本實(shí)用新型涉及電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種電池管理系統(tǒng)自動(dòng)休眠與喚醒的電路。

背景技術(shù)：

近年來，隨著國家節(jié)能減排政策的大力推行，電動(dòng)車已經(jīng)成為了日常生活中非常便捷的交通工具，大大節(jié)省了人們的出行時(shí)間。電池管理系統(tǒng)(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，BMS)作為電動(dòng)車技術(shù)研究當(dāng)中的一個(gè)重要組成部分，也是最關(guān)鍵的動(dòng)力部件，保證了單體電池和電池包的可靠運(yùn)行。

但由于電池本身的自放電和電池管理系統(tǒng)的工作能耗等原因，即使電動(dòng)車不在行車狀態(tài)，電池電量也一直在不斷地被消耗。如果不對(duì)其功耗加以控制，隨著電池電量的不斷下降，最后可能會(huì)導(dǎo)致電池過放、電池失衡等極端情況出現(xiàn)，并可能直接損壞電池，影響電池組的使用壽命。

分析電動(dòng)車的使用情況，其絕大多數(shù)時(shí)間都屬于靜置狀態(tài)，為了降低電池管理系統(tǒng)的工作能耗狀況，系統(tǒng)必須在空閑情況下進(jìn)入休眠模式。但是，系統(tǒng)如果一直不工作，也會(huì)因?yàn)殡姵氐淖苑烹姸鴮?dǎo)致前述問題的出現(xiàn)。這要求電池管理系統(tǒng)在空閑工況下的最佳工作方式為：首先檢測是否處于空閑狀態(tài)，是則進(jìn)入休眠狀態(tài)，在休眠狀態(tài)經(jīng)過一段時(shí)間后能自動(dòng)被喚醒，重新進(jìn)行工況的檢測，并不斷對(duì)上述過程進(jìn)行循環(huán)。

現(xiàn)有技術(shù)中，電池管理系統(tǒng)喚醒方式多半為人工喚醒或者是定時(shí)器喚醒，具體表現(xiàn)為：通信喚醒、看門狗計(jì)時(shí)喚醒等等。雖然這些方式在一定程度上降低了空閑工況的功耗，但人工喚醒并不能自動(dòng)對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行判斷，可能會(huì)在長時(shí)間靜置后導(dǎo)致電池自放電過放而損壞；看門狗計(jì)時(shí)喚醒的周期較短，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的反復(fù)喚醒而變相加大功耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種電池管理系統(tǒng)自動(dòng)休眠與喚醒的電路，通過采用超級(jí)電容儲(chǔ)能的方式來延遲喚醒系統(tǒng)，能夠大大延長延遲喚醒的時(shí)間，減少多次喚醒引起系統(tǒng)頻繁啟動(dòng)帶來的額外損耗。

本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種電池管理系統(tǒng)自動(dòng)休眠與喚醒的電路，包括BMS系統(tǒng)、電子開關(guān)、超級(jí)電容充電電路和自動(dòng)喚醒電路；BMS系統(tǒng)包括Pulse引腳和INT_active引腳；

電子開關(guān)的電源輸入與BMS系統(tǒng)的電源連接，電子開關(guān)的脈沖輸入與BMS系統(tǒng)的Pulse引腳相連，電子開關(guān)的電源輸出與超級(jí)電容充電電路相連；超級(jí)電容充電電路的輸出與自動(dòng)喚醒電路相連；自動(dòng)喚醒電路的輸出連接到BMS系統(tǒng)的INT_active引腳；

系統(tǒng)處于喚醒狀態(tài)時(shí)，所述電子開關(guān)接收到BMS系統(tǒng)的Pulse高電平信號(hào)后，給后級(jí)超級(jí)電容充電電路供電，超級(jí)電容充電，自動(dòng)喚醒電路輸出信號(hào)INT_active,電壓值接近超級(jí)電容電壓；反之,系統(tǒng)發(fā)出Pulse低電平信號(hào),超級(jí)電容充電電路停止為超級(jí)電容充電,系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)；自動(dòng)喚醒電路輸出信號(hào)INT_active初始為低電平,且電容不斷放電，自動(dòng)喚醒電路輸出信號(hào)INT_active逐漸升高，直到超過一定閾值,喚醒BMS系統(tǒng)。

