一种电池管理装置及具有所述管理装置的电池充电系统的制作方法

文档序号:12486657阅读:187来源:国知局
一种电池管理装置及具有所述管理装置的电池充电系统的制作方法

本发明属于电池充电领域,尤其涉及一种电池管理装置及具有所述管理装置的电池充电系统。



背景技术:

近年来锂电池技术快速发展,已经广泛应用于汽车、手机、电动车和园林工具等各个领域。电池管理系统(BMS)直接检测及管理锂电池工作的全过程,对电池组充放电进行监控和保护,延长电池寿命,维护电池安全。而充电器作为电池组的配套设施,与电池管理系统相互协作完成对电池组的充电和保护。现有的电池组充电器大部分提供了通讯接口,用以完成与BMS之间的通信,实现对BMS对电池组充电过程的监控和管理。

如图1所示,现有的电池充电系统包括充电器、电池组和BMS,充电器结构上引出充电正极CHARGE+、通讯信号端SDL和充电负极CHARGE)三个接触片公头,而BMS保护板通常结构上与电池组组装在一起,对外同样引出电池组正极BAT+、通讯信号端SDL和电池组负极BAT-三个母头。其中通讯信号SDL用于检测电池组是否接入,当充电器与电池组相连时,通过SDL通讯信号唤醒电池管理系统,从而闭合开关以实现电池组的充电。

但是,如果充电器的三个充电接触片存在缺陷,比如接触片长度相差较大,这将导致电池组的BAT+、BAT-和SDL不能同时接触到充电器的CHARGE+、CHARGE-和SDL。由于SDL通讯信号的供电电压来源于充电器内部VCC,如果充电器SDL接触公头首先触及到电池组的SDL母头时,虽然这会在SDL产生一个上升脉冲沿,并且该信号脉冲沿可以唤醒BMS系统,使其发出指令闭合开关,但此时如果BAT+或者BAT-还没有接触到CHARGE+或者CHARGE-,充电器和电池包将不能建立通信,单片机又会进入休眠模式。单片机睡眠后,即使BAT+或者BAT-再接触到CHARGE+或者CHARGE-,单片机也不会被唤醒,此时充电器将不能为电池组充电。



技术实现要素:

本发明实施例提供一种电池管理装置及具有所述管理装置的电池充电系统,旨在解决在充电器与电池组的接触顺序任意变化的情况下都能唤醒电池管理装置的问题。

本发明实施例是这样实现的,一种电池管理装置,所述电池管理装置包括具有正输出极和负输出极的电池组,电池管理模块,具有通讯端的唤醒模块以及充电开关;

所述电池组包括多个串联的单体电池;

所述电池管理模块,分别与每个单体电池的正极,所述充电开关的基极以及所述唤醒模块连接,用于根据所述唤醒模块的唤醒信号从休眠状态转成工作状态并输出所述唤醒信号并根据检测到的充电信号输出控制信号至所述充电开关的基极以控制所述充电开关闭合;

所述唤醒模块,用于通过所述通讯端接收到通讯信号时,从休眠状态转成工作状态并输出所述唤醒信号至所述电池管理模块;

所述充电开关连接在所述电池组和负输出极之间。

本发明实施例还提供一种电池充电系统,所述电池充电系统包括上述的电池管理装置和具有正充电极、负充电极和传输信号端的充电器,当电池管理装置的正输出极、负输出极和通讯端分别一一对应与充电器的正充电极、负充电极和传输信号端连接时,所述充电器对电池管理装置中的电池组进行充电。

本发明实施例电池管理装置和电池充电系统,通过电池组和所述电池管理模块连接,且当所述唤醒模块通过所述通讯端接收到通讯信号时,从休眠状态转成工作状态并输出所述唤醒信号至所述电池管理模块,以使电池管理模块控制所述充电开关闭合,实现了正常情况下充电器对电池组的充电,同样还做到了当充电器与电池组的接触顺序任意变换时,也能唤醒电池管理系统,完成电池组的充电过程,可以弥补充电器的设计缺陷,降低充电器接口的设计成本。

附图说明

图1是现有技术提供的电池充电系统的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的电池管理装置的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的电池管理装置的电路图。

