CN219085052U - 一种主动均衡bms测试*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种主动均衡BMS测试***，至少包括主动均衡BMS、标准采样板、辅助电源、测试工装和可编程数字电源，其中，测试工装与可编程数字电源相连接，由多个电池模拟支路组成，每个电池模拟支路至少包括一分压电阻和与该分压电阻并接的压控负载组成；各支路的分压电阻串接在所述可编程数字电源的输出端；主动均衡BMS至少包括AFE模块、隔离通信模块、MCU模块以及多个均衡模块，每个均衡模块与对应的电池模拟支路相连接。本实用新型采用一种简单的电路结构，既可实现电压采样精度测量，又可实现均衡功能检测，同时，可以灵活模拟不同电池电压，对整个电池电压输入范围进行测试，保证主动均衡BMS在全范围内正常工作。

Description

一种主动均衡BMS测试***

技术领域

本实用新型涉及电池均衡控制技术领域，尤其涉及一种主动均衡BMS测试***。

背景技术

目前，蓄电池、超级电容等蓄电装置(为了说明方便，以下都用电池、电池组代替)已经在电动汽车、储能电站、通信基站等行业得到了普遍的应用，由于单体电压和容量都较低，实际应用中往往需要多节电池串联以提高电压，多节电池并联以提高容量。

由于生产环境、工艺参数、原材料都难以做到完全一致，致使生产出来的每个单体电池都存在差异。并且由于使用环境的差别，单体电池之间的差异会随着时间延长越来越大。N个单体电池串联成组后，整个电池组的容量小于其中最差单体电池容量的N倍，难以发挥电池组该有的性能。为了最大化电池组的可用性能，必须给电池组增加均衡电路。由于电动汽车、储能电站等应用场景使用的都是大容量电池，传统的被动均衡方式难以胜任，主动均衡应用是行业的趋势，主动均衡都是用DC/DC电路完成功能。由于电池组中，电池串数很多，需要用到多个均衡电路，如图1所示，主动均衡BMS内部设置多个均衡模块，每个均衡模块连接一个单体电池，用于主动均衡。每个主动均衡BMS装机或出厂前都要进行检测，尤其是电动汽车、储能电站、通信基站等行业对可靠性要求都很高，生产过程检测压力大，如何提高主动均衡BMS的生产检测效率成为行业中亟待解决的问题。

参见如图2，所示为现在行业上常用的生产检测解决方案之一，用实际电池组连接主动均衡BMS进行生产测试。主动均衡BMS把采样到的电压值与实际电池电压值进行比较，判断采样精度是否满足要求；同时实际电池可以吸收和放出电流，判断均衡模块工作是否正常。但是，该方案至少存在以下缺陷：

(1)电池组笨重，搬运不方便，成本高；

(2)因为有均衡电流，电池电压在持续的变化，需要实时的用高精度设备测量电池电压作为判断依据，操作繁琐；

(3)由于均衡电流的存在，使用一段时间后，电池存在过充过放现象，需要经常维护，电池维护时间长，代价高；

(4)BMS产品生产测试都是在几秒以内完成，时间很短，对于单板的生产测试来讲，电池电压近似为恒定不变，只能验证一个输入电压状态下的采样精度和均衡工作情况，测试工况单一，无法验证BMS在整个输入电压范围内的工作可靠性。

参见图3，所示为现有技术另一种解决方案，其中，制作一个与主动均衡BMS串数相同的参考电压测试工装，每个模拟电池通道由一个隔离电源模块和参考电压电路组成，隔离电源模块提供悬浮电压，参考电压电路把悬浮电压调整到合适电压值来模拟单节电池电压；相邻参考电压电路的输出正负极两两相连，模拟单体电池的串联，如第k个参考电压电路的输出负极k-与第k-1个参考电压电路的输出正极(k-1)+连接，第k个参考电压电路的输出正极k+与第k+1个参考电压电路的输出负极(k+1)-连接。主动均衡BMS把采样到的电池电压与参考电压值进行比较，根据误差值来判断采样精度是否满足要求。然而该现有方案仍存在以下缺陷：

(1)参考电压电路功率小，只能用来检测BMS的采样精度，无法检测主动均衡功能；

(2)参考电压为固定值，无法自由调节，只能检测一个电压值的采样精度，不能检测整个输入范围的采样精度；

(3)多个电源模块和参考电压电路级联，相互影响，可靠性低；

(4)随着时间的推移和温度变化，参考电压值会偏离初始值，影响检测结果，需要定期的校验。

故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，确有必要提供一种主动均衡BMS测试***，采用一种简单的电路结构，既可实现电压采样精度测量，又可实现均衡功能检测，同时，可以灵活模拟不同电池电压，对整个电池电压输入范围进行测试，保证主动均衡BMS在全范围内正常工作。