優(yōu)選地，電子開關(guān)包括第一三極管、第四三極管和第三電阻、第六電阻，電子開關(guān)中PNP管第一三極管發(fā)射極與BMS系統(tǒng)的電源連接，第一三極管基極和發(fā)射極之間并接第三電阻，第一三極管集電極與超級(jí)電容充電電路的輸入端相連，基極與NPN管第四三極管的集電極相連，且第四三極管的基極通過第六電阻與BMS系統(tǒng)的Pulse引腳相連，第四三極管發(fā)射極與地相連。

優(yōu)選地，超級(jí)電容充電電路包括二極管和超級(jí)電容,二極管的輸入端與電子開關(guān)的輸出相連，二極管的輸出端與超級(jí)電容的正端相連，超級(jí)電容的負(fù)端與地相連。

進(jìn)一步的，所述的超級(jí)電容采用1F/5.5V的超級(jí)電容。

優(yōu)選地，自動(dòng)喚醒電路包括第三三極管、第二三極管、第五三極管和第七電阻、第一電阻、第八電阻、第四電阻；第三三極管選用PNP管，第三三極管基極通過第七電阻與地相連，并匯連到超級(jí)電容充電電路的輸入端，第三三極管發(fā)射極通過第四電阻與超級(jí)電容充電電路的輸出端相連，第三三極管集電極通過第八電阻接地并且與NPN管第五三極管的基極相連，第五三極管的集電極與PNP管第二三極管的基極相連，第二三極管的發(fā)射極通過第一電阻與超級(jí)電容充電電路的輸出端相連，第二三極管集電極與地相連，并且把第二三極管的基極信號(hào)輸出到BMS系統(tǒng)的INT_active引腳。

優(yōu)選的，所述電池管理系統(tǒng)自動(dòng)休眠與喚醒的電路還包括振動(dòng)檢測電路和/或點(diǎn)火信號(hào)電路，振動(dòng)檢測電路和/或點(diǎn)火信號(hào)電路并聯(lián)接入到超級(jí)電容充電電路的輸出端與自動(dòng)喚醒電路的輸出端之間；當(dāng)受到震動(dòng)時(shí)，振動(dòng)檢測電路導(dǎo)通，INT_active電壓上升，或者點(diǎn)火信號(hào)傳來時(shí)，點(diǎn)火信號(hào)電路導(dǎo)通，INT_active信號(hào)電壓上升，一旦INT_active信號(hào)電壓超過閾值就喚醒BMS系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述振動(dòng)檢測電路通過振動(dòng)開關(guān)和第二電阻串聯(lián)之后與超級(jí)電容充電電路的輸出端相連，并且下端與INT_active引腳相連。

進(jìn)一步的，所述點(diǎn)火信號(hào)電路通過點(diǎn)火開關(guān)和第五電阻串聯(lián)之后與超級(jí)電容充電電路的輸出端相連，并且下端與INT_active引腳相連。

優(yōu)選的，所述BMS系統(tǒng)還包括CAN總線信號(hào)接口。

優(yōu)選的，所述BMS系統(tǒng)還包括繼電器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)接口。

優(yōu)選的，電路中NPN管可以用Nmos管代替，PNP管可以用Pmos代替。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本實(shí)用新型通過采用超級(jí)電容儲(chǔ)能的方式來延遲喚醒系統(tǒng)，一方面大大加大了延遲喚醒的時(shí)間，避免多次喚醒引起的系統(tǒng)頻繁啟動(dòng)帶來的額外損耗，另一方面，超級(jí)電容充放電功率高，使用壽命長，儲(chǔ)能效率高，大大提高了電路的可實(shí)現(xiàn)性和穩(wěn)定性。

2、本實(shí)用新型通過振動(dòng)檢測電路、點(diǎn)火信號(hào)電路和電池管理系統(tǒng)CAN總線信號(hào)接口能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)喚醒、點(diǎn)火喚醒和通訊喚醒，提高了系統(tǒng)退出休眠模式回歸正常模式的可靠性，保證系統(tǒng)能夠可靠地在休眠和正常模式之間自由切換。

3、本實(shí)用新型通過電池管理系統(tǒng)繼電器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)接口能夠?qū)崿F(xiàn)故障應(yīng)對(duì)策略，在檢測到系統(tǒng)存在一下不可修復(fù)的故障時(shí)，通過Relay信號(hào)把系統(tǒng)的電源切斷，直接進(jìn)入斷電模式，避免系統(tǒng)損壞。

