一种汽车应急启动电源的电瓶夹安全管理系统的制作方法

本实用新型涉及汽车应急启动电源领域，特别是涉及一种汽车应急启动电源的电瓶夹安全管理系统。

背景技术：

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。

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：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种汽车应急启动电源的电瓶夹安全管理系统，加强电瓶夹的安全管理，处理正负极夹反、短路、夹高压、夹低压、汽车无电瓶等危险情况。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种汽车应急启动电源的电瓶夹安全管理系统，包括：控制器和电瓶夹系统，所述控制器和电瓶夹系统相连接以获取并控制电瓶夹系统的执行状态，所述电瓶夹系统包括电瓶夹状态识别单元和可控开关单元，所述电瓶夹状态识别单元识别电瓶夹当前状态并反馈给控制器，可控开关单元接收控制器的控制信号，闭合或断开线路。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述电瓶夹状态识别单元包括：

电阻R3和二极管D2串联组成的小电流测试回路：电阻R3连接至控制器EN_Curr_S端，二极管D2连接至电瓶夹的正极Clamp+，当控制器EN_Curr_S端输出高电平时，将有电流沿二极管D2方向输出至电瓶夹正极Clamp+，用于判断电瓶夹是否空载；

电阻R2、MOS管Q1、电阻R1和二极管D1串联组成的大电流测试回路：电阻R2连接至控制器EN_Curr_L端，用于接收控制器驱动信号，打开或关闭MOS管Q1；MOS管Q1源极接电池组的正极BAT+，MOS管Q1漏极接电阻R1，经二极管D1连接至电瓶夹正极Clamp+，当控制器EN_Curr_L端输出低电平时，MOS管Q1打开，电池组正极输出一较大电流至电瓶夹正极，用于识别电瓶夹状态为正负极短路，还是夹到无电瓶汽车；

光耦U1和电阻R4串联组成的用于识别电瓶夹正负极接反的反向电压测试回路，电阻R4连接至电瓶夹正极Clamp+，光耦U1连接至控制器IN_Clamp端，当电瓶夹夹反向电压时，光耦U1导通，控制器IN_Clamp端接收到低电平信号；

二极管D3、电阻R10、电阻R7和三极管Q2组成的用于识别电瓶夹是否夹正的正向电压测试回路，二极管D3、电阻R10和电阻R7依次串联在电瓶夹正极Clamp+和电瓶夹负极Clamp-之间，所述三极管Q2的基极连接在电阻R10和电阻R7之间，所述三极管Q2的集电极与光耦U1相连接，所述三极管Q2的发射极与电瓶夹负极Clamp-相连接，当电瓶夹夹正向电压时，三极管Q2导通，控制器IN_Clamp端接收到低电平信号；

电阻R5、电阻R6、电阻R8和二极管D4组成的分压采样电路，所述电阻R6和电阻R5串联在控制器AD_Clamp端和电瓶夹正极Clamp+之间，电阻R8连接在控制器AD_Clamp端和电瓶夹负极Clamp-之间，二极管D4正极与电瓶夹负极Clamp-相连接，二极管D4负极连接在电阻R6和电阻R5之间，控制器AD_Clamp端采集具体电压数值，做出电瓶夹状态的进一步判断。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述可控开关单元包括：

直流接触器JK1，直流接触器JK1触点一端接电池组正极BAT+，另一端接电瓶夹正极Clamp+，用于连接或断开电池组正极和电瓶夹的正极；

电阻R9、MOS管Q3串联组成的高端驱动电路，电阻R9连接受控于控制器的EN_RL1端，MOS管Q3源极连接电池组正极BAT+，漏极连接JK1线圈的一端；

电阻R11、MOS管Q5串联组成的低端驱动电路，电阻R11连接并受控于控制器的EN_RL2端，MOS管Q5源极连接电池组负极BAT-，漏极连接JK1线圈的另一端，当控制器驱动MOS管Q3、MOS管Q5都开启时，JK1闭合，电池组正极和电瓶夹正极连通；

