CN113114199B - 一种bms电源开关的控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种BMS电源开关的控制系统及控制方法,包括开关模块以及手动控制模块,开关模块包括信号分配组件以及信号调整组件,信号分配组件接收信号调整组件的调整信号,信号分配组件对信号进行分配并将该信号输送至电源模块内。在电源模块内部设置第一判断阈值与第二判断阈值;信号分配组件初始输出信号大于第一判断阈值,信号调整组件调整信号分配组件的输出信号小于第二判断阈值;手动控制模块用于关闭信号调整组件;当输出信号大于第一判断阈值时,电源模块向BMS控制系统供电;当输出信号小于第二判断阈值时,电源模块停止向BMS控制系统供电。采用极小应力设计,避开高应力设计的弊端;避免了在主回路开关引起的地弹跳噪声。
Description
技术领域
本发明涉及电池控制技术领域,尤其是涉及一种BMS电源开关的控制系统及控制方法。
背景技术
目前市面上使用的电池组均需要采用BMS控制系统进行控制,BMS控制系统主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。
而传统的BMS控制系统电源开关控制电路是在主回路上采用MOSFET进行开关控制的方法来实现,属于一种大电流高电压应力的设计方法,设计复杂,可靠性低,主要有如下弊端:
①主回路上的MOSFET电源开关受到电容瞬间充电的巨大涌入电流应力。
②主回路上的MOSFET电源开关受到主电池回路的高电压开关应力。
③以上两点会给主回路上的MOSFET电源开关带来巨大工作应力,缩减整个BMS控制系统的寿命。
④主回路上的MOSFET电源开关工作时给数字电路系统带来巨大的地弹跳噪声,给控制系统的信号地引入弹跳噪声,降低了BMS控制系统信号地系统的可靠性。
⑤采用高功率MOSFET,成本高,开销大,经济性差。
为解决上述缺陷,行业内通常采用专用ASIC(专用集成电路)来设计实现类似小应力电源开关功能,但是其成本高昂,经济性差,控制逻辑复杂,可靠性低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用极小应力设计且具有高可靠性低成本的BMS电源开关的控制系统及控制方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:一种BMS电源开关的控制系统,用于控制电源模块向BMS控制系统供电,所述的BMS控制系统用于控制储能电池,包括用于向电源模块发出开启或关闭信号的开关模块以及用于手动控制开关模块的手动控制模块,所述的开关模块包括信号分配组件以及连接在信号分配组件上的信号调整组件,所述的信号分配组件接收信号调整组件的调整信号,信号分配组件对信号进行分配并将该信号输送至电源模块内;通过信号分配组件以及手动控制模块控制输入至电源模块内信号的变化实现对电源模块的开启或者关闭。
进一步具体的,所述的信号分配组件包括串联在第一电源上的第一电阻与第二电阻;在所述的第一电阻与第二电阻之间引出两路,第一路作为输入端连接于电源模块,第二路连接有信号调整组件。
进一步具体的,所述的信号调整组件包括第一三极管与第四电阻,所述的第一三极管的基极分为两路,第一路通过第二二极管接收BMS控制系统的高电位信号,第二路通过第四电阻后接地;所述的第一三极管的集电极接地,所述的第一三极管的发射极连接在第一电阻与第二电阻之间。
进一步具体的,所述的手动控制模块包括第三电阻、手动按钮以及第一二极管,所述的第三电阻、手动按钮、第一二极管以及第四电阻串联在第一电源上。
进一步具体的,在所述的手动控制模块上设置用于检测手动操作状态的手动反馈模块,所述的手动反馈模块检测到手动操作信号反馈至BMS控制系统。
进一步具体的,所述的手动反馈模块包括第二三极管,所述的第二三极管的基极通过第五电阻、第三二极管连接至手动按钮与第一二极管之间;所述的第二三极管的集电极分为两路,第一路通过第七电阻连接第二电源,第二路连接至BMS控制系统;所述的第二三极管的发射极接地。
一种上述BMS电源开关的控制系统的控制方法,在所述的电源模块内部设置第一判断阈值与第二判断阈值,所述的第一判断阈值大于第二判断阈值;
所述的信号分配组件初始输出信号大于第一判断阈值,所述的信号调整组件调整信号分配组件的输出信号小于第二判断阈值;所述的手动控制模块用于关闭信号调整组件;