4、本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)通過簡單的電子元件組成控制電路，功耗低，結(jié)構(gòu)簡單，操作容易。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理圖；

圖2(a)、(b)是本實(shí)用新型實(shí)施例的輸出結(jié)構(gòu)等效圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的自動(dòng)休眠與喚醒的方法實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的時(shí)序邏輯圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種電池管理系統(tǒng)自動(dòng)休眠與喚醒的電路，包括電子開關(guān)1、超級(jí)電容充電電路2、自動(dòng)喚醒電路3和BMS系統(tǒng)6；

其中，電子開關(guān)1的電源輸入與BMS系統(tǒng)的5V電源連接，電源輸出與超級(jí)電容充電電路2相連，其脈沖輸入與BMS系統(tǒng)的Pulse引腳相連；

超級(jí)電容充電電路2的輸出與自動(dòng)喚醒電路3相連；自動(dòng)喚醒電路3連接到BMS系統(tǒng)6的INT_active引腳；

每個(gè)模塊中，又分別由電阻電容及三極管等簡單元件組成，實(shí)現(xiàn)方式簡單可靠。其所述NPN管和PNP管不局限于所用型號(hào)，也可以換成NMOS管和PMOS管等替代管。所用的5V電源是電池電壓經(jīng)過開關(guān)電源和線性穩(wěn)壓電源LDO轉(zhuǎn)化得到。

電子開關(guān)1中包括三極管Q1、Q4和電阻R3、R6，電子開關(guān)中Q1發(fā)射極與BMS系統(tǒng)的電源連接，PNP管Q1基極和發(fā)射極之間并接電阻R3，Q1集電極與超級(jí)電容充電電路的輸入端相連，基極與NPN管Q4的集電極相連，且Q4的基極通過電阻R6與BMS系統(tǒng)的Pulse引腳相連，Q4發(fā)射極與地相連。

超級(jí)電容充電電路2包含二極管D1和超級(jí)電容C1,D1的輸入端與電子開關(guān)的輸出相連，D1的輸出端與C1的正端相連，C1的負(fù)端與地相連；

所述的超級(jí)電容C1采用1F/5.5V的超級(jí)電容。

所述自動(dòng)喚醒電路3中包括三極管Q3、Q2、Q5和電阻R7、R1、R8；Q3選用PNP管，Q3基極通過R7與地相連，并匯連到超級(jí)電容充電電路的輸入端，Q3發(fā)射極通過R4與超級(jí)電容充電電路的輸出端相連，Q3集電極通過R8接地并且與NPN管Q5的基極相連，Q5的集電極與PNP管Q2的基極相連，Q2的發(fā)射極通過R1與超級(jí)電容充電電路的輸出端相連，Q2集電極與地相連，并且把Q2的基極信號(hào)輸出到BMS系統(tǒng)的INT_active引腳。

上述電池管理系統(tǒng)自動(dòng)休眠與喚醒的電路，采用的技術(shù)原理為：

所述電子開關(guān)1接收到Pulse高電平信號(hào)后，Q4與GND相連，Q1的發(fā)射結(jié)正偏，Q1導(dǎo)通給后級(jí)超級(jí)電容供電，當(dāng)Pulse低電平時(shí)，Q4集電極通過R3與VDD5相連，Q1發(fā)射極低于開啟電壓而截止，停止為超級(jí)電容充電。

所述超級(jí)電容充電電路2只有在電子開關(guān)(1)的Q1導(dǎo)通的時(shí)候充電，Q1截止時(shí)，D1反向截止，C1向后級(jí)放電提供電能和喚醒波形。

所述自動(dòng)喚醒電路3包含超級(jí)電容充電和放電兩個(gè)狀態(tài)；

所述的充電狀態(tài)的原理為：在Q1導(dǎo)通為超級(jí)電容充電時(shí)，Q3發(fā)射極電壓約為4.3V，基極約為5V(不考慮Q1的管壓降)，此時(shí)Q3的發(fā)射結(jié)反偏而截止，R4、R8不耗電，后級(jí)Q5因基極是低電平而發(fā)射結(jié)無法開啟而截止，R1不耗電，此時(shí)該模塊只有R7耗電，R7的阻值取200k，此時(shí)輸出信號(hào)INT_active約為超級(jí)電容電壓；

