CN107546790A - 供电组件和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种供电组件和方法。该供电组件能够为目标系统提供电能，所述目标系统包括自带电源。供电组件包括：检测电路，所述检测电路能够检测所述自带电源的电压和电流参数中的至少一个，并基于检测结果输出检测信号；可控开关，所述可控开关被配置为可选择地连接储能器件和所述自带电源；控制器，所述控制器能够接收所述检测信号，并基于所述检测信号计算所述自带电源的性能参数，其中，所述控制器被进一步配置为比较所述自带电源的性能参数和预定阀值，并根据比较结果输出闭合或打开信号至所述可控开关，使得可控开关闭合或打开从而储能器件与自带电源连接或者断开。本发明能够通过自动检测目标系统的自带电源的性能参数实现智能控制。

Description

供电组件和方法

技术领域

本发明涉及供电技术领域，特别涉及一种智能供电组件和供电方法。

背景技术

一般而言，各种交通工具、装置或者电子设备本身会配置有自带电源以给内部的各种组件提供电能。例如现有的绝大部分汽车，均采用汽车电瓶作为低压系统的电源。例如，用于给汽车上的各种电子设备供电，此外还用于启动汽车发动机。通常而言，在发动机启动后，发动机即可以给汽车电瓶进行充电，以保证汽车电瓶具有足够的电量。

然而，一旦出现长时间不使用车辆、离开车辆时忘记熄火、忘记关灯、或者车辆低压电气故障等情况，汽车电瓶将出现电量不足现象，导致车辆无法启动。与此同时，汽车电瓶还要向车载电器，如车载空调、车载CD、点烟器、仪表、照明等供电，车载设备的过度使用也会导致汽车电瓶电量的急剧下降。为了能在汽车无法启动的情况下给汽车电瓶快速充电达到启动目的，汽车应急电源应运而生。

目前市面上的应急电源种类较多，但现有的应急电源主要存在以下几方面的缺陷：一是电源应急启动不够智能；二是亏电检测不够灵敏。

发明内容

本发明涉及一种供电组件和方法，能够监测目标系统的自带电源(例如汽车电瓶)电压或电流，当自带电源的电压出现快速下跌时或电流输出大于一定值时，能够及时检测并且自动完成启动点火操作，同时还能够给自带电源充电。

本发明涉及一种供电组件，能够为目标系统提供电能，所述目标系统包括自带电源，所述供电组件包括：检测电路，所述检测电路能够检测所述自带电源的电压和电流参数中的至少一个，并基于检测结果输出检测信号；可控开关，所述可控开关被配置为可选择地连接一储能器件和所述自带电源；控制器，所述控制器能够接收所述检测信号，并基于所述检测信号计算所述自带电源的性能参数，其中，所述控制器被进一步配置为比较所述自带电源的性能参数和预定阀值，并根据比较结果输出闭合或打开信号至所述可控开关，使得可控开关闭合或打开从而储能器件与自带电源连接或者断开。

在一些实施例中，所述储能器件包括内部储能元件，所述内部储能元件被设置于所述供电组件的内部并可操作地连接所述可控开关。

在一些实施例中，所述储能器件包括外部储能元件，所述外部储能元件独立于所述供电组件，并且通过输入接口可操作地连接所述可控开关。

在一些实施例中，所述控制器还被配置为当所述自带电源的性能参数大于预定阀值时输出闭合信号至所述可控开关，使得所述可控开关闭合，从而所述储能器件和自带电源连通，所述储能器件为目标系统提供电能；并且当所述自带电源的性能参数小于预定阀值时输出打开信号至所述可控开关，使得所述可控开关打开从而所述储能器件和自带电源之间的连接断开。

在一些实施例中，所述检测电路能够检测所述自带电源的电压参数。

在一些实施例中，所述自带电源的性能参数包括所述自带电源的电压下降值与下降时间的比值。

在一些实施例中，所述电压下降值与下降时间比值的阈值范围为20ms下降0.5v-5v。

在一些实施例中，所述阈值的范围为20ms下降2v。

在一些实施例中，所述检测电路还包括能够辅助测量所述自带电源内阻参数的自带电源内阻辅助测量电路，从而根据所述自带电源的电压参数和所述自带电源的内阻参数能够得到所述自带电源的电流参数。