当输出信号大于第一判断阈值时,电源模块向BMS控制系统供电;
当输出信号小于第二判断阈值时,电源模块停止向BMS控制系统供电。
进一步具体的,所述的BMS控制系统输出控制信号至信号调整组件用于控制信号调整组件的开启与关闭。
进一步具体的,所述的手动控制模块用于关闭信号调整组件。
进一步具体的,在所述的手动控制模块上设置用于检测手动操作状态的手动反馈模块,所述的手动反馈模块将检测到手动操作信号输送至BMS控制系统;
当手动反馈模块检测到开启动作时,BMS控制系统向信号调整组件发出关闭信号;
当手动反馈模块检测到关闭动作时,BMS控制系统向信号调整组件发出开启信号。
本发明的有益效果是:1、在设计上采用了极小应力设计技术,充分利用了小信号系统的高可靠性设计方法,完美的避开了高应力设计技术的弊端;2、无需采用额外大功率MOSFET开关元件,避免了在主回路开关引起的地弹跳噪声,同时大幅降低了地系统设计的复杂度,增强了系统的可靠性;3、同时,不再使用大功率MOSFET开关元件以及专用ASIC(专用集成电路),降低成本、控制逻辑简单简洁。
附图说明
图1是本发明第一种实施例的结构示意图;
图2是本发明第二种实施例的结构示意图;
图3是本发明第三种实施例的结构示意图;
图4是本发明第三种实施例的电路图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1-图4所示一种BMS电源开关的控制系统,用于控制电源模块U1向BMS控制系统供电,所述的BMS控制系统用于控制储能电池,所述的电源模块U1可以接收储能电池供电,也可以通过其他电源进行供电,该控制系统包括用于向电源模块U1发出开启或关闭信号的开关模块以及用于手动控制开关模块的手动控制模块,所述的开关模块包括信号分配组件以及连接在信号分配组件上的信号调整组件,所述的信号分配组件接收信号调整组件的调整信号,信号分配组件对信号进行分配并将该信号输送至电源模块内;通过信号分配组件以及手动控制模块控制输入至电源模块U1内信号的变化实现对电源模块U1的开启或者关闭。
基于上述系统,在进行控制时需要在电源模块U1内设置第一判断阈值与第二判断阈值,其中第一判断阈值大于第二判断阈值,信号分配组件再不受其他干扰的情况下,其初始输出信号大于第一判断阈值;而当信号调整组件对信号分配组件的输出信号进行调整后,调整后的输出信号小于第二判断阈值,该控制系统的控制方式如下:
当信号分配组件的输出信号(电源模块U1接收的输入信号)大于第一判断阈值时,此时信号调整组件不工作,电源模块U1向BMS控制系统供电。
当信号分配组件的输出信号小于第二判断阈值时,此时信号调整模块开始工作,电源模块U1停止向BMS控制系统供电。
其中,如图4所示在上述系统中的信号分配组件包括串联在第一电源上的第一电阻R1与第二电阻R2,在所述的第一电阻R1与第二电阻R2之间引出两路,第一路作为输入端PWR_BBA连接于电源模块U1,第二路连接有信号调整组件;第一电源可以选择储能电池或者其他电源均可,合理分配第一电阻R1与第二电阻R2的阻值,在没有其他干扰的情况下即信号调整组件不工作,使得第一路的输入端PWR_BBA输入电源模块U1的电压大于第一判断阈值(此处第一判断阈值为0.9V),PWR_BBA>0.9V。
信号调整组件包括第一三极管Q1与第四电阻R4,第一三极管Q1为PNP晶体管,所述的第一三极管Q1的基极分为两路,第一路通过第二二极管D2接收BMS控制系统的高电位信号,该高电位信号是通过BMS控制系统的MCU_PWR_HLD_Hi的端口发出,第二路通过第四电阻R4后接地;所述的第一三极管Q1的集电极接地,所述的第一三极管Q1的发射极连接在第一电阻R1与第二电阻R2之间。将第一三极管Q1的基极采用第四电阻R4进行静态零电位偏置,第一三极管Q1的基极-发射极处于正向偏置状态,第一三极管Q1的发射极-集电极处于导通状态,即可实现信号分配组件输入至电源模块U1的输入端PWR_BBA电压小于第二判断阈值(此处第二判断阈值为0.4V),PWR_BBA<0.4V。
手动控制模块包括第三电阻R3、手动按钮S1以及第一二极管D1,所述的第三电阻R3、手动按钮S1、第一二极管D1以及第四电阻R4串联在第一电源上,合理分配第三电阻R3与第四电阻R4的阻值;当用户按下手动按钮S1时,第一二极管D1导通并使得第一二极管D1的阴极电压位于3-4V之间,此时,第一三极管Q1的基极-发射极处于反向偏置状态,第一三极管Q1的发射极-集电极处于截止状态,信号调整模块被关闭不再正常工作,PWR_BBA端口恢复至大于0.9V的状态。
