应用于园林农牧领域的一主三从架构的BMS保护板系统的制作方法

本技术属于新能源，尤其涉及应用于园林农牧领域的一主三从架构的bms保护板系统。

背景技术：

1、便携式锂电bms产品正在不断向电动车、工商业储能、家庭储能、园林农牧、无人机船艇等多领域发展；bms保护板系统,对于提高单电芯和多电芯的锂电池包的安全性、稳定性、使用寿命等具有重要作用。

2、应用于园林农牧领域的便携式锂电bms产品具有体积小，重量轻，高度集成，可实现多种功能和采用模块化的设计等优势。目前的技术困难点体现在成本、功能(包含静态特性和动态特性)、可靠性、稳定性、性价比等方面要进行不断平衡和技术改进，并有效突破技术瓶颈(如在能量密度上，通过精确算法来确保锂电池电量的续航力，降低成本上等)，提高便携式锂电bms产品的整体竞争力。

3、应用于园林农牧领域的、具有二级主从架构的bms保护板产品的技术背景也是一样的，技术困难点体现在成本、功能、可靠性、稳定性、性价比等方面要综合平衡。解决锂电池包在各种复杂应用场景下的各种技术瓶颈问题。

4、现有新技术发展方向体现在：

5、1)在功能安全上：并联的多对充电mos管和放电mos管控制电路的耐压管理(增加tvs管和并联电容保护措施)、散热处理(增加散热铜条或整体加散热片等)，同口、分口、半分口工作方式管理，安全告警处理和预警等。从mos管方案向继电器方案和中高压bms方案发展(可增大电流和功率)。被动均衡和主动均衡。温度管控，加热管理和湿度管理。蓝牙、4g或5g、gprs模块、多合一模块。远程app、组网平台等。

6、2)软件算法上，使用多种混合算法：包含soc算法、soh算法、sop算法、卡尔曼滤波算法、均衡算法和神经网络算法等的技术提升，多角度多维度多场景的算法印证。

7、3)延长锂电池包使用寿命，保护板要确保锂电池运行在高效的参数保护范围。

8、4)提供并联多包持续充电电流20a,并联多包持续放电电流60a或更大电流的保护参数。

9、在便携式储能产品上，对于具有二级主从架构的一主三从(使用mos管方案)产品，目前这样的同类产品的品种极少，保护功能少，消费者可选余地少；有些还有不同的缺陷，如有些无过压二次保护，mos管有时会失效，有时can通讯或rs485通讯会断线，技术的先进性比较低；产品调试缺陷多，各种通讯协议比较杂乱；应用场景的条件局限多；实用上无法满足大多数客户的需求；一些产品在成本、性能、可靠性、稳定性、性价比等综合平衡上，就表现得技术层级和水平比较低。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种应用于园林农牧领域的一主三从架构的bms保护板系统，旨在解决上述的各种技术缺陷问题。

2、本实用新型是这样实现的，一种应用于园林农牧领域的一主三从架构的bms保护板系统，所述应用于园林农牧领域的一主三从架构的bms保护板系统包括供电单元、主机保护板、第一从机保护板、第二从机保护板及第三从机保护板，所述主机保护板分别通讯连接第一从机保护板、第二从机保护板及第三从机保护板，所述主机保护板根据实现需求功能，可以调整切换为与不同从机保护板之间的通讯执行指令完成用户的需求功能，所述供电单元分别电性连接所述主机保护板、第一从机保护板、第二从机保护板及第三从机保护板。

3、本实用新型的进一步技术方案是：所述主机保护板上设有主单片机mcu、主辅助电路、主can通讯电路和rs485通讯电路、主机供电负载与电池包在线检测识别电路、主串口通讯电路、主电源电路及主保险丝二次保护处理电路，所述主单片机mcu分别通讯连接所述主can通讯电路和rs485通讯电路、主辅助电路及主串口通讯电路，所述主保险丝二次保护电路连接总电池batt+正极端与电池包pack+正极端，所述主机供电负载与电池包在线检测识别电路连接所述主单片机mcu，所述主电源电路分别电性连接所述主单片机mcu、主辅助电路、主机供电负载与电池包在线检测识别电路、主can通讯电路和rs485通讯电路及主串口通讯电路。

