CN111327094A - 一种低压bms休眠与唤醒电源控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池管理系统技术领域，尤其是指一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，其包括开关件、第一降压模块、第二降压模块、延时关断模块、线性降压模块LDO、电源切换模块、外部电压检测模块和微控制器MCU。本发明结构新颖，采用双电源供电方式，同时也支持外部电源供电方式，实现了BMS低功耗休眠功能；并采用外部电源唤醒方式，在低于BMS辅助电源最低工作电压的情况下，也可以正常唤醒充电；本发明以可靠、低成本的方式解决电池组长期搁置导致过放电问题；即使电池组过放后，也能在不拆机箱的条件下，正常唤醒充电，极大降低了电池组的维护成本。

Description

一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置

技术领域

本发明涉及电池管理系统技术领域，尤其是指一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置。

背景技术

电池管理系统BMS作为电池储能系统的关键部件，其取电方式可取自电池组，也可取自外部电源，如市电。对离网、半离网系统应用场合，外部电源的不稳定无法保证BMS正常工作，因此BMS通常从电池组取电，可满足独立运行需求。

电池组本身的能量是有限的，BMS要从电池组取电，必须要满足正常运行时的低功耗，还要具备休眠和唤醒功能需求。这样既能保证电池组不至于过放，还能保证电池组能从休眠状态顺利唤醒并充电。当前多数厂商的BMS低功耗与休眠方案可归结为三类，第一类采用双电源供电，主电源从电池组取电降压给后级电路，休眠和唤醒电源从电池组的负极侧第2或者第3串正极处取电；缺点是长时间休眠或者休眠和唤醒电源支路失效时，将导致电芯容量的不均衡，会降低电池组可用电量。第二类也是采用双电源供电，主电源、休眠和唤醒电源都是从电池组取电降压给后级电路，但是BMS与电池组装配好后，BMS始终从电池组取电，外部控制船型开关无法切断供电回路，在电池组低电量的情况下，长时间搁置还是会导致电池组过放电。第三类为BMS从外部电源取电，BMS不消耗电池组的电量，该方式不适合无外部电源的情况。另外，在电池组电压低于BMS辅助电源最低工作电压的情况下，大部分厂商还无法做到不拆机箱直接唤醒电池组，这也增加了维护成本。

发明内容

本发明针对现有技术的问题提供一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，结构新颖，以可靠、低成本的方式解决电池组长期搁置导致过放电问题；即使电池组过放后，也能在不拆机箱的条件下，正常唤醒充电，极大降低了电池组的维护成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，包括开关件、第一降压模块、第二降压模块、延时关断模块、线性降压模块LDO、电源切换模块、外部电压检测模块和微控制器MCU；

外界电池组通过开关件分别第一降压模块的输入端与第二降压模块的输入端连接，所述第二降压模块的输出端分别与延时关断模块的输入端和电源切换模块的输入端连接，所述微控制器MCU的输入端分别与所述电源切换模块的输出端以及所述外部电压检测模块的输出端连接，所述微控制器MCU的输出端与第一降压模块的输入端连接，所述线性降压模块LDO的输入端与所述第一降压模块的输出端连接，所述线性降压模块LDO的输出端与所述电源切换模块的输入端连接。

其中，所述延时关断模块包括二极管D1、三极管Q2和二极管D2，所述二极管D1的阳极与所述第二降压模块的输出端连接，所述二极管D1的阴极和二极管D2的阴极分别与三极管Q2的基极连接，所述二极管D2的阳极与微控制器MCU的输出端连接，所述三极管Q2的集电极与第一降压模块的输入端连接，所述三极管Q2的发射极接地。

其中，所述延时关断模块还包括电阻R1、电容C1、稳压二极管ZD1、电阻R3、电阻R2、电阻R4、三极管Q1、电阻R5和电阻R6，所述第二降压模块的输出端分别与电阻R1的一端和电阻R2的一端连接，所述电阻R1的另一端通过稳压二极管ZD1与电阻R3的一端连接，所述电阻R1的另一端还通过电容C1接地，所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端和三极管Q1的基极连接，所述电阻R4的另一端接地，所述三极管Q1的集电极和所述电阻R2的另一端均与二极管D1的阳极连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述二极管D1的阴极与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端和二极管Q2的基极连接，所述电阻R6的另一端接地。

