CN209479429U - 电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，该接触器保持电路包括控制单元，接收控制单元发出的电平信号，以控制与执行单元连接的接触器的开闭的执行单元，与控制单元信息交互相连，以接收控制单元的控制信息，并配置接触器的保持时间的失效控制单元，以及串联于所述控制单元和所述执行单元之间的保持单元，其可检测控制单元的复位状态，并通过控制执行单元，将接触器保持在控制单元复位前的状态。本实用新型所述的电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，利用锁存器的锁存功能与安全失效控制功能相融合，实现电平信号控制的接触器保持电路功能，其结构形式简单，能够显著降低失效风险，有利于提高整车的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池管理系统技术领域，特别涉及一种电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路。
背景技术
电动汽车主要依靠电池包提供的电能产生动力，而电池包通过电池管理系统内单片机(MCU)控制的主正主负接触器与高压回路相连，以给汽车提供能量。电动汽车依靠电能驱动的本质和复杂性，使得整车控制模块数量也会显著增多，控制和监测难度增加。
若电动汽车在高速行驶过程中，电池管理系统内单片机(MCU)非预期复位，那么动力电池接触器将会突然断开，进而造成汽车动力中断，此时电动汽车会有失控或被追尾的风险，也会有接触器触点烧蚀或粘连的风险。一旦发生将是非常严重的事故，对于驾驶人员可能导致致命伤害。
当前接触器保持电路，通常使用延迟芯片与逻辑门电路相结合，通过配置延迟芯片外围电路以确定保持时间，如此硬件确定以后将无法自由配置保持时间的长短。另外，当前保持功能单一，安全性能还有待提高。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型旨在提出一种电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，以在单片机非预期复位发生时，将接触器在一定时间内进行保持。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，包括：
控制单元；
执行单元，所述执行单元用于接收所述控制单元发出的电平信号，以控制与所述执行单元连接的接触器的开闭；
失效控制单元，与所述控制单元信息交互相连，以接收所述控制单元的控制信息，并配置所述接触器的保持时间；
保持单元，串联于所述控制单元和所述执行单元之间；于所述控制单元非预期复位发生时，所述保持单元检测所述控制单元的复位状态，依据所述失效控制单元的控制信号，以通过控制所述执行单元，将所述接触器保持在所述控制单元复位前的状态。
进一步的，所述保持单元采用锁存器。
进一步的，所述锁存器采用SN74HC573A。
进一步的，所述执行单元包括连接于所述接触器两端的高边驱动电路和低边驱动电路；所述保持单元包括连接于所述控制单元和所述高边驱动电路之间的高边锁存器，以及连接于所述控制单元和所述低边驱动电路之间的低边锁存器。
进一步的，所述控制单元的其中两个输出端口，分别通过RC滤波延迟电路连接于所述高边锁存器的信号输入脚和保持触发脚。
进一步的，连接于所述高边锁存器的信号输入脚的延时时间τ1，大于连接于所述高边锁存器的保持触发脚的延时时间τ2，且τ1-τ2>1μs。
进一步的，所述失效控制单元失效安全端口通过非门或直接连接至所述锁存器的输出使能引脚。
进一步的，所述锁存器的输出端经过下拉电阻及串接电阻连接于所述保持单元的控制引脚。
进一步的，所述失效控制单元与所述控制单元内部的FCCU单元信息交互相连。
相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：
(1)本实用新型所述的电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，在控制单元的控制下，保持单元可在控制单元发生非预期复位时，检测控制单元的复位状态，并通过控制执行单元对接触器的开闭进行控制，同时，通过失效控制单元自由配置接触器的保持时间，从而将接触器保持在控制单元复位前的状态，可达到降低失效风险的效果，并通过给司机留出一定反应时间，提高整车的安全性能，且其电路结构简单，生产成本低，具有较好的推广意义。
(2)锁存器的结构成熟，锁存方式简单，且容易实现，而SN74HC573A的锁存器便于安装，且具有较好的使用效果。
(3)高边驱动电路与低边驱动电路可根据控制单元的命令断开或闭合内部的MOS开关，为接触器提供高低电平，使其处于工作状态或非工作状态。高边锁存器和低边锁存器可与高边驱动电路或低边驱动电路相适配，从而实现对接触器状态的控制。
(4)RC在电路中可衰减低频信号，从而延迟控制单元的信号发送到保持单元的信号输入脚和保持触发脚的时间，有利于接触器保持复位前的状态。