为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种主动均衡BMS测试***，至少包括主动均衡BMS、标准采样板、辅助电源、测试工装和可编程数字电源，其中，

所述辅助电源与主动均衡BMS相连接，用于为主动均衡BMS供电；

所述测试工装与可编程数字电源相连接，由多个电池模拟支路组成，每个电池模拟支路至少包括一分压电阻和与该分压电阻并接的压控负载组成；各支路的分压电阻串接在所述可编程数字电源的输出端；

所述主动均衡BMS至少包括AFE模块、隔离通信模块、MCU模块以及多个均衡模块，每个均衡模块与对应的电池模拟支路相连接，所述AFE模块用于检测每个电池模拟支路的电压并通过隔离通信模块发送给MCU模块；所述MCU模块与所述可编程数字电源相连接，用于控制所述可编程数字电源的输出电压。

作为进一步的改进方案，所述标准采样板与各个电池模拟支路的输出端相连接，用于采样各个电池模拟支路的电压。

作为进一步的改进方案，所述MCU模块用于控制每个均衡模块的开启，其中，均衡模块未开启时，所述MCU模块获取标准采样板采样的电压信息以及所述AFE模块检测的电压信息以此得到主动均衡BMS的电压采样精度。

作为进一步的改进方案，所述MCU模块与所述标准采样板相连接，用于控制标准采样板采样的启停，以及获取每个通道的采样电压。

作为进一步的改进方案，均衡模块开启时，其所连接的电池模拟支路中压控负载开启工作，该电池模拟支路的输出电压受控于压控负载，否则，其输出取决于各分压电阻的分压；所述MCU模块获取标准采样板采样的电压信息以及所述AFE模块检测的电压信息并判断该电压值是否与压控负载所设定的电压值相符。

作为进一步的改进方案，均衡模块开启时，所述MCU模块获取辅助电源的工作电流，并判断该工作电流是否与均衡模块设定的均衡电流相符，其中，均衡电流是固定的，两者之间存在固定的关系；均衡模块开启时，相应电池模拟支路的采样电压与压控负载所设定的电压值相符，且辅助电源的工作电流与均衡模块设定的均衡电流相符，则判定均衡模块工作正常，否则判定均衡模块工作异常。

作为进一步的改进方案，辅助电源支路中串接一电流采样电阻Rs。

作为进一步的改进方案，所述MCU模块与可编程数字电源采用标准数据总线进行通信。

作为进一步的改进方案，所述压控负载为恒压负载。

作为进一步的改进方案，所述压控负载至少包括电压反馈模块、误差放大器、负反馈模块、开关模块和负载，其中，电压反馈模块并接在对应电池模拟支路，所述误差放大器的‘+’端与参考电压V_ref相连接，所述电压反馈模块的输出端与误差放大器的‘-’端相连接，所述负反馈模块并接在误差放大器的‘-’端和其输出端之间，误差放大器的输出端控制开关模块以使其断开与负载的连接或者使其导通作为共同负载；当压控负载为恒压负载时，开关模块并非完全通过(开关功能)，而是可变电阻的功能。当压控负载为恒定负载时，才是开关功能。

作为进一步的改进方案，所述电压反馈模块采用电阻分压实现，所述误差放大器采用TL431实现，参考电压V_ref采用内部基准电压，所述负载为电阻。

作为进一步的改进方案，所述开关模块采用PMOS、PNP三极管或Photomos实现。

作为进一步的改进方案，所述压控负载为固定负载。

与现有技术相比较，本实用新型至少具有如下技术效果：

(1)本实用新型提出了一种主动均衡BMS的测试***架构，具有电路结构简单、成本低、重量轻、方便移动等特点；

(2)本实用新型技术方案既可实现电压采样精度测量，又可实现均衡功能检测；其中，利用标准采样板大大提高了采样电压测量精度，同时MCU与可编程数字电源通信，可灵活模拟不同电池电压，对整个电池电压输入范围进行测试，保证主动均衡BMS在全范围内正常工作；

