CN105790203A - 智能电瓶连接夹的保护电路及方法 - Google Patents

Abstract

一种智能电瓶连接夹的保护电路，其包括：一MCU控制电路；一辅助电源电压采样电路；一蓄电池电压采样电路；一用于判定红线夹电位的红线夹光耦逻辑判断电路和一用于判断黑线夹电位的黑线夹光耦逻辑判断电路；一继电器控制电路；以及电流采样电路；其中，当红线夹和黑线夹上的电位和电流正常时，MCU控制继电器控制电路，使继电器闭合，红线夹和黑线夹导通供电。本发明的智能电瓶连接夹的保护电路，带来更加全面的保护功能，无论是由于误操作时红黑线夹反接于蓄电池正负极，还是接蓄电池前红黑夹子不小心碰触，还是外挂电源自身电量不足，或汽车发电机对外挂电源进行的反充，起到保护外挂电源不受损害，并能辅助汽车启动。

Description

智能电瓶连接夹的保护电路及方法

技术领域

本发明涉及汽车辅助电源电连接装置技术领域，尤其涉及一种智能电瓶连接夹的保护电路及方法。

背景技术

当汽车电瓶电力不足时，常常无法发起汽车，通常解决这类问题的方法是，用辅助电源通过连接夹给汽车蓄电池通电，从而快速启动汽车。随着社会的进步，人们的安全意识逐渐增强，而汽车点火启动时，能量巨大，危险系数极高，现有的线材保护装置技术中，仅仅只有一个电瓶线自动切换功能，可等同于仅仅只起到了红黑线夹接汽车蓄电池时的一个反接保护作用，但无法避免短路等误操作带来的危险，远不能满足汽车应急点火安全需求。在现有的汽车启动保护电瓶夹中，首先，无法避免红黑夹子接蓄电池前短路带来的危险；第二，汽车启动后，汽车发电机或者蓄电池会对外挂电源进行大电流反向充电，而现有的技术无法避免电流反灌对辅助电源的危害；第三，如果辅助电源电量不足，电压较低，汽车强行启动会对辅助电源造成损害，而现有的汽车启动保护装置无法起到欠压保护功能。特别是针对汽车启动时，大电流冲击。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能电瓶连接夹的保护电路，其解决了目前启动辅助电源启动时大电流，反接保护，短路保护和缺电保护的技术问题。

为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：

本发明的一种智能电瓶连接夹的保护电路，其包括：一MCU控制电路；一耦接于所述MCU控制电路的辅助电源电压采样电路；一蓄电池电压采样电路，所述蓄电池电压采样电路耦接于MCU控制电路；一用于判定红线夹电位的红线夹光耦逻辑判断电路和一用于判断黑线夹电位的黑线夹光耦逻辑判断电路；一继电器控制电路；以及一电流采样电路；其中，所述的辅助电源电压采样电路、蓄电池电压采样电路、红线夹光耦逻辑判断电路、黑线夹光耦逻辑判断电路和耦接于MCU控制电路，为MCU提供控制信号，当红线夹和黑线夹上的电位和电流正常时，MCU控制继电器控制电路，使继电器闭合，红线夹和黑线夹导通供电。

其中，所述的黑线夹上还串联有一锰铜电阻R16。

其中，还包括一状态指示电路，所述的状态指示电路受控于MCU。

其中，所述的电流采样电路包括一放大器U3。

其中，所述继电器控制电路包括一继电器K1和一控制所述继电器K1通断的三极管Q1，其中，所述三极管Q1的基极电连接于MCU。

其中，其应用于汽车电瓶辅助启动。

采用如上任意一项所述的智能电瓶连接夹的保护电路的方法，其包括以下步骤：

第一步，电位判断；

通过辅助电源电压采样信号和蓄电池电压采样信号的电位进行比较，当辅助电源电压采样信号的电位为高，且蓄电池电压采样信号的电位为低时，则进入第二步，否则进入故障指示；

第二步，线夹反接或短路判断；

当红线夹光耦U4逻辑判断电路的输出电位为低，且黑线夹光耦U5逻辑判断电路的输出电位为高时，则红线夹和黑线夹反接，进行故障指示；或者，当光耦U4、U5逻辑判断电路的输出电位都为高时，则红线夹和黑线夹短接，也进行故障指示；反之，则驱动继电器K1闭合；

