CN110165738A - 一种监控电源控制装置及高压电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种监控电源控制装置及高压电池系统，监控电源控制装置的外部激活控制模块将外部激活信号转换为第一使能信号并输出使能激活和自保持模块，激活和自保持模块输出第一唤醒信号唤醒休眠控制模块，还输出给DCDC变换器以启动供电，休眠控制模块判断唤醒条件达到时输出第二唤醒信号唤醒DCDC变换器；DCDC变换器判断开机条件达到时控制输入开关吸合，电池电压传输至DCDC变换器中处理后输出；DCDC变换器判断关机条件达到时，控制输入开关断开并输出第一休眠信号给休眠控制模块，休眠控制模块撤消第二唤醒信号控制DCDC变换器进入休眠状态。从而解决了现有电源不能自动休眠和自动唤醒的问题。

Description

一种监控电源控制装置及高压电池系统

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种监控电源控制装置及高压电池系统。

背景技术

随着新能源行业的发展，高压电池系统在新能源汽车、储能系统和不间断电源系统等高压直流系统的中有着越来越广泛的应用。随着这些系统的电池能量密度越来越高，电池容量越来越大，系统电池电压也越来越高。出于更高层次的安全方面的考量，在设计此类高压电池系统里有必要增加24小时不间断的主动监控措施，对电池系统进行监控和诊断，从而使整个系统的安全性能能达到比较高的等级。此外，此监控措施还可以积累相关数据，方便及时地对电池系统进行优化和维护，可延长整个电池系统的寿命，提升电池系统的使用效益。

监控系统的发展对其供电电源也同时提出了新的技术挑战和要求，例如，要求适应高压电池系统的宽输入范围，能够自动休眠和自动唤醒，休眠功耗要求极低，需要满足电池系统在安装和检查时可以让普通操作人员确认电池系统的安全状态。这些要求和特性是现有普通电源所不能满足的，亟待提出一个满足高压电池监控系统特性要求相匹配的监控电源方案。

发明内容

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种监控电源控制装置及高压电池系统，以解决现有电源不能自动休眠和自动唤醒的问题。

本发明实施例提供一种监控电源控制装置，连接高压电池和手动维护开关，其包括输入开关、外部激活控制模块、激活和自保持模块、休眠控制模块和DCDC变换器；

所述外部激活控制模块将外部激活信号转换为第一使能信号并输出使能激活和自保持模块，所述激活和自保持模块使能后输出第一唤醒信号唤醒休眠控制模块，所述第一唤醒信号还输出给DCDC变换器以提供启动供电，所述休眠控制模块判断唤醒条件达到时输出第二唤醒信号唤醒DCDC变换器；所述DCDC变换器判断开机条件达到时控制输入开关吸合，高压电池的电池电压传输至DCDC变换器中处理后输出；所述DCDC变换器判断关机条件达到时，控制输入开关断开并输出第一休眠信号给休眠控制模块，休眠控制模块撤消第二唤醒信号控制DCDC变换器进入休眠状态。

可选地，所述的监控电源控制装置中，所述外部激活控制模块包括第一电阻和第一固态继电器；

所述第一电阻的一端输入外部激活信号，第一电阻的另一端连接第一固态继电器的正极，第一固态继电器的负极接地，第一固态继电器的漏极和源极均连接激活和自保持模块。

可选地，所述的监控电源控制装置中，所述激活和自保持模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一二极管和第二二极管；

所述第一开关管的栅极连接第二电阻的一端和第三电阻的一端；第二电阻的另一端连接第一开关管的源极、第一固态继电器的源极、手动维护开关的第1脚和地；第三电阻的另一端连接第三开关管的集电极、第二二极管的负极、休眠控制模块和DCDC变换器；第二二极管的正极连接DCDC变换器；第一开关管的漏极连接第一二极管的正极、第四电阻的一端和第一固态继电器的漏极；第一二极管的负极连接第二开关管的基极和第五电阻的一端，第四电阻的另一端连接第三开关管的基极，第二开关管的发射极连接第三开关管的发射极，第二开关管的集电极连接第六电阻的一端；第五电阻的另一端连接第六电阻的另一端、高压电池的正极Bat+、输入开关的一端和DCDC变换器。

可选地，所述的监控电源控制装置中，所述休眠控制模块包括第一电容、第一稳压芯片和第一控制芯片；所述第一稳压芯片的VIN脚连接第一电容的一端、第二二极管的负极和第三开关管的集电极；第一稳压芯片的GND脚连接第一电容的另一端和地，第一稳压芯片的VOUT脚连接第一控制芯片的VDD脚，第一控制芯片的RC1脚和RC2脚均连接DCDC变换器。

可选地，所述的监控电源控制装置中，所述DCDC变换器包括第二电容、第三二极管、第四开关管、第一变压器、第一主功率电路、第一辅助电源控制芯片和第一DCDC控制电路；所述第一DCDC控制电路的第1脚连接输入开关的控制端，第一DCDC控制电路的第2脚连接第一控制芯片的RC1脚，第一DCDC控制电路的第3脚连接第一主功率电路，第一DCDC控制电路的第4脚连接供电端，第一辅助电源控制芯片的FA/SD脚连接第一控制芯片的RC2脚，第一辅助电源控制芯片的VIN脚连接第二二极管的负极和第三开关管的集电极，第一辅助电源控制芯片的DR脚连接第四开关管的栅极，第四开关管的源极接地，第四开关管的漏极连接第一变压器的第2脚，第一变压器的第1脚连接输入开关的一端，第一变压器的第3脚连接第三二极管的正极，第一变压器的第4脚通过第二电容连接第三二极管的负极和供电端。

