保护装置及方法、供电系统与流程

本发明涉及电动交通设备技术领域，具体而言，涉及一种保护装置及方法、供电系统。

背景技术：

随着科学技术的发展和提高，为减小对不可再生的石化能源的消耗，在汽车领域，以电能为主的新能源汽车逐步得到了应用。

目前，新能源汽车完全依靠蓄电池组的电源设备供电，电源设备的安全性尤为重要，保险丝或者空气开关就是均对电源设备进行过流保护或短路保护的一种措施。当电源设备超出电流限制对负载供电时，保险丝烧断或空气开关断开，从而阻断对负载供电，起到保护作用。保险丝烧断后使得电源设备和负载之间的回路断开，从而对汽车恢复正常工作造成阻碍。此外，空气开关断开也使得电源设备和负载之间的回路断开，但由于空气开关不能自动复位，也对汽车恢复正常工作造成阻碍。

因此，如何能够即能够实现对负载的保护，又不影响到汽车的正常工作是目前业界一大难题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种保护装置及方法、供电系统，以有效改善上述缺陷。

本发明的实施例解决上述技术问题的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种保护装置，其特征在于，应用于供电系统，所述供电系统包括：电源设备和负载，所述电源设备与所述负载连接，所述保护装置包括：检测处理模块和开关模块。所述检测处理模块分别与所述电源设备和所述开关模块连接，所述开关模块与所述负载连接。所述检测处理模块，用于获取所述供电系统中的供电回路的电压信号，判断所述电压信号是否满足预设条件，若是，控制所述开关模块处于断开状态，之后判断所述电压信号是否满足所述预设条件，若否，控制所述开关模块处于导通状态。

第二方面，本发明实施例提供了一种保护方法，应用于所述的保护装置的检测处理模块。所述方法包括：获取供电系统中的供电回路的电压信号；判断所述电压信号是否满足预设条件，若是，控制开关模块处于断开状态，之后判断所述电压信号是否满足所述预设条件，若否，控制所述开关模块处于导通状态。

第三方面，本发明实施例提供了一种供电系统，所述供电系统包括：电源设备、负载和所述的保护装置，所述电源设备与所述负载连接，所述保护装置分别与所述电源设备和所述负载连接。

本发明实施例的有益效果是：

通过检测处理模块检测供电系统回路中的电压信号，当判定电压信号满足预设条件时，则控制开关模块处于断开状态而实现对负载的保护。并在开关模块处于断开状态之后，检测处理模块还判断电压信号是否满足预设条件，若否，则控制开关模块由断开状态调整至导通状态，以使供电系统自动恢复到正常工作。因此，通过检测处理模块的自动判断和控制，实现了对负载保护的同时，又不影响到汽车的正常工作。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了本发明第一实施例提供的一种保护系统的结构框图；

图2示出了本发明第二实施例提供的一种保护装置的第一结构框图；

图3示出了本发明第二实施例提供的一种保护装置的第二结构框图；

图4示出了本发明第二实施例提供的一种保护装置中检测处理模块的电路图；

图5示出了本发明第二实施例提供的一种保护装置中开关模块的电路图；

图6示出了本发明第三实施例提供的一种保护方法的流程图。

图标：10-供电系统；11-电源设备；12-负载；100-保护装置；110-检测处理模块；111-检测单元；112-比较单元；1121-第一比较器电路；1122-第二比较器电路；113-逻辑门单元；120-开关模块；121-第一开关单元；122-第二开关单元；123-截止控制单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。而在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种供电系统10，该供电系统10包括：电源设备11、负载12和保护装置100。其中，电源设备11的正极与负载12连接，保护装置100分别与电源设备11的负极和负载12连接。

电源设备11用于为负载12的正常工作提供电能，电源设备11可以为多个相互连接的蓄电池组成。电源设备11通过连接负载12，通过放电将存储的电能输出至负载12，以保证负载12的正常工作，或通过充电获取外部输入的电能，以将电能存储。

