一种电池管理系统自动休眠与唤醒的电路的制作方法

本实用新型涉及电池管理系统领域，特别涉及一种电池管理系统自动休眠与唤醒的电路。

背景技术：

近年来，随着国家节能减排政策的大力推行，电动车已经成为了日常生活中非常便捷的交通工具，大大节省了人们的出行时间。电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，BMS)作为电动车技术研究当中的一个重要组成部分，也是最关键的动力部件，保证了单体电池和电池包的可靠运行。

但由于电池本身的自放电和电池管理系统的工作能耗等原因，即使电动车不在行车状态，电池电量也一直在不断地被消耗。如果不对其功耗加以控制，随着电池电量的不断下降，最后可能会导致电池过放、电池失衡等极端情况出现，并可能直接损坏电池，影响电池组的使用寿命。

分析电动车的使用情况，其绝大多数时间都属于静置状态，为了降低电池管理系统的工作能耗状况，系统必须在空闲情况下进入休眠模式。但是，系统如果一直不工作，也会因为电池的自放电而导致前述问题的出现。这要求电池管理系统在空闲工况下的最佳工作方式为：首先检测是否处于空闲状态，是则进入休眠状态，在休眠状态经过一段时间后能自动被唤醒，重新进行工况的检测，并不断对上述过程进行循环。

现有技术中，电池管理系统唤醒方式多半为人工唤醒或者是定时器唤醒，具体表现为：通信唤醒、看门狗计时唤醒等等。虽然这些方式在一定程度上降低了空闲工况的功耗，但人工唤醒并不能自动对电池状态进行判断，可能会在长时间静置后导致电池自放电过放而损坏；看门狗计时唤醒的周期较短，会导致系统的反复唤醒而变相加大功耗。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种电池管理系统自动休眠与唤醒的电路，通过采用超级电容储能的方式来延迟唤醒系统，能够大大延长延迟唤醒的时间，减少多次唤醒引起系统频繁启动带来的额外损耗。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：一种电池管理系统自动休眠与唤醒的电路，包括BMS系统、电子开关、超级电容充电电路和自动唤醒电路；BMS系统包括Pulse引脚和INT_active引脚；

电子开关的电源输入与BMS系统的电源连接，电子开关的脉冲输入与BMS系统的Pulse引脚相连，电子开关的电源输出与超级电容充电电路相连；超级电容充电电路的输出与自动唤醒电路相连；自动唤醒电路的输出连接到BMS系统的INT_active引脚；

系统处于唤醒状态时，所述电子开关接收到BMS系统的Pulse高电平信号后，给后级超级电容充电电路供电，超级电容充电，自动唤醒电路输出信号INT_active,电压值接近超级电容电压；反之,系统发出Pulse低电平信号,超级电容充电电路停止为超级电容充电,系统进入休眠状态；自动唤醒电路输出信号INT_active初始为低电平,且电容不断放电，自动唤醒电路输出信号INT_active逐渐升高，直到超过一定阈值,唤醒BMS系统。

优选地，电子开关包括第一三极管、第四三极管和第三电阻、第六电阻，电子开关中PNP管第一三极管发射极与BMS系统的电源连接，第一三极管基极和发射极之间并接第三电阻，第一三极管集电极与超级电容充电电路的输入端相连，基极与NPN管第四三极管的集电极相连，且第四三极管的基极通过第六电阻与BMS系统的Pulse引脚相连，第四三极管发射极与地相连。

优选地，超级电容充电电路包括二极管和超级电容,二极管的输入端与电子开关的输出相连，二极管的输出端与超级电容的正端相连，超级电容的负端与地相连。

进一步的，所述的超级电容采用1F/5.5V的超级电容。

优选地，自动唤醒电路包括第三三极管、第二三极管、第五三极管和第七电阻、第一电阻、第八电阻、第四电阻；第三三极管选用PNP管，第三三极管基极通过第七电阻与地相连，并汇连到超级电容充电电路的输入端，第三三极管发射极通过第四电阻与超级电容充电电路的输出端相连，第三三极管集电极通过第八电阻接地并且与NPN管第五三极管的基极相连，第五三极管的集电极与PNP管第二三极管的基极相连，第二三极管的发射极通过第一电阻与超级电容充电电路的输出端相连，第二三极管集电极与地相连，并且把第二三极管的基极信号输出到BMS系统的INT_active引脚。

优选的，所述电池管理系统自动休眠与唤醒的电路还包括振动检测电路和/或点火信号电路，振动检测电路和/或点火信号电路并联接入到超级电容充电电路的输出端与自动唤醒电路的输出端之间；当受到震动时，振动检测电路导通，INT_active电压上升，或者点火信号传来时，点火信号电路导通，INT_active信号电压上升，一旦INT_active信号电压超过阈值就唤醒BMS系统。