可选地，所述的监控电源控制装置中，所述外部激活控制模块包括第七电阻和第二固态继电器；

所述第七电阻的一端输入外部激活信号，第七电阻的另一端连接第二固态继电器的正极，第二固态继电器的负极接地，第二固态继电器的漏极和源极均连接激活和自保持模块。

可选地，所述的监控电源控制装置中，所述激活和自保持模块包括第四二极管、第三电容、第五开关管、第八电阻、第九电阻和第十电阻；

所述第五开关管的栅极连接第八电阻的一端和第九电阻的一端；第五开关管的源极连接第八电阻的另一端、第三电容的一端、第二固态继电器的源极、手动维护开关的第1脚和地；第五开关管的漏极连接第二固态继电器的漏极和DCDC变换器；第九电阻的另一端连接第三电容的另一端、供电端和第四二极管的正极；第四二极管的负极连接第十电阻的一端、休眠控制模块和DCDC变换器；第十电阻的另一端连接输入开关的一端和DCDC变换器。

可选地，所述的监控电源控制装置中，所述休眠控制模块包括第四电容、第二稳压芯片和第二控制芯片；

所述第二稳压芯片的VIN脚连接第四电容的一端和第四二极管的负极，第二稳压芯片的GND脚连接第四电容的另一端和地，第二稳压芯片的VOUT脚连接第二控制芯片的VDD脚，第二控制芯片的RC1脚和RC2脚均连接DCDC变换器。

可选地，所述的监控电源控制装置中，所述DCDC变换器包括第五电容、第五二极管、第六开关管、第二变压器、第二主功率电路、第二辅助电源控制芯片和第二DCDC控制电路；

所述第二DCDC控制电路的第1脚连接输入开关的控制端，第二DCDC控制电路的第2脚连接第二控制芯片的RC1脚，第二DCDC控制电路的第3脚连接第二主功率电路，第二DCDC控制电路的第4脚连接供电端，第二辅助电源控制芯片的FA/SD脚连接第二控制芯片的RC2脚，第二辅助电源控制芯片的VIN脚连接第四二极管的负极，第二辅助电源控制芯片的DR脚连接第六开关管的栅极，第六开关管的源极接地，第六开关管的漏极连接第二变压器的第2脚，第二变压器的第1脚连接输入开关的一端和第十电阻的另一端，第二变压器的第3脚连接第五二极管的正极，第二变压器的第4脚通过第五电容连接第五二极管的负极和供电端。

本发明实施例第二方面提供了一种监控电源控制装置的高压电池系统，包括高压电池、手动维护开关和所述的监控电源控制装置；

所述监控电源控制装置检测开机时，对高压电池的电池电压进行DCDC变换处理后输出；检测关机时停止对所述电池电压的DCDC变换处理并断开输出，进入休眠状态；所述手动维护开关检测过流时切断高压电池与监控电源控制装置之间的连接。

本发明实施例提供的技术方案中，监控电源控制装置连接高压电池和手动维护开关，包括输入开关、外部激活控制模块、激活和自保持模块、休眠控制模块和DCDC变换器；所述外部激活控制模块将外部激活信号转换为第一使能信号并输出使能激活和自保持模块，所述激活和自保持模块使能后输出第一唤醒信号唤醒休眠控制模块，所述第一唤醒信号还输出给DCDC变换器以启动供电，所述休眠控制模块判断唤醒条件达到时输出第二唤醒信号唤醒DCDC变换器；所述DCDC变换器判断开机条件达到时控制输入开关吸合，高压电池的电池电压传输至DCDC变换器中处理后输出；所述DCDC变换器判断关机条件达到时，控制输入开关断开并输出第一休眠信号给休眠控制模块，休眠控制模块撤消第二唤醒信号控制DCDC变换器进入休眠状态。休眠时降低功耗，又能从休眠中被唤醒，从而解决现有电源不能自动休眠和自动唤醒，且在MSD安装前无法进行安全检测的问题。

附图说明

图1为本发明实施例中高压电池系统的示意图。

图2为本发明实施例一中监控电源控制装置的电路图。

图3为本发明实施例一中高压供电电路的一实施例的电路图。

图4为本发明实施例一中高压供电电路的另一实施例的电路图。

图5为本发明实施例二中监控电源控制装置的电路图。

图6为本发明实施例二中实现低功耗休眠时第三电容的工作电压波形图。

图7为本发明实施例三中监控电源控制装置的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的高压电池系统包括高压电池(动力电池或者储能系统一般是高压，高压电池为现有的惯用描述)10、监控电源控制装置20和手动维护开关MSD；所述高压电池10的正极Bat+连接监控电源控制装置20，高压电池10的负极Bat-连接手动维护开关MSD的第2脚，手动维护开关MSD的第1脚连接输入负端端和监控电源控制装置20。所述监控电源控制装置检测开机时，对高压电池的电池电压进行DCDC变换处理后输出；检测关机时停止对所述电池电压的DCDC变换处理并断开输出，进入休眠状态；所述手动维护开关检测过流时切断高压电池与监控电源控制装置之间的连接。

所述高压电池10用于提供由于应用的系统各异，所述高压电池10的典型电压范围很宽，一般要求监控电源在典型的100V～1000V的较宽范围内均能正常工作。另外，电源控制电路20需要很低的休眠功耗，以尽量减小其功耗对高压电池的备电时间影响。

