CN111668902A - 电池装置控制电路 - Google Patents

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CN111668902A CN202010567083.8A CN202010567083A CN111668902A CN 111668902 A CN111668902 A CN 111668902A CN 202010567083 A CN202010567083 A CN 202010567083A CN 111668902 A CN111668902 A CN 111668902A
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苏金威
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Abstract

本申请实施方式提供一种电池装置控制电路，包括第一电源管理模块、控制模块及第一使能模块。所述第一电源管理模块接收电池装置的触发元件的第一使能信号及电池模组所输出的第一电压，并将所述第一电压转换为第二电压，以为所述控制模块和第一使能模块供电。所述控制模块用于控制所述第一使能模块输出第二使能信号给所述第一电源管理模块。当所述控制模块异常复位时，所述第一使能模块输出所述第二使能信号给所述第一电源管理模块。由此，可以防止继电器等开关元件未经泄放而直接断开造成烧结等严重后果，具有很好的电源保护效果，保证系统的可靠运行。

Description

电池装置控制电路
技术领域
本申请涉及一种电池技术领域，尤其涉及一种电池装置控制电路。
背景技术
目前，电池系统中受限于电池的能量密度比及能耗要求，因此不能让电池管理系统(battery management system，BMS)一直处于工作状态，否则将会增加电池的能耗，进而降低电池的有效使用率。电源电路作为电池管理系统的核心电路之一，电源的完整性是保证整个系统可靠运行的关键，不能出现电源异常掉电的情况，否则会有EE失效或Flash被擦除等风险，造成系统瘫痪。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种电池装置控制电路，本申请实施方式提供的电池装置控制电路，可以避免因电源异常掉电时而造成系统的不稳定问题。
本申请的实施方式提供一种电池装置控制电路，所述电池装置包括电池模组和所述控制电路，所述控制电路电连接于所述电池模组和所述电池装置的输出端口之间，所述控制电路包括：第一电源管理模块、控制模块及第一使能模块；所述第一电源管理模块用于接收所述电池装置的触发元件输出的第一使能信号及电池模组所输出的第一电压，并将所述第一电压转换为第二电压，以为所述控制模块和第一使能模块供电；所述控制模块用于控制所述第一使能模块输出第二使能信号给所述第一电源管理模块；当所述控制模块异常复位时，所述第一使能模块输出所述第二使能信号给所述第一电源管理模块。
根据本申请的一些实施方式，所述第一使能模块包括逻辑元件，所述逻辑元件的第一输入引脚、第二输入引脚、第三输入引脚均电连接于所述控制模块，所述逻辑元件的电源引脚电连接于电源，所述逻辑元件的接地引脚接地，所述逻辑元件的输出引脚电连接于所述第一电源管理模块。
根据本申请的一些实施方式，所述电池控制电路还包括第二电源管理模块，所述第二电源管理模块电连接于所述第一电源管理模块与所述控制模块之间，所述第二电源管理模块用于将所述第二电压转换为第三电压，以用于为所述控制模块供电。
根据本申请的一些实施方式，所述电池控制电路还包括第三电源管理模块，所述第三电源管理模块电连接于所述第一电源管理模块与所述第一使能模块之间，所述第三电源管理模块用于将所述第二电压转换为第四电压，以用于为所述第一使能模块供电。
根据本申请的一些实施方式，所述控制电路还包括第二使能模块，所述第二使能模块电连接于所述第一电源管理模块与所述控制模块之间，所述控制模块用于控制所述第二使能模块输出第三使能信号给所述第一电源管理模块。
根据本申请的一些实施方式，所述电池控制电路还包括滤波模块，所述滤波模块电连接于所述电池模组与所述第一电源管理模块之间，所述滤波模块用于对所述电池模组输出的第一电压进行滤波后提供给所述第一电源管理模块。
