CN207098596U - 一种bms断线保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种BMS断线保护电路，包括电池组和连接在电池组两端的负载，还包括：电压比较模块、奇偶选择模块、控制转换模块、功率开关模块；所述电压比较模块分别与电池组、奇偶选择模块和控制转换模块连接；所述负载分别与电池组和功率开关模块连接；所述控制转换模块还分别和奇偶选择模块和功率开关模块连接；所述奇偶选择模块交替选择所有排列序号奇数或偶数序号的电池；所述控制转换模块根据奇偶选择模块选择的电池导通电压比较模块中相应的电路；所述电压比较模块交替检测奇偶选择模块选中的电池组中各个电池的导通情况。本实用新型可在电池与其保护装置连接异常或断开时，及时断开电路，从而杜绝电池损坏的可能性。

Description

一种BMS断线保护电路

技术领域

本实用新型涉及电池保护板制造技术领域，尤其涉及一种BMS断线保护电路。

背景技术

在多节电池保护板中，需要实时监控各节电池的电压来确定电池的工作状态。如果电池与其保护板的连接异常或断开，电池电压不能被及时准确的测量到，那么在电池的充放电状态下，保护装置可能无法正确地对电池进行保护，这样会对电池早成损坏甚至发生危险。

现有的保护板的保护方案分为软件保护方案和硬件保护方案,其中，硬件保护方案又被分为集成IC保护板方案和单节级联方案。软件保护方案中的参数设置方便，可做功能多样化设置，能向外部提供电池组的各项参数, 但稳定性差、成本高，大批量生产效率较低的缺点。集成IC保护板方案的保护参数固定、不可设置、稳定性高、元器件数量相对较少，部份方案具有断线保护功能等优点，但是存在串数变更不灵活，成本仍偏高的缺点。单节级联方案虽然元器件数量相对较多，但有串数变更灵活，可选参数灵活，稳定性高，成本低等优点。所以市场上需求将逐步向两个极端发展，一是功能多样化的需求，将采用高成本的软件保护方案；一是低成本且可靠性高的需求，将采用单节级联方案。

单节级联方案目前市场上已在大量使用，但在使用中其缺点也随之爆露出来了，那就是不具有断线保护功能，当所有的电池采样线都连接正常时，保护板可完美的完成过充、过放、过流、短路等保护功能，但是当某串的电池采样线断开后，保护板仍然工作正常，只是忽略掉采样线断开的那一串，这样就对采样线断开的那串电池带来风险，从而产生整组电池损坏的可能性。

单节级联方案中的电池组都是采用多个电芯并联后向外部供电，电池保护板采集每串电池的电压来判断整组电池是否向外部供电。然而，由于电芯是级联的，保护板上采用的电路实际上也是级联的，其中，每节电芯的自耗只有微安级，所以每节电芯的阻抗均很大。由于每节电芯的电路结构一致，所以阻抗也基本相等，当其中一节电芯的采样线断开后，但上下节电芯的采样线仍然连接正常，其中点断线处的电压相当于两个大的电阻对上下两节电池电压进行分压后得到的中点电压，所以断线后电池保护板将无法判电芯的采样线是否断开。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种BMS断线保护电路。

本实用新型的技术方案如下：一种BMS断线保护电路，包括电池组和连接在电池组两端的负载，还包括：电压比较模块、奇偶选择模块、控制转换模块、功率开关模块；所述电压比较模块分别与电池组、奇偶选择模块和控制转换模块连接；所述负载分别与电池组和功率开关模块连接；所述控制转换模块还分别和奇偶选择模块和功率开关模块连接；所述功率开关还与电池组连接；所述奇偶选择模块交替选择所有排列序号奇数或偶数序号的电池；所述电压比较模块交替检测奇偶选择模块选中的电池组中各个电池的导通情况；所述控制转换模块根据奇偶选择模块选择的电池导通电压比较模块中相应的电路；当电池断线后，电压比较模块检测到该断线情况，反馈给控制转换模块，由控制转换模块控制功率开关模块将整个电路断路。

