CN109450052B - 充电唤醒系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及动力电池领域，提供一种充电唤醒系统，所述充电电路一端连接用于连通所述充电设备的电路的接口，另一端连接电源，包括电容，用于在通过所述接口与所述充电设备的电路连通时，使所述充电电路中的电容充电；所述唤醒控制电路连接所述电源和所述充电电路，用于在所述充电电路通过所述接口与所述充电设备的电路连通时导通，并在所述电容的电压等于所述电源的电压时断开；以及所述电源管理芯片与所述唤醒控制电路连接，用于在所述唤醒控制电路导通时，唤醒所述电池管理系统，在所述唤醒控制电路断开时，使所述电池管理系统休眠。本发明所述的充电唤醒系统，可以在充电完成后使电池管理系统自动进入休眠，降低功耗，简化电路结构，降低成本。

Description

充电唤醒系统
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种充电唤醒系统。
背景技术
电动汽车驻车时，如果电池管理系统处于工作状态，会长期耗费铅酸电池电量，会导致铅酸电池亏电，导致车辆不能正常上电行驶，因此在驻车时电池管理系统(BMS)应当处于休眠状态，以降低系统功耗，减小对铅酸蓄电池的耗电。
处于休眠状态下的电动车需要交流充电或直流充电时，必须唤醒电池管理系统使其进入工作状态。根据GBT 18487.1-2015标准，交流充电是充电设备插入后通过开关闭合后CC电阻来唤醒电池管理系统，此外还需要通过充电设备上的1.5K+1.8K、680R+2.7K、220R+3.3K、100R+3.3K四种电阻组合来判断交流充电设备与车辆连接状态，通过CC电阻判断充电设备线缆允许通过最大电流。直流充电时则是通过CC2电阻来判断直流充电设备与车辆连接状态。
判断CC电阻唤醒检测方法目前大部分是采用设置一个恒流源来测得CC电阻阻值。通过CC电阻串入到恒流源回路中，CC电阻会产生一个电压值，该电压值通过比较器输出高电平唤醒系统，系统工作后单片机AD采集CC电阻电压值，根据欧姆定律可以得出CC电阻阻值，使其进入正常充电流程。
如图1和图2所示，其工作原理为：电池管理系统通过测量检测点3与PE之间的电阻值来判断充电枪插头与车辆插座的连接状态。其连接状态有三种状态：第一种状态是未连接时，S3处于闭合状态，检测点3与PE之间的电阻为无穷大；第二种状态是半连接时，S3处于端开状态，CC已连接，检测点3与PE之间的电阻为RC+R4；第三种情况是完全连接，S3处于闭合状态，CC已连接，检测点3与PE之间的电阻值为RC。
要想进行准确唤醒系统，正确的判断出CC电阻，首先必须需要铅酸常电转换为恒流源电路，要求恒流源不能产生波动，恒流源电流保持恒定不变。通过流经CC上的电流，通过比较器输出高电平唤醒系统，再通过A/D采集与微控制单元(MCU)读取从而判断出CC阻值，从以上叙述中可以看出，该判断方法存在以下几个问题：
1、静态功耗大：需要12V常电转换成恒流源电路，导致该电路长期处于工作状态，导致工作电流大于2mA，不能满足整车静态电流需求。
2、电路精度要求高：由于被测CC电阻电压，需要与恒流源形成回路产生，所以对恒流源精度要求特别高，如当CC为1500R时，恒流源0.5mA的波动就会产生0.75V的电压波动。
3、成本高：该方法需要专用电流基准源、稳压器、比较器等电路，致了电路的复杂及成本的提高。