根据本申请的一些实施方式，所述第一电源管理模块，所述第一电源管理模块包括电源管理芯片及第一二极管，所述电源管理芯片的使能引脚电连接于所述第一二极管的阴极，所述逻辑元件的输出引脚电连接于所述第一二极管的阳极。
根据本申请的一些实施方式，所述第一电源管理模块还包括第二二极管，所述第二使能模块包括电阻，所述电阻的第一端电连接于所述控制模块，所述电阻的第二端电连接于所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极电连接于所述电源管理芯片的使能引脚。
根据本申请的一些实施方式，所述第一电源管理模块还包括第三二极管，所述第三二极管的阳极电连接于所述触发元件，所述第三二极管的阴极电连接于所述电源管理芯片的使能引脚。
根据本申请的一些实施方式，所述控制电路还包括开关元件，所述第一电源管理模块电连接于所述电池模组和开关元件之间，以为所述开关元件及所述控制模块供电。
根据本申请的一些实施方式，当所述电池装置的输出端口连接的负载电阻发生突变或者所述控制模块的程序不受逻辑控制时，所述控制模块进行异常复位。
根据本申请的一些实施方式，所述第一使能信号用于控制第一电源管理模块工作，以将所述第一电压转换为第二电压。
根据本申请的一些实施方式，所述控制模块还用于输出锁存信号以对所述第一使能模块的输出状态进行锁存。
根据本申请的一些实施方式，当所述控制模块检测到电池装置处于闲置状态时，所述控制模块解除对所述第一使能模块的输出状态的锁存并控制所述第一使能模块输出休眠信号给所述第一电源管理模块，以控制电池管理系统进入休眠状态。这样，可以智能地控制电池管理系统进入休眠状态和唤醒状态。
本申请实施方式提供的电池装置控制电路，通过第一电源管理模块将电池模组的第一电压转换为第二电压，以为控制模块和第一使能模块供电，还通过控制模块控制第一使能模块输出使能信号给所述第一电源管理模块，由此，若所述控制模块发生异常复位时仍旧可以输出使能信号给第一电源管理模块，以保证第一电源管理模块的使能始终为高电平，即所述第一电压仍可正常输出，防止继电器等开关元件未经泄放而直接断开造成烧结等严重后果，具有很好的电源保护效果，可以保证系统的可靠运行。
附图说明
图1为根据本申请电池装置的较佳实施方式的方框图。
图2为图1中电池装置的较佳实施方式的示意图。
图3为图2中第一使能模块与控制模块连接的电路图。
图4为图2中第一电源管理模块与滤波模块连接的电路图。
主要元件符号说明
电池装置 100
控制电路 10
第一电源管理模块 11
控制模块 12
第一使能模块 13
第二使能模块 14
第二电源管理模块 15
第三电源管理模块 16
滤波模块 17
开关元件 18
保护模块 19
电池模组 20
输出端口 30
逻辑元件 U1
控制芯片 U2
电源管理芯片 U3
二极管 D1-D4
稳压二极管 D5
电阻 R1-R16
电容 C1-C19
电感 L1
如下具体实施方式将结合上述附图进一步详细说明本申请。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都是属于本申请保护的范围。
请参阅图1及图2，本申请的实施方式提供一种电池装置100。所述电池装置100包括控制电路10及电池模组20。本申请实施方式中，所述控制电路10电连接于所述电池模组20和所述电池装置100的输出端口30之间。所述控制电路10可以包括多个开关元件18，所述开关元件18电连接于所述电池模组20与输出端口40之间，以用于控制所述电池模组20的充放电。
可以理解，本申请实施方式中的所述开关元件18可以为继电器，所述电池模组20可由多个电芯单元串接而成，所述输出端口30用于电连接外部设备或者充电设备。
具体到本申请的实施方式中，所述控制电路10可以包括第一电源管理模块11、控制模块12、第一使能模块13、第二使能模块14、第二电源管理模块15及第三电源管理模块16。