进一步地，所述电压比较模块包括若干个电压比较子模块，每个子模块均包含第一二极管、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一运算放大器和第二二极管；所述第一三极管的发射极接电池组中单个电池的正极，所述第一电阻一端连接第一三极管的基极，另一端接第一三极管的发射极；所述第二电阻一端连接二极管的正极，另一端连接第一三极管的基极；第一三极管的集电极依次接第三电阻、第四电阻，再接第一运算放大器的输入端的负极；第一运算放大器的正输入端接在第一三极管和第三电阻之间，第一运算放大器的输出端接第二二极管的负极；所述第五电阻接在第一三极管的集电极。

进一步地，所述奇偶选择模块包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容、第二三极管和第三三极管；所述第七电阻和第一电容串联，所述第六电阻并联在第七电阻和第一电容的两端，第六电阻与第七电阻的电流交汇点为第一节点；所述第八电阻和第二电容串联，第九电阻并联在第八电阻和第二电容两端，第八电阻和第九电阻的电流交汇点为第二节点，第二节点与第一节点重合；所述第二三极管的集电极接在第六电阻和第一电容之间，第二三极管的基极接在第八电阻和第二电容之间，第二三极管的发射极接地；所述第三三极管的集电极接在第九电阻和第二电容之间，第三三极管的基极接在第七电阻和第一电容之间，第三三极管的发射极接地；

进一步地，第二三极管的集电极还连接电压比较模块中电池排列序号为偶数的子模块中的第一二极管负极；第三三极管的集电极还连接电压比较模块中电池排列序号为奇数的子模块中的第一二极管负极。

进一步地，所述控制转换模块包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第四三极管、第五三极管、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第六三极管和第七三极管；所述第十电阻、第十一电阻和第十二电阻一端交汇于第三节点，第十电阻的另一端连接第五三极管的集电极，第十一电阻的另一端接第四三极管的集电极，第十二电阻的另一端接第四三极管的发射极，第四三极管的集电极接第五三极管的发射极；所述第十三电阻、第十四电阻和第十五电阻一端交汇于第四节点，第十三电阻的另一端连接第七三极管的集电极，第十四电阻的另一端接第六三极管的集电极，第十五电阻的另一端接第六三极管的发射极，第六三极管的集电极接第七三极管的发射极，第五三极管的集电极接第七三极管的集电极，第三节点与第四节点重合。

进一步地，所述第四三极管的基极还接电压比较模块中电池排列序号为奇数的子模块中的第二二极管正极；所述第五三极管的基极还接电压比较模块中电池排列序号为奇数的子模块中的第一二极管负极；所述第六三极管的基极还接电压比较模块中电池排列序号为偶数的子模块中的第二二极管正极；所述第七三极管的基极还接电压比较模块中电池排列序号为偶数的子模块中的第一二极管负极。

采用上述方案，本实用新型提供一种BMS断线保护电路，当电池组中电池采样线断开后，本实用新型控制负载关闭输出，禁止电池组向外部供电，从而杜绝电池损坏的可能性，达到保护的目的。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型电压比较模块的电路图；

图3为本实用新型奇偶选择模块的电路图；

图4为本实用新型控制转换模块的电路图；

图5为本实用新型功率开关的电路图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

参照图1所示，本实用新型提供一种BMS断线保护电路。包括：电池组1、电压比较模块2、奇偶选择模块3、控制转换模块4、功率开关模块5、负载6；所述电压比较模块2分别与电池组1、奇偶选择模块3和控制转换模块4连接；所述负载6分别与电池组1和功率开关模块5连接；所述控制转换模块4还分别和奇偶选择模块3和功率开关模块5连接；所述功率开关还与电池组1连接。所述奇偶选择模块3交替选择所有排列序号奇数或偶数序号的电池；所述控制转换模4块根据奇偶选择模块3选择的电池导通电压比较模块2中相应的电路；所述电压比较模块2交替检测奇偶选择模块3选中的电池组中各个电池的导通情况；当电池断线后，所述控制转换模块4控制功率开关模块5将整个电路断路。

参照图2所示，具体而言，电池组1内包括若干并联的电池，所述电压比较模块2包括若干个电压比较子模块并联在每个电池的两端。本实施例中的电池组1包含五个并联电池，相应地，电压比较模块2中包括5个电压比较子模块，此处以含有二极管DG30、电阻RG31、电阻RG32、三极管QG03、电阻RG33、电阻RG35、电阻RG24、运算放大器LG03A和二极管DG41的电压比较子模块为例。