所述手动维护开关MSD作为总开关，其连接在电池的一极和电池输出的负载线之间。如图1所示的是放在高压电池10的负极Bat-和输入负端In-之间。手动维护开关MSD将负载和高压电池之间的连线切断，不构成回路，其一般为插装式的保险丝，或者断路器。

在高压电池系统出厂组装或者检修完成的最后一步，需要将手动维护开关MSD安装到位以接通高压电池和负载。但是在此之前，需先对高压电池系统进行安全检查。如果后级线路或者设备异常，会导致手动维护开关MSD接通瞬间发生短路等危险情况，进而造成严重事故和损失。

在具体实施时，操作人员通过万用表之类的电压检测设备测量图1中MSD的第1脚到第2脚之间的电压。理想情况下，电路未接通，没有漏电流，则此两端不会存在高压。如果测量到高压，说明有负载存在阻抗异常的情况，存在安全风险，不能闭合MSD。

现有电路方案在万用表接入到MSD两端时，万用表内阻会和电源的休眠电路内阻串联，则万用表测量到的电压是两个内阻串联分压得到的电压；因此通常会导致测量的电压值不确定，且超过安全电压，无法判定后级电路是否有隐患，严重干扰安全检查动作的结果判定，存在巨大的安全风险。而本实施例所提出的监控电源控制装置通过将休眠控制模块连接在高压电池10的正极Bat+和输入负端In-之间，即可解决现有休眠电路功能需求和安全检查需求之间的上述矛盾。

所述监控电源控制装置20包括输入开关SW1、外部激活控制模块21、激活和自保持模块22、休眠控制模块23和DCDC变换器24。

所述外部激活控制模块21将外部激活信号(以电动汽车车载电池系统为例，此信号是充电桩或者BMS(电池管理系统)传来的唤醒信号，作用是作为外部信号唤醒监控电源的休眠控制模块)转换为第一使能信号en1并输出给激活和自保持模块22，以激活监控电源的休眠控制模块。在具体实施时，所述第一使能信号en1还可选择同时连接到后级的DCDC变换器24(图1中用虚线表示)，以辅助实现激活和自保持功能，是否连接取决于具体的电路实现需要。

在高压电池系统的MSD未接通前，所述激活和自保持模块22用于监控电源系统和高压电池处于断开状态，在进行安装MSD前的安全检查动作时，电池电压不会在检测设备的内阻上产生分压，以保证安全检查动作的实施。当MSD安装完成后，激活和自保持模块22根据第一使能信号en1被使能后控制休眠控制模块23闭合接通。激活和自保持模块22电路具有自保持功能，当没有收到第一使能信号en1(即外部激活信号撤消后)，控制休眠控制模块23持续接通并监控其休眠功能。激活和自保持模块22被使能后，输出第一唤醒信号wake1唤醒监控电源的休眠控制模块23。同时，第一唤醒信号wake1还输出给后级的DCDC变换器24，为DCDC辅助电源的控制电路提供启动供电。DCDC变换器24中的DCDC辅助电源产生第一供电信号power1，当DCDC辅助电源工作后，第一供电信号power1有效，其作用是辅助实现自保持功能。

所述休眠控制模块23用于实现监控电源的低功耗休眠功能和自唤醒功能。初次上电时，休眠控制模块23被第一唤醒信号wake1唤醒，唤醒后根据相应的参数设计，当条件满足时，如唤醒设置时间到达，输出第二唤醒信号wake2来唤醒后级的DCDC变换器24。DCDC变换器24可以输出第一休眠信号dorman1来控制休眠控制模块23撤消第二唤醒信号wake2，使DCDC变换器24重新进入休眠状态。进入休眠状态后，只有休眠控制模块23工作在极低的功耗下，从而实现低功率的休眠设计。当设置的唤醒条件满足，如外部唤醒信号或者自唤醒时间到达，则重新输出第二唤醒信号wake2唤醒DCDC变换器；周而复始，实现休眠和唤醒的循环控制。

所述输入开关SW1可安装在DCDC变换器24的正输入端，也可以安装在DCDC变换器的负输入端；图1中以安装在DCDC变换器的正输入端和高压电池10的正极Bat+之间为例。输入开关SW1在DCDC变换器的输出被使用前，断开DCDC变换器和高压电池的电流回路，减少监控电源系统休眠时的功耗，同时在安装MSD前检查测量动作时，不会和检测仪器形成回路，干扰安全检查动作的判断。由DCDC变换器输出第二使能信号en2来控制输入开关SW1的通断状态。

所述DCDC变换器24(外接上位机)需要满足在很宽的输入电压范围内实现监控电源的电压和功率输出。当第二唤醒信号wake2有效，DCDC变换器24内部的辅助电源被唤醒，内部控制电路上电进入待机状态。当DCDC变换器满足预设的开机条件(如接收到开机指令)时，则进入开机时序，第二使能信号en2有效，吸合输入开关SW1然后开启DCDC变换器输出电压。当判断关机条件达到时(如收到上位机的休眠要求或者满足DCDC变换器24内部预先设置的其它休眠条件)，DCDC变换器会进入关机时序，关闭其输出电压并断开输入开关SW1，同时向休眠控制模块23发送第一休眠信号dorman1，以撤消第二唤醒信号wake2，从而进入休眠状态。

请一并参阅图2，在实施例一中，所述监控电源控制装置连接在高压电池10之后，监控电源控制装置与高压电池10之间串联手动维护开关MSD。图2中，手动维护开关MSD串联到高压电池10的负极Bat-和电源(监控电源)的输入负端In-之间，MSD也可以串联到高压电池10的正极Bat+和电源的输入正之间。

