形成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，其中第二電容C2起到補(bǔ)償作用，用來提升信號(hào)的放大倍數(shù)。

進(jìn)一步地，電流采樣模塊10還包括：與第六電阻R6并聯(lián)的第三電容C3。

需要說明的是，第六電阻R6與第三電容C3構(gòu)成差分放大網(wǎng)絡(luò)，其中第三電容C3起到補(bǔ)償?shù)淖饔?，用于提升信?hào)的放大倍數(shù)。

進(jìn)一步地，電流采樣模塊10還包括：第一電容C1和第四電容C4，第一電容C1跨接在第一電阻R1與第三電阻R3的連接節(jié)點(diǎn)和第二電阻R2與第四電阻R4的連接節(jié)點(diǎn)之間；

第四電容C4的一端連接第一運(yùn)算放大器U1a的輸出端，另一端連接參考地GND。

需要說明的是，第一電容C1為差分電容，用于消除電路工作時(shí)主回路電流引進(jìn)的差模噪聲對(duì)取樣信號(hào)的干擾；第四電容C4對(duì)MCU微控單元的I/O輸入端啟去耦的效果。

還需要說明的是，第一運(yùn)算放大器U1a的正相輸入線路與負(fù)相輸入線路保持平行等間距走線，用來消除系統(tǒng)工作時(shí)主回路電流引進(jìn)的差模噪聲對(duì)取樣信號(hào)的干擾。

具體地，過流保護(hù)模塊20包括：第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11及第二運(yùn)算放大器U1b，其中第十電阻R10的一端作為所述過流保護(hù)模塊20的輸入端，第二運(yùn)算放大器U1b的輸出端作為過流保護(hù)模塊20的輸出端；

第七電阻R7的一端連接第一電源Vcc，另一端分別與第二運(yùn)算放大器U1b 的正相輸入端和第八電阻R8的一端連接；

第八電阻R8的另一端連接參考地GND；

第九電阻R9的一端連接第一電源Vcc，另一端連接所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端；

第十一電阻R11的一端連接第一電源Vcc，另一端連接第二運(yùn)算放大器U1b的輸出端；

第二運(yùn)算放大器U1b的電源輸入端連接第一電源Vcc，其接地端連接參考地GND。

需要說明的是，根據(jù)運(yùn)放特性，如第九電阻R9＝10K，第十電阻R10＝5.1K，則有(R10-V6)/10K＝(V6-Va)/12K，其中Va為A點(diǎn)處的電壓、V6為第二運(yùn)算放大器的負(fù)相輸入端的電壓(下同)，可得出V6＝1.69+Va*10/R10，，如第一電源Vcc＝5.1V，第七電阻R7＝第八電阻R8＝10K，則V5＝2.55V，其中V5為第二運(yùn)算放大器的正相輸入端的電壓(下同)，要使輸出信號(hào)Vo2為低電平輸出，則需V6>V5＝2.55V，可求出Va>0.438V，如電流取樣電阻Rs的阻值為10mΩ，可由歐姆定律得出，Is>43.8A，即放電模塊的工作電流如超過43.8A，如果是交流網(wǎng)絡(luò)還需要除以2^(1/2)，第二運(yùn)算放大器U1b的輸出端即可輸出低電平保護(hù)信號(hào)至MCU微控單元的I/O輸入端，MCU微控單元立即響應(yīng)保護(hù)型號(hào)，快速關(guān)斷主回路的繼電器開關(guān)SW，切斷主回路，從而起到過流保護(hù)的作用，保護(hù)系統(tǒng)關(guān)鍵器件不受大電流的沖擊與損壞。

還需要說明的是，第十一電阻R11為上拉電阻，對(duì)第二運(yùn)算放大器U1b的輸出端起上拉作用，可以是在不確定狀態(tài)下，使其輸出端在上電后保持高電平。

進(jìn)一步地，過流保護(hù)模塊20還包括：第一穩(wěn)壓二極管ZD1，第一穩(wěn)壓二極管ZD1的陰極連接第一電源Vcc，其陽極連接參考地GND。

需要說明的是，第一穩(wěn)壓二極管ZD1為第一電源Vcc進(jìn)行穩(wěn)壓后而供給后級(jí)分壓電路，防止電源跳變或者干擾而引起輸入比較電壓的偏差，導(dǎo)致MCU微控單元誤判而報(bào)警過流。

進(jìn)一步地，過流保護(hù)模塊20還包括：與第八電阻R8并聯(lián)的第五電容C5。

需要說明的是，第五電阻R5對(duì)第二運(yùn)算放大器U1b正相輸入端進(jìn)行去耦降噪。

進(jìn)一步地，過流保護(hù)模塊20還包括：第六電容C6，第六電容C6的一端連接第二運(yùn)算放大器U1b的反相輸入端，另一端連接參考地GND。

需要說明的是，第六電容C6對(duì)第二運(yùn)算放大器U1b的反相輸入端進(jìn)行去耦降噪。

進(jìn)一步地，過流保護(hù)模塊20還包括：第十二電阻R12和第七電容C7，第十二電阻R12的一端連接第二運(yùn)算放大器U1b的輸出端，另一端連接所述第七電容C7的一端；

第七電容的另一端連接參考地GND。

需要說明的是，第十二電阻R12和第七電容C7組成的一階低通濾波單元，對(duì)第二運(yùn)算放大器U1b輸出信號(hào)進(jìn)行高頻噪聲的濾除。

本發(fā)明公開了一種BMS電流檢測(cè)及過流保護(hù)電路，通過使用兩個(gè)運(yùn)算放大器完成對(duì)電流信號(hào)的采集和過流保護(hù)。其中一個(gè)高精度的運(yùn)算放大器構(gòu)成差分電路對(duì)主回路的工作電流進(jìn)行采集，并可實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)可調(diào)。另一個(gè)運(yùn)算放大器為比較器，當(dāng)主回路的電流超出閾值時(shí)，比較器的輸出端會(huì)輸出一個(gè)數(shù)字信號(hào)至MCU微控單元，MCU微控單元立即響應(yīng)切斷主回路中的繼電器開關(guān)SW，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的過流保護(hù)。

以上所述實(shí)施方式僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。