第三步，电流方向判断；

通过采样电路对黑线夹上的流经锰铜电阻电流进行采样，当电流低于设定值，则表示电流逆向，断开继电器K1，反之保持继电器K1闭合；

第四步，辅助电源电量判断；

通过辅助电源电压采样电路进行采样，当采样的电压信号低于设定值时，表示辅助电源电量不足，则使继电器断开，并故障指示。

优选的，当蓄电池因线路损坏不能启动时，通过强制启动，使辅助电源直接为汽车启动供电。

与现有技术相比，本发明的智能电瓶连接夹的保护电路，带来更加全面的保护功能，无论是由于误操作时红黑线夹反接于蓄电池正负极，还是接蓄电池前红黑夹子不小心碰触，还是外挂电源自身电量不足，或汽车发电机对外挂电源进行的反充，起到保护外挂电源不受损害，并能辅助汽车启动。

附图说明

图1为本发明智能电瓶连接夹的保护电路的电路图；

图2为本发明智能电瓶连接夹的保护电路的方法流程图。

具体实施方式

以下参考附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。

请参阅图1，本发明的智能电瓶连接夹的保护电路的电路图，其通过MCU控制继电器控制电路，驱动继电器的通和断，从而达到同时汽车辅助启动和安全保护的目的。其功能实现由以下电路模块组成：MCU控制电路、电压采样电路、电流采样电路、光耦逻辑判断电路、状态指示电路和继电器控制电路。

其中，所述的MCU控制电路为一常规的驱动控制MCU正常工作的外围电路，由于相同型号的MCU其外围电路基本相同，在此不予以赘述。

所述的电压采样电路包括以辅助电源电压采样电路和蓄电池电压采样电路。其中，辅助电源电压采样电路由电阻R10，R11，R21，R22以及电容C6组成，电阻R10和电阻R21串联之后与电阻R11和电阻R22串联的电路并联，其中所述电阻R21的两端还并联有所述的电容C6。电阻R10和电阻R11之间的节点通过导线连接于一12V电源，采样信号从电阻R11和电阻R22之间的节点输出给MCU的第11引脚。其中所述的蓄电池电压采样电路由电阻R12，R13，R23，R24以及电容C7组成，所有元件连接方式与辅助电源电压采样电路相同，其中电阻R12和电阻R13之间的节点通过导线连接于红色线夹(按照通用标准，红色线夹连接辅助电源的正极，黑色线夹连接辅助电源的负极)。

其中所述的电流采样电路由放大器U3以及其外围驱动电路组成，并且，所述运算放大器U3的输出端连接于MCU的第12引脚。

光耦逻辑判断电路包括：一红线夹光耦逻辑判断电路和一黑线夹光耦逻辑判断电路，其中，红线夹光耦逻辑判断电路由光耦U4和电阻R17组成，其中光耦U4的第一引脚连接于黑线夹，第二引脚串联所述电阻R17之后连接于红线夹，其第四引脚连接于MCU的第5引脚，U4的第三引脚接地。对于红线夹逻辑判断电路来说，当黑线夹的电压高于红线夹时，光耦导通，否则断开。所述的黑色线夹逻辑判断电路由光耦U5和电阻R18组成，光耦U5的第二引脚连接于黑线夹，第一引脚串联所述电阻R18之后连接于红线夹，其第四引脚连接于MCU的第6引脚，U4的第三引脚接地。对于黑线夹逻辑判断电路来说，当黑线夹的电压低于红线夹时，光耦导通，否则断开。