(3)本实用新型采用模拟电池，无需担心测试工装温漂和时漂问题，只要定时校准标准采样板即可；同时也没有实际电池的维护问题。

附图说明

图1为现有技术主动均衡BMS***示意图。

图2为现有技术采用实际电池组的主动均衡BMS测试***示意图。

图3为现有技术另一种方案测试工装主动均衡BMS测试***示意图。

图4为本实用新型主动均衡BMS测试***一种优选实施例的结构示意图。

图5为本实用新型主动均衡BMS测试***中压控负载的原理结构框图。

图6为本实用新型主动均衡BMS测试***中压控负载的具体电路原理图。

图7为本实用新型主动均衡BMS测试***中压控负载另一实施方式的具体电路原理图。

图8为本实用新型主动均衡BMS测试***中主动均衡电路的另一种实施方式的电路原理图。

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型提供的技术方案作进一步说明。

参见图4，所示为本实用新型提供一种主动均衡BMS测试***优选实施例的结构示意图，至少包括主动均衡BMS、标准采样板、辅助电源、测试工装和可编程数字电源，其中，主动均衡BMS作为被测板子，在其输入端设计一个测试工装，该测试工装与可编程数字电源相连接，由多个电池模拟支路组成，每个电池模拟支路至少包括一分压电阻和与该分压电阻并接的压控负载组成；各支路的分压电阻串接在所述可编程数字电源的输出端。辅助电源与主动均衡BMS相连接，用于为主动均衡BMS供电；标准采样板与各个电池模拟支路的输出端相连接，用于采样各个电池模拟支路的电压；主动均衡BMS至少包括AFE模块、隔离通信模块、MCU模块以及多个均衡模块，每个均衡模块与对应的电池模拟支路相连接，所述AFE模块用于检测每个电池模拟支路的电压并通过隔离通信模块发送给MCU模块；所述MCU模块与所述可编程数字电源相连接，用于控制所述可编程数字电源的输出电压；同时，所述MCU模块用于控制每个均衡模块的开启，其中，均衡模块未开启时，MCU模块获取标准采样板采样的电压信息以及AFE模块检测的电压信息以此得到主动均衡BMS的电压采样精度。

其中，MCU模块与所述标准采样板相连接，用于控制标准采样板采样的启停，以及获取每个通道的采样电压。

均衡模块开启时，其所连接的电池模拟支路中压控负载开启工作，该电池模拟支路的输出电压受控于压控负载，否则，其输出取决于各分压电阻的分压；所述MCU模块获取标准采样板采样的电压信息以及所述AFE模块检测的电压信息并判断该电压值是否与压控负载所设定的电压值相符。同时，均衡模块开启时，MCU模块获取辅助电源的工作电流，并判断该工作电流是否与均衡模块设定的均衡电流相符，其中，均衡电流是固定的，两者之间存在固定的关系；均衡模块开启时，相应电池模拟支路的采样电压与压控负载所设定的电压值相符，且辅助电源的工作电流与均衡模块设定的均衡电流相符，则判定均衡模块工作正常，否则判定均衡模块工作异常。

如图4所示，测试工装由n个电池模拟支路组成，每个电池模拟支路分别由一只分压电阻和一只压控负载组成。主动均衡关闭时，压控负载不工作，电池模拟支路的输出电压由分压电阻R1、R2······Rn和可编程数字电源的输出电压决定；主动均衡开启时，压控负载工作，本电池模拟支路的输出电压由压控负载和均衡模块决定，其他模拟支路输出电压由可编程数字电源输出电压、分压电阻R1～Rn、本支路压控负载和本支路均衡模块共同决定。

通常，均衡模块的输出特性为恒流限压，当外接负载比较大时，输出恒流I_{bo_r}保证均衡模块不会因过流而损坏；当外接负载比较小时，输出恒压V_{bo_r}保证均衡模块和其他电路不会因过压而损坏。

测试工装由可编程数字电源供电，可编程数字电源与被测的主动均衡BMS进行通信，并且输出电压由被测板的MCU设定。

在一种优选实施方式中，MCU模块与标准采样板相连接，用于控制标准采样板采样的启停，以及获取每个通道的采样电压。通常，标准采样板和主动均衡BMS一起连接在测试工装之后，对相同的模拟电池支路输出电压进行采样；标准采样板可以为高精度的电压采集设备，或者是已经被校准过的BMS。

采用上述技术方案，既可实现电压采样精度测量，又可实现均衡功能检测；同时可灵活模拟不同电池电压，对整个电池电压输入范围进行测试，保证主动均衡BMS在全范围内正常工作。其中，MCU模块获取相应通道的采样电压，以及获取辅助电源的工作电流，并通过计算通道采样电压与压控负载所设定的电压值偏差、以及辅助电源电流与设定均衡电流的偏离信息，以此判断均衡模块是否正常工作。具体检测原理如下：