4、本实用新型的进一步技术方案是：所述第一从机保护板、第二从机保护板及第三从机保护板相同，其包括从单片机mcu、从辅助电路、soc电量显示led板、从can通讯电路和rs485通讯电路、从串口通讯电路、从电源电路、从保险丝二次保护处理电路、二次过压保护电路、被动均衡电路、模拟前端采集单元、mosfet管驱动单元、温湿度检测电路及充电-放电控制电路，所述从单片机mcu分别通信连接所述从辅助电路、从can通讯电路和rs485通讯电路、从串口通讯电路及模拟前端采样单元，所述温湿度检测电路的输出端分别连接所述模拟前端采样单元的输入端及从单片机mcu的输入端，所述从单片机mcu的输出端连接所述soc电量显示led板的输入端，所述模拟前端采样单元通讯连接所述mosfet管驱动单元，所述mosfet管驱动单元连接所述充电-放电控制电路，所述二次过压保护电路连接所述模拟充电-放电控制电路，所述从保险丝二次保护电路连接总电池batt+正极端与电池包pack+正极端，所述被动均衡电路连接所述模拟前端采样单元，所述从电源电路分别电性连接所述从单片机mcu及从充电-放电控制电路，从can通讯电路和rs485通讯电路、从串口通讯电路等。

5、本实用新型的进一步技术方案是：所述主单片机mcu与所述从单片机mcu相同，其包括芯片u1、电容c2、电容c1、电阻r1、发光二极管led1、电容c3、电容c4、电感l1、电阻r2、电容c5、电容c6、电阻r3、电阻r133、电容c7、电阻r4、电容c8及电容c9贴片元件，所述芯片u1的第1脚分别连接所述电容c1的正极及电容c2的一端，是电源滤波端；所述芯片u1的第3脚经所述电阻r1连接所述发光二极管led1的阴极，led1是单片机正常运行指示灯；所述芯片u1的第7脚是调试接口复位信号，第34脚pa13和第37脚pa14是单片机调试接口；所述芯片u1的第9脚分别连接所述电容c3的另一端、电容c4的另一端及电感l1的一端，是+3.3v电源滤波端；所述芯片u1的第20脚连接所述电阻r2的一端，是隔离电源的电源控制端；所述芯片u1的第24脚连接所述电容c5的另一端，是电源滤波端，所述芯片u1的第28脚pb15分别连接所述电阻r3的一端、电阻r133的一端及电容c6的一端，是电源使能端控制；所述芯片u1的第36脚连接所述电容c7的另一端，是电源滤波端，所述芯片u1的第44脚boot0连接所述电阻r4的一端，是单片机启动方式选择控制脚；所述芯片u1的第48脚分别连接所述电容c8的另一端及电容c9的正极，是电源滤波端；所述芯片u1的第46脚pb9/chk_chg连接充电器输入检测端。

6、本实用新型的进一步技术方案是：所述主机供电负载与电池包在线检测识别电路包括接线端子j2、稳压二极管zd1、电阻r25、电阻r26、电容c21、稳压二极管zd2、mos管q4、电阻r27、热敏电阻ptc3、热敏电阻ptc4、热敏电阻ptc1、热敏电阻ptc2、电容c20、二极管d6及二极管d7贴片元件，第一部分，包含所述接线端子j2的第4脚连接所述稳压二极管zd1的阴极，所述稳压二极管zd1的阳极连接所述电阻r25的一端，所述电阻r25的另一端分别连接所述电容c21的一端、稳压二极管zd2的阴极及mos管q4的栅极，所述mos管q4的漏极连接所述电阻r27的一端，同时连接单片机端，是主机供电负载与电池包在线检测识别端,bint端是外部电池包输入信号端；第二部分，包含所述接线端子j2的第3脚分别连接所述热敏电阻ptc3的一端及热敏电阻ptc4的一端，ptc3和ptc4是并联关系,bout端是本机电池包输出信号端；第三部分，包含所述接线端子j2的第1脚分别连接所述热敏电阻ptc1的一端及热敏电阻ptc2的一端，ptc1和ptc2是并联关系，ptc是表示正温度系数热敏电阻，电容c20是滤波电容，所述热敏电阻ptc1的另一端及热敏电阻ptc2的另一端分别连接所述二极管d6的阳极及二极管d7的阳极，d6和d7是并联关系，是增大电流；b2端是本机电芯温度和环境温度检测端；第四部分，包含所述接线端子j2的第2脚是预留功能脚。

