CN106230096B - 汽车应急起动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车应急起动装置，包括外壳、电容组、充电电路模块、电源接口和汽车电池连接口，所述电容组、充电电路模块位于所述外壳内，所述电源接口、充电电路模块、电容组以及汽车电池连接口依次电连接；所述电容组的正负极分别与所述充电电路模块的输出端正负极连接，所述电容组的正负极也与所述汽车电池连接口连接；所述充电电路模块输入电压范围是3V‑15V。本发明的有益效果在于：不需要维护，可靠性高，寿命长，即使在荒无人烟的地方，只要手机、平板、移动电源等便携式电子设备有电，就可起动汽车。
Description
技术领域
本发明涉及汽车工具领域，特别涉及汽车应急起动装置。
背景技术
随着人们生活水平的提高，汽车在人们的日常生活中越来越重要，汽车市场越来越庞大，各种各样的问题也随之出现。汽车应急起动问题就是其中一个突出的问题，尤其在长途旅游、户外活动或其他紧急情况下汽车电瓶没电或缺点都会造成汽车抛锚。目前市场上的汽车应急起动装置大多以铅酸蓄电池或锂电池为主，存在需要频繁日常维护，不便于携带的缺点。
而手机、平板、移动电源等便携式电子设备是我们随身携带的，可以提供电能的设备。为我们解决汽车应急起动提供了思路。超级电容具有高功率密度，可快速充放电，极长的循环寿命及高可靠性的优点，可以满足汽车应急起动。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种汽车应急起动装置，应用便携式电子设备作为电源对超级电容充电，然后利用超级电容的瞬间放电起动汽车。其能解决现有汽车应急起动装置需要频繁维护、不易携带、紧急情况下电源不好找的问题。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种汽车应急起动装置，其特征在于：包括外壳、电容组、充电电路模块、电源接口和汽车电池连接口，所述电容组、充电电路模块位于所述外壳内，所述电源接口、充电电路模块、电容组以及汽车电池连接口依次电连接；所述电容组的正负极分别与所述充电电路模块的输出端正负极连接，所述电容组的正负极也与所述汽车电池连接口连接；所述充电电路模块输入电压范围是3V-15V；
所述充电电路模块包括用于判断移动终端类型的电源识别电路、电阻放大模拟器和复合升压模块，所述电源识别电路、电阻放大模拟器和复合升压模块依次电连接，所述电源识别电路用于控制所述电阻放大模拟器，所述复合升压模块包括用于控制所述复合升压模块输出电流的电流检测电阻，所述电阻放大模拟器用于调节所述电流检测电阻的大小。
优选的，所述电源识别电路包括电压比较电路，所述电压比较电路包括运算放大器。
优选的，所述复合升压模块还包括降压电路、升压型集成电路和 N沟道MOSFET管
优选的，所述汽车应急起动装置还包括电源转接线，所述电源转接线包括第一端和用于与便携式电子设备连接的第二端，所述第一端可拆卸地连接于所述电源接口，所述第二端包括USB插头、micro-USB 插头、USB-Type C插头、Lighting插头中的至少一种。
优选的，所述电源转接线的第二端还包括用于防止便携式电子设备损坏的源端保护模块。
优选的，所述汽车应急起动装置还包括汽车电池连接线，所述汽车电池连接线包括首端和末端；所述首端可拆卸地连接于所述汽车电池连接口，所述末端包括两个用于与汽车电池正负极连接的夹子。
优选的，所述电容组包括若干个电容器，所述电容器依次串联，所述电容组耐压10V-18V；所述电容组还包括均衡电路。
优选的，所述电容组包括若干个电容器，所述电容器依次串联，所述电容组耐压20V-30V；所述电容组还包括均衡电路。
优选的，所述汽车应急起动装置还包括软质外壳，所述软质外壳包裹在所述外壳外围。
