本申请公开了一种低压锂电池电路和低压锂电池的保护方法，包括：汇流排；电池管理系统，用于监测电路中的电气参数，并在所述电气参数超过对应的保护阈值范围时提供对应保护；锂电池模组与所述电池管理系统通过所述汇流排的第一端口和第三端口实现功率回路连接，所述锂电池模组用于为外部负载提供能量，并同时为所述电池管理系统供电；所述电池管理系统与电池系统正极通过所述汇流排的第二端口连接，所述电池管理系统与电池系统负极通过所述汇流排的第四端口连接，以对与电池系统正极和所述电池系统负极连接的外部负载供电。本申请能与整车建立双向通讯实现智能管理。
1.一种低压锂电池电路，其特征在于，包括：汇流排、电池信号连接单元、电池管理系统和锂电池模组；
所述电池信号连接单元分别与所述锂电池模组和所述电池管理系统连接；
所述锂电池模组与所述电池管理系统通过所述汇流排的第一端口和第三端口实现功率回路连接；
所述电池管理系统与电池系统正极通过所述汇流排的第二端口连接，所述电池管理系统与电池系统负极通过所述汇流排的第四端口连接，以对与所述电池系统正极和所述电池系统负极连接的外部负载供电；
所述锂电池模组，用于为外部负载提供能量，且同时为所述电池管理系统供电；
所述电池信号连接单元，用于将所述锂电池模组中采集的电气参数通过连接传输至所述电池管理系统；所述电气参数包括供电信号、电压信号和温度信号；
所述电池管理系统，用于监测电路中的电气参数，并在所述电气参数中的任意一项超过对应的保护阈值范围时执行对应的保护操作；
所述电池管理系统包括：公端采样连接器、采样模块、MCU模块、通讯模块；
所述公端采样连接器与所述锂电池模组中的母端采样连接器连接，用于接收供电信号、单体电压信号和电池温度信号；
所述采样模块，与所述公端采样连接器连接，用于接收所述供电信号、单体电压信号和所述电池温度信号，并采集电路中的总电压信号、电流采样信号、MOS温度信号，将所述供电信号、单体电压信号、总电压信号、电池温度信号、电流采样信号、MOS温度信号收集、滤波后传递至所述MCU模块；
所述MCU模块，与所述采样模块连接，用于在满足以下至少一种情况时生成故障告警信号：所述单体电压信号大于电压过压阈值、所述总电压信号大于电压过压阈值、所述供电信号大于电压过压阈值、所述供电信号小于电压欠压阈值、所述单体电压信号小于电压欠压阈值、所述总电压信号小于电压欠压阈值、所述电池温度信号大于电池过温阈值、所述MOS温度信号大于电池过温阈值、所述电流采样信号大于过流阈值；
所述通讯模块，通过通信总线分别与所述MCU模块和整车电子控制单元建立双向通信连接，用于发送所述故障告警信号至所述整车电子控制单元，以及接收所述整车电子控制单元发送的控制信号以使得所述MCU模块更新所述保护阈值；所述保护阈值包括过流阈值、电池过温阈值、电压过压阈值、电压欠压阈值；
所述电池管理系统还包括：短路保护模块和SBC电源模块；
所述SBC电源模块的唤醒IO端与所述采样模块的故障触发端连接，用于接收所述故障触发端发送的故障唤醒信号时，唤醒所述SBC电源模块；
所述SBC电源模块的唤醒IO端还与所述短路保护模块的信号锁存单元连接，用于接收所述信号锁存单元发送的锁存信号；
所述短路保护模块在所述电池管理系统休眠期间保持工作状态，所述短路保护模块发送所述锁存信号至所述唤醒IO端，用于在触发短路保护后锁存保护状态，并同时将所述SBC电源模块唤醒以进入工作状态。
2.根据权利要求1所述的低压锂电池电路，其特征在于，所述锂电池模组包括：n个单体锂电池电芯；所述n个单体锂电池电芯依次串联连接；
母端采样连接器，所述母端采样连接器包括一供电信号采集端、n个电压信号采集端和m个温度信号采集端；其中，n和m均为大于2的正整数；
所述供电信号采集端与所述n个单体锂电池电芯中末端单体锂电池电芯的正极极柱上的采样点连接，用于接收所述锂电池模组的供电信号；
所述电压信号采集端与所述若干个单体锂电池电芯中首端单体锂电池电芯的负极极柱上的采样点，以及多个中间单体锂电池电芯的任一极性极柱上的采样点一一对应连接，用于接收所连接首端单体锂电池电芯或中间单体锂电池电芯的单体电压信号；
所述温度信号采集端与所述温度采样电阻连接，用于接收所述温度采样电阻采集到的电池温度信号；
其中，所述中间单体锂电池电芯为所述n个单体锂电池电芯中位于所述末端单体锂电池电芯和首端单体锂电池电芯中间的任意一单体锂电池电芯。
3.根据权利要求2所述的低压锂电池电路，其特征在于，所述m个温度采样电阻包括：首端温度采样电阻，放置在所述首端单体锂电池电芯的负极极柱周围，用于采集所述首端单体锂电池电芯的电池温度信号；
多个中间温度采样电阻，放置在对应数量的多个所述中间单体锂电池电芯的负极极柱周围，用于采集多个所述中间单体锂电池电芯的电池温度信号；
末端温度采样电阻，放置在所述末端单体锂电池电芯的正极极柱周围，用于采集所述末端单体锂电池电芯的电池温度信号；
其中，所述中间温度采样电阻为所述m个温度采样电阻中位于所述末端温度采样电阻和所述首端温度采样电阻中间的任意一温度采样电阻。
4.根据权利要求1所述的低压锂电池电路，其特征在于，所述电池管理系统还包括：第一开关模组、第二开关模组；
在所述锂电池模组处于充电状态时，所述MCU模块在满足以下至少一种情况时确定出现充电过压情况并生成充电过压告警信号：所述单体电压信号大于电压过压阈值、所述总电压信号大于电压过压阈值；
根据所述充电过压告警信号控制所述第二开关模组闭合且所述第一开关模组断开，以断开并禁止主回路充电进入维持放电状态达到过充保护功能。
5.根据权利要求4所述的低压锂电池电路，其特征在于，所述电池管理系统还包括：第一驱动模块、第二驱动模块；
所述第二开关模组通过所述汇流排的第一端口与末端单体锂电池电芯的正极连接；
所述第一开关模组通过所述汇流排的第一端口与电池系统正极连接；
所述第一驱动模块与所述MCU模块的第一MOS组控制端连接，用于接收所述MCU模块生成的第一控制信号，并根据所述第一控制信号输出第一驱动信号；
所述第二驱动模块与所述MCU模块的第二MOS组控制端连接，用于接收所述MCU模块生成的第二控制信号，并根据所述第二控制信号输出第二驱动信号；
所述第一开关模组与所述第一驱动模块连接，用于根据所述第一驱动信号控制电路回路的充电状态；
所述第二开关模组与所述第二驱动模块连接，用于根据所述第二驱动信号控制电路回路的放电状态。
6.根据权利要求5所述的低压锂电池电路，其特征在于，所述第一开关模组包括若干个并联连接的初级N沟道MOS管，所述第二开关模组包括若干个并联连接的次级N沟道MOS管；
所述第一开关模组中若干个所述初级N沟道MOS管的漏极并联后与所述电池系统正极连接；
所述第一开关模组中若干个所述初级N沟道MOS管的源极并联后与所述第二开关模组中若干个并联连接的次级N沟道MOS管的源极连接；
所述第一开关模组中若干个所述初级N沟道MOS管的栅极并联后与所述第一驱动模块连接；
所述第二开关模组中若干个所述次级N沟道MOS管的漏极并联后通过所述汇流排的第二端口连接；
所述第二开关模组中若干个所述次级N沟道MOS管的源极并联后与所述第二开关模组中若干个并联连接的次级N沟道MOS管的源极连接；
所述第二开关模组中若干个所述次级N沟道MOS管的栅极并联后与所述第二驱动模块连接。
7.根据权利要求1所述的低压锂电池电路，其特征在于，所述电池管理系统还包括：第一驱动模块、第二驱动模块、第一开关模组、第二开关模组；所述第一开关模组包括串联连接的初级N沟道MOS管和次级N沟道MOS管，所述第二开关模组包括串联连接的初级N沟道MOS管和次级N沟道MOS管；
所述第一开关模组中的所述初级N沟道MOS管的漏极与所述第二开关模组中的初级N沟道MOS管的漏极连接；