(5)设置τ1大于τ2，可在达到保持时间时，若控制单元不能恢复正常工作状态，则断开接触器，从而防止接触器不能断开的情况发生。
(6)在下拉电阻及串接电阻的作用下，高低边驱动芯片的控制信号变为低电平，进而有利于接触器的断开。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例所述的接触器保持电路的电路结构图；
图2为本实用新型实施例所述的接触器保持电路的电路结构原理图；
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
本实用新型例涉及一种电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，如图1中所示，该接触器保持电路包括控制单元，执行单元，失效控制单元以及保持单元。其中，控制单元为整个电路的核心部分，其负责发出高低电平信号给执行单元，以控制接触器的开启或者闭合的状态。执行单元用于接收控制单元发出的电平信号，以控制与执行单元连接的接触器的开闭，其包括接收高压电平信号的高边执行单元，以及接收低压电平信号的低边执行单元。
保持单元包括串联于控制单元和高边执行单元之间的高边保持单元，以及串联于控制单元和低边执行单元之间的低边保持单元，该保持单元可在控制单元非预期复位发生时，检测控制单元的复位状态，并依据失效控制单元的控制信号，通过控制执行单元，将接触器保持在控制单元复位前的状态。
失效控制单元为该电路的安全管理及接触器保持时间配置模块，该失效控制单元与控制单元信息交互相连，以接收控制单元的控制信息，并通过发出失效安全控制信号给保持单元，以根据不同的需求自由配置接触器发保持时间。
本实用新型所述的电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，在控制单元的控制下，保持单元可在控制单元发生非预期复位时，检测控制单元的复位状态，并通过控制执行单元对接触器的开闭进行控制，同时，通过失效控制单元自由配置接触器的保持时间，从而将接触器保持在控制单元复位前的状态，可达到降低失效风险的效果，以给司机留出一定反应时间，从而提高整车的安全性能，且其电路结构简单，生产成本低，具有较好的推广意义。
基于以上设计思想，并结合图2中所示，在该电路中，前述的控制单元为现有技术中的单片机，其产品成熟，并具有强大的数据处理能力。前述的保持单元包括连接于控制单元和高边驱动芯片之间的高边锁存器，以及连接于控制单元和低边驱动芯片之间的低边锁存器。此处，高边锁存器和低边锁存器的型号均为SN74HC573A。
具体来讲，单片机的GPIO1端口通过R1C1滤波延迟电路连接到高边锁存器的输入引脚(IN)，单片机的GPIO2端口通过R2C2滤波延迟电路连接到高边锁存器的锁存使能引脚(LE)。其中，R1C1滤波延迟电路包括串联于GPIO1端口和高边锁存器的输入引脚(IN)之间的电阻R1,以及与电阻RI并联的电容C1。R2C2滤波延迟电路包括串联于GPIO2端口通和高边锁存器的锁存使能引脚(LE)之间的电阻R2,以及与电阻R2并联的电容C2。
单片机的GPIO3端口通过R3C3滤波延迟电路连接到低边锁存器的输入引脚(IN)，单片机的GPIO4端口通过R4C4滤波延迟电路连接到低边锁存器的锁存使能引脚(LE)。其中，R3C3滤波延迟电路包括串联于GPIO3端口和低边锁存器的输入引脚(IN)之间的电阻R3,以及与电阻R3并联的电容C3。R4C4滤波延迟电路包括串联于GPIO4端口通和低边锁存器的锁存使能引脚(LE)之间的电阻R4,以及与电阻R4并联的电容C4。
以上结构中，通过RC滤波延迟电路将锁存器输入引脚(IN)电平信号变化状态滞后于锁存使能信号(OE)变化状态，以实现单片机复位前执行单元控制信号状态的锁存保持功能。
前述的执行单元包括连接于接触器两端的高边驱动电路和低边驱动电路，具体来讲，高边驱动电路为串联于高边锁存器和接触器之间的高边驱动芯片，低边驱动电路为串联于低边锁存器和接触器之间的低边驱动芯片。两者分别控制接触器电源正输出端和负输出的开关，此处，高边驱动芯片和低边驱动芯片均为现有技术中的驱动芯片。
本实施例中，高边驱动芯片和低边驱动芯片，可根据单片机的命令断开或闭合内部的MOS开关，从而为接触器提供高低电平，使其处于工作状态或非工作状态。
继续结合图2，高边锁存器的输出端先通过下拉电阻R5后再通过串电阻R7连接至高边驱动芯片的控制引脚；低边锁存器的输出端先通过下拉电阻R6后再通过串电阻R8连接至低边驱动芯片的控制引脚。
前述的失效控制单元为现有技术中的失效安全控制芯片，其一般为具有安全功能的电源芯片，该失效安全控制芯片分别与单片机FCCU信号、SPI信号、复位信号及看门狗等相连。其中，单片机内部的FCCU单元与失效安全控制芯片可交互信息，将影响安全的故障信息传递给失效安全控制芯片，增强功能的安全性能。
且失效安全控制芯片的失效安全端口通过非门或直接连接至高边锁存器和低边锁存器的输出使能引脚(LE)。根据受控接触器不同的电气特性，单片机可以通过SPI信号自由配置失效安全引脚(FS1B)输出信号的变化时间，以实现自由配置接触器保持时间的功能。
