CN111211007B - 继电器保持电路和电池管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种继电器保持电路和电池管理系统。该继电器保持电路包括高压隔离电源、电源驱动模块和电池管理系统的微处理器；其中，高压隔离电源分别与电池包的两极、电源驱动模块的输出端、微处理器和第一开关器件的第一端连接；电源驱动模块的输入端与微处理器连接；微处理器还与原电池连接，微处理器在原电池供电异常时，向电源驱动模块输出低电平信号，电源驱动模块根据低电平，将电池包输出的高压电转换为低压电，为微处理器以及第一开关器件的第二端供电，使继电器的线圈在原电池供电异常期间保持导通状态。采用本发明实施例中的技术方案，能够在铅酸蓄电池供电异常的情况下维持电池管理系统的正常供电。

Description

继电器保持电路和电池管理系统
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种继电器保持电路和电池管理系统。
背景技术
电动汽车的动力来源完全来自动力电池，动力电池通过继电器与电动汽车的电动机连接。继电器由线圈和触点组两部分组成，实际使用时，触点组与电动机连接，线圈在通电情况下触点组导通动力电池向电动机供电。其中，线圈的通电与否由电池管理系统控制，电池管理系统由铅酸蓄电池供电。
现阶段，电动汽车在行驶过程中，一旦继电器突然断开，电动机将失去动力，电动汽车将突然停止。如果该事件发生在高速公路或者车流密集区域，将会造成严重的安全事故。
本申请的发明人经研究发现，造成继电器突然断开的原因主要为铅酸蓄电池供电异常，而造成铅酸蓄电池供电异常包括铅酸蓄电池故障、供电线束断裂或者接触不良等。由此，如何在铅酸蓄电池供电异常的情况下维持电池管理系统的正常供电，成为目前急需解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种继电器保持电路和电池管理系统，能够在铅酸蓄电池供电异常的情况下维持电池管理系统的正常供电。
第一方面，本发明实施例提供一种继电器保持电路，包括：高压隔离电源、电源驱动模块和电池管理系统的微处理器；其中，高压隔离电源分别与电池包的两极、电源驱动模块的输出端、微处理器和第一开关器件的第一端连接；电源驱动模块的输入端与微处理器连接，第一开关器件的控制端与微处理器连接，第一开关器件的第二端与继电器的线圈连接，继电器的触点设置于电池包和电动机之间的线路上；微处理器还与原电池连接，微处理器在原电池供电异常时，向电源驱动模块输出低电平信号，电源驱动模块根据低电平，将电池包输出的高压电转换为低压电，为微处理器以及第一开关器件的第二端供电，使继电器的线圈在原电池供电异常期间保持导通状态。
在第一方面的一种可能的实施方式中，电源驱动模块包括：第一开关单元、第二开关单元和延时单元；其中，微处理器分别与第一开关单元的第一端和第二开关单元的第一端连接，延时单元的输入端与第一开关单元的第二端连接，延时单元的输出端分别与高压隔离电源和第二开关单元的第二端连接；微处理器在原电池供电异常时，分别向第一开关单元和第二开关单元输出低电平信号，第一开关单元和第二开关单元根据低电平信号均断开，延时单元在第一开关单元断开后的预定时间段内，延时输出高电平信号，使能高压隔离电源。
在第一方面的一种可能的实施方式中，第一开关单元包括第一光耦合器、第二开关器件和第一电阻；其中，第一光耦合器的光发射端的第一端与第一上拉电源连接，第二端与第二开关器件的第一端连接，第二开关器件的第二端接地，第二开关器件的控制端和微处理器连接；第一光耦合器的光接收端的第一端与第二上拉电源连接，第二端分别与延时单元的输入端和第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端接。
在第一方面的一种可能的实施方式中，第二开关单元包括第二光耦合器、第三开关器件和第二电阻；其中，第二光耦合器的光发射端的第一端与第三上拉电源连接，第二端与第三开关器件的第一端连接，第三开关器件的第二端接地，第三开关器件的控制端和微处理器连接；第二光耦合器的光接收端的第一端分别与延时单元的输出端和第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与第四上拉电源连接，第二光耦合器的光接收端的第二端接地。