所述第一开关模组中的所述初级N沟道MOS管的源极与所述第二开关模组中的初级N沟道MOS管的源极连接；
所述第一开关模组中的初级N沟道MOS管的栅极与所述第一开关模组中的次级N沟道MOS管的栅极连接后第二驱动模块连接；
所述第二开关模组中的初级N沟道MOS管的栅极与所述第二开关模组中的次级N沟道MOS管的栅极连接后与第一驱动模块连接。
8.根据权利要求6或7所述的低压锂电池电路，其特征在于：
所述第一驱动模块分别与所述MCU模块的第一MOS组控制端和所述短路保护模块的信号输出端连接，用于接收所述MCU模块生成的第一控制信号和所述短路保护模块输出的锁存信号，并根据所述第一控制信号和所述锁存信号输出第一驱动信号；
所述第二驱动模块分别与所述MCU模块的第二MOS组控制端和所述短路保护模块的信号输出端连接，用于接收所述MCU模块生成的第二控制信号和所述短路保护模块输出的锁存信号，并根据所述第二控制信号和所述锁存信号输出第二驱动信号。
9.根据权利要求8所述的低压锂电池电路，其特征在于，所述电池管理系统还包括：分流器和滤波器；所述短路保护模块包括运放单元、比较器单元、信号锁存单元；
所述分流器的IC‑脚通过所述汇流排的第三端口与首端单体锂电池电芯的负极连接，所述分流器的IC+脚通过汇流排的第四端口与电池系统负极连接；
所述滤波器的两端分别与所述分流器的IC‑脚和IC+脚连接，用于将电路中的两路电流差分信号进行滤波得到稳定的电流采样信号并传输至所述采样模块的电流采集端口以对所述电流采样信号和过流阈值进行大小比较判断是否过流；
所述运放单元的两个输入端分别所述分流器的IC‑脚和IC+脚连接，用于将所述两路电流差分信号进行放大；
所述比较器单元与所述运放单元的输出端连接，用于将两路电流差分信号进行比较输出比较结果；
所述信号锁存单元与所述比较器单元连接，用于根据所述比较结果输出锁存信号。
10.根据权利要求9所述的低压锂电池电路，其特征在于，所述电池管理系统还包括：SBC电源模块；
所述SBC电源模块的供电输入端分别接入公端采样连接器提供的信号和所述电池系统正极提供的总线信号；
所述SBC电源模块的第一供电端与所述MCU模块的供电端连接，用于向所述MCU模块提供第一工作电源；
所述SBC电源模块的第二供电端分别与所述第一驱动模块、第二驱动模块连接，用于向所述第一驱动模块、第二驱动模块提供第二工作电源。
11.根据权利要求6所述的低压锂电池电路，其特征在于，所述第一驱动模块包括第一或门、第一下拉开关、第一门极驱动器、第一电阻；所述第二驱动模块包括第二或门、第二下拉开关、第二门极驱动器、第二电阻；
所述第二或门的第一输入端口与所述MCU模块的第二MOS组控制端连接以接入所述第二控制信号，所述第二或门的第二输入端口与短路保护模块的输出端以接入锁存信号；
所述第二或门的输出端与所述第二下拉开关的第一端连接，所述第二下拉开关的第二端与所述第二电阻后接入第二工作电源，所述第二下拉开关的第三端接地；
所述第二门极驱动器的使能控制端与所述第二下拉开关的第二端与所述第二电阻之间的节点连接以接入第二使能信号，所述第二门极驱动器的供电端接入信号；
所述第二门极驱动器的第一控制端分别与所述第二开关模组中的各个次级N沟道MOS管的栅极连接；
所述第二门极驱动器的第二控制端分别与所述第二开关模组中的各个次级N沟道MOS管的源极连接；
所述第一或门的第一输入端口与所述MCU模块的第一MOS组控制端连接以接入所述第一控制信号，所述第一或门的第二输入端口与所述短路保护模块的输出端以接入锁存信号；
所述第一或门的输出端与所述第一下拉开关的第一端连接，所述第一下拉开关的第二端与所述第一电阻后接入第二工作电源，所述第一下拉开关的第三端接地；
所述第一门极驱动器的使能控制端与所述第一下拉开关的第二端和所述第一电阻之间的节点连接以接入第一使能信号，所述第一门极驱动器的供电端接入信号；
所述第一门极驱动器的第一控制端分别与所述第一开关模组中的各个初级N沟道MOS管的栅极连接；
所述第一门极驱动器的第二控制端分别与所述第一开关模组中的各个初级N沟道MOS管的源极连接。
12.根据权利要求7所述的低压锂电池电路，其特征在于，第一驱动模块包括第一或门、第一下拉开关、第一门极驱动器、第一电阻；第二驱动模块包括第二或门、第二下拉开关、第二门极驱动器、第二电阻；
所述第二或门的第一输入端口与所述MCU模块的第二MOS组控制端连接以接入第二控制信号，所述第二或门的第二输入端口与短路保护模块的输出端以接入锁存信号；
所述第二或门的输出端与所述第二下拉开关的第一端连接，所述第二下拉开关的第二端与所述第二电阻后接入第二工作电源，所述第二下拉开关的第三端接地；
所述第二门极驱动器的使能控制端与所述第二下拉开关的第二端与所述第二电阻之间的节点连接以接入第二使能信号，所述第二门极驱动器的供电端接入信号；
所述第二门极驱动器的第一控制端与所述第一开关模组中的所述初级N沟道MOS管和所述次级N沟道MOS管的共栅极连接；
所述第二门极驱动器的第二控制端与所述第一开关模组中的所述初级N沟道MOS管和所述次级N沟道MOS管的共源极连接；
所述第一或门的第一输入端口与所述MCU模块的第二MOS组控制端连接以接入所述第二控制信号，所述第一或门的第二输入端口与所述短路保护模块的输出端以接入锁存信号；
所述第一或门的输出端与所述第一下拉开关的第一端连接，所述第一下拉开关的第二端与所述第一电阻后接入第二工作电源，所述第一下拉开关的第三端接地；
所述第一门极驱动器的使能控制端与所述第一下拉开关的第二端和所述第一电阻之间的节点连接以接入第一使能信号，所述第一门极驱动器的供电端接入信号；
所述第一门极驱动器的第一控制端与所述第二开关模组中的所述初级N沟道MOS管和所述次级N沟道MOS管的共栅极连接；
所述第一门极驱动器的第二控制端与所述第二开关模组中的所述初级N沟道MOS管和所述次级N沟道MOS管的共源极连接。
13.一种低压锂电池的保护方法，其特征在于，应用于权利要求1‑12任一项所述的低压锂电池电路，包括步骤：锂电池模组采集所述锂电池模组中的电气参数，为外部负载提供能量且同时为所述电池管理系统供电；所述电气参数包括供电信号、电压信号和温度信号；
所述电池管理系统在所述电气参数中的任意一项超过对应的保护阈值范围时执行对应的保护操作。
14.根据权利要求13所述的低压锂电池的保护方法，其特征在于，所述电池管理系统包括：MCU模块和通讯模块，所述电池管理系统在所述电气参数中的任意一项超过对应的保护阈值范围时执行对应的保护操作包括步骤：MCU模块用于在满足以下至少一种情况时生成故障告警信号：
单体电压信号大于电压过压阈值、总电压信号大于电压过压阈值、所述单体电压信号小于电压欠压阈值、所述总电压信号小于电压欠压阈值、电池温度信号大于电池过温阈值、MOS温度信号大于电池过温阈值、电流采样信号大于过流阈值；
所述通讯模块，通过通信总线分别与所述MCU模块和电子控制单元建立双向通信连接，用于发送所述故障告警信号至整车电子控制单元，以及接收所述电子控制单元发送的控制信号以使得所述MCU模块更新所述保护阈值；所述保护阈值包括所述过流阈值、电池过温阈值、电压过压阈值、电压欠压阈值。
一种低压锂电池电路和低压锂电池的保护方法
技术领域
[0001] 本申请涉及锂离子电池系统应用领域，尤其涉及一种低压锂电池电路和低压锂电池的保护方法。
背景技术
[0002] 低压铅酸蓄电池在汽车行业的应用历史悠久，是汽车核心零部件之一，其广泛应用于传统燃油汽车（铅酸蓄电池一般乘用车为12V，商用车多为24V），为车辆启动、启停、低压电子部件ECU等供电提供能量来源。