4、唤醒后不能休眠：该唤醒方法会在系统唤醒后，当充电完成后，充电设备在不拔枪的情况下电池管理系统会一直处于工作状态，无法再进入休眠模式，会导致整车一直处于工作状态，会一直消耗整车12V铅酸电池的能量。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种充电唤醒系统，以在充电完成后使电池管理系统自动进入休眠，降低功耗，简化电路结构，降低成本。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种充电唤醒系统，所述充电唤醒系统基于充电设备唤醒电池管理系统，所述充电唤醒系统包括：充电电路、唤醒控制电路以及电源管理芯片，其中，所述充电电路一端连接用于连通所述充电设备的电路的接口，另一端连接电源，包括电容，用于在通过所述接口与所述充电设备的电路连通时，使所述充电电路中的电容充电；所述唤醒控制电路连接所述电源和所述充电电路，用于在所述充电电路通过所述接口与所述充电设备的电路连通时导通，并在所述电容的电压等于所述电源的电压时断开；以及所述电源管理芯片与所述唤醒控制电路连接，用于在所述唤醒控制电路导通时，唤醒所述电池管理系统，在所述唤醒控制电路断开时，使所述电池管理系统休眠。
进一步的，所述用于连通所述充电设备的电路的接口包括第一接口和第二接口，其中所述第一接口用于在交流充电时使用，所述第二接口用于在直流充电时使用。
进一步的，所述充电电路还包括第一电阻、第二电阻、第一二极管以及第二二极管，其中，所述第一电阻一端与所述电源连接，另一端与所述电容连接；所述第二电阻一端与所述电容连接，另一端与所述第一二极管的正极和所述第二二极管的正极连接；所述第一二极管的负极与所述第一接口连接；所述第二二极管的负极与所述第二接口连接。
进一步的，所述唤醒控制电路包括第一三极管、第三电阻以及第四电阻，其中，所述第一三极管的发射级连接所述电源和所述第一电阻的一端，所述第一三极管的集电极连接所述第三电阻的一端，所述第一三极管的基级连接所述第四电阻的一端；所述第三电阻的另一端连接所述电源管理芯片的唤醒引脚；所述第四电阻的另一端连接在所述第一电阻和所述电容之间。
进一步的，所述充电唤醒系统还包括：分压电路，连接在所述电源管理芯片和所述充电电路之间，用于所述充电电路与所述充电设备的电路连通且所述电池管理系统唤醒时，与所述充电设备的电路的电阻分压。
进一步的，所述分压电路包括第三二极管、第四二极管、第八电阻和第九电阻，其中，所述第三二极管的正极与所述第八电阻的一端连接，所述第三二极管的负极连接在所述第一二极管的负极和所述第一接口之间；所述第八电阻的另一端连接所述电源管理芯片的电压输出引脚；所述第四二极管的正极与所述第九电阻的一端连接，所述第四二极管的负极连接在所述第二二极管的负极和所述第二接口之间；所述第九电阻的另一端连接所述电源管理芯片的电压输出引脚。
进一步的，所述充电唤醒系统还包括A/D采样电路，用于采集所述第八电阻或所述第九电阻的电压，以便用于判断所述充电设备允许通过的最大电流。
进一步的，所述充电唤醒系统还包括：电压稳定电路，连接在所述电源管理芯片和所述充电电路之间，用于在所述电池管理系统唤醒时，由所述电源管理芯片通过所述分压电路控制导通，以稳定所述电压稳定电路和所述充电电路连接点的电压，从而在所述电池管理系统进入休眠时能够使所述唤醒控制电路保持断开。
进一步的，所述电压稳定电路包括第二三极管、第六电阻以及第七电阻，其中，所述第六电阻的一端连接所述电源管理芯片的IO引脚，所述第六电阻的另一端连接所述第七电阻的一端和所述第二三极管的基级；所述第七电阻的另一端接地并且连接所述第二三极管的发射极；所述第二三极管的集电极连接在所述第二电阻和所述第一二极管之间。
相对于现有技术，本发明所述的充电唤醒系统具有以下优势：