在第一方面的一种可能的实施方式中，延时单元包括第一延时芯片，电源驱动模块还包括用于为第一延时芯片供电的稳压源；稳压源包括第一稳压二极管和第三电阻；第一稳压二极管的阳极接地，阴极分别与第三电阻的第一端和第一延时芯片的供电端连接，第三电阻的第二端与电池包的正极连接。
在第一方面的一种可能的实施方式中，继电器保持电路还包括储能模块和延时驱动模块；其中，储能模块的第一端分别与原电池、高压隔离电源和第一开关器件的第二端连接，储能模块的第二端与微处理器连接；延时驱动模块的输入端与微处理器连接，延时驱动芯片的输出端与第一开关器件的控制端连接；微处理器在原电池供电异常时，分别向储能模块和延时驱动模块输出低电平信号，储能模块根据低电平信号，向第一开关器件的第二端供电，延时驱动模块根据低电平信号，向第一开关器件的控制端延时输出高电平，使继电器的线圈在原电池供电异常且高压隔离电源未启动期间保持在导通状态。
在第一方面的一种可能的实施方式中，储能模块包括：单向导通单元、第三开关单元和储能单元；其中，单向导通单元的输入端与原电池连接，单向导通单元的输出端与储能单元的第一端连接；储能单元的第二端与第三开关单元的第一端连接，第三开关单元的第二端与第一开关器件的第二端连接，第三开关单元的控制端分别原电池和微处理器连接。
在第一方面的一种可能的实施方式中，第三开关单元包括第四电阻、第五电阻、第二稳压二极管、比较器、第四开关器件和第五开关器件；其中，第四开关器件并联于单向导通单元的两端，第四开关器件的控制端与比较器的输出端连接；比较器的同相输入端分别与第四电阻的第一端和第五电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与原电池连接，第五电阻的第二端接地；比较器的反相输入端分别与第二稳压二极管的阴极和第五开关器件的第一端连接，第二稳压二极管的阳极接地，第五开关器件的第二端接地，第五开关器件的控制端与微处理器连接。
在第一方面的一种可能的实施方式中，第三开关单元还包括第六电阻和单向导通器件；第六电阻的第一端与比较器的同相输入端连接，第六电阻的第二端与单向导通器件的阳极连接，单向导通器件的阴极与比较器的输出端连接。
在第一方面的一种可能的实施方式中，储能模块还包括稳压单元，稳压单元包括第三稳压二极管和第七电阻；第三稳压二极管的阴极与储能单元的第一端连接，第三稳压二极管的阳极与第七电阻的第一端连接，第七电阻的第二端接地。
在第一方面的一种可能的实施方式中，延时驱动模块包括第二延时芯片，第二延时芯片的输入端与微处理器连接，第二延时芯片的输出端与第一开关器件的控制端连接。
第二方面，本发明实施例提供一种电池管理系统，该电池管理系统包括如上所述的继电器保持电路。
如上所述，本发明实施例的继电器保持电路增设了高压隔离电源和电源驱动模块，当原电池供电异常(比如掉电)时，为使继电器的线圈在原电池供电异常期间能够保持导通状态，电源驱动模块能够根据电池管理系统的微处理器MCU输出的信号使能高压隔离电源，将电池包输出的高压电转换为低压电为MCU以及第一开关器件的第二端供电，从而在铅酸蓄电池供电异常的情况下维持电池管理系统的正常供电，避免汽车在行驶过程中因突然停车而造成安全事故。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为本发明第一实施例提供的继电器保持电路的结构示意图；
图2为本发明第二实施例提供的继电器保持电路的结构示意图；
图3为本发明第三实施例提供的继电器保持电路的结构示意图；
图4为本发明第四实施例提供的继电器保持电路的结构示意图；
图5为本发明第五实施例提供的继电器保持电路的结构示意图；
图6为本发明第六实施例提供的继电器保持电路的结构示意图；
图7为本发明第七实施例提供的继电器保持电路的结构示意图；
图8为本发明第八实施例提供的继电器保持电路的结构示意图；
图9为本发明第九实施例提供的继电器保持电路的结构示意图；
图10为本发明第十实施例提供的继电器保持电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明实施例的全面理解。