进一步的，所述振动检测电路通过振动开关和第二电阻串联之后与超级电容充电电路的输出端相连，并且下端与INT_active引脚相连。

进一步的，所述点火信号电路通过点火开关和第五电阻串联之后与超级电容充电电路的输出端相连，并且下端与INT_active引脚相连。

优选的，所述BMS系统还包括CAN总线信号接口。

优选的，所述BMS系统还包括继电器的驱动信号接口。

优选的，电路中NPN管可以用Nmos管代替，PNP管可以用Pmos代替。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型通过采用超级电容储能的方式来延迟唤醒系统，一方面大大加大了延迟唤醒的时间，避免多次唤醒引起的系统频繁启动带来的额外损耗，另一方面，超级电容充放电功率高，使用寿命长，储能效率高，大大提高了电路的可实现性和稳定性。

2、本实用新型通过振动检测电路、点火信号电路和电池管理系统CAN总线信号接口能够实现振动唤醒、点火唤醒和通讯唤醒，提高了系统退出休眠模式回归正常模式的可靠性，保证系统能够可靠地在休眠和正常模式之间自由切换。

3、本实用新型通过电池管理系统继电器的驱动信号接口能够实现故障应对策略，在检测到系统存在一下不可修复的故障时，通过Relay信号把系统的电源切断，直接进入断电模式，避免系统损坏。

4、本实用新型实现通过简单的电子元件组成控制电路，功耗低，结构简单，操作容易。

附图说明

图1是本实用新型实施例的电路原理图；

图2(a)、(b)是本实用新型实施例的输出结构等效图；

图3是本实用新型实施例的自动休眠与唤醒的方法实现流程图；

图4是本实用新型实施例的时序逻辑图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种电池管理系统自动休眠与唤醒的电路，包括电子开关1、超级电容充电电路2、自动唤醒电路3和BMS系统6；

其中，电子开关1的电源输入与BMS系统的5V电源连接，电源输出与超级电容充电电路2相连，其脉冲输入与BMS系统的Pulse引脚相连；

超级电容充电电路2的输出与自动唤醒电路3相连；自动唤醒电路3连接到BMS系统6的INT_active引脚；

每个模块中，又分别由电阻电容及三极管等简单元件组成，实现方式简单可靠。其所述NPN管和PNP管不局限于所用型号，也可以换成NMOS管和PMOS管等替代管。所用的5V电源是电池电压经过开关电源和线性稳压电源LDO转化得到。

电子开关1中包括三极管Q1、Q4和电阻R3、R6，电子开关中Q1发射极与BMS系统的电源连接，PNP管Q1基极和发射极之间并接电阻R3，Q1集电极与超级电容充电电路的输入端相连，基极与NPN管Q4的集电极相连，且Q4的基极通过电阻R6与BMS系统的Pulse引脚相连，Q4发射极与地相连。

超级电容充电电路2包含二极管D1和超级电容C1,D1的输入端与电子开关的输出相连，D1的输出端与C1的正端相连，C1的负端与地相连；

所述的超级电容C1采用1F/5.5V的超级电容。

所述自动唤醒电路3中包括三极管Q3、Q2、Q5和电阻R7、R1、R8；Q3选用PNP管，Q3基极通过R7与地相连，并汇连到超级电容充电电路的输入端，Q3发射极通过R4与超级电容充电电路的输出端相连，Q3集电极通过R8接地并且与NPN管Q5的基极相连，Q5的集电极与PNP管Q2的基极相连，Q2的发射极通过R1与超级电容充电电路的输出端相连，Q2集电极与地相连，并且把Q2的基极信号输出到BMS系统的INT_active引脚。

上述电池管理系统自动休眠与唤醒的电路，采用的技术原理为：

所述电子开关1接收到Pulse高电平信号后，Q4与GND相连，Q1的发射结正偏，Q1导通给后级超级电容供电，当Pulse低电平时，Q4集电极通过R3与VDD5相连，Q1发射极低于开启电压而截止，停止为超级电容充电。

所述超级电容充电电路2只有在电子开关(1)的Q1导通的时候充电，Q1截止时，D1反向截止，C1向后级放电提供电能和唤醒波形。

所述自动唤醒电路3包含超级电容充电和放电两个状态；

所述的充电状态的原理为：在Q1导通为超级电容充电时，Q3发射极电压约为4.3V，基极约为5V(不考虑Q1的管压降)，此时Q3的发射结反偏而截止，R4、R8不耗电，后级Q5因基极是低电平而发射结无法开启而截止，R1不耗电，此时该模块只有R7耗电，R7的阻值取200k，此时输出信号INT_active约为超级电容电压；

所述的供电状态的原理为：在Q1截止时，D1反偏，Q3的基极通过R7接地，发射结正偏，Q3导通，R4、Q3和R8对超级电容电压分压，R8端电压从约0.9V开始下降，Q5发射结正偏而导通，其集电极电压约等于GND，Q2的发射结正偏而导通，此时输出信号INT_active为Q5的集电极电压，电平为低；电容不断放电，Q5基极电压逐渐下降，Q5逐渐由放大态到截止态，管压降逐渐升压，输出信号INT_active逐渐升高，当电压升高超过BMS的高电平阈值2V时，为BMS提供高电平触发信号，之后经过BMS处理后决定是否再次提供Pulse信号导通Q1为后级通电。

