控制器的唤醒电路、电池管理系统以及电动车辆的制作方法

1.本实用新型属于电路结构技术领域，尤其涉及一种控制器的唤醒电路、包括所述唤醒电路的电池管理系统，以及包括所述电池管理系统的电动车辆。


背景技术：

2.作为电动车辆的核心部件之一，电池管理系统(battery management system，bms)通过监控动力电池的总电压以及电池单体的电压和温度，来保证动力电池的安全工作。大多数应用车型中，bms在整车下电(即没有连接外部电源)后会进入休眠状态。为了实现对动力电池的24小时监控，休眠状态下的bms需要每隔固定时间(比如1小时)自动唤醒，从而监控动力电池的总电压以及电池单体的电压和温度。如果监测到动力电池的总电压过低，则输出激活信号，以激活整车dc/dc模块给动力电池充电；如果监测到电池单体的电压和/或温度数据异常，则通过整车tbox将告警信息发送给用户，进行及时告警；如果没有监测到异常，则bms重新进入休眠状态。
3.现有技术中，主要通过实时闹钟(real time clock，rtc)芯片来定期唤醒bms系统的单片机，从而唤醒休眠状态下的bms。然而，rtc芯片一般都需要配备纽扣电池以在整车下电后由纽扣电池来提供电能，额外增设rtc芯片和纽扣电池，提高了整体成本，而且车规级别的纽扣电池在市面上并不容易购买，会给用户带来不便。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提供了一种控制器的唤醒电路、电池管理系统以及电动车辆，所述唤醒电路可用于唤醒所述电池管理系统的控制器，且所述唤醒电路的结构简单、成本低、易实施。
5.为了实现上述目的，第一方面，本实用新型提供一种控制器的唤醒电路，所述控制器设有中断引脚，所述中断引脚用于在接收到低电平信号后触发所述控制器产生中断响应以唤醒所述控制器，所述控制器由第一电压源供电，所述唤醒电路包括第二电压源、第一电阻以及与所述第一电阻并联构成放电回路的储能元件，所述放电回路连接在所述第二电压源和地之间，且所述放电回路还连接所述中断引脚；
6.其中，所述储能元件用于在所述控制器进入休眠状态前接收所述第二电压源提供的电压以进行充电，直至充满电为止；所述储能元件还用于在所述控制器进入休眠状态后通过所述第一电阻进行放电，直至所述储能元件放电至目标电压，使所述放电回路输出所述低电平信号至所述中断引脚，所述目标电压为所述中断引脚触发所述控制器产生中断响应时所需的低电平输入电压。
7.一实施例中，所述唤醒电路还包括连接于所述第二电压源和所述放电回路之间的限流元件。
8.一实施例中，所述限流元件为第二电阻，所述第二电阻的阻值远小于所述第一电阻的阻值。
9.一实施例中，所述储能元件包括电容和可充电电池中的至少一种。
10.一实施例中，所述唤醒电路还包括连接在所述放电回路和所述中断引脚之间的第三电阻。
11.一实施例中，所述第二电压源用于在所述控制器进入休眠状态前处于工作状态以给所述储能元件充满电，还用于在所述控制器进入休眠状态后处于停止状态以停止给所述储能元件充电。
12.一实施例中，所述第二电压源始终处于工作状态，所述唤醒电路还包括连接于所述限流元件和所述放电回路之间的开关，所述开关用于在所述控制器进入休眠状态前由所述控制器进行控制而闭合，以使所述储能元件接收所述第二电压源提供的电压至充满电，所述开关还用于在所述控制器进入休眠状态后由所述控制器进行控制而打开，以使所述储能元件停止接收所述第二电压源提供的电压。
13.一实施例中，所述唤醒电路还包括连接于所述开关和所述放电回路之间的二极管，所述二极管的正极连接所述开关，所述二极管的负极连接所述放电回路。
14.第二方面，本实用新型提供一种电池管理系统，包括控制器以及如上任一实施例所述的控制器的唤醒电路。
15.第三方面，本实用新型提供一种电动车辆，包括电池系统以及如上所述的电池管理系统，所述电池管理系统用于监控所述电池系统的状态。
16.与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：唤醒电路利用第一电阻和储能元件构成的放电回路的充放电特性，在控制器进入休眠状态前由第二电压源给储能元件充满电，然后在控制器进入休眠状态后由储能元件通过第一电阻进行放电，当储能元件放电至目标电压时即可输出低电平信号至控制器的中断引脚，以触发控制器产生中断响应而被唤醒，相比于现有的唤醒控制器的方式，通过所述唤醒电路唤醒控制器，不需要设置rtc芯片和纽扣电池，降低了成本，也不存在用户购买纽扣电池不方便的问题，而且该唤醒电路由电压源、电阻和储能元件等常用器件构成，结构简单，容易实施。
