电池管理系统的制作方法

本实用新型涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种应用于电动汽车的电池管理系统。

背景技术：

目前，电动汽车的BMS(Battery Management System，电池管理系统)普遍没有低功耗模式，因此，BMS的主控模块无法接常电。当不使用电动汽车时，BMS的主控模块断电不工作，电动汽车的电池包处于失控状态。当电动汽车长期不使用时，电池包长期处于失控状态，容易引发安全事故。

鉴于以上内容，实有必要提供一种新型的电池管理系统以克服以上缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种低功耗且具有自动唤醒功能的电池管理系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种电池管理系统，所述电池管理系统包括主控模块及给所述主控模块供电的供电电路，所述主控模块包括微控制单元，所述供电电路包括开关模块、第一电压转换模块及第二电压转换模块，所述第一电压转换模块与所述主控模块相连，并通过所述开关模块与外接电源相连，所述第二电压转换模块与所述外接电源及所述微控制单元相连，所述微控制单元与所述开关模块相连，所述第一电压转换模块将所述外接电源的电压转换成所述主控模块所需的多路电压，并为所述主控模块供电，所述第二电压转换模块将所述外接电源的电压转换成所述微控制单元所需的电压，并为所述微控制单元供电，当所述微控制单元没有接收到充电信号、放电信号及唤醒信号时，所述微控制单元控制所述开关模块断开，所述外接电源不给所述第一电压转换模块供电，所述第一电压转换模块不给所述主控模块供电，所述微控制单元进入休眠状态，当所述微控制单元接收到所述充电信号、所述放电信号或所述唤醒信号时，所述微控制单元控制所述开关模块闭合，所述外接电源通过所述开关模块给所述第一电压转换模块供电，所述第一电压转换模块给所述主控模块供电。

进一步地，所述开关模块包括第一光耦合器及第一电子开关，所述第一光耦合器包括第一发光元件及第一受光元件，所述第一发光元件的第一端与所述微控制单元相连，以接收所述微控制单元输出的控制信号，所述第一发光元件的第二端通过第一电阻接地，所述第一受光元件的第一端与所述第一电子开关的第一端相连，并通过第二电阻与所述外接电源的正极相连，所述第一受光元件的第二端通过第三电阻与所述外接电源的负极相连，所述第一电子开关的第二端与所述第一电压转换模块相连，所述第一电子开关的第三端与所述外接电源的正极相连，当所述微控制单元控制所述第一发光元件发光时，所述第一受光元件导通，所述第一电子开关导通，所述外接电源通过所述第一电子开关给所述第一电压转换模块供电。

进一步地，所述第一发光元件为发光二极管，所述第一发光元件的第一端及第二端分别对应所述发光二极管的阳极及阴极，所述第一受光元件为光敏三极管，所述第一受光元件的第一端及第二端分别对应所述光敏三极管的集电极及发射极。

进一步地，所述第一电子开关为PMOS场效应管，所述第一电子开关的第一端、第二端及第三端分别对应PMOS场效应管的栅极、漏极及源极。

进一步地，所述第一电压转换模块包括变压器及整流单元，所述变压器包括初级线圈及次级线圈，所述整流单元包括第一二极管，所述初级线圈的第一端与所述第一电子开关的第二端相连，所述初级线圈的第二端与所述外接电源的负极相连，所述次级线圈的第一端与所述第一二极管的阳极相连，所述次级线圈的第二端与所述主控模块相连，所述第一二极管的阴极与所述主控模块相连。

进一步地，所述整流单元还包括第一电容及第四电阻，所述第一电容及所述第四电阻并联在所述第一二极管的阴极及所述次级线圈的第二端之间。

进一步地，所述第一电压转换模块还包括控制芯片、反馈单元及第二电子开关，所述控制芯片与所述开关模块、所述反馈单元及所述第二电子开关相连，所述初级线圈的第二端通过所述第二电子开关与所述外接电源的负极相连，所述控制芯片根据接收到的所述开关模块输出的信号以及所述反馈单元反馈的信号来控制所述第二电子开关的导通及截止频率。

进一步地，所述反馈单元包括第二光耦合器及三端稳压器，所述第二光耦合器包括第二发光元件及第二受光元件，所述第二发光元件的第一端通过第五电阻与所述第一二极管的阴极相连，所述第二发光元件的第二端与所述三端稳压器的阴极相连，所述三端稳压器的阳极与所述次级线圈的第二端相连，所述三端稳压器的参考端通过第六电阻与所述第一二极管的阴极相连，并通过第七电阻与所述次级线圈的第二端相连，所述第二受光元件的第一端通过第八电阻与第一电源相连，并通过第二电容与所述外接电源的负极相连，所述第二受光元件的第二端与所述外接电源的负极相连，并通过第九电阻与所述控制芯片相连。

