CN219583994U - 电池管理单元和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池管理单元和车辆。电池管理单元包括原边输入模块、中间模块和副边输出模块，原边输入模块包括控制电路、输入电路和开关元件；中间模块包括变压器，输入电路连接变压器的第一输入端，开关元件连接变压器的第二输入端，控制电路在电池管理单元的数字输出信号作用下，控制开关元件；副边输出模块包括输出电路和电压转换电路，输出电路连接变压器的第一输出端和电压转换电路。电池管理单元内集成有为低压电池补电的直流转直流电路，使得电池管理单元可以在高压继电器断开后具有灵活供电控制能力以实现对低压电池补电的灵活控制，增强了低压电池的供电能力以及供电安全能力并很好的达到安全供电的要求。

Description

电池管理单元和车辆

技术领域

本申请涉及电池管理电路技术领域，特别涉及一种电池管理单元和车辆。

背景技术

相关技术中，电动汽车的12V电路系统中包括的电池管理系统(BatteryManagement System，BMS)一般的供电是来源于高压直流转直流(DC/DC)的电压转换电路输出供电。电池组的主继电器断开之后电压转换电路对12V电池的输入就会被动切掉供电，从而整车在处于下电状态下的暗电流要由12V电池去供电，长时间的暗电流的消耗将会使得12V电池出现亏电的状态。

实用新型内容

本申请实施方式提供了一种电池管理单元和车辆。

本申请实施方式提供的电池管理单元包括原边输入模块、中间模块和副边输出模块，所述原边输入模块包括控制电路、输入电路和开关元件；所述中间模块包括变压器，所述输入电路连接所述变压器的第一输入端，所述开关元件连接所述变压器的第二输入端，所述控制电路在所述电池管理单元的数字输出信号作用下，控制所述开关元件；所述副边输出模块包括输出电路和电压转换电路，所述输出电路连接所述变压器的第一输出端和所述电压转换电路。

本申请实施方式的电池管理单元内集成有为电池补电的电压转换电路，由控制电路根据电池管理单元的数字输出信号进行补电控制，使得电池管理单元可以在高压继电器断开后具有灵活供电控制能力以实现对低压电池补电的灵活控制。同时可以有效根据低压电池状态情况进行有效充电电流控制设置，并增强了低压电池的供电能力以及供电安全能力并很好的达到安全供电的要求。

在某些实施方式中，所述原边输入模块包括控制子电路和保持电路，所述控制子电路连接所述控制电路和所述保持电路，所述保持电路连接所述控制电路的使能信号端和所述电池管理单元的数字输出信号端。

在某些实施方式中，所述输入电路包括输入保护子电路、电磁兼容子电路、辅助供电子电路和尖峰吸收子电路，所述输入保护子电路连接电源，所述电磁兼容子电路连接所述输入保护子电路和所述变压器的第一输入端，所述辅助供电子电路连接所述变压器的第一输入端，所述尖峰吸收子电路连接所述开关元件和所述变压器的第一输入端。

在某些实施方式中，所述副边输出模块包括电压环路电路，所述中间模块包括第一隔离器件，所述电压环路电路连接所述输出电路和所述第一隔离器件，所述第一隔离器件连接所述控制电路。

在某些实施方式中，所述副边输出模块包括电流采样电路、电压分压电路和比较电路，所述中间模块包括第二隔离器件，所述电流采样电路连接所述变压器的第二输出端和所述比较电路，所述电压分压电路连接所述输出电路和所述比较电路，所述第二隔离器件连接所述比较电路和所述控制电路的使能信号端。

在某些实施方式中，所述中间模块包括第三隔离器件，所述原边输入模块包括数模转换电路，所述第三隔离器件连接所述电池管理单元的串行外设接口信号端和所述数模转换电路，所述数模转换电路连接所述控制电路。

在某些实施方式中，所述副边输出模块包括稳压器，所述稳压器连接所述输出电路。

在某些实施方式中，所述副边输出模块包括电压分压电路和输出保护子电路，所述电压分压电路连接所述电压转换电路。

在某些实施方式中，所述输出电路包括整流子电路、共模滤波子电路和输出二极管，所述整流子电路连接所述变压器的第一输出端，所述共模滤波子电路连接所述整流子电路和所述输出二极管的第一极。

