CN116707075A - 一种电源安全管理的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电源安全管理的控制系统及方法，包括：开关单元，用于控制外部电源的接入状态；电源管理单元，用于将所述外部电源的电压分为多路供电单元，每一路所述供电单元的一端分别与所述开关单元连接；电压检测单元，与所述开关单元连接，用于检测所述外部电源以及每一路所述供电单元的电压，得到对应检测结果；主控芯片，与所述电源管理单元和所述开关单元连接，用于根据所述检测结果控制对应供电单元或外部电源的开关状态。本发明能识别电源的内外部故障并能自我保护，根据电池管理控制系统的复杂程度，可对所需电源进行选择性多级电源设计且对每一个电源均可进行监控以及控制，能满足电源系统安全性的需求。

Description

一种电源安全管理的控制系统及方法

技术领域

本申请涉及电池管理系统领域，尤其涉及一种电源安全管理的控制系统及方法。

背景技术

目前行业中传统的电池管理控制系统的电源架构相对比较简单，特别是没有功能安全要求的电池管理控制系统除了正常的模块供电外很少考虑电源系统安全性的问题，同时，基于电动汽车越来越复杂的电气架构系统，传统电源系统架构已无法满足及应对现在的电动汽车复杂的电气架构中出现异常情况。

为了满足电池管理控制器系统的安全可靠性，需对系统的电源可靠性进行优化设计，同时能够满足整车对功能安全的需求，考虑到现在电池管理控制器的多样化以及集成化，需要设计一个既能够满足传统的电池管理控制器的电源需求，又需要适应新的电池管理控制器的集成化设计对电源架构的需求，同时还要考虑高安全性能的电源架构。

申请号为：CN201821360375.9，一种BMS电源系统及电动设备，BMS电源系统包括开关管、第一供电电路、第二供电电路、电源管理单元、微处理器及继电器驱动单元，微处理器控制所述开关管通断，电源管理单元检测到所述电源异常或微处理器故障输出故障信号至控制主正继电器和/或主负继电器断开。微处理器检测到故障时，可发出故障信号给电源管理单元，电源管理单元检测到输出电压异常或故障信号时，可发出故障信号至继电器驱动断开主正、主负继电器，便于应用层诊断故障来源，避免了BMS系统在出现故障时只作提醒，不能及时切断供电，有安全隐患的问题。此方案主要体现的是在电源出现故障的时候去切断电池包上的主正主负继电器来断开高压，没有针对电池管理控制器电源系统自身的防护和抗故障能力进行设计，只是被动去切断总压，没有对电源系统进行主动保护的设计，在电源架构上无法满足电池管理控制器的系统安全需求。

发明内容

鉴于以上现有技术存在的问题，本申请提出一种电源安全管理的控制系统及方法，主要解决电源系统安全性的问题。

为了实现上述目的及其他目的，本申请采用的技术方案如下。

本申请提出一种电源安全管理的控制系统，包括：

开关单元，用于控制外部电源的接入状态；

电源管理单元，用于将所述外部电源的电压分为多路供电单元，每一路所述供电单元的一端分别与所述开关单元连接，另一端用于内部供电；

电压检测单元，与所述开关单元连接，用于检测所述外部电源以及每一路所述供电单元的电压，得到对应检测结果；

主控芯片，与所述电源管理单元和所述开关单元连接，用于根据所述检测结果控制对应供电单元或外部电源的开关状态。

在本申请一实施例中，所述开关单元，还包括：

第一开关管，其源极与所述外部电源连接，其栅极通过一个第一电阻接地，所述第一开关管用于所述外部电源防反接处理；

第二开关管，其源极分别与所述第一开关管的漏极和所述电源管理单元连接，所述第二开关管的栅极与所述主控芯片连接。

在本申请一实施例中，所述电压检测单元，包括：

第二电阻，其第一端与所述第二开关管的漏极连接；

第三电阻，其第一端分别连接所述第二电阻的第二端和所述主控芯片，所述第三电阻的第二端接地。

在本申请一实施例中，所述电源管理单元，至少包括一级主电源和一级副电源；

所述开关单元分别连接所述一级主电源和所述一级副电源；

所述一级主电源分别连接所述开关单元和所述主控芯片。

在本申请一实施例中，所述电源管理单元还包括二级电源和三级电源；

所述二级电源的第一端与所述一级主电源相连，接收所述一级主电源的供电，所述二级电源的第二端与主控芯片相连，所述二级电源的第三端用于供电给所述三级电源或外部功能模块；