17.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述内容中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本实用新型其中一实施例提供的电池管理系统的局部电路结构示意图。
20.图2是本实用新型其中一实施例提供的电动车辆的结构框图。
21.主要附图标记说明：
22.1、电池管理系统；3、电池系统；5、通信装置；20、控制器；40、唤醒电路；100、电动车辆；r1、第一电阻；r2、第二电阻；r3、第三电阻；c、电容；d、二极管；v1、第一电压源；v2、第二电压源；s、开关。
具体实施方式
23.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或者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例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
24.请参阅图1，本实用新型提供一种电池管理系统1，包括控制器20以及连接于所述控制器20的唤醒电路40，所述唤醒电路40能够唤醒休眠状态下的所述控制器20，以使所述控制器20由休眠状态切换为正常工作状态。其中，所述控制器20不限于是单片机、dsp芯片及其外围电路等本领域常用控制器件，只要能够实现对动力电池包等电池系统的监控即可，对此不作限定。在本实用新型的实施例中，所述控制器20优选采用单片机。
25.具体地，所述控制器20连接第一电压源v1，所述第一电压源v1用于给休眠状态和正常工作状态下的所述控制器20供电。所述控制器20设有中断引脚(图中未标示)，所述中断引脚用于在接收到低电平信号后触发所述控制器20产生中断响应以唤醒所述控制器20，进而使所述控制器20由休眠状态切换为正常工作状态。其中，所述中断引脚可以是所述控制器20的具有中断功能的复用引脚，即，当所述控制器20处于正常工作状态时，所述复用引脚被设置为普通的io引脚，当所述控制器20处于休眠状态时，所述复用引脚则被设置为由低电平信号触发所述控制器20产生中断响应的中断引脚。所述中断引脚的具体工作原理与现有控制器的中断引脚的工作原理类似，对此不作赘述。
26.所述唤醒电路40包括第二电压源v2、第一电阻r1以及与所述第一电阻r1并联构成放电回路的储能元件，所述放电回路连接在所述第二电压源v2和地之间，且所述放电回路还连接所述控制器20的中断引脚。其中，所述第二电压源v2和前述第一电压源v1均可以是现有电池管理系统中的常用电压源，例如3.3v电压源、5v电压源、12v电压源、24v电压源等，对此不作限定；所述储能元件可以包括电容和可充电电池中的至少一种，对此也不作限定。具体地，在图1所示的实施例中，所述第一电压源v1为3.3v电压源，所述第二电压源v2为5v电压源，所述储能元件为受温度影响小的陶瓷贴片电容c。
27.需要说明的是，在本实用新型的实施例中，所述储能元件用于在所述控制器20进入休眠状态前接收所述第二电压源v2提供的电压以进行充电，直至充满电为止。优选地，如图1所示，在其中一实施例中，所述唤醒电路40还包括连接于所述第二电压源v2和所述放电回路之间的限流元件，所述第二电压源v2提供的电能流经所述限流元件进而给所述储能元件进行充电，所述限流元件能够起到限流作用，从而可以避免所述第二电压源v2给所述储能元件充电时的瞬间电流过大，有助于提高所述储能元件充电时的安全性。
28.其中，所述限流元件不限于是限流电阻、二极管等限流元件，对此不作限定。在图1所示的实施例中，所述限流元件为第二电阻r2，优选所述第二电阻r2的阻值远小于所述第一电阻r1的阻值，即所述第一电阻r1的阻值要比所述第二电阻r2的阻值高几个数量级。本实施例中，所述第二电阻r2采用小阻值的电阻，有利于所述第二电压源v2给所述储能元件快速充满电。示例性的，所述第一电阻r1的阻值可以是兆欧级别，所述第二电阻r2的阻值可以是几十到几百欧，所述第一电阻r1和所述第二电阻r2的具体阻值可以根据实际应用进行限定，在此不作赘述。
29.进一步地，所述储能元件还用于在所述控制器20进入休眠状态后通过所述第一电
阻r1进行放电，直至所述储能元件放电至目标电压，使所述放电回路输出低电平信号至所述中断引脚，如此，所述中断引脚接收到所述低电平信号后即可触发所述控制器20产生中断响应而被唤醒，所述控制器20由休眠状态切换为正常工作状态，实现所述电池管理系统1对电池系统的监控等功能。其中，所述目标电压为所述中断引脚触发所述控制器20产生中断响应时所需的低电平输入电压。