[0003] 近年来，随着新能源浪潮的推进，汽车向电动化、智能化、轻量化方向发展，对原有的低压蓄电池提出了智能化、轻量化的要求。
[0004] 然而，铅酸蓄电池内部不含电池管理系统（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，缩写为BMS）故与整车无通讯，无法实现智能管理，经常出现欠压亏电导致整车无法点火的缺点。
发明内容
[0005] 本申请实施例的目的是提供一种低压锂电池电路和低压锂电池的保护方法，解决现有蓄电池与整车无通讯，无法实现智能管理，经常出现欠压亏电导致整车无法点火的缺点的技术问题。
[0006] 本申请实施例提供了一种低压锂电池电路，包括：汇流排、电池信号连接单元、电池管理系统和锂电池模组；
[0007] 所述电池信号连接单元分别与所述锂电池模组和所述电池管理系统连接；
[0008] 所述锂电池模组与所述电池管理系统通过所述汇流排的第一端口和第三端口实现功率回路连接；
[0009] 所述电池管理系统与电池系统正极通过所述汇流排的第二端口连接，所述电池管理系统与电池系统负极通过所述汇流排的第四端口连接，以对与所述电池系统正极和所述电池系统负极连接的外部负载供电；
[0010] 所述锂电池模组，用于为外部负载提供能量，且同时为所述电池管理系统供电；
[0011] 所述电池信号连接单元，用于将所述锂电池模组中采集的电气参数通过连接传输至所述电池管理系统；所述电气参数包括供电信号、电压信号和温度信号；
[0012] 所述电池管理系统，用于监测电路中的电气参数，并在所述电气参数中的任意一项超过对应的保护阈值范围时执行对应的保护操作。
[0013] 本申请实施例提供了一种低压锂电池电路和低压锂电池的保护方法，能实现对锂电池的电气状态监测，能与整车系统实现通讯交互，能控制主回路的通断，实现异常状态下的电池保护，满足不同应用场景下整车负载的用电供应需求。
附图说明
[0014] 图1为本申请实施例提供的低压锂电池电路的一种结构示意图；
[0015] 图2为本申请实施例提供的低压锂电池电路的另一种电路原理图；
[0016] 图3为本申请实施例提供的低压锂电池电路的另一种电路原理图。
具体实施方式
[0017] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0018] 应当理解的是，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。
[0019] 本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
[0020] 请参见图1，图1为本申请实施例提供的低压锂电池电路的一种结构示意图，该低压锂电池电路包括：汇流排、电池信号连接单元FPC、电池管理系统U1和锂电池模组M1；
[0021] 所述电池信号连接单元FPC分别与所述锂电池模组M1和所述电池管理系统U1连接；
[0022] 所述锂电池模组M1与所述电池管理系统通过所述汇流排的第一端口B1和第三端口B3实现功率回路连接；
[0023] 所述电池管理系统U1与电池系统正极PACK+通过所述汇流排的第二端口B2连接，所述电池管理系统与电池系统负极PACK‑通过所述汇流排的第四端口B4连接，以对与所述电池系统正极PACK+和所述电池系统负极PACK‑连接的外部负载供电；
[0024] 所述锂电池模组M1，用于为外部负载提供能量，且同时为所述电池管理系统U1供电；
[0025] 电池信号连接单元FPC，用于将所述锂电池模组M1中采集的电气参数通过连接传输至所述电池管理系统U1；所述电气参数包括供电信号Signal‑BAT+、电压信号和温度信号；
[0026] 所述电池管理系统U1，用于监测电路中的电气参数，并在所述电气参数中的任意一项超过对应的保护阈值范围时执行对应的保护操作。
[0027] 具体的，现有铅酸蓄电池缺点：1.无电池管理系统U1（即本发明的电池管理系统U1），无法与整车通讯，无法实现智能管理，经常出现欠压亏电导致整车无法点火；2.过充、过温、欠压无法实现保护，3.休眠后无法实现低功耗管理，无法监控电池状态。
[0028] Busbar汇流排B1 B4用于主回路电气连接，确保大电流通流能力。汇流排包括且不~限于为铜排、铝排。
[0029] 本发明推出一种新型低压锂电池及其电池管理系统，可以实现对电池电压、温度、电流状态全天候监控与管理，方案中通过功率MOS管组成的主回路断路器进行充电、放电回路独立控制，实现对电池组过充、过放、过温、过流等工况下的主回路保护。
[0030] 进一步的，所述锂电池模组M1包括：
[0031] n个单体锂电池电芯Cell1 Celln（n≤8）；所述n个单体锂电池电芯Cell1 Celln依~ ~次串联连接；
[0032] m个温度采样电阻NTC1 NTCm；~
[0033] 母端采样连接器J1，所述母端采样连接器J1包括一供电信号Signal‑BAT+采集端、n个电压信号采集端和m个温度信号采集端；其中，n和m均为大于2的正整数；
[0034] 所述供电信号Signal‑BAT+采集端与所述n个单体锂电池电芯Cell1 Celln中末端~单体锂电池电芯Celln的正极极柱上的采样点连接，用于接收所述锂电池模组M1的供电信号Signal‑BAT+；
[0035] 所述电压信号采集端与所述若干个单体锂电池电芯Cell1 Celln中首端单体锂电~池电芯Cell1的负极极柱上的采样点，以及多个中间单体锂电池电芯Cell2 Celln‑1的任一~
极性极柱上的采样点一一对应连接，用于接收所连接首端单体锂电池电芯Cell1或中间单体锂电池电芯Cell2 Celln‑1的单体电压信号VC0 VCn；
~ ~
[0036] 所述温度信号采集端与所述温度采样电阻NTC1 NTCm连接，用于接收所述温度采~样电阻NTC1 NTCm采集到的电池温度信号T1 Tm；
~ ~
[0037] 其中，所述中间单体锂电池电芯Cell2 Celln‑1为所述n个单体锂电池电芯Cell1~ ~Celln中位于所述末端单体锂电池电芯Celln和首端单体锂电池电芯Cell1中间的任意一单体锂电池电芯。
[0038] 进一步的，所述m个温度采样电阻包括：
[0039] 首端温度采样电阻NTC1，放置在所述首端单体锂电池电芯Cell1的负极极柱周围，用于采集所述首端单体锂电池电芯Cell1的电池温度信号T1；
[0040] 多个中间温度采样电阻NTC2 NTCm‑1，放置在对应数量的多个所述中间单体锂电~池电芯Cell2 Celln‑1的负极极柱周围，用于采集多个所述中间单体锂电池电芯Cell2~ ~
Celln‑1的电池温度信号T2 Tm‑1；
~
[0041] 末端温度采样电阻NTCm，放置在所述末端单体锂电池电芯Celln的正极极柱周围，用于采集所述末端单体锂电池电芯Celln的电池温度信号Tm；
[0042] 其中，所述中间温度采样电阻NTC2 NTCm‑1为所述m个温度采样电阻NTC1 NTCm中~ ~位于所述末端温度采样电阻NTCm和所述首端温度采样电阻NTC1中间的任意一温度采样电阻。
[0043] 进一步的，所述电池管理系统包括：公端采样连接器J2、采样模块U3、MCU模块U4、通讯模块。
[0044] 所述公端采样连接器J2与所述母端采样连接器J1连接，用于接收所述供电信号Signal‑BAT+、所述单体电压信号VC0 VCn和所述电池温度信号T1 Tm；~ ~
