CN210101380U - Bms掉电延时电路及其bms掉电延时系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种BMS掉电延时电路，其包括供电端口、负载端口、延时启动电路、储能电容C1、第一电阻R1和第一单向二极管D1，延时启动电路包括延时电路和开关电路，开关电路、第一电阻R1串联后接于供电端口和储能电容C1的第一端之间，储能电容C1的第一端通过第一单向二极管D1接负载端口，储能电容C1的第二端接地，延时电路的输入端接供电端口，触发端接开关电路的控制端，并使供电端口上电瞬间延迟导通开关电路以使储能电容C1延时充电；本实用新型为BMS提供掉电延时供电，以供其自主断电以及时保存数据，其可靠性高，可有效避免BMS上电瞬间即对储能电容C1充电而拉低负载端口的电压，增加负载供电的稳定性；本实用新型还公开了一种BMS掉电延时系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及动力电池管理系统技术领域，尤其涉及BMS掉电延时电路及其BMS掉电延时系统。
背景技术
现有的动力电池管理系统(BMS)需要对电压、电流、温度等信息进行采样，并且需要将采样数据和异常报警数据写入的BMS的flash存储器和EEPROM存储器中，以备后续故障诊断和维修维护提供历史记录分析和故障判断依据，是BMS重要的功能组成部分。
然而，电动汽车在实际使用过程中存在诸多不确定因素，BMS在工作过程中难免会遭遇突发的掉电，掉电使得BMS无法自主断电以及时保存上述采样数据和异常报警数据，导致BMS运行参数缺失，无法为后续的故障诊断和维修维护提供连续的历史记录分析和故障判断依据，容易造成后续记录分析和故障诊断出现偏差。现有做法是增设一个大容量值电容作为BMS掉电后的临时电源，BMS上电后即对该电容进行充电，当BMS掉电后，电容作为临时电源为BMS提供临时供电，从而为BMS提供必要时间进行自主断电及数据存储。但由于该电容的容量大，BMS上电瞬间，该电容会直接拉低BMS的供电电压，导致BMS供电不稳定，影响BMS工作的稳定性，大大制约了BMS的发展。
因此，亟需BMS掉电延时电路及其BMS掉电延时系统来解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种BMS掉电延时电路，能够为BMS提供掉电延时供电的同时，可以避免BMS上电瞬间即对容量值大的储能电容充电而拉低负载端口的电压，增加负载供电的稳定性。
本实用新型的又一目的是提供一种BMS掉电延时系统，能够为BMS提供掉电延时供电的同时，可以避免BMS上电瞬间即对容量值大的储能电容充电而拉低负载端口的电压，增加负载供电的稳定性。
为了实现上有目的，本实用新型公开了一种BMS掉电延时电路，其包括供电端口、负载端口、延时启动电路、储能电容C1、第一电阻R1和第一单向二极管D1，所述延时启动电路包括延时电路和开关电路，所述开关电路、所述第一电阻R1串联后接于所述供电端口和所述储能电容C1的第一端之间，所述储能电容C1的第一端通过所述第一单向二极管D1接所述负载端口，所述储能电容C1的第二端接地，所述延时电路的输入端接所述供电端口，且其触发端接所述开关电路的控制端，并使供电端口上电瞬间所述延时电路延迟导通所述开关电路以使所述储能电容C1延时充电。
与现有技术相比，本实用新型的BMS掉电延时电路在对BMS提供掉电延时供电的同时，可在供电端口对负载供电瞬间，通过延时启动电路延时导通储能电容C1的充电回路，使得储能电容C1在供电端口对负载供电稳定后才接入供电端口进行充电，避免供电端口对负载供电瞬间即为储能电容C1充电，防止储能电容C1拉低负载端口的电压，增加负载供电的稳定性，有效提升BMS掉电延时电路的稳定性。