负载12为汽车上的部件，例如，电动发动机。负载12能够获取电源设备11输出电能而进行正常工作，例如，电动发动机获取电能而转动，以驱动汽车行驶。

保护装置100用于检测并获取供电系统10供电回路中的电压信号，并判断电压信号是否满足预设条件。若是，则说明供电系统10的供电回路中过流或过压，进而保护装置100断开供电系统10的供电回路，以使负载12和电源设备11得到保护。并在供电系统10的回路断开后，继续判断电压信号是否回落到满足预设条件，若否，则说明供电系统10的供电回路中不再过流或过压，进而保护装置100闭合供电系统10的供电回路，以使供电系统10重新恢复到正常工作。

第二实施例

请参阅图2，本发明第二实施例提供了一种保护装置100，保护装置100应用于供电系统，该保护装置100包括：检测处理模块110和开关模块120。其中，检测处理模块110分别与电源设备11的负极和开关模块120连接，开关模块120与负载12连接。

检测处理模块110用于检测并获取供电系统的供电回路中的电压信号。通过比较器判断电压信号是否满足预设条件，若是，触发输出第一电平至开关模块120。之后再通过比较器判断电压信号是否回落到满足预设条件，若否，触发输出第二电平至所述开关模块120。

开关模块120用于根据获取的第一电平而处于断开状态，以使供电系统的供电回路处于开路状态，从而保护供电系统中的负载12和电源设备11。并根据获取的第二电平而处于导通状态，以使供电系统的供电回路处于闭合状态，从而供电系统恢复到正常工作。

本实施例中，第一电平和第二电平的差值满足预设标准即为：当第一电平为高电平时，其第二电平为低电平，或当第一电平为低电平时，其第二电平为高电平。优选地，第一电平为低电平，第二电平为高电平。

请参阅图3和图4，检测处理模块110包括：检测单元111、比较单元112和逻辑门单元113。其中，检测单元111分别与电源设备11、比较单元112和开关模块120连接，逻辑门单元113分别比较单元112和开关模块120连接。

检测单元111用于获取供电系统的供电回路中的电压信号，并将电压信号输出至比较单元112。

具体的，检测单元111具体为第一电流检测电阻r1，第一电流检测电阻r1的一端设有连接电源设备11的负极的连接端口a1，第一电流检测电阻r1的另一端则分别连接比较单元112和开关模块120的连接端口a2。第一电流检测电阻r1通过连接到供电系统的供电回路中，第一电流检测电阻r1将流过的电流信号转换为电压信号，并将该电压信号输出至比较单元112。

如图3和图4所示，比较单元112用于判断获取的电压信号是否满足预设条件，若是，触发逻辑门单元113输出第一电平至开关模块120，以控制开关模块120处于断开状态。之后再继续判断电压信号是否回落至满足预设条件，若否，触发逻辑门单元113输出第二电平至开关模块120，以控制开关模块120由截止状态调整至处于导通状态。

具体的，比较单元112包括：第一比较器电路1121和第二比较器电路1122，其中，第一比较器电路1121的反向输入端和第二比较器电路1122的正向输入端均与检测单元111连接，第一比较器电路1121的输出端和第二比较器电路1122的输出端均与逻辑门单元113连接。

在本实施例的第一比较器电路1121和第二比较器电路1122中：

第一比较器u1的正向输入端分别与第一电阻r2的一端和第二电阻r3的一端连接。第一电阻r2的另一端连接外部的第一参考电源，该第一参考电源可以为200mv。第二电阻r3的另一端则与第一比较器u1的输出端连接。第一比较器u1的反向输入端即为第一比较器电路1121的a反向输入端，其与检测单元111中的连接端口a2连接。第一比较器u1的电源端连接外部的工作电源，该工作电源可以为5v。第一比较器u1的接地端设有连接电源设备11的负极的连接端口a3。第一比较器u1的输出端即为第一比较器电路1121的输出端，其与逻辑门单元113连接。