主动均衡BMS通过AFE测量测试工装的输出电压，并同步收集标准采样板的采样电压，把这两个采样结果进行比较，当两个采样值的差值在设定阈值范围内时，表示被测的主动均衡BMS电压采样精度满足要求；当两个采样值的差值超出设定阈值范围时，表示被测的主动均衡BMS电压采样精度不满足要求。

MCU控制均衡模块1启动，测量与均衡模块1对应的模拟电池电压V_B1-V_B0和辅助电源电流采样电阻Rs两端的电压。均衡模块1正常时，模拟电池电压V_B1-V_B0应该在压控负载设定的电压值V_Lr，并且辅助电源上流过额定的电流(与电池端均衡电流成比例)；如果模拟电池电压V_B1-V_B0不在压控负载设定的电压值范围内，或者辅助电源电流与额定电流偏差较大，说明均衡模块1不正常。

均衡模块1检测完后，关闭均衡模块1，然后开启均衡模块2继续检测，依次检测所有均衡模块。这样检测完一个输入电压值的工况；

MCU通信告知可编程电源调整输出电压，重新检测电池电压采样精度和均衡电路工作。如此实现电池的全输入电压范围检测。

在一种优选实施方式中，主动均衡BMS与可编程数字电源、标准采样板之间采用标准数据总线进行通信，不局限于RS485，也可以是RS232、CAN等其他方式。

本实用新型技术方案中，利用压控负载实现均衡模块的检测，在一种优选实施方式中，压控负载为恒压负载，并具体给出了电路实现以及参考电压、电压反馈、负载等参数的选择原则。

参见图5，所示为一种优选实施方式的压控负载电路原理框图，压控负载至少包括电压反馈模块、误差放大器OP_k、负反馈模块、开关模块S_k和负载，其中，电压反馈模块并接在对应电池模拟支路，所述误差放大器的‘+’端与参考电压V_ref相连接，所述电压反馈模块的输出端与误差放大器的‘-’端相连接，所述负反馈模块并接在误差放大器的‘-’端和其输出端之间，误差放大器的输出端控制开关模块以使其断开与负载的连接或者使其导通作为共同负载。作为优选的，电压反馈模块采用电阻分压实现，误差放大器采用TL431实现，参考电压V_ref采用内部基准电压，负载为电阻。

上述技术方案中，参考电压和电压反馈设置原则：主动均衡未开启时，分压电阻R1～Rn分压得到的各节电池电压小于Vref*(1+Rk1/Rk2，误差放大器OP_k输出高电平，开关Sk关闭，负载断开；主动均衡开启后，模拟电池电压V_BK-V_BK-1上升，反馈电压接近参考电压Vref，误差放大器OP_k工作于线性区，开关Sk工作于可变电阻区，负载接上并分担Sk的功耗。

参见图6，所示为一种优选实施方式压控负载的具体电路实现图，其中，Rk1和Rk2组成电压反馈电路，误差放大器和参考电压由TL431 Uk实现，Rkc和Ckc组成负反馈补偿电路，开关Sk由PMOS构成，Rk3和Rk4实现误差放大器输出和开关Sk之间的电位平移功能，Rk5为负载。要求负载大于均衡模块的额定输出负载，即V_{bo_r}/Rk5>I_{bo_r}，其中V_{bo_r}为均衡模块的额定输出电压，I_{bo_r}为均衡模块的额定输出电流。

当模拟电池电压V_BK-V_BK-1增大时，反馈电压V_fb大于参考电压V_ref，误差信号V_err减小，PMOS Sk的源极和栅极之间电压增大，开关S_k电阻变小，流过负载Rk5的电流增大，模拟电池V_BK-V_BK-1电压减小；当模拟电池电压V_BK-V_BK-1减小时，反馈电压V_fb小于参考电压V_ref，误差信号V_err增大，PMOS S_k的源极和栅极之间电压减小，开关S_k电阻变大，流过负载Rk5的电流减小，模拟电池V_BK-V_BK-1电压增大。如此，模拟电池V_BK-V_BK-1电压稳定在V_ref*(1+Rk1/Rk2)，实现恒压负载功能。

