一种电池管理系统以及电池包的制作方法

[0001]
本发明涉及一种电池管理系统以及具有该电池管理系统的电池包。


背景技术：

[0002]
随着社会的进步，便携式电动工具在我们的生活中应用越来越广泛，作为其电力来源的电池技术也不断发展。从环境保护和重复性使用方面考虑，二次电池的需求量日益增长，而锂电池凭借其独特的优点，如能量密度高、使用寿命长、放电电压高和无记忆效应等，成为便携式电动工具的理想电池。为了满足便携式电动工具对电压和容量的需求，可以用锂电池组来供电。
[0003]
为了延长锂电池组的使用寿命，提高锂电池组使用的可靠性，需要利用电池管理系统(bms)对电池进行管理。所述电池管理系统通常使用模拟前端芯片(afe)对电池进行采样，以获取电池的输出电压、输出电流、工作温度等信息。当电芯串较多时，通常将多片模拟前端芯片级联，从而完成多串电芯的采样。所述模拟前端芯片上电是通过ts引脚硬件信号唤醒，其下电是控制单元(mcu)通过i2c芯片发送下电指令来完成的。当电池处于干扰严重的环境中时，高串模拟前端芯片可能会被异常唤醒，而此时控制单元处于不工作状态，从而使得该模拟前端芯片无法下电，进而使得高串电芯出现过放问题，甚至会使得整个电池包报废。
[0004]
鉴于上述问题，有必要提供一种新的电池管理系统，以解决上述问题。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于提供一种电池管理系统，该电池管理系统能够及时向被外部干扰信号唤醒的模拟前端芯片发送下电信号，从而使得被外部干扰信号唤醒的模拟前端芯片可以正常下电，避免因被外部干扰信号唤醒的模拟前端芯片无法下电而致使电芯出现过放问题。
[0006]
为实现上述目的，本发明提供了一种电池管理系统，包括：至少两个模拟前端芯片，所述模拟前端芯片用以采集电池的输出电压、输出电流或者工作温度；以及控制单元，所述控制单元控制所述模拟前端芯片上电、下电；当任意模拟前端芯片被外部干扰信号唤醒后，该模拟前端芯片直接或间接为所述控制单元供电以使得所述控制单元工作，此时所述控制单元发送下电信号给该模拟前端芯片，以使得该模拟前端芯片下电。
[0007]
作为本发明的进一步改进，所述至少两个模拟前端芯片包括一个初级模拟前端芯片以及至少一个高级模拟前端芯片；当所述高级模拟前端芯片被外部干扰信号唤醒后，所述高级模拟前端芯片直接或间接发送唤醒信号给所述初级模拟前端芯片以唤醒所述初级模拟前端芯片，然后所述初级模拟前端芯片为所述控制单元供电以使得所述控制单元工作；此时，所述控制单元发送下电信号给所述初级模拟前端芯片、高级模拟前端芯片，以使得所述初级模拟前端芯片、高级模拟前端芯片下电。
[0008]
作为本发明的进一步改进，所述控制单元具有通信引脚；所述模拟前端芯片具有
与所述通信引脚相连接的ts引脚；所述控制单元通过所述通信引脚发送唤醒信号给所述ts引脚，从而唤醒所述模拟前端芯片。
[0009]
作为本发明的进一步改进，所述电池管理系统包括耦合唤醒电路，所述模拟前端芯片具有3v3引脚以及ts引脚，所述控制单元具有vcc引脚；所述初级模拟前端芯片的3v3引脚连接至所述控制单元的vcc引脚，所述高级模拟前端芯片的3v3引脚通过所述耦合唤醒电路连接至所述初级模拟前端芯片的ts引脚。
[0010]
作为本发明的进一步改进，所述模拟前端芯片还包括gnd引脚，所述耦合唤醒电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容以及第二电容；所述第一电阻的两端分别连接至所述高级模拟前端芯片的3v3引脚、gnd引脚；所述第二电阻的两端分别连接至所述初级模拟前端芯片的ts引脚、gnd引脚；所述第一电容的两端分别连接至所述初级模拟前端芯片的ts引脚、高级模拟前端芯片的3v3引脚；所述第二电容的两端分别连接至所述初级模拟前端芯片的gnd引脚、高级模拟前端芯片的gnd引脚。
[0011]