进一步地，所述控制芯片包括输入引脚、反馈引脚及输出引脚，所述输入引脚与所述开关模块相连，所述反馈引脚通过所述第九电阻与所述第二受光元件的第二端相连，所述输出引脚通过第十电阻与所述第二电子开关的第一端相连，并通过第十一电阻与所述外接电源的负极相连，所述第二电子开关的第二端与所述初级线圈的第二端相连，所述第二电子开关的第三端与所述反馈引脚相连，所述输出引脚输出脉冲宽度调制信号控制所述第二电子开关的导通及截止，所述控制芯片通过调整所述输出引脚输出的脉冲宽度调制信号的占空比来控制所述第二电子开关的导通及截止频率。

进一步地，所述第一电压转换模块还包括第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第一二极管的阴极相连，所述第二二极管的阴极与所述主控模块相连。

相比于现有技术，本实用新型通过所述微控制单元在没有接收到充电信号、放电信号及唤醒信号时，控制所述开关模块断开，从而控制所述第一电压转换模块停止给所述主控模块供电；并通过所述微控制单元在接收到唤醒信号时，控制所述开关模块闭合，从而控制所述第一电压转换模块给所述主控模块供电，以使所述电池管理系统具有低功耗及自动唤醒的功能，进而使所述电池管理系统在电动汽车处于长期静置状态时，可以定时地自动唤醒，并定期地对所述电池包的状态进行监控，且将监控到的数据通过通讯模块发送给远程监控端，以确保所述电动汽车的安全。

另外，本实用新型还通过所述第一光耦合器及所述第二光耦合器对所述变压器的原边及副边进行电气隔离，从而提高了所述电池管理系统中信号的稳定性、抗干扰能力及精确度。本实用新型还通过设置所述第二二极管来防止电压倒灌。

【附图说明】

图1为本实用新型的实施例提供的电池管理系统10的原理框图。

图2为图1中开关模块210的电路图。

图3为图1中第一电压转换模块230的电路图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

当一个元件被认为与另一个元件“相连”时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参阅图1，图1为本实用新型的实施例提供的电池管理系统10的原理框图。所述电池管理系统10包括主控模块100及给所述主控模块100供电的供电电路200。所述主控模块100包括MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)120。所述供电电路200包括开关模块210、第一电压转换模块230及第二电压转换模块250。所述第一电压转换模块230与所述主控模块100相连，并通过所述开关模块210与外接电源260相连。所述第二电压转换模块250与所述外接电源260及所述MCU 120相连，所述MCU 120与所述开关模块210相连。

所述第一电压转换模块230将所述外接电源260的电压转换成所述主控模块100所需的多路电压，并为所述主控模块100供电。所述第二电压转换模块250将所述外接电源260的电压转换成所述MCU 120所需的电压，并为所述MCU 120供电。当所述MCU 120没有接收到充电信号、放电信号及唤醒信号时，所述MCU 120控制所述开关模块210断开，所述外接电源260不给所述第一电压转换模块230供电，所述第一电压转换模块230不给所述主控模块100供电，所述MCU 120进入休眠状态。当所述MCU 120接收到所述充电信号、所述放电信号或所述唤醒信号时，所述MCU 120控制所述开关模块210闭合，所述外接电源260通过所述开关模块210给所述第一电压转换模块230供电，所述第一电压转换模块230给所述主控模块100供电。

请参阅图2，图2为本实用新型的实施例提供的开关模块210的电路图。所述开关模块210包括第一光耦合器216及第一电子开关Q1。所述第一光耦合器216包括第一发光元件E1及第一受光元件P1。所述第一发光元件E1的第一端与所述MCU 120相连，以接收所述MCU 120输出的控制信号，所述第一发光元件E1的第二端通过第一电阻R1接地。所述第一受光元件P1的第一端与所述第一电子开关Q1的第一端相连，并通过第二电阻R2与所述外接电源260的正极Vin+相连。所述第一受光元件P1的第二端通过第三电阻R3与所述外接电源260的负极Vin-相连。所述第一电子开关Q1的第二端与所述第一电压转换模块230相连，所述第一电子开关Q1的第三端与所述外接电源260的正极Vin+相连。当所述MCU 120控制所述第一发光元件E1发光时，所述第一受光元件P1导通，所述第一电子开关Q1导通，所述外接电源260通过所述第一电子开关Q1给所述第一电压转换模块230供电。

在本实施方式中，所述第一发光元件E1为发光二极管，所述第一发光元件E1的第一端及第二端分别对应所述发光二极管的阳极及阴极。所述第一受光元件P1为光敏三极管，所述第一受光元件P1的第一端及第二端分别对应所述光敏三极管的集电极及发射极。

