一种安全连接装置及应急启动电源的制作方法

1.本发明涉及安全电连接的技术领域，特别是涉及一种安全连接装置及应急启动电源。


背景技术：

2.汽车应急启动电源是一种用于汽车电瓶亏电或者其他原因(如低温)无法启动汽车的时候能启动汽车的装置。汽车应急启动电源在使用时会存在电瓶夹正负极夹反、短路、夹高压、夹低压、汽车无电瓶等危险情况，处理不当会引发严重的安全事故。
3.市场上现有的汽车应急启动电源电瓶夹的管理比较单一，仅具有上述单一(如防夹反)危险情况的处理功能，对使用者以及产品的保护不够全面，存在很大的安全隐患。尤其是近年来动力锂电池在汽车应急启动电源上的普及，对安全性提出了更高的要求，现有的电瓶夹管理系统无法满足这一要求，频频出现电池鼓包、着火、爆炸等安全事故，需要改进。


技术实现要素：

4.为解决现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种安全连接装置及应急启动电源，可实现检测正常电瓶、低压电瓶、甚至零电电瓶的接入各种状态，并对异常状态进行提示。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案。
6.在一方面，本发明提供了一种安全连接装置，包括：电源连接端，用于与电池组件电连接；负载连接端，用于与外部负载电连接；第一开关电路，用于控制断开或导通地设置于所述电源连接端和负载连接端连接之间；控制器，用于控制第一开关电路；
7.其中，该安全连接装置还包括：电压获取电路，用于获取负载连接端的电压vdet和电源连接端的电压vbat；
8.连接状态判断模块，用于将负载连接端的电压vdet和电源连接端的电压vbat满足预设条件的状态，判断为正常连接状态，并用于将正常连接状态以外的状态，判断为异常连接状态；
9.当安全连接装置处于正常连接状态，所述控制器将第一开关电路由断开调整至导通；当安全连接装置处于异常连接状态，所述控制器保持第一开关电路的断开。
10.依上述方案，第一可选的方案有，所述连接状态判断模块包括第一逻辑：若满足vbat＞vdet且vdet＞0，则判定为正常连接状态，若不满足vbat＞vdet且vdet＞0，则判定为异常连接状态。
11.上述方案，第二可选的方案有，该安全连接装置还包括第二开关电路，所述第二开关电路与第一开关电路并联电连接，所述控制器分别独立地连接于第二开关电路所述第二开关电路与第一开关电路的控制端；所述第二开关电路用于在其导通时以相比于第一开关电路较小电流地供电于负载连接端。
12.上述方案，与第二可选的方案相结合的方案有，该安全连接装置还包括模式设置模块，所述模式设置模块用于响应于切换指令而将安全连接装置设置在常规模式或强启模式；在常规模式下，连接状态判断模块运行时，所述第二开关电路维持于断开；在强启模式下，连接状态判断模块运行时，所述第二开关电路调整为导通。
13.与上述结合方案，进一步有，所述模式设置模块包括第二逻辑：所述模式设置模块默认设置为常规模式，当连接状态判断模块作出异常连接状态的判定，并且满足vdet＝0v的条件，则经接收到切换指令后所述模式设置模块将安全连接装置由常规模式切换为强启模式。
14.与上述结合方案，进一步有，在常规模式和强启模式下，所述连接状态判断模块包括第一逻辑：
15.在常规模式下，若满足vbat＞vdet，且vdet＞0，则判定为正常连接状态；若不满足vbat＞vdet，且vdet＞0，则判定为包含连接短路、连接开路或负载电池零电量可能情况的异常连接状态；
16.在强启模式下，若满足vbat＞vdet，且vdet＞0，则判定为正常连接状态；若满足vbat＞vdet，且vdet＞0，则判定为包含连接短路、连接开路可能情况的异常连接状态。
17.上述方案，与第二可选的方案相结合的方案有，所述第一开关电路包括继电开关k1，所述继电开关k1的控制端连接于控制器的使能端en_1，所述继电开关k1的开关两端分别连接于电源连接端和负载连接端；
18.所述第二开关电路包括相串联的电子开关管m1、二极管d1和电阻r1，所述二极管d1阳极朝向电源连接端而阴极朝向负载连接端，电子开关管m1的控制端连接于控制器的使能端en_2，以使经电阻r1限制的电流单向地自电源连接端导通到负载连接端；
19.所述电压获取电路包括负载电压采样电路，所述分压采样电路包括电阻r2、电阻r3和稳压管zd1，所述电阻r2和电阻r3相互串联，且串联的两端分别连接于负载连接端的正极js+和负载连接端的负极js
‑
；所述控制器的采样端连接于电阻r2和电阻r3之间；
20.所述稳压管zd1并联连接于电阻r3的两端，所述稳压管zd1的阳极连接在靠近负载连接端的负极js