所述的继电器控制电路包括以继电器K1，一二极管D1，一三极管Q1组成。其中所述三极管的集电极电连接于继电器K1，其基极电连接于MCU，所述继电器K1的受控端为红线夹，通过MCU控制三极管Q1的通断，从而控制继电器K1的开合状态，最终决定红线夹是否导通。

其中，所述的黑线夹的导线上还串联有一锰铜电阻R16，由于锰铜电阻能够承受较大的冲击电流，从而具备保护辅助电源不被损坏。

请参阅附图1和附图2，该智能电瓶保护连接件的保护工作过程如下：

短路保护：辅助电源EC5连接器连接好辅助电源后，红色线夹和黑色线夹连接蓄电池的正负极，但是操作过程中无法避免红黑线夹碰触短路，短路非常危险，但通过本装置短路后，光耦逻辑判断电路输出高电平到MCU5脚和MCU6脚，则MCU2脚输出低电平控制Q1将继电器断开，从而起到保护作用，避免危险发生。

反接保护：辅助电源EC5连接器连接好辅助电源后，由于误操作红色线夹接到了蓄电池的负极，黑色线夹接到了蓄电池正极，恰好正负极接反，然而光耦逻辑判断电路输出低电平到MCU5脚和高电平到MCU6脚，MCU2脚出低电平控制Q1将继电器断开，从而起到保护作用，避免危险发生。

欠压保护：汽车辅助启动时，MCU11脚会对辅助电源电压进行实时监测，当辅助电源电量不足以启动汽车，为了避免汽车强行启动而损坏辅助电源，此装置起到欠压保护作用，MCU11脚检测到R10R11R21R22C6组成分压网络的电压低于汽车启动的阈值时，MCU2脚始终保持低电平，控制Q1使继电器保持断开。切断电流回路起到欠压保护作用。

反充保护：汽车辅助启动时，如果汽车蓄电池或者汽车发电机电压高于外部辅助电源电压，会对辅助电源进行反向充电，而且电流不可控，存在危险隐患，本装置在继电器闭合之前MCU10脚MCU11脚对R10R11R21R22C6组成分压网络和R12、R13、R23、R24、C7组成分压网络做比较，确保无反充电流，当条件符合MCU2脚控制继电器闭合后，R16锰铜电阻对电流采样，经运算放大后输出到MCU12脚，一旦有反充电流，MCU12脚电平会低于10MV，MCU2脚输出低电平控制继电器断开。切断电流回路，起到反充保护作用。

持续判别：当蓄电池虚电时，电压比较高，甚至高于辅助电源电压，本装置为了保护辅助电源，会反充保护，此时继电器断开，一旦汽车启动，汽车蓄电池虚电压立马下降，汽车辅助电源高于汽车蓄电池电压，反充保护解除，智能电瓶夹进入正常工作流程，继电器迅速开启。

按键安全启动：当汽车蓄电池完全损坏，输出电压为0V时，本装置仍然能采用按键方式进行启动，按键按下，MCU3脚检测到S2的开关信号，MCU5脚会对光耦逻辑判断电路做检测，正常情况下MCU5脚检测到高电平(无反接)，MCU10脚会对R12R13R23R24C7组成的分压网络进行判别，电压为0.1V以上，说明外部连接正常(无短路)，那么MCU2脚输出高电平控制Q1三极管导通继电器闭合，再对R16取样经过放大后的电流大小和方向进行判断，三极管进入正常工作流程，其MCU控制逻为当且仅当MCU5的电位为高和MCU6引脚的电位为低时，继电器才导通，否则断开。

状态指示电路，有一红色LED灯和一绿色LED灯组成，当所有过程处于正常状态时，绿色LED灯亮，表示当前工作状态正常，反之，异常情况则红色LED灯亮，指示异常。所述状态指示电路受控于MCU。

本发明还公开了一种电瓶保护的方法，其包括如下步骤：

第一步1，电位判断；通过辅助电源电压采样信号和蓄电池电压采样信号的电位进行比较，当辅助电源电压采样信号的电位为高，且蓄电池电压采样信号的电位为低时，则进入第二步，否则进入故障指示8；