二极管D6，阳极连接电瓶夹正极Clamp+，阴极连接MOS管Q3的漏极，用于维持JK1的闭合状态：当电池组正极和电瓶夹正极连通后，断开Q3，由于电瓶夹正极有电压，通过二极管D6能够继续保持JK1处于闭合状态，这样做的优点是当电瓶夹出现短路或过流等不正常状态时，电瓶夹正极电压会被拉低至小于JK1的维持电压，从而JK1自动断开，保护系统安全，避免出现事故；

温控开关RT1，常开型温控器，将其置于电池组内部，一端连接在电阻R11和MOS管Q5之间，另一端与电池组负极BAT-相连接，一旦电池组出现温度过高，RT1会立即切换至闭合状态，从而将Q5关断，JK1也随之断开，避免电池组高温放电，增加安全等级。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述可控开关单元还包括二极管D5，所述二极管D5阳极连接MOS管Q5漏极，二极管D5阴极连接MOS管Q3的漏极，用于JK1断开时续流。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述RT1一端还与控制器IN_TDS端相连接，将开关信息反馈至控制器IN_TDS端，用于将电池组过温信息告知控制器，由控制器做出进一步动作。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述电瓶夹状态识别单元默认情况下：Q1断开，EN_Curr_S输出低电平，IN_Clamp上拉至高电平；

步骤1、判断IN_Clamp的电平状态，若为高电平，执行步骤2；若为低电平，通过AD_Clamp端口的数值判断电瓶夹的状态：

若AD_Clamp的值≤0，则判定电瓶夹状态为夹反向电压；

若a0<AD_Clamp的值≤a1，则判定电瓶夹状态为夹正向低电压；

若a1<AD_Clamp的值≤a2，则判定电瓶夹状态为夹正向合适电压；

若a2<AD_Clamp的值，则判定电瓶夹状态为夹正向高电压，a0、a1和a2为预设值；

步骤2、控制器将EN_Curr_S输出高电平，判断IN_Clamp的电平状态，若为高电平，执行步骤3；若为低电平，则判定电瓶夹状态为空载；

步骤3、打开Q1，判断IN_Clamp的电平状态，若为高电平，则判定电瓶夹状态为正负极短路；若为低电平，则判定电瓶夹状态为夹到无电瓶汽车，汽车无电瓶时，其内部负载为2Ω~20Ω。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述可控开关单元默认情况下，JK1断开，电瓶夹无电源输出；

当JK1满足闭合条件时，控制器控制打开Q3和Q5，使JK1线圈一端接到电池正极VBT+，另一端接到电池负极VBT-，从而JK1触点闭合，电瓶夹正极Clamp+连接到电池正极VBT+；

电瓶夹正极Clamp+通过二极管D6，连接到JK1线圈的一端，此时断开Q3，JK1继续保持闭合状态；

当电瓶夹发生短路或过流情形，电瓶夹正极Clamp+电压被拉低，一旦低于JK1的维持电压，JK1断开，避免出现安全事故，形成电池放电一级保护；

在上述JK1闭合的状态下，温控开关RT1默认处于断开状态，若温控开关RT1检测到电池温度过高，RT1闭合，从而关断Q5；Q5断开时，JK1也断开，电瓶夹电源输出被关闭，防止电池在高温下放电，形成电池放电二级保护。

本实用新型的有益效果是：本实用新型指出的一种汽车应急启动电源的电瓶夹安全管理系统，以快速、精确的方式，识别出应急启动电源电瓶夹可能遇到的所有情况，具备二级保护功能，即使用户操作不当，也能保证产品的安全应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，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它的附图，其中：

图1是本实用新型一种汽车应急启动电源的电瓶夹安全管理系统一较佳实施例的结构示意图；

图2是图1中电瓶夹状态识别单元电路图；

图3是图1中可控开关单元电路图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图3，本实用新型实施例包括：

一种汽车应急启动电源的电瓶夹安全管理系统，图1所示，包括：控制器和电瓶夹系统，所述控制器和电瓶夹系统相连接以获取并控制电瓶夹系统的执行状态，所述电瓶夹系统包括电瓶夹状态识别单元和可控开关单元，所述电瓶夹状态识别单元识别电瓶夹当前状态并反馈给控制器，可控开关单元接收控制器的控制信号，闭合或断开线路。