作为本发明的进一步改进，所述电池管理系统还包括为所述控制单元供电的ldo芯片；当任意模拟前端芯片被外部干扰信号唤醒后，该模拟前端芯片发送唤醒信号给所述ldo芯片，以使得所述ldo芯片为所述控制单元供电，从而使得所述控制单元工作；此时，所述控制单元发送下电信号给该模拟前端芯片，以使得该模拟前端芯片下电。
[0012]
作为本发明的进一步改进，所述控制单元具有通信引脚、en引脚，所述ldo芯片具有en引脚；所述通信引脚连接至所述ldo芯片的en引脚；所述控制单元的en引脚连接至所述模拟前端芯片的ts引脚。
[0013]
作为本发明的进一步改进，所述模拟前端芯片的3v3引脚通过耦合唤醒电路连接至所述ldo芯片的en引脚。
[0014]
作为本发明的进一步改进，所述耦合唤醒电路包括第三电阻、第四电阻、第三电容以及第四电容；所述第三电阻的两端分别连接至一个模拟前端芯片的3v3引脚、gnd引脚；所述第四电阻的两端分别连接至所述ldo芯片的en引脚、另一个模拟前端芯片的gnd引脚；所述第三电容的一端连接至所述第三电阻靠近3v3引脚的一端，另一端连接至所述ldo的en引脚；所述第四电容的一端连接至所述第三电阻靠近gnd引脚的一端，另一端连接至所述ldo的gnd引脚；其余模拟前端芯片的3v3引脚连接至所述ldo芯片的en引脚。
[0015]
作为本发明的进一步改进，其余模拟前端芯片的3v3引脚与所述ldo芯片的en引脚之间还设置有二极管，以使得电流只能流入ldo芯片的en引脚。
[0016]
作为本发明的进一步改进，当所述控制单元发送下电信号前，所述控制单元检测是否具有外设与电池连接；若没有，则所述控制单元发送下电信号给所述模拟前端芯片，以使得所述模拟前端芯片下电。
[0017]
作为本发明的进一步改进，若没有外设与电池连接，则所述控制单元等待一预设时间后，再发送下电信号给所述模拟前端芯片。
[0018]
本发明还揭示了一种电池包，包括若干电池以及前述电池管理系统。
[0019]
本发明的有益效果是：本发明电池管理系统能够及时向被外部干扰信号唤醒的模拟前端芯片发送下电信号，从而使得被外部干扰信号唤醒的模拟前端芯片可以正常下电，避免因被外部干扰信号唤醒的模拟前端芯片无法下电而致使电芯出现过放问题。
附图说明
[0020]
图1是本发明第一实施例的电池管理系统模块示意图。
[0021]
图2是第一实施例的耦合唤醒电路的结构示意图。
[0022]
图3是本发明第二实施例的电池管理系统模块示意图。
[0023]
图4是本发明第三实施例的电池管理系统的模块示意图。
[0024]
图5是第三实施例的耦合唤醒电路的结构示意图。
[0025]
图6是本发明第四实施例的电池管理系统的模块示意图。
具体实施方式
[0026]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
[0027]
本发明揭示了一种电池管理系统，包括至少两个模拟前端芯片(afe)以及控制单元。所述模拟前端芯片用以采集电池的输出电压、输出电流或者工作温度。所述电池可以是单个电芯，也可以是由多个电芯串联或并联形成的电芯串。所述控制单元用以控制所述模拟前端芯片上电、下电。当任意一个所述模拟前端芯片被外部干扰信号唤醒后，该模拟前端芯片直接或间接为所述控制单元供电以使得所述控制单元工作。此时，所述控制单元检测是否具有外设与电池连接。若没有，则所述控制单元发送下电信号给所述模拟前端芯片，以使得所述模拟前端芯片下电，从而避免被外部干扰信号唤醒的模拟前端芯片因无法下电而致使电池出现过放的问题。优选地，若没有外设与电池连接，则所述控制单元等待一预设时间后，再发送下电信号给所述模拟前端芯片。下面结合具体实施例进行详细阐述。
[0028]