[0045] 所述采样模块U3，与所述公端采样连接器J2连接，用于接收所述供电信号Signal‑BAT+、所述单体电压信号VC0 VCn和所述电池温度信号T1 Tm，并采集电路中的总电压信号~ ~Signal‑BAT+&&Pack+、电流采样信号、MOS温度信号，将所述供电信号Signal‑BAT+、单体电压信号VC0 VCn、总电压信号Signal‑BAT+&&Pack+、电池温度信号T1 Tm、电流采样信号、MOS~ ~
温度信号收集、滤波后传递至所述MCU模块U4；
[0046] 所述MCU模块U4，与所述采样模块U3连接，用于在满足以下至少一种情况时生成故障告警信号：
[0047] 所述单体电压信号VC0 VCn大于电压过压阈值、所述总电压信号Signal‑BAT+&&~Pack+大于电压过压阈值、所述供电信号Signal‑BAT+大于电压过压阈值、所述供电信号Signal‑BAT+小于电压欠压阈值、所述单体电压信号VC0 VCn小于电压欠压阈值、所述总电~
压信号Signal‑BAT+&&Pack+小于电压欠压阈值、所述电池温度信号T1 Tm大于电池过温阈~
值、所述MOS温度信号大于电池过温阈值、所述电流采样信号大于过流阈值；
[0048] 所述通讯模块U7+U8，通过通信总线分别与所述MCU模块U4和整车电子控制单元建立双向通信连接，用于发送所述故障告警信号至所述整车电子控制单元，以及接收所述整车电子控制单元发送的控制信号以使得所述MCU模块U4更新所述保护阈值；所述保护阈值包括所述过流阈值、电池过温阈值T0max、电压过压阈值、电压欠压阈值。
[0049] 进一步的，所述电池管理系统还包括：第一开关模组M6、第二开关模组M7；
[0050] 在所述锂电池模组M1处于充电状态时，所述MCU模块U4在满足以下至少一种情况时确定出现充电过压情况并生成充电过压告警信号：
[0051] 所述单体电压信号VC0 VCn大于电压过压阈值、所述总电压信号大于电压过压阈~值；
[0052] 根据所述充电过压告警信号控制所述第二开关模组M7闭合且所述第一开关模组M6断开，以断开并禁止主回路充电进入维持放电状态达到过充保护功能。
[0053] 进一步的，所述电池管理系统还包括：第一驱动模块M2、第二驱动模块M3；
[0054] 所述第二开关模组M7通过所述汇流排的第一端口B1与所述末端单体锂电池电芯Celln的正极连接；
[0055] 所述第一开关模组M6通过所述汇流排的第一端口B1与电池系统正极PACK+连接；
[0056] 所述第一驱动模块M2与所述MCU模块U4的第一MOS组控制端连接，用于接收所述MCU模块U4生成的第一控制信号CH_MOS_C，并根据所述第一控制信号CH_MOS_C输出第一驱动信号CH_MOS；
[0057] 所述第二驱动模块M3与所述MCU模块U4的第二MOS组控制端连接，用于接收所述MCU模块U4生成的第二控制信号DH_MOS_C，并根据所述第二控制信号DH_MOS_C输出第二驱动信号DH_MOS；
[0058] 所述第一开关模组M6与所述第一驱动模块M2连接，用于根据所述第一驱动信号CH_MOS控制电路回路的充电状态；
[0059] 所述第二开关模组M7与所述第二驱动模块M3连接，用于根据所述第二驱动信号DH_MOS控制电路回路的放电状态。
[0060] 进一步的，所述第一开关模组M6包括若干个并联连接的初级N沟道MOS管Qc1 Qcn，~所述第二开关模组M7包括若干个并联连接的次级N沟道MOS管Qd1 Qdn；
~
[0061] 所述第一开关模组M6中若干个所述初级N沟道MOS管Qc1 Qcn的漏极并联后与所述~电池系统正极PACK+连接；
[0062] 所述第一开关模组M6中若干个所述初级N沟道MOS管Qc1 Qcn的源极并联后与所述~第二开关模组M7中若干个并联连接的次级N沟道MOS管Qd1 Qdn的源极连接；
~
[0063] 所述第一开关模组M6中若干个所述初级N沟道MOS管Qc1 Qcn的栅极并联后与所述~第一驱动模块M2连接；
[0064] 所述第二开关模组M7中若干个所述次级N沟道MOS管Qd1 Qdn的漏极并联后通过所~述汇流排的第二端口B2连接；
[0065] 所述第二开关模组M7中若干个所述次级N沟道MOS管Qd1 Qdn的源极并联后与所述~第二开关模组M7中若干个并联连接的次级N沟道MOS管Qd1 Qdn的源极连接；
~
[0066] 所述第二开关模组M7中若干个所述次级N沟道MOS管Qd1 Qdn的栅极并联后与所述~第二驱动模块M3连接。其中，n为大于2的正整数。
[0067] 进一步的，所述电池管理系统还包括：第一驱动模块M2、第二驱动模块M3、第一开关模组M6、第二开关模组M7；所述第一开关模组M6包括串联连接的初级N沟道MOS管和次级N沟道MOS管，所述第二开关模组M7包括串联连接的初级N沟道MOS管和次级N沟道MOS管；
[0068] 所述第一开关模组M6中的所述初级N沟道MOS管的漏极与所述第二开关模组M7中的初级N沟道MOS管的漏极连接；
[0069] 所述第一开关模组M6中的所述初级N沟道MOS管的源极与所述第二开关模组M7中的初级N沟道MOS管的源极连接；
[0070] 所述第一开关模组M6中的初级N沟道MOS管的栅极与所述第一开关模组M6中的次级N沟道MOS管的栅极连接后第二驱动模块M3连接；
[0071] 所述第二开关模组M7中的初级N沟道MOS管的栅极与所述第二开关模组M7中的次级N沟道MOS管的栅极连接后与第一驱动模块M2连接。
[0072] 进一步的，所述电池管理系统还包括：短路保护模块M4；
[0073] 所述第一驱动模块M2分别与所述MCU模块U4的第一MOS组控制端和所述短路保护模块M4的信号输出端连接，用于接收所述MCU模块U4生成的第一控制信号CH_MOS_C和所述短路保护模块M4输出的锁存信号Short_Out，并根据所述第一控制信号CH_MOS_C和所述锁存信号Short_Out输出第一驱动信号CH_MOS；
[0074] 所述第二驱动模块M3分别与所述MCU模块U4的第二MOS组控制端和所述短路保护模块M4的信号输出端连接，用于接收所述MCU模块U4生成的第二控制信号DH_MOS_C和所述短路保护模块M4输出的锁存信号Short_Out，并根据所述第二控制信号DH_MOS_C和所述锁存信号Short_Out输出第二驱动信号DH_MOS。
[0075] 进一步的，所述电池管理系统还包括：分流器S1和滤波器Filter；所述短路保护模块M4包括运放单元M41、比较器单元M42、信号锁存单元M43；
[0076] 所述分流器S1的IC‑脚通过所述汇流排的第三端口B3与所述首端单体锂电池电芯Cell1的负极连接，所述分流器S1的IC+脚通过汇流排的第四端口B4与电池系统负极PACK‑连接；
[0077] 所述滤波器Filter的两端分别与所述分流器S1的IC‑脚和IC+脚连接，用于将电路中的两路电流差分信号进行滤波得到稳定的电流采样信号并传输至所述采样模块U3的电流采集端口以对所述电流采样信号和过流阈值进行大小比较判断是否过流；
[0078] 所述运放单元M41的两个输入端分别所述分流器S1的IC‑脚和IC+脚连接，用于将所述两路电流差分信号进行放大；
[0079] 所述比较器单元M42与所述运放单元M41的输出端连接，用于将两路电流差分信号进行比较输出比较结果；
[0080] 所述比较器单元M42与所述信号锁存单元M43连接，用于根据所述比较结果输出锁存信号Short_Out。
[0081] 进一步的，所述电池管理系统还包括：SBC电源模块U2；
[0082] 所述SBC电源模块U2的供电输入端分别接入公端采样连接器J2提供的BAT+信号和所述电池系统正极PACK+提供的总线PACK+信号；