所述第一电源管理模块11电连接于所述电池模组20，所述第一使能模块13电连接于所述控制模块12与所述第一电源管理模块11之间，所述第二使能模块14电连接于所述控制模块12与所述第一电源管理模块11之间，所述第二电源管理模块15电连接于所述第一电源管理模块11与所述控制模块12之间，所述第三电源管理模块16电连接于所述第一电源管理模块11与所述第一使能模块13之间。
本申请实施方式中，所述第一电源管理模块11用于接收所述电池装置100的触发元件(图未示)输出的使能信号以及所述电池模组20所输出的第一电压，所述第一电源管理模块可以根据所述使能信号将所述第一电压转换为第二电压，以为所述控制模块12以及所述第一使能模块13供电。
例如，当用户按压下触发元件(如按压开关)时，即可触发而输出使能信号给所述第一电源管理模块11，所述使能信号用于控制第一电源管理模块11工作，以将所述第一电压转换为第二电压，也即，所述第一电源管理模块11在接收到所述使能信号后将会开始工作，由此，所述第一电源管理模块11也可将所述电池模组20输出的第一电压进行转换，以输出第二电压给所述控制模块12及所述第一使能模块13供电。可以理解，本申请实施方式中的所述第一电压可以为48V的直流电压，所述第二电压可以为12V的直流电压。
接着，所述第二电源管理模块15及所述第三电源管理模块16接收所述第二电压。其中，所述第二电源管理模块15用于将所述第二电压转换为第三电压，以为所述控制模块12提供电源。所述第三电源管理模块16亦将用于将所述第二电压转换为第四电压，以为所述第一使能模块13供电。
举例来说，所述第二电源管理模块15可以将所述第一电源管理模块11所输出的12V电压进行转换，以输出5V的直流电压给所述控制模块12供电。也即，所述控制模块12接收到所述5V的直流电压时开始上电工作。所述第三电源管理模块16可以将所述第一电源管理模块11所输出的12V电压进行转换，以输出3.3V的直流电压给所述第一使能模块13供电。可以理解，本申请实施方式中的所述控制模块12可以为微控制单元(micro control unit，MCU)。
本申请的实施方式中，所述控制模块12在上电后立即将所述第一电源管理模块11的使能引脚的状态置为高电平。也即，所述控制模块12输出高电平的信号给所述第二使能模块14，由此所述第二使能模块14亦将输出高电平的使能信号给所述第一电源管理模块11的使能引脚。因此，即使撤掉按键开关后，所述第一电源管理模块11的使能引脚的状态仍为高电平，所述第一电源管理模块11仍能正常地工作。由此，可以保证所述控制模块12得电工作后能迅速的锁住所述第一电源管理模块11的使能，保证正常的开机速度。
本申请的实施方式中，所述控制模块12用于控制所述第一使能模块13输出使能信号给所述第一电源管理模块11。
具体而言，所述控制模块12输出控制信号给所述第一使能模块13，以控制所述第一使能模块13输出使能信号给所述第一电源管理模块11。所述控制模块12还将用于输出锁存信号给所述第一使能模块13，以对所述第一使能模块13的上一个输出状态进行锁存。当所述控制模块12异常复位时，所述第一使能模块13将可以再次输出所述使能信号给所述第一电源管理模块11。由此，即使所述控制模块12由于发生异常情况而需要复位时，所述第一使能模块13可以保持上一个输出状态而输出使能信号给所述第一电源管理模块11，以保证第一电源管理模块11不会发生掉电的情况。
可以理解，本申请的实施方式中，当所述电池装置100的输出端口30连接的负载电阻发生突变或者所述控制模块12中的程序不受逻辑控制(如程序跑飞等情况)时，所述控制模块12将会进行异常复位的操作。
例如，本申请实施方式中的所述第一使能模块13中可包括一个D型触发器(如图3中示出)。其中，所述D型触发器可以包括第一输入引脚CLK、第二输入引脚D、第三输入引脚
Figure BDA0002547991920000071
及输出引脚Q，所述第一输入引脚CLK、所述第二输入引脚D及所述第三输入引脚
Figure BDA0002547991920000072
均电连接于所述控制模块12。所述D型触发器U1的工作原理如下：当所述第三输入引脚
Figure BDA0002547991920000073
为高电平、所述第二输入引脚D为低电平且所述第一输入引脚CLK为上升沿时，所述输出引脚Q将会输出低电平。当所述第三输入引脚