其中，所述线性降压模块LDO包括二极管D3、二极管D4、双向TVS管TVS1、电容C2、线性降压芯片U1和电容C3，所述二极管D3的阳极与第一降压模块的输出端连接，所述二极管D3的阴极和所述二极管D4的阴极均与所述双向TVS管TVS1的一端连接，所述二极管D4的阳极用于外接外部12V电源，所述二极管D3的阴极、电容C2的一端和所述二极管D4的阴极均与所述线性降压芯片U1的输入引脚连接，所述双向TVS管TVS1的另一端、所述电容C2的另一端和所述线性降压芯片U1的接地引脚均接地，所述线性降压芯片U1的输出引脚输出3.3V电源，所述电容C3的一端与所述线性降压芯片U1的输出引脚连接，所述电容C3的另一端接地。

其中，所述电源切换模块包括电阻R7、电阻R8、MOS管Q3、MOS管Q4、电阻R9、MOS管Q5、电容C4和二极管D5，所述电阻R7的一端与12.5V电源连接，所述电阻R7的另一端分别与电阻R8的一端和MOS管Q3的栅极连接，所述电阻R8的另一端和MOS管Q3的源极均接地，所述MOS管Q3的漏极分别与MOS管Q4的栅极、电阻R9的一端和MOS管Q5的基极连接，所述MOS管Q4的源极与线性降压模块LDO的输出端连接，所述MOS管Q4的漏极与电阻R9的另一端和MOS管Q5的漏极连接，所述MOS管Q5的源极、二极管D5的阴极和电容C4的一端均接电源VDD，所述电容C4的另一端接地，所述二极管D5的阳极与第二降压模块的输出端连接。

其中，所述外部电压检测模块包括电阻R10、电阻R11、二极管D6、三极管Q6、二极管D7、电阻R12、电阻R13、三极管Q7、电阻R14、电阻R15和电容C5，所述电阻R10的一端连接3V电源，所述电阻R10的另一端分别与电阻R11的一端和三极管Q6的基极连接，电阻R11的另一端与二极管D6的阳极连接，二极管D6的阴极接地；三极管Q6的发射极与二极管D7的阳极连接，二极管D7的阴极连接外部充电机负极，所述三极管Q6的集电极与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端分别与三极管Q7的基极和电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端和三极管Q7的发射极均连接3V电源，所述三极管Q7的集电极分别与电阻R14的一端和电阻R15的一端连接，所述电阻R14的另一端接地，所述电阻R15的另一端分别与电容C5的一端和微控制器MCU的输入端连接，所述电容C5的另一端接地。

其中，所述开关件为船型开关K1。

本发明的有益效果：

本发明结构新颖，采用双电源供电方式，同时也支持外部电源供电方式，实现了BMS低功耗休眠功能；并采用外部电源唤醒方式，在低于BMS辅助电源最低工作电压的情况下，也可以正常唤醒充电；本发明在开关件、第一降压模块、第二降压模块、延时关断模块、线性降压模块LDO、电源切换模块、外部电压检测模块和微控制器MCU的作用下，以可靠、低成本的方式解决电池组长期搁置导致过放电问题；即使电池组过放后，也能在不拆机箱的条件下，正常唤醒充电，极大降低了电池组的维护成本。

附图说明

图1为本发明的一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置的原理框架示意图。

图2为本发明的延时关断模块的电路结构图。

图3为本发明的线性降压模块LDO的电路结构图。

图4为本发明的电源切换模块的电路结构图。

图5为本发明的外部电压检测模块的电路结构图。

在图1至图5中的附图标记包括：

1—第一降压模块 2—第二降压模块 3—延时关断模块

4—线性降压模块LDO 5—电源切换模块 6—外部电压检测模块

7—微控制器MCU。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。

一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，如图1至图5所示，包括开关件、第一降压模块1、第二降压模块2、延时关断模块3、线性降压模块LDO4、电源切换模块5、外部电压检测模块6和微控制器MCU7；

外界电池组通过开关件分别第一降压模块1的输入端与第二降压模块2的输入端连接，所述第二降压模块2的输出端分别与延时关断模块3的输入端和电源切换模块5的输入端连接，所述微控制器MCU7的输入端分别与所述电源切换模块5的输出端以及所述外部电压检测模块6的输出端连接，所述微控制器MCU7的输出端与第一降压模块1的输入端连接，所述线性降压模块LDO4的输入端与所述第一降压模块1的输出端连接，所述线性降压模块LDO4的输出端与所述电源切换模块5的输入端连接，所述线性降压模块LDO4的输入端连接外部输入电源。