图2所示，所述电瓶夹状态识别单元包括：

电阻R3和二极管D2串联组成的小电流测试回路：电阻R3连接至控制器EN_Curr_S端，二极管D2连接至电瓶夹的正极Clamp+，当控制器EN_Curr_S端输出高电平时，将有电流沿二极管D2方向输出至电瓶夹正极Clamp+，用于判断电瓶夹是否空载；

电阻R2、MOS管Q1、电阻R1和二极管D1串联组成的大电流测试回路：电阻R2连接至控制器EN_Curr_L端，用于接收控制器驱动信号，打开或关闭MOS管Q1；MOS管Q1源极接电池组的正极BAT+，MOS管Q1漏极接电阻R1，经二极管D1连接至电瓶夹正极Clamp+，当控制器EN_Curr_L端输出低电平时，MOS管Q1打开，电池组正极输出一较大电流至电瓶夹正极，用于识别电瓶夹状态为正负极短路，还是夹到无电瓶汽车；

光耦U1和电阻R4串联组成的用于识别电瓶夹正负极接反的反向电压测试回路，电阻R4连接至电瓶夹正极Clamp+，光耦U1连接至控制器IN_Clamp端，当电瓶夹夹反向电压时，光耦U1导通，控制器IN_Clamp端接收到低电平信号；

二极管D3、电阻R10、电阻R7和三极管Q2组成的用于识别电瓶夹是否夹正的正向电压测试回路，二极管D3、电阻R10和电阻R7依次串联在电瓶夹正极Clamp+和电瓶夹负极Clamp-之间，所述三极管Q2的基极连接在电阻R10和电阻R7之间，所述三极管Q2的集电极与光耦U1相连接，所述三极管Q2的发射极与电瓶夹负极Clamp-相连接，当电瓶夹夹正向电压时，三极管Q2导通，控制器IN_Clamp端接收到低电平信号；

电阻R5、电阻R6、电阻R8和二极管D4组成的分压采样电路，所述电阻R6和电阻R5串联在控制器AD_Clamp端和电瓶夹正极Clamp+之间，电阻R8连接在控制器AD_Clamp端和电瓶夹负极Clamp-之间，二极管D4正极与电瓶夹负极Clamp-相连接，二极管D4负极连接在电阻R6和电阻R5之间，控制器AD_Clamp端采集具体电压数值，做出电瓶夹状态的进一步判断。

所述电瓶夹状态识别单元工作原理：

默认情况下：Q1断开，EN_Curr_S输出低电平，IN_Clamp上拉至高电平；

步骤1、判断IN_Clamp的电平状态，若为高电平，执行步骤2；若为低电平，通过AD_Clamp端口的数值判断电瓶夹的状态：

以12V电瓶汽车为例：

若AD_Clamp的值≤0，则判定电瓶夹状态为夹反向电压；

若通过AD_Clamp端口读到电瓶夹正负极两端的电压值为1V~4.8V，则判定电瓶夹状态为夹正向低电压；

若通过AD_Clamp端口读到电瓶夹正负极两端的电压值为4.8V~13.5V，则判定电瓶夹状态为夹正向合适电压；

若通过AD_Clamp端口读到电瓶夹正负极两端的电压值大于13.5V，则判定电瓶夹状态为夹正向高电压；

以24V电瓶汽车为例：

若AD_Clamp的值≤0，则判定电瓶夹状态为夹反向电压；

若通过AD_Clamp端口读到电瓶夹正负极两端的电压值为1V~15.6V，则判定电瓶夹状态为夹正向低电压；

若通过AD_Clamp端口读到电瓶夹正负极两端的电压值为15.6V~31V，则判定电瓶夹状态为夹正向合适电压；

若通过AD_Clamp端口读到电瓶夹正负极两端的电压值大于31V，则判定电瓶夹状态为夹正向高电压；

步骤2、控制器将EN_Curr_S输出高电平，判断IN_Clamp的电平状态，若为高电平，执行步骤3；若为低电平，则判定电瓶夹状态为空载；

步骤3、打开Q1，判断IN_Clamp的电平状态，若为高电平，则判定电瓶夹状态为正负极短路；若为低电平，则判定电瓶夹状态为夹到无电瓶汽车，汽车无电瓶且汽车内部用电设备全部关闭时，其内部负载为2Ω~20Ω。

