一种BMS恒流预充电路的制作方法

一种bms恒流预充电路
技术领域
1.本发明涉及电池管理系统技术领域，具体涉及一种bms恒流预充电路。


背景技术：

2.bms(battery management system，电池管理系统)是对电池进行监管与控制的系统，它能够将采集的电池信息实时反馈给用户，同时根据采集的信息调节参数，以达到充分发挥电池性能的目的。一般情况下，bms高压开关闭合之前都需要进行一个预充过程，即在主继电器开关闭合之前，为了避免过大的瞬间冲击电流，需要提前对负载端的dc link(直流支撑电容器，又称dc-link电容器)电容c进行预充，在电容c被充电到接近电池电压时再闭合主继电器。可见，传统的预充工作方式是在主继电器开关闭合之前，预充继电器先闭合，预充过程开始。相应的预充电流限制为电阻限流，也就是在预充继电器开关后面直接接预充限流电阻，给dc link电容c进行充电，而且在预充过程中，预充失败或者预充超时也无硬件对其电路进行保护，需要靠软件来打开继电器。所以，传统的电阻限流预充方式仍存在一些缺点，具体包括：a)限流电阻瞬态功耗大，需要配备大规格的电阻。b)瞬态电流冲击大，预充继电器需要选型更大电流规格的继电器，尺寸大，成本高。c)预充时间长，且不可控。d)反复预充对限流电阻造成反复的冲击，导致限流电阻寿命短，可靠性低。e)无法诊断主继电器和预充继电器的粘连是否失效。f)当预充失败、预充超时、或预充继电器粘连失效时，预充电阻都一直在工作，功耗大且容易造成元件烧毁。