所述的供電狀態(tài)的原理為：在Q1截止時(shí)，D1反偏，Q3的基極通過R7接地，發(fā)射結(jié)正偏，Q3導(dǎo)通，R4、Q3和R8對(duì)超級(jí)電容電壓分壓，R8端電壓從約0.9V開始下降，Q5發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，其集電極電壓約等于GND，Q2的發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，此時(shí)輸出信號(hào)INT_active為Q5的集電極電壓，電平為低；電容不斷放電，Q5基極電壓逐漸下降，Q5逐漸由放大態(tài)到截止態(tài)，管壓降逐漸升壓，輸出信號(hào)INT_active逐漸升高，當(dāng)電壓升高超過BMS的高電平閾值2V時(shí)，為BMS提供高電平觸發(fā)信號(hào)，之后經(jīng)過BMS處理后決定是否再次提供Pulse信號(hào)導(dǎo)通Q1為后級(jí)通電。

上述實(shí)施例中，Q5和Q2利用NPN管和PNP管組成了等效于NPN的達(dá)林管，如圖2(a)、(b)所示，實(shí)現(xiàn)了小電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)達(dá)林管的目的，從而使得R4和R8的阻值可以大大增大，大大降低損耗。

實(shí)施例2

一種電池管理系統(tǒng)自動(dòng)休眠與喚醒的電路，包括電子開關(guān)1、超級(jí)電容充電電路2、自動(dòng)喚醒電路3、振動(dòng)檢測電路4、點(diǎn)火信號(hào)電路5和BMS系統(tǒng)6；

電子開關(guān)1、超級(jí)電容充電電路2、自動(dòng)喚醒電路3和BMS系統(tǒng)6的組成與連接關(guān)系參照實(shí)施例1；

自動(dòng)喚醒電路3、振動(dòng)檢測電路4、點(diǎn)火信號(hào)電路5的輸出匯連到BMS系統(tǒng)6的INT_active引腳；振動(dòng)檢測電路4通過振動(dòng)開關(guān)S1和R2串聯(lián)之后與超級(jí)電容C1的輸出相連，并且下端與INT_active引腳相連；點(diǎn)火信號(hào)電路5通過點(diǎn)火開關(guān)S2和R5串聯(lián)之后與超級(jí)電容C1的輸出相連，并且下端與INT_active引腳相連。

BMS系統(tǒng)6還包含CAN總線信號(hào)的輸入和繼電器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出。

BMS系統(tǒng)6輸入信號(hào)是喚醒信號(hào)INT_active和CAN總線信號(hào)，輸出信號(hào)是Pulse信號(hào)和Relay信號(hào)。

在供電過程中，當(dāng)系統(tǒng)接收到外部觸發(fā)信號(hào)時(shí)，也會(huì)喚醒BMS。本實(shí)施例為振動(dòng)檢測和點(diǎn)火信號(hào)，其他外部觸發(fā)信號(hào)的上升沿也一樣適用于本系統(tǒng)，靈活性較好。其原理如下：

如圖1的S1和R2所示，當(dāng)電動(dòng)車車身受到震動(dòng)時(shí)，車身系統(tǒng)上的震動(dòng)檢測開關(guān)會(huì)導(dǎo)通，直接給出高電平拉高Q5的集電極，此時(shí)Q2的發(fā)射結(jié)反偏而截止，因Q5處于微弱的放大狀態(tài)，導(dǎo)通電阻較大，管壓降較大，INT_active電壓上升。

同理，如圖1的S2和R5所示，當(dāng)電動(dòng)車點(diǎn)火信號(hào)傳來時(shí)，INT_active信號(hào)電壓上升。

所述振動(dòng)檢測電路4和點(diǎn)火信號(hào)電路5作為輔助的檢測電路，采用與自動(dòng)喚醒電路3匯線的方式來實(shí)現(xiàn)或門電路，只有其中一個(gè)高電平，就輸出喚醒信號(hào)。

當(dāng)INT_active的電壓從0開始上升，一旦超過閾值2V(所用MCU為F28M35，其閾值是2V)，就觸發(fā)BMS中斷喚醒BMS系統(tǒng)。

另外一種工況是，當(dāng)系統(tǒng)接收到CAN等通訊信號(hào)時(shí)，所用的MCU會(huì)自動(dòng)喚醒BMS，退出休眠狀態(tài)進(jìn)入正常工作模式。