请参阅图1以及图2所示，本发明揭示了一种电池管理系统100，用以监控电池70的输出电压、输出电流或者工作温度。所述电池70包括第一电池71以及第二电池72。所述电池管理系统100包括模拟前端芯片110、用以唤醒所述模拟前端芯片110的唤醒电路120、控制单元130、i2c单元140、耦合唤醒电路150以及输出组件160。请参阅图1所示，所述模拟前端芯片110用以检测所述电池70的输出电压、输出电流或者工作温度。每一模拟前端芯片110都包括ts引脚、sda引脚、scl引脚以及3v3引脚。所述模拟前端芯片110包括一个初级模拟前端芯片111以及至少一个高级模拟前端芯片112。所述初级模拟前端芯片111用以检测所述第一电池71，所述高级模拟前端芯片112用以检测所述第二电池72。在本实施例中，所述高级模拟前端芯片112的数量为1个，但是在其它实施例中，所述高级模拟前端芯片112的数量可以依据所述电池70的数量而设。所述唤醒电路120包括与所述初级模拟前端芯片111相配合的初级唤醒电路121以及与所述高级模拟前端芯片112相配合的高级唤醒电路122。所述初级唤醒电路121、高级唤醒电路122都具有信号输出引脚、en引脚。所述初级唤醒电路121的信号输出引脚连接至所述初级模拟前端芯片111的ts引脚，其en引脚通过所述耦合唤醒电路150连接至所述高级模拟前端芯片112的3v3引脚。所述高级唤醒电路122的信号输出引脚连接至所述高级模拟前端芯片112的ts引脚，其en引脚连接至所述初级唤醒电路121的en引脚。在本实施例中，所述控制单元130是微控制单元(mcu)。所述微控制单元130与所述初级模拟前端芯片111的sda引脚、scl引脚连接，以便与所述初级模拟前端芯片111进行通信。所述微控制单元130还通过所述i2c单元140连接至所述高级模拟前端芯片112的sda引脚、scl引脚，以便与所述高级模拟前端芯片112进行通信。所述初级模拟前端芯片111的3v3引
脚连接至所述微控制单元130的vcc引脚，以为所述微控制单元130供电。所述耦合唤醒电路150的一端连接至所述初级唤醒电路121的en引脚，另一端连接至所述高级模拟前端芯片112的3v3引脚。请参阅图2所示，所述耦合唤醒电路150包括第一电阻151、第二电阻152、第一电容153以及第二电容154。所述第一电阻151的两端分别连接至所述高级模拟前端芯片112的3v3引脚、gnd引脚，所述第二电阻152的两端分别连接至所述初级模拟前端芯片111的ts引脚、gnd引脚。在本实施例中，所述第二电阻152的一端连接至所述初级唤醒电路121的en引脚，从而通过所述初级唤醒电路121连接至所述初级模拟前端芯片111的ts引脚。所述第一电容153的两端分别连接至所述初级模拟前端芯片111的ts引脚、高级模拟前端芯片112的3v3引脚，所述第二电容154的两端分别连接至所述初级模拟前端芯片111的gnd引脚、高级模拟前端芯片112的gnd引脚。请参阅图1所示，所述输出组件160包括第一正极端子161、第一负极端子162、第二正极端子163、第二负极端子164以及通信端子165。所述第一正极端子161、第一负极端子162连接至所述第一电池71的两端，所述第二正极端子163、第二负极端子164连接至所述第二电池72的两端，从而便于所述第一电池71、第二电池72的电能通过所述第一正极端子161、第一负极端子162、第二正极端子163、第二负极端子164输出。所述通信端子165连接至所述微控制单元130的com通信引脚。优选地，所述初级唤醒电路121的en引脚通过第一二极管d1连接至key端，并通过第二二极管d2连接至所述微控制单元130的com通信引脚。如此设置，便于微控制单元130通过com通信引脚直接唤醒所述初级模拟前端芯片111、高级模拟前端芯片112，或者用户直接通过key唤醒所述初级模拟前端芯片111、高级模拟前端芯片112。
[0029]
请参阅图1所示，当所述微控制单元130不工作且所述初级模拟前端芯片111被外部干扰信号唤醒后，所述初级模拟前端芯片111的3v3引脚为所述微控制单元130供电，从而使得所述微控制单元130可以正常工作。此时，所述微控制单元130检测是否有外设连接至所述输入组件160。若没有，则所述微控制单元130发送下电信号给所述初级模拟前端芯片111，以使得所述初级模拟前端芯片111下电，然后所述微控制单元130断电。此种情况是初级模拟前端芯片111直接为所述微控制单元130供电。优选地，若没有外设连接至所述输入组件60，则所述微控制单元30等待一预设时间后，再发送下电信号给所述初级模拟前端芯片111。所述预设时间可以由用户依需而设。