如图3所示上述系统还包括一用于检测手动操作状态的手动反馈模块,所述的手动反馈模块检测到手动操作信号反馈至BMS控制系统;手动反馈模块包括第二三极管Q2,该第二三极管Q2为NPN晶体管,所述的第二三极管Q2的基极通过第五电阻R5、第三二极管D3连接至手动按钮S1与第一二极管D1之间;所述的第二三极管Q2的集电极分为两路,第一路通过第七电阻R7连接第二电源,第二路连接至BMS控制系统;所述的第二三极管Q2的发射极接地;其中,第二电源为3.3V的低压电源。BMS控制系统的IGN_SW_STATUS端口接收第二路发出的信号,用以检测手动按钮S1是否被按下。合理分配第五电阻R5与第七电阻R7的阻值,可以使得手动按钮S1被按下时,第三二极管D3导通,第二三极管Q2的基极-发射极处于正向偏置状态,第二三极管Q2的发射极-集电极处于导通状态,此时第二三极管Q2的集电极为低电位(≈0.3V),即向BMS控制系统的IGN_SW_STATUS端口输入一个低电位逻辑信号;而当手动按钮S1复位后,第一二极管D1将反向偏置处于截止状态,同时第三二极管D3也处于截止状态,第二三极管Q2的基极-发射极处于零偏置状态,第二三极管Q2的发射极-集电极处于截止状态,此时第二三极管Q2的集电极为高电位(≈3.3V),即向BMS控制系统的IGN_SW_STATUS端口输入一个高电位逻辑信号。
由以上手动按钮S1工作状态的识别机制,可以得出以下逻辑方程:
当手动按钮S1闭合时,IGN_SW_STATUS=0,
当手动按钮S1开路时,IGN_SW_STATUS=1。
基于上述手动反馈模块的信号,可以通过BMS控制系统来实现对信号调整组件的控制,
当手动反馈模块检测到开启动作时,BMS控制系统向信号调整组件发出关闭信号;
当手动反馈模块检测到关闭动作时,BMS控制系统向信号调整组件发出开启信号。
在上述对BMS电源开关的控制方式中,可以通过手动按钮S1是来实现对信号调整组件关闭与开启,即手动按钮S1按下时,将信号调整组件关闭,PWR_BBA端口电压恢复至大于0.9V的状态,而当手动按钮S1断开时,将信号调整组件打开,PWR_BBA端口电压降至小于0.4V的状态。
而在本申请方案中手动按钮S1采用自复位按钮,如图2所示故在手动按钮S1按下之后其要自动复位,而自动复位后信号调整组件将开启,此时通过BMS控制系统向信号调整组件输入一高电位来继续保证信号调整组件处于关闭状态;同时,也可以输入一低电位来开启信号调整组件,从而停止电源模块U1继续向BMS控制系统供电。
对于本申请方案中整个控制方式如下:
当需要开启BMS控制系统时,按下手动按钮S1,第三电阻R3、第一二极管D1以及第四电阻R4的回路导通,PWR_BBA端口恢复至大于0.9V的状态,电源模块U1开始向BMS控制系统供电,此时BMS控制系统的MCU_PWR_HLD_Hi端口发出高电位信号至第一三极管Q1的基极处,故当手动按钮S1自动复位后,第一三极管Q1的基极仍然处于高电位,继而可以继续保持第一三极管Q1的发射极-集电极处于截止状态,PWR_BBA端口的电压继续维持大于0.9V的状态,电源模块U1继续保持工作状态,保证BMS控制系统持续工作运行。
当需要关闭BMS控制系统时,再次按下手动按钮S1,基于上述手动反馈模块的工作机制,手动按钮S1将第三电阻R3、第一二极管D1以及第四电阻R4的回路从断开状态到导通状态的变化,即逻辑信号从1变为0,则说明用户按下了手动按钮S1,此时说明用户希望关闭BMS控制系统,BMS控制系统通过MCU_PWR_HLD_Hi端口发出低电位信号至第一三极管Q3的基极处,同时手动按钮S1自动复位,此时第一三极管Q1导通,第一三极管Q1的基极-发射极处于正向偏置状态,第一三极管Q1的发射极-集电极处于导通状态,PWR_BBA端口电压降至小于0.4V的状态,电源模块U1停止工作,进而BMS控制系统失电停止工作。
上述手动按钮S1是否被按下,可以通过软件设计的方式定义用户行为来控制设备的工作模式,用户行为可以通过软件自由定义并与设备的工作模式进行匹配。例如,在系统工作时,用户按下手动按钮S1进行强制关机,或者进入其他用户操作模式。