技术实现要素：

3.为克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种bms恒流预充电路，能够利用恒流源对负载端的电容进行预充，没有大的瞬间冲击电流，电路可靠性高且成本低。
4.本发明通过以下技术方案实现：一种bms恒流预充电路，包括恒流源预充电路，所述恒流源预充电路的一端和外部的电容c连接，所述恒流源预充电路的另一端和外部的预充继电器k2连接，所述电容c还通过外部的主继电器k1和外部电池组连接；
5.所述恒流源预充电路包括mos管m1、偏置电阻r2、稳压二极管zd1和电阻r1；其中，所述mos管m1的栅极分别连接所述偏置电阻r2的一端以及所述稳压二极管zd1的负极，所述mos管m1的源极连接所述电阻r1的一端，所述mos管m1的漏极分别连接所述偏置电阻r2的另一端以及所述预充继电器k2的另一端，所述电阻r1的另一端分别连接所述稳压二极管zd1的正极以及所述电容c的一端。
6.优选的，所述电容c为负载端的dc link电容。
7.优选的，所述恒流源预充电路还包括二极管d1；其中，所述二极管d1的正极连接所述稳压二极管zd1的正极，所述二极管d1的负极连接所述电容c的一端。
8.优选的，所述mos管m1为n型mos管。
9.优选的，所述恒流源预充电路和所述外部电池组之间还通过预充使能控制电路连接；所述预充使能控制电路包括三极管q2、三极管q3和电阻r8；其中，所述三极管q2的发射
极连接所述mos管m1的栅极，所述三极管q2的集电极连接所述电容c的一端，所述三极管q2的基极通过所述电阻r8连接所述三极管q3的集电极，所述三极管q3的发射极连接所述外部电池组的负极，所述三极管q3的基极连接预充使能控制信号端。
10.优选的，所述预充使能控制电路还包括电阻r6和电阻r7；其中，所述三极管q3的基极通过所述电阻r6连接所述预充使能控制信号端，所述三极管q3的基极还通过所述电阻r7连接所述外部电池组的负极。
11.优选的，所述三极管q2为pnp型的三极管，所述三极管q3为npn型的三极管。
12.优选的，所述恒流源预充电路和所述外部电池组之间还通过预充超时保护电路连接；所述预充超时保护电路包括电容c1、电阻r3、电阻r4、电阻r5和三极管q1；其中，所述电阻r3的一端连接所述mos管m1的漏极，所述电阻r3的另一端分别连接所述电阻r4的一端以及所述电容c1的一端，所述电阻r4的另一端分别连接所述电阻r5的一端以及所述三极管q1的基极，所述三极管q1的集电极连接所述mos管m1的栅极，所述三极管q1的发射极、所述电阻r5的另一端以及所述电容c1的另一端均连接所述外部电池组的负极。
13.优选的，所述三极管q1为npn型的三极管。
14.本发明的有益效果是：一种bms恒流预充电路，包括恒流源预充电路，所述恒流源预充电路的一端和外部的电容c连接，所述恒流源预充电路的另一端和外部的预充继电器k2连接，所述电容c还通过外部的主继电器k1和外部电池组连接；所述恒流源预充电路包括mos管m1、偏置电阻r2、稳压二极管zd1和电阻r1；其中，所述mos管m1的栅极分别连接所述偏置电阻r2的一端以及所述稳压二极管zd1的负极，所述mos管m1的源极连接所述电阻r1的一端，所述mos管m1的漏极分别连接所述偏置电阻r2的另一端以及所述预充继电器k2的另一端，所述电阻r1的另一端分别连接所述稳压二极管zd1的正极以及所述电容c的一端。该bms恒流预充电路，利用恒流源预充电路对负载端的电容c进行恒流预充，预充过程中没有大的瞬间冲击电流，有效降低了预充继电器和限流电阻的选型规格，更减小了继电器的尺寸且压缩了成本，提高了电路可靠性。
附图说明
15.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
16.图1示出了本发明实施例的bms恒流预充电路的电路结构图。
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.请参阅附图1，其是本发明实施例的bms恒流预充电路的电路结构图。作为一种示例，本实施例的一种bms恒流预充电路，包括恒流源预充电路，所述恒流源预充电路的一端和外部的电容c连接，所述恒流源预充电路的另一端和外部的预充继电器k2连接，所述电容c还通过外部的主继电器k1和外部电池组连接；
19.所述恒流源预充电路包括mos管m1、偏置电阻r2、稳压二极管zd1和电阻r1；其中，所述mos管m1的栅极分别连接所述偏置电阻r2的一端以及所述稳压二极管zd1的负极，所述mos管m1的源极连接所述电阻r1的一端，所述mos管m1的漏极分别连接所述偏置电阻r2的另一端以及所述预充继电器k2的另一端，所述电阻r1的另一端分别连接所述稳压二极管zd1的正极以及所述电容c的一端。
20.本发明实施例中的bms恒流预充电路，利用恒流源预充电路对负载端的电容c进行恒流预充，预充过程中没有大的瞬间冲击电流，有效降低了预充继电器和限流电阻的选型规格，更减小了继电器的尺寸且压缩了成本，提高了电路可靠性。
21.在一些实施例中，在上述实施例的基础上，所述电容c为负载端的dc link电容。
22.具体地，dc link电容主要采用聚丙烯薄膜介质直流支撑电容器，具有耐高电压、耐大电流、低阻抗、低电感、容量损耗小、漏电流小，温度性能好、充放电速度快、使用寿命长(约10万小时)，安全防爆稳定性好，无极性安装方便等优点。
23.具体地，mos管(金属-氧化物-半导体、metal-oxide-semiconductor)结构的晶体管，又称mos晶体管，有p型mos管和n型mos管之分。
24.在一些实施例中，在上述实施例的基础上，所述恒流源预充电路还包括二极管d1；其中，所述二极管d1的正极连接所述稳压二极管zd1的正极，所述二极管d1的负极连接所述电容c的一端。
25.具体地，二极管d1具有温度补偿的作用，本发明实施例中的bms恒流预充电路，可以选择使用二极管d1，也可以选择不使用二极管d1。
