用于车辆电池的唤醒电路和包括该电路的电池管理系统的制作方法

1.本发明涉及车辆电池技术领域，更具体地，本发明涉及一种用于车辆电池的唤醒电路，和一种包括该唤醒电路的电池管理系统。


背景技术：

2.随着新能源技术的发展，传统的燃油车逐渐被新能源车辆取代。对于新能源车辆，例如，电动车辆和混合动力车辆，需要借助充电桩对车辆内部的电池包进行充电。
3.在对车辆电池包进行充电的过程中，需要借助唤醒电路来唤醒电池管理系统(battery management system，简称“bms”)以智能化监控和管理电池包中的各个电池单元，防止出现过充电而损坏电池包，从而延长电池包的使用寿命。
4.传统的唤醒电路基于车辆充电枪与充电桩对接时所产生的插枪信号来来唤醒bms系统。然而，这种传统的唤醒电路至少存在功耗大、使用场景有限、只能应用于持续电平输入信号场合而有较大局限性、唤醒电路待机功耗大不满足客户对待机低功耗的要求、当外部低电平信号消失时极易造成设备误判断导致系统不稳定等缺陷之一。


技术实现要素：

5.有鉴于此，根据本发明的第一方面，提出了一种用于车辆电池的唤醒电路，用于在车辆电池连接至外部充电桩时唤醒车辆的电池管理系统，该唤醒电路包括：
6.电源模块，所述电源模块用于向所述唤醒电路供电；
7.输入引脚，所述输入引脚连接至外部充电桩，用于接收来自外部充电桩的插枪信号；
8.输出引脚，所述输出引脚连接至车辆的电池管理系统，用于在车辆电池连接至外部充电桩时向电池管理系统输出唤醒信号；
9.触发模块，所述触发模块包括供电端、输入端和输出端，所述触发模块的供电端连接至所述电源模块，所述触发模块的输入端连接至所述输入引脚；以及
10.自锁模块，所述自锁模块包括控制端、输入端和输出端，所述自锁模块的控制端连接至所述触发模块的输出端，所述自锁模块的输入端连接至所述电源模块，所述自锁模块的输出端连接至所述输出引脚，
11.其中，所述触发模块配置为当从所述输入引脚接收到插枪信号时向所述自锁模块输出触发信号，所述自锁模块配置为当接收到所述触发信号时接通所述电源模块与所述输出引脚之间的电流通路，以向车辆的电池管理系统持续输出稳定的唤醒信号。
12.根据一可选的实施例，该唤醒电路还包括：复位模块，所述复位模块连接至车辆控制单元，以在所述车辆控制单元的控制下向所述自锁模块输出复位信号，
13.其中，所述自锁模块还配置为当接收到来自所述复位模块的复位信号时，所述车辆控制单元控制所述电池管理系统进入休眠状态。
14.根据一可选的实施例，所述触发模块包括第一开关管、第一电阻、第二电阻以及第
三电阻，
15.其中，所述第一电阻和所述第二电阻在所述第一开关管的控制端与所述电源模块之间串联连接，所述第一电阻和所述第二电阻之间的节点连接至所述输入引脚，所述第一开关管的输入端连接至所述电源模块，所述第一开关管的输出端连接至所述第三电阻的第一端和所述自锁模块的控制端，所述第三电阻的第二端接地。
16.根据一可选的实施例，所述自锁模块包括第二开关管、第三开关管、第四电阻、第五电阻，所述第二开关管的控制端连接至所述触发模块的输出端，所述第二开关管的输入端经由所述第五电阻连接至所述第三开关管的控制端，所述第二开关管的输出端接地，所述第三开关管的输入端连接至所述电源模块，所述第三开关管的输出端连接至所述输出引脚并且连接至所述第二开关管的控制端，所述第四电阻连接在所述第三开关管的输入端与控制端之间。
17.根据一可选的实施例，所述触发模块还包括第一电容，所述第一电容连接在所述第一开关管的输出端与所述自锁模块的控制端之间。
18.根据一可选的实施例，所述触发模块还包括在所述第一开关管的输出端与所述自锁模块的控制端之间依次串联连接的第一电容、第六电阻以及第一二极管，其中，所述第一二极管的负极连接至所述自锁模块的控制端。
19.根据一可选的实施例，所述自锁模块还包括第二二极管和第七电阻，所述第二二极管的正极连接至所述第三开关管的输出端，所述第二二极管的负极连接至所述第七电阻的第一端，所述第七电阻的第二端连接至所述第二开关管的控制端。