所述三极管QG03的发射极接电池组1中单个电池的正极，所述电阻 RG31一端连接三极管QG03的基极，另一端接三极管QG03的发射极；所述电阻RG32一端连接二极管DG30的正极，另一端连接三极管QG03的基极；三极管QG03的集电极依次接电阻RG33、电阻RG35，再接运算放大器 LG03A的输入端的负极；运算放大器LG03A的正输入端接在三极管QG03 和电阻RG33之间，运算放大器LG03A的输出端接二极管DG41的负极；所述电阻RG24接在三极管QG03的集电极。

参照图3所示，所述奇偶选择模块3包括电阻RZ03、电阻RZ01、电阻 RZ02、电阻RZ04、电容CZ01、电容CZ02、三极管QZ02和三极管QZ01；所述电阻RZ01和电容CZ01串联，所述电阻RZ03并联在电阻RZ01和电容CZ01 的两端，电阻RZ03与电阻RZ01的电流交汇点为第一节点；所述电阻RZ02 和电容CZ02串联，电阻RZ04并联在电阻RZ02和电容CZ02两端，电阻RZ02 和电阻RZ04的电流交汇点为第二节点，第二节点与第一节点重合；所述三极管QZ02的集电极接在电阻RZ03和电容CZ01之间，三极管QZ02的基极接在电阻RZ02和电容CZ02之间，三极管QZ02的发射极接地；所述三极管 QZ01的集电极接在电阻RZ04和电容CZ02之间，三极管QZ01的基极接在电阻RZ01和电容CZ01之间，三极管QZ01的发射极接地；

QZ02三极管的集电极还连接电压比较模块2中电池排列序号为偶数的子模块中的二极管DG40、DG20负极；三极管QZ01的集电极还连接电压比较模块2中电池排列序号为奇数的子模块中的二极管DG50、DG30、DG10 负极。

参照图4所示，所述控制转换模块4包括电阻RK01、电阻RK02、电阻 RK03、三极管QK01、三极管QK02、电阻RK04、电阻RK05、电阻RK06、三极管QK03和三极管QKO4；所述电阻RK01、电阻RK02和电阻RK03一端交汇于第三节点，电阻RK01的另一端连接三极管QK02的集电极，电阻RK02 的另一端接三极管QK01的集电极，电阻RK03的另一端接三极管QK01的发射极，三极管QK01的集电极接三极管QK02的发射极；所述电阻RK04、电阻RK05和电阻RK06一端交汇于第四节点，电阻RK04的另一端连接三极管QKO4的集电极，电阻RK05的另一端接三极管QK03的集电极，电阻RK06 的另一端接三极管QK03的发射极，三极管QK03的集电极接三极管QKO4 的发射极，三极管QK02的集电极接三极管QKO4的集电极，第三节点与第四节点重合。

所述三极管QK01的基极还接电压比较模块2中电池排列序号为奇数的子模块中的二极管DG51、DG31、DG11正极；所述三极管QK02的基极还接电压比较模块2中电池排列序号为奇数的子模块中的二极管DG50、DG30、 DG10负极；所述三极管QK03的基极还接电压比较模块2中电池排列序号为偶数的子模块中的二极管DG41、DG21正极；所述三极管QKO4的基极还接电压比较模块2中电池排列序号为偶数的子模块中的二极管DG40、DG20 负极。

本实用新型工作原理：

参照图1至图5所示，本实用新型在每一节电池处用一个电压比较子模块来判定每节电池两端的电压情况。当一节电池阻抗变小时，电压比较模块2将该节电池的电压与该节电池相邻两节电池的电压分压后的电压进行比较。当未发生断线时，本节电池阻抗变小的情况下，其输出电压仍等于本节电池电压，将高于与此电池相邻的两节电池分压后的电压值，电压比较模块2输出高电平，不影响其负载6的工作状态；当发生断线时，本节电池阻抗变小的情况下，本节电池输出电压将低于此相邻两节电压分压后的电压值，电压比较模块2将输出低电平，此低电平经过信号转换后，最终将关闭功率开关模块的功率电子开关，以达到保护的目的。