优选的，汽车应急起动装置还包括电量指示器，所述电量指示器与所述电容组电连接。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：不需要维护，可靠性高，寿命长，即使在荒无人烟的地方，只要手机、平板、移动电源等便携式电子设备有电，就可起动汽车。所述汽车应急起动装置接口多样，也可向其他车辆借点，使用更方便快捷。同时在汽车电池缺电，寒冷天气下电压不足时利用超级电容的瞬时放电辅助汽车起动。
附图说明
图1是本发明提供的汽车应急起动装置的整体结构示意图。
图2是本发明提供的汽车应急起动装置的充电电路模块的电路图。
图3是本发明提供的汽车应急起动装置的电源转接线的结构示意图。
标记说明：1、外壳；2、电容组；21、电容器；22、均衡电路； 3、充电电路模块；31、电源识别电路；32、复合升压模块；33、稳压器；4、电源接口；5、汽车电池连接口；6、电源转接线；61、第一端；62、第二端；621、USB插头；622、micro-USB插头；623、Lighting 插头；63、源端保护模块；7、汽车电池连接线；71、首端；72、末端；8、软质外壳；9、电量指示器。
具体实施方式
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
如图1所示的汽车应急起动装置，包括外壳1、电容组2、充电电路模块3、电源接口4和汽车电池连接口5，其中电容组2、充电电路模块3位于外壳1内；电源接口4、充电电路模块3和电容组2、汽车电池连接口5依次电连接，电容组2的正负极分别与充电电路模块3的输出端正负极连接，电容组2的正负极也与汽车电池连接口5 连接。
电容组2包括若干个电容器21，成串联的关系，必要时也可并联增大容量。对于12V标准起动电压的汽车来说，所需起动电压按排量的不同范围是10V-18V，本实施例采用的单体电容额定电压为 2.7V，因此电容组2串联的电容器21数量为4-6个；对于24V标准起动电压的汽车来说，所需起动电压按排量的不同范围是20V-32V，采用的单体电容额定电压为2.7V，因此另一实施例中电容组2串联的电容器21数量为8-12个。当然，如果采用不同规格型号的单体电容，串并联关系与数量可以依据有限次的实验调整或设计，是显而易见的。
电容组2还包括均衡电路22，均衡电路22依据现有技术和公知常识可以实现，在本实施例中在每一个电容器21上，并联了一个电阻作为均衡电路22，在产品存放时，确保每一个电容器21剩余的电，全部归零，这样的好处是在第二次使用的时候，不用担心几个电容器21的初始电压不一样，串联充放电时，电压不一致造成电容器21损坏，从而延长使用寿命。
如图2所示的充电电路模块3，用于对电源接口4输入的电压 VIN+进行升压或降压处理，通过输出端(B+,B-)对电容组2进行充电，同时起到限定充电电流以保护便携式电子设备的作用。充电电路模块3包括用于判断移动终端类型的电源识别电路31、电阻放大模拟器和复合升压模块32，其中电阻放大模拟器包括三极管Q2和电阻分压电路，电阻分压电路包括R2和R5。电源识别电路31用于控制电阻放大模拟器，复合升压模块32包括用于控制复合升压模块32 输出电流的电流检测电阻R1，电阻放大模拟器用于调节电流检测电阻 R1的大小。
电源识别电路31可以判断输入电压VIN+的大小，主要判断大于或小于4.2V：如果输入电压VIN+大于4.2V，则认为VIN+连接的是 5V接口的移动终端(如安卓手机、USB接口的设备)或移动电源；如果输入电压VIN+小于4.2V，则认为VIN+连接的是小于4.2V接口的移动终端(如苹果手机，输出3.7V)。
在本实施例中，电源识别电路31包括电压比较电路，电压比较电路以运算放大器U3为核心元件，运算放大器U3的参考电压为2V，输入电压VIN+经R7和R11分压后与参考电压比较。如果输入电压 VIN+小于4.2V，运算放大器U3的输出端OUT控制电阻放大模拟器中的三极管Q2导通，电阻分压电路R2与R5生效；如果输入电压VIN+ 大于4.2V，运算放大器U3的输出端OUT控制电阻放大模拟器中的三极管Q2关闭，电阻分压电路R2与R5不起作用。在另一实施例中，电源识别电路31包括MCU和AD转换器，AD转换器对输入电压VIN+ 模数转换后经MCU计算，可以有更多的电压大小类型；对应的，电阻放大模拟器可以有更多的并联支路，每个支路都包括三极管和电阻串联，其中三极管也由MCU控制，因此电阻放大模拟器有不同的分压效果，对电流检测电阻R1的模拟放大作用也更多样。