较佳地，所述延时电路包括相互串联的延时电容C2和第二电阻R2，且所述延时电容C2的一端接所述供电端口，所述第二电阻R2的一端接地，所述触发端设于所述延时电容C2和所述第二电阻R2之间，所述开关电路为P型MOS管。延时电容C2和第二电阻R2组成浪涌抑制电路，对储能电容C1提供延时充电的同时，还为BMS提供了浪涌抑制，可有效吸收BMS上电瞬间供电电压产生的瞬间过电压或过电流，即抑制供电端口对负载供电瞬间产生的浪涌。
较佳地，所述开关电路为开关管Q1。
具体地，所述开关管Q1的栅极接所述触发端，所述开关管Q1的源极接所述供电端口，所述开关管Q1的漏极接所述第一电阻R1。
较佳地，所述BMS掉电延时电路还包括采集端口和供电检测单元，所述供电检测单元接所述供电端口以采集所述供电端口的供电电压并输送至所述采集端口。
具体地，所述供电检测单元包括第三电阻R3和第四电阻R4，所述第三电阻R3和第四电阻R4串接于所述供电端口和地之间，且所述第三电阻R3和第四电阻R4之间的节点接所述采集端口。
相应地，本实用新型还公开了一种BMS掉电延时系统，其包括供电模块、负载和如上所述的BMS掉电延时电路，所述供电模块的输出端接所述供电端口，所述负载的供电端接所述负载端口，所述供电模块通过所述供电端口和所述负载端口对所述负载供电。
与现有技术相比，本实用新型的BMS掉电延时系统在对BMS提供掉电延时供电的同时，可在供电端口对负载供电瞬间，通过延时启动电路延时导通通储能电容C1的充电回路，使得储能电容C1在供电端口对负载供电一段时间后才接入供电端口进行充电，避免供电模块为负载供电瞬间即为储能电容C1充电，防止储能电容C1拉低负载端口的电压，增加负载供电的稳定性，有效提升BMS掉电延时系统的稳定性。
较佳地，所述BMS掉电延时系统还包括第二单向二极管D2，所述第二单向二极管D2正接于所述供电模块的输出端和所述负载的供电端之间。
较佳地，所述BMS掉电延时系统还包括第一滤波电容C3，所述供电模块包括正极输入端和负极输入端，所述正极输入端和所述负极输入端用于接外部电源，所述第一滤波电容C3接于所述供电模块的正极输入端和负极输入端之间。
较佳地，所述BMS掉电延时系统还包括第二滤波电容C4，所述第二滤波电容C4接于所述负载的供电端和地之间。
附图说明
图1是本实用新型的BMS掉电延时电路的电路图。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1所示，本实施例的BMS掉电延时系统1000包括BMS掉电延时电路100、供电模块200和负载300，其中，BMS掉电延时电路100包括供电端口10和负载端口20，供电模块200的输出端+VOUT接供电端口10，负载300的供电端VCC接负载端口20。本实施例的负载300为一控制芯片，该控制芯片可以为BMS主控(图中未示)内的一个控制芯片，也可以为一个与BMS主控通讯连接的独立芯片。负载300的供电端VCC通过负载端口20和供电端口10接供电模块200的输出端+VOUT，供电模块200接外部电源(图中未示)以为负载300和其他负载元件提供工作电压，供电模块200的零电压参考端接地GND，使得供电模块200的零电压参考端即为接地电压。
参考图1，BMS掉电延时电路100还包括开关电路、延时电路30、储能电容C1、第一电阻R1和第一单向二极管D1，该开关电路具体为开关管Q1，开关管Q1、第一电阻R1串联后接于供电端口10和储能电容C1的第一端之间，储能电容C1的第一端通过第一单向二极管D1接负载端口20，储能电容C1的第二端接地GND，第一电阻R1为储能电容C1提供限流保护及防短路保护，延时电路30的输入端接供电端口10，触发端31接开关管Q1组成储能电容C1的延时启动电路，以使供电端口10上电瞬间，延时电路30延迟导通开关管Q1以使储能电容C1延时充电。当然，也可以使用其他的开关电路替代开关管Q1，该开关电路在延时电路30的驱动下控制储能电容C1之充电回路的通断。