图4是本发明实施例提供的充电器的电路图。

图5是本发明实施例提供的电池充电系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

本发明提供一种实施例的电池管理装置10,如图2所示,所述电池管理装置10包括所述电池管理包括具有正输出极BAT+和负输出极BAT-的电池组1,电池管理模块2,具有通讯端SDL的唤醒模块3以及充电开关4;

所述电池组1包括多个串联的单体电池;

所述电池管理模块2,分别与每个单体电池的正极,所述充电开关4的以及所述唤醒模块3连接,用于根据所述唤醒模块3的唤醒信号从休眠状态转成工作状态并根据检测到的充电信号输出控制信号至所述充电开关4的基极以控制所述充电开关4闭合;

所述唤醒模块3,用于通过所述通讯端SDL接收到通讯信号时,从休眠状态转成工作状态并输出所述唤醒信号至所述电池管理模块2;

所述充电开关4连接在所述电池组1和负输出极BAT-之间。

在具体实施中,所述电池管理装置10还包括第一滤波模块5,所述第一滤波模块5的第一端连接在所述正输出极BAT+和所述电池组1之间,所述第一滤波模块5的第二端连接地,所述第一滤波模块5的第三端与所述电池管理模块2连接。通过第一滤波模块5以抑制外界脉冲干扰,从而防止外界瞬间脉冲电压烧坏所述电池管理模块2。

所述电池管理装置10还包括多个第二滤波模块6,每个第二滤波模块6一一对应地与每个单体电池的正极和所述电池管理模块2连接,且每个第二滤波模块6均与地连接,通过第二滤波模块6以抑制外界脉冲干扰。

所述电池管理装置10还包括滤波限流模块7,所述滤波限流模块7连接所述唤醒模块3和通讯端SDL之间,且所述滤波限流模块7接地。通过滤波限流模块7对通讯信号进行滤波和限流以抑制外界脉冲干扰。

在具体实施中,如图3所示,所述电池管理模块2为电池管理芯片U1,所述唤醒模块3为单片机芯片U2,电池管理芯片U1具有如下端子:VCC:芯片供电,VB1-VB7:7个单体电池的正极输入,VSS:地,WKUP:芯片唤醒,SCL:IIC通讯时钟线,SDA:IIC通讯数据线,VDD33:3.3V电压输出,VAO:模拟电压混合输出,DSG:放电控制,CHG:控制端;单片机芯片U2具有如下端子:VCC:3.3V供电,GND:地,SCL:IIC通讯时钟线,SDA:IIC通讯数据线,5脚GPIO:采集U1VAO脚电压,2脚GPIO:唤醒U1芯片,3脚GPIO:用于U2芯片唤醒和SDL通讯,3脚GPIO:未用。

如图3所示,本实施例所述电池组包括第一单体电池11,第二单体电池12,第三单体电池13,第四单体电池14,第五单体电池15,第六单体电池16和第七单体电池17,每个第二滤波模块6一一对应地与每个单体电池的正极和所述电池管理模块2连接,每个第二滤波模块6包括第二滤波电阻和第三滤波电容,所述第二滤波电阻的一端与对应单体电池的正极连接,所述第二滤波电阻的另一端分别与第三滤波电容的一端和所述电池管理模块连接,第三滤波电容的另一端接地,也就是说,第一单体电池11的正极与第二滤波电阻R4的一端连接,第二滤波电阻R4的另一端分别与第三滤波电容C3的一端和电池管理芯片U1的VB7脚连接,第三滤波电容C3的另一端接地;第二单体电池12的正极与第二滤波电阻R5的一端连接,第二滤波电阻R5的另一端分别与第三滤波电容C4的一端和电池管理芯片U1的VB6脚连接,第三滤波电容C4的另一端接地;第三单体电池13的正极与第二滤波电阻R6的一端连接,第二滤波电阻R6的另一端分别与第三滤波电容C6的一端和电池管理芯片U1的VB5脚连接,第三滤波电容C6的另一端接地;第四单体电池14的正极与第二滤波电阻R11的一端连接,第二滤波电阻R11的另一端分别与第三滤波电容C7的一端和电池管理芯片U1的VB4脚连接,第三滤波电容C7的另一端接地;第五单体电池15的正极与第二滤波电阻R15的一端连接,第二滤波电阻R15的另一端分别与第三滤波电容C9的一端和电池管理芯片U1的VB3脚连接,第三滤波电容C9的另一端接地;第六单体电池16的正极与第二滤波电阻R16的一端连接,第二滤波电阻R16的另一端分别与第三滤波电容C10的一端和电池管理芯片U1的VB2脚连接,第三滤波电容C10的另一端接地;第七单体电池17的正极与第二滤波电阻R17的一端连接,第二滤波电阻R17的另一端分别与第三滤波电容C11的一端和电池管理芯片U1的VB1脚连接,第三滤波电容C11的另一端接地。