具体地，本发明结构新颖，设计巧妙，使用电源切换模块5实现主电源的休眠和唤醒电源无缝切换，保证切换时，微控制器MCU7不会复位，能顺利进入休眠状态，且正常工作时，微控制器MCU7由主电源供电，休眠时由休眠唤醒电源供电，提升了本发明的BMS可靠性。其中，通过延时关断模块3，解决了本发明的BMS上电时开启主电源，之后由微控制器MCU7维持主电源开启，即开关件可切断BMS的供电电源，长期搁置情况下BMS也不耗电，降低了电池组过放电风险，使用的外部电压检测模块6，避免了外部电压低于电池组电压也能唤醒BMS的情况，杜绝了外部低电压意外唤醒BMS导致过放电的风险。

本实施例所述的一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，所述延时关断模块3包括二极管D1、三极管Q2和二极管D2，所述二极管D1的阳极与所述第二降压模块2的输出端连接，所述二极管D1的阴极和二极管D2的阴极分别与三极管Q2的基极连接，所述二极管D2的阳极与微控制器MCU7的输出端连接，所述三极管Q2的集电极与第一降压模块1的输入端连接，所述三极管Q2的发射极接地；

进一步的，所述延时关断模块3还包括电阻R1、电容C1、稳压二极管ZD1、电阻R3、电阻R2、电阻R4、三极管Q1、电阻R5和电阻R6，所述第二降压模块2的输出端分别与电阻R1的一端和电阻R2的一端连接，所述电阻R1的另一端通过稳压二极管ZD1与电阻R3的一端连接，所述电阻R1的另一端还通过电容C1接地，所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端和三极管Q1的基极连接，所述电阻R4的另一端接地，所述三极管Q1的集电极和所述电阻R2的另一端均与二极管D1的阳极连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述二极管D1的阴极与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端和二极管Q2的基极连接，所述电阻R6的另一端接地。

具体地，所述第二降压模块2输出3V电压供给给延时关断模块3，本发明的开关件打开后，第二降压模块2输出3V电压供给给延时关断模块3，在二极管D1的阳极产生一个正脉冲信号，经过三极管Q2驱动后，拉低第一降压模块1的控制使能脚，从而打开第一降压模块1，第一降压模块1开始工作有输出电压，微控制MCU工作后初始化ON/OFF脚为高电平以维持第一降压模块1主电源。

本实施例所述的一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，所述线性降压模块LDO4包括二极管D3、二极管D4、双向TVS管TVS1、电容C2、线性降压芯片U1和电容C3，所述二极管D3的阳极与第一降压模块1的输出端连接，所述二极管D3的阴极和所述二极管D4的阴极均与所述双向TVS管TVS1的一端连接，所述二极管D4的阳极用于外接外部12V电源，所述二极管D3的阴极、电容C2的一端和所述二极管D4的阴极均与所述线性降压芯片U1的输入引脚连接，所述双向TVS管TVS1的另一端、所述电容C2的另一端和所述线性降压芯片U1的接地引脚均接地，所述线性降压芯片U1的输出引脚输出3.3V电源，所述电容C3的一端与所述线性降压芯片U1的输出引脚连接，所述电容C3的另一端接地。

具体地，第一降压模块1正常工作后，会产生12.5V电源给到线性降压模块LDO4，LDO产生3.3V电源输出给电源转换模块，线性降压模块LDO4还可接收外部12V电源输入，所述二极管D3和二极管D4用来钳位，防止两个电源之间互通，双向TVS管TVS1用来保护线性降压芯片U1，防止因外部12V输入电源过压损坏；所述线性降压芯片U1可以为现有技术中的所述线性降压芯片，此处不作限定。

其中，增加外部12V输入电源的目的是：在电池组极低电量时，电池组总压低于第一降压模块1的最低工作电压，即主电源无法工作，充放电MOS管也无法导通，在不拆开机箱时，一旦有外部12V电源接入，线性降压模块LDO4也可以正常工作，微控制器MCU7得电，可以正常打开充放电MOS管，进行充电挽救电池组。

