CN111262328A - 一种车载终端备用电池管理系统 - Google Patents

一种车载终端备用电池管理系统 Download PDF

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Abstract

一种车载终端备用电池管理系统，连接于车载电瓶和工作单元之间，包括降压模块和电池管理模块，该电池管理模块包括镍氢电池充电电路、锂电池充电电路、MCU单元、放电电路和备用电池；该镍氢电池充电电路与备用电池、降压模块相连用于进行镍氢电池充电；该锂电池充电电路与备用电池、降压模块相连用于进行锂电池充电；该放电电路与备用电池相连用于控制备用电池发电；该MCU单元与镍氢电池充电电路、锂电池充电电路、放电电路相连、备用电池相连用于根据车载状态和备用电池状态实现充电管理和放电管理，本发明采用分立式充电管理，较好地解决两者之间的兼容性问题，能降低库存成本及产品切换整改成本。

Description

一种车载终端备用电池管理系统
技术领域
本发明涉及车载设备领域，特别是一种车载终端备用电池管理系统。
背景技术
在传统的备用电池供电系统中，普遍采用将备用电池放置于电源模块降压芯片后端直接给工作单元直接供电，或者采用专门的电池充放电管理芯片进行备用电池管理。前者的价格比较暂优，但不适合于镍氢电池，采用镍氢电池存在着电流倒灌的风险；后者可以较好的解决这一问题，但成本较高，同时因电池特性不一样，导致针对不同电池要选择不同的芯片，不利于产品兼容设计。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种采用分立式电源管理的车载终端备用电池管理系统。
本发明采用如下技术方案：
一种车载终端备用电池管理系统，连接于车载电瓶和工作单元之间，包括降压模块和电池管理模块，其特征在于：该电池管理模块包括镍氢电池充电电路、锂电池充电电路、MCU单元、放电电路和备用电池；该镍氢电池充电电路与备用电池、降压模块相连用于进行镍氢电池充电；该锂电池充电电路与备用电池、降压模块相连用于进行锂电池充电；该放电电路与备用电池相连用于控制备用电池发电；该MCU单元与镍氢电池充电电路、锂电池充电电路、放电电路相连、备用电池相连用于根据车载状态和备用电池状态实现分立式充电管理和放电管理。
优选的，还包括供电状态检测电路，该供电状态检测电路与放电电路和车载电瓶相连以根据供电状态控制放电电路的开关。
优选的，所述备用电池状态包括电池类型、电池电压、电池温度。
优选的，所述镍氢电池充电电路设有第一充电开关，该第一充电开关与所述MCU单元相连。
优选的，所述第一充电开关包括相连的三极管Q1和场效应管Q2。
优选的，所述锂电池充电电路设有第二充电开关，该第二充电开关与所述 MCU单元相连。
优选的，所述第二充电开关包括相连的三极管Q4和场效应管Q3。
优选的，所述放电电路包括三极管Q7、三极管Q8、场效应管Q5和场效应管 Q6；该三极管Q8的基极接MCU单元、发射极接地、集电极接三极管Q7发射极；三极管Q7基极接供电状态检测电路，三极管Q7集电极与场效应管管Q5,场效应管Q6的栅极连接、三极管Q7集电极通过电阻R18与场效应管Q5和场效应管 Q6的源极连接，场效应管Q5的漏极接所述备用电池，场效应管Q6的漏极接所述工作单元。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的系统，其电池管理模块包括镍氢电池充电电路、锂电池充电电路、MCU单元、放电电路等，可根据车载状态和备用电池状态等实现充电管理和放电管理，分立式充电管理包括不同充放电电路的切换，充电的开关等，从而实现同一设计的不同类型兼容设计，还可分别针对不同类型的电池的充电特性调整相关充电电路。
2、本发明的系统，其设置有供电状态检测电路，采用硬件开关方式直接对放电电路进行二级管理，这样可以有效的提升电池切换速度，保证设备的正常运行。
3、本发明的系统，采用MCU单元与供电状态检测电路结合，实现软硬式放电管理，可以更好的解决电源续电和过放保护，确保整个车载终端系统的稳定工作。
4、本发明的系统，其MCU单元可进行车载状态检测，包括休眠，温度等参数检测,且与备用电池连接以实现电池状态检测，包括电池电压、电池温度、电池类型等，从而进行过电保护及根据需求实现对备用电池充电进行控制。
5、本发明的系统，采用分立式电源管理，较好地解决两者之间的兼容性问题，能降低库存成本及产品切换整改成本。
附图说明
图1为本发明模块图；
图2为降压模块电路图；
图3为镍氢电池充电电路图；
图4为锂电池充电电路图；
图5为充电管理模块图；
图6为充电切换流程图；
图7为放电管理框图；
图8为放电管理流程图；
图9为供电状态检测电路图；