通過本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)電池管理系統(tǒng)自動(dòng)休眠與喚醒的步驟為：

1)系統(tǒng)發(fā)出Pulse＝1信號(hào)，為超級(jí)電容供電,同時(shí)設(shè)置Delay＝0,BUSY＝1；

2)根據(jù)BMS內(nèi)部功能，判斷此時(shí)是否故障，若故障則保存此時(shí)BMS的工況并通過BMS的Relay信號(hào)把BMS系統(tǒng)的電源斷掉，進(jìn)入步驟7，整個(gè)系統(tǒng)徹底掉線，等待下次點(diǎn)火上電進(jìn)行系統(tǒng)提示，若無故障則進(jìn)入空閑工況判斷；

3)空閑工況判斷:根據(jù)BMS內(nèi)部功能，判斷此時(shí)是否為空閑狀態(tài)，判斷依據(jù)為采集到電流信號(hào)非零，電池荷電狀態(tài)變化超過閾值，BMS未完成均衡等，若其一成立則設(shè)置標(biāo)志位BUSY為1,否則為0；

4)若BUSY為0，則意味著系統(tǒng)進(jìn)入了空閑工況，啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器自動(dòng)進(jìn)入延時(shí)休眠模式，當(dāng)延時(shí)時(shí)間達(dá)到5分鐘時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為電動(dòng)車會(huì)長時(shí)間停留在空閑工況，則輸出Pulse低電平，停止為超級(jí)電容供電，并軟件設(shè)置指令讓系統(tǒng)進(jìn)入休眠模式；

5)判斷是否接收到喚醒信號(hào)INT_active的上升沿或者是否接收到CAN總線的通訊信號(hào)，若其一成立觸發(fā)中斷喚醒系統(tǒng)，并把標(biāo)志位BUSY置1；

6)重復(fù)步驟1到5；

7)BMS系統(tǒng)徹底斷電。

如圖4所示得到系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)序，系統(tǒng)先進(jìn)入充電狀態(tài)，在系統(tǒng)完成空閑工況判斷后失能Pulse信息進(jìn)入放電延時(shí)喚醒模式。

t0～t1：系統(tǒng)忙碌，對(duì)BMS中的電池進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)檢測，避免系統(tǒng)在長時(shí)間休眠模式下發(fā)生異常；

t1～t2：系統(tǒng)空閑，進(jìn)入延時(shí)5分鐘的確認(rèn)空閑工況的延時(shí)確認(rèn)環(huán)節(jié)；

t2：失能Pulse信號(hào)進(jìn)入自動(dòng)喚醒環(huán)節(jié)

t2～t3：如果t3環(huán)節(jié)有前述的外部觸發(fā)信號(hào)過來，系統(tǒng)被喚醒，重新回到t0時(shí)刻的狀態(tài)，波形復(fù)現(xiàn)；

t2～t3：如果沒有其他外部信號(hào)觸發(fā)喚醒，則得到超級(jí)電容電量下降觸發(fā)自動(dòng)喚醒環(huán)節(jié)，且超級(jí)電容充電時(shí)輸出信號(hào)為高，超級(jí)電容電壓高時(shí)輸出信號(hào)為低，之后輸出信號(hào)隨著超級(jí)電容的電壓降低而升高，最后觸發(fā)MCU的高電平閾值2V而觸發(fā)喚醒BMS；

t4：與t0時(shí)刻相同，波形復(fù)現(xiàn)。

其中t2到t4時(shí)間段內(nèi)的時(shí)間長度由超級(jí)電容和配置的電阻決定。

本實(shí)用新型使用的電阻除R6外，都是100k級(jí)別的，電流在10uA以內(nèi)，且由于D1的管壓降，超級(jí)電容的上限電壓4.3V，觸發(fā)高電平閾值時(shí)的電壓約為3V，又有超級(jí)電容容值為1F，則可以得到延時(shí)時(shí)間約為36個(gè)小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了間歇喚醒，且休眠時(shí)間電路耗電量低的功能，同時(shí)也避免了頻繁啟動(dòng)帶來的損耗。上述參數(shù)可根據(jù)實(shí)際進(jìn)行調(diào)整。本方案除了適用于電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)外還適合其他有相同待機(jī)需要的系統(tǒng)。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。