本实施例所述的一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，所述电源切换模块5包括电阻R7、电阻R8、MOS管Q3、MOS管Q4、电阻R9、MOS管Q5、电容C4和二极管D5，所述电阻R7的一端与12.5V电源连接，所述电阻R7的另一端分别与电阻R8的一端和MOS管Q3的栅极连接，所述电阻R8的另一端和MOS管Q3的源极均接地，所述MOS管Q3的漏极分别与MOS管Q4的栅极、电阻R9的一端和MOS管Q5的基极连接，所述MOS管Q4的源极与线性降压模块LDO4的输出端连接，所述MOS管Q4的漏极与电阻R9的另一端和MOS管Q5的漏极连接，所述MOS管Q5的源极、二极管D5的阴极和电容C4的一端均接电源VDD，所述电容C4的另一端接地，所述二极管D5的阳极与第二降压模块2的输出端连接。

具体地，电源切换模块5用来切换主电源3.3V和休眠唤醒电源3V。正常工作时，本发明的BMS供电主要来自主电源3.3V，当BMS检测到电池组达到休眠条件时，微控制器MCU7的ON/OFF引脚输出低电平关闭第一降压模块1，主电源3.3V也关闭；此时，电源3V为休眠低功耗状态下的微控制器MCU7供电，以及外部电压检测电路供电，为唤醒做准备。采用MOS管Q4和MOS管Q5串联目的是避免在休眠供电状态下，电源3V给到3.3V电源的电路上，导致过高的功耗。

本实施例所述的一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，所述外部电压检测模块6包括电阻R10、电阻R11、二极管D6、三极管Q6、二极管D7、电阻R12、电阻R13、三极管Q7、电阻R14、电阻R15和电容C5，所述电阻R10的一端连接3V电源，所述电阻R10的另一端分别与电阻R11的一端和三极管Q6的基极连接，电阻R11的另一端与二极管D6的阳极连接，二极管D6的阴极接地；三极管Q6的发射极与二极管D7的阳极连接，二极管D7的阴极连接外部充电机负极，所述三极管Q6的集电极与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端分别与三极管Q7的基极和电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端和三极管Q7的发射极均连接3V电源，所述三极管Q7的集电极分别与电阻R14的一端和电阻R15的一端连接，所述电阻R14的另一端接地，所述电阻R15的另一端分别与电容C5的一端和微控制器MCU7的输入端连接，所述电容C5的另一端接地。

具体地，当本发明的外部电压检测模块6侦测到外部电压大于电池组的电压时，才允许BMS退出休眠状态，否则外部电压低于电池电压也能唤醒电池组，但是外部充电机又无法充电，将导致电池组存在过放的风险。通常低压BMS配套的电池组正极与充电机的正极直接相连，电池组的负极与外部充电机的负极P-是通过电源切换模块5中的MOS管相连接的。外部电压检测模块6就是基于GND与P-之间的电位差来实现外部电压大于电池电压的检测，二极管D6和二极管D7的目的是切断充放电MOS管主回路的支路电流。当外部电压大于电池组电压时，微控制器MCU7的输入引脚，即微控制器MCU7的Wakeup引脚可检测到高电平，从而退出休眠状态。

本实施例所述的一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，所述开关件为船型开关K1。

本发明的作用在于：使用电源切换模块5实现主电源的休眠和唤醒电源无缝切换，保证切换时，微控制器MCU7不会复位，能顺利进入休眠状态，且正常工作时，微控制器MCU7由主电源供电，休眠时由休眠唤醒电源供电，提升了本发明的BMS可靠性。

其中，通过延时关断模块3，解决了本发明的BMS上电时开启主电源，之后由微控制器MCU7维持主电源开启，即船型开关K1可切断BMS的供电电源，长期搁置情况下BMS也不耗电，降低了电池组过放电风险。

在电池组电压低于BMS辅助电源开启电压的情况下，无需拆开电池组机箱，通过外部12V电源接口可直接唤醒BMS并充电，降低了维护成本。

使用的外部电压检测模块6，避免了外部电压低于电池组电压也能唤醒BMS的情况，杜绝了外部低电压意外唤醒BMS导致过放电的风险。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，其特征在于：包括开关件、第一降压模块、第二降压模块、延时关断模块、线性降压模块LDO、电源切换模块、外部电压检测模块和微控制器MCU；