目前本技术领域中没有公开如此全面的电瓶夹状态判断结构，大多数只具有防反接功能，经常会发生由于产品设计缺陷导致的安全事故。本申请的优点就是通过设计上述方案，以最精确的方式，识别出应急启动电源电瓶夹可能遇到的所有情况，即使用户操作不当，也能保证产品的安全应用。

图3所示，所述可控开关单元包括：

直流接触器JK1，直流接触器JK1触点一端接电池组正极BAT+，另一端接电瓶夹正极Clamp+，用于连接或断开电池组正极和电瓶夹的正极；

电阻R9、MOS管Q3串联组成的高端驱动电路，电阻R9连接受控于控制器的EN_RL1端，MOS管Q3源极连接电池组正极BAT+，漏极连接JK1线圈的一端；

电阻R11、MOS管Q5串联组成的低端驱动电路，电阻R11连接并受控于控制器的EN_RL2端，MOS管Q5源极连接电池组负极BAT-，漏极连接JK1线圈的另一端，当控制器驱动MOS管Q3、MOS管Q5都开启时，JK1闭合，电池组正极和电瓶夹正极连通；

二极管D6，阳极连接电瓶夹正极Clamp+，阴极连接MOS管Q3的漏极，用于维持JK1的闭合状态：当电池组正极和电瓶夹正极连通后，断开Q3，由于电瓶夹正极有电压，通过二极管D6能够继续保持JK1处于闭合状态，这样做的优点是当电瓶夹出现短路或过流等不正常状态时，电瓶夹正极电压会被拉低至小于JK1的维持电压，从而JK1自动断开，保护系统安全，避免出现事故；

温控开关RT1，常开型温控器，将其置于电池组内部，一端连接在电阻R11和MOS管Q5之间，另一端与电池组负极BAT-相连接，一旦电池组出现温度过高，RT1会立即切换至闭合状态，从而将Q5关断，JK1也随之断开，避免电池组高温放电，增加安全等级。

所述可控开关单元还包括二极管D5，所述二极管D5阳极连接MOS管Q5漏极，二极管D5阴极连接MOS管Q3的漏极，用于JK1断开时的续流作用。

所述RT1一端还与控制器IN_TDS端相连接，将开关信息反馈至控制器IN_TDS端，用于将电池组过温信息告知控制器，由控制器做出进一步动作。

所述可控开关单元工作原理：

默认情况下，JK1断开，电瓶夹无电源输出；

当电瓶夹接法正确，启动汽车时，JK1满足闭合条件，控制器控制打开Q3和Q5，使JK1线圈一端接到电池正极VBT+，另一端接到电池负极VBT-，从而JK1触点闭合，电瓶夹正极Clamp+连接到电池正极VBT+；

电瓶夹正极Clamp+通过二极管D6，连接到JK1线圈的一端，此时断开Q3，由于电瓶夹的正极已经通电，JK1将继续保持闭合状态；

当电瓶夹发生短路或过流情形，电瓶夹正极Clamp+电压被拉低，一旦低于JK1的维持电压，JK1断开，避免出现安全事故，形成电池放电一级保护；

在上述JK1闭合的状态下，温控开关RT1默认处于断开状态，若温控开关RT1检测到电池温度过高，RT1闭合，从而关断Q5；Q5断开时，JK1也断开，电瓶夹电源输出被关闭，防止电池在高温下放电，形成电池放电二级保护，现有的技术方案不具备这二级保护功能，锂电池放电时的安全性无法保证，所以会经常出现电池鼓包、着火甚至爆炸的安全事故，严重损害了人身财产安全。

综上所述，本实用新型指出的一种汽车应急启动电源的电瓶夹安全管理系统，方案成熟可靠，安全性高，适用范围广泛。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。