20.根据一可选的实施例，所述自锁模块还包括以下电路元器件中的至少一者：
21.第二电容，所述第二电容连接在所述第三开关管的输入端与控制端之间；
22.第三电容，所述第三电容连接在所述第二开关管的控制端与输出端之间；
23.第八电阻，所述第八电阻连接在所述第二开关管的控制端与接地端之间；以及
24.第三二极管，所述第三二极管的正极连接至所述第二开关管的输出端，所述第三二极管的负极连接至所述第二开关管的控制端。
25.根据一可选的实施例，该唤醒电路还包括：
26.根据一可选的实施例，所述复位模块包括连接至车辆控制单元的输入端和连接至所述自锁模块的输出端，
27.其中，所述自锁模块还配置为当接收到来自所述复位模块的复位信号时断开所述电源模块与所述输出引脚之间的电流通路，以使所述唤醒电路进行复位。
28.根据一可选的实施例，所述复位模块包括第四开关管、第九电阻、第十电阻、第四电容，所述第四开关管的控制端经由所述第九电阻连接至所述复位模块的输入端，所述第四开关管的输入端连接至所述自锁模块的控制端，所述第四开关管的输出端接地，所述第十电阻的第一端连接至所述复位模块的输入端，所述第十电阻的第二端接地，所述第四电容连接在所述第四开关管的控制端与输出端之间。
29.根据本发明的第二方面，还提出了一种电池管理系统，该电池管理系统包括：
30.如上所述的唤醒电路。
31.根据本发明的用于车辆电池的唤醒电路能够实现以下优点中的至少一者：
32.–
本发明的唤醒电路在车辆充电枪处于连接状态时可实现控制bms系统进入休眠
状态，相比于传统的唤醒电路而言，节省了功耗，优化和提高了整车的节能效率，另外，整个唤醒电路的待机功耗较低，从而满足车辆整体的低功耗要求；
33.–
本发明的唤醒电路能够同时适应脉冲电平信号和持续电平信号两种输入信号的触发，避免了bms系统的误操作、不稳定性和造成设备误判断，提高了系统的稳定性，也拓展了使用场景；
34.–
避免了外界emi噪音影响唤醒电路。
附图说明
35.通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以说明。
36.图1示出了用于车辆电池的传统的唤醒电路的电路结构图。
37.图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆电池的唤醒电路的电路结构图。
38.图3示出了根据本发明的另一示例性实施例的用于车辆电池的唤醒电路的电路结构图。
具体实施方式
39.下面将参照附图并通过实施例来描述根据本发明的用于车辆电池的唤醒电路。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的各个方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定。
40.传统的唤醒电路基于充电桩的插枪输入信号中的低电平脉冲来向bms系统提供唤醒信号。图1示出了传统的唤醒电路的电路结构图，该唤醒电路由两个电阻r1’、r2’和三极管q1’构成。
41.当借助充电桩对车辆电池充电时，电路的输入引脚intput处出现低电平脉冲，三极管q1’导通，三极管的集电极输出高电平，即，在电路的输出引脚处提供高电平的唤醒信号wake up，从而唤醒bms。
42.然而，当输入端的低电平脉冲消失时，三极管q1’关闭，此时由唤醒电路提供的唤醒信号随之消失，这极易造成对bms系统的控制的误操作和不稳定性。因此，这种传统的唤醒电路的使用场景存在较大的局限性，其仅适用于插枪输入信号为持续电平/连续电平的场景，而不适用于脉冲信号。此外，这种传统的唤醒电路的输出唤醒信号与充电枪完全同步，因此在车辆的充电接口/充电枪与外部充电桩连接时，bms系统被强制唤醒而无法进入休眠状态。此时，唤醒电路中的电路元器件(例如三极管q1’)在连续工作时功耗较大，导致了唤醒电路待机时功耗增加，因而无法满足客户市场对整车能耗和效率的要求。