电动汽车的动力来自动力电池(即电池包)，电动汽车的电动机由电驱动开关(比如继电器)与电池包连接，电动汽车行驶过程中，若电驱动开关突然断开，电动汽车会失去动力突然停止，非常危险。
本申请的发明人发现，电池管理系统(Battery Management System， BMS)的供电系统掉电是造成电驱动开关断开失效的主要原因之一，所以 BMS系统掉电情况下维持BMS系统正常供电具有非常重大的现实意义。
基于此，本发明实施例提供一种继电器保持电路和电池管理系统，用于电池技术领域，能够将隔离电源技术与延时技术相结合，在铅酸蓄电池掉电的故障情况下，立即启动高压隔离电源模块，将电池包的高压电转化为可被BMS系统中微处理器MCU应用的低压电源，从而维持MCU的正常供电，同时能够利用大电容存储的能量维持继电器的短时间闭合状态，从而保证动力汽车的安全行驶。
图1为本发明第一实施例提供的继电器保持电路的结构示意图。如图 1所示。该继电器保持电路包括高压隔离电源101和电源驱动模块102和 MCU。
图1中还示出了电动汽车的原电池103、电动机M、继电器104和电池包。其中，原电池103指的是正常情况下MCU的供电电源，用于电动汽车领域的原电池通常是指铅酸蓄电池。电池包的正极表示为Pack+，电池包的负极表示为Pack-，电动机M通过继电器104与电池包连接。
其中，继电器104的线圈的一端接地，另一端与第一开关器件Q1的第一端连接，第一开关器件Q1的第二端与原电池103连接，第一开关器件Q1的控制端与MCU连接。电动汽车正常行驶过程中，MCU会向第一开关器件Q1的控制端输出高电平信号，第一开关器件Q1导通，使电池包向电动机M供电。
如图1所示，高压隔离电源101分别与电池包的两极、电源驱动模块 102的输出端、MCU和第一开关器件Q1的第一端连接，电源驱动模块 102的输入端与MCU连接，第一开关器件Q1的控制端与MCU连接，第一开关器件Q1的第二端与继电器104的线圈连接。
如图1所示，高压隔离电源101与电池包的两极连接，用于将电池包输出的高压电转换为低压电，并为MCU以及开关器件Q1的第二端供电，使继电器104的线圈在原电池供电异常期间保持导通状态。本申请中的高压隔离电源101具有使能功能。
图1中的继电器保持电路的工作原理为：
当原电池103供电正常时，MCU向电源驱动模块102输出高电平信号，电源驱动模块102根据高电平信号，锁定高压隔离电源101，使得高压隔离电源101不工作。
而当原电池103供电异常时，MCU向电源驱动模块102输出低电平信号，电源驱动模块102会根据低电平信号，使能高压隔离电源101，使得高压隔离电源工作，将电池包输出的高压电转换为低压电，为MCU以及第一开关器件Q1的第二端供电，使继电器104的线圈在原电池103供电异常期间能够保持导通状态。
如上所述，本发明实施例的继电器保持电路增设了高压隔离电源101 和电源驱动模块102，当原电池103供电异常(比如掉电)时，为使继电器104的线圈在原电池103供电异常期间能够保持导通状态，电源驱动模块102能够根据MCU输出的信号使能高压隔离电源101，将电池包输出的高压电转换为低压电为MCU以及第一开关器件Q1的第二端供电，从而在铅酸蓄电池供电异常的情况下维持电池管理系统的正常供电，避免汽车在行驶过程中因突然停车而造成安全事故。
下面对本发明实施例中的继电器保持电路的具体结构进行详细说明。
图2为本发明第二实施例提供的继电器保持电路的结构示意图，用于展示上述电源驱动模块102的具体元器件组成。如图2所示，电源驱动模块102包括第一开关单元1021、第二开关单元1022和延时单元1023。
如图2所示，MCU分别与第一开关单元1021的第一端和第二开关单元1022的第一端连接，延时单元1023的输入端与第一开关单元1021的第二端连接，延时单元1023的输出端分别与高压隔离电源101和第二开关单元1022的第二端连接，第一开关单元1021和第二开关单元1022均接地。
图2中示出的电源驱动模块102的工作原理为：
当原电池103供电正常时，MCU分别向第一开关单元1021和第二开关单元1022输出高电平信号，第一开关单元1021和第二开关单元1022根据高电平信号均导通，延时单元1023在第一开关单元1021导通后也输出高电平信号，此处，由于第二开关单元1022导通后接地，因此延时单元 1023输出的高电平信号将被第二开关单元1022拉低，使高压隔离电源101处于锁定状态，即不工作状态。
