电动汽车充电时除电池管理系统（BMS）外，整车电控系统均会休眠，充电完成后，BMS应进入休眠保证整车电耗，但充电桩的唤醒信号通过未拔的充电枪持续连接车辆BMS，导致BMS无法休眠。针对这一问题，广汽埃安新能源汽车股份有限公司研发中心的李斌、王定强在2023年第12期《电气技术》上撰文。采用唤醒后释放唤醒源的转换电路，在BMS第一次接收到充电枪唤醒信号时唤醒BMS，后将唤醒信号复位，实现充电完成后BMS进入休眠模式，同时不会影响其他唤醒源对BMS的唤醒，降低充电后整车的暗电流，优化客户使用体验。

近年来，国家大力发展新能源汽车，实行节能减排政策，新能源电动汽车逐渐普及，电动汽车保有量不断增加，充电成为电动汽车重要的使用场景和体验点，技术逐渐成熟，电池管理系统（battery management system, BMS）作为监控和管理新能源汽车动力电池的重要部件，也负责整车的充电管理。

为提高用户使用体验和操作便捷性，新能源汽车在任何时候插枪充电，整车均需进入充电流程，因此充电枪提供一个或多个信号对车辆进行唤醒。当充电枪插入车辆充电口后，充电枪内的唤醒信号输出到BMS，BMS检测到唤醒信号有效后，开始初始化开机，进入充电流程，充电结束后BMS检测满足休眠条件后进入休眠。

目前，BMS存在一些工况（如唤醒源误唤醒等）会导致车辆暗电流偏大，严重时可能导致车辆低压蓄电池馈电，或充电结束后某些操作无法唤醒BMS，致使车辆起动延时甚至异常。文献提出在检测到低压蓄电池电量低时，启用动力锂电池为蓄电池充电，防止其馈电，但该方法只能作为暗电流偏大的补救措施，未从根本上解决暗电流大的问题。对充电桩或充电枪连接BMS的唤醒信号进行处理是解决BMS暗电流问题的关键，因此本文对此进行优化设计。

1 充电系统

充电桩分为交流慢充和直流快充，均有信号通过充电口传递给车辆。

1.1 交流慢充

对于电网功率小的位置，如小区车位、用户自家停车位等，交流慢充提供了此类场景下电能补给的解决方案。交流充电桩控制引导原理如图1所示，其中CC为连枪确认信号，CP为充电状态信号，将这两个信号连接至BMS的IO口进行检测。

当充电枪完全插入且连接可靠时，CC信号钟的开关S3闭合，即将电阻RC接地。对于BMS检测，CC信号的接地阻值由悬空变为RC。另外，在充电枪插入前CP信号未连上，BMS检测为0V，充电枪插入后，CP信号的12V信号连接BMS。

1.2 直流快充

公共充电桩市场以快充为主，以缓解电动汽车快速补能焦虑。直流充电桩控制引导原理如图2所示，其中S+和S-为控制器局域网（controller area network, CAN）通信，A+和A-为充电桩给车辆的12V辅助电源，CC2为连枪确认信号，将A+和CC2信号连接至BMS的IO口进行检测。

当充电枪完全插入充电口时，下拉电阻R3接入车辆。对于BMS检测，CC2信号由开路变为对地电阻R3状态；确认充电枪完全插入后，充电桩的K3、K4闭合，即A+、A-的辅助电源12V连接至充电口，由于设计A+、A-接入BMS，所以此时BMS可以检测到A+电压为12V。

1.3 唤醒回路的设计

慢充和快充均设计了两个信号作为唤醒信号，从而实现冗余设计，保证唤醒的可靠性。针对该唤醒电路，本文设计一个分支电路如图3所示，当BMS检测到该分支电路信号时，也将其作为唤醒源。

唤醒信号在BMS内唤醒BMS电源，电源给微控制器（microcontroller unit, MCU）和其他电路供电，BMS开始工作；同时，MCU也可以控制唤醒电路来维持唤醒状态和休眠决策。

2 电池管理系统休眠唤醒电路设计

2.1 BMS带休眠唤醒的电源供电设计

本文使用带使能脚的电源芯片，线性稳压器（low dropout regulator,LDO）或BUCK DC-DC芯片均可，目的是将汽车的12V蓄电池电源电压降到5V或3.3V，给BMS内部芯片供电。带休眠唤醒的电源电路如图4所示，使能脚即图4中EN脚，该引脚的作用是：若为高电平，则电源芯片工作，输出5V或3.3V；若为低电平0V，则电源芯片停止工作，输出电源电压为0V。将使能脚连接唤醒信号，则可实现用唤醒信号来控制BMS电源的开启和关闭，从而保证BMS在休眠时功耗极低。

2.2 多路唤醒电路的设计

如本文1.3节所述，唤醒信号源有多个，且BMS还需连接除充电枪以外的唤醒源，如汽车钥匙信号、CAN管理唤醒信号等，因此在BMS电源芯片的使能脚外围设计一个简单的或门电路，即每个信号串联二极管，多个唤醒信号中任一个为高电平时，均可将电源芯片的使能脚电平拉高，且每个唤醒信号之间互不干扰。多个唤醒信号合一电路如图5所示。

3 优化方案设计

经过实车测试发现，以上所述唤醒电路存在一个缺陷，即当车辆充电完成后，充电桩停止充电，此时为保证整车功耗，BMS应休眠，但用户不会立即拔下充电枪，导致充电枪连枪确认信号（CC、CC2）一直存在，无法将BMS电源关闭，致使整车功耗无法达到要求，长时间不拔枪可能导致蓄电池馈电，或需要启用车辆的动力电池为其供电，因此本文通过优化BMS的唤醒信号电路，实现唤醒源不被占用且可自控的功能。