值得一提的是，本实用新型用一个对称的RC多谐振荡器来完成串数的选择，通过将电池组1的电池分成两部份，奇数节和偶数节，每次只对单节电池与其相邻两节的下分压内阻进行改变，以确定什么时候对哪些节数的阻抗进行改变。奇偶选择模块3的工作原理如下：

当本实用新型工作时，电路处于稳定状态，由于电路的参数存在误差，使得流经电阻RZ02的电流与电阻RZ01的电流不完全相同。当流经电阻RZ02 的电流比电阻RZ01的大时，电流经过三极管QZ02的基极放大则致使流过电阻RZ03的电流也加大，同时使三极管QZ02的集电极电位下降，此时电容CZ01的两端电位出现了电位差。由于电容的两端电压不允许突变，致使三极管QZ01的基极电位下降，集电极的电压上升，电流流经电容CZ02使三极管Q202的基极电位升高，三极管QZ02的集电极电流变大，形成正反馈。此过程就将均处于放大状态的三极管QZ01、QZ02，分别向截止和饱和状态过度。当三极管QZ02饱和时，集电极电压稳定不变，且电流也不受控于基极，那么，电源会经电阻RZ01向电容CZ01充电，使三极管QZ01的基极电位上升，集电极电位下降。

同理，CZ02两端电位也不可以瞬间变化，致使三极管QZ02的基极电位下降，集电极的电位上升，经过电容CZ01必将会使三极管QZ01基极电位上升，形成正反馈，使得三极管QZ01、QZ02分别处于截止、饱和状态向饱和、截止过度。就这样两个三极管QZ01、QZ02交替的饱和截止，去选择奇数串还是偶数串去进行断线判断。当三极管QZ02饱和导通时，选择偶数串进行断线判断，当三极管QZ01饱和导通时，选择奇数串进行断线检测判断。

具体而言，当三极管QZ01饱和导通时，其集电极将变为低电平(此时三极管QZ02关闭截止，其上的集电极、发射极电压为高电平，此高电平分两路：一路将连接偶数电池的电压比较子模块的隔离二极管DG20、DG40 反向，屏避掉连接偶数电池的电压比较子模块；另一路直接送到三极管QK04 的基极，使三极管QK04关闭，屏避掉连接偶数电池的电压比较子模块断线检测电路部分输出的所有状态)，此低电平同样也分成两路进行，一路送到三极管QK02的基极，为连接奇数电池的电压比较子模块的检测提供通路；另一路去进行串数选择，使第奇数节电池的阻抗变小(相对于偶数节电池阻抗而言，偶数节电池此时因三极管QZ02断开，三极管QZ02的集电极、发射极电压为高电平，二极管DG20、DG40反向，故对偶数节电池阻抗不影响)。通过二极管DG10、DG30、DG50分别将三极管QG01、QG03、QG05 的基极拉低，使这三个管子导通，将电阻RG13、RG33、RG53接入奇数串电池检测端，使这些奇数串电池的内阻变低，而它们各自的相邻电池(偶数串电池)的内阻不变，这样当奇数节的电池采样线脱离电池组1时，其上分得的电压将会因电阻RG13、RG33、RG53接入而远低于相邻两节电池电压通过电阻RG14、RG15、RG34、RG35、RG54、RG55固定分压后的电压，从而让运算放大器UG01A、UG03B、UG05B的输出端输出一个低电平。

当奇数串电池中的任何一节电池采样线断开后，其相应的电压比较子模块中的运算放大器输出端就会输出一个低电平，这个低电平通过相应的隔离二极管DG11、DG31、DG51将三极管QK01的基极拉低，将三极管QK01 的集电极、发射极导通，此时，QK02的集电极、发射极也处于通装态，这个高电平将加到功率开关模块5中的场效应管Q13的基极，使场效应管Q13 的集电极、发射极导通，从而将放电功率开关管QD1的栅极电位拉低到源极，关闭放电功率开关管QD1，从而达到保护的作用。

同理，当偶数串进入检测状态时，奇数串的所有通路将会被屏避，三极管QK04、QK03将会被导通，同样高电平将加到功率开关模块5中的电功率开关管Q13的基极，使功率开关管QD1关闭。如果没有出现断线情况，三极管QK01、QK03的基极就不会有低电平出现，也就不会有高电平加到电功率开关管Q13的基极。所有的断线检测电路将不会影响电池保护电路模块的正常工作。保护电路模块与电压比较模块是两个并列的关系，任何一方检测到异常，都将电功率开关管QD1关闭。