当原电池103供电异常时，MCU分别向第一开关单元1021和第二开关单元1022输出低电平信号，第一开关单元1021和第二开关单元1022均根据低电平信号断开，此时，延时单元1023能够在第一开关单元1022断开后的预定时间段内延时输出高电平信号，且因第二开关单元1022断开，不会拉低延时输出的高电平信号，从而使高压隔离电源101处于使能状态。本领域技术人员可以根据实际情况对起延时作用的预定时间段进行时长设定，一般情况下，预定时间段的时长应大于MCU处于瞬时掉电情况的持续时长。
图3为本发明第三实施例提供的继电器保持电路的结构示意图，用于展示上述第一开关单元1021、第二开关单元1022和延时单元1023的具体元器件组成。
如图3所示，第一开关单元1021包括光耦合器OC1、第二开关器件 Q2和电阻R1。第二开关单元1022包括光耦合器OC2、第三开关器件Q3 和电阻R2，延时单元1023包括延时芯片Y1。
其中，光耦合器OC1光发射端的第一端与上拉电源V1连接，第二端与第二开关器件Q2的第一端连接，第二开关器件Q2的第二端接地，第二开关器件Q2的控制端和MCU连接；光耦合器OC1光接收端的第一端与上拉电源V2连接，第二端分别与延时芯片Y1的输入端和电阻R1的第一端连接，电阻R2的第二端接地。
光耦合器OC2光发射端的第一端与上拉电源V3连接，第二端与第三开关器件Q3的第一端连接，第三开关器件Q3的第二端接地，第三开关器件Q3的控制端和MCU连接；光耦合器OC2光接收端的第一端分别与延时芯片Y1的输出端和第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与上拉电源V4连接，光耦合器OC2光接收端的第二端接地。
图3中示出的电源驱动模块102中各元器件的工作原理为：
当原电池103供电正常时，MCU分别向第二开关器件Q2的控制端和第三开关器件Q3的控制端输出高电平信号。响应于该高电平信号，第二开关器件Q2的第一端和第二端导通，第三开关器件Q3的第一端和第二端导通，光耦合器OC1的光发射端和光接收端导通，光耦合器OC2的光发射端和光接收端导通。
其中，光耦合器OC1导通后会向延时芯片Y1输入高电平信号，延时芯片Y1接收到高电平信号后输出高电平信号，同时，光耦合器OC2导通后会将延时芯片Y1输出高电平信号拉低，锁定高压隔离电源101，高压隔离电源101不工作。
当原电池103供电异常时，MCU分别向第二开关器件Q2的控制端和第三开关器件Q3的控制端输出低电平信号。响应于该低电平信号，第二开关器件Q2的第一端和第二端断开，第三开关器件Q3的第一端和第二端断开，光耦合器OC1的光发射端和光接收端断开，光耦合器OC2的光发射端和光接收端断开。
其中，光耦合器OC1断开后，延时芯片Y1在预定时间段内延时输出高电平信号，但由于光耦合器OC2断开，不会拉低延时芯片Y1输出高电平信号拉，从而使能高压隔离电源101，唤醒高压隔离电源101工作。
如上所述，本发明实施例通过隔离光耦OC1、隔离光耦OC2、第二开关器件Q2和第三开关器件Q3配合使用，实现了锁定和唤醒高压隔离电源 101的作用。另外，隔离光耦还能够避免锁定和唤醒过程中工作信号受到电池包高压信号的影响，从而提高继电器保护电路的控制精度。
在一个可选实施例中，电源驱动模块102还包括为延时芯片Y1供电的稳压源S1，用于为延时芯片Y1提供工作电源。
如图3所示，该稳压源S1包括稳压二极管DZ1和电阻R3，稳压二极管DZ1的阳极接地，阴极分别与电阻R3的第一端和延时芯片Y1的供电端(Vin)连接，电阻R3的第二端与电池包的正极(Pack+)连接。其中，电阻R3可以是电阻集合或者电阻网络。
需要说明的是，为避免高压侧对低压侧的信号干扰，稳压二极管DZ1 以及延时芯片Y1可以接高压侧参考电位，比如电池包的负极，第二开关器件Q2和第三开关器件Q3可以接低压侧参考电位，比如原电池的负极。
图4为本发明第四实施例提供的继电器保持电路的结构示意图，图4 与图3的不同之处在于，图4中在上拉电源V1和光耦合器OC1的光发射端之间增设了上拉电阻，通过对上拉电源V1进行分压来对光耦合器OC1 的光发射端施加合适的工作电压。