综上,通过第一电阻R1与第二电阻R2之间的分压功能使得PWR_BBA端口的电压大于0.9V,并通过第一三极管Q1与第四电阻R4的配合使得PWR_BBA端口的电压小于0.4V,同时通过手动按钮S1来导通第三电阻R3、第一二极管D1、第四电阻R4形成的回来来断开第一三极管Q1的工作状态;通过第三二极管D3、第二三极管Q2、第五电阻R5以及第七电阻R7组成的手动反馈模块检测手动按钮S1的工作状态,同时可通过BMS控制系统输出高电位或者低电位至第一三极管Q1来控制其关闭与导通;整体线路采用了极小应力的设计思路,充分利用了小信号系统的高可靠性设计方法,完美避开了高应力设计技术的弊端;同时,无需采用额外大功率MOSFET开关元件,避免了在主回路开关引起的地弹跳噪声,同时大幅降低了地系统设计的复杂度,增强了系统的可靠性;不再使用大功率MOSFET开关元件以及专用ASIC(专用集成电路),降低成本、控制逻辑简单简洁。
需要说明的是上述电路中各个电阻并不仅仅指代单一电阻,它可以有多个电阻串联、并联或者串并联组合而成,例如,第一电阻R1的阻值,可通过两个小电阻串联而成。而在本申请中各个元器件的使用并不能限制电路,其他具有相应功能的元器件或者元器件组合也可以进行替换,能够使得整体线路达到所设计的效果即可。
需要强调的是:以上仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种BMS电源开关的控制系统,用于控制电源模块向BMS控制系统供电,所述的BMS控制系统用于控制储能电池,其特征在于,包括用于向电源模块发出开启或关闭信号的开关模块以及用于手动控制开关模块的手动控制模块,所述的开关模块包括信号分配组件以及连接在信号分配组件上的信号调整组件,所述的信号分配组件接收信号调整组件的调整信号,信号分配组件对信号进行分配并将该信号输送至电源模块内;通过信号分配组件以及手动控制模块控制输入至电源模块内信号的变化实现对电源模块的开启或者关闭。
2.根据权利要求1所述的BMS电源开关的控制系统,其特征在于,所述的信号分配组件包括串联在第一电源上的第一电阻与第二电阻;在所述的第一电阻与第二电阻之间引出两路,第一路作为输入端连接于电源模块,第二路连接有信号调整组件。
3.根据权利要求2所述的BMS电源开关的控制系统,其特征在于,所述的信号调整组件包括第一三极管与第四电阻,所述的第一三极管的基极分为两路,第一路通过第二二极管接收BMS控制系统的高电位信号,第二路通过第四电阻后接地;所述的第一三极管的集电极接地,所述的第一三极管的发射极连接在第一电阻与第二电阻之间。
4.根据权利要求3所述的BMS电源开关的控制系统,其特征在于,所述的手动控制模块包括第三电阻、手动按钮以及第一二极管,所述的第三电阻、手动按钮、第一二极管以及第四电阻串联在第一电源上。
5.根据权利要求4所述的BMS电源开关的控制系统,其特征在于,在所述的手动控制模块上设置用于检测手动操作状态的手动反馈模块,所述的手动反馈模块检测到手动操作信号反馈至BMS控制系统。
6.根据权利要求5所述的BMS电源开关的控制系统,其特征在于,所述的手动反馈模块包括第二三极管,所述的第二三极管的基极通过第五电阻、第三二极管连接至手动按钮与第一二极管之间;所述的第二三极管的集电极分为两路,第一路通过第七电阻连接第二电源,第二路连接至BMS控制系统;所述的第二三极管的发射极接地。
7.一种基于权利要求1所述的BMS电源开关的控制系统的控制方法,其特征在于,在所述的电源模块内部设置第一判断阈值与第二判断阈值,所述的第一判断阈值大于第二判断阈值;
所述的信号分配组件初始输出信号大于第一判断阈值,所述的信号调整组件调整信号分配组件的输出信号小于第二判断阈值;所述的手动控制模块用于关闭信号调整组件;
当输出信号大于第一判断阈值时,电源模块向BMS控制系统供电;
当输出信号小于第二判断阈值时,电源模块停止向BMS控制系统供电。
8.根据权利要求7所述的控制方法,其特征在于,所述的BMS控制系统输出控制信号至信号调整组件用于控制信号调整组件的开启与关闭。
9.根据权利要求7所述的控制方法,其特征在于,所述的手动控制模块用于关闭信号调整组件。
10.根据权利要求8所述的控制方法,其特征在于,在所述的手动控制模块上设置用于检测手动操作状态的手动反馈模块,所述的手动反馈模块将检测到手动操作信号输送至BMS控制系统;
当手动反馈模块检测到开启动作时,BMS控制系统向信号调整组件发出关闭信号;
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