因为移动终端对对接口输出有限制，如苹果手机电压3.7V，电流0.3A，安卓手机电压5V，电流1-2A，移动电源与安卓手机类似。因此，利用移动终端对外部设备供电时要依据不同的移动终端对复合升压模块32的输出电压输出电流进行限制。
复合升压模块32现有技术有多种实现方式，如通过内置N沟道 MOSFET管的升压型集成电路实现。典型的，在本实施例中复合升压模块32采用升压型电池充电控制集成电路CN3300实现并做了改进。 CN3300是一款工作于4V到28V的升压型电池充电控制集成电路。CN3300内部集成有基准电压源，+5V电压调制单元，电感电流检测单元，电池电压检测电路和片外N沟道MOSFET驱动电路等，具有外部元件少，电路简单等优点。当接通输入电源时，CN3300入充电状态，控制片外N沟道MOSFET导通，电感电流上升，当上升到外部电流检测电阻设置的上限时，片外N沟道MOSFET截止，电感电流下降，电感中的能量转移到电池中。当电感电流下降到外部电流检测电阻设置的下限时，片外N沟道MOSFET再次导通，如此循环。
复合升压模块32包括电流检测电阻R1，CN3300是通过监测电感电流(输入电流)而控制充电电流的，所以充电电流会随输入电压和电池电压的变化而有所改变。CN3300通过电流检测电阻R1经电阻放大模拟器分压等效后的电阻Rcs的大小设置电感电流范围。
当外部N沟道MOSFET导通时，输入电源向电感L3充电，电感电流上升，当电感电流上升到(典型值)：
ILhigh＝0.15V/Rcs
外部N沟道MOSFET截止，电感电流开始下降，电感中的能量转移到输出电容和电池中。
当电感电流下降到(典型值)：
ILlow＝0.12V/Rcs
外部N沟道MOSFET再次导通，开始新的周期。
所以，电感平均电流为：IL＝0.135V/RCS
对于苹果手机电压3.7V，电感平均电流可以为0.3A，安卓手机可以为1-2A，移动电源与安卓手机类似。
复合升压模块32还包括降压电路，降压电路包括电容C1和电感 L1。如果没有降压电路，当外部等待充电的设备电压很小时，复合升压模块32的输出电压直接对对很小的电压放电，会烧毁电路板或者损坏设备。
进一步，充电电路模块还包括用于使移动终端电压电流平稳的稳压器33，确保移动终端的电压电流不会出现太大的波动损害设备。
汽车应急起动装置还包括电源转接线6，如图3所示，电源转接线6包括第一端61和用于与便携式电子设备连接的第二端62，第一端61可拆卸地连接于电源接口4；在本实施例中，第二端62包括USB 插头621、micro-USB插头622和Lighting插头623，其中用于与iOS 设备连接的Lighting插头623还包括专用解码芯片(图未示)，在另一实施例中，还包括USB-Type C插头(图未示)，根据实际接口技术的发展，第二端62可以包括更多种类的便携式电子设备插头，是显而易见的。进一步，电源转接线6的第二端62还包括用于防止便携式电子设备损坏的源端保护模块63。
汽车应急起动装置还包括汽车电池连接线7，汽车电池连接线7 包括首端71和末端72；首端71可拆卸地连接于汽车电池连接口5，末端72包括两个用于与汽车电池正负极连接的夹子。
一方面，可以先利用手机、平板、移动电源等便携式电子设备通过电源转接线6和充电电路模块3对电容组2进行充电；另一方面电容组2可以通过，汽车电池连接线7直接从汽车电池取电；电容组2 充到一定电量，就可以通过汽车电池连接线7接到需要起动汽车的电瓶两端，放电起动汽车。
进一步，汽车应急起动装置还包括软质外壳8，软质外壳8包裹在外壳1的外围。