本发明所述的充电唤醒系统，包括：充电电路、唤醒控制电路以及电源管理芯片，其中利用充电电路给电容充电，并通过唤醒控制电路的连通来使电池管理系统唤醒，再通过电容的充电程度来控制唤醒控制电路的断开时机，以断开唤醒控制电路使电池管理系统休眠。本发明所述的充电唤醒系统在充电完成后，即使充电设备不拔出，也可通过电容的充电程度使电池管理系统自动进入休眠，降低功耗，并简化电路结构，降低成本。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电动车，所述电动车设置有上文所述的充电唤醒系统。
所述电动车与上述充电唤醒系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是现有技术交流充电枪与车辆充电接口连接示意图；
图2是现有技术充电枪阻值判断及唤醒逻辑框图；
图3是本发明一实施例提供的充电唤醒系统的结构示意图；
图4是本发明另一实施例提供的充电唤醒系统的结构示意图；
图5是本发明另一实施例提供的充电唤醒系统的结构示意图；
图6是本发明一实施例提供的充电唤醒系统工作逻辑框图。
附图标记说明
1 充电电路 2 唤醒控制电路
3 电源管理芯片 4 充电设备
R1 第一电阻 R2 第二电阻
R3 第三电阻 R4 第四电阻
R6 第六电阻
R7 第七电阻 R8 第八电阻
R9 第九电阻 R10 第十电阻
R11 第十一电阻 R12 第十二电阻
R13 第十三电阻 R14 第十四电阻
Q1 第一三极管 Q2 第二三极管
D1 第一二极管 D2 第二二极管
D3 第三二极管 D4 第四二极管
C 电容 CC 第一接口
CC2 第二接口
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
图3是本发明一实施例提供的充电唤醒系统的结构示意图。如图3所示，所述充电唤醒系统基于充电设备4唤醒电池管理系统，所述充电唤醒系统包括：充电电路1、唤醒控制电路2以及电源管理芯片3，其中，所述充电电路1一端连接用于连通所述充电设备4的电路的接口，另一端连接电源VCC，包括电容C，用于在通过所述接口与所述充电设备4的电路连通时，使所述充电电路1中的电容C充电；所述唤醒控制电路2连接所述电源VCC和所述充电电路1，用于在所述充电电路1通过所述接口与所述充电设备4的电路连通时导通，并在所述电容C的电压等于所述电源VCC的电压时断开；以及所述电源管理芯片3与所述唤醒控制电路2连接，用于在所述唤醒控制电路2导通时，唤醒所述电池管理系统，在所述唤醒控制电路2断开时，使所述电池管理系统休眠。
在本发明中，充电设备4例如充电枪，在充电设备4插入以进行充电时，所述充电设备4的电路和充电电路1连接。由于充电设备4的电路接地，充电电路1接电源VCC，因此充电设备4的电路和充电电路1构成闭合回路，电容C进行充电。同时，可以使唤醒控制电路2导通，产生高电平脉冲信号唤醒电池管理系统进入工作状态；随着电容C充电，在电容C的电压等于电源VCC的电压时，唤醒控制电路2断开，高电平变为低电平，使电池管理系统休眠。
在本发明实施例中，正确选择电容C是改变高电平脉冲时间的关键，可以根据对唤醒时间的要求改变电容C的容值，来调整唤醒时间。
图4是本发明另一实施例提供的充电唤醒系统的结构示意图。如图4所示，所述用于连通所述充电设备4的电路的接口包括第一接口CC和第二接口CC2，其中所述第一接口CC用于在交流充电时使用，所述第二接口CC2用于在直流充电时使用。
所述充电电路还包括第一电阻R1(例如51K，单位欧姆，下同)、第二电阻R2(例如10K)、第一二极管D1(例如PNE20020CR)以及第二二极管D2(例如PNE20020CR)，其中，所述第一电阻R1一端与所述电源VCC连接，另一端与所述电容C连接；所述第二电阻R2一端与所述电容C连接，另一端与所述第一二极管D1的正极和所述第二二极管D2的正极连接；所述第一二极管D1的负极与所述第一接口CC连接；所述第二二极管D2的负极与所述第二接口CC2连接。