第二步2，线夹反接或短路判断；当光耦U4的输出电位为低，且光耦U5的输出电位为高时，则红线夹和黑线夹反接，进行故障指示8；或者，当光耦U4、U5逻辑判断电路的输出电位都为高时，则红线夹和黑线夹短接，也进行故障指示；反之，则驱动继电器闭合3；

第三步4，电流方向判断；通过采样电路对黑线夹上的流经锰铜电阻电流进行采样，当电流超过设定值，则表示电流逆向，断开继电器7，反之保持继电器闭合5；

第四步6，辅助电源电量判断；通过辅助电源电压采样电路进行采样，当采样的电压信号低于设定值时，表示辅助电源电量不足，则使继电器断开，并故障指示。

优选的，还包括一强制启动步骤，当汽车的蓄电池由于与汽车的电路连接损坏而无法工作时，可通过对MCU发送强制启动信号，从而使辅助电源强制为汽车供电，从而启动汽车。

上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种智能电瓶连接夹的保护电路，其特征在于，包括：一MCU控制电路；一耦接于所述MCU控制电路的辅助电源电压采样电路；一蓄电池电压采样电路，所述蓄电池电压采样电路耦接于MCU控制电路；一用于判定红线夹电位的红线夹光耦逻辑判断电路和一用于判断黑线夹电位的黑线夹光耦逻辑判断电路；一继电器控制电路；以及一电流采样电路；其中，所述的辅助电源电压采样电路、蓄电池电压采样电路、红线夹光耦逻辑判断电路、黑线夹光耦逻辑判断电路和电流采样电路耦接于MCU控制电路，为MCU提供控制信号，当红线夹和黑线夹上的电位和电流正常时，MCU控制继电器控制电路，使继电器闭合，红线夹和黑线夹导通供电。

2.如权利要求1所述的智能电瓶连接夹的保护电路，其特征在于，所述的黑线夹上还串联有一锰铜电阻R16。

3.如权利要求1所述的智能电瓶连接夹的保护电路，其特征在于，还包括一状态指示电路，所述的状态指示电路受控于MCU。

4.如权利要求1所述的智能电瓶连接夹的保护电路，其特征在于，所述的电流采样电路包括一放大器U3。

5.如权利要求1所述的智能电瓶连接夹的保护电路，其特征在于，所述继电器控制电路包括一继电器K1和一控制所述继电器K1通断的三极管Q1，其中，所述三极管Q1的基极电连接于MCU。

6.如权利要求1至5任意一项所述的智能电瓶连接夹的保护电路，其特征在于，其应用于汽车电瓶辅助启动。

7.采用如权利要求1至5任意一项所述的智能电瓶连接夹的保护电路的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，电位判断；

通过辅助电源电压采样信号和蓄电池电压采样信号的电位进行比较，当辅助电源电压采样信号的电位为高，且蓄电池电压采样信号的电位为低时，则进入第二步，否则进入故障指示；

第二步，线夹反接或短路判断；

当红线夹光耦U4逻辑判断电路的输出电位为低，且黑线夹光耦U5逻辑判断电路的输出电位为高时，则红线夹和黑线夹反接，进行故障指示；或者，当光耦U4、U5逻辑判断电路的输出电位都为高时，则红线夹和黑线夹短接，也进行故障指示；反之，则驱动继电器K1闭合；

第三步，电流方向判断；

通过电流采样电路对黑线夹上的流经锰铜电阻电流进行采样，当电流低于设定值，则表示电流逆向，断开继电器K1，反之保持继电器K1闭合；

第四步，辅助电源电量判断；

通过辅助电源电压采样电路进行采样，当采样的电压信号低于设定值时，表示辅助电源电量不足，则使继电器断开，并故障指示。

8.如权利要求7所述的智能电瓶保护连接夹的保护方法，其特征在于，当蓄电池因线路损坏不能启动时，通过强制启动，使辅助电源直接为汽车启动供电。