该保持电路在使用时，单片机通过SPI信号预先给失效安全控制芯片配置接触器保持时间，锁存器的输入引脚(IN)与锁存使能引脚(LE)的引脚信号将同时被拉低，在合理配置输入引脚(IN)与锁存使能引脚(LE)信号线上的RC参数后，可以将输入引脚(IN)的引脚信号拉低的时间晚于锁存使能引脚(LE)的引脚信号拉低时间。根据锁存器的特性，锁存使能引脚(LE)变低时将会触发保持，保持状态为锁存使能引脚(LE)信号为低时的输入引脚(IN)状态，即输入引脚(IN)信号为高电平则保持高电平，否则保持为低电平，以此实现单片机复位前一状态下输入引脚(IN)信号状态的保持功能，此时锁存器输出端即为所要保持的状态。
同时，失效安全控制芯片通过复位引脚确定单片机复位时间点，并开始计时，若到达预设好的保持时间，单片机并未从复位状态恢复正常，则失效安全控制芯片通过失效安全引脚(FS1B)将使高边锁存器和低边锁存器的OE脚信号变为高电平，以使高边锁存器和低边锁存器的输出端均处于高阻态，在其下拉电阻的作用下，高边驱动芯片和低边驱动芯片的控制信号变为低电平，以断开接触器。
本实施例中，连接于高边锁存器的信号输入脚的延时时间τ1，连接于高边锁存器的保持触发脚的延时时间τ2。由于τ1＝R1*C1与τ2＝R2*C2，根据锁存器数据手册中输入引脚高低电平识别时间确定τ值，然后以τ1>τ2为标准进行取值，确保τ1-τ2>1μs。如此设置，可在达到保持时间时，若单片机不能恢复正常工作状态，则断开接触器，从而防止接触器不能断开的情况发生。
本实施例中，通过失效安全控制芯片实现对保持时间的自由配置，克服现有技术中无法自由配置保持时间长短的问题，具有较好的使用灵活性。
在此值得说明的是，本实施例中的保持单元除了可采用锁存器，也可采用现有技术中的D触发器，以达到相同的使用效果。
本实用新型所述的接触器保持电路，利用锁存器的锁存功能与安全失效控制功能相融合，实现电平信号控制的接触器保持电路功能。其结构形式简单，工作原理易懂，能够显著降低失效风险，并通过安全失效控制模块为该电路功能安全提供保障，可进一步增强了该电路的功能安全性能，即有利于提高整车的安全性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，其特征在于包括：
控制单元；
执行单元，所述执行单元用于接收所述控制单元发出的电平信号，以控制与所述执行单元连接的接触器的开闭；
失效控制单元，与所述控制单元信息交互相连，以接收所述控制单元的控制信息，并配置所述接触器的保持时间；
保持单元，串联于所述控制单元和所述执行单元之间；于所述控制单元非预期复位发生时，所述保持单元检测所述控制单元的复位状态，依据所述失效控制单元的控制信号，以通过控制所述执行单元，将所述接触器保持在所述控制单元复位前的状态。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，其特征在于：所述保持单元采用锁存器。
3.根据权利要求2所述的电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，其特征在于：所述锁存器采用SN74HC573A。
4.根据权利要求2所述的电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，其特征在于：所述执行单元包括连接于所述接触器两端的高边驱动电路和低边驱动电路；所述保持单元包括连接于所述控制单元和所述高边驱动电路之间的高边锁存器，以及连接于所述控制单元和所述低边驱动电路之间的低边锁存器。
5.根据权利要求4所述的电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，其特征在于：所述控制单元的其中两个输出端口，分别通过RC滤波延迟电路连接于所述高边锁存器的信号输入脚和保持触发脚。
6.根据权利要求5所述的电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，其特征在于：连接于所述高边锁存器的信号输入脚的延时时间τ1，大于连接于所述高边锁存器的保持触发脚的延时时间τ2，且τ1-τ2>1μs。
7.根据权利要求2所述的电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，其特征在于：所述失效控制单元失效安全端口通过非门或直接连接至所述锁存器的输出使能引脚。
8.根据权利要求2所述的电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，其特征在于：所述锁存器的输出端经过下拉电阻及串接电阻连接于所述保持单元的控制引脚。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电池管理系统电平信号控制的接触器保持电路，其特征在于：所述失效控制单元与所述控制单元内部的FCCU单元信息交互相连。
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