如图3所示,所述第一滤波模块5包括第一滤波电阻R3、第一滤波电容C1和第二滤波电容C2,所述第一滤波电阻R3的一端在所述正输出极和所述电池组1之间,所述第一滤波电阻R3的一端分别与第一滤波电容C1的一端、第二滤波电容C2的一端和所述电池管理芯片U1的VCC脚连接,第一滤波电容C1的另一端和第二滤波电容C2的另一端分别与地连接。

如图3所示,所述电池管理芯片U1的SDA脚通过电阻R7与单片机芯片U2的SDA脚连接,所述电池管理芯片U1的SCL脚通过电阻R9与单片机芯片U2的SCL脚连接,所述电池管理芯片U1的WKUP脚通过电阻R12与单片机芯片U2的2脚GPIO连接,所述电池管理芯片U1的VAO脚通过电阻R13与单片机芯片U2的5脚GPIO连接。

如图3所示,单片机芯片U2的VCC脚与所述电池管理芯片U1输出的3.3V电压连接,3.3V电压与电容C5的一端连接,电容C5的另一端接地。

如图3所示,所述滤波限流模块7包括第一限流电阻R10、第二限流电阻R8、第三滤波电阻R14和第四滤波电容C8,所述第一限流电阻R10的一端与所述唤醒模块3连接即所述第一限流电阻R10的一端与单片机芯片U2的3脚GPIO连接,所述第一限流电阻R10的另一端分别与第三滤波电阻R14的一端、第四滤波电容C8的一端和第二限流电阻R8的一端连接,第三滤波电阻R14的另一端和第四滤波电容C8的另一端接地,第二限流电阻R8的另一端作为所述唤醒模块3的通讯端SDL。电池管理装置10还包括稳压二极管D1,所述稳压二极管D1的阳极分别与所述第一限流电阻R10的另一端和所述第二限流电阻R8的一端连接。

如图3所示,电池管理装置10还包括第一电阻R18和第二电阻R19,第一电阻R18的一端与所述电池管理模块2连接以接收充电信号,第一电阻R18的另一端分别与所述充电开关4的基极G和第二电阻R19的一端连接,所述第二电阻R19的另一端连接与所述充电开关4的源极S和所述负输出极BAT-连接。

在具体实施中,所述充电开关4具体为三极管MOS1,三极管MOS1的源极S与所述第二电阻R19的另一端连接,三极管MOS1的漏极D接地。

也就是说,由于电池组1与所述电池管理模块连接以给电池管理模块2供电,当所述唤醒模块3通过所述通讯端SDL接收到通讯信号时,从休眠状态转成工作状态并输出所述唤醒信号至所述电池管理模块2,所述电池管理模块2被唤醒,所述电池管理模块2输出3.3V的供电电压至所述唤醒模块3给所述通讯端SDL供电,接着当所述被唤醒所述电池管理模块2接收到充电信号时,输出控制信号以控制所述充电开关4闭合,当电池组的正充电极CHARGE+、负充电极CHARGE-连接充电器的CHARGE+、CHARGE-上时,充电器给电池组充电。

本发明实施例的电池管理装置,通过电池组和所述电池管理模块连接,且当所述唤醒模块通过所述通讯端接收到通讯信号时,从休眠状态转成工作状态并输出所述唤醒信号至所述电池管理模块,以使电池管理模块控制所述充电开关闭合,实现了正常情况下充电器对电池组的充电,同样还做到了当充电器与电池组的接触顺序任意变换时,也能唤醒电池管理系统,完成电池组的充电过程,可以弥补充电器的设计缺陷,降低充电器接口的设计成本。