如图4所示，还可以在上拉电源V3和光耦合器OC2的光发射端之间增设上拉电阻，通过对上拉电源V3进行分压来对光耦合器OC2的光发射端施加合适的工作电压。
实际工作过程中，高压隔离电源101的启动需要的时间可能较长，为了维持电池管理系统在铅酸蓄电池供电异常且高压隔离电源未完全启动情况下的正常供电，可以在继电器保持电路中增设电容存储器，利用电容存储器中的能量铅酸蓄电池供电异常且高压隔离电源未完全启动情况下，电池管理系统的正常供电，从而保证动力汽车的安全行驶的策略。
图5为本发明第五实施例提供的继电器保持电路的结构示意图。图5 与图1的不同之处在于，图5中的继电器保持电路还包括；储能模块105 和延时驱动模块106，用于利用大电容存储的能量维持继电器的短时间闭合状态。
如图5所示，储能模块105的第一端分别与原电池103、高压隔离电源和第一开关器件Q1的第二端连接，储能模块105的第二端与MCU连接。延时驱动模块106的输入端MCU连接，输出端和第一开关器件Q1的控制端连接。
图5中示出的储能模块105和延时驱动模块106的工作原理为：
当原电池103供电正常时，原电池103分别向MCU、储能模块105和第一开关器件Q1的第二端供电。MCU向储能模块105和延时驱动模块 106输出高电平信号，响应于该高电平信号，储能模块105处于充电状态，延时驱动模块106向第一开关器件Q1的控制端输出高电平信号，第一开关器件Q1的第一端和第二端导通，继电器104的线圈通电。
当原电池103供电异常时，原电池103停止向MCU供电。储能模块 105从充电状态切换为放电状态，MCU向延时驱动模块106输出低电平信号，延时驱动模块106可以在预定时间段内，向第一开关器件Q1的控制端延时输出高电平，由储能模块105为继电器104的线圈供电，维持继电器的线圈在原电池供电异常且高压隔离电源未启动期间保持在导通状态，从而提高动力汽车行车安全性和可靠性。
图6为本发明第六实施例提供的继电器保持电路的结构示意图，用于展示上述储能模块105的具体元器件组成。如图6所示，储能模块105包括：单向导通单元1051、第三开关单元1052和储能单元1053。
其中，单向导通单元1051的输入端与原电池103连接，单向导通单元1051的输出端与储能单元1053的第一端连接。
储能单元1053的第二端与第三开关单元1052的第一端连接，第三开关单元1052的第二端和第一开关器件Q1的第二端连接，第三开关单元 1052的控制端分别与原电池103和MCU连接。
图6中示出的储能模块105的工作原理为：
当原电池103供电正常时，原电池103向MCU和第一开关器件Q1的第二端供电，并通过单向导通单元1051向储能单元1053充电，第三开关单元1052断开，储能单元1053中的电量无法向外转移。
当原电池103供电异常时，原电池103停止向BMS供电，第三开关单元1052接通，储能单元1053从充电状态切换为放电状态，向第一开关器件Q1的第二端供电，直到高压隔离电源101启动后，MCU向第三开关单元1052输出高电平信号，使第三开关单元1052断开。储能单元1053从放电状态切换回充电状态。
在一个可选实施例中，可以在原电池供电异常时，由储能单元1053 向原电池103充电，这样可以解决因原电池电量不足而引起的供电异常问题，维持继电器的线圈在原电池供电异常且高压隔离电源未启动期间保持在导通状态。
图7为本发明第七实施例提供的继电器保持电路的结构示意图，用于展示上述单向导通单元1051、第三开关单元1052和储能单元1053的具体元器件组成。
如图7所示，单向导通单元1051可以由二极管D1实现，储能单元 1053可以由大电容C1实现，第三开关单元1052具体包括电阻R4、电阻 R5、第二稳压二极管DZ2、比较器Cp、第四开关器件Q4和第五开关器件 Q5。
其中，第四开关器件Q4并联于二极管D1的两端，第四开关器件Q4 的控制端与比较器Cp的输出端连接。
比较器Cp的同相输入端“+”分别与电阻R4的第一端和电阻R5的第一端连接(也可以理解为R4与R5的分压点)，电阻R4的第二端与原电池103连接，电阻R5的第二端接地。
比较器Cp的反相输入端“-”分别与第二稳压二极管DZ2的阴极和第五开关器件Q5的第一端连接，第二稳压二极管DZ2的阳极接地，第五开关器件Q5的第二端接地，第五开关器件Q5的控制端与MCU连接。