综上所述，本实用新型提供一种BMS断线保护电路，当电池组1中电池采样线断开后，本实用新型控制负载6关闭输出，禁止电池组1向外部供电，从而杜绝电池损坏的可能性，达到保护的目的。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种BMS断线保护电路，包括电池组和连接在电池组两端的负载，其特征在于，还包括：电压比较模块、奇偶选择模块、控制转换模块、功率开关模块；

所述电压比较模块分别与电池组、奇偶选择模块和控制转换模块连接；所述负载分别与电池组和功率开关模块连接；所述控制转换模块还分别与奇偶选择模块和功率开关模块连接；所述功率开关还与电池组连接；所述奇偶选择模块交替选择所有排列序号奇数或偶数序号的电池；所述电压比较模块交替检测奇偶选择模块选中的电池组中各个电池的导通情况；所述控制转换模块根据奇偶选择模块选择的电池导通电压比较模块中相应的电路；当电池断线后，电压比较模块检测到该断线情况，反馈给控制转换模块，由控制转换模块控制功率开关模块将整个电路断路。

2.根据权利要求1所述的BMS断线保护电路，其特征在于，所述电压比较模块包括若干个电压比较子模块，每个子模块均包含第一二极管、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一运算放大器和第二二极管；所述第一三极管的发射极接电池组中单个电池的正极，所述第一电阻一端连接第一三极管的基极，另一端接第一三极管的发射极；所述第二电阻一端连接二极管的正极，另一端连接第一三极管的基极；第一三极管的集电极依次接第三电阻、第四电阻，再接第一运算放大器的输入端的负极；第一运算放大器的正输入端接在第一三极管和第三电阻之间，第一运算放大器的输出端接第二二极管的负极；所述第五电阻接在第一三极管的集电极。

3.根据权利要求2所述的BMS断线保护电路，其特征在于，所述奇偶选择模块包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容、第二三极管和第三三极管；所述第七电阻和第一电容串联，所述第六电阻并联在第七电阻和第一电容的两端，第六电阻与第七电阻的电流交汇点为第一节点；所述第八电阻和第二电容串联，第九电阻并联在第八电阻和第二电容两端，第八电阻和第九电阻的电流交汇点为第二节点，第二节点与第一节点重合；所述第二三极管的集电极接在第六电阻和第一电容之间，第二三极管的基极接在第八电阻和第二电容之间，第二三极管的发射极接地；所述第三三极管的集电极接在第九电阻和第二电容之间，第三三极管的基极接在第七电阻和第一电容之间，第三三极管的发射极接地。

4.根据权利要求3所述的BMS断线保护电路，其特征在于，第二三极管的集电极还连接电压比较模块中电池排列序号为偶数的子模块中的第一二极管负极；第三三极管的集电极还连接电压比较模块中电池排列序号为奇数的子模块中的第一二极管负极。

5.根据权利要求4所述的BMS断线保护电路，其特征在于，所述控制转换模块包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第四三极管、第五三极管、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第六三极管和第七三极管；所述第十电阻、第十一电阻和第十二电阻一端交汇于第三节点，第十电阻的另一端连接第五三极管的集电极，第十一电阻的另一端接第四三极管的集电极，第十二电阻的另一端接第四三极管的发射极，第四三极管的集电极接第五三极管的发射极；所述第十三电阻、第十四电阻和第十五电阻一端交汇于第四节点，第十三电阻的另一端连接第七三极管的集电极，第十四电阻的另一端接第六三极管的集电极，第十五电阻的另一端接第六三极管的发射极，第六三极管的集电极接第七三极管的发射极，第五三极管的集电极接第七三极管的集电极，第三节点与第四节点重合。

6.根据权利要求5所述的BMS断线保护电路，其特征在于，所述第四三极管的基极还接电压比较模块中电池排列序号为奇数的子模块中的第二二极管正极；所述第五三极管的基极还接电压比较模块中电池排列序号为奇数的子模块中的第一二极管负极；所述第六三极管的基极还接电压比较模块中电池排列序号为偶数的子模块中的第二二极管正极；所述第七三极管的基极还接电压比较模块中电池排列序号为偶数的子模块中的第一二极管负极。