第二比较器u2的正向输入端分别与第三电阻r4的一端和第四电阻r5的一端连接。第三电阻r4的另一端即为第二比较器电路1122的正向输入端，其与检测单元111中的连接端口a2连接。第四电阻r5的另一端则与第二比较器u2的输出端连接。第二比较器u2的反向输入端连接外部的第二参考电源，该第二参考电源可以为-80mv。第二比较器u2的电源端连接外部的工作电源，该工作电源可以为5v。第二比较器u2的接地端设有连接电源设备11的负极的连接端口a4。第二比较器u2的输出端即为第二比较器电路1122的输出端，其与逻辑门单元113连接。

通过第一比较器电路1121和第二比较器电路1122的上述连接关系，通过第一电阻r2和第二电阻r3的分压，以及第一比较器u1连接外部的第一参考电源，使得第一比较器u1具有第一阈值，该第一阈值还具有的上限值和下限值。其中，第一阈值的的上限值为250a，第一阈值的的上限值为200a。另外，通过第三电阻r4和第四电阻r5的分压，以及第二比较器u2连接外部的第二参考电源，使得第二比较器u2具有第二阈值，该第二阈值还具有的上限值和下限值。其中，第二阈值的下限值为-100a，第二阈值的的上限值为-80a。可以理解到，比较单元112判定满足预设条件即为供电回路中的电压信号大于第一阈值的上限值或小于第二阈值的下限值，而比较单元112判定不满足预设条件即为供电回路中的电压信号小于第一阈值的下限值或大于第二阈值的上限值。

本实施例中，第一比较器u1和第二比较器u2均为高电平有效，即第一比较器u1和第二比较器u2在初始状态输出高电平。

当电源设备11放电输出电能时，供电系统回路中的电流方向由连接端口a2流向连接端口a1，此时，供电回路中的电压信号大于第二阈值的下限值。第一比较器电路1121中的第一比较器u1将获取到的该电压信号和第一阈值比较，而第二比较器电路1122中的第二比较器u2将获取到的该电压信号和第二阈值比较。而由于该电压信号大于第二阈值的下限值，则在电源设备11放电输出电能时，第二比较器u2持续的保持高电平输出。当该电压信号不大于第一阈值中的上限值时，则第一比较器u1不做动作，即第一比较器电路1121保持高电平输出。当该电压信号大于第一阈值中的上限值时，则第一比较器u1判定满足预设条件，即第一比较器电路1121触发输出低电平至逻辑门单元113，以触发逻辑门单元113输出低电平的第一电平，进而控制开关模块120处于断开状态。并在开关模块120处于断开状态后，第一比较器u1还将该电压信号和第一阈值比较，当该电压信号不小于第一阈值中的下限值时，则第一比较器u1不做动作，即第一比较器电路1121仍保持低电平输出。当该电压信号回落至小于第一阈值中的下限值时，则第一比较器u1判定不满足预设条件，即第一比较器电路1121恢复输出高电平至逻辑门单元113，以触发逻辑门单元113输出高电平的第二电平，进而控制开关模块120由断开状态调整为初始的导通状态。

当电源设备11充电输入电能时，供电系统的供电回路中的电流方向由连接端口a1流向连接端口a2，此时，供电回路中的电压信号小于第一阈值的下限值。第二比较器电路1122中的第二比较器u2将获取到的该电压信号和第二阈值比较，而第一比较器电路1121中的第一比较器u1也将获取到的该电压信号和第一阈值比较。而由于该电压信号小于第一阈值的下限值，则在电源设备11充电输入电能时，第一比较器u1持续的保持高电平输出。当该电压信号不小于第二阈值中的下限值时，则第二比较器u2不做动作，即第二比较器电路1122保持高电平输出。当该电压信号小于第二阈值中的下限值时，则第二比较器u2预设条件，即第二比较器电路1122触发输出低电平至逻辑门单元113，以触发逻辑门单元113输出低电平的第一电平，进而控制开关模块120处于断开状态。并在开关模块120截止后，第二比较器u2还将该电压信号和第二阈值比较，当该电压信号不大于第二阈值中的上限值时，则第二比较器u2不做动作，即第二比较器电路1122仍保持低电平输出。当该电压信号回落至大于第二阈值中的上限值时，则第二比较器u2判定不满足预设调节，即第二比较器电路1122恢复输出高电平至逻辑门单元113，以触发逻辑门单元113输出高电平的第二电平，进而控制开关模块120由断开状态调整为初始的导通状态。