[0083] 所述SBC电源模块U2的第一供电端LDO3.3V与所述MCU模块U4的供电端连接，用于向所述MCU模块U4提供第一工作电源VCC1；
[0084] 所述SBC电源模块U2的第二供电端LDO5V分别与所述第一驱动模块M2、第二驱动模块M3连接，用于向所述第一驱动模块M2、第二驱动模块M3提供第二工作电源5V；
[0085] 所述SBC电源模块U2的唤醒IO端与所述采样模块U3的故障触发端连接，用于接收所述故障触发端发送的故障唤醒信号Fault时，唤醒所述SBC电源模块U2；
[0086] 所述SBC电源模块U2的唤醒IO端还与所述短路保护模块M4的信号锁存单元M43连接，用于接收所述信号锁存单元M43发送的锁存信号Short_Out；
[0087] 所述短路保护模块M4在所述电池管理系统U1休眠期间保持工作状态，所述短路保护模块M4发送所述锁存信号Short_Out至所述唤醒IO端，用于在触发短路保护后锁存保护状态，并同时将所述SBC电源模块U2唤醒以进入工作状态。
[0088] 进一步的，第一驱动模块M2包括第一或门K1、第一下拉开关K2、第一门极驱动器U5、第一电阻R2；所述第二驱动模块M3包括第二或门K3、第二下拉开关K4、第二门极驱动器U6、第二电阻R1；
[0089] 所述第二或门K3的第一输入端口与所述MCU模块U4的第二MOS组控制端连接以接入所述第二控制信号DH_MOS_C，所述第二或门K3的第二输入端口与所述短路保护模块M4的输出端以接入锁存信号Short_Out；
[0090] 所述第二或门K3的输出端与所述第二下拉开关K4的第一端连接，所述第二下拉开关K4的第二端与所述第二电阻R1后接入第二工作电源5V，所述第二下拉开关K4的第三端接地；
[0091] 所述第二门极驱动器U6的使能控制端EN与所述第二下拉开关K4的第二端与所述第二电阻R1之间的节点连接以接入第二使能信号DH_MOS_EN，所述第二门极驱动器U6的供电端VDD接入BAT+信号；
[0092] 所述第二门极驱动器U6的第一控制端1分别与所述第二开关模组M7中的各个次级N沟道MOS管Qd1 Qdn的栅极连接；~
[0093] 所述第二门极驱动器U6的第二控制端2分别与所述第二开关模组M7中的各个次级N沟道MOS管Qd1 Qdn的源极连接；~
[0094] 所述第一或门K1的第一输入端口与所述MCU模块U4的第一MOS组控制端连接以接入所述第一控制信号CH_MOS_C，所述第一或门K1的第二输入端口与所述短路保护模块M4的输出端以接入锁存信号Short_Out；
[0095] 所述第一或门K1的输出端与所述第一下拉开关K2的第一端连接，所述第一下拉开关K2的第二端与所述第一电阻R2后接入第二工作电源5V，所述第一下拉开关K2的第三端接地；
[0096] 所述第一门极驱动器U5的使能控制端EN与所述第一下拉开关K2的第二端和所述第一电阻R2之间的节点连接以接入第一使能信号CH_MOS_EN，所述第一门极驱动器U5的供电端VDD接入BAT+信号；
[0097] 所述第一门极驱动器U5的第一控制端1分别与所述第一开关模组M6中的各个初级N沟道MOS管Qc1 Qcn的栅极连接；~
[0098] 所述第一门极驱动器U5的第二控制端2分别与所述第一开关模组M6中的各个初级N沟道MOS管Qc1 Qcn的源极连接。~
[0099] 进一步的，第一驱动模块M2包括第一或门K1、第一下拉开关K2、第一门极驱动器U5、第一电阻R2；第二驱动模块M3包括第二或门K3、第二下拉开关K4、第二门极驱动器U6、第二电阻R1；
[0100] 所述第二或门K3的第一输入端口与所述MCU模块U4的第二MOS组控制端连接以接入所述第二控制信号DH_MOS_C，所述第二或门K3的第二输入端口与所述短路保护模块M4的输出端以接入锁存信号Short_Out；
[0101] 所述第二或门K3的输出端与所述第二下拉开关K4的第一端连接，所述第二下拉开关K4的第二端与所述第二电阻R1后接入第二工作电源5V，所述第二下拉开关K4的第三端接地；
[0102] 所述第二门极驱动器U6的使能控制端EN与所述第二下拉开关K4的第二端与所述第二电阻R1之间的节点连接以接入第二使能信号DH_MOS_EN，所述第二门极驱动器U6的供电端VDD接入BAT+信号；
[0103] 所述第二门极驱动器U6的第一控制端1与所述第一开关模组M6中的所述初级N沟道MOS管和所述次级N沟道MOS管的共栅极连接；
[0104] 所述第二门极驱动器U6的第二控制端2与所述第一开关模组M6中的所述初级N沟道MOS管和所述次级N沟道MOS管的共源极连接；
[0105] 所述第一或门K1的第一输入端口与所述MCU模块U4的第二MOS组控制端连接以接入所述第二控制信号DH_MOS_C，所述第一或门K1的第二输入端口与所述短路保护模块M4的输出端以接入锁存信号Short_Out；
[0106] 所述第一或门K1的输出端与所述第一下拉开关K2的第一端连接，所述第一下拉开关K2的第二端与所述第一电阻R2后接入第二工作电源5V，所述第一下拉开关K2的第三端接地；
[0107] 所述第一门极驱动器U5的使能控制端EN与所述第一下拉开关K2的第二端和所述第一电阻R2之间的节点连接以接入第一使能信号CH_MOS_EN，所述第一门极驱动器U5的供电端VDD接入BAT+信号；
[0108] 所述第一门极驱动器U5的第一控制端1与所述第二开关模组M7中的所述初级N沟道MOS管和所述次级N沟道MOS管的共栅极连接；
[0109] 所述第一门极驱动器U5的第二控制端2与所述第二开关模组M7中的所述初级N沟道MOS管和所述次级N沟道MOS管的共源极连接。
[0110] 在本实施例中，如图2所示可以通过第一开关模组M6和第二开关模组M7独立控制通断，当充电过压时，可以单独断开充电回路，放电回路维持正常闭合，从而实现过充保护时不影响低压锂电池组的放电性能。
[0111] 整车下电休眠后，低压锂电池中电池管理系统U1可以周期性唤醒检查电池安全状态，同时电池管理系统U1在休眠期间，电池采样模块依然可以检测电池是否存在过流、过温、过压、欠压故障，在故障发生时，能触发硬线信号唤醒电池管理系统U1，进而通过通讯唤醒整车，进行相应的故障保护，此举解决了整车下电休眠期间，电池安全性问题。
[0112] 本发明通过电池管理系统U1上的硬件短路保护电路实现了对低压锂电池外部短路、反接等异常故障进行瞬时保护，解决了外部短路、反接等异常状态下（尤其是休眠期间）故障的及时保护问题，增强了锂电池安全防护。
[0113] 低压锂电池（常见的12V、24V锂电池）作为新生替代品逐渐走入市场。低压锂电池具备体积小、重量轻、能量密度高、循环寿命长，内含电池管理系统U1（即电池管理系统U1）可以实现电池监控与保护管理，同时与整车进行信息交互，从而实现智能管理。本发明推出一种新型低压锂电池及其电池管理系统，可以实现对铅酸蓄电池的替代。
[0114] 如图1所示，本发明为一种低压锂电池及其电池管理系统，包括多个锂离子电芯串联组成的电池模组M1、Busbar汇流排B1 B4、母端采样连接器J1、公端采样连接器J2、通讯模~块（包括通讯收发器U7和通讯连接器U8）、SBC电源模块U2、采样模块U3、MCU模块U4、第一驱动模块M2、第二驱动模块M3、第一开关模组M6、第二开关模组M7、短路保护模块M4、分流器S1。
[0115] 所述低压锂电池模组M1是低压锂电池系统的核心模块，负责为主回路提供大功率能量，为电池管理系统U1（即本发明的电池管理系统U1）提供供电信号、单体电压信号、电池温度采样信号。低压锂电池模组M1由n个串联的锂离子单体电芯串联组成（n=4时为12V电池系统，n=8时为24V电池系统），包括且不限于磷酸铁锂电池组、三元（NCM、NCA）等锂离子电池组。