所述三级电源分别连接所述二级电源和所述主控芯片。

在本申请一实施例中，所述一级主电源的电压高于所述一级副电源的电压。

在本申请一实施例中，所述主控芯片包括复位控制端，所述复位控制端连接所述一级主电源，用于所述一级主电源和所述主控芯片之间相互检测；

当所述一级主电源出现故障时，切换至一级副电源供电，所述主控芯片通过所述复位端对所述一级主电源进行复位处理；

当所述主控芯片存在异常，所述一级主电源通过所述复位端对所述主控芯片进行复位处理并接替所述主控芯片控制电路的关断。

在本申请一实施例中，所述二级电源的输出电压由所述主控芯片监测，若二级电源输出电压异常，则所述主控芯片关闭输出电压异常的电源。

本发明还提出一种电源安全管理的控制方法，适用于上述电源安全管理的控制系统，所述方法包括：

通过所述开关单元，控制外部电源的接入状态；

通过所述电源管理单元，将所述外部电源的电压分为多路供电单元；每一路所述供电单元的一端分别与所述开关单元连接，另一端用于内部供电；

通过所述电压检测单元检测所述外部电源以及每一路所述供电单元的电压，得到对应检测结果；

通过所述主控芯片接收所述对应检测结果，根据所述检测结果控制对应供电单元或外部电源的开关状态。

在本申请一实施例中，当所述外部电源电压低于预设工作电压且持续时间超过预设时长时，监测到外部电源恢复，则上报电源系统故障。

如上所述，本申请一种电源安全管理的控制系统及方法，具有以下有益效果：

本申请为满足电池系统对功能安全可靠性的设计，对电池管理控制系统的电源管理单元进行设计，通过电源管理单元将外部电源的电压分为多路供电单元，电压检测单元检测外部电源以及每一路所述供电单元的电压，得到对应检测结果，使用主控芯片根据检测结果控制对应供电单元或外部电源的开关状态。实现了对每一个电源进行监控以及控制，当其中一个电源出现故障时，不影响系统整体功能，同时可通过检测识别预警进行自恢复，从而具备电源的外部故障以及内部故障的识别和自保护的能力，具备较高系统安全等级，能满足电源系统安全管理的需求。本发明能够适应不同的电池管理控制系统上，根据电池管理控制系统的复杂程度可对所需电源进行选择性设计，电源管理单元中可以选择一级电源也可选择更复杂多级电源，还可根据需求是否需要多级备份电源设计，整个电源架构可根据需求进行灵活修改与变动，能够适应汽车环境中更低的工作电源环境。

附图说明

图1为本申请一实施例中电源管理系统安全控制电路的设计总图；

图2为本申请一实施例中电源管理控制器系统的电源架构图；

图3为本申请一实施例中电源管理单元的结构图；

图4为本申请一实施例中含多级电源供电的电源管理系统的设计图；

附图标号说明：1-开关单元，2-电源管理单元，3-电压检测单元，4-主控芯片。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在一实施例中，请参阅图1，本申请提供一种电源安全管理的控制系统，包括：

开关单元，用于控制外部电源的接入状态；

电源管理单元，用于将外部电源的电压分为多路供电单元；每一路所述供电单元的一端分别与开关单元连接，另一端用于内部供电；

电压检测单元，与开关单元和主控芯片连接，用于检测外部电源以及每一路供电单元的电压，得到对应检测结果；

主控芯片，与电源管理单元和开关单元连接，用于根据检测结果控制对应供电单元或外部电源的开关状态。

请参阅图2，在一实施例中，开关单元，还包括：

第一开关管Q1，其源极与外部电源连接，其栅极通过一个第一电阻R1接地，第一开关管用于外部电源防反接处理；

第二开关管Q2，其源极分别与第一开关管Q1的漏极和电源管理单元连接，第二开关管的栅极与主控芯片连接。

电压检测单元，包括：

第二电阻R2，其第一端与第二开关管Q1MOS管的漏极连接；

第三电阻R3，其第一端分别连接第二电阻R2的第二端和主控芯片MCU，第三电阻的第二端接地；

更详细地，请参阅图2，电源架构中通过Q1MOS管进行外部电源防反接处理，当外部电源的正负极线束接反后，Q1管不导通，关闭电源的输入口，防止后级电路的损坏，同时通过Q2以及R2,R3电路对外部电源电压进行监测，MCU可根据监测的不同电压电池管理控制系统做相应动作处理。

当监测电压在系统工作电压范围内，则进行正常工作，当电压出现异常低于工作电压范围内，可对部分功能进行关闭，保留部分通讯功能，并进行上报欠压故障，当电压超过正常工作电压，但不影响其他控制器工作时，因为一级主电源降压处理，只进行上报过压故障，但仍能正常工作。