其中，电阻R3可以是电阻集合或者电阻网络。
在一个实施例中，可以在电阻R4和二极管D1之间的线路上增设二极管D2，进一步确保原电池正常供电池时，储能单元1053中电量不会被释放掉。
图7中示出的单向导通单元1051、第三开关单元1052和储能单元 1053的工作原理为：
当原电池103供电正常时，原电池103向MCU和开关器件Q1的第二端供电，MCU向开关器件Q5输出高电平，第五开关器件Q5导通，第四开关器件Q4断开，原电池103通过二极管D1向大电容C1充电，大电容 C1中的电量无法向外转移。
当原电池103供电异常时，原电池103停止向MCU供电，MCU向第五开关器件Q5输出低电平信号，第五开关器件Q5断开，同时电阻R4与电阻R5之间的分压值下降，比较器Cp的同相出入端“+”电压低于反相输入端“-”电压，比较器Cp输出端接地，第四开关器件Q4导通。大电容C1从充电状态切换为放电状态，向开关器件Q1的第二端供电。
直到高压隔离电源101启动后，MCU向第五开关器件Q5输出高电平信号，第五开关器件Q5导通，比较器Cp的同相出入端“+”电压高于反相输入端“-”电压，第四开关器件Q4导通，大电容C1重新从放电状态切换回充电状态。
图8为本发明第八实施例提供的继电器保持电路的结构示意图，用优化图7中的电路结构，图8中的第三开关单元1052还包括电阻R6和单向导通器件D3。
图8中示出的单向导通器件为二极管D3。
如图8所示，电阻R6的第一端与比较器Cp的同相输入端“+”连接，电阻R6的第二端与二极管D3的阳极连接，二极管D3的输出端与比较器 Cp的阴极连接。
当比较器Cp输出接地后，电阻R6、二极管D3与电阻R5可以并联，使接入比较器Cp的同相输出端“+”的分压值进一步减小，提高对比较器 Cp的控制精度，从而及时启动第四开关器件Q4，使大电容C1从充电状态切换为放电状态，并向第一开关器件Q1的第二端供电。
在一个可选实施例中，储能模块105还包括稳压单元1054，用于维持大电容C1的电压稳定。
稳压单元1054包括稳压二极管DZ3和电阻R7。其中，稳压二极管 DZ3的阴极与大电容C1的第一端连接，稳压二极管DZ3的阳极与电阻R7 的第一端连接，电阻R7的第二端接地。
图8中还示出了设置于第三开关单元1052电路中的一些电子元件，用于进一步改善第三开关单元1052的电路功能。
比如，第三开关单元1052还包括位于第四开关器件Q4的控制端和比较器Cp的输出端之间的上拉电阻，用于拉高输入至第四开关器件Q4的控制信号。第三开关单元1052还包括位于第四开关器件Q4的第二端和比较器Cp的反相输入端“-”之间的电阻元件，以及位于第四开关器件Q4的第二端和比较器Cp的输出端之间的电阻元件，用于减少大电容C1的电压信号对比较器Cp的输入和输出信号的影响。
图9为本发明第九实施例提供的继电器保持电路的结构示意图，用于展示延时驱动模块106的具体元器件组成。
如图9所示，延时驱动模块106包括延时芯片Y2和位于延时芯片Y2 的输出端和第一开关器件Q1的控制端之间的保护电阻。
其中，延时芯片Y2的输入端与MCU连接，延时芯片Y2的输出端与第一开关器件Q1的控制端连接，延时芯片Y2的主要功能是延时输出高电平，具体延时多久可以通过硬件设置。
图10为本发明第十实施例提供的继电器保持电路的结构示意图，作为继电器保持电路的一种优选示例，全面展示了继电器保持电路的元器件组成。图10中示出了MCU的4个IO端口(IO1、IO2、IO4和IO5)。
下面结合图10，对本发明实施中的继电器保持电路的工作过程进行详细说明：
S1、当MCU正常工作时，电动汽车继电器104(包括主正继电器和主负继电器)闭合，电动车正常行驶。低压隔离电源(图中未示出)工作工作状态，用于提供上拉电源(V1-V4)。
此时，端口IO1为高电平输出状态，端口IO2为高电平输出状态，高压隔离电源101被锁定(EN为低电平时不使能)，处于不工作状态，端口IO4输出状态为高电平，驱动继电器104处于闭合状态，端口IO5为高电平，第四开关器件Q4不导通，第三开关器件Q3不导通，由于二极管 D1和D2的存在，此时，铅酸蓄电池可向大电容C1充电，但大电容C1无法向MCU放电。