[0116] 低压锂电池模组M1中的Cell1负极连接到Busbar汇流排的第三端口B3上，第三端口B3实际上就是低压锂电池模组M1的电池负极BAT‑，第三端口B3另一端连接到电池管理系统U1中分流器S1的IC‑脚上，Cell1正极串联到Cell2负极，然后依次串联到最高电芯Celln，Celln正极连接到Busbar汇流排的第一端口B1上，第一端口B1实际上就是低压锂电池模组M1的电池正极BAT+，B1另一端连接到U1中第二开关模组M7的漏极（D极）。
[0117] 为实现对各个电芯电压的监控与管理，需要采集其单体电压，因此Cell1到Celln，每个电芯的负极、正极的极柱上焊接有采样点，其中串联的2个Cell中间只需要取一个采样点，Cell1负极采样点为KVC0以采样得到Cell1的单体电压信号VC0，Cell1正极与Cell2负极连接点处采样点为KVC1以采样得到Cell1的单体电压信号VC1，按照Cell1到Celln的排列顺序依次取点，Celln正极采样点为KVCn以采样得到Celln的单体电压信号VCn。VC0 VCn信号~通过FPC柔性电路板连接到母端采样连接器J1上。
[0118] 为实现对电池管理系统U1的电源供电，确保U1正常工作，Celln的正极同时取一个供电信号Signal‑BAT+的采样点，通过FPC柔性电路板连接到母端采样连接器J1上。
[0119] 为实现对电池模组中电芯温度的监控与管理，在M1中放置有多路电池温度采样NTC（4串12V电池系统有2路NTC，8串24V电池有3路NTC），用于采集电池表面温度。第一路NTC放置于Cell1的负极极柱旁，第二路NTC放置于Celln‑1的负极极柱旁，第三路NTC放置于Celln正极极柱旁，其中每个NTC有2跟采样线通过FPC柔性电路板连接到母端采样连接器J1上。
[0120] 母端采样连接器J1与电池管理系统U1的公端采样连接器J2对插连接。所述电池管理系统U1（即电池管理系统U1）是低压锂电池系统的控制与管理中枢，电池管理系统U1其由负极回路上分流器S1，正极主回路第一开关模组M6、第二开关模组M7，公端采样连接器J2、通讯连接器U8，SBC电源模块U2，采样模块U3，MCU模块U4，通讯收发器U7，第一驱动模块M2，第二驱动模块M3，短路保护模块M4等组成。
[0121] 其中，分流器S1集成焊接在电池管理系统U1上，包括且不限于贴片合金电阻分流器Shunt、薄膜电阻。S1的IC‑脚通过汇流排的第三端口B3与首端单体锂电池电芯Cell1的负极连接，IC+脚通过汇流排的第四端口B4与电池系统负极PACK‑连接。IC+/IC ‑采样线束连接到滤波器Filter，通过Filter将电流差分信号IC+/IC ‑进行RC滤波得到稳定的采样信号，随之送至U3的电流采集端口，实现电流采样信号采集。为实现硬件短路保护功能，同时IC+/IC ‑采样线束连接到M4的运放单元M41输入端。
[0122] U1中正极主回路开关是控制整个电池系统主回路状态，并实现故障保护的关键。主回路开关由第一开关模组M6、第二开关模组M7串联组成。第一开关模组M6由多个N‑MOSFET并联组成，其多个MOS管漏极D并联后与PACK+连接，多个源极S并联后与第二开关模组M7的源极S连接，其连接点为SGND，作为M6、M7的驱动地，M6的多个MOS管栅极G并联后信号为CH_MOS与第一驱动模块M2中Gate Driver驱动脚连接，CH_MOS信号用于控制M6的闭合/断开。
[0123] 第二开关模组M7由多个N‑MOSFET并联组成，其多个源极S并联后与M6的源极S连接，其连接点为SGND，其多个MOS管漏极D并联后通过汇流排的第二端口B2与BAT+连接，其多个MOS管栅极G并联后信号为DH_MOS与第二驱动模块M3中Gate Driver驱动脚连接，DH_MOS信号用于控制M6的闭合/断开。
[0124] 第一驱动模块M2由或门K1、下拉开关K2、常电LDO5V电路、Gate Driver U5组成。其中U5为门极驱动器，用于控制第一开关模组M6的断开或闭合，是M2模块中的核心部件，U5供电从汇流排B1 BAT+上取，从而实现24小时常电供应，这是保证电池管理系统U1在休眠期间也能维持MOS管处于闭合状态的关键点。U5驱动地管脚连接到M6的SGND，其驱动管脚CH_MOS连接到M6的G极，U5驱动使能EN脚信号CH_MOS_EN通过一个电阻连接到LDO5V常电电源，同时与下拉开关K2的输出端连接，CH_MOS_EN=1为高电平（5V）时，U5使能，驱动管脚CH_MOS=1输出高电平（12V），控制M6中MOS闭合导通，CH_MOS_EN=0为低电平（0V）时，U5使能禁止，驱动管脚CH_MOS=0输出低电平（0V），控制M6中MOS断开。下拉开关K2输入端和或门K1输出端连接，输出端与常电LDO5V通过一个电阻串联，同时输出信号CH_MOS_EN连接到U5的EN脚，K2下端连接到地。K1为双通道或门，一路输入信号CH_MOS_C与MCU模块U4的第一开关模组控制模块IO口连接，一路输入信号Short_Out连接到短路保护模块M4的信号锁存单元M43输出端，从而实现MCU模块U4与短路保护模块同时具备对U5断开驱动信号的控制。
[0125] 同理，第二驱动模块M3由或门K3、下拉开关K4、常电LDO5V电路、Gate Driver U6组成。其中U6为门极驱动器，用于控制第二开关模组的断开或闭合，是M3模块中的核心部件，U6供电从汇流排B1 BAT+上取，从而实现24小时常电供应，这是保证电池管理系统U1在休眠期间也能维持MOS管处于闭合状态的关键点。U6驱动地管脚连接到M7的SGND，其驱动管脚CH_MOS连接到M6的G极，U5驱动使能EN脚信号DH_MOS_EN通过一个电阻连接到LDO5V常电电源，同时与下拉开关K4的输出端连接，DH_MOS_EN=1为高电平（5V）时，U6使能，驱动管脚DH_MOS=1输出高电平（12V），控制M7中MOS闭合导通，DH_MOS_EN=0为低电平（0V）时，U6使能禁止，驱动管脚DH_MOS=0输出低电平（0V），控制M7中MOS断开。下拉开关K4输入端和或门K3输出端连接，输出端与常电LDO5V通过一个电阻串联，同时输出信号CH_MOS_EN连接到U5的EN脚，K4下端连接到地。K3为双通道或门，一路输入信号DH_MOS_C与MCU模块U4的第二开关模组控制模块IO口连接，一路输入信号Short_Out连接到短路保护模块M4的信号锁存单元M43输出端，从而实现MCU模块U4与短路保护模块同时具备对U5断开驱动信号的控制。
[0126] 短路保护模块M4由运放单元M41、比较器单元M42、信号锁存单元M43组成。分流器S1的两端IC+/IC‑信号连接到运放单元M41的输入端，经过运放单元M41放大后送至比较器单元M42，比较器单元M42输出比较结果后，送至信号锁存单元M43后输出锁存信号Short_Out，其信号同时连接到或门K1、K3的输入端。同时，锁存信号Short_Out连接到U2中唤醒IO口单元，用于电池管理系统U1在休眠情况下，通过Short_Out硬线信号唤醒SBC电源U2，进而唤醒电池管理系统U1进入到工作状态。
[0127] 公端采样连接器J2是电池管理系统U1中内部信号连接口，其与低压锂电池模组M1的母端采样连接器J1对插。