可以理解到，第一阈值中的下限值低于其上限值，以及第二阈值中的下限值低于其上限值，使得当供电回路中的电压低于第一阈值的下限值，或高于第二阈值中的上限值时供电回路才恢复到闭合状态，有效的保障了负载12的安全。

如图3和图4所示，逻辑门单元113可以为与逻辑门电路u3，其中，与逻辑门电路u3的第一输入端与第一比较器电路1121的输出端连接，与逻辑门电路u3的第二输入端与第二比较器电路1122的输出端连接，与逻辑门电路u3的输出端则与开关模块120连接。

当第一比较器电路1121和第二比较器电路1122均输出高电平时，逻辑门单元113相应的输出高电平的第二电平至开关模块120，以使开关模块120处于导通状态。若当第一比较器电路1121输出低电平或第二比较器电路1122输出低电平时，逻辑门单元113则相应的输出低电平的第一电平至开关模块120，以使开关模块120处于截止状态。

可以理解到，本实施例中逻辑门单元113为与门为本发明的一种优选实施方式。其也可采用其他逻辑门电路，例如，当第一比较器u1和第二比较器u2为均低电平有效时，逻辑门单元113则可以为或门，在此就不做详细说明。

请参阅图3和图5，开关模块120包括：第一开关单元121、第二开关单元122和截止控制单元123。其中，第一开关单元121分别与逻辑门单元113和第二开关单元122连接，第二开关单元122分别与检测单元111和负载12连接，截止控制单元123分别与第一开关单元121、第二开关单元122和检测单元111连接。

第一开关单元121用于当获取第一电平时，第一开关单元121处于断开状态，将第一电平加载至第二开关单元122，以控制第二开关单元122也处于断开状态。

在本实施例的第一开关单元121中：

第一分压电阻r6的一端设有连接逻辑门单元113的输出端的连接端口b1，第一分压电阻r6的另一端和第二分压电阻r7的一端均与第一场效应管mos1的栅极连接。第二分压电阻r7的另一端和第一场效应管mos1的源极连接，并设有与检测单元111的连接端口a2的连接端口b2。第一场效应管mos1的漏极与第三分压电阻r8的一端连接，第三分压电阻r8的另一端和第四分压电阻r9的一端均与第二场效应管mos2的栅极连接，第四分压电阻r9的另一端与第二场效应管的源极均连接外部的工作电源，该工作电源可以为5v。第二场效应管mos2的漏极则与第二开关单元122连接。

当第一开关单元121处于断开状态而获取到高电平的第二电平时，第一开关单元121中的第一场效应管mos1和第二场效应管mos2依次处于导通状态，以将第二电平加载至第二开关单元122，以控制第二开关单元122也处于导通状态。当第一开关单元121处于导通状态而获取到低电平的第二电平时，第一开关单元121中的第一场效应管mos1和第二场效应管mos2依次处于断开状态，以将第二电平加载至第二开关单元122，以控制第二开关单元122也处于断开状态。

第二开关单元122用于获取到第一电平时，第二开关单元122处于断开状态，或获取到第二电平时，第二开关单元122处于导通状态。本实施例中，为提高第二开关单元122的带载能力，第二开关单元122中的场效应管为至少一个，优选地，第二开关单元122中的场效应管可为3个。