所述唤醒控制电路包括第一三极管Q1(例如BC807-16)、第三电阻R3(例如3.9K)以及第四电阻R4(例如300K)，其中，所述第一三极管Q1的发射级连接所述电源VCC和所述第一电阻R1的一端，所述第一三极管Q1的集电极连接所述第三电阻R3的一端，所述第一三极管Q1的基级连接所述第四电阻R4的一端；所述第三电阻R3的另一端连接所述电源管理芯片3的唤醒引脚；所述第四电阻R4的另一端连接在所述第一电阻R1和所述电容C之间。
VCC作为电源输入引脚连接第一电阻R1和第一三极管Q1的发射极，电容C与第二电阻R2串联，第一二极管D1和第二二极管D2正极连接C点负极则与接口连接，CC和CC2开关则代表充电设备4接入关系，开关打开时则代表充电设备4未接入，开关闭合则代表充电设备4接入，CC开关在交流充电设备接入时闭合，CC2开关在直流充电设备接入时闭合；第一三极管Q1集电极则连接第十一电阻R11至GND，第三电阻R3一端连接第十一电阻R11(例如100K)，另外一端则连接至电源管理芯片唤醒引脚。第十二电阻R12(例如100)和第十三电阻R13(例如3.3K)为交流充电设备上的电阻，第十四电阻R14(例如1K)为直流充电设备上的电阻。
其工作原理为：交流充电设备车辆接口连接后，CC电阻(第十二电阻R12和第十三电阻R13)会使的B点电压降低，当B点电压低至第一三极管Q1导通电压时，第一三极管Q1会导通，第一三极管Q1导通后产生高电平脉冲信号唤醒电池管理系统进入工作状态，由于CC电阻的存在，CC电阻会与第一电阻R1、第二电阻R2形成闭合回路，此时会对电容C进行充电，B点电压会逐渐升高，B点电压升高过程中第一三极管Q1会逐渐进行关闭，当B点电压等于A点电压时，三级管会完全关闭输出，此时唤醒引脚处电平为低电平，电池管理系统进入休眠。
图5是本发明另一实施例提供的充电唤醒系统的结构示意图。如图5所示，本发明实施例还设置了分压电路，连接在电源管理芯片3和充电电路1之间，用于充电电路1与充电设备4的电路连通且电池管理系统唤醒时，与充电设备4的电路的电阻分压，便于判断充电设备4允许通过的最大电流，从而判断充电设备4的连接状态。
所述分压电路包括第三二极管D3(例如PNE20020CR)、第四二极管D4(例如PNE20020CR)、第八电阻R8(例如510)和第九电阻R9(例如510)，其中，所述第三二极管D3的正极与所述第八电阻R8的一端连接，所述第三二极管D3的负极连接在所述第一二极管D1的负极和所述第一接口CC之间；所述第八电阻R8的另一端连接所述电源管理芯片3的电压输出引脚；所述第四二极管D4的正极与所述第九电阻R9的一端连接，所述第四二极管D4的负极连接在所述第二二极管D2的负极和所述第二接口CC2之间；所述第九电阻R9的另一端连接所述电源管理芯片3的电压输出引脚。
CC阻值采集是经过第三二极管D3与第八电阻R8形成分压，通过A/D采样电路(未绘示)采集D点电压，通过分压公式可以准确的判断出CC电阻的阻值。
但是，因为电池管理系统已经唤醒，电池管理系统本身的电源管理芯片会输出5V电压，5V电源会经过第八电阻R8和第三三极管D3与CC电阻形成串联分压关系，会致使第三二极管D3负极电压增高，C点电压会随着第三二极管D3负极电压增高而增高。这样在充电结束后，电池管理系统进入休眠状态过程中5V电源会关闭输出，由于5V电压消失会造成C点电压迅速下降，由于C点电压降低以至于B点电压也会发生降低，此时刻第一三极管Q1会导通导致产生高电平阻碍电池管理系统进入休眠。