本申请实施方式公开的车辆包括上述任一实施方式所述的电池管理单元。

本申请实施方式的车辆中，电池管理单元内集成有为低压电池补电的电压转换电路，由控制电路根据电池管理单元的数字输出信号进行补电控制，使得电池管理单元可以在高压继电器断开后具有灵活供电控制能力以实现对低压电池补电的灵活控制。同时可以有效根据低压电池状态情况进行有效充电电流控制设置，并增强了低压电池的供电能力以及供电安全能力并很好的达到安全供电的要求。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施方式的车辆的整车配电管理系统示意图。

图2是本申请实施方式的电池管理单元的模块示意图。

图3是本申请实施方式的电池管理单元实现12V补电系统的控制框图。

图4是本申请实施方式的电池管理单元实现高压与12V之间的使能控制关系。

图5是本申请实施方式的电池管理单元的另一模块示意图。

附图标号说明：电池管理单元10，原边输入模块12，控制子电路121，控制电路122，保持电路123，输入电路124，输入保护子电路1242，电磁兼容子电路1244，辅助供电子电路1246，尖峰吸收子电路1248，数模转换电路125，开关元件126，中间模块14，变压器142，第一隔离器件144，第二隔离器件146，第三隔离器件148，副边输出模块16，电流采样电路161，输出电路162，整流子电路1622，共模滤波子电路1624，输出二极管16261626，电压分压电路163，电压转换电路164，比较电路165，电压环路电路166，保护子电路167，稳压器168。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的实施方式的限制。

在本申请的实施方式的描述中，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的实施方式的不同结构。为了简化本申请的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。本申请的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

电动汽车正常行驶过程中由高压直流转直流电路输出12V电压与12V低压电池双冗余供电方式给整车低压系统进行配电，但当整车停车状态下高压直流转直流电路就会停止工作，那么只有12V低压电池进行整车静态暗电流供电，然而12V低压电池长时间给整车供电必然会造成12V电池出现亏电情况。而且电动汽车的12V低压电池用电负载越来越多自动驾驶系统及显示大屏的应用，急剧增加12V低压电池的耗电要求，然而这样的推广应用势必减小12V低压电池的供电能力，这样就会出现12V低压电池的有效供电能力不足的情况，还有自动驾驶的供电要求功能安全达到ASILD要求，这样原有一路高压直流转直流电路很难达到供电ASILD的要求。

图1示出了本申请车辆的整车配电管理系统示意图，整车配电系统包括高压电池包、高压直流/直流转换器、整车低压控制系统、高压电池管理器、电池控制器和12V补电系统。高压电池包作为整车电源，为整车供电，车辆启动的情况下，高压电池包通过高压直流/直流转换器，在高压电池管理器和电池控制器的控制下，实现为车辆整车低压控制系统以及12V锂电系统供电。而在整车停车状态下高压直流/直流转换器就会停止工作，由12V锂电系统对整车静态进行暗电流供电，此时，可以在高压电池管理器和电池控制器的控制下利用高压电池包通过12V补电系统对12V锂电系统进行补电控制。其中，12V补电系统可以集成于电池管理单元。

具体的，本申请提供一种电池管理单元10(Battery management Unit，BMU)和车辆，通过内部高压电池包取电同时将12V补电系统对应的补电电压转换电路集成于电池管理单元10，既能给整车智能冗余配电控制器专门针对L3/L4自动驾驶需求的前域供电，又能给12V锂电系统很好的进行补电控制。从而在原有一路高压直流/直流转换器的情况下，再增加一路集成于电池管理单元10的补电电压转换电路实现安全供电，增强了12V锂电系统的供电能力以及供电安全能力，并很好的达到安全供电的要求。

请参阅图2，本申请实施方式的电池管理单元10包括原边输入模块12、中间模块14和副边输出模块16，原边输入模块12包括控制电路122、输入电路124和开关元件126；中间模块14包括变压器142，输入电路124连接变压器142的第一输入端，开关元件126连接变压器142的第二输入端，控制电路122在电池管理单元10的数字输出信号作用下，控制开关元件126；副边输出模块16包括输出电路162和电压转换电路164，输出电路162连接变压器142的第一输出端和电压转换电路164。