S2、当铅酸蓄电池供电出现故障，或者连接到MCU系统的线束出现故障时，铅酸蓄电池正电压Battery+迅速下降，当Battery+下降到MCU的最低工作电压时，MCU停止工作，当比较器Cp同相输出端电压“+”大于反相输出端“-”电压时，比较器Cp的输出端接地，此时，第三开关器件Q3接地导通，在MCU停止工作且高压隔离电源101未启动期间，继电器104的导通能量由大电容C1提供。如图10所示，可以通过电阻R4和 R5设置MCU的最低工作电压，即大电容C1的放电电压阈值。
MCU供电异常后，端口IO1、IO2、IO4和IO5控制输出均为低电平， OC1、OC2均不导通，由于延时芯片Y1的作用，延时芯片Y1的输出要经过设定的时间后才能被拉低，所以此时高压隔离电源101的使能为高电平，高压隔离电源101被唤醒开始工作。
S3、高压隔离电源101工作后，代替铅酸蓄电池为MCU供电，MCU 重新启动开始工作，当高压隔离电源101的输出电压高于大电容C1的电压时，大电容C1停止向系统输出能量并进行充电。
DZ3和R7的稳压单元构成了大电容C1的保护电路，通过提供放电回路，防止大电容C1过冲造成损坏。
在一个优选实施例中，大电容C1的容值的计算公式为：
Figure BDA0001868525410000141
其中，I为继电器104需要的保持电流104，T为高压隔离电源101的启动时间T，UBat_min为铅酸蓄电池正常工作时的最低电压，UBat_min为继电器104保持需要的最低电压。
S4、MCU正常工作后，第四开关器件Q4导通并迅速关断，第四开关器件Q4导通期间，比较器Cp的反相输入端“-”接地，比较器Cp的输出端由接地转变为高阻态，第三开关器件Q3被关断，MCU使能端口IO1、 IO4，重新输出高电平。
S5、MCU检测到供电系统恢复正常后，使能IO2，关闭高压隔离电源 101，此时MCU的供电仍然由铅酸蓄电池提供。
基于上述步骤，在MCU输入电源丢失期间，继电器仍然保持电源丢失前的状态，该策略保证了汽车在行驶过程中的安全。
此外，本发明实施例还提供一种电池管理系统，该电池管理系统包括如上所述的继电器保持电路。
需要说明的是，该电池管理系统可以是一个单独售卖的设备，设备中集成有上述继电器保持电路。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、 ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。

Claims (11)

1.一种继电器保持电路，其特征在于，包括：高压隔离电源、电源驱动模块和电池管理系统的微处理器；其中，
所述高压隔离电源分别与电池包的两极、电源驱动模块的输出端、所述微处理器和第一开关器件的第一端连接；
所述电源驱动模块的输入端与所述微处理器连接，所述第一开关器件的控制端与所述微处理器连接，所述第一开关器件的第二端与继电器的线圈连接，所述继电器的触点设置于所述电池包和电动机之间的线路上；
所述微处理器还与原电池连接，所述微处理器在所述原电池供电异常时，向所述电源驱动模块输出低电平信号，所述电源驱动模块根据所述低电平，将所述电池包输出的高压电转换为低压电，为所述微处理器以及所述第一开关器件的第二端供电，使所述继电器的线圈在所述原电池供电异常期间保持导通状态；
所述电源驱动模块包括：第一开关单元、第二开关单元和延时单元；其中，
所述微处理器分别与所述第一开关单元的第一端和所述第二开关单元的第一端连接，所述延时单元的输入端与所述第一开关单元的第二端连接，所述延时单元的输出端分别与所述高压隔离电源和所述第二开关单元的第二端连接；
所述微处理器在所述原电池供电异常时，分别向所述第一开关单元和所述第二开关单元输出低电平信号，所述第一开关单元和所述第二开关单元根据所述低电平信号均断开，所述延时单元在所述第一开关单元断开后的预定时间段内，延时输出高电平信号，使能所述高压隔离电源。
2.根据权利要求1所述的继电器保持电路，其特征在于，所述第一开关单元包括第一光耦合器、第二开关器件和第一电阻；其中，
所述第一光耦合器的光发射端的第一端与第一上拉电源连接，第二端与所述第二开关器件的第一端连接，所述第二开关器件的第二端接地，所述第二开关器件的控制端和所述微处理器连接；