所述外部激活控制模块21包括第一电阻R1和第一固态继电器PS1；所述第一电阻R1的一端输入外部激活信号Va1，第一电阻R1的另一端连接第一固态继电器PS1的正极，第一固态继电器PS1的负极接地，第一固态继电器PS1的漏极和源极均连接激活和自保持模块22。

其中，用第一激励源V来表示外部激活信号Va1的产生，外部激活信号Va1为高低电平信号。第一电阻R1为偏置电阻，为第一固态继电器PS1提供适当的驱动电流。第一固态继电器PS1还可以替换为隔离光耦、普通继电器、非隔离的开关管(如MOSFET、BJT、IGBT)或手动开关等器件，取决于实际使用时外部激活信号和高压电池是否需要隔离。外部激活信号Va1为高电平时，第一固态继电器PS1内部的二极管发光，MOS管导通，输出低电平的第一使能信号en1；反之，外部激活信号Va1为低电平时，二极管熄灭，MOS管截止，无第一使能信号en1输出。

所述激活和自保持模块22包括第一开关管Q1(PMOS管)、第二开关管Q2(NPN三极管)、第三开关管Q3(PNP三极管)、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一二极管D1和第二二极管D2；所述第一开关管Q1的栅极连接第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端；第二电阻R2的另一端连接第一开关管Q1的源极、第一固态继电器PS1的源极、手动维护开关MSD的第1脚和地；第三电阻R3的另一端连接第三开关管Q3的集电极、第二二极管D2的负极、休眠控制模块23和DCDC变换器；第二二极管D2的正极连接DCDC变换器；第一开关管Q1的漏极连接第一二极管D1的正极、第四电阻R4的一端和第一固态继电器PS1的漏极；第一二极管D1的负极连接第二开关管Q2的基极和第五电阻R5的一端，第四电阻R4的另一端连接第三开关管Q3的基极，第二开关管Q2的发射极连接第三开关管Q3的发射极，第二开关管Q2的集电极连接第六电阻R6的一端；第五电阻R5的另一端连接第六电阻R6的另一端、高压电池10的正极Bat+、输入开关SW1的一端和DCDC变换器24。

其中Q1、Q2和Q3可以是BJT、MOSFET、达林顿结构的BJT和IGBT等半导体有源开关，或者由以上开关进行串并联组成的开关组合。当外部激活信号Va1为低电平时，Q1、Q3和PS1的输出级均不导通，故监控电源此时从高压电池10的正极Bat+到输入负端In-的阻抗近似无穷大，没有漏电流通路。则安装MSD之前，执行安全检查动作时，万用表等测试仪器不会在MSD安装位置的两端测试到异常电压，则监控电源不会影响安全检查动作。安全检查正常后，再安装MSD，使整个系统和电池接通。

MSD安装之后，监控电源的输入负端In-才和高压电池的负极Bat-接通。当外部激活信号Va1为高电平时，激活信号有效，第一使能信号en1为低电平，使Q3和Q2导通。R4、R5、R6、D1、Q2和Q3组成高压供电电路，Q3和Q2导通之后输出第一唤醒信号wake1，用于唤醒后级的休眠控制模块。第一唤醒信号wake1同时送到由Q1、R2、R3所组成的自保持电路，后级的休眠控制模块和DCDC变换器。第一唤醒信号wake1有效后，自保持电路的Q1可导通，而Q1导通后，第一唤醒信号wake1不受外部激活信号Va1后续电平状态影响,即当外部激活信号Va1撤消后，第一唤醒信号wake1仍有效，实现自保持。

第一供电信号power1由后级的DCDC变换器产生，当第一供电信号power1输出有效时，通过第二三极管D2反馈输出第一唤醒信号wake1，辅助第一唤醒信号wake1进行供电。

本实施例给出的高压供电电路(R4、R5、R6、D1、Q2和Q3组成)实现方式为线性稳压源来实现，其开通受Q1的控制。在具体实施时还可以采用其它实现方式，如图3和图4所示。本实施例只给出典型的方案和实现方法，并不只局限于这几种典型实现方式。图3通过一个二极管D1a实现稳压，通过两个开关管(Q1a、Q3a)和一个电阻R4a实现第一唤醒信号wake1的控制。图4中的集成第一稳压芯片Ua的开关受Q1b控制。

所述休眠控制模块23包括第一电容C1、第一稳压芯片U1(型号优选为AP7383)和第一控制芯片U2(型号优选为PIC16LF18323)；所述第一稳压芯片U1的VIN脚连接第一电容C1的一端、第二二极管D2的负极和第三开关管Q3的集电极；第一稳压芯片U1的GND脚连接第一电容C1的另一端和地，第一稳压芯片U1的VOUT脚连接第一控制芯片U2的VDD脚，第一控制芯片U2的RC1脚和RC2脚均连接DCDC变换器。

其中，第一稳压芯片U1给第一控制芯片U2供电，第一稳压芯片U1还可以采用隔离或非隔离集成开关电源芯片。当第一唤醒信号wake1有效时，第一稳压芯片U1输出有效，实现对U2的供电。第一控制芯片U2用于实现休眠和自唤醒功能，并输出第二唤醒信号wake2唤醒DCDC变换器内部的第一辅助电源控制芯片U3。第一控制芯片U2还根据DCDC变换器输出的第一休眠信号dorman1控制监控电源进入休眠状态。