参考图1，开关管Q1、第一电阻R1和储能电容C1依次串联，且开关管Q1的一端接供电端口10，储能电容C1的第二端接地GND，开关管Q1的源极接所述供电端口10，开关管Q1的漏极接第一电阻R1。储能电容C1的第一端通过第一单向二极管D1接负载端口20。具体地，第一单向二极管D1的阳极接于第一电阻R1和储能电容C1之间，第一单向二极管D1的阴极接负载端口20，一方面，第一单向二极管D1限制供电模块200的电流的流动方向仅能为单向流动，即电流仅能从供电模块200流向负载300；另一方面，第一单向二极管D1限制储能电容C1仅能对负载300供电，避免储能电容C1的电流流入供电模块200的输出端+VOUT而损坏供电端口10。
其中，储能电容C1的容量值较大以存储较大电量，从而在对外放电时能够做为临时电源对外提供一定时间的延时供电，其具体的容量值由负载的用电需求决定。当供电模块200对负载300正常供电时，供电模块200同时对储能电容C1充电；当供电端口10掉电时，储能电容C1放电以对负载300和其他负载元件提供掉电延时供电。延时电路30接于供电端口10和地GND之间，延时电路30设有触发端31，触发端31接开关管Q1的栅极，并使上电瞬间延时电路30延迟导通开关管Q1以使储能电容C1延时充电，以及，掉电瞬间储能电容C1放电以对负载300延时供电。
参考图1，延时电路30包括相互串联的延时电容C2和第二电阻R2，延时电容C2和第二电阻R2共同组成RC串联电路，且延时电容C2的一端接供电端口10，第二电阻R2的一端接地GND，触发端31设于延时电容C2和第二电阻R2之间，这里的延时电容C2为容量值较小的电容，其具体的容量值由延时启动的所需时间和开关管Q1的启动电压决定，且储能电容C1的容量值大于延时电容C2的容量值。本实施例中，开关管Q1为P型MOS管，开关管Q1的反向开启电压受延时电容C2两端的电压控制。
本实施例中，负载300上电瞬间，延时电容C2可有效过滤了供电端口10对负载300供电瞬间的突变电流，从而抑制供电端口10对负载300供电瞬间产生的浪涌电流。当然，延时电路30的结构不限于上述结构，延时电路30也可以为诸如延时继电器等元器件，只需满足在上电时延时导通开关管Q1即可。
其中，延时电容C2为容量值较小的电容，延时电容C2小于储能电容C1。本实施例中，延时电容C2的容量值远小于储能电容C1的容量值，其容量值选用的上限标准需要满足，BMS上电瞬间，延时电容C2接入供电端口10不会将供电模块200输出的供电电压拉低至负载300需求的最低电压之下。
供电模块200对RC串联电路充电过程中，第二电阻R2会分压掉RC串联电路的部分电压，使得延时电容C2的电压值始终低于供电端口10的输出的电压，即延时电容C2接于开关管Q1栅极一端的电压值低于延时电容C2接于开关管Q1源极一端的电压值，从而使延时电容C2两端的电压为开关管Q1提供了反向开启电压。随着RC串联电路充电时间的增加，开关管Q1的栅极和源极之间的压差逐渐增大而达到开关管Q1的反向开启电压，从而使开关管Q1的源极和漏极之间导通，最终将储能电容C1延时接入电路，这里的延时电容C2的充电时间可以通过τ＝R2＊C2确定，由上分析可知，延时电容C2的充电时间近似为储能电容C1的延时充电时间，延时电容C2和第二电阻R2为储能电容C1接入供电端口10提供了延时启动，避免负载300上电瞬间，供电端口10即对储能电容C1充电，有效防止储能电容C1拉低负载端口20的电压。