所述第一光耦合器的光接收端的第一端与第二上拉电源连接，第二端分别与所述延时单元的输入端和所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端接地。
3.根据权利要求1所述的继电器保持电路，其特征在于，所述第二开关单元包括第二光耦合器、第三开关器件和第二电阻；其中，
所述第二光耦合器的光发射端的第一端与第三上拉电源连接，第二端与所述第三开关器件的第一端连接，所述第三开关器件的第二端接地，所述第三开关器件的控制端和所述微处理器连接；
所述第二光耦合器的光接收端的第一端分别与所述延时单元的输出端和所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与第四上拉电源连接，所述第二光耦合器的光接收端的第二端接地。
4.根据权利要求1所述的继电器保持电路，其特征在于，所述延时单元包括第一延时芯片，所述电源驱动模块还包括用于为所述第一延时芯片供电的稳压源；
所述稳压源包括第一稳压二极管和第三电阻；所述第一稳压二极管的阳极接地，阴极分别与所述第三电阻的第一端和所述第一延时芯片的供电端连接，所述第三电阻的第二端与所述电池包的正极连接。
5.根据权利要求1所述的继电器保持电路，其特征在于，所述继电器保持电路还包括储能模块和延时驱动模块；其中，
所述储能模块的第一端分别与所述原电池、所述高压隔离电源和所述第一开关器件的第二端连接，所述储能模块的第二端与所述微处理器连接；
所述延时驱动模块的输入端与所述微处理器连接，所述延时驱动模块的输出端与所述第一开关器件的控制端连接；
所述微处理器在所述原电池供电异常时，分别向所述储能模块和所述延时驱动模块输出低电平信号，所述储能模块根据所述低电平信号，向所述第一开关器件的第二端供电，所述延时驱动模块根据所述低电平信号，向所述第一开关器件的控制端延时输出高电平，使所述继电器的线圈在所述原电池供电异常且所述高压隔离电源未启动期间保持在导通状态。
6.根据权利要求5所述的继电器保持电路，其特征在于，所述储能模块包括：单向导通单元、第三开关单元和储能单元；其中，
所述单向导通单元的输入端与所述原电池连接，所述单向导通单元的输出端与所述储能单元的第一端连接；
所述储能单元的第二端与所述第三开关单元的第一端连接，所述第三开关单元的第二端与所述第一开关器件的第二端连接，所述第三开关单元的控制端分别与所述原电池和所述微处理器连接。
7.根据权利要求6所述的继电器保持电路，其特征在于，所述第三开关单元包括第四电阻、第五电阻、第二稳压二极管、比较器、第四开关器件和第五开关器件；其中，
所述第四开关器件并联于所述单向导通单元的两端，所述第四开关器件的控制端与所述比较器的输出端连接；
所述比较器的同相输入端分别与所述第四电阻的第一端和所述第五电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与所述原电池连接，所述第五电阻的第二端接地；
所述比较器的反相输入端分别与所述第二稳压二极管的阴极和所述第五开关器件的第一端连接，所述第二稳压二极管的阳极接地，所述第五开关器件的第二端接地，所述第五开关器件的控制端与所述微处理器连接。
8.根据权利要求7所述的继电器保持电路，其特征在于，所述第三开关单元还包括第六电阻和单向导通器件；
所述第六电阻的第一端与所述比较器的同相输入端连接，所述第六电阻的第二端与所述单向导通器件的阳极连接，所述单向导通器件的阴极与所述比较器的输出端连接。
9.根据权利要求6所述的继电器保持电路，其特征在于，所述储能模块还包括稳压单元，所述稳压单元包括第三稳压二极管和第七电阻；
所述第三稳压二极管的阴极与所述储能单元的第一端连接，所述第三稳压二极管的阳极与所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端接地。
10.根据权利要求5所述的继电器保持电路，其特征在于，所述延时驱动模块包括第二延时芯片，所述第二延时芯片的输入端与所述微处理器连接，所述第二延时芯片的输出端与所述第一开关器件的控制端连接。
11.一种电池管理系统，其特征在于，包括如权利要求1-10任意一项所述的继电器保持电路。
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