当进入休眠状态时，第二唤醒信号wake2默认状态为无效，U3不工作，即DCDC辅助电源不工作，只有高压供电电路(R4、R5、R6、D1、Q2和Q3组成)和休眠控制模块23工作。当第一控制芯片U2采用低功耗的单片机时，可以实现监控电源在休眠状态下只需要很小功耗，满足长时间休眠不会对电池的备电时间产生明显影响。

所述第一控制芯片U2可以采用微型处理器芯片，如单片机等，通过对单片机的软件编程实现休眠和自唤醒控制；还可以采用可编程逻辑芯片(CPLD、FPGA等)，将相应控制逻辑写入对应芯片中；还可以由分立的模拟和逻辑门电路组合实现休眠控制时序。本实施例采用单片机不仅控制效果好，成本低且容易实现。

所述DCDC变换器24包括第二电容C2、第三二极管D3、第四开关管Q4(PMOS管)、第一变压器T1、第一主功率电路241、第一辅助电源控制芯片U3和第一DCDC控制电路U4；所述第一DCDC控制电路U4的第1脚连接输入开关SW1的控制端，第一DCDC控制电路U4的第2脚连接第一控制芯片U2的RC1脚，第一DCDC控制电路U4的第3脚连接第一主功率电路241，第一DCDC控制电路U4的第4脚连接供电端，第一辅助电源控制芯片U3的FA/SD脚连接第一控制芯片U2的RC2脚，第一辅助电源控制芯片U3的VIN脚连接第二二极管D2的负极和第三开关管Q3的集电极，第一辅助电源控制芯片U3的DR脚连接第四开关管Q4的栅极，第四开关管Q4的源极接地，第四开关管Q4的漏极连接第一变压器T1的第2脚，第一变压器T1的第1脚连接输入开关SW1的一端，第一变压器T1的第3脚连接第三二极管D3的正极，第一变压器T1的第4脚通过第二电容C2连接第三二极管D3的负极和供电端(输出第一供电信号power1)，输入开关SW1的另一端连接第三主功率电路243的输入正端，第三主功率电路243的输入负端连接手动维护开关MSD的第1脚。

其中，U3、Q4、T、D3和C2组成DCDC辅助电源。Q4、D3和C2为反激式开关电源主电路。第一辅助电源控制芯片U3用于接收第二唤醒信号wake2，实现对辅助电源的闭环控制。第一辅助电源控制芯片U3可采用自带使能唤醒功能的集成的开关电源管理芯片，或者和外围逻辑电路一起实现使能唤醒功能。第一唤醒信号wake1有效后，U3进入低功耗的休眠状态；当第二唤醒信号wake2有效时，U3的EN脚有效，其从低功耗休眠状态进入正常工作状态，U3的OUT脚输出驱动信号控制Q4工作，从而唤醒DCDC的辅助电源输出，使电源进入待机状态。此状态只有DCDC变换器内部的第一主功率电路的输出未开启，当开启条件满足时，可开启监控电源主输出。

辅助电源输出第一供电信号power1给第一DCDC控制电路U4供电，并通过D2同时馈到第一唤醒信号wake1，以满足U3完全工作起来时对其供电的需求。U3的优选型号是TI公司的LM3478，其它类似的电源管理芯片也能实现同样功能。第一DCDC控制电路U4除了能满足DCDC变换器本身的相关控制功能，输出变换器控制信号Ctrl控制第一主功率电路241，同时可控制监控电源进入待机或者休眠状态。当需要进入休眠状态时，U4首先关闭DCDC变换器主输出，先进入休眠状态，然后发出第一休眠信号dorman1给第一控制芯片U2，U2在第一休眠信号dorman1信号有效后，会使第二唤醒信号wake2无效，从而关闭DCDC变换器和DCDC辅助电源，监控电源进入低功耗休眠状态。其中，第一休眠信号dorman1可以是高低电平的开关信号，也可以是数字通信信号，如串口通信。当U2和U4均采用MCU实现控制逻辑时，U4除了可以通过第一休眠信号dorman1控制休眠，还可以通过此信号实现通信功能，从而修改U2的相关参数，如自唤醒的设置时间等。工作在休眠模式下时，只有高压供电电路和休眠控制模块工作，其对应的DCDC辅助电源不工作，从而实现很低的休眠功耗。

所述第一DCDC控制电路U4可采用现有的DCDC的主功率电路的控制模块，来实现对主功率电路的控制，对SW的通断控制以及与休眠控制模块的通信。第一DCDC控制电路U4中的第1脚输出en2信号，以控制开关SW1。第2脚是通信脚，实现和对应控制芯片(如U2)的信号通信。第3脚用于输出主功率电路的相关控制信号，包括驱动信号、电压电流采样信号等。第4脚是DCDC控制电路的供电端，提供模块内部电路所需辅助供电。

请一并参阅图5，所述监控电源控制装置还提供实施例二所示的电路结构。实施例二和实施例一的不同之处在于激活和自保持模块的实现方式不同，以及监控电源的内部的激活和休眠控制功能电路工作在休眠状态时实现低功耗的方式不同。

所述外部激活控制模块21^/包括第七电阻R7和第二固态继电器PS2；所述第七电阻R7的一端输入外部激活信号Va1(用第二激励源V2来表示Va1的产生)，第七电阻R7的另一端连接第二固态继电器PS2的正极，第二固态继电器PS2的负极接地，第二固态继电器PS2的漏极和源极均连接激活和自保持模块22^/。