3.1 唤醒源信号转换电路设计

本文设计一个单脉冲信号转换电路如图6所示，可将一个上升沿或下降沿信号转换为一个短时间脉冲信号。电路总体思路为：信号接入后控制一个开关管（三极管或场效应管）的门极，但中间串联一个电阻加电容传输跳变的信号，当信号发生变化（上升沿或下降沿）时电容两端电压发生变化，使开关管导通或截止，一小段时间后，电容充放电结束，电容两端电压恢复正常，开关管恢复原始状态。

因此，无论前级唤醒源是否维持（如充电枪是否一直插枪或遇到坏桩导致充电结束，充电状态信号不关闭），对于BMS内部唤醒信号，只有一段时间的置位，后恢复原始状态，释放唤醒信号回路，为下一次唤醒提供通路。这样既不影响BMS休眠，也不影响后续其他唤醒源再次唤醒BMS。

3.2 自保持/自杀电路的设计

3.1节所述电路还存在一个问题，即转换后的唤醒信号恢复原始状态后，BMS的上电唤醒状态也会置位（即休眠），因此本文设计一个如图7所示的自保持/自杀电路来控制BMS的工作状态。本文在唤醒源信号末端增加一个串联电阻和一个上拉电阻，如R1、R2及其电路，电阻R1连接电路内部唤醒后的5V/3.3V电源，当电路唤醒后，VCC上电，此时该唤醒口电平被该上拉电阻强行拉高。

本文还设计了一个MCU的IO口连接该唤醒口，如图7中电阻R3及其电路。当BMS需要休眠时，MCU软件控制该IO口输出电平，唤醒口的电平被IO口强行拉低，实现断电休眠。此电路既能保证前级多个唤醒信号的释放，不会导致BMS进入休眠，还能保证BMS的休眠由MCU软件控制。

将图6和图7所示电路组合，前者将唤醒源释放，后者在BMS被唤醒后利用软件将其维持在唤醒状态，因此即便充电枪唤醒信号丢失，比如开路、短路等状况，BMS均不会休眠，仍可维持正常工作，其软件也可正常控制自身休眠，使BMS对唤醒源的容错率大大提高。

3.3 电路工作流程

本文设计的BMS唤醒与休眠流程如图8所示，当充电枪插入车辆充电口后，充电连接确认信号和充电状态信号均被接入汽车BMS，拉高BMS内部电源的EN脚电平，BMS内部电源启动，MCU开机，并立即将自保持IO口电平拉高，保持电源EN脚高电平，此时因唤醒转换电路的存在，外部唤醒源的信号恢复原始状态，以保证唤醒源电路不被占用；当充电结束后，BMS的MCU判断充电流程完成，拉低自保持IO口电平，BMS休眠，此时若其他唤醒源唤醒车辆，如手机APP远程唤醒、钥匙遥控车辆解锁撤防、用户重新拔插充电枪等，均可以正常唤醒BMS，实现本文预期功能。

4 仿真与实测

唤醒源信号转换电路是实现本文优化功能的核心电路，因此对其进行仿真分析。仿真结果显示，图6所示电路能将电平信号转换为时长为1ms的单脉冲信号。单脉冲信号转换电路仿真结果如图9所示。

本文所设计的整个休眠唤醒电路系统应用于广汽埃安新一代BMS平台，通过对电池包进行整包实测，唤醒源电路与图9所示仿真结果相同，BMS可被各路唤醒源唤醒并保持唤醒状态，由MCU中的软件控制是否休眠，且保持插枪时或唤醒源持续输出唤醒信号时，BMS可以正常休眠，休眠后各个唤醒源均能再次唤醒BMS。电池包实测如图10所示。

通过实测，如果BMS电源使能脚不关闭，仅软件控制程序和其他模块休眠，整车暗电流最低为10mA左右，而本文设计的电路休眠后具备超低功耗，暗电流小于0.2mA，远低于行业标准1mA的暗电流要求。

通过整车充电工况测试，模拟用户实际使用情况。整车休眠后，充电枪插入唤醒车辆，唤醒BMS，车辆开始充电；充电结束后，保持插枪状态时，整车暗电流与整车休眠时的暗电流相同，说明整车全部电控单元均成功地进入休眠模式；进行各唤醒源操作，如APP远程起动车辆、手动按下点火按钮、拔枪再插枪，车辆均稳定起动。整车充电控制逻辑如图11所示。

此外，还对其他工况进行相关测试，如非休眠状态插枪充电、充电结束后未休眠时立刻对车辆进行操作等，测试结果均符合预期。

目前，该BMS平台已应用于广汽埃安AION S PLUS车型，经过一系列完整的整车功能、性能及耐久测试，均可稳定工作。该车型及该BMS已量产，出货量达数万台，得到了市场验证。

5 结论

本文以BMS的电源使能脚电路为基础，优化设计了一套电路系统，实现了以下功能：

1）多路唤醒源可同时唤醒BMS，且互不干扰。

2）唤醒信号实现了单脉冲转换，将稳定的电平信号转换为单个脉冲信号，实现了唤醒信号唤醒BMS后，唤醒信号回路释放，为下一次唤醒提供通路。

3）该唤醒电路具备自保持功能，整机是否休眠由软件控制，实现了软件处理完所有事件再休眠，可保证BMS休眠逻辑的正确性。

上述功能实现了整车可以插枪唤醒，充满电后，整车超低功耗休眠，且可再次被唤醒。本文设计改善了用户使用感受，已完成了样机、整包、整车验证，并实现量产，市场反馈良好。

本工作成果发表在2023年第12期《电气技术》，论文标题为“电动汽车充电插枪休眠设计与优化”，作者为李斌、王定强。