在一实施例中，电源管理单元，至少包括一级主电源和一级副电源；

开关单元分别连接一级主电源和一级副电源；

一级主电源分别连接开关单元和主控芯片。

更详细地，在一实施例中，请参阅图3和图4，外部电源进入系统后，可进入两个一级电源，一级主电源具备多路不同电压输出功能，同时具有降压升压的功能，最低工作电压可达到2.7V左右。能够对每一路输出电源进行监测，并将每一路电源状态上传主控MCU，若出现输出电压的异常，将异常电源通道及异常情况上传给MCU，针对持续未恢复的异常状态，一级主电源会进行对电池管理控制器关重功能进行关闭，保证系统的安全性，若故障消失，一级主电源可自动恢复正常。

在一实施例中，请参阅图4，主控芯片包括复位控制端，复位控制端连接一级主电源，用于一级主电源和主控芯片之间相互检测；

当一级主电源出现故障时，切换至一级副电源供电，主控芯片通过复位端对一级主电源进行复位处理；

当主控芯片存在异常，一级主电源通过复位端对主控芯片进行复位处理并接替主控芯片控制电路的关断；

其中，一级主电源的电压高于一级副电源的电压。

更详细地，请参阅图4，在电源正常时，主控MCU的工作状态若存在异常，一级主电源检测到异常后会对MCU进行复位。在复位MCU时，一级主电源会主动接替MCU控制电池管理控制器的关重功能。保证系统的可以做到短时异常的稳定性，MCU恢复正常后，则由MCU进行管控系统。

另外一个一级副电源主要用来做备份电源使用，一级主电源电压会略高于一级副电源，便于两个电源的切换。同时也可以给电池管理系统中的的特殊功能模块供电，当一级主电源出现故障时，MCU监测到外部电源正常，则由一级副电源进行切换供电，同时MCU会对一级主电源进行复位处理，并监测一级主电源的状态，若一级主电源恢复正常则继续由一级主电源供电，若一级主电源未能恢复，MCU则上传一级电源故障，并对后级的功能模块做相应的关闭处理。

在一实施例中，请参阅图4，电源管理单元还包括二级电源和三级电源；

二级电源的第一端与一级主电源相连，接收一级主电源的供电，二级电源第二端与主控芯片相连，第三端用于供电给三级电源或外部功能模块；

三级电源分别连接二级电源和主控芯片。

更详细地，请参阅图4，本系统架构中，可根据电池管理控制器系统复杂程度一级功能模块需求进行选择二级电源的使用数量，二级电源从一级主电源取电，这样可保证二级电源的输入电压可控，同时，二级电源可由一级主电源的两路输出电源供电，当一级主电源中其中一路电源异常，一级主电源会主动关闭，并切换到另外一路电源进行供电，保证整个系统在电源电路中的其他器件出现异常导致电源输出异常情况下，也能正常工作。

在一实施例中，二级电源的输出电压由主控芯片MCU监测，若二级电源输出电压异常，则主控芯片MCU关闭输出电压异常的电源。

更详细地，请参阅图4，二级电源的输出电压由MCU进行监测及使能控制器，当监测到二级电源输出异常时，可通过MCU关闭异常的二级电源，再检测到无其他异常电源时，MCU再对该电源进行打开，若无异常则进行单个电源异常的故障上报，并上报具体的异常情况(如：欠压，过压，过流)。

在一实施例中，根据电池管理控制器的需求此方案可提供三级电源供电，三级电源主要针对低电压以及需要更纯净的电源需求功能模块供电，经过前面两级电源的处理，第三级电源不受外部因素影响，可靠性更高，同时也对三级电源进行监测和控制器，更能保证三级电源的稳定可靠性。

在一实施例中，一级主电源具备升压降压的功能，能够适应宽范围的外部输入电压范围，最低电压可达到2.7V左右，能够让整个电池管理系统在一个很低的电源环境下工作，当电压恢复正常后，系统也能够正常工作，避免一些因为整车系统欠压导致不能恢复的问题。

本申请还提出一种电源安全管理的控制方法，应用于上述的电源安全管理的控制系统，该方法包括：

通过开关单元，控制外部电源的接入状态；

通过电源管理单元，将外部电源的电压分为多路供电单元；每一路供电单元的一端分别与开关单元连接，另一端用于内部供电；

通过电压检测单元检测外部电源以及每一路供电单元的电压，得到对应检测结果；

通过主控芯片接收对应检测结果，根据检测结果控制对应供电单元或外部电源的开关状态。

其中，在一实施例中，当外部电源电压低于预设工作电压且持续时间超过预设时长时，监测到外部电源恢复，则上报电源系统故障。

更详细地，当外部电源电压在低于正常工作电压下一定时间后，系统监测到外部电源已经恢复，则系统会进行电源系统故障的上报，并进行后级功能模块的关闭以达到保护系统的目的。