[0030]
当所述微控制单元130不工作且所述高级模拟前端芯片112被外部干扰信号唤醒后，所述高级模拟前端芯片112的3v3引脚通过所述耦合唤醒电路150发送唤醒信号给所述初级模拟前端芯片111的ts引脚，从而唤醒所述初级模拟前端芯片111，此时所述初级模拟前端芯片111的3v3引脚为所述微控制单元130供电，从而使得所述微控制单元130正常工作。此时，所述微控制单元130检测是否有外设连接至所述输入组件160。若没有，则所述微控制单元130直接发送下电信号给所述初级模拟前端芯片111，并通过所述i2c单元140发送下电信号给所述高级模拟前端芯片112，然后所述微控制单元130断电。此种情况是所述高级模拟前端芯片112间接为所述微控制单元130供电。优选地，若没有外设连接至所述输入组件160，则所述微控制单元130等待一预设时间后，再发送下电信号给所述初级模拟前端芯片111、高级模拟前端芯片112。在本实施例中，所述高级模拟前端芯片112是直接发送唤醒信号给所述初级模拟前端芯片111。但是，在其它实施例中，所述高级模拟前端芯片112还可以间接发送唤醒信号给所述初级模拟前端芯片111。例如，所述高级模拟前端芯片112发
送唤醒信号给第三模拟前端芯片，然后再通过第三模拟前端芯片发送唤醒信号给所述初级模拟前端芯片111，从而实现间接唤醒所述初级模拟前端芯片111。
[0031]
在本实施例中，所述第一电池71的两端分别连接至所述第一正极端子161、第一负极端子162，所述第二电池72的两端分别连接至所述第二正极端子163、第二负极端子164，从而便于用户通过不同的对接端子组与所述输出组件160相配合，以使得所述电池70输出串联电压或者并联电压。但是，在其它实施例中，所述电池70也可以直接设置为输出串联电压。图3所示为第二实施例的电池管理系统200。所述电池管理系统200的结构与所述电池管理系统100的结构大致相同，其不同之处在于：第一电池71的正极直接连接至第二电池72的负极，从而使得电池70输出串联电压。
[0032]
相较于现有技术，本发明电池管理系统100能够及时向被外部干扰信号唤醒的模拟前端芯片110发送下电信号，从而使得被外部干扰信号唤醒的模拟前端芯片110可以正常下电，避免被外部干扰信号唤醒的模拟前端芯片110因无法下电而致使电芯出现过放问题。
[0033]
图4所示为本发明第三实施例的电池管理系统300。所述电池管理系统300包括模拟前端芯片310、用以唤醒所述模拟前端芯片310的唤醒电路320、控制单元330、i2c单元340、耦合唤醒电路350、为所述控制单元330供电的ldo芯片360以及输出组件370。请参阅图4所示，所述模拟前端芯片310用以检测所述电池70的输出电压、输出电流或者工作温度。每一模拟前端芯片310都包括ts引脚、sda引脚、scl引脚以及3v3引脚。所述模拟前端芯片310包括第一模拟前端芯片311以及第二模拟前端芯片312。所述第一模拟前端芯片311用以检测所述第一电池71，所述第二模拟前端芯片312用以检测所述第二电池72。在本实施例中，所述模拟前端芯片310的数量为2个，但是在其它实施例中，所述模拟前端芯片310的数量可以依据所述电池70的数量而设。所述唤醒电路320包括与所述第一模拟前端芯片311相配合的第一唤醒电路321以及与所述第二模拟前端芯片312相配合的第二唤醒电路322。所述第一唤醒电路321、第二唤醒电路322都具有信号输出引脚、en引脚。所述第一唤醒电路321的信号输出引脚连接至所述第一模拟前端芯片311的ts引脚，所述第二唤醒电路322的信号输出引脚连接至所述第二模拟前端芯片312的ts引脚。所述第一唤醒电路321、第二唤醒电路322的en引脚共同连接至所述控制单元330的en引脚，以便所述控制单元330可以唤醒所述第一模拟前端芯片311、第二模拟前端芯片312。