‑
一侧，所述稳压管zd1的阴极连接在靠近负载连接端的正极js+一侧。
21.依上述方案，第三可选的方案有，该安全连接装置还包括反接识别模块，所述反接识别模块用于识别反接状态，并将反接状态转换为控制信号驱使报警器件启动。
22.上述方案，与第三可选的方案相结合的方案有，所述反接识别模块包括可控开关管q2、电阻r8、电阻r9、二极管d3和二极管d4，所述二极管d4以其阳极连接于负载连接端正极js+,以其阴极连接于可控开关管q2导通端；所述电阻r9以其两端并联于二极管d4和可控开关管q2的控制端；所述可控开关管q2的控制端通过电阻r8连接于负载连接端负极js
‑
；所述二极管d3并联于电阻r9，并且以其阳极连接于靠近二极管d4阳极一侧，以其阴极连接于靠近可控开关管q2控制端一侧，以使负载连接端反接状态下电阻r9获得电压而令可控开关管q2导通并输出控制信号。
23.在另一方面，本发明提供了一种应急启动电源，包括上述的安全连接装置，还包括蓄电池和充电夹，所述蓄电池供电连接于电源连接端，所述充电夹电连接与负载连接端。
24.与现有技术相比，本发明有益效果如下：
25.(1)本发明的安全连接装置及应急启动电源，利用电源连接端和负载连接端断开
时，判断两者电压参量是否满足要求，而确定正常连接状态，无需具体测量及区分各种异常情况，连接状态判断的方法简单而准确，简化确保连接安全的检测电路结构，使正常连接情况下应急启动电源能快速运行，并相应简化用户的操作时间。
26.(2)本发明的安全连接装置及应急启动电源，在主要控制通断的第一开关电路基础上，并联设置第二开关电路，能够对负载电池进行小电流预充电，避免负载电池因零电量，而在连接状态检测时被判定为异常。
27.(3)进一步，本发明的安全连接装置及应急启动电源，利用反接识别模块在连接异常时为反接情况的异常连接状态，并直接形成反接警示信息提醒用户进行相应操作，而无需隔离器件实现检测反接功能；再利用简单而有效的电压获取电路，使外部负载电池的电压检测阈值降低，提高检测的准确性和安全性；本发明还第二开关电路利用安全而低成本的mos管和电阻来对零电量电池进行预充电。
28.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
29.图1为本发明实施例的带有安全连接装置的应急启动电源电路结构框图；
30.图2为本发明实施例的安全连接装置电路结构示意图；
31.图3为本发明实施例的安全连接装置中反接识别模块电路结构示意图；
32.图4为本发明实施例的安全连接装置运行逻辑流程图；
33.附图标记为：100、启动电源本体；200、连接装置本体；b10、电池电源；j20、负载电瓶；10、电源连接端；20、负载连接端；30、第一开关电路；40、第二开关电路；50、控制器；51、连接状态判断模块；52、模式设置模块；61、分压采样电路；62、电源电压采集电路；71、反接识别模块；72、警报驱动模块；73、警报器件。
具体实施方式
34.为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不作为限制本发明的范围。
35.如图1至4所示，是根据本发明的实施例的一种安全连接装置，包括连接装置本体200，以及带有连接装置本体200的应急启动电源，所述应急启动电源包括启动电源本体100。
36.参照图1，启动电源本体100包括连接装置本体200、蓄电池和充电夹。其中，蓄电池连接到连接装置本体200的一端，充电夹连接装置本体200的另一端。蓄电池用于提供电力。充电夹用于连接应急启动的负载，负载如汽车内电池或启动电机。连接装置本体200用于安全地控制蓄电池对负载的供电。该连接装置本体200包括：电源连接端10、负载连接端20、第一开关电路30、第二开关电路40、控制器50、电压获取电路、连接状态判断模块51和模式设置模块52。其中具体有，电源连接端10接入启动电源本体100的蓄电池，以获取电力；负载连接端20接入启动电源本体100的充电夹，以为应急启动提供电力。电源连接端10、第一开关电路30和负载连接端20依次电性连接，控制器50以一独立控制端口控制第一开关电路30的开和关，第一开关电路30的开和关的切换，可使电源连接端10和负载连接端20之间形成导
通和断开的状态调整。电源连接端10、第二开关电路40和负载连接端20依次电性连接，控制器50以另一独立控制端口控制第二开关电路40的开和关，第二开关电路40的开和关的切换，可使电源连接端10和负载连接端20之间形成导通和断开的状态调整。第一开关电路30和第二开关电路40的区别在于：第二开关电路40具有限流电路，以使当第二开关电路40导通时的电流小于第一开关电路30导通时的电流。