具体地，供电模块200对负载300供电时，延时电容C2两端的电压值以一定曲率的增大，开关管Q1的栅极接于延时电容C2与第二电阻R2之间，开关管Q1的源极接于延时电容C2接入供电端口10的一端，延时电容C2为开关管Q1提供反向开启电压，且开关管Q1的栅极和源极之间的电压值为负值并以一定曲率的增大，当开关管Q1的栅极和源极之间的电压值小于开关管Q1的反向开启电压时，开关管Q1的源极和漏极之间处于断开状态，即储能电容C1断开与供电端口10的连接；当开关管Q1的栅极和源极之间的电压值等于或大于开关管Q1的反向开启电压时，开关管Q1的源极和漏极之间处于导通状态，即储能电容C1接入供电端口10，供电模块200对储能电容C1充电。
由于供电模块200是先对容量较小的延时电容C2充电，后对储能电容C1充电，避免了具有很大容量值的储能电容C1在供电模块200对负载300供电瞬间即进行充电，有效避免因储能电容C1上电瞬间拉低负载端口的电压而导致的负载300供电不稳定，有效提升负载300工作的稳定性，且通过合理选取延时电容C2和第二电阻R2的数值，可以有效控制储能电容C1的延时充电时间。
请继续参阅图1所示，本实施例的BMS掉电延时电路100还包括采集端口40和供电检测单元50，供电检测单元50接供电端口10以采集供电端口10的供电电压并输送至采集端口40，采集端口40接负载300的检测端GPIO，负载300依据采集到的供电电压判断供电模块200是处于正常供电状态还是掉电状态。当供电模块200处于掉电状态时，由于储能电容C1为负载300延时供电，负载300能够依据采集到的供电电压的变化及时进行自主断电操作以及时保存各类数据及完成正常断电逻辑顺序操作。
具体地，供电检测单元50包括第三电阻R3和第四电阻R4，第三电阻R3的一端接供电端口10，第三电阻R3的另一端接负载300的检测端GPIO，第四电阻R4的一端接于第三电阻R3和负载300的检测端GPIO之间，第四电阻R4的另一端接地GND。更具体地，负载300采集第四电阻R4的电压，并依据第四电阻R4的电压进行自主断电操作以实现数据存储。第三电阻R3和第四电阻R4之间形成分压检测，负载300通过检测第四电阻R4的电压值而实现对供电模块200的掉电检测，当供电模块200的掉电时，第四电阻R4的电压值为零，此时负载300立即进行自主断电操作以完成数据存储而避免数据丢失，为数据的保护性存储提供及时判断。
请参阅图1所示，本实施例的BMS掉电延时系统1000还包括第二单向二极管D2、第一滤波电容C3和第二滤波电容C4。第二单向二极管D2正接于供电模块200的输出端+VOUT和负载300的供电端VCC之间，防止处于充电状态下的储能电容C1对负载300进行供电操作，进一步避免储能电容C1的电流流入供电模块200的输出端+VOUT而损坏供电模块200。供电模块200包括用于接外部电源的正极输入端VIN+和负极输入端VIN－，第一滤波电容C3接于供电模块200的正极输入端和负极输入端之间以进行输入滤波，有效过滤外部干扰。第二滤波电容C4的一端接负载300的供电端VCC，第二滤波电容C4的另一端接地GND，进一步过滤外部干扰对负载300的影响。
下面结合各个电子元件的具体型号和具体参数对本实施例的BMS掉电延时电路100的工作过程进行详细说明：
请参阅图1所示，本实施例的供电模块200的型号为B2405D－2WR2，外部电源为供电模块200的正极输入端VIN+和负极输入端VIN－分别提供12V+和12V－的外部电压，第一滤波电容C3的容量值为0.1UF，以对外部电源的输入进行过滤，避免外部干扰影响供电模块200的正常工作，供电模块200为负载300和其他负载电路供电，其供电端口的供电电压为5V。第一电阻R1的阻值为33Ω、储能电容C1的容量值为0.33F，第二电阻R1的阻值为10KΩ，延时电容C2的容量值为4.7UF，开关管Q1的型号为NVTR4502，第一单向二极管D1的型号为M7，第二单向二极管D2的型号为SS24。