26.在一些实施例中，在上述实施例的基础上，所述mos管m1为n型mos管。
27.具体地，由p型衬底和两个高浓度n扩散区构成的mos管叫作n型mos管，或n沟道mos管，该管导通时在两个高浓度n扩散区之间形成n型导电沟道。n沟道增强型mos管必须在栅极上施加正向偏压，且只有栅源电压大于阈值电压时才有导电沟道产生。n沟道耗尽型mos管在不加栅压(栅源电压为零)时，就有导电沟道产生。
28.具体地，所述恒流源预充电路中的稳压二极管zd1接在mos管m1的g极(栅极)-s极(源极)之间。m1、r1、zd1、d1和r2组成一个mos管恒流源，r2为偏置电阻，恒流源的电流为v_zd1/r1,当选取合适的zd1和r1的阻值后，预充的电流大小就被设定了。
29.比如：dc link电容c为500uf,系统需要在200ms的时间内将电容c充电到400v的电池电压，则需要的充电电流为：500uf*400v/200ms＝1a；
30.那么，如果选择10v的稳压管，则需要选取r1＝10欧姆，同时还需要考虑电阻的功耗。
31.另外，mos管的选取和设计需要考虑电压、电流的规格以及功率和散热设计。
32.在一些实施例中，在上述实施例的基础上，所述恒流源预充电路和所述外部电池组之间还通过预充使能控制电路连接；所述预充使能控制电路包括三极管q2、三极管q3和电阻r8；其中，所述三极管q2的发射极连接所述mos管m1的栅极，所述三极管q2的集电极连接所述电容c的一端，所述三极管q2的基极通过所述电阻r8连接所述三极管q3的集电极，所述三极管q3的发射极连接所述外部电池组的负极，所述三极管q3的基极连接预充使能控制信号端。
33.具体地，三极管具有三个电极，是由两个pn结构成，共用的一个电极成为三极管的
基极b，其他的两个电极分别称为集电极c和发射极e。基区和发射区之间的结成为发射结，基区和集电区之间的结成为集电结。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个注入电流β(电流放大系数)倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。所以，三极管是一种通过电流控制电流的半导体器件，可当作无触点开关使用。
34.在一些实施例中，在上述实施例的基础上，所述预充使能控制电路还包括电阻r6和电阻r7；其中，所述三极管q3的基极通过所述电阻r6连接所述预充使能控制信号端，所述三极管q3的基极还通过所述电阻r7连接所述外部电池组的负极。
35.在一些实施例中，在上述实施例的基础上，所述三极管q2为pnp型的三极管，所述三极管q3为npn型的三极管。
36.具体地，pnp型的三极管是经发射极流入后从基极和集电极流出，npn型的三极管是经基极和集电极流入后从发射极流出。pnp管工作在放大区时电压是ue》ub》uc，npn管工作在放大区时电压是uc》ub》ue。
37.具体地，所述q2、q3和r8构成预充使能控制电路。当使能控制信号为高电平时，q3导通，进而驱动q2导通，则mos管m1关闭，预充关闭；当使能控制信号为低电平时，预充正常进行。该控制信号使得预充过程多了一个控制，可以控制预充的打开和关闭，为继电器的诊断提供可能。
38.在一些实施例中，在上述实施例的基础上，所述恒流源预充电路和所述外部电池组之间还通过预充超时保护电路连接；所述预充超时保护电路包括电容c1、电阻r3、电阻r4、电阻r5和三极管q1；其中，所述电阻r3的一端连接所述mos管m1的漏极，所述电阻r3的另一端分别连接所述电阻r4的一端以及所述电容c1的一端，所述电阻r4的另一端分别连接所述电阻r5的一端以及所述三极管q1的基极，所述三极管q1的集电极连接所述mos管m1的栅极，所述三极管q1的发射极、所述电阻r5的另一端以及所述电容c1的另一端均连接所述外部电池组的负极。
39.在一些实施例中，在上述实施例的基础上，所述三极管q1为npn型的三极管。
40.具体地，所述c1、r3、r4、r5和q1组成了预充超时保护电路的硬件。当预充继电器闭合之后，hv ((hv 为高压电池的正极，hv-为高压电池的负极)通过r3对c1充电(r3、c1取值较大，时间常数可配置)。如果预充失败或者超时，c1的电压升高到一定的电压值，并通过r4、r5分压之后驱动q1导通，从而将mos管m1的栅极驱动电压拉低而关断预充，达到保护预充元件的目的。
41.本发明实施例中的bms恒流预充电路，适用于bms高压开关闭合之前的预充过程。(预充过程为，在主继电器开关闭合之前，为了避免过大的瞬间冲击电流，需要提前对负载端的dc link电容c进行预充，在c被充电到接近电池电压时再闭合主继电器。)该bms恒流预充电路，包括3部分的电路，分别为：1)预充超时保护电路，2)预充使能控制电路，3)恒流源预充电路，所以也可称为恒流预充及保护电路。该恒流预充及保护电路的优点，包括：a)利用恒流源充电，充电电流及充电时间精确及可控。b)预充过程没有大的瞬间冲击电流，预充继电器和限流电阻r1选型规格可以降低，减小了继电器的尺寸和成本。c)没有大的电流冲击，电路可靠性高。d)为继电器的诊断提供可能。e)提供预充超时保护。
42.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
43.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
44.在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
45.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
46.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
47.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。