37.具体地，本实施例如图1所示，电压获取电路包括分压采样电路61和电源电压采样电路。分压采样电路61的输入端连接于负载连接端20，其输出端连接于控制器50的其一接收端，以获取负载连接端20的电压vdet。电源电压采样电路的输入端连接于电源连接端10，其输出端连接于控制器50的另一接收端，以获取电源连接端10的电压vbat。所述连接状态判断模块51用于根据vdet和vbat与预设条件的比较，而判断连接装置本体200是处于正常连接状态，还是处于异常连接状态。在连接装置本体200接收到启动指令时，经连接状态判断模块51判断后，若为正常连接状态，则由控制器50将第一开关电路30由断开调整至导通，而执行启动指令，若为异常连接状态，则由控制器50保持第一开关电路30的断开，而不执行启动指令。
38.在本实施例特别地有，所述连接状态判断模块51具有第一逻辑。该第一逻辑包含有：若满足vbat＞vdet且vdet＞0，则判定为正常连接状态，若不满足vbat＞vdet且vdet＞0，则判定为异常连接状态。
39.值得说明的有，在连接装置本体200接收到启动指令之前，第一开关电路30处于断开状态，电源连接端10和负载连接端20处于断开状态，vbat可表示蓄电池的电压，vdet可表示负载的电压，连接状态判断模块51以满足vbat＞vdet且vdet＞0为条件确定正常连接状态，而不检测及区分连接短路、连接反接、连接开路或者电池零电量等异常情况，并将排除正常连接状态以外的状态确定为异常连接状态。
40.实施例的一种安全连接装置特点在于：利用电源连接端10和负载连接端20断开下，判断两者电压参量是否满足要求来确定正常连接状态，无需具体测量及区分各种异常情况，连接状态的判断方法简单而准确，简化确保连接安全的检测电路结构。在常规的电池夹操作下，正常连接状态发生的概率占绝大部分情况，该方式可令在使用应急启动电源时，能快速进入设备启动供电的状态，极大地方便了用户的使用。
41.具体地，本实施例如图1所示，所述模式设置模块52用于响应于切换指令而将连接装置本体200设置在常规模式或强启模式。在常规模式下，连接状态判断模块51运行时，第二开关电路40维持于断开状态；在强启模式下，连接状态判断模块51运行时，第二开关电路40维持于导通状态。值得说明的有，在第一开关电路30和第二开关电路40的结构下，连接装置本体200可通过第一开关电路30导通而使蓄电池对负载供电；或者，连接装置本体200还可通过第一开关电路30和第二开关电路40均断开而使蓄电池断开于负载，从而在启动电源本体100不使用、或连接异常等情况上；或者，连接装置本体200可通过第一开关电路30断开但第二开关电路40导通而使较小电流从蓄电池导通于负载，从而在汽车内电池零电量时为其充电，同时确保其他连接异常情况下，该电流不会造型危险情况。
42.在本实施例特别地有，所述模式设置模块52具有第二逻辑。该第二逻辑包含有：当连接装置本体200由导通调整为断开，模式设置模块52默认地将连接状态判断模块51的运行模式设置于常规模式，即判断连接状态时，维持第二开关电路40的断开；当在常规模式
下，连接状态判断模块51作出异常连接状态的判定作出异常连接状态的判定时，并且满足vdet＝0v的条件，则由控制器50执行引导程序。当用户根据引导程序输入切换指令后，模式设置模块52将连接状态判断模块51的运行模式设置于强启模式，即判断连接状态时，维持第二开关电路40的连通。
43.实施例的一种安全连接装置特点还在于：利用模式设置模块52，模式可选地将连接装置本体200设置在不进行小电流预充电的常规模式下，或者将连额吉装置本体设置在进行小电流预充电的强启模式，在简单的连接状态判断电路结构基础上，进一步在确实出现异常时，
44.可以理解的是，本实施例中，所述第一逻辑设在控制器50内部的一程序，所述第二逻辑是设在控制器50内部的另一程序。在其他实施例中，所述连接状态判断模块51也可以是能够实现所述第一逻辑的独立的控制处理电路。相应的，所述模式设置模块52也可以是能够实现所述第二逻辑的立的控制处理电路。
45.具体地，本实施例如图1所示，该连接装置本体200还包括反接识别模块71。所述反接识别模块71的输入端连接于负载连接端20，用于识别反接状态并将反接状态转换为控制信号驱使报警器件启动。实施例的一种安全连接装置特点还在于：利用反接识别模块71，在进行不区分异常连接状态的基础上，识别出负载反向连接的异常状态，并进行报警。