综上所述，本申请一种电源安全管理的控制系统及方法，通过电源管理单元将外部电源的电压分为多路供电单元，电压检测单元检测外部电源以及每一路所述供电单元的电压，得到对应检测结果，使用主控芯片根据检测结果控制对应供电单元或外部电源的开关状态。实现了对每一个电源进行监控以及控制，当其中一个电源出现故障时，不影响系统整体功能，同时可通过检测识别预警进行自恢复，具备较高系统安全等级，能满足电源系统安全管理的需求。本发明能够适应不同的电池管理控制系统上，根据电池管理控制系统的复杂程度可对所需电源进行选择性设计，电源管理单元中可以选择一级电源也可选择更复杂多级电源，还可根据需求是否需要多级备份电源设计，整个电源架构可根据需求进行灵活修改与变动，能够适应汽车环境中更低的工作电源环境。此外，本申请能在低压情况保持电池系统的部分通信功能来完成电池管理控制器状态的传输及通信，作为动力输出的管理控制器电源具有一定的自恢复能力以及容错能力，并且具备更高的系统安全性能，电池管理控制器的电源架构能够识别不同的输入电压，并根据不同电压值系统做相应的动作，具备自我防护的能力。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电源安全管理的控制系统，其特征在于，包括：

开关单元，用于控制外部电源的接入状态；

电源管理单元，用于将所述外部电源的电压分为多路供电单元，每一路所述供电单元的一端分别与所述开关单元连接，另一端用于内部供电；

电压检测单元，与所述开关单元连接，用于检测所述外部电源以及每一路所述供电单元的电压，得到对应检测结果；

主控芯片，与所述电源管理单元和所述开关单元连接，用于根据所述检测结果控制对应供电单元或外部电源的开关状态。

2.根据权利要求1所述的一种电源安全管理的控制系统，其特征在于，所述开关单元，还包括：

第一开关管，其源极与所述外部电源连接，其栅极通过一个第一电阻接地，所述第一开关管用于所述外部电源防反接处理；

第二开关管，其源极分别与所述第一开关管的漏极和所述电源管理单元连接，所述第二开关管的栅极与所述主控芯片连接。

3.根据权利要求2所述的一种电源安全管理的控制系统，其特征在于，所述电压检测单元，包括：

第二电阻，其第一端与所述第二开关管的漏极连接；

第三电阻，其第一端分别连接所述第二电阻的第二端和所述主控芯片，所述第三电阻的第二端接地。

4.根据权利要求1所述的一种电源安全管理的控制系统，其特征在于，所述电源管理单元，至少包括一级主电源和一级副电源；

所述开关单元分别连接所述一级主电源和所述一级副电源；

所述一级主电源分别连接所述开关单元和所述主控芯片。

5.根据权利要求4所述的一种电源安全管理的控制系统，其特征在于，所述电源管理单元还包括二级电源和三级电源；

所述二级电源的第一端与所述一级主电源相连，接收所述一级主电源的供电，所述二级电源的第二端与主控芯片相连，所述二级电源的第三端用于供电给所述三级电源或外部功能模块；

所述三级电源分别连接所述二级电源和所述主控芯片。

6.根据权利要求4所述的一种电源安全管理的控制系统，其特征在于，所述一级主电源的电压高于所述一级副电源的电压。

7.根据权利要求4所述的一种电源安全管理的控制系统，其特征在于，所述主控芯片包括复位控制端，所述复位控制端连接所述一级主电源，用于所述一级主电源和所述主控芯片之间相互检测；

当所述一级主电源出现故障时，切换至一级副电源供电，所述主控芯片通过所述复位端对所述一级主电源进行复位处理；

当所述主控芯片存在异常，所述一级主电源通过所述复位端对所述主控芯片进行复位处理并接替所述主控芯片控制电路的关断。

8.根据权利要求5所述的一种电源安全管理的控制系统，其特征在于，所述二级电源的输出电压由所述主控芯片监测，若二级电源输出电压异常，则所述主控芯片关闭输出电压异常的电源。

9.一种电源安全管理的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

提供如权利要求1-8任一所述的电源安全管理控制系统；

通过所述开关单元，控制外部电源的接入状态；

通过所述电源管理单元，将所述外部电源的电压分为多路供电单元；每一路所述供电单元的一端分别与所述开关单元连接，另一端用于内部供电；

通过所述电压检测单元检测所述外部电源以及每一路所述供电单元的电压，得到对应检测结果；

通过所述主控芯片接收所述对应检测结果，根据所述检测结果控制对应供电单元或外部电源的开关状态。

10.根据权利要求9的一种电源安全管理的控制方法，其特征在于，当所述外部电源电压低于预设工作电压且持续时间超过预设时长时，监测到外部电源恢复，则上报电源系统故障。