30.一般的，所述控制器20采用单片机时，所述储能元件(即电容c)放电至电压等于或者低于0.7v即被判断为低电平，所述中断引脚接收该低电平信号而唤醒休眠状态下的所述控制器20，也即唤醒所述电池管理系统1。其中，充满电的所述储能元件通过所述第一电阻r1放电至所述目标电压的间隔时间即所述控制器20的休眠时长，本领域技术人员可以理解的是，所述控制器20的休眠时长与所述电容c的容量以及所述第一电阻r1的阻值呈正比，在本实用新型的实施例中，所述第一电阻r1采用阻值比所述第二电阻r2的阻值高几个数量级的大电阻，使得所述电容c能够通过大阻值的所述第一电阻r1缓慢放电，从而使所述控制器20具有足够的休眠时长。还可以理解的是，选用具有预设阻值的所述第一电阻r1以及具有预设容量的所述电容c，即可使得所述唤醒电路40在预设的间隔时间后唤醒休眠状态下的所述控制器20，换言之，通过设定所述放电回路中的所述第一电阻r1和所述储能元件的参数，即可使得所述唤醒电路40唤醒具有预设休眠时长的所述控制器20，满足不同的所述控制器20对不同休眠时长的需求，提高了所述唤醒电路40的适用性。
31.综上所述，本实用新型提供的所述电池管理系统1中，所述唤醒电路40利用所述第一电阻r1和所述储能元件构成的所述放电回路的充放电特性，在所述控制器20进入休眠状态前由所述第二电压源v2给所述储能元件充满电，然后在所述控制器20进入休眠状态后由所述储能元件通过所述第一电阻r1进行放电，当所述储能元件放电至所述目标电压时即可输出低电平信号至所述控制器20的中断引脚，以触发所述控制器20产生中断响应而被唤醒。相比于现有的唤醒控制器的方式，通过所述唤醒电路40唤醒所述控制器20，不需要设置rtc芯片和纽扣电池，降低了成本，也不存在用户购买纽扣电池不方便的问题，并且所述唤醒电路40由电压源、电阻和储能元件等常用器件构成，结构简单，容易实施。再者，通过合理设定所述第一电阻r1和所述储能元件的参数，可以使得所述唤醒电路40用于唤醒具有不同休眠时长需求的不同所述控制器20，提高了所述唤醒电路40的适用性。
32.进一步地，请再次参阅图1，在本实用新型的其中一实施例中，所述唤醒电路40还包括第三电阻r3，所述第三电阻r3的第一端连接所述中断引脚，所述第三电阻r3的第二端连接所述放电回路。其中，可选地，所述第三电阻r3的第二端可以连接所述第一电阻r1的第一端(即连接所述第二电阻r2的一端)，也可以连接所述第一电阻r1的第二端(即连接地的一端)。在图1所示的实施例中，所述第三电阻r3的第二端连接所述第一电阻r1的第一端。通过在所述放电回路与所述中断引脚之间设置所述第三电阻r3，可以用于采集所述放电回路输出的电信号的电压和/或电流，并反馈给所述控制器20进行分析。
33.如前所述，所述储能元件用于在所述控制器20进入休眠状态前接收所述第二电压源v2提供的电压以进行充电。可选地，在一种可能的实施方式中，所述第二电压源v2可以用于在所述控制器20进入休眠状态前处于工作状态以给所述储能元件充满电，还用于在所述控制器20进入休眠状态后处于停止状态以停止给所述储能元件充电，即所述第二电压源v2可以阶段性工作，从而实现所述第二电压源v2只在所述控制器20进入休眠状态前给所述储
能元件充电。在另一种可能的实施方式中，所述第二电压源v2可以始终处于工作状态，所述唤醒电路40还包括连接于所述限流元件和所述第一电阻r1之间的开关s(见图1)，所述开关s用于在所述控制器20进入休眠状态前由所述控制器20进行控制而闭合，以使所述储能元件接收所述第二电压源v2提供的电压至充满电，所述开关s还用于在所述控制器20进入休眠状态后由所述控制器20进行控制而打开，以使所述储能元件停止接收所述第二电压源v2提供的电压，即通过控制所述开关s的开闭同样可以实现始终工作的所述第二电压源v2只在所述控制器20进入休眠状态前给所述储能元件充电，如此，在所述控制器20被唤醒后所述第二电压源v2不给所述储能元件充电，从而不会妨碍所述储能元件放电至所述目标电压，实现所述唤醒电路40输出所述低电平信号以唤醒所述控制器20。
34.进一步地，如图1所示，在本实用新型的其中一实施例中，所述唤醒电路40设有前述开关s时，所述唤醒电路40还包括连接于所述开关s和所述放电回路之间的二极管d，所述二极管d的正极连接所述开关s、负极连接所述放电回路(具体为连接所述第一电阻r1的第一端)。根据二极管的单向导电性，所述二极管d可以起到防止所述储能元件向所述第二电压源v2反向充电，当然所述二极管d也可以起到所述第二电压源v2给所述储能元件充电时的限流作用。
35.下面将结合图1，对本实用新型其中一实施例提供的所述唤醒电路40的工作过程进行说明。