其中，原边输入模块12可以直接连接高压电池包的正极(pack+)与负极(pack-)，即原边输入模块12可以是电池管理单元10的高压侧电路。副边输出模块16将原边输出电路162的输出转换为低压电信号，副边输出模块16可以是电池管理单元10的低压侧电路。中间模块14可以实现电池管理单元10中高压侧电路和低压侧电路之间有效的安全隔离设计。高压侧电路中控制电路122的使能信号来自于电池管理单元10的数字输出信号端(DO)提供的数字输出信号，从而控制电路122可以在数字输出信号的使能作用下，控制开关元件126高频开与关配合变压器142进行能量存储与传输，在开关元件126打开的过程中将能量存储在变压器142中，在开关元件126关断过程中将能量传输至输出电路162和电压转换电路164以提供输出电压。

图3示出了电池管理单元10内集成的补电电压转换电路作为12V补电系统的控制框图。即高压电池包通过高压供电模块为高低压电源转换(即补电电压转换电路)供电，由电池管理单元通过逻辑门控制实现补电电压转换电路的12V输出控制，增强12V锂电系统的供电能力以及供电安全能力。图4示出了电池管理单元实现高压与12V之间的使能控制关系。首先，高压下电的情况下，补电直流/直流变换器(补电电压转换电路)使能，此时，高压电池包可以根据需要通过补电电压转换电路为12电池补电。在高压上电的情况下，根据12V电池的实际电压状态控制电池管理单元10的主控模块控制补电电压转换电路(补电DCDC芯片)使能信号。在高压上且电检测检测到12V电池电压正常范围的情况下，12V电池不需要补电，电池管理单元10的主控模块控制补电DCDC芯片关断。在高压上电且检测检测到12V电池电压低于正常范围的情况下，确定12V电池需要补电，电池管理单元10的主控模块控制补电DCDC芯片使能，从而补电电压转换电路电路输出12V电压对12V电池进行补电。

本申请实施方式的电池管理单元10内集成有为低压电池补电的电压转换电路164，由控制电路122根据电池管理单元10的数字输出信号进行补电控制，使得电池管理单元10可以在高压继电器断开后具有灵活供电控制能力以实现对低压电池补电的灵活控制。同时可以有效根据低压电池状态情况进行有效充电电流控制设置，并增强了低压电池的供电能力以及供电安全能力并很好的达到安全供电的要求。

需要说明的是，变压器142可以包括初级线圈和次级线圈，初级线圈分别连接变压器142的第一输入端和第二输入端，次级线圈分别连接变压器142的第一输出端和第二输出端。

在一些实施例中，高压电池包提供的是24V电压，输入电路124、变压器142和输出电路162传输24V电压至电压转换电路164，电压转换电路164可以是24V/12V直流转直流电路，从而输出12V电压。进一步地，电压转换电路164可以连接电池管理单元10的12V电压输出端，从而电池管理单元10可以通过内部电压转换电路164为12V低压电池进行供电。

在某些实施方式中，开关元件126包括MOS管。

具体的，MOS管是主功率器件，控制电路122通过输出引脚对MOS管进行PWM脉宽调制以驱动MOS管实现高频开与关，并能够通过调整驱动脉冲占空比大小来调节输出电流大小。

在某些实施方式中，原边输入模块12包括控制子电路121和保持电路123，控制子电路121连接控制电路122和保持电路123，保持电路123连接控制电路122的使能信号端和电池管理单元10的数字输出信号端。

如此，通过电池管理单元10的数字输出信号端在需要进行补电控制时传输数字输出信号对控制电路122进行使能控制，且控制子电路121作用于保持电路123进行触发有效输出，在电池管理单元10休眠前通过保持电路123进行记忆，从而保持先前的状态，达到灵活控制电压转换电路164的工作状态。

在一些实施例中，对控制电路122进行使能控制时，数字输出信号为低电平有效。

在某些实施方式中，输入电路124包括输入保护子电路1671242、电磁兼容子电路1244(EMC)、辅助供电子电路1246(Auxiliary，AUX)和尖峰吸收子电路1248(RCD)，输入保护子电路1671242连接电源，电磁兼容子电路1244连接输入保护子电路1671242和变压器142的第一输入端，辅助供电子电路1246连接变压器142的第一输入端，尖峰吸收子电路1248连接开关元件126和变压器142的第一输入端。