Figure BDA0002547991920000074
为高电平、所述第二输入引脚D为高电平且所述第一输入引脚CLK为上升沿时，所述输出引脚Q将会输出高电平。当所述第三输入引脚
Figure BDA0002547991920000075
为高电平，所述第一输入引脚CLK处于高电平状态或低电平状态，无论所述第二输入引脚D为何值，所述输出引脚Q均保持上一个状态。当所述第三输入引脚
Figure BDA0002547991920000076
为低电平时，无论所述第一输入引脚CLK和所述第二输入引脚D是何种状态，所述输出引脚Q均输出低电平。因此当所述控制模块12上电后，所述控制模块12将会输出控制信号以将所述第三输入引脚
Figure BDA0002547991920000077
和所述第二输入引脚D置为高电平，并将所述第一输入引脚CLK由低电平配为高电平，此时所述输出引脚Q将会输出高电平。接着所述控制模块12将会输出锁存信号，以将所述第一输入引脚CLK置为高电平状态，则所述输出引脚Q将锁存上一个状态输出。由此，当所述控制模块由于异常原因而进行复位时，所述D型触发器的输出引脚Q仍输出高电平，进而可以保证所述第一电源管理模块11的使能引脚始终为高电平状态。
本申请的实施方式中，所述电池控制电路10还可进一步包括滤波模块17。所述滤波模块17电连接于所述电池模组20与所述第一电源管理模块11之间，所述滤波模块17用于对所述电池模组20输出的第一电压进行滤波后提供给所述第一电源管理模块11。例如，所述滤波模块17可以滤除外界的杂波信号。
请参阅图3及图4，为本申请的电池控制电路10的较佳实施方式的电路图。
本申请实施方式中，所述第一使能模块13可以包括逻辑元件U1、电阻R1-R3及电容C1，所述控制模块12可以包括控制芯片U2。
所述逻辑元件U1的接地引脚GND接地，所述逻辑元件U1的电源引脚VCC电连接于3.3V电源，所述3.3V电源即为所述第三电源管理模块16输出的电源。所述逻辑元件U1的第一输入引脚CLK电连接于所述控制芯片U2的第一输出引脚CLK_Q，所述逻辑元件U1的第二输入引脚D电连接于所述控制芯片U2的第二输出引脚D_Q，所述逻辑元件U1的第三输入引脚
Figure BDA0002547991920000081
通过电阻R1连接所述3.3V电源，所述逻辑元件U1的第三输入引脚
Figure BDA0002547991920000082
还通过电阻R2电连接于所述控制芯片U2的第三输出引脚CLR_Q，所述逻辑元件U1的输出引脚Q电连接于所述第一电源管理模块11。
可以理解，本申请实施方式中的所述逻辑元件U1可以为D型触发器。
本申请实施方式中，所述第一电源管理模块11可以包括电源管理芯片U3、第一二极管D1、第二二极管D2及第三二极管D3。所述第二使能模块14包括电阻R4。
具体地，所述第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阴极及第三二极管D3的阴极均通过电阻R12电连接于所述电源管理芯片U3的使能引脚EN，所述第一二极管D1的阳极电连接于触发元件，以接收触发元件发出的使能信号，所述第二二极管D2的阳极通过所述电阻R4电连接于所述控制芯片U2的输出引脚CTL_DC/EN_1，所述第三二极管D3的阳极电通过电阻R3电连接于所述逻辑元件U1的输出引脚Q。由此，为了防止其他唤醒信号倒灌所述控制模块12或锁存芯片，在电阻R4与所述电源管理芯片的使能引脚EN之间加上防反二极管。此外，为了防止按键唤醒时电流倒灌入D触发器，在D输出器的输出引脚Q与所述第一电源管理模块11之间设有一个防反二极管。
接着，本申请实施方式中，所述电池控制电路10还可以包括保护模块19，所述保护模块19电连接于所述滤波模块17与所述电池模组20之间。其中，所述保护模块19用于对浪涌电流进行钳位。
具体地，所述滤波模块17可以包括电容C2-C6，所述保护模块19还包括第四二极管D4及稳压二极管D5。
所述电容C2-C6的第一端均电连接于所述第四二极管D4的阴极与所述电源管理芯片U3的信号引脚VIN之间，所述电容C2-C6的第二端均接地。所述第四二极管D4的阳极电连接于所述电池模组20。所述稳压二极管D5的阴极电连接于所述第四二极管D4的阴极，所述稳压二极管D5的阳极接地。