汽车应急起动装置还包括电量指示器9，用于显示电容组2的电量或电压，或者提示是否满足汽车起动条件，现有技术可以实现。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种汽车应急起动装置，其特征在于：包括外壳、电容组、充电电路模块、电源接口和汽车电池连接口，所述电容组、充电电路模块位于所述外壳内，所述电源接口、充电电路模块、电容组以及汽车电池连接口依次电连接；所述电容组的正负极分别与所述充电电路模块的输出端正负极连接，所述电容组的正负极也与所述汽车电池连接口连接；
所述充电电路模块包括用于判断移动终端类型的电源识别电路、电阻放大模拟器和复合升压模块，所述电源识别电路、电阻放大模拟器和复合升压模块依次电连接，所述电源识别电路用于控制所述电阻放大模拟器，所述复合升压模块包括用于控制所述复合升压模块输出电流的电流检测电阻，以及升压型电池充电控制集成电路、片外N沟道MOSFET和电感，所述电流检测电阻的一端连接电源接口，另一端连接所述电感的一端，所述电感的另一端连接所述片外N沟道MOSFET的漏极，所述片外N沟道MOSFET的栅极连接于所述升压型电池充电控制集成电路；
所述电阻放大模拟器用于调节所述电流检测电阻的大小；所述电阻放大模拟器包括三极管Q2和电阻分压电路，所述电阻分压电路包括电阻R2和电阻R5；所述电阻R2的一端连接于所述电流检测电阻和电感的连接处，另一端连接于所述升压型电池充电控制集成电路和所述电阻R5的一端；所述电阻R5的另一端连接于所述三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的基极连接于电源识别电路,且所述三极管Q2的基极与发射极之间连接电阻R12；
如果所述电源接口输入的电压小于4.2V，所述电源识别电路控制所述三极管Q2导通；如果所述电源接口输入的电压大于4.2V，所述电源识别电路控制所述三极管Q2关闭；
所述升压型电池充电控制集成电路通过所述电流检测电阻经所述电阻放大模拟器分压等效后的电阻的大小设置电感电流范围；
当所述电感的电流上升到所述电感电流范围的上限时，所述升压型电池充电控制集成电路控制所述片外N沟道MOSFET截止，以使所述电感电流下降；当所述电感的电流下降到所述电感电流范围的下限时，所述升压型电池充电控制集成电路控制所述片外N沟道MOSFET导通。
2.如权利要求1所述的汽车应急起动装置，其特征在于：所述电源识别电路包括电压比较电路，所述电压比较电路包括运算放大器。
3.如权利要求1所述的汽车应急起动装置，其特征在于：所述复合升压模块还包括降压电路。
4.如权利要求1-3中任一项所述的汽车应急起动装置，其特征在于：所述汽车应急起动装置还包括电源转接线，所述电源转接线包括第一端和用于与便携式电子设备连接的第二端，所述第一端可拆卸地连接于所述电源接口，所述第二端包括USB插头、micro-USB插头、USB-Type C插头、Lighting插头中的至少一种。
5.如权利要求4所述的汽车应急起动装置，其特征在于：所述电源转接线的第二端还包括用于防止便携式电子设备损坏的源端保护模块。
6.如权利要求1-3中任一项所述的汽车应急起动装置，其特征在于：所述汽车应急起动装置还包括汽车电池连接线，所述汽车电池连接线包括首端和末端；所述首端可拆卸地连接于所述汽车电池连接口，所述末端包括两个用于与汽车电池正负极连接的夹子。
7.如权利要求1-3中任一项所述的汽车应急起动装置，其特征在于：所述电容组包括若干个电容器，所述电容器依次串联，所述电容组耐压10V-18V；所述电容组还包括均衡电路。
8.如权利要求1-3中任一项所述的汽车应急起动装置，其特征在于：所述电容组包括若干个电容器，所述电容器依次串联，所述电容组耐压20V-30V；所述电容组还包括均衡电路。
9.如权利要求1-3中任一项所述的汽车应急起动装置，其特征在于：所述汽车应急起动装置还包括软质外壳，所述软质外壳包裹在所述外壳外围。
10.如权利要求1-3中任一项所述的汽车应急起动装置，其特征在于：汽车应急起动装置还包括电量指示器，所述电量指示器与所述电容组电连接。
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