所述激活和自保持模块22^/包括第四二极管D4、第三电容C3、第五开关管Q5(PMOS管)、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10；所述第五开关管Q5的栅极连接第八电阻R8的一端和第九电阻R9的一端；第五开关管Q5的源极连接第八电阻R8的另一端、第三电容C3的一端、第二固态继电器PS2的源极、手动维护开关MSD的第1脚和地；第五开关管Q5的漏极连接第二固态继电器PS2的漏极和DCDC变换器；第九电阻R9的另一端连接第三电容C3的另一端、供电端和第四二极管D4的正极；第四二极管D4的负极连接第十电阻R10的一端、休眠控制模块和DCDC变换器；第十电阻R10的另一端连接输入开关SW1的一端和DCDC变换器。

所述休眠控制模块23^/包括第四电容C4、第二稳压芯片U5和第二控制芯片U6；所述第二稳压芯片U5的VIN脚连接第四电容C4的一端和第四二极管D4的负极，第二稳压芯片U5的GND脚连接第四电容C4的另一端和地，第二稳压芯片U5的VOUT脚连接第二控制芯片U6的VDD脚，第二控制芯片U6的RC1脚和RC2脚均连接DCDC变换器。

所述DCDC变换器24^/包括第五电容C5、第五二极管D5、第六开关管Q6(PMOS管)、第二变压器T2、第二主功率电路242、第二辅助电源控制芯片U7和第二DCDC控制电路U8；所述第二DCDC控制电路U8的第1脚连接输入开关SW1的控制端，第二DCDC控制电路U8的第2脚连接第二控制芯片U6的RC1脚，第二DCDC控制电路U8的第3脚连接第二主功率电路242，第二DCDC控制电路U8的第4脚连接供电端，第二辅助电源控制芯片U7的FA/SD脚连接第二控制芯片U6的RC2脚，第二辅助电源控制芯片U7的VIN脚连接第四二极管D4的负极，第二辅助电源控制芯片U7的DR脚连接第六开关管Q6的栅极，第六开关管Q6的源极接地，第六开关管Q6的漏极连接第二变压器T2的第2脚，第二变压器T2的第1脚连接输入开关SW1的一端和第十电阻R10的另一端，第二变压器T2的第3脚连接第五二极管D5的正极，第二变压器T2的第4脚通过第五电容C5连接第五二极管D5的负极和供电端(输出第一供电信号power1)，输入开关SW1的另一端连接第二主功率电路242的输入正端，第二主功率电路242的输入负端连接手动维护开关MSD的第1脚。

实施例二中监控电源控制装置的工作原理为：

外部激活控制模块的功能与实施例一相同，第一使能信号en1同时连接第五开关管Q5的漏极和第二辅助电源控制芯片U7的地。R10连接到高压电池的正极产生第一唤醒信号wake1，连接到第二辅助电源控制芯片U7的VCC脚，为第二辅助电源控制芯片U7的启动提供供电电流。当PS2的输出级未导通时，即第一使能信号en1无效，第二辅助电源控制芯片U7的供电回路不导通，没有漏电流，以满足MSD检测要求。

当第一使能信号en1有效，则第二辅助电源控制芯片U7的供电回路导通。同时第二唤醒信号wake2默认的控制逻辑和实施例一相反，默认为有效，则当第二辅助电源控制芯片U7供电有效后，第二辅助电源控制芯片U7进入正常工作状态，从U7的驱动脚输出驱动信号控制Q6工作，从而唤醒DCDC的辅助电源。辅助电源输出第一供电信号power1送到激活和自保持模块，信号经过C3、R9、R8导通Q5，实现自保持功能。当外部激活信号撤消，Q5仍保持U7的供电回路导通。

同样地，激活和自保持模块被使能之后，电路会输出第一唤醒信号wake1唤醒监控电源的休眠控制模块。休眠控制模块和实施例一电路结构相同，输出第二唤醒信号wake2控制DCDC辅助电源(由U7、Q6、T2、C5和D5组成)的状态，并接收U8的第一休眠信号dorman1，控制监控电源的休眠状态。

实施例二中，实现休眠模式下的低功耗原理为：第三电容C3的容量需要相对足够大，当进入休眠模式时，休眠控制模块通过使第二唤醒信号wake2无效来关闭DCDC辅助电源，此时休眠控制模块、激活和自保持模块的耗电由第三电容C3的储能来提供，同时，U6会监控C3的电压，当C3的电压低于限定值(需要大于U7的启动电压)时，U6重新使第二唤醒信号wake2有效来开启DCDC辅助电源，重新给C3充电，当C3的电压超过设定值时，再关闭DCDC辅助电源以减小功耗，如此反复，使C3的电压维持在所需范围内，并通过DCDC辅助电源的关断来节省功耗，从而实现了比较低的平均输入功耗。第三电容C3的电压工作波形如图6所示，t1时间段为DCDC辅源开启区间，而t2时间段为DCDC辅源关闭区间，T表示时间，V表示供电电压(C3上的电压，即power1)。

请一并参阅图7，所述监控电源控制装置还提供实施例三所示的电路结构。实施例三和实施例二的不同之处在于激活和自保持模块的实现方式不同。

所述外部激活控制模块21^//包括第三激励源V3、第十一电阻R11和第三固态继电器PS3；所述第十一电阻R11的一端输入外部激活信号Va1(此处用第三激励源V3来表示Va1的产生)，第十一电阻R11的另一端连接第三固态继电器PS3的正极，第三固态继电器PS3的负极接地，第三固态继电器PS3的源极连接激活和自保持模块22^//，第三固态继电器PS3的漏极连接高压电池的正极Bat+、输入开关SW1的一端和DCDC变换器。