因此，为了使电池管理系统可以正常进入休眠，本发明充电唤醒系统还包括：电压稳定电路，连接在所述电源管理芯片3和所述充电电路1之间，用于在所述电池管理系统唤醒时，由所述电源管理芯片3通过所述分压电路控制导通，以稳定所述电压稳定电路和所述充电电路1连接点的电压，从而在所述电池管理系统进入休眠时能够使所述唤醒控制电路2保持断开。
所述电压稳定电路包括第二三极管Q2(例如BC817)、第六电阻R6(例如300K)以及第七电阻R7(例如100K)，其中，所述第六电阻R6的一端连接所述电源管理芯片3的IO引脚，所述第六电阻R6的另一端连接所述第七电阻R7的一端和所述第二三极管Q2的基级；所述第七电阻R7的另一端接地并且连接所述第二三极管Q2的发射极；所述第二三极管Q2的集电极连接在所述第二电阻R2和所述第一二极管D1之间。
其原理为：电源管理芯片通过分压电路(第八电阻R8和第三三极管D3)控制第二三级管Q2进行导通，使C点电压为第二三极管Q2的压降电压，这样保证电池管理系统进入休眠时5V电压关断过程中，C点电压不会发生波动，从而也稳定了B点的电压，使得电池管理系统进入休眠时，第一三极管Q1不会导通，能够保持低电平输出，所以不会阻碍系统进入休眠模式。
上文以使用交流充电设备接入为例详述，使用直流充电设备接入类似，只需使用CC2所在电路，在此不再赘述。
图6是本发明一实施例提供的充电唤醒系统工作逻辑框图。如图6所示，首先，充电设备4连接，接着电容C进行充电，唤醒控制电路2导通，随之电池管理系统唤醒，在电池管理系统唤醒后，电压稳定电路导通，待电容C充电到电源VCC电压时，唤醒控制电路2断开，随之电池管理系统休眠。另外，电池管理系统唤醒后，还有分压电路导通，A/D采集电路采集电压，随后MCU读取所采集的电压值，以便计算充电设备4的电阻值。
综上，本发明解决现有技术的问题的方法是：
1、充电设备4插入之前本电路不工作电路处于静态0电流。
2、充电过程中，利用充电设备4在插接的过程中使CC电阻或CC2电阻与设置电阻进行分压后激活三极管导通，三极管导通保持一定时间的高电平状态，唤醒BMS系统进行工作，利用BMS本身精准的5V电源通过与CC与CC2电阻串联分压后在进行A/D采样来读取状态值。
3、充电完成后该电路能够继续保持低电平输出不会影响系统进入休眠模式，电路处于0电流工作模式。
因此从根本上解决了静态功耗大、成本高、恒流源要求精度高、唤醒系统电路复杂，充电完成后充电设备4与车辆接口仍处于连接状态不能再进入休眠模式的问题。
另外，本发明实施例还提供一种电动车，所述电动车设置有上文所述的充电唤醒系统。
本发明所述的充电唤醒系统，包括：充电电路、唤醒控制电路以及电源管理芯片，其中利用充电电路给电容充电，并通过唤醒控制电路的连通来使电池管理系统唤醒，再通过电容的充电程度来控制唤醒控制电路的断开时机，以断开唤醒控制电路使电池管理系统休眠。本发明所述的充电唤醒系统在充电完成后，即使充电设备不拔出，也可通过电容的充电程度使电池管理系统自动进入休眠，降低功耗，并简化电路结构，降低成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种充电唤醒系统，所述充电唤醒系统基于充电设备唤醒电池管理系统，其特征在于，所述充电唤醒系统包括：
充电电路、唤醒控制电路以及电源管理芯片，其中，
所述充电电路一端连接用于连通所述充电设备的电路的接口，另一端连接电源，包括电容C，用于在通过所述接口与所述充电设备的电路连通时，使所述充电电路中的电容C充电；
所述唤醒控制电路连接所述电源和所述充电电路，用于在所述充电电路通过所述接口与所述充电设备的电路连通时导通，并在所述电容C的电压等于所述电源的电压时断开；以及