上述实施例中，Q5和Q2利用NPN管和PNP管组成了等效于NPN的达林管，如图2(a)、(b)所示，实现了小电流信号驱动达林管的目的，从而使得R4和R8的阻值可以大大增大，大大降低损耗。

实施例2

一种电池管理系统自动休眠与唤醒的电路，包括电子开关1、超级电容充电电路2、自动唤醒电路3、振动检测电路4、点火信号电路5和BMS系统6；

电子开关1、超级电容充电电路2、自动唤醒电路3和BMS系统6的组成与连接关系参照实施例1；

自动唤醒电路3、振动检测电路4、点火信号电路5的输出汇连到BMS系统6的INT_active引脚；振动检测电路4通过振动开关S1和R2串联之后与超级电容C1的输出相连，并且下端与INT_active引脚相连；点火信号电路5通过点火开关S2和R5串联之后与超级电容C1的输出相连，并且下端与INT_active引脚相连。

BMS系统6还包含CAN总线信号的输入和继电器的驱动信号输出。

BMS系统6输入信号是唤醒信号INT_active和CAN总线信号，输出信号是Pulse信号和Relay信号。

在供电过程中，当系统接收到外部触发信号时，也会唤醒BMS。本实施例为振动检测和点火信号，其他外部触发信号的上升沿也一样适用于本系统，灵活性较好。其原理如下：

如图1的S1和R2所示，当电动车车身受到震动时，车身系统上的震动检测开关会导通，直接给出高电平拉高Q5的集电极，此时Q2的发射结反偏而截止，因Q5处于微弱的放大状态，导通电阻较大，管压降较大，INT_active电压上升。

同理，如图1的S2和R5所示，当电动车点火信号传来时，INT_active信号电压上升。

所述振动检测电路4和点火信号电路5作为辅助的检测电路，采用与自动唤醒电路3汇线的方式来实现或门电路，只有其中一个高电平，就输出唤醒信号。

当INT_active的电压从0开始上升，一旦超过阈值2V(所用MCU为F28M35，其阈值是2V)，就触发BMS中断唤醒BMS系统。

另外一种工况是，当系统接收到CAN等通讯信号时，所用的MCU会自动唤醒BMS，退出休眠状态进入正常工作模式。

通过本实施例实现电池管理系统自动休眠与唤醒的步骤为：

1)系统发出Pulse＝1信号，为超级电容供电,同时设置Delay＝0,BUSY＝1；

2)根据BMS内部功能，判断此时是否故障，若故障则保存此时BMS的工况并通过BMS的Relay信号把BMS系统的电源断掉，进入步骤7，整个系统彻底掉线，等待下次点火上电进行系统提示，若无故障则进入空闲工况判断；

3)空闲工况判断:根据BMS内部功能，判断此时是否为空闲状态，判断依据为采集到电流信号非零，电池荷电状态变化超过阈值，BMS未完成均衡等，若其一成立则设置标志位BUSY为1,否则为0；

4)若BUSY为0，则意味着系统进入了空闲工况，启动内部定时器自动进入延时休眠模式，当延时时间达到5分钟时，系统认为电动车会长时间停留在空闲工况，则输出Pulse低电平，停止为超级电容供电，并软件设置指令让系统进入休眠模式；

5)判断是否接收到唤醒信号INT_active的上升沿或者是否接收到CAN总线的通讯信号，若其一成立触发中断唤醒系统，并把标志位BUSY置1；

6)重复步骤1到5；

7)BMS系统彻底断电。

如图4所示得到系统的运行时序，系统先进入充电状态，在系统完成空闲工况判断后失能Pulse信息进入放电延时唤醒模式。

t0～t1：系统忙碌，对BMS中的电池进行各项参数检测，避免系统在长时间休眠模式下发生异常；

t1～t2：系统空闲，进入延时5分钟的确认空闲工况的延时确认环节；

t2：失能Pulse信号进入自动唤醒环节

t2～t3：如果t3环节有前述的外部触发信号过来，系统被唤醒，重新回到t0时刻的状态，波形复现；

t2～t3：如果没有其他外部信号触发唤醒，则得到超级电容电量下降触发自动唤醒环节，且超级电容充电时输出信号为高，超级电容电压高时输出信号为低，之后输出信号随着超级电容的电压降低而升高，最后触发MCU的高电平阈值2V而触发唤醒BMS；

t4：与t0时刻相同，波形复现。

其中t2到t4时间段内的时间长度由超级电容和配置的电阻决定。

本实用新型使用的电阻除R6外，都是100k级别的，电流在10uA以内，且由于D1的管压降，超级电容的上限电压4.3V，触发高电平阈值时的电压约为3V，又有超级电容容值为1F，则可以得到延时时间约为36个小时，实现了间歇唤醒，且休眠时间电路耗电量低的功能，同时也避免了频繁启动带来的损耗。上述参数可根据实际进行调整。本方案除了适用于电动汽车的电池管理系统外还适合其他有相同待机需要的系统。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。