进一步的，开关模块Sk可以为PNP三极管、Photomos等；误差放大器OP_k同样可由运放、NPN三极管等实现。

又一种优选实施方式中，压控负载为固定负载。参见图7，所示为压控负载采用固定负载的电路原理图，其中，开关Sk工作于饱和区和截止区(通或者断)，Uk工作于比较器方式，不是误差放大；负载小于均衡模块的额定电流，即V_bo-r/Rk5<I_bo-r。

另一种优选实施方式中，主动均衡电路不一定为每节电池配置一个均衡模块，实际中可以多节电池共用一个均衡模块。参见图8，所示为另一种优选实施方式的主动均衡电路原理框图，在其内设置开关矩阵以此实现多选一电路，均衡模块通过开关矩阵的配置接通相应电池通道实现不同电池的均衡。

作为进一步的改进方案，MCU模块通过标准总线与可编程数字电源通信，逐次调节可编程数字电源的输出电压以对整个电池电压输入范围进行测试。

作为进一步的改进方案，标准采样板为高精度采集设备，通过标准总线与MCU模块通信。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种主动均衡BMS测试***，其特征在于，至少包括主动均衡BMS、标准采样板、辅助电源、测试工装和可编程数字电源，其中，

所述辅助电源与主动均衡BMS相连接，用于为主动均衡BMS供电；

所述测试工装与可编程数字电源相连接，由多个电池模拟支路组成，每个电池模拟支路至少包括一分压电阻和与该分压电阻并接的压控负载组成；各支路的分压电阻串接在所述可编程数字电源的输出端；

所述主动均衡BMS至少包括AFE模块、隔离通信模块、MCU模块以及多个均衡模块，每个均衡模块与对应的电池模拟支路相连接，所述AFE模块用于检测每个电池模拟支路的电压并通过隔离通信模块发送给MCU模块；所述MCU模块与所述可编程数字电源相连接，用于控制所述可编程数字电源的输出电压。

2.根据权利要求1所述的主动均衡BMS测试***，其特征在于，所述标准采样板与各个电池模拟支路的输出端相连接，用于采样各个电池模拟支路的电压。

3.根据权利要求2所述的主动均衡BMS测试***，其特征在于，所述MCU模块用于控制每个均衡模块的开启，其中，均衡模块未开启时，所述MCU模块获取标准采样板采样的电压信息以及所述AFE模块检测的电压信息以此得到主动均衡BMS的电压采样精度。

4.根据权利要求2所述的主动均衡BMS测试***，其特征在于，均衡模块开启时，其所连接的电池模拟支路中压控负载开启工作，该电池模拟支路的输出电压受控于压控负载，否则，其输出取决于各分压电阻的分压；所述MCU模块获取标准采样板采样的电压信息以及所述AFE模块检测的电压信息并判断该电压值是否与压控负载所设定的电压值相符。

5.根据权利要求4所述的主动均衡BMS测试***，其特征在于，均衡模块开启时，所述MCU模块获取辅助电源的工作电流，并判断该工作电流是否与均衡模块设定的均衡电流相符，其中，均衡模块开启时，相应电池模拟支路的采样电压与压控负载所设定的电压值相符，且辅助电源的工作电流与均衡模块设定的均衡电流相符，则判定均衡模块工作正常，否则判定均衡模块工作异常。

6.根据权利要求5所述的主动均衡BMS测试***，其特征在于，辅助电源支路中串接一电流采样电阻Rs。

7.根据权利要求5所述的主动均衡BMS测试***，其特征在于，所述MCU模块与可编程数字电源采用标准数据总线进行通信。

8.根据权利要求5所述的主动均衡BMS测试***，其特征在于，所述压控负载为恒压负载。

9.根据权利要求5所述的主动均衡BMS测试***，其特征在于，所述压控负载至少包括电压反馈模块、误差放大器、负反馈模块、开关模块和负载，其中，电压反馈模块并接在对应电池模拟支路，所述误差放大器的‘+’端与参考电压V_ref相连接，所述电压反馈模块的输出端与误差放大器的‘-’端相连接，所述负反馈模块并接在误差放大器的‘-’端和其输出端之间，误差放大器的输出端控制开关模块以使其断开与负载的连接或者使其导通作为共同负载；所述电压反馈模块采用电阻分压实现，所述误差放大器采用TL431实现，参考电压V_ref采用内部基准电压，所述负载为电阻。

10.根据权利要求5所述的主动均衡BMS测试***，其特征在于，所述MCU模块通过标准总线与可编程数字电源通信，逐次调节可编程数字电源的输出电压以对整个电池电压输入范围进行测试；

标准采样板为高精度采集设备，通过标准总线与MCU模块通信。

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