第三电阻R3的阻值为200KΩ，第四电阻R4的阻值为100KΩ，第四电阻R4的电压值与供电检测单元50的总电压值比值为1：3，使得第四电阻R4能够为负载300的检测端GPIO提供更可靠的检测电压以判断供电模块200是否掉电，以使负载300能够在供电模块200掉电时及时作出响应以实施数据保护性存储。
供电模块200对负载300供电瞬间，供电模块200首先对延时电容C2和电阻R2组成的RC串联电路进行充电，延时电容C2两端的电压值以一定曲率的增大并为开关管Q1提供反向开启电压，随着RC串联电路充电时间的增加，开关管Q1的栅极和源极之间的压差逐渐增大而达到开关管Q1的反向开启电压。
由于开关管Q1的反向开启电压为-1V，所以当延时电容C2两端的电压值升高至4V，此时开关管Q1的栅极和源极之间的压差为4V－5V＝－1V而达到开关管Q1的反向开启电压条件，开关管Q1开始导通，供电端口10上的电流经过第一电阻R1而对储能电容C1进行充电。供电模块200对延时电容C2充电至一定程度后，延时电容C2会达到饱和，此时延时电容C2两端的电压值保持不变，选取延时电容C2充电达到预设电量至饱和状态时的电压均满足开关管Q1的反向开启电压的开启区间值，即可使得开关管Q1的栅极和源极之间的压差达到反向开启电压后会一直维持导通状态，使延时电容C2达到预设电量后储能电容C1恒接入供电端口10进行充电。
经实验测得，上述过程形成11ms的延时启动，延时电容C2充电至预设电量后对应开关管Q1的反向开启电压为-1V。当延时电容C2的电量达到预设电量后供电模块200才对储能电容C1充电，有效避免供电模块200对负载300供电瞬间即刻为储能电容C1充电，避免储能电容C1上电瞬间拉低负载端口20的电压，增加负载300供电的稳定性，有效提升整个BMS掉电延时系统1000的稳定性。由于储能电容C1的容量值为0.33F，储能电容C1能够作为供电模块200掉电后为负载300供电的临时电源，储能电容C1的充电常数τ等于第一电阻R1与储能电容C1的乘积，经计算得出储能电容C1的充电常数τ为10.89S。也就是说，当供电模块200对负载300供电超过10.89S后，储能电容C1能够充满电以随时在供电模块200掉电后为负载300供电。
上述供电模块200对负载300供电过程中，电流共同流经第三电阻R3和第四电阻R4而使第三电阻R3和第四电阻R4处于正常分压以生成反馈信号并发送至负载300，负载300依据该反馈信号判断供电模块200处于正常供电状态，无需进行数据保护性存储。
供电模块200对负载300掉电瞬间，储能电容C1的电能经过第一单向二极管D1向负载300及其他负载元件供电，设负载300和/或其他负载的最低工作电压为3V，总工作电流为200mV，此时储能电容C1可提供的电能E＝0.5*C1*(5V-3V)^2＝0.66J，储能电容C1能够提供的供电时间T＝E/P＝0.66J/(3V*200mA)＝1.1S。通过上述计算可知，当供电模块200掉电后，负载300还可持续工作1.1S，为负载300进行自主断电以及时保存重要参数数据提供时间。而负载300的一般数据存储周期在几十毫秒，所以储能电容C1提供的供电时间T完全可以供负载300进行自主断电以对数据进行及时存储。
上述储能电容C1对负载300供电过程中，电流没有流过供电检测单元40，第四电阻R4两端的电压为零，反馈信号中断，负载300及时进行自主断电操作以完成数据保护性存储，直至本实施例的BMS掉电延时电路100完全掉电。