如此，输入保护子电路1671242可以直接连接高压电池包的正极，通过电磁兼容子电路1244进行电磁兼容滤波可以提高输入电路124的可靠性。高压侧辅助供电子电路1246可以由高压充电电阻、电容与稳压管进行有效供电，为变压器142提供稳压直流电。尖峰吸收子电路1248包括电阻、电容与二极管组成漏感尖峰的吸收电路，通过二极管钳位漏感尖峰，并将能量转移到吸收电容，最后电容吸收能量在放电电阻上面进行耗散，可以很好起到吸收过电压尖峰防止器件耐压失效。

在某些实施方式中，副边输出模块16包括电压环路电路166，中间模块14包括第一隔离器件144，电压环路电路166连接输出电路162和第一隔离器件144，第一隔离器件144连接控制电路122。

如此，电压环路电路166可以检测输出电路162的输出电压，将输出电压与参考电压进行比较并进行二阶零点与极点补偿调节输出至第一隔离器件144，调节第一隔离器件144电压大小COMP来实现控制电脑里调节MOS管的PWM脉冲调制信号的占空比大小，以控制充电电流的大小设置，提高电源电流输出的灵活性。

在一些例子中，第一隔离器件144可以是反馈QCPL光耦器件。电压环路电路166传输信号至反馈QCPL光耦器件的光耦原边，进而实现光耦副边集电极电压大小调节。

在某些实施方式中，副边输出模块16包括电流采样电路161、电压分压电路163和比较电路165，中间模块14包括第二隔离器件146，电流采样电路161连接变压器142的第二输出端和比较电路165，电压分压电路163连接输出电路162和比较电路165，第二隔离器件146连接比较电路165和控制电路122的使能信号端。

如此，通过电路电流采样电路161、电压分压电路163和比较电路165实现补电过程的过流与过压保护，在比较电路165接收到电流采样电路161采集的电流值大于电流阈值和/或电压分压电路163检测的电压值大于电压阈值的情况下，通过第二隔离器件146触发置位控制电路122的使能信号将控制电路122进行有效关断，让控制电路122停止补电工作，PWM脉冲调制信号停止输出、MOS管停止工作、变压器142停止工作、副边输出模块16电压下降并停止工作。

在某些实施方式中，中间模块14包括第三隔离器件148(Isolation)，原边输入模块12包括数模转换电路125(Digital to analog converter，DAC)，第三隔离器件148连接电池管理单元10的串行外设接口信号端(Serial Peripheral Interface，SPI)和数模转换电路125，数模转换电路125连接控制电路122。

如此，电池管理单元10还可以通过串行外设接口信号端发出串行外设接口信号，通过第三隔离器件148控制数模转换电路125输出控制模拟电压控制控制电路122的COMP脚数值起到电压反馈输入作用，使得控制电路122可以有效控制充电电流的大小设置，这样极大提高电源电流输出的灵活性以及故障状态下相应机制的有效性。其中，串行外设接口信号端包括Din与SCLK。

在一些实施例中，第三隔离器件可以是磁隔离器件。磁隔离器件可以实现较快的通信速率。

当然，在其他实施方式中，第一隔离器件144、第二隔离器件146和第三隔离器件148可以不限于采用上述讨论的隔离器件，而可以根据实际需要选择合适的隔离器件。

在某些实施方式中，副边输出模块16包括稳压器168，稳压器168连接输出电路162。

具体的，在一些实施例中，稳压器168可以是24V/7V低压差线性稳压器168(LowDropout Regulator，LDO)。

如此，稳压器168可以通过将输出电路162输出的24V电压经内部三极管线性降压电路降低到7V电压输出，从而为电池管理单元10中如比较电路165与电压环路电路166等其他电路提供稳压电源。

在某些实施方式中，输出电路162包括整流子电路1622、共模滤波子电路1624和输出二极管1626，整流子电路1622连接变压器142的第一输出端，共模滤波子电路1624连接整流子电路1622和输出二极管1626的第一极。