外界电池组通过开关件分别第一降压模块的输入端与第二降压模块的输入端连接，所述第二降压模块的输出端分别与延时关断模块的输入端和电源切换模块的输入端连接，所述微控制器MCU的输入端分别与所述电源切换模块的输出端以及所述外部电压检测模块的输出端连接，所述微控制器MCU的输出端与第一降压模块的输入端连接，所述线性降压模块LDO的输入端与所述第一降压模块的输出端连接，所述线性降压模块LDO的输出端与所述电源切换模块的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，其特征在于：所述延时关断模块包括二极管D1、三极管Q2和二极管D2，所述二极管D1的阳极与所述第二降压模块的输出端连接，所述二极管D1的阴极和二极管D2的阴极分别与三极管Q2的基极连接，所述二极管D2的阳极与微控制器MCU的输出端连接，所述三极管Q2的集电极与第一降压模块的输入端连接，所述三极管Q2的发射极接地。

3.根据权利要求2所述的一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，其特征在于：所述延时关断模块还包括电阻R1、电容C1、稳压二极管ZD1、电阻R3、电阻R2、电阻R4、三极管Q1、电阻R5和电阻R6，所述第二降压模块的输出端分别与电阻R1的一端和电阻R2的一端连接，所述电阻R1的另一端通过稳压二极管ZD1与电阻R3的一端连接，所述电阻R1的另一端还通过电容C1接地，所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端和三极管Q1的基极连接，所述电阻R4的另一端接地，所述三极管Q1的集电极和所述电阻R2的另一端均与二极管D1的阳极连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述二极管D1的阴极与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端和二极管Q2的基极连接，所述电阻R6的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，其特征在于：所述线性降压模块LDO包括二极管D3、二极管D4、双向TVS管TVS1、电容C2、线性降压芯片U1和电容C3，所述二极管D3的阳极与第一降压模块的输出端连接，所述二极管D3的阴极和所述二极管D4的阴极均与所述双向TVS管TVS1的一端连接，所述二极管D4的阳极用于外接外部12V电源，所述二极管D3的阴极、电容C2的一端和所述二极管D4的阴极均与所述线性降压芯片U1的输入引脚连接，所述双向TVS管TVS1的另一端、所述电容C2的另一端和所述线性降压芯片U1的接地引脚均接地，所述线性降压芯片U1的输出引脚输出3.3V电源，所述电容C3的一端与所述线性降压芯片U1的输出引脚连接，所述电容C3的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，其特征在于：所述电源切换模块包括电阻R7、电阻R8、MOS管Q3、MOS管Q4、电阻R9、MOS管Q5、电容C4和二极管D5，所述电阻R7的一端与12.5V电源连接，所述电阻R7的另一端分别与电阻R8的一端和MOS管Q3的栅极连接，所述电阻R8的另一端和MOS管Q3的源极均接地，所述MOS管Q3的漏极分别与MOS管Q4的栅极、电阻R9的一端和MOS管Q5的基极连接，所述MOS管Q4的源极与线性降压模块LDO的输出端连接，所述MOS管Q4的漏极与电阻R9的另一端和MOS管Q5的漏极连接，所述MOS管Q5的源极、二极管D5的阴极和电容C4的一端均接电源VDD，所述电容C4的另一端接地，所述二极管D5的阳极与第二降压模块的输出端连接。

6.根据权利要求1所述的一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，其特征在于：所述外部电压检测模块包括电阻R10、电阻R11、二极管D6、三极管Q6、二极管D7、电阻R12、电阻R13、三极管Q7、电阻R14、电阻R15和电容C5，所述电阻R10的一端连接3V电源，所述电阻R10的另一端分别与电阻R11的一端和三极管Q6的基极连接，电阻R11的另一端与二极管D6的阳极连接，二极管D6的阴极接地；三极管Q6的发射极与二极管D7的阳极连接，二极管D7的阴极连接外部充电机负极，所述三极管Q6的集电极与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端分别与三极管Q7的基极和电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端和三极管Q7的发射极均连接3V电源，所述三极管Q7的集电极分别与电阻R14的一端和电阻R15的一端连接，所述电阻R14的另一端接地，所述电阻R15的另一端分别与电容C5的一端和微控制器MCU的输入端连接，所述电容C5的另一端接地。

7.根据权利要求1所述的一种低压BMS休眠与唤醒电源控制装置，其特征在于：所述开关件为船型开关K1。

Images