图10为放电电路图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1至图10，一种车载终端备用电池管理系统，连接于车载电瓶和工作单元之间，包括降压模块和电池管理模块等。该降压模块包括用于将车载电瓶电压转换成系统供电电压。该降压模块包括降压芯片U1及相关外围电路，参见图2，其VIN脚与车载电瓶相连，且连接有电容C2、C3。SW脚连接有电感L1 一端，电感L1另一端作为输出端Vout。SW脚和BOOT脚之间连接有电容C1。EN 脚连和VIN脚之间连接有电阻R3。GND脚、PAD脚连接GND，且该GND与输出端 Vout之间并联有电容C4、C5、C6等，COMP脚连接有电容C8，电容C8两端并联有电阻R9、电容C9。
该电池管理模块与降压模块相连，用于管理备用电池的充放电。包括镍氢电池充电电路、锂电池充电电路、MCU单元、放电电路、备用电池和供电状态检测电路等。该镍氢电池充电电路、锂电池充电电路为充电管理。该备用电池可以是镍氢电池或锂电池，该放电电路为放电管理。
该镍氢电池充电电路与备用电池、降压模块相连用于进行镍氢电池充电。参照图3，其包括三极管Q1、场效应管Q2、充电芯片U2及其外围电路等，该三极管Q1的基极与MCU单元相连，集电极与场效应管Q2的栅极相连，场效应管 Q2的源极与降压模块的输出端Vout相连，漏极与芯片U2的VIN脚连接，芯片 U2的CHRG脚连接MCU单元，BAT脚连接备用电池。其中三极管Q1、场效应管 Q2作为第一充电开关，当备用电池为镍氢电池时，MCU单元控制三极管Q1、场效应管Q2的状态，实现开启或关闭镍氢电池充电。该三极管Q1可采用NPN三极管，该场效应管Q2可采用P沟道场效应管。
该锂电池充电电路与备用电池、降压模块相连用于进行锂电池充电，参见图4、其包括三极管Q4、场效应管Q3、充电芯片U3及其外围电路等，该三极管 Q4的基极与MCU单元相连，集电极与场效应管Q3的栅极相连，场效应管Q3的源极与降压模块的输出端Vout相连，漏极与芯片U3的VCC脚相连，芯片U3的 BAT脚连接备用电池。其中三极管Q4、场效应管Q3作为第二充电开关，当备用电池为锂电池时，MCU单元控制三极管Q2、场效应管Q3的状态，实现开启或关闭锂电池充电。该三极管Q4可采用NPN三极管，该场效应管Q3可采用P沟道场效应管。
该放电电路与备用电池相连用于控制备用电池发电，参照图10，该放电电路包括场效应管Q5、场效应管Q6、三极管Q7、三极管Q8等，该场效应管Q5的源极与场效应管Q6的源极相连，且二者的栅极相连。场效应管Q5的漏极连接备用电池，且通过R17连接MCU单元，用于输出备用电池的电压。场效应管Q6 的漏极与工作单元系统供电端相连，且通过二极管D2与降压模块相连。该三极管Q7的集电极与场效应管Q5、Q6的栅极相连，发射极与三极管Q7的发射极相连，基极通过电阻R19连接供电状态检测电路。三极管Q8的基极通过电阻R19 连接MCU单元。
该供电状态检测电路包括电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻 R27、电容C13、三极管Q9、电阻R28等，该电阻R23、电阻R24、电阻R26依次串联，电阻R26与三极管Q9的基极相连，该电阻R23与车载电瓶等外部主供电相连。电阻R25、电阻R27一端分别连接于电阻R26两端，另一端与三极管 Q9发射极相连并接地，电容C13连接于三极管Q9的发射极和集电极之间。三极管Q9的集电极作为状态输出端BAT_EN与放电电路相连，且该三极管Q9的集电极通过电阻R28连接备用电池。根据车载电瓶等外部主供电的电压，驱使三极管Q9导通或截止，进一步控制放电电路的开关。
当供电状态检测电路检测到汽车电瓶欠压时将备用电池供电提前打开(及 BAT_OUT_CTL置高)，当检测到外部断电判断电路或者汽车电瓶低压关断时，备直接切换到备用电池进行供电，采用硬件开关方式直接对放电电路进行二级管理，这样可以有效的提升电池切换速度，保证设备的正常运行。
本发明可分别针对不同类型的电池的充电特性调整相关充电电路，生产人员根据所需的电池进行相关参数配置(通过扫码或者电脑输入方式将发货电池状态录入到MCU单元中)。MCU单元可进行车载状态检测，包括休眠，温度等参数检测,且与备用电池连接以实现电池状态检测，包括电池电压、电池温度、电池类型等，从而进行过电保护及根据需求实现对备用电池充电进行控制。MCU单元还能控制不同充放电电路的切换，从而实现同一设计的不同类型兼容设计。该MCU单元采用市面上常见的单片机均可，例如NXP的FS32K144U。
本发明的工作原理如下：
分立式充电管理：参见图5、图6，MCU单元判断系统是否处于休眠模式；若否，则判断电池温度等是否正常，若是，则判断电池类型是否为镍氢电池，若为镍氢电池，则控制镍氢电池充电电路开启充电，若否，则为锂电池，控制锂电池充电电路开启充电。若车辆ACC_OFF，车载终端进入休眠模式，这时车载终端的功耗需要降低到一定程度，则控制关闭对备用电池的充电。
软硬式放电管理：参见图7、图8，MCU单元判断电池电压是否小于低压保护值，若是，则关闭备用电池放电；若否，则通过供电状态检测电路判断车载电瓶是否断电，若是，则控制备用电池开启放电。当检测到外部电源有效，能够有效的切断备用电池供电，从而防止电源倒灌。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (8)