[0128] SBC电源模块U2负责电池管理系统U1内部电源供电，其包括且不限于IC电源芯片、DCDC电源、LDO。其供电输入端由J2连接器提供的BAT+信号和总线PACK+信号提供双路供电输入，其中PACK+信号取自汇流排的第二端口B2上的PACK+采样点，U2输出电源VCC1与MCU模块U4连接，为MCU模块U4供电，U2输出电源LDO5V为常电（可使能配置）与U5、 U6的EN脚通过一个电阻串联，实现常电高电平使能Gate Driver EN脚，从而维持M6、M7中 MOS在常闭状态。U2通过SPI与U4 MCU模块U4实现通讯，U2内部唤醒IO口为输入口，有2个信号，一路与采样模块U3的故障触发端口连接，另一路与短路保护模块M4的输出信号Short_out连接，U2支持U3或M4的故障触发硬件信号唤醒。
[0129] 采样模块U3负责电池的电压、电流、温度信号采样、电池均衡控制等。公端采样连接器J2中NTC的电池温度信号T1 Tm、电芯单体电压信号VC0 VCn分别连接到U3的温度采样、~ ~电压采样单元中，每个Cell的正极采样信号（如VC1）同时连接到均衡电路R上，均衡电阻R另一端连接到U3的均衡电路单元中，从而实现电池均衡控制。
[0130] 在M6、M7的周围分别放置一个用来采集第一MOS温度信号Signal‑NTC_DMOS和第二MOS温度信号Signal‑NTC_CMOS的第一温度采样电阻NTC_DMOS和第二温度采样电阻NTC_CMOS，并将第一MOS温度信号Signal‑NTC_DMOS和第二MOS温度信号Signal‑NTC_CMOS传递给U3。采样模块U3中MOS温度信号连接到M6、M7的MOS温度采样NTC上，实现对MOS电路的温度采样。采样模块U3中总电压信号连接到汇流排的第一端口B1、第二端口B2上，实现对正极内侧总压BAT+，外侧总压PACK+的电压采样。
[0131] U3接地点AGND连接到汇流排BAT‑上，其电流采样单元与滤波器Filter连接，再与分流器两端连接，实现总线电流I采样。故障触发单元输出Fault信号同时连接到U2、U4的唤醒IO端口，Fault=1（高电平）时，实现对U3、U4的硬线唤醒。U3的SPI端口通过SPI通讯信号连接到U4的SPI端口，实现二者的参数配置、状态设置、信息交互。
[0132] MCU模块U4是电池管理系统U1的控制中枢，负责故障诊断、内外通讯、MOS控制等，内部包含有VDD、SPI、第一开关模组控制、第二开关模组控制、LIN/CAN/CANFD通讯单元。VDD电源与U2的电源输出VCC1连接，实现供电。第一开关模组控制单元IO口信号CH_MOS_EN连接到或门K1输入口；第二开关模组控制单元IO口信号DH_MOS_EN连接到或门K2输入口；LIN/CAN/CANFD通讯单元与通讯收发器U7连接，实现LIN/CAN/CANFD等通讯交互。
[0133] 通讯收发器U7位于通讯连接器U8与MCU模块U4之间，实现与MCU模块U4的通讯收、发，将信号转换后发送到通讯连接器U8，再由通讯连接器U8与外部整车ECU连接，实现与整车之间的通讯交互和唤醒功能。
[0134] 综上所述，本发明的解决方案总结为正极主回路开关MOS模组维持常闭状态，由低压锂电池模组M1通过PACK+/PACK‑接口对外部提供能量供应，实现铅酸蓄电池的同等供电功能，SBC电源模块U2负责为内部工作供电；采样模块U3负责通过分流器S1采集主回路电流I，负责采集电池系统的电压、温度等数据；MCU模块U4负责收集U3采集数据和状态，负责控制第一驱动模块M2、第二驱动模块M3，实现对MOS模组的状态控制，同时负责对外部整车ECU的信息交互、相互唤醒；短路保护模块M4负责外部短路等异常造成的瞬间大电流保护。
[0135] 在一些实施例中，一种低压锂电池的保护方法，包括步骤：
[0136] 锂电池模组M1采集所述锂电池模组M1中的电气参数，为外部负载提供能量且同时为所述电池管理系统U1供电；所述电气参数包括供电信号Signal‑BAT+、电压信号和温度信号；
[0137] 所述电池管理系统U1在所述电气参数中的任意一项超过对应的保护阈值范围时执行对应的保护操作。
[0138] 其中，所述电池管理系统包括：MCU模块U4和通讯模块，所述电池管理系统U1在所述电气参数中的任意一项超过对应的保护阈值范围时执行对应的保护操作包括步骤：
[0139] MCU模块U4用于在满足以下至少一种情况时生成故障告警信号：
[0140] 所述单体电压信号VC0 VCn大于电压过压阈值、所述总电压信号大于电压过压阈~值、所述单体电压信号VC0 VCn小于电压欠压阈值、所述总电压信号小于电压欠压阈值、所~
述电池温度信号T1 Tm大于电池过温阈值、所述MOS温度信号大于电池过温阈值、所述电流~
采样信号大于过流阈值；
[0141] 所述通讯模块U7+U8，通过通信总线分别与所述MCU模块U4和电子控制单元建立双向通信连接，用于发送所述故障告警信号至所述整车电子控制单元，以及接收所述电子控制单元发送的控制信号以使得所述MCU模块U4更新所述保护阈值；所述保护阈值包括所述过流阈值、电池过温阈值T0max、电压过压阈值、电压欠压阈值。
[0142] 步骤上：1、整车系统上电，其ECU通过通讯（LIN/CAN/CANFD）唤醒通讯收发器U7，U7唤醒电池管理系统U1的电源U2、MCU模块U4，MCU模块U4经过初始化后，配置过流阈值I0、短路阈值Ishort、电池过温阈值T0max、电压过压阈值U0max、电压欠压阈值U0min等保护阈值，电池管理系统U1进入到正常工作状态，锂电池系统正常对外放电。
[0143] 2、若无异常故障产生，电池管理系统U1中各模块正常进行信息交互，同时与整车信息交互。
[0144] 3、当MCU模块U4接收到U3上送的采样电流I、温度T、电压U数据中有超出所设定I0、T0max、U0min阈值范围，则判断有过流（OC）、电池过温（OT）、电压欠压（UV）故障发生，启动保护策略，MCU模块U4同时输出高电平控制信号CH_MOS_C=1、DH_MOS_C=1，将U5、U6的使能EN脚翻转为低电平（CH_MOS_EN=0，DH_MOS_EN=0）从而控制第一开关模组M6、第二开关模组M7同时断开（CH_MOS=0、DH_MOS=0），此时主回路断开，锂电池由正常放电状态进入保护状态，停止对外部提供能量。
[0145] 4、当锂电池处于充电状态：
[0146] a、当MCU模块U4接收到U3上送的采样电压U数据有超出所设定电压过压阈值U0max，则判断有充电过压（OV）故障发生，启动相应的保护策略，MCU模块U4控制第一开关模组单元输出高电平控制信号CH_MOS_C=1，将U5使能EN脚翻转为低电平（CH_MOS_EN=0）从而控制第一开关模组M6断开（CH_MOS=0），此时第二开关模组状态不变，维持闭合状态，回路禁止充电，由于M6中MOS管存在体二极管，其具有单向导通特性，放电电流可以从体二极管流过，因此回路可以放电，此举可实现主回路的禁充可放电功能。禁充功能亦可恢复，当U3检测到主回路有放电电流I＞设定的阈值I1，MCU模块U4判断系统转为正常放电状态，则立即将第一开关模组控制信号翻转为低电平输出，控制信号CH_MOS_C=0，U5使能脚翻转为高电平CH_MOS_EN=1，进而第一开关模组M6闭合，此时主回路全部闭合，锂电池恢复到正常放电状态。
[0147] b、当MCU模块U4接收到U3上送的采样电流I、温度T数据中有超出所设定I0、T0max，则判断有过流（OC）、电池过温（OT）故障发生，启动保护策略，断开充第二开关模组M6、M7，操作与步骤3相同，不再赘述。