所述电源管理芯片U3的信号引脚BST依次通过电容C7、电阻R5、电阻R9、电容C9级电阻R11接地，所述电源管理芯片U3的信号引脚SW通过电感L1及电容C10电连接于所述电源管理芯片U3的信号引脚FB，所述电源管理芯片U3的信号引脚ILIM通过电阻R6电连接于所述电感L1于所述电阻R5之间，所述电源管理芯片U3的信号引脚的信号引脚PGND接地。所述电源管理芯片U3的信号引脚SVIN通过电阻R8电连接于所述电源管理芯片U3的信号引脚VIN，所述电源管理芯片U3的信号引脚FB还通过电阻R11接地，所述电源管理芯片U3的信号引脚FB还通过电阻R10输出12V电源。所述电源管理芯片U3的信号引脚EXTVDD通过电容C18接地，所述电源管理芯片U3的信号引脚EXTVDD还通过电阻R13电连接于电容C11-C17的第一端，所述电容C11-C17的第二端接地。所述电源管理芯片U3的信号引脚PVDD通过电容C19接地。
以下将以图3及图4所示出的电路图为例对本申请的电池装置控制电路的工作原理进行说明。
使用时，当用户按下电池装置的触发元件时，所述触发元件将输出一个使能信号给到所述电源管理芯片U3的使能引脚EN，此时，所述电源管理芯片U3开始工作，并将所述电池模组20输出的第一电压(如48V)进行转换，以输出第二电压(如12V)给所述开关元件18供电，同时所述第二电源管理模块15及第三电源管理模块16亦会接收到所述第一电源管理模块11输出的12V电压。接着，所述第二电源管理模块15将12V电压进行转换，以输出5V电压给所述控制芯片U2。此时，所述控制芯片U2得电后开始工作，便通过电阻R4及第二二极管D2将所述电源管理芯片U3的使能引脚置为高电平，如此，即使撤掉按键唤醒开关后，第一电源管理模块11的使能引脚的状态仍为高电平，所述第一电源管理模块11仍可以正常工作。由此，可以保证所述控制芯片U2得电工作后能迅速的锁住所述电源管理芯片U3的使能，保证正常的开机速度。
接着，所述控制芯片U2还将会控制所述逻辑元件U1的第三输入引脚
Figure BDA0002547991920000101
和所述第二输入引脚D均为高电平，并将所述第一输入引脚CLK由低电平配为高电平，此时所述逻辑元件U1的输出引脚Q将会输出高电平的使能信号给所述电源管理芯片U3的使能EN。进一步地，所述控制芯片U2还会继续将所述逻辑元件U1的第一输入引脚CLK置为高电平状态，此时，所述逻辑元件U1的所述输出引脚Q将会锁存上一个状态输出，即将高电平的使能信号进行锁存。由此，当所述控制芯片由于异常原因而需要进行复位时，所述逻辑元件U1的输出引脚Q仍可以输出高电平的使能信号给所述电源管理芯片U3的使能引脚，进而可以保证所述电源管理芯片U3的使能引脚始终为高电平状态。也即，当所述控制芯片U2得电后，所述控制芯片U2会立即锁存所述第一使能模块13的使能信号为高电平状态，保证5V电源异常掉电时降压模块不会掉电，即仍可以正常地输出，防止继电器等开关元件未经泄放直接断开或者未经吸合直接吸合造成继电器粘连失效等，具有很好的电源保护效果，保证系统的可靠运行。
此外，由于传统的休眠唤醒都是依靠外部的继电器开关控制BMS的得电与下电来控制BMS的唤醒与休眠，BMS自身无法智能的休眠和唤醒，如若电池长期地处于闲置状态，将会有过放的风险。由此，本申请的实施方式中，当所述控制模块12检测到电池装置100处于闲置状态时，所述控制芯片U2还将会解除所述第一使能模块13的使能状态锁存，也即，所述电源管理芯片U3的使能引脚的电平状态转为低电平，此时所述电源管理芯片U3进入不工作而进入休眠状态，进而使得电池管理系统进入休眠状态，因此，本申请实施方式中的电池装置控制电路还可以智能地控制电池管理系统进入休眠状态和唤醒状态。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。

Claims (14)

1.一种电池装置控制电路，用于电连接在所述电池装置的电池模组和输出端口之间，其特征在于，所述控制电路包括：
第一电源管理模块、控制模块及第一使能模块；