36.第一步，在所述控制器20进行休眠前，控制所述开关s闭合，所述第二电压源v2经过所述第二电阻r2和防反二极管d后给所述电容c进行充电，由于所述第一电阻r1的阻值远大于所述第二电阻r2的阻值，充电时所述第一电阻r1的漏电可以忽略不计，因此所述电容c会在很短的时间内就充电到接近所述第二电压源v2的电压。在充电的过程中，施加在所述电容c两端的电压u满足关系式：u＝(v1*r1)/(r1 r2)，所述电容c的电压ut与充电时间t之间满足关系式：ut＝u*[1-e(-t/(c*r2))]，其中，e为时间常数，可见当充电时间t≥v1*r2*c时，所述电容c的电压ut等于施加在所述电容c两端的电压u，此时所述电容c充电完成。不难理解的是，由于所述第一电阻r1远大于所述第二电阻r2，因此所述电容c充满电时的电压ut接近等于所述第二电压源v2的电压。
[0037]
第二步，在所述电容c充满电之后，将所述控制器20的中断引脚设置为低电平输入中断引脚，所述控制器20控制所述开关s打开，使得所述第二电压源v2停止给所述电容c充电，所述控制器20进入休眠状态，所述电容c开始通过所述第一电阻r1进行放电。
[0038]
第三步，随着所述电容c的缓慢放电，所述电容c上的电压慢慢降低并且在一定时间的延时后下降到目标电压(即所述中断引脚触发所述控制器20产生中断响应时所需的低电平输入电压)，此时所述中断引脚接收所述放电回路输出的低电平信号而唤醒休眠状态下的所述控制器20。
[0039]
本领域技术人员悉知的是，根据电容的放电特性，所述电容c放电至任意时刻t时，所述电容c的实时电压vt＝e*e[t/(r1*c)]，e为所述电容c充满电时的电压。根据前述公式可知，当所述电容c的放电时间t在4到5倍的(r1*c)时，所述电容c的实时电压vt可达到所述控制器20的中断引脚的低电平输入电压。通过合理设定所述第一电阻r1的阻值和所述电容c的容量c，即可在预定的放电时间使得所述电容c的实时电压vt达到前述目标电压，示例性的，所述电容c充满电时的电压为5v、所述第一电阻r1的阻值为1兆欧、所述电容c的容量c为
0.25μf时，所述电容c可在放电1小时后放电至所述目标电压0.7v(即单片机的中断引脚被触发时所需的低电平输入电压)，放电时间1小时也即所述控制器20的休眠时长。当然，所述第一电阻r1和所述电容c的参数也可以适应性设定为其他数值，以使所述电容c在放电其他时间后达到所述目标电压，进而使得所述唤醒电路40唤醒具有预设休眠时长的所述控制器20，满足不同的所述控制器20对不同休眠时长的需求。
[0040]
综上所述，本实用新型实施例提供的所述电池管理系统1中，通过所述唤醒电路40唤醒所述控制器20，所述唤醒电路40不需要设置rtc芯片和纽扣电池，降低了系统成本，也不存在用户购买纽扣电池不方便的问题，且所述唤醒电路40由电压源、限流元件、电阻和储能元件等常用器件构成，结构简单，容易实施。再者，通过合理设定所述第一电阻r1和所述储能元件的参数，可以使得所述唤醒电路40用于唤醒具有不同休眠时长需求的不同所述控制器20，提高了所述唤醒电路40的适用性。
[0041]
进一步地，请参阅图2，本实用新型的实施例还提供一种电动车辆100。如图2所示，所述电动车辆100至少包括电池系统3以及电池管理系统1，所述电池系统3用于给所述电动车辆100提供电能，所述电池管理系统1连接所述电池系统3以用于监控所述电池系统3的状态，保证所述电池系统3的安全工作。
[0042]
其中，所述电池管理系统1可以是上述任一实施例所述的电池管理系统1，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，对此不作赘述。
[0043]
优选地，如图2所示，在本实用新型的其中一实施例中，所述电动车辆100还包括连接所述电池管理系统1的通信装置5，所述通信装置5用于发送监控提醒信息。例如，在所述电池管理系统1监控到所述电池系统3的总电压异常、或者所述电池系统3中的电池单体的电压和/或温度异常时，可以通过所述通信装置5以3g、4g、5g等网络的方式向用户的移动终端发送告警信息，以提醒用户对所述电动车辆100的电池系统3进行检测和维护。所述通信装置5可以但不限于是所述电动车辆100的tbox设备，对此不作限定。
[0044]
可以理解的是，所述电动车辆100还包括驱动系统、充电系统等其他功能系统，所述电动车辆100可以是现有的任一中电动车辆，其具体结构组成不作赘述。
[0045]
在本实用新型的描述中，参考术语“实施例”、“具体实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。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例或示例。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例或示例中以合适的方式结合。
[0046]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。