[0148] 5、当整车下电，进入休眠状态（即Parking工况），整车控制器VCU通过通讯向电池管理系统U1中U4下发休眠指令，MCU模块U4完成状态检视、数据存储后，通过SPI通讯向U2、U3下发休眠指令，U2将关闭大部分功能并启动内部Timer开始计时，但保持常电LDO5V输出，为MOS模组驱动模块M2、M3在休眠期间供电，确保MOS管维持闭合状态，VCC1等电源关闭后，U4、U5等模块供电中断，进入休眠状态。U3将关闭大部分功能但保持电压过压、欠压、过温、过流等状态检测。此时，电池管理系统U1大部分模块不工作，进入到休眠状态。该状态下功耗较低，有利于减少对锂电池的电量消耗。
[0149] c、为了增强对锂电池的安全监控与防护性能，本方案同时提出了休眠期间电池管理系统U1周期性唤醒策略。操作如下：电池管理系统U1休眠期间，若采样模块U3无异常发生，则U2中的计时器Timer计时达到设定阈值t0，即唤醒U2进入到正常工作状态，U2电源输出供电后，U4、U5等模块均被唤醒，MCU模块U4继而唤醒采样模块U3，此时，整个电池管理系统U1均被唤醒，进入到正常工作状态。期间MCU模块U4完成对电池电压、电流、温度、MOS管状态的数据收集与状态诊断，并保存相关数据，若一切正常，则MCU模块U4再次下发休眠指令，U2、U3、U4、U5相继进入休眠，待下一次t0时刻到来，电池管理系统U1再次被唤醒，以此，周期性唤醒与休眠。若电池管理系统U1唤醒后，MCU模块U4检测到电池电压U低于电压欠压阈值U0min，则判断电池欠压，立即启动智能补电功能，电池管理系统U1中MCU模块U4通过U7、U8向外发送唤醒整车ECU的指令，唤醒整车有关ECU工作，继而向整车上送充电请求信号，并提供充电电压、电流的阈值参数，整车ECU收到后，设置充电ECU状态为低压锂电池充电。智能补电功能可以防止低压锂电池在休眠期间出现亏电过放故障。
[0150] d、电池管理系统U1休眠期间，采样模块U3大部分功能关闭但保持电压过压、欠压、过温、过流等状态检测。当U3采样得到的电压U、电流I、温度T数据（即本发明的）有超出所设定U0max、U0min、I0、T0max阈值范围，则判断有过压（OV）、欠压（UV）、过流（OC）、电池过温（OT）故障发生，启动保护策略，U3的故障触发单元中硬线信号变为高电平Fault=1，此信号通过唤醒IO口立即唤醒U2、U3，使得电池管理系统U1被唤醒，MCU模块U4检测到Fault=1后，通过U3上送的采样数据，确认故障状态，当故障为欠压（UV），则立即启动智能补电功能，进入步骤c；若故障为过流（OC），则通讯告知整车ECU负载电流消耗异常，进行相应的诊断与防护；若故障为过压（OV）、过温（OT），则启动过压、过温保护，进入步骤3。
[0151] 6、电池管理系统U1中短路保护模块M4为系统中常电工作模块，其在电池管理系统U1工作与休眠期间，均维持在工作状态。其保护逻辑如下，S1采集到的电流I信号送至M4中运放单元M41进行放大，当运放单元M41输出的电流采样阈值I＞比较器单元M42所设定阈值Ishort，则比较器单元M42输出高电平信号，并通过锁存单元锁存，并输出锁存状态的高电平short_out=1，M2、M3中或门输出立即翻转为高电平输出，控制U5、U6的EN脚翻转为低电平（CH_MOS_EN=0，DH_MOS_EN=0）从而控制第一开关模组M6、第二开关模组M7同时断开（CH_MOS=0、DH_MOS=0），此时主回路断开，进入到短路保护状态。所述短路保护功能响应速度在us级别，远远快于MCU模块U4软件过流保护的响应速度，且在电池管理系统U1休眠期间，其仍然可以立即触发保护，实现了24小时全天候的瞬间大电流防护。该功能可以防止锂电池因外部短路、反接等异常故障而引起的安全风险，大大增加了系统安全性。
[0152] 本申请的关键点和欲保护点是：本低压锂电池系统常规情况下（非故障状态）需维持主回路闭合状态，以保证对外侧负载的能量供应。其内部第一驱动模块M2、第二驱动模块M3由电池组内侧总电压BAT+供电，驱动信号由常电电源供电，从而实现电池管理系统U1在工作和休眠期间仍然可以维持主回路MOS在闭合状态；
[0153] 本低压锂电池系统由主回路开关实现故障保护，开关电路由多组独立的功率MOS模组构成，其MOSFET为N沟道类型，MOS模组中并联的MOS数量可以根据主回路需要的通流能力而增减，灵活配置。其中第一驱动模块M2、第二驱动模块M3分别控制第一开关模组与第二开关模组，实现充电、放电回路独立控制，在充电过压时可以单独断开充电回路，放电回路正常闭合，充电MOS由于体二极管的存在，可以进行放电，使得放电回路维持导通状态，从而实现过充保护时不影响低压锂电池组的放电性能；
[0154] 电池管理系统U1设置了周期性唤醒策略，在整车下电休眠后，电池管理系统U1可以通过周期性唤醒功能在不需要整车上电工作的情况下，实现对自身的定时唤醒，实现定期对低压锂电池的状态监控，提高电池安全性；且其休眠时间可通过软件配置，增加了灵活性；
[0155] 电池管理系统U1休眠期间仍然可以监控电池过压、低压、过温、过流等异常工况，通过设置AFE采样模块的休眠OV、UV、OT、OC阈值实现故障触发其硬线信号唤醒电源和MCU模块U4，从而唤醒整个电池管理系统U1，实现休眠期间的故障监控；
[0156] 电流采集使用分流器，集成在电池管理系统U1单板上，由U3 AFE采样模块和M4硬件短路保护模块同时进行电流数据采集，U3可以通过软件设置不同阈值，实现软件层面过流保护功能，M4通过硬件模拟电路实现瞬态大电流级别的过流保护功能（即短路保护），M4模块内含信号锁存单元M43，短路触发信号发生后进行锁存，实现电路保护断开充放电MOS，并保持MOS维持断开状态。
[0157] 将主回路分流器、MOS模组集成在电池管理系统U1上，集成度高，充电MOS、放电MOS可以独立控制，实现了独立的过充保护但不影响放电。
[0158] 可以实现电池管理系统U1周期性唤醒，以及休眠期间采样模块仍然可以监控锂电池电压、温度、电流采样信号，超出阈值可以通过硬件唤醒电池管理系统U1，大大增加了系统的安全性。
[0159] 具备智能补电功能，电池管理系统U1可以在休眠期间检测到电池欠压后，通过通讯唤醒整车充电ECU为低压锂电池充电，实现了智能补电，从而大大降低了长期休眠导致的电池亏电发生概率。
[0160] 具有硬件短路保护功能，实现了24小时瞬间大电流的保护，防止锂电池因短路而引起的安全风险，大大增加了系统安全性。
[0161] 根据图2对应实例1的基本设计思想，将电路稍加变换，可以变化为图3所对应实例2。
[0162] 将实例1中QC1与Qd1改为同一组组成了MOS模组M6，将二者栅极（G极）连接在一起，作为CH_MOS信号连接到U5的驱动管脚。
[0163] 将实例1中Qcn与Qdn改为同一组组成了MOS模组M7，将二者栅极（G极）连接在一起，作为DH_MOS信号连接到U6的驱动管脚。
[0164] M6、M7中MOS对只能同时断开或闭合，其与实例1区别在于无独立控制的第一开关模组、第二开关模组，实例2的其他部分工作原理与实例1相同，不再累述。
[0165] 图3所对应实例2的缺点是充电时的过充状态下，无法实现仅断开第一开关模组，维持放电功能不受影响，即无法实现禁充可放功能；其优点是，M6和M7可以互为旁路，可以断开其中一个模块如M6，另一个维持闭合如M7，在保证主回路正常供电的情况，对断开的模块MOS进行故障诊断如M6，提高了MOS状态诊断可行性。
[0166] 在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0167] 以上对本申请实施例所提供的电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。