46.参照图2，是本实施例安全连接装置的具体电路结构。负载连接端20由js+端和js
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端组成，js+端和js
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端分别连接于充电夹的正负端。电源连接端10由正极bat+端和负极bat
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端组成，bat+端和bat
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端分别连接到应急启动电源中的蓄电池。
47.具体有，第一开关电路30继电开关k1，继电开关k1的控制端连接于控制器50的使能端en_1，继电开关k1的两开关端分别连接于电源连接端10和负载连接端20；当判定为正常连接状态，则控制继电开关k1连通，应急启动电源执行为外部负载正常供电的功能，当判定为异常连接状态，则控制继电开关k1维持关闭，直至异常情况被排除。相应地，第二开关电路40由相串联的电子开关管m1、二极管d1和电阻r1组成。电子开关管m1是mosfet开关管，其内有伴生二极管，截止电流从电源连接端10流向负载连接端20。二极管d1阳极朝向电源连接端10而阴极朝向负载连接端20，截止电流从负载连接端20流向电源连接端10，电子开关管m1的控制端连接于控制器50的使能端en_2。电阻r1串联在第一开关电路30中，起到限流的作用。当电子开关管m1关闭，第二开关电路40对于电源连接端10和负载连接端20均不导通；当电子开关管m2连通，经过r1限制的安全电流将从电源连接端10单向地流至负载连接端20单，实现强启模式下，对负载电池的充电。电子开关管m1的控制端通过并联在源极和漏极的电阻r4，依次串联到电阻r5，晶体管q1和连接线路的负回路(或接地)。晶体管q1控制端连接于控制器50的使能端en_2，以利用安全的电压控制电子开关管m1。
48.具体有，电压获取电路由电源电压采集电路62和分压采样电路61组成，电源电压采集电路62可以利用应急启动电源中的能够获取蓄电池电参量的电路来采集。值得说明的是，分压采样电路61由电阻r2、电阻r3和稳压管zd1组成。电阻r2和电阻r3相互串联，且串联的两端分别连接于js+端和js
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端，电阻r2和电阻r3可获取采样电流，电阻r3作为电压采样电阻，电阻r2作为降压电阻。电阻r3的两端并联有电容c1，以滤除电压信号的波形。电阻r3的两端还并联连接有稳压管zd1，稳压管zd1的阳极连接在靠js
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端一侧，稳压管zd1的阴极连接在靠近js+端一侧，防止负载连接端20电压过高的异常情况，确保装置的安全。控制器
50中用于采样的adc端连接在电阻r2和电阻r3之间。以获取电阻r3两端的电压，最终获得负载连接端20的vdet。
49.参照图3，是本实施例安全连接装置中反接识别模块71的具体电路结构。反接识别模块71主要由可控开关管q2、电阻r8、电阻r9、二极管d3和二极管d4组成。具体的，可控开关管q2是晶体管。所述二极管d4以其阳极连接于负载连接端20js+端,以其阴极连接于可控开关管q2导通端；所述电阻r9以其两端并联于二极管d4和可控开关管q2的基极；所述可控开关管q2的控制端通过电阻r8连接于js
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端；所述二极管d3并联于电阻r9，并且以其阳极连接于靠近二极管d4阳极一侧，以其阴极连接于靠近可控开关管q2基极。若js+端和js
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端极性正向连接，则二极管d4将截止，确保电阻r9和r8不会形成回路。若js+端和js
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端极性反向连接，则二极管d4将导通，使电阻r9能过得足以导通q2的电压。而电阻r8用于限制反向连接时的电流，二极管d3用于防止电路短路时，限制电压的方向。最终，负载连接端20反接状态下电阻r9获得电压而令可控开关管q2导通并输出控制信号。
