CN102664438A - 一种电池管理***的功率管驱动电路及其方法 - Google Patents

一种电池管理***的功率管驱动电路及其方法 Download PDF

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一种电池管理***的功率管驱动电路及其方法，它涉及电池管理***；它的驱动方法的步骤：(1)由嵌入式控制软件检测电池组中各个单节电池的电压；(2)由处理器(CPU)确定需要开启的某节电池两端的功率管；(3)由处理器(CPU)的开关控制电路控制升压电路，按照设定的值进行升压恒流工作，提供高端功率管开启所需要的驱动电压。在升压电路输出电压电流稳定后，开关控制电路接通功率管的驱动栅极与升压电路的输出端，升压电路的电流流经功率管驱动栅极与源极间的并联的电阻，产生电压，该电压大于功率管的开启电压后，功率管导通；(4)重复(1)-(3)；它能提高***的稳定性与可靠性，耗能小，体积小，成本低，易于规模化实施和应用。

Description

一种电池管理***的功率管驱动电路及其方法
技术领域：
本发明涉及电池管理***，尤其涉及一种电池管理***的功率管驱动电路及其方法。
背景技术：
现有的电池管理***中用来实现电池组均衡的方法有多种方案，其中有通过机械式的继电器将电池切换到均衡母线上，从母线上获得能量，其缺陷是机械式继电器体积大，切换电路的需要的能量也比较高，并且在震动强度比较大的情况下，机械式继电器的触点容易因为震动而误导通造成电池之间短路，轻则烧坏触点重则引起电池燃烧等重大安全事故。而有的则是通过功率管将电池切换到母线上，其缺点是无法解决处于电位高处的功率管的驱动问题，只能通过脉冲变压器将功率管导通，其缺点是脉冲变压器的体积巨大，并且功率管只能处于高频开关状态，不能维持一直导通的状态，造成均衡线路脉动电流大，电磁辐射比较严重，成本高昂。
发明内容：
本发明的目的是提供一种电池管理***的功率管驱动电路及其方法，它能提高***的稳定性与可靠性，耗能小，体积小，成本低，易于规模化实施和应用。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用如下技术方案：它包含升压电路S1、蓄电池B1、蓄电池B2、蓄电池B3、功率管开关D1、功率管开关D2、功率管开关D3、电子开关S1T1、电子开关S1T2、电子开关S1T3、处理器CPU、汇流母线；升压电路S1的正输出端分别与电子开关S1T3的4端、电子开关S1T2的4端、电子开关S1T1的4端相连，处理器CPU分别与电子开关S1T1的1端、电子开关S1T2的1端、电子开关S1T3的1端的相连，电子开关S1T1的2端、电子开关S1T2的2端、电子开关S1T3的2端分别接地，电子开关S1T3的3端与功率管开关D3的驱动栅极相连，功率管开关D3的一个漏极与汇流母线L相连，电子开关S1T2的3端与光电开关D2的驱动栅极相连，光电开关D2的一个漏极与汇流母线N相连，电子开关S1T1的3端与光电开关D1的驱动栅极相连，光电开关D1的一个漏极与汇流母线L相连，光电开关D1的另一个漏极分别与升压电路S1的负输入端、蓄电池B1的负极相连，蓄电池B1的正极分别与光电开关D2的另一个漏极、蓄电池B2的负极相连，蓄电池B2的正极分别与光电开关D3的另一个漏极、蓄电池B3的负极相连，蓄电池B3的正极与升压电路S1的正输入端相连。
本发明电池管理***的功率管驱动方法如下：1、由嵌入式控制软件检测电池组中各个单节电池的电压，2、由处理器CPU确定需要开启的某节电池两端的功率管；3、由处理器CPU的开关控制电路控制升压电路，按照设定的值进行升压恒流工作，提供高端功率管开启所需要的驱动电压。在升压电路输出电压电流稳定后，开关控制电路接通功率管的驱动栅极与升压电路的输出端，升压电路的电流流经功率管驱动栅极与源极间的并联的电阻，产生电压，该电压大于功率管的开启电压后，功率管导通；4、重复1-3，可以实现任意某节电池两端功率管的开启，为电池组的能量转移均衡提供必要的条件。
本发明能提高***的稳定性与可靠性，耗能小，体积小，成本低，易于规模化实施和应用。
附图说明：
图1为本发明电池管理***的功率管驱动电路的结构示意图，
图2为本发明驱动方法开启升压电路的结构示意图，
图3为本发明驱动方法关闭升压电路的结构示意图。