所述激活和自保持模块22^//包括第六二极管D6、第十一电阻R11和第六电容C6；所述第六二极管D6的正极连接第六电容C6的一端和供电端；第六电容C6的另一端连接DCDC变换器、手动维护开关MSD的第1脚和地；第六二极管D6的负极连接第十一电阻R11的一端、休眠控制电路和DCDC变换器；第十一电阻R11的另一端连接第三固态继电器PS3的源极。

所述休眠控制模块23^//包括第七容C7、第三稳压芯片U9和第三控制芯片U10；所述第三稳压芯片U9的VIN脚连接第七容C7的一端和第六极管D6的负极，第三稳压芯片U9的GND脚连接第七容C7的另一端和地，第三稳压芯片U9的VOUT脚连接第三控制芯片U10的VDD脚，第三控制芯片U10的RC1脚和RC2脚均连接DCDC变换器。

所述DCDC变换器24^//包括第八电容C8、第七二极管D7、第七开关管Q7(PMOS管)、第三变压器T3、第三主功率电路243、第三辅助电源控制芯片U11和第三DCDC控制电路U12；所述第三DCDC控制电路U12的第1脚连接输入开关SW1的控制端，第三DCDC控制电路U12的第2脚连接第三控制芯片U10的RC1脚，第三DCDC控制电路U12的第3脚连接第三主功率电路243，第三DCDC控制电路U12的第4脚连接供电端，第三辅助电源控制芯片U11的FA/SD脚连接第三控制芯片U10的RC2脚，第三辅助电源控制芯片U11的VIN脚连接第六二极管D6的负极，第三辅助电源控制芯片U11的DR脚连接第七开关管Q7的栅极，第七开关管Q7的源极接地，第七开关管Q7的漏极连接第三变压器T3的第2脚，第三变压器T3的第1脚连接输入开关SW1的一端，第三变压器T3的第3脚连接第七二极管D7的正极，第三变压器T3的第4脚通过第八电容C8连接第七二极管D7的负极和供电端(输出第一供电信号power1)，输入开关SW1的另一端连接第一主功率电路241的输入正端，第一主功率电路241的输入负端连接手动维护开关MSD的第1脚。

实施例三中外部激活控制模块的PS3的输出级串联在高压电池的正极和第十一电阻R11之间，R11接到第一唤醒信号wake1，连接到U11的VCC脚和后级休眠控制模块。当PS3输出级关断，即第一使能信号en1信号无效，U11的供电回路不导通，没有漏电流，以满足MSD检测要求。当PS3输出级导通时，即第一使能信号en1信号有效后，和实施例二相同，U11供电正常，第二唤醒信号wake2默认为有效，则U11进入正常工作模式。DCDC辅助电源输出正常，第一供电信号power1有效。第一供电信号power1通过D6馈到第一唤醒信号wake1给U11电源“VCC”供电，即使第一使能信号en1无效，第一唤醒信号wake1仍有效，实现自保持功能。

此外，本例实现休眠模式下的低功耗的控制方式和实施例二相同，第六电容C6的总容量同样需要足够大。和实施例二相同，通过监控第六电容C6的电压和利用第二唤醒信号wake2控制DCDC辅助电源的开通关断，使C6电容的电压维持在所需范围内，来实现较低的平均输入功耗。

需要理解的是，上述三个实施例中，第一主功率电路至第三主功率电路均为相同的电路结构，均用于将电池的输入电压变换为所需的输出电压。上述实施例一的优点是实现灵活，控制简单，通过优化休眠控制模块的电路设计，可以做到很低的休眠功耗。实施例二的电路简洁，实现简单，电路比实施例一明显简化，需要配合休眠控制模块开关DCDC辅助电源来降低休眠功耗。实施例三和实施例二类似，接法不同，电路同样较简洁。

综上所述，本发明提供的监控电源控制装置及高压电池系统，能满足宽范围的电池电压，以便适应不同的电池系统配置和多路输入电压平台的兼容性要求。满足宽电压输入的低休眠功耗要求，以便该系统常挂在电池上取电时能满足极低休眠功耗、节能和对电池空置时间的要求。具备自唤醒功能，即能够从休眠状态中自动唤醒电源输出，从而激活系统实现自动定时对电池进行监控。能满足系统安装和检修时的安全需求，即能够满足在系统上电接通前，操作人员能够用普通测试装置进行手动安全检查，检查系统接线无异常才接通电池。还能满足高压电池系统所亟待实现的功能要求，此电路功能齐全，并兼顾成本，且适应性高，使其在类似的系统应用中有着广泛的应用前景。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种监控电源控制装置，连接高压电池和手动维护开关，其特征在于，包括输入开关、外部激活控制模块、激活和自保持模块、休眠控制模块和DCDC变换器；

所述外部激活控制模块将外部激活信号转换为第一使能信号并输出使能激活和自保持模块，所述激活和自保持模块使能后输出第一唤醒信号唤醒休眠控制模块，所述第一唤醒信号还输出给DCDC变换器以启动供电，所述休眠控制模块判断唤醒条件达到时输出第二唤醒信号唤醒DCDC变换器；所述DCDC变换器判断开机条件达到时控制输入开关吸合，高压电池的电池电压传输至DCDC变换器中处理后输出；所述DCDC变换器判断关机条件达到时，控制输入开关断开并输出第一休眠信号给休眠控制模块，休眠控制模块撤消第二唤醒信号控制DCDC变换器进入休眠状态。