50.具体有，反接识别模块71可直接驱动蜂鸣器，或诸如led指示灯等的以声音或光发出反接信息的警报器件73。利用电路如有，可控开关管q2的发射极通过电阻r10连接到高电平电源，形成导通电压。可控开关管q2的发射极通过电阻r11连接到晶体管q3的基极，晶体管q3的发射极通过电阻r12连接到晶体管q4的基极，以通过晶体管q4控制报警器件的启停。报警器件并联有二极管d5，以防止电流从接地流向高电平电源。经以上电路结构，反接识别模块71接反接识别信号进行变换后，安全地控制报警器件运行。
51.参考图4，是安全连接装置的运行流程，便于更好地理解本发明的特点。启动电源本体100通过充电夹连接到外部负载电池，使负载连接端20的js+端和js
‑
端连接于负载电池。运行流程具体如下：
52.(s11)连接装置本体200运行启动充电指令前：模式设置模块52默认设置在常规模式，第一开关电路30和第二开关电路40均处于断开状态。
53.(s12)连接装置本体200响应于启动充电指令：获取js+端和js
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端之间的电压vdet，获取bat+端和bat
‑
端之间的电压vbat；并运行连接状态判断模块51，判断是否vdet＞0，并判断vbat＞vdet：
54.若vdet＞0且vbat＞vdet为真，则判断为正常连接状态而发出相应显示，并由控制器50导通第一开关电路30，蓄电池对负载电池进行充电；
55.若vdet＞0且vbat＞vdet为假，则判断为异常连接状态而发出相应显示，并由控制器50维持第一开关电路30的断开。(此时，异常连接状态可能是连接短路、连接开路或负载电池零电量)
56.在异常连接状态下，运行模式设置模块52，判断是否vdat＝0：
57.若vdat≠0，则维持第一开关电路30的断开；
58.若vdat＝0，则执行引导操作程序，在获取模式切换的指令下，模式设置模块52由常规模式将切换为强启模式。
59.(s21)模式设置模块52设置为强启模式，第一开关电路30处于断开状态，第二开关电路40调整为导通状态。
60.响应于强启模式的切换完成，(s22)执行步骤(s12)，即连接状态判断模块51，重新进行连接状态判断。
61.若vdet＞0且vbat＞vdet为真，则判断为正常连接状态而发出相应显示，并由控制器50导通第一开关电路30，蓄电池对负载电池进行充电；(此时，负载电池由第二开关电路40而获得电量，并正常运行)
62.若vdet＞0且vbat＞vdet为假，则判断为异常连接状态而发出相应显示，并由控制器50维持第一开关电路30的断开。(此时，异常连接状态可能是连接短路或连接开路)
63.(s23)
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1连接状态判断模块51，进一步判断是否满足vdet＝0：
64.若vdet≠0，则为其他异常连接状态，并维持第一开关电路30的断开；
65.若vdet＝0，则判断为短路连接异常，并展示短路异常。
66.(s23)
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2连接状态判断模块51，进一步判断是否满足vdet＝vbat：
67.若vdet≠vbat，则为其他异常连接状态，并维持第一开关电路30的断开；
68.若vdet＝vbat，则判断为开路连接异常，并展示开路异常。
69.需要说明的是，在强启模式下，电源连接端10和负载连接端20通过第二开关电路40连接成回路，将形成不同于常规模式下的电压判断规则。若vdet＝0，则表示负载连接端20短路了；若vdet＝vbat，则表示负载连接端20开路，无连接负载。
70.值得注意的是，若出现反接异常连接，则由反接识别模块71直接识别，并进行警报。(s11)—(s23)的各步骤中，连接状态判断模块51所判断异常结果，将不会出现反接情况。
71.实施例的一种安全连接装置特点还在于：无论是常规模式还是强启模式，反接情况发生，均可形成报警信号，无需借助连接状态判断模块51来确定。在正常连接时，运行于常规模式，连接状态判断模块51将快速得出正确结果并导通应急启动电源。在负载电池零时，常规模式将切换为强启模式，并在对负载电池充电后快速导通应急启动电源。在短路或开路连接时，连接状态判断模块51能准确检测到，并给予用户提示，不单兼顾了安全连接检测的效率，还能在各种异常情况下为用于提供解决异常问题的方案或提示。
72.以上实施例主要描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。