值得注意的是，本实施例的各个电子元件的参数可以根据实际需要选定，不同电子元件的不同参数组合可以适应不同项目的掉电延时供电时间，在此不做赘述。另外，当负载300为BMS主控内的一个控制芯片，负载300控制整个BMS主控在供电模块200掉电后及时进行数据存储；负载300为一个与BMS主控通讯连接的独立芯片，此时负载300与BMS主控通讯连接，并在供电模块200掉电后提请BMS主控及时进行自主断电操作以完成数据存储。
结合图1所示，本实用新型的BMS掉电延时系统1000在对BMS提供掉电延时供电的同时，可在供电端口10对负载300供电瞬间，通过延时启动电路延时导通通储能电容C1的充电回路，使得储能电容C1在供电端口10对负载300供电一段时间后才接入供电端口10进行充电，避免供电端口10为负载300供电瞬间立即为储能电容C1充电，防止储能电容C1拉低负载端口20的电压而导致的负载300供电不稳定，有效提升稳定性。
以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种BMS掉电延时电路，其特征在于：包括供电端口、负载端口、延时启动电路、储能电容C1、第一电阻R1和第一单向二极管D1，所述延时启动电路包括延时电路和开关电路，所述开关电路、所述第一电阻R1串联后接于所述供电端口和所述储能电容C1的第一端之间，所述储能电容C1的第一端通过所述第一单向二极管D1接所述负载端口，所述储能电容C1的第二端接地，所述延时电路的输入端接所述供电端口，且其触发端接所述开关电路的控制端，并使供电端口上电瞬间所述延时电路延迟导通所述开关电路以使所述储能电容C1延时充电。
2.如权利要求1所述的BMS掉电延时电路，其特征在于：所述延时电路包括相互串联的延时电容C2和第二电阻R2，且所述延时电容C2的一端接所述供电端口，所述第二电阻R2的一端接地，所述触发端设于所述延时电容C2和所述第二电阻R2之间，所述开关电路为P型MOS管。
3.如权利要求1所述的BMS掉电延时电路，其特征在于：所述开关电路为开关管Q1。
4.如权利要求3所述的BMS掉电延时电路，其特征在于：所述开关管Q1的栅极接所述触发端，所述开关管Q1的源极接所述供电端口，所述开关管Q1的漏极接所述第一电阻R1。
5.如权利要求1所述的BMS掉电延时电路，其特征在于：还包括采集端口和供电检测单元，所述供电检测单元接所述供电端口以采集所述供电端口的供电电压并输送至所述采集端口。
6.如权利要求5所述的BMS掉电延时电路，其特征在于：所述供电检测单元包括第三电阻R3和第四电阻R4，所述第三电阻R3和第四电阻R4串接于所述供电端口和地之间，且所述第三电阻R3和第四电阻R4之间的节点接所述采集端口。
7.一种BMS掉电延时系统，其特征在于：包括供电模块、负载和BMS掉电延时电路，所述BMS掉电延时电路如权利要求1－6中任一项所述，所述供电模块的输出端接所述供电端口，所述负载的供电端接所述负载端口，所述供电模块通过所述供电端口和所述负载端口对所述负载供电。
8.如权利要求7所述的BMS掉电延时系统，其特征在于：还包括第二单向二极管D2，所述第二单向二极管D2正接于所述供电模块的输出端和所述负载的供电端之间。
9.如权利要求7所述的BMS掉电延时系统，其特征在于：还包括第一滤波电容C3，所述供电模块包括正极输入端和负极输入端，所述正极输入端和所述负极输入端用于接外部电源，所述第一滤波电容C3接于所述供电模块的正极输入端和负极输入端之间。
10.如权利要求7所述的BMS掉电延时系统，其特征在于：还包括第二滤波电容C4，所述第二滤波电容C4接于所述负载的供电端和地之间。
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