在本实施例中，所述控制单元330为微控制单元(mcu)。所述控制单元330与所述第一模拟前端芯片311的sda引脚、scl引脚连接，以便与所述第一模拟前端芯片311进行通信。所述控制单元330还通过所述i2c单元340与所述第二模拟前端芯片312的sda引脚、scl引脚连接，以与所述第二模拟前端芯片312进行通信。所述耦合唤醒电路350包括信号输入端以及信号输出端。所述第一模拟前端芯片311、第二模拟前端芯片312的3v3引脚连接至所述耦合唤醒电路350的信号输入端，所述耦合唤醒电路350的信号输出端连接至所述ldo芯片360。所述ldo芯片360用以为所述控制单元330供电。所述ldo芯片360包括bat引脚、en引脚以及3v3引脚。所述ldo芯片360的bat引脚连接至电源，en引脚连接至所述耦合唤醒电路350的信号输出端，3v3引脚连接至所述控制单元330的vcc引脚。所述输出组件370包括正极端子371、负极端子372以及通信端子373。所述正极端子371连接至所述第二电池72的正极，所述第二电池72的负极连接至所述第一电池71的正极，所述第一电池71的负极连接至所述负极端子372，所述通信端子373连接至所述控制单元330的com通信引脚。
[0034]
请参阅图5所示，所述耦合唤醒电路350包括第三电阻351、第四电阻352、第三电容353以及第四电容354。所述第三电阻351的两端分别连接至第二模拟前端芯片312的3v3引脚、gnd引脚；所述第四电阻352的一端连接至所述第一模拟前端芯片311的gnd引脚，另一端连接至所述ldo芯片360的en引脚。所述第三电容353的两端分别连接至所述第二模拟前端芯片312的3v3引脚、ldo芯片360的en引脚；所述第四电容354的两端分别连接至所述第一模拟前端芯片311的gnd引脚、第二模拟前端芯片312的gnd引脚。所述第一模拟前端芯片311的3v3引脚连接至所述ldo芯片360的en引脚。优选地，所述第一模拟前端芯片311通过第六二极管d6连接至所述ldo芯片360的en引脚，以使得电流只能流入所述ldo芯片360的en引脚。
[0035]
优选地，所述ldo芯片的en引脚通过第四二极管d4连接至所述控制单元330的com通信引脚，以便于所述控制单元330唤醒所述ldo芯片360。所述ldo芯片360的en引脚还通过第五二极管d5连接至key，以便于用户通过key直接唤醒所述ldo芯片360。
[0036]
请参阅图4所示，当所述控制单元330不工作且所述模拟前端芯片310中的任意一个被外部干扰信号唤醒时，该模拟前端芯片310的3v3引脚发送信号给所述耦合唤醒电路350，从而唤醒所述ldo芯片360，此时所述ldo芯片360为所述控制单元330供电，使得所述控制单元330正常工作。然后，所述控制单元330检测是否具有外设与所述电池70连接。若没有，则所述控制单元330发送下电信号给所述模拟前端芯片310，以使得所述模拟前端芯片310下电。
[0037]
在本实施例中，所述第一电池71、第二电池72被直接设置为串联，从而只能输出串联电压。但是在其它实施例中，所述第一电池71、第二电池72也可以被设置为输出并联电压。图6所示为本发明第四实施例的电池管理系统400，其结构与所述电池管理系统300大致相同，不同之处在于所述第一电池71、第二电池72彼此独立。所述第一电池71通过第一端子461、第二端子462输出电力，所述第二电池72通过第三端子463、第四端子464输出电力。如此设置，可以便于用户通过不同的对接端子与所述第一端子461、第二端子462、第三端子463、第四端子464相配合，以使得所述电池70输出串联电压或并联电压。
[0038]
本发明还揭示了一种电池包，包括电池70以及监控所述电池70的电池管理系统100/200/300/400。
[0039]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。