具体实施方式：
参看图1本发明具体实施方式如下：它包含升压电路S1、蓄电池B1、蓄电池B2、蓄电池B3、功率管开关D1、功率管开关D2、功率管开关D3、电子开关S1T1、电子开关S1T2、电子开关S1T3、处理器CPU、汇流母线；升压电路S1的正输出端分别与电子开关S1T3的4端、电子开关S1T2的4端、电子开关S1T1的4端相连，处理器CPU分别与电子开关S1T1的1端、电子开关S1T2的1端、电子开关S1T3的1端的相连，电子开关S1T1的2端、电子开关S1T2的2端、电子开关S1T3的2端分别接地，电子开关S1T3的3端与功率管开关D3的驱动栅极相连，功率管开关D3的一个漏极与汇流母线L相连，电子开关S1T2的3端与光电开关D2的驱动栅极相连，光电开关D2的一个漏极与汇流母线N相连，电子开关S1T1的3端与光电开关D1的驱动栅极相连，光电开关D1的一个漏极与汇流母线L相连，光电开关D1的另一个漏极分别与升压电路S1的负输入端、蓄电池B1的负极相连，蓄电池B1的正极分别与光电开关D2的另一个漏极、蓄电池B2的负极相连，蓄电池B2的正极分别与光电开关D3的另一个漏极、蓄电池B3的负极相连，蓄电池B3的正极与升压电路S1的正输入端相连。
所述蓄电池B1、B2、B3组成电池组。
所述的处理器CPU设有嵌入式软件，嵌入式软件判断所需要打开的功率管开关，处理器CPU根据嵌入式软件的判断结果，给出控制信号，开启升压电路，并控制功率管选择开关，驱动对应的功率管开关导通。
所述升压电路是可以工作在恒压和恒流状态的直流变换电源。功率管开关为可以工作双向电流流动模式的开关半导体组件。
参看图2-3，电池管理***的功率管驱动方法如下：1、由嵌入式控制软件检测电池组中各个单节电池的电压，2、由处理器CPU确定需要开启的某节电池两端的功率管；3、由处理器CPU的开关控制电路控制升压电路，按照设定的值进行升压恒流工作，提供高端功率管开启所需要的驱动电压。在升压电路输出电压电流稳定后，开关控制电路接通功率管的驱动栅极与升压电路的输出端，升压电路的电流流经功率管驱动栅极与源极间的并联的电阻，产生电压，该电压大于功率管的开启电压后，功率管导通；4、重复1-3，可以实现任意某节电池两端功率管的开启，为电池组的能量转移均衡提供必要的条件。
所述的功率管开关为两个功率管源极对应连接，驱动栅极对应连接，在源极与驱动栅极之间并联有电阻，电流流经该电阻时产生电压，可以开启功率管。
例如当电池组内的第2节电池所连接的两个功率管开关D1、D2需要打开，则处理器CPU开启升压电路S1，设置输出的电流值，该电流值的大小根据不同的功率管开启电压而定，普通的场效应功率管的开启电压为12V，当功率管栅源间的电阻为10k时，则升压电路需要输出的电流值为12V/10K*2＝2.4mA。开启与功率管开关D1、D2对应的电子开关S1T1、S1T2，功率管开关获得足够的开启电压而导通，完成功率管的驱动过程。关闭功率管开关的过程如下，关闭升压电路，复原所有控制开关。
本具体实施方式的优点如下：在功率管选择开关控制组的后面设有功率管开关D1，D2，D3……，功率管开关的数量为其连接的顺序串联的电池组的单节电池数量加1。每个功率开关为两个功率管源极对应连接，驱动栅极对应连接，在源极与驱动栅极之间并联有电阻。两个功率管的两个漏极，一个与电池组中的单个电池电极相连，另一个与电池组均衡用汇流母线相连；汇流母线共有两条，相邻的功率开关分别接在不同的汇流母线上。升压电路产生的电流通过功率管选择开关控制组选通后，流经功率管开关栅源间的电阻，产生功率管驱动电压，当功率管驱动电压超过功率管导通阀值后，功率管开关导通，完成对功率管的驱动工作。还设有集中控制升压电路，功率管选择开关控制组的控制电路，包括设有嵌入式软件的处理器CPU，嵌入式软件根据指令或者自行判断，当需要开启某个功率开关时，处理器CPU发出控制命令，开启升压电路设置所需要的电压和电流值，切换相对应的功率管选择开关，将需要开启的功率管开关的栅极切换到升压电路的输出端，实现功率管开关的导通与闭合
本具体实施方式有如下效果：本发明采用固态功率器件代替了原有的机械式继电器开关电路，显著提高***的稳定性与可靠性。解决了原有脉冲变压器驱动电路的体积绝大，成本高，可靠性低的一系列问题，易于规模化实施和应用。
本具体实施方式能提高***的稳定性与可靠性，耗能小，体积小，成本低，易于规模化实施和应用。