所述电源管理芯片与所述唤醒控制电路连接，用于在所述唤醒控制电路导通时，唤醒所述电池管理系统，在所述唤醒控制电路断开时，使所述电池管理系统休眠。
2.根据权利要求1所述的充电唤醒系统，其特征在于，所述用于连通所述充电设备的电路的接口包括第一接口CC和第二接口CC2，其中所述第一接口CC用于在交流充电时使用，所述第二接口CC2用于在直流充电时使用。
3.根据权利要求2所述的充电唤醒系统，其特征在于，所述充电电路还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1以及第二二极管D2，其中，
所述第一电阻R1一端与所述电源连接，另一端与所述电容C连接；
所述第二电阻R2一端与所述电容C连接，另一端与所述第一二极管D1的正极和所述第二二极管D2的正极连接；
所述第一二极管D1的负极与所述第一接口CC连接；
所述第二二极管D2的负极与所述第二接口CC2连接。
4.根据权利要求3所述的充电唤醒系统，其特征在于，所述唤醒控制电路包括第一三极管Q1、第三电阻R3以及第四电阻R4，其中，
所述第一三极管Q1的发射级连接所述电源和所述第一电阻R1的一端，所述第一三极管Q1的集电极连接所述第三电阻R3的一端，所述第一三极管Q1的基级连接所述第四电阻R4的一端；
所述第三电阻R3的另一端连接所述电源管理芯片的唤醒引脚；
所述第四电阻R4的另一端连接在所述第一电阻R1和所述电容C之间。
5.根据权利要求3所述的充电唤醒系统，其特征在于，所述充电唤醒系统还包括：
分压电路，连接在所述电源管理芯片和所述充电电路之间，用于所述充电电路与所述充电设备的电路连通且所述电池管理系统唤醒时，与所述充电设备的电路的电阻分压。
6.根据权利要求5所述的充电唤醒系统，其特征在于，所述分压电路包括第三二极管D3、第四二极管D4、第八电阻R8和第九电阻R9，其中，
所述第三二极管D3的正极与所述第八电阻R8的一端连接，所述第三二极管D3的负极连接在所述第一二极管D1的负极和所述第一接口CC之间；
所述第八电阻R8的另一端连接所述电源管理芯片的电压输出引脚；
所述第四二极管D4的正极与所述第九电阻R9的一端连接，所述第四二极管D4的负极连接在所述第二二极管D2的负极和所述第二接口CC2之间；
所述第九电阻R9的另一端连接所述电源管理芯片的电压输出引脚。
7.根据权利要求6所述的充电唤醒系统，其特征在于，所述充电唤醒系统还包括A/D采样电路，用于采集所述第八电阻R8或所述第九电阻R9的电压，以便用于判断所述充电设备允许通过的最大电流。
8.根据权利要求5所述的充电唤醒系统，其特征在于，所述充电唤醒系统还包括：
电压稳定电路，连接在所述电源管理芯片和所述充电电路之间，用于在所述电池管理系统唤醒时，由所述电源管理芯片通过所述分压电路控制导通，以稳定所述电压稳定电路和所述充电电路连接点的电压，从而在所述电池管理系统进入休眠时能够使所述唤醒控制电路保持断开。
9.根据权利要求8所述的充电唤醒系统，其特征在于，所述电压稳定电路包括第二三极管Q2、第六电阻R6以及第七电阻R7，其中，
所述第六电阻R6的一端连接所述电源管理芯片的IO引脚，所述第六电阻R6的另一端连接所述第七电阻R7的一端和所述第二三极管Q2的基级；
所述第七电阻R7的另一端接地并且连接所述第二三极管Q2的发射极；
所述第二三极管Q2的集电极连接在所述第二电阻R2和所述第一二极管D1之间。
10.一种电动车，其特征在于，所述电动车设置有权利要求1-9中任意一项权利要求所述的充电唤醒系统。
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