2.根据权利要求1所述的监控电源控制装置，其特征在于，所述外部激活控制模块包括第一电阻和第一固态继电器；

所述第一电阻的一端输入外部激活信号，第一电阻的另一端连接第一固态继电器的正极，第一固态继电器的负极接地，第一固态继电器的漏极和源极均连接激活和自保持模块。

3.根据权利要求2所述的监控电源控制装置，其特征在于，所述激活和自保持模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一二极管和第二二极管；

所述第一开关管的栅极连接第二电阻的一端和第三电阻的一端；第二电阻的另一端连接第一开关管的源极、第一固态继电器的源极、手动维护开关的第1脚和地；第三电阻的另一端连接第三开关管的集电极、第二二极管的负极、休眠控制模块和DCDC变换器；第二二极管的正极连接DCDC变换器；第一开关管的漏极连接第一二极管的正极、第四电阻的一端和第一固态继电器的漏极；第一二极管的负极连接第二开关管的基极和第五电阻的一端，第四电阻的另一端连接第三开关管的基极，第二开关管的发射极连接第三开关管的发射极，第二开关管的集电极连接第六电阻的一端；第五电阻的另一端连接第六电阻的另一端、高压电池的正极Bat+、输入开关的一端和DCDC变换器。

4.根据权利要求3所述的监控电源控制装置，其特征在于，所述休眠控制模块包括第一电容、第一稳压芯片和第一控制芯片；所述第一稳压芯片的VIN脚连接第一电容的一端、第二二极管的负极和第三开关管的集电极；第一稳压芯片的GND脚连接第一电容的另一端和地，第一稳压芯片的VOUT脚连接第一控制芯片的VDD脚，第一控制芯片的RC1脚和RC2脚均连接DCDC变换器。

5.根据权利要求4所述的监控电源控制装置，其特征在于，所述DCDC变换器包括第二电容、第三二极管、第四开关管、第一变压器、第一主功率电路、第一辅助电源控制芯片和第一DCDC控制电路；所述第一DCDC控制电路的第1脚连接输入开关的控制端，第一DCDC控制电路的第2脚连接第一控制芯片的RC1脚，第一DCDC控制电路的第3脚连接第一主功率电路，第一DCDC控制电路的第4脚连接供电端，第一辅助电源控制芯片的FA/SD脚连接第一控制芯片的RC2脚，第一辅助电源控制芯片的VIN脚连接第二二极管的负极和第三开关管的集电极，第一辅助电源控制芯片的DR脚连接第四开关管的栅极，第四开关管的源极接地，第四开关管的漏极连接第一变压器的第2脚，第一变压器的第1脚连接输入开关的一端，第一变压器的第3脚连接第三二极管的正极，第一变压器的第4脚通过第二电容连接第三二极管的负极和供电端。

6.根据权利要求1所述的监控电源控制装置，其特征在于，所述外部激活控制模块包括第七电阻和第二固态继电器；

所述第七电阻的一端输入外部激活信号，第七电阻的另一端连接第二固态继电器的正极，第二固态继电器的负极接地，第二固态继电器的漏极和源极均连接激活和自保持模块。

7.根据权利要求6所述的监控电源控制装置，其特征在于，所述激活和自保持模块包括第四二极管、第三电容、第五开关管、第八电阻、第九电阻和第十电阻；

所述第五开关管的栅极连接第八电阻的一端和第九电阻的一端；第五开关管的源极连接第八电阻的另一端、第三电容的一端、第二固态继电器的源极、手动维护开关的第1脚和地；第五开关管的漏极连接第二固态继电器的漏极和DCDC变换器；第九电阻的另一端连接第三电容的另一端、供电端和第四二极管的正极；第四二极管的负极连接第十电阻的一端、休眠控制模块和DCDC变换器；第十电阻的另一端连接输入开关的一端和DCDC变换器。

8.根据权利要求7所述的监控电源控制装置，其特征在于，所述休眠控制模块包括第四电容、第二稳压芯片和第二控制芯片；

所述第二稳压芯片的VIN脚连接第四电容的一端和第四二极管的负极，第二稳压芯片的GND脚连接第四电容的另一端和地，第二稳压芯片的VOUT脚连接第二控制芯片的VDD脚，第二控制芯片的RC1脚和RC2脚均连接DCDC变换器。

9.根据权利要求8所述的监控电源控制装置，其特征在于，所述DCDC变换器包括第五电容、第五二极管、第六开关管、第二变压器、第二主功率电路、第二辅助电源控制芯片和第二DCDC控制电路；

所述第二DCDC控制电路的第1脚连接输入开关的控制端，第二DCDC控制电路的第2脚连接第二控制芯片的RC1脚，第二DCDC控制电路的第3脚连接第二主功率电路，第二DCDC控制电路的第4脚连接供电端，第二辅助电源控制芯片的FA/SD脚连接第二控制芯片的RC2脚，第二辅助电源控制芯片的VIN脚连接第四二极管的负极，第二辅助电源控制芯片的DR脚连接第六开关管的栅极，第六开关管的源极接地，第六开关管的漏极连接第二变压器的第2脚，第二变压器的第1脚连接输入开关的一端和第十电阻的另一端，第二变压器的第3脚连接第五二极管的正极，第二变压器的第4脚通过第五电容连接第五二极管的负极和供电端。

10.一种采用权利要求1所述的监控电源控制装置的高压电池系统，其特征在于，包括高压电池、手动维护开关和如权利要求1-9任一项所述的监控电源控制装置；

所述监控电源控制装置检测开机时，对高压电池的电池电压进行DCDC变换处理后输出；检测关机时停止对所述电池电压的DCDC变换处理并断开输出，进入休眠状态；所述手动维护开关检测过流时切断高压电池与监控电源控制装置之间的连接。