在本实施方式中，所述第一电子开关Q1为PMOS场效应管，所述第一电子开关Q1的第一端、第二端及第三端分别对应PMOS场效应管的栅极、漏极及源极。在其它实施方式中，所述第一电子开关Q1可为具有类似功能的其它开关，如PNP型三极管及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等。

请参阅图3，图3为本实用新型的实施例提供的第一电压转换模块230的电路图。所述第一电压转换模块230包括变压器T1及整流单元231，所述变压器T1包括初级线圈L1及次级线圈L2，所述整流单元231包括第一二极管D1。所述初级线圈L1的第一端与所述第一电子开关Q1的第二端相连，所述初级线圈L1的第二端与所述外接电源260的负极Vin-相连。所述次级线圈L2的第一端与所述第一二极管D1的阳极相连，所述次级线圈L2的第二端与所述主控模块100相连。所述第一二极管D1的阴极与所述主控模块100相连。在本实施方式中，所述第一二极管D1用于将所述变压器T1输出的交流电整流为直流电。

在本实施方式中，所述整流单元231还包括第一电容C1及第四电阻R4，所述第一电容C1及所述第四电阻R4并联在所述第一二极管D1的阴极及所述次级线圈L2的第二端之间。

所述第一电压转换模块230还包括第二二极管D2，所述第二二极管D2的阳极与所述第一二极管D1的阴极相连，所述第二二极管D2的阴极与所述主控模块100相连。在本实施方式中，所述第二二极管D2用于防止电压倒灌。

所述第一电压转换模块230还包括控制芯片U1、反馈单元233及第二电子开关Q2。所述控制芯片U1与所述开关模块210、所述反馈单元233及所述第二电子开关Q2相连。所述初级线圈L1的第二端通过所述第二电子开关Q2与所述外接电源260的负极Vin-相连，所述控制芯片U1根据接收到的所述开关模块210输出的信号以及所述反馈单元233反馈的信号来控制所述第二电子开关Q2的导通及截止频率。

在本实施方式中，所述第二电子开关Q2为NMOS场效应管，所述第二电子开关Q2的第一端、第二端及第三端分别对应所述NMOS场效应管的栅极、漏极及源极。在其它实施方式中，所述第二电子开关Q2可为具有类似功能的其它开关，如NPN型三极管及IGBT等。

所述反馈单元233包括第二光耦合器235及三端稳压器Q3。所述第二光耦合器235包括第二发光元件E2及第二受光元件P2。所述第二发光元件E2的第一端通过第五电阻R5与所述第一二极管D1的阴极相连，所述第二发光元件E2的第二端与所述三端稳压器Q3的阴极相连。所述三端稳压器Q3的阳极与所述次级线圈L2的第二端相连，所述三端稳压器Q3的参考端通过第六电阻R6与所述第一二极管D1的阴极相连，并通过第七电阻R7与所述次级线圈L2的第二端相连。所述第二受光元件P2的第一端通过第八电阻R8与第一电源V1相连，并通过第二电容C2与所述外接电源260的负极Vin-相连。所述第二受光元件P2的第二端与所述外接电源260的负极Vin-相连，并通过第九电阻R9与所述控制芯片U1相连。

在本实施方式中，所述第二发光元件E2为发光二极管，所述第二发光元件E2的第一端及第二端分别对应所述发光二极管的阳极及阴极，所述第二受光元件P2为光敏三极管，所述第二受光元件P2的第一端及第二端分别对应所述光敏三极管的集电极及发射极。

所述控制芯片U1包括输入引脚VIN、反馈引脚CS及输出引脚OUT。所述输入引脚VIN与所述开关模块210相连，所述反馈引脚CS通过所述第九电阻R9与所述第二受光元件P2的第二端相连。所述输出引脚OUT通过第十电阻R10与所述第二电子开关Q2的第一端相连，并通过第十一电阻R11与所述外接电源260的负极Vin-相连。所述第二电子开关Q2的第二端与所述初级线圈L1的第二端相连，所述第二电子开关Q2的第三端与所述反馈引脚CS相连。所述输出引脚OUT输出脉冲宽度调制信号控制所述第二电子开关Q2的导通及截止，所述控制芯片U1通过调整所述输出引脚OUT输出的脉冲宽度调制信号的占空比来控制所述第二电子开关Q2的导通及截止频率。