43.本发明的目的在于设计一种在充电桩与车辆连接时能够使bms系统随时进入休眠状态的超低功耗唤醒电路，用于在车辆电池连接至外部充电桩时唤醒车辆的电池管理系统(简称“bms”)。图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于车辆电池的唤醒电路的电
路结构图。
44.如图2中所示，该唤醒电路主要包括电源模块vcc、输入引脚ipput、输出引脚output、触发模块10以及自锁模块20。
45.电源模块vcc用于向唤醒电路供电，其例如可以向唤醒电路提供12v的稳定电压。
46.输入引脚ipput可连接至外部充电桩，用于接收来自外部充电桩的插枪信号，该插枪信号既可以是持续电平信号，也可以是脉冲电平信号。输出引脚output连接至车辆的bms，用于在车辆电池连接至外部充电桩时向bms输出唤醒信号，以唤醒/启动bms的各项电池管理功能。
47.触发模块10包括供电端、输入端和输出端，其供电端连接至电源模块vcc，其输入端连接至输入引脚ipput。自锁模块20包括控制端、输入端和输出端，其控制端连接至触发模块的输出端，其输入端连接至电源模块vcc，其输出端连接至输出引脚output，
48.当从输入引脚ipput接收到插枪信号时，触发模块10可向自锁模块20输出触发信号，自锁模块20在接收到触发信号时可接通电源模块vcc与输出引脚output之间的电流通路，以向车辆的电池管理系统持续输出稳定的唤醒信号直至收到来自上层控制器(例如，车辆控制单元ecu)的解锁请求。
49.具体地，触发模块10可包括第一开关管q1、第一电阻r1、第二电阻r2以及第三电阻r3。在本文的实施例中，第一开关管q1选用低功耗的p沟道mosfet。
50.其中，第一电阻r1和第二电阻r2在第一开关管q1的控制端(即，p沟道mos管的栅极)与电源模块vcc之间串联连接，第一电阻r1和第二电阻r2之间的节点连接至输入引脚ipput，第一开关管q1的输入端(即，p沟道mos管的源极)连接至电源模块vcc，第一开关管q1的输出端(即，p沟道mos管的漏极)连接至第三电阻r3的第一端和自锁模块的控制端，第三电阻r3的第二端接地。
51.作为一个可选示例(如图2中所示)，在第一开关管q1的输出端与自锁模块的控制端之间还可设置第一电容c1，其例如可以是隔直电容，因此可以避免外界emi噪音影响唤醒电路。
52.作为另一个可选示例(如图3中所示)，在第一开关管q1的输出端与自锁模块的控制端之间还可依次串联连接有第一电容c1、第六电阻r6以及第一二极管d1，其中，第一二极管d1的负极连接至自锁模块的控制端。
53.自锁模块20可包括第二开关管q2、第三开关管q3、第四电阻r4、第五电阻r5。在本文的实施例中，第二开关管q2选用低功耗的n沟道mosfet，而第三开关管q3选用低功耗的p沟道mosfet。
54.其中，第二开关管q2的控制端(即，n沟道mos管的栅极)连接至触发模块10的输出端，第二开关管q2的输入端(即，n沟道mos管的漏极)经由第五电阻r5连接至第三开关管q3的控制端(即，p沟道mos管的栅极)，第二开关管q2的输出端(即，n沟道mos管的源极)接地，第三开关管q3的输入端(即，p沟道mos管的源极)连接至电源模块vcc，第三开关管q3的输出端(即，p沟道mos管的漏极)连接至输出引脚output并且连接至第二开关管q2的控制端，第四电阻r4连接在第三开关管q3的输入端与控制端之间。
55.作为一可选示例(如图3中所示)，自锁模块20还包括第二二极管d2和第七电阻r7，第二二极管d2的正极连接至第三开关管q3的输出端，第二二极管d2的负极连接至第七电阻
r7的第一端，第七电阻r7的第二端连接至第二开关管q2的控制端。
56.作为一可选示例(如图3中所示),自锁模块20还包括以下电路元器件中的至少一者：第二电容c2，其连接在第三开关管q3的输入端与控制端之间；第三电容c3，其连接在第二开关管q2的控制端与输出端之间；第八电阻r8，其连接在第二开关管q2的控制端与接地端之间；以及第三二极管d3，其正极连接至第二开关管q2的输出端，第三二极管的负极连接至第二开关管q2的控制端。