7、本实用新型的进一步技术方案是：所述充电-放电控制电路包括充电-放电mos管通路控制电路和限流电路，所述限流电路包括芯片u2、三极管q1、二极管d2、二极管d1、电阻r12、电容c11、电容c12、电容c13、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、二极管d3、二极管d4、电容c19、电容c18、电阻r23、电阻r24、电阻r22、电阻r21、mos管q3、mos管q2、过压保护二极管d5、电阻r20、电容c17、电容c16、功率电感l2、电容c15及电容c14贴片元件；第一部分，包含所述三极管q1的发射极分别连接所述二极管d2的阴极、电阻r12的一端及二极管d1的阳极，所述电阻r12的另一端分别连接所述电容c11的另一端及二极管d1的阴极，是inb信号输出端，d1,d2,q1,c11,r12形成vg端(来自隔离电源的控制信号)转变为inb端的电压信号极性转换处理电路；电容c11的一端及三极管q1的集电极连接电池包pack-负极端；第二部分，包含所述芯片u2的第6脚分别连接所述电容c13的一端、电容c12的一端，电阻r15,是芯片+12v供电端；所述芯片u2的第2脚ina端和第4脚inb端输入连接第一部分的inb信号输出端，所述芯片u2的第1脚连接所述电阻r13的一端，所述芯片u2的第8脚连接所述电阻r14的一端，所述芯片u2的第7脚分别连接所述电阻r16和d3的一端及电阻r17的一端，是outa输出；所述芯片u2的第5脚分别连接所述电阻r18的一端及电阻r19和d4的一端，是outb输出；所述二极管d4的阳极分别连接所述电阻r18的另一端、电阻r21的一端及mos管q2的栅极，所述二极管d3的阳极分别连接所述电阻r17的另一端、电阻r22的一端及mos管q3的栅极，u2芯片和周围的d3,d4等贴片元件电路形成双通道(a路和b路)2a超高速功率开关驱动电路；第三部分，包含所述mos管q2的源极和q3的源极连接gnda地，所述mos管q2的漏极和q3的漏极连接过压保护二极管d5(双二极管)的阳极、电容c17的一端、电容c16的负极及功率电感l2的一端，d5和电容c17,电阻r20是过压保护电路，q2,q3开关管是并联关系；所述功率电感l2的另一端分别连接所述电容c15的负极及电容c14的负极，是连接充电mos与放电mos管通路控制电路的公共交汇点端；所述电阻r21和电阻r22是mos开关管q2和mos开关管q3的偏置电阻，所述电阻r24是10毫欧的2512封装的2w功率电阻，是检测电流的电阻，所述电阻r24和所述电阻r23是并联的2w功率电阻(目的是增大检测电流能力和保护电池包pack-负极端避免因电流过大烧坏)、电容c18的负极及电容c19的负极和电阻r24,r23一端连接到电池包pack-负极端；电容c18的正极及电容c19的正极和电容c14的正极及电容c15的正极、二极管d5负极形成限流电压公共端v+大电压信号；所述功率电感l2是使用一个大尺寸(其参数是外直径37.2mm、内直径16mm、高15mm,圆环骨架7.4mm厚，双铜线并联形成10a电流,铜线粗直径1.3mm，双铜线对称绕制)的定制的卧式圆环形粗铜丝绕线的阻值为33uh的功率电感，功率电感l2是带散热小板。

8、本实用新型的进一步技术方案是：所述主串口通讯电路包括rs485-1通讯电路和rs485-2通讯电路，can通讯电路；所述从串口通讯电路包括从r s 4 8 5-a通讯电路和从can通讯电路。

9、本实用新型的进一步技术方案是：所述主单片机和从单片机mcu是通过i i c2通讯方式连接所述模拟前端采样单元。

10、本实用新型的进一步技术方案是：所述供电单元包括并行设置主电源电路、第一分支电源电路、第二分支电源电路、第一隔离电源电路、第二隔离电源电路及限流电源电路。

11、本实用新型的进一步技术方案是：所述芯片u1用的是n32g435cbl7型号单片机芯片，所述芯片u2用的是ir4427s型号双通道功率开关驱动芯片。

12、本实用新型的有益效果是：该系统通过20串带有二级主从架构(一主三从)的bms保护板产品的电芯电池电压的二次过压保护；主机和电池包相互通讯问题；10a充电电流限流保护电路；二级主从架构系统的硬件实现方案和软件实现方案介绍；can通讯架构工作流程，uart和rs485串口通讯架构工作流程和相关的测试数据，系统具有低成本、高可靠性、高稳定性、高性价比，具有双重保护，通过具有二级主从架构的一主三从的、充电mos管、放电mos管、预充电-放电mos管等mos通路控制电路、前端采集驱动芯片和贴片32位的arm单片机芯片等，实现使用mos管方案的20串被动均衡的具有二级主从架构(一主三从)的bms保护板系统。