本发明还提供一种实施例的电池充电系统,如图5所示,所述电池充电系统包括上述的电池管理装置10和具有正充电极CHARGE+、负充电极CHARGE-和传输信号端SDL的充电器20,当电池管理装置的正输出极BAT+、负输出极BAT-和通讯端SDL分别一一对应与充电器的正充电极CHARGE+、负充电极CHARGE-和传输信号端SDL连接时,所述充电器20对电池管理装置10中的电池组1进行充电。

如图4所示,所述充电器20包括单片机MCU,单片机MCU第一端作为传输信号端SDL,单片机MCU的第二端连接开关单元,用于控制开关单元的断开和闭合,单片机MCU的第三端接地,单片机MCU的第四端连接降压单元的一端,降压单元的另一端连接在直流电源的一端与充电器20的正充电极CHARGE+,开关单元连接在直流电源的一端与充电器20的正充电极CHARGE+之间;所述充电器20还包括第一分压电阻R1、第二分压电阻R2和第二稳压管D2,第一分压电阻R1的一端连接在开关单元的一端与充电器的正充电极CHARGE+之间,第一分压电阻R1的另一端与第二分压电阻R2的一端连接,第二分压电阻R2的另一端连接在直流电源的另一端与充电器20的负充电极CHARGE-之间,第二稳压管D2的一端与第二分压电阻R2的一端连接,第二稳压管D2的另一端与第二分压电阻R2的另一端连接。也就是说当电池管理装置10插入充电器20时,电池管理装置10通过传输信号端SDL向充电器20发送握手指令,充电器20接收到指令后,回复响应的指令,此时充电器和电池管理装置10通讯成功或握手成功,打开开关单元,为电池组1充电;当电池管理装置10与充电器20分离,充电器20检测不到通讯信号后,就会关闭开关单元。另外当电池组1充满时,电池管理装置10通过其通讯端SDL发送电池包已充满指令,充电器20接受到该指令后,关闭开关单元。

在具体实施中,在正常充电情况下,电池管理装置10的正输出极BAT+、负输出极BAT-和通讯端SDL分别一一对应与充电器20的正充电极CHARGE+、负充电极CHARGE-和传输信号端SDL连接时,此时电池组1通过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2为充电器20的传输信号端SDL提供电压,并产生一个上升脉冲沿信号,该信号同时接入到电池管理装置10的通讯端SDL,电池管理装置10的单片机芯片U2识别到此脉冲沿信号时,就会从休眠状态唤醒,处于工作状态,同时将电池管理芯片U1唤醒,被唤醒的电池管理芯片U1识别到充电信号时就会发出控制信号给CHARGE接口,以闭合三极管MOS1,从而实现充电器20为电池组1充电。

当充电器20与电池组1异常接触充电时,可以分为六种情况接触顺序进行考虑。

第一种接触顺序:电池组1的正输出极BAT+和充电器20的正充电极CHARGE+先连接,再连接电池管理装置10的通讯端SDL和充电器20的传输信号端SDL,最后接电池组1的负输出极BAT-和充电器20的负充电极CHARGE-。当电池组1的正输出极BAT+和充电器20的正充电极CHARGE+接触时,通讯信号处于低电平,没有上升沿信号,电池管理装置10系统处于休眠状态,充电MOS1断开;当电池管理装置10的通讯端SDL和充电器20的传输信号端SDL相连时,通讯信号变为高电平,产生脉冲上升沿信号,唤醒电池管理装置10,充电器20和电池管理装置10建立起通信,闭合充电MOS1;当电池组1的负输出极BAT-和充电器20的负充电极CHARGE-最后接触时,充电器20立即为电池组1充电。

第二种接触顺序:电池组1的正输出极BAT+和充电器20的正充电极CHARGE+先连接,再接电池组1的负输出极BAT-和充电器20的负充电极CHARGE-,最后接电池管理装置10的通讯端SDL和充电器20的传输信号端SDL。当电池组1的正输出极BAT+和充电器20的正充电极CHARGE+接触时,通讯信号处于低电平,没有上升沿信号,电池管理装置10处于休眠状态,充电MOS1断开;当电池组1的负输出极BAT-和充电器20的负充电极CHARGE-接触时,由于充电器20和电池管理装置10未建立起通信,充电MOS1仍处于关闭状态,充电器20暂不会为电池组1充电;当电池管理装置10的通讯端SDL和充电器20的传输信号端SDL最后相连时,通讯信号变为高电平,产生脉冲上升沿信号,唤醒电池管理装置10,充电器20和电池管理装置10建立起通信,闭合充电MOS1,充电器立即为电池组充电。