Claims (6)

1.一种电池管理***的功率管驱动电路及方法，其特征在于驱动方法的步骤：(1)由嵌入式控制软件检测电池组中各个单节电池的电压；(2)由处理器(CPU)确定需要开启的某节电池两端的功率管；(3)由处理器(CPU)的开关控制电路控制升压电路，按照设定的值进行升压恒流工作，提供高端功率管开启所需要的驱动电压。在升压电路输出电压电流稳定后，开关控制电路接通功率管的驱动栅极与升压电路的输出端，升压电路的电流流经功率管驱动栅极与源极间的并联的电阻，产生电压，该电压大于功率管的开启电压后，功率管导通；(4)重复(1)-(3)。
2.一种电池管理***的功率管驱动电路及方法，其特征在于驱动电路它包含升压电路(S1)、蓄电池(B1)、蓄电池(B2)、蓄电池(B3)、功率管开关(D1)、功率管开关(D2)、功率管开关(D3)、电子开关(S1T1)、电子开关(S1T2)、电子开关(S1T3)、处理器(CPU)、汇流母线；升压电路(S1)的正输出端分别与电子开关(S1T3)的4端、电子开关(S1T2)的4端、电子开关(S1T1)的4端相连，处理器(CPU)分别与电子开关(S1T1)的1端、电子开关(S1T2)的1端、电子开关(S1T3)的1端的相连，电子开关(S1T1)的2端、电子开关(S1T2)的2端、电子开关(S1T3)的2端分别接地，电子开关(S1T3)的3端与功率管开关(D3)的驱动栅极相连，功率管开关(D3)的一个漏极与汇流母线(L)相连，电子开关(S1T2)的3端与光电开关(D2)的驱动栅极相连，光电开关(D2)的一个漏极与汇流母线(N)相连，电子开关(S1T1)的3端与光电开关(D1)的驱动栅极相连，光电开关(D1)的一个漏极与汇流母线(L)相连，光电开关(D1)的另一个漏极分别与升压电路(S1)的负输入端、蓄电池(B1)的负极相连，蓄电池(B1)的正极分别与光电开关(D2)的另一个漏极、蓄电池(B2)的负极相连，蓄电池(B2)的正极分别与光电开关(D3)的另一个漏极、蓄电池(B3)的负极相连，蓄电池(B3)的正极与升压电路(S1)的正输入端相连。
3.根据权利要求1所述的，其特征在于所述的功率管开关为两个功率管源极对应连接，驱动栅极对应连接，在源极与驱动栅极之间并联有电阻，电流流经该电阻时产生电压，可以开启功率管。
4.根据权利要求2所述的，其特征在于所述升压电路是可以工作在恒压和恒流状态的直流变换电源。功率管开关为可以工作双向电流流动模式的开关半导体组件。
5.根据权利要求2所述的，其特征在于所述蓄电池(B1)、(B2)、(B3)组成电池组。
6.根据权利要求2所述的，其特征在于所述的处理器(CPU)设有嵌入式软件，嵌入式软件判断所需要打开的功率管开关，处理器(CPU)根据嵌入式软件的判断结果，给出控制信号，开启升压电路，并控制功率管选择开关，驱动对应的功率管开关导通。
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