在本实施方式中，所述控制芯片U1还包括欠压保护引脚UVLO、定时电阻引脚RT、电源引脚VCC及接地引脚GND。所述欠压保护引脚UVLO通过第十二电阻R12与所述输入引脚VIN相连，并通过第十三电阻R13与所述外接电源260的负极Vin-相连。所述定时电阻引脚RT通过第十四电阻R14与所述外接电源260的负极Vin-相连。所述电源引脚VCC与所述第一电源V1相连，所述接地引脚GND与所述外接电源260的负极Vin-相连。

在本实施方式中，所述第二电压转换模块250的电路结构与所述第一电压转换模块230的电路结构类似，在此不再赘述。所述第二电压转换模块250与所述第一电压转换模块230的区别在于：所述第二电压转换模块250中的变压器T1的初级线圈L1的第一端与所述外接电源260的正极Vin+相连。

下面将对本实用新型电池管理系统10的工作原理进行说明。

当所述MCU 120接收到充电信号、放电信号或唤醒信号时，所述MCU 120控制发出控制信号控制所述第一发光元件E1发光，所述第一受光元件P1导通，所述第一电子开关Q1导通，所述外接电源260的正极Vin+通过所述第一电子开关Q1给所述变压器T1供电。所述整流单元231将所述变压器T1输出的交流电整流为直流电，并将所述直流电输出给所述主控模块100，所述主控模块100中的所有电子元件工作，从而监控电动汽车中电池包的状态。

所述反馈单元233将所述整流单元231输出的电压反馈给所述控制芯片U1，所述控制芯片U1根据接收到的反馈信号，调整输出给所述第二电子开关Q2的脉冲宽度调制信号的占空比，从而调整所述变压器T1输出的交流电的电压，进而调整所述整流单元231输出的电压。由此可知，所述反馈单元233及所述控制芯片U1是用于根据所述整流单元231输出的反馈电压来调整所述变压器T1的输入电压，从而使所述第一电压转换模块230输出的电压的精确度更高，更能满足所述主控模块100的电压需求。

当所述MCU 120没有接收到充电信号、放电信号及唤醒信号时，所述MCU 120控制发出控制信号控制所述第一发光元件E1不发光，所述第一受光元件P1截止，所述第一电子开关Q1截止，所述外接电源260的正极Vin+不能通过所述第一电子开关Q1给所述变压器T1供电，所述变压器T1无输出，所述整流单元231不给所述主控模块100供电。所述第二电压转换模块250一直给所述MCU 120供电，所述主控模块100中除了所述MCU 120之外的电子元件均不工作，所述MCU 120进入休眠状态，从而进一步节省电能。

当所述MCU 120接收所述唤醒信号时，所述MCU 120唤醒，并控制所述开关模块210闭合，所述第一电压转换模块230给所述主控模块100供电，从而使所述电池管理系统10在所述电动汽车处于长期静置状态时，可以定时地自动唤醒，并定期地对所述电池包的状态进行监控，且将监控到的数据通过通讯模块发送给远程监控端，以确保所述电动汽车的安全。

可以理解，所述唤醒信号可以由电动汽车中的定时唤醒模块发出，所述定时唤醒模块包括实现定时唤醒功能的硬体电路及/或软体程序。

可以理解，当需要对电动汽车的电池包进行充电时，所述电池管理系统10需要监控所述电池包的状态，所述MCU 120接收到充电信号。当电动汽车处于运行状态时，所述电池包放电，所述电池管理系统10需要监控所述电池包的状态，所述MCU 120接收到充电信号。当所述MCU 120没有接收充电信号及放电信号时，表明所述电动汽车处于静置状态，所述电池管理系统10不需一直监控所述电池包的状态，只需定时监控所述电池包的状态即可，因此，所述主控模块100不需要一直处于工作状态消耗电能，只需定时处于工作状态，从而节省电能，实现了低功耗的功能。

本实用新型通过所述MCU 120在没有接收到充电信号、放电信号及唤醒信号时，控制所述开关模块210断开，从而控制所述第一电压转换模块230停止给所述主控模块100供电；并通过所述MCU 120在接收到唤醒信号时，控制所述开关模块210闭合，从而控制所述第一电压转换模块230给所述主控模块100供电，以使所述电池管理系统10具有低功耗及自动唤醒的功能，进而使所述电池管理系统10在电动汽车处于长期静置状态时，可以定时地自动唤醒，并定期地对所述电池包的状态进行监控，且将监控到的数据通过通讯模块发送给远程监控端，以确保所述电动汽车的安全。

另外，本实用新型还通过所述第一光耦合器216及所述第二光耦合器235对所述变压器T1的原边及副边进行电气隔离，从而提高了所述电池管理系统10中信号的稳定性、抗干扰能力及精确度。本实用新型还通过设置所述第二二极管D2来防止电压倒灌。

本实用新型并不仅仅限于说明书和实施例中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本实用新型并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。