第三种接触顺序:先接电池管理装置10的通讯端SDL和充电器20的传输信号端SDL,再接电池组1的正输出极BAT+和充电器20的正充电极CHARGE+,最后接电池组1的负输出极BAT-和充电器20的负充电极CHARGE-。当电池管理装置10的通讯端SDL和充电器20的传输信号端SDL先连接时,由于没有供电来源,通讯信号处于低电平,没有上升沿信号,电池管理装置10处于休眠状态,充电MOS1断开;当电池组1的正输出极BAT+和充电器20的正充电极CHARGE+接触时,正输出极BAT+给电池管理装置10的通讯端SDL提供电压,通讯信号变为高电平,产生脉冲上升沿信号,电池管理装置10,充电器20和电池管理装置10建立起通信,闭合充电MOS1;当电池组1的负输出极BAT-和充电器20的负充电极CHARGE-最后接触时,充电器20立即为电池组1充电。

第四种接触顺序:先接电池管理装置10的通讯端SDL和充电器20的传输信号端SDL,再接电池组1的负输出极BAT-和充电器20的负充电极CHARGE-,最后接电池组1的正输出极BAT+和充电器20的正充电极CHARGE+。当电池管理装置10的通讯端SDL和充电器20的传输信号端SDL先连接时,由于没有供电来源,通讯信号处于低电平,没有上升沿信号,电池管理装置10处于休眠状态,充电MOS1断开;当电池组1的负输出极BAT-和充电器20的负充电极CHARGE-接触时,由于充电MOS1仍处于关闭状态,充电器20暂不会为电池组充电;当电池组1的正输出极BAT+和充电器20的正充电极CHARGE+最后接触时,电池组1的正输出极BAT+为电池管理装置10的通讯端SDL提供电压,通讯信号变为高电平,产生脉冲上升沿信号,唤醒电池管理装置10,充电器20和电池管理装置10建立起通信,闭合充电MOS1,充电器20立即为电池组1充电。

第五种接触顺序:先接电池组1的负输出极BAT-和充电器20的负充电极CHARGE-,再接电池组1的正输出极BAT+和充电器20的正充电极CHARGE+,最后接电池管理装置10的通讯端SDL和充电器20的传输信号端SDL。当电池组1的负输出极BAT-和充电器20的负充电极CHARGE-接触时,由于充电MOS1仍处于关闭状态,充电器20暂不会为电池组充电;当电池组1的正输出极BAT+和充电器20的正充电极CHARGE+接触时,通讯信号处于低电平,没有上升沿信号,电池管理装置10处于休眠状态,充电MOS1断开;当电池管理装置10的通讯端SDL和充电器20的传输信号端SDL最后相连时,电池组1的正输出极BAT+为电池管理装置10的通讯端SDL提供电压,通讯信号变为高电平,产生脉冲上升沿信号,唤醒电池管理装置10,充电器20和电池管理装置10建立起通信,闭合充电MOS1,充电器20立即为电池组1充电。

第六种接触顺序:先接电池组1的负输出极BAT-和充电器20的负充电极CHARGE-,再接电池管理装置10的通讯端SDL和充电器20的传输信号端SDL;最后接电池组1的正输出极BAT+和充电器20的正充电极CHARGE+。当电池组1的负输出极BAT-和充电器20的负充电极CHARGE-接触时,由于充电MOS1仍处于关闭状态,充电器20暂不会为电池组1充电;当电池管理装置10的通讯端SDL和充电器20的传输信号端SDL相连时,由于没有供电来源,通讯信号处于低电平,没有上升沿信号,电池管理装置10处于休眠状态,充电MOS1断开;当电池组1的正输出极BAT+和充电器20的正充电极CHARGE+最后接触时,电池组1的正输出极BAT+为电池管理装置10的通讯端SDL提供电压,通讯信号变为高电平,产生脉冲上升沿信号,唤醒电池管理装置10,充电器20和电池管理装置10建立起通信,闭合充电MOS1,充电器20立即为电池组1充电。

综上所述,在本发明实施方式中,不论充电器20与电池组1接触的先后顺序如何,最终都能唤醒电池管理装置10,从而完成充电器20对电池组1的充电过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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