所述第一电源管理模块用于接收所述电池装置的触发元件的第一使能信号及电池模组输出的第一电压，并将所述第一电压转换为第二电压，以为所述控制模块和第一使能模块供电；
所述控制模块用于控制所述第一使能模块输出第二使能信号给所述第一电源管理模块；
当所述控制模块异常复位时，所述第一使能模块输出所述第二使能信号给所述第一电源管理模块。
2.如权利要求1所述的电池装置控制电路，其特征在于，所述第一使能模块包括逻辑元件，所述逻辑元件的第一输入引脚、第二输入引脚、第三输入引脚均电连接于所述控制模块，所述逻辑元件的电源引脚电连接于电源，所述逻辑元件的接地引脚接地，所述逻辑元件的输出引脚电连接于所述第一电源管理模块。
3.如权利要求1所述的电池装置控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括第二电源管理模块，所述第二电源管理模块电连接于所述第一电源管理模块与所述控制模块之间，所述第二电源管理模块用于将所述第二电压转换为第三电压，以用于为所述控制模块供电。
4.如权利要求1所述的电池装置控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括第三电源管理模块，所述第三电源管理模块电连接于所述第一电源管理模块与所述第一使能模块之间，所述第三电源管理模块用于将所述第二电压转换为第四电压，以用于为所述第一使能模块供电。
5.如权利要求1所述的电池装置控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括第二使能模块，所述第二使能模块电连接于所述第一电源管理模块与所述控制模块之间，所述控制模块用于控制所述第二使能模块输出第三使能信号给所述第一电源管理模块。
6.如权利要求1所述的电池装置控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括滤波模块，所述滤波模块电连接于所述电池模组与所述第一电源管理模块之间，所述滤波模块用于对所述电池模组输出的第一电压进行滤波后提供给所述第一电源管理模块。
7.如权利要求2所述的电池装置控制电路，其特征在于，所述第一电源管理模块包括电源管理芯片及第一二极管，所述电源管理芯片的使能引脚电连接于所述第一二极管的阴极，所述逻辑元件的输出引脚电连接于所述第一二极管的阳极。
8.如权利要求7所述的电池装置控制电路，其特征在于，所述第一电源管理模块还包括第二二极管，所述第二使能模块包括第一电阻，所述第一电阻的第一端电连接于所述控制模块，所述第一电阻的第二端电连接于所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极电连接于所述电源管理芯片的使能引脚。
9.如权利要求8所述的电池装置控制电路，其特征在于，所述第一电源管理模块还包括第三二极管，所述第三二极管的阳极电连接于所述触发元件，所述第三二极管的阴极电连接于所述电源管理芯片的使能引脚。
10.如权利要求1所述的电池装置控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括开关元件，所述第一电源管理模块电连接于所述电池模组和开关元件之间，以为所述开关元件及所述控制模块供电。
11.如权利要求1所述的电池装置控制电路，其特征在于，当所述电池装置的输出端口连接的负载电阻发生突变或者所述控制模块的程序不受逻辑控制时，所述控制模块异常复位。
12.如权利要求1所述的电池装置控制电路，其特征在于，所述第一使能信号用于控制所述第一电源管理模块工作，以将所述第一电压转换为第二电压。
13.如权利要求1所述的电池装置控制电路，其特征在于，所述控制模块还用于输出锁存信号以对所述第一使能模块的输出状态进行锁存。
14.如权利要求13所述的电池装置控制电路，其特征在于，当所述控制模块检测到电池装置处于闲置状态时，所述控制模块解除所述第一使能模块的输出状态的锁存并控制所述第一使能模块输出休眠信号给所述第一电源管理模块，所述休眠信号用于控制电池管理系统进入休眠状态。
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