57.作为一可选示例(如图2中所示)，在根据本发明的唤醒电路的输入引脚input与触发模块10的输入端之间还可设置一反向二极管d4，用于防止保护唤醒电路免受外部反向电流的冲击。
58.图3示出了根据本发明的另一示例性实施例的用于车辆电池的唤醒电路的电路结构图。与图2中的实施例相比，除了上文已提及的区别以外，图3中的实施例的一个重要区别在于可包括额外的复位模块30。该复位模块30包括连接至车辆控制单元ecu的输入端和连接至自锁模块20的输出端，用于根据车辆控制单元向自锁模块20提供复位信号，举例来说，在车辆充电枪处于连接状态时(插枪)，车辆控制单元向自锁模块20输出复位信号。
59.其中，自锁模块20还配置为当接收到来自复位模块30的复位信号时断开电源模块vcc与输出引脚output之间的电流通路，以使自锁模块20解锁，从而使唤醒电路进行复位，此时ecu控制车辆bms进入休眠状态。
60.具体而言，复位模块30包括第四开关管q4、第九电阻r9、第十电阻r10、第四电容c4，第四开关管q4的控制端经由第九电阻r9连接至复位模块的输入端，第四开关管q4的输入端连接至自锁模块20的控制端，第四开关管q4的输出端接地，第十电阻r10的第一端连接至复位模块的输入端，第十电阻r10的第二端接地，第四电容c4连接在第四开关管q4的控制端与输出端之间。
61.在本文中，假设电源模块vcc可向唤醒电路提供例如12v的电平。在此前提下，下面参照图2和图3来描述该唤醒电路的工作过程。
62.当未对车辆电池充电时，开关管q1的源极被钳位至高电位，q1截止，此时自锁模块中的q2、q3也保持截止，因而无法将电源模块vcc提供的12v电平接通至输出引脚output。
63.当将车辆充电枪连接至外部充电桩时，在唤醒电路的输入引脚input处提供低电平的脉冲信号或持续的低电平信号，在低电平脉冲出现的瞬间mos管q1导通，并且将电源模块vcc的12v电平通过电容器c1输入至mos管q2，从而使q2导通。在q2导通后，mos管q3的栅极被下拉至低电位，使得q3导通，从而在输出引脚output处提供高电平唤醒信号。当q3导通时，由q3输出的高电平又被反馈至q2的栅极，从而形成单稳态自锁电路。这种单稳态自锁电路确保了在输出引脚output处可向车辆电池、尤其是bms系统持续提供稳定的高电平唤醒信号，以保持bms系统的运行。
64.当客户希望车辆电池进入休眠状态时，可通过ecu发送解锁信号，以使复位模块30中的三极管q4接通，此时自锁模块20中的mos管q1的栅极被下拉至低电平，q1截止，同时q3的栅极被电源模块上拉至高电平并因此截止，从而使得唤醒电路的输出复位至低电平，以中止对bms系统的唤醒。
65.根据本发明的用于车辆电池的唤醒电路能够实现以下优点中的至少一者：
66.–
本发明的唤醒电路在车辆充电枪处于连接状态时可实现控制bms系统进入休眠
状态，相比于传统的唤醒电路而言，节省了功耗，优化和提高了整车的节能效率；
67.–
通过使用p沟道mos管和n沟道mos管互补形成单稳态自锁电路，能够同时适应脉冲电平信号和持续电平信号两种输入信号的触发，避免了bms系统的误操作、不稳定性和造成设备误判断，提高了系统的稳定性，也拓展了使用场景；
[0068]-使用隔直电容在触发模块与自锁模块之间形成电路耦合，避免了外界emi噪音影响唤醒电路；
[0069]
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另外，由于mos管在关闭后形成绝缘高阻态，因此整个唤醒电路的待机功耗极低，能够满足车辆整体的低功耗要求。
[0070]
本领域技术人员可以理解的是，在本发明中，“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的步骤以外，本技术的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它步骤的情形。
[0071]
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。