1.一种车载终端备用电池管理系统，连接于车载电瓶和工作单元之间，包括降压模块和电池管理模块，其特征在于：该电池管理模块包括镍氢电池充电电路、锂电池充电电路、MCU单元、放电电路和备用电池；该镍氢电池充电电路与备用电池、降压模块相连用于进行镍氢电池充电；该锂电池充电电路与备用电池、降压模块相连用于进行锂电池充电；该放电电路与备用电池相连用于控制备用电池发电；该MCU单元与镍氢电池充电电路、锂电池充电电路、放电电路相连、备用电池相连用于根据车载状态和备用电池状态实现分立式充电管理和放电管理。
2.如权利要求1所述的一种车载终端备用电池管理系统，其特征在于：还包括供电状态检测电路，该供电状态检测电路与放电电路和车载电瓶相连以根据供电状态控制放电电路的开关。
3.如权利要求1所述的一种车载终端备用电池管理系统，其特征在于：所述备用电池状态包括电池类型、电池电压、电池温度。
4.如权利要求1所述的一种车载终端备用电池管理系统，其特征在于：所述镍氢电池充电电路设有第一充电开关，该第一充电开关与所述MCU单元相连。
5.如权利要求4所述的一种车载终端备用电池管理系统，其特征在于：所述第一充电开关包括相连的三极管Q1和场效应管Q2。
6.如权利要求1所述的一种车载终端备用电池管理系统，其特征在于：所述锂电池充电电路设有第二充电开关，该第二充电开关与所述MCU单元相连。
7.如权利要求5所述的一种车载终端备用电池管理系统，其特征在于：所述第二充电开关包括相连的三极管Q4和场效应管Q3。
8.如权利要求2所述的一种车载终端备用电池管理系统放电电路，其特征在于，所述放电电路包括三极管Q7、三极管Q8、场效应管Q5和场效应管Q6；该三极管Q8的基极接MCU单元、发射极接地、集电极接三极管Q7发射极；三极管Q7基极接供电状态检测电路，三极管Q7集电极与场效应管管Q5,场效应管Q6的栅极连接、三极管Q7集电极通过电阻R18与场效应管Q5和场效应管Q6的源极连接，场效应管Q5的漏极接所述备用电池，场效应管Q6的漏极接所述工作单元。
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