在本实施例的第二开关单元122中：

第五分压电阻r10的一端与第一开关单元121连接，第五分压电阻r10的另一端和第六分压电阻r11的一端均与第一整流二极管d1的阴极端连接，第一整流二极管d1的阴极端分别与第三场效应管mos3的栅极、第四场效应管mos4的栅极和第五场效应管mos5的栅极连接。第三场效应管mos3的漏和第四场效应管mos4的漏极与第五场效应管mos5的漏极连接，并设有连接负载12的连接端口b3。第六分压电阻11的另一端、第三场效应管mos3的源极、第四场效应管mos4的源极均与第五场效应管mos5的源极连接，并设有连接检测单元111的连接端口a2的连接端口b4。此外，第二整流二极管d2的阳极端与第三场效应管mos3的源极连接，第二整流二极管d2的阴极端与第三场效应管mos3的漏极连接。第三整流二极管d3的阳极端与第四场效应管mos4的源极连接，第五整流二极管d的阴极端与第四场效应管mos4的漏极连接。第四整流二极管d4的阳极端与第五场效应管mos5的源极连接，第四整流二极管d4的阴极端与第五场效应管mos5的漏极连接。

当第二开关单元122处于截止状态而获取到高电平的第二电平时，第二开关单元122中的第三场效应管mos3、第四场效应管mos4和第五场效应管mos5均处于导通状态，从而使得供电系统的供电回路闭合。当第二开关单元122处于导通状态而获取到低电平的第一电平时，第二开关单元122中的第三场效应管mos3、第四场效应管mos4和第五场效应管mos5均通过将能量释放至截止控制单元123而快速的由导通状态调整至断开状态，从而使得供电系统的供电回路快速断开。

截止控制单元123用于当获取第一电平时，截止控制单元123根据第二开关单元122的释能而处于导通状态，以使第二开关单元122快速的由导通状态调整为断开状态。或当获取第二电平时，截止控制单元123处于断开状态。

在本实施例的截止控制单元123中：

第一二极管d5的阳极和第二二极管d6的阳极均与第一开关单元121连接，第一二极管d5的阴极分别与第二开关单元122和第一三极管q1的发射极连接，第二二极管d6的阴极分别与第五电阻r12的一端和第一三极管q1的基极连接，第五电阻r12的另一端和第一三极管q1的集电极与连接端口b4连接。

当第一开关单元121处于断开状态改变为导通状态，并输出高电平的第二电平时，截止控制单元123中第一三极管q1的基极和集电极电势相同，第一三极管q1处于断开状态，进而不对第二开关单元122的动作进行控制。当第一开关单元121处于导通状态改变为断开状态，并输出低电平的第一电平时。第二开关单元122中的第三场效应管mos3、第四场效应管mos4和第五场效应管mos5均通过将能量释放至截止控制单元123，使得截止控制单元123中第一三极管q1饱和导通，进而第一三极管q1将第二开关单元122的电压迅速拉低。第二开关单元122中的能量被快速的释放到了截止控制单元123，进而使得第二开关单元122中第三场效应管mos3、第四场效应管mos4和第五场效应管mos5均快速的由导通状态改变为断开状态。因此，截止控制单元123能够有效缩小第二开关单元122由导通状态变为断开状态的动作时长，以免负载12长时间的处于过流状态或过压状态。

第三实施例

请参阅图6，本发明第三实施例提供了一种保护方法，应用于保护装置。该保护方法包括：步骤s100和步骤s200。

步骤s100：获取供电系统中的供电回路的电压信号。

步骤s200：判断所述电压信号是否满足预设条件，若是，控制开关模块处于断开状态，之后判断所述电压信号是否满足所述预设条件，若否，控制所述开关模块处于导通状态。。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述装置中的对应过程，在此不再赘述。

综上所述：本发明实施例提供了一种保护装置及方法、供电系统，其中，保护装置应用于供电系统。供电系统包括：电源设备和负载，电源设备与负载连接，保护装置包括：检测处理模块和开关模块；检测处理模块分别与电源设备和开关模块连接，开关模块与负载连接。

通过检测处理模块检测供电系统回路中的电压信号，当判定电压信号满足预设条件时，则控制开关模块处于断开状态而实现对负载的保护。并在开关模块处于断开状态之后，检测处理模块还判断电压信号是否满足预设条件，若否，则控制开关模块由断开状态调整至导通状态，以使供电系统自动恢复到正常工作。因此，通过检测处理模块的自动判断和控制，实现了对负载保护的同时，又不影响到汽车的正常工作。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。