如此，通过电池管理单元10输出数字输出信号对控制电路122进行使能控制，当电池管理单元10正常工作时可以通过输出数字输出信号控制保持电路123触发器控制信号稳态进而使能控制电路122，以此让补电电压转换电路164进入启动工作状态；输入电路124传输高压电池包的24V电压，在MOS管开通过程将能量存储在变压器142中，在MOS管关断过程将能量传输至低压侧输出经过整流子电路1622整流、共模滤波子电路1624、输出二极管1626最终输出24V输出电压。

本申请的电池管理单元10还可以通过回采信号端口(AI)，在电池管理单元10正常上电工作过程进行监控。

请参阅图5，在某些实施方式中，副边输出模块16包括电压分压电路163和输出保护子电路167，电压分压电路163连接电压转换电路164。

如此，电池管理单元10可以通过电压分压电路163和输出保护子电路167提供另一实施方式的过压保护，即在电压分压电路163检测的电压值大于电压阈值的情况下，通过输出保护子电路167控制输出电路162的24V输出断开，不至于影响后级电路。

本申请实施方式公开的车辆包括上述任一实施方式的电池管理单元10。

本申请实施方式的车辆中，电池管理单元10内集成有为低压电池补电的电压转换电路164，由控制电路122根据电池管理单元10的数字输出信号进行补电控制，使得电池管理单元10可以在高压继电器断开后具有灵活供电控制能力以实现对低压电池补电的灵活控制。同时可以有效根据低压电池状态情况进行有效充电电流控制设置，并增强了低压电池的供电能力以及供电安全能力并很好的达到安全供电的要求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电池管理单元，其特征在于，包括：

原边输入模块，包括控制电路、输入电路和开关元件；

中间模块，包括变压器，所述输入电路连接所述变压器的第一输入端，所述开关元件连接所述变压器的第二输入端，所述控制电路在所述电池管理单元的数字输出信号作用下，控制所述开关元件；

副边输出模块，包括输出电路和电压转换电路，所述输出电路连接所述变压器的第一输出端和所述电压转换电路。

2.根据权利要求1所述的电池管理单元，其特征在于，所述原边输入模块包括控制子电路和保持电路，所述控制子电路连接所述控制电路和所述保持电路，所述保持电路连接所述控制电路的使能信号端和所述电池管理单元的数字输出信号端。

3.根据权利要求1所述的电池管理单元，其特征在于，所述输入电路包括输入保护子电路、电磁兼容子电路、辅助供电子电路和尖峰吸收子电路，所述输入保护子电路连接电源，所述电磁兼容子电路连接所述输入保护子电路和所述变压器的第一输入端，所述辅助供电子电路连接所述变压器的第一输入端，所述尖峰吸收子电路连接所述开关元件和所述变压器的第一输入端。

4.根据权利要求1所述的电池管理单元，其特征在于，所述副边输出模块包括电压环路电路，所述中间模块包括第一隔离器件，所述电压环路电路连接所述输出电路和所述第一隔离器件，所述第一隔离器件连接所述控制电路。

5.根据权利要求1所述的电池管理单元，其特征在于，所述副边输出模块包括电流采样电路、电压分压电路和比较电路，所述中间模块包括第二隔离器件，所述电流采样电路连接所述变压器的第二输出端和所述比较电路，所述电压分压电路连接所述输出电路和所述比较电路，所述第二隔离器件连接所述比较电路和所述控制电路的使能信号端。

6.根据权利要求1所述的电池管理单元，其特征在于，所述中间模块包括第三隔离器件，所述原边输入模块包括数模转换电路，所述第三隔离器件连接所述电池管理单元的串行外设接口信号端和所述数模转换电路，所述数模转换电路连接所述控制电路。

7.根据权利要求1所述的电池管理单元，其特征在于，所述副边输出模块包括稳压器，所述稳压器连接所述输出电路。

8.根据权利要求1所述的电池管理单元，其特征在于，所述副边输出模块包括电压分压电路和输出保护子电路，所述电压分压电路连接所述电压转换电路。

9.根据权利要求1所述的电池管理单元，其特征在于，所述输出电路包括整流子电路、共模滤波子电路和输出二极管，所述整流子电路连接所述变压器的第一输出端，所述共模滤波子电路连接所述整流子电路和所述输出二极管的第一极。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的电池管理单元。