在一些实施例中，所述自带电源的性能参数包括所述自带电源的电流输出值。

在一些实施例中，所述电流输出值阈值的范围为20A-1000A。

在一些实施例中，所述储能器件包括电池组和电容组中的至少一个。

在一些实施例中，所述储能器件由多个电容串联组成。

在一些实施例中，所述储能器件由多个电池串联组成。

在一些实施例中，所述储能器件由多个电容和多个电池串联组成。

在一些实施例中，所述电池包括钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、三元材料锂离子电池、和铅酸电池中的至少一个。

在一些实施例中，所述电容包括超级电容、锂离子电容、混合电容、和法拉电容中的至少一个。

在一些实施例中，所述可控开关为继电器、MOS管、和IGBT(绝缘栅双极型晶体管)中的至少一个。

在一些实施例中，所述供电组件为便携式供电组件。

在一些实施例中，所述目标系统包括汽车，且所述自带电源为汽车电瓶。

本发明还涉及一种为目标系统提供电能的供电方法，所述目标系统包括自带电源，其特征在于，所述供电方法包括如下步骤：提供检测电路，所述检测电路能够检测所述自带电源的电压和电流参数中的至少一个，并基于检测结果输出检测信号；提供可控开关，所述可控开关被配置为可选择地连接储能器件和所述自带电源；以及提供控制器，所述控制器能够接收所述检测信号，并基于所述检测信号计算所述自带电源的性能参数，其中，所述控制器被进一步配置为比较所述自带电源的性能参数和预定阀值，并根据比较结果输出闭合或打开信号至所述可控开关，使得所述可控开关闭合或打开从而所述储能器件与所述自带电源连接或者断开。

通过本发明提供的技术方案可以获得多种技术效果，例如可以自动检测自带电源电压，并且还可以进一步及时判断自带电源电压参数的变化是否异常，并自动辅助打火并给电瓶充电。

以上为本发明的概述，可能有简化、概括和省略细节的情况，因此本领域的技术人员应该认识到，该部分仅是示例说明性的，而不旨在以任何方式限定本发明范围。本概述部分既非旨在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也非旨在用作为确定所要求保护主题的范围的辅助手段。

附图说明

通过下面说明书和所附的权利要求书并与附图结合，将会更加充分地清楚理解本发明内容的上述和其他特征。可以理解，这些附图仅描绘了本发明内容的若干实施方式，因此不应认为是对本发明内容范围的限定。通过采用附图，本发明内容将会得到更加明确和详细地说明。

图1示出了本发明提供的一种供电组件实施例的示意图；

图2示出了一种供电组件供电的实施例示意图；

图3示出了本发明提供的一种检测电路实施例电路图；

图4示出了本发明提供的一种继电器为可控开关的控制电路图；

图5示出了本发明提供的一种MOS管为可控开关的控制电路图；

图6示出了本发明提供的一种控制器电路实施例的示意图；

图7示出了本发明提供的一种控制器控制可控开关电路图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考了构成其一部分的附图。在附图中，类似的符号通常表示类似的组成部分，除非上下文另有说明。具体实施方式、附图和权利要求书中描述的示例性实施方式并非旨在限定。在不偏离本发明的主题的精神或范围的情况下，可以采用其他实施方式，并且可以做出其他变化。可以理解，可以对本文中一般性描述的、在附图中图解说明的本发明内容的各个方面进行多种不同构成的配置、替换、组合、设计，而所有这些都明确地构成本发明内容的一部分。

同时，应当明白，本文使用的措辞或者术语是为了说明的目的，不应被视作是限定性的。本文使用的“包括”和“包含”及其变形意在包含其后面所列举的项目及其等同以及额外的项目。本文中使用的“由...组成”及其变形意在仅包含其后面所列举的项目及其等同。除非另外规定或限定，术语“耦接”、“连接”、以及“联接”及其变形被在广泛意义上使用，且涵盖直接或间接的耦接、连接、联接以及耦合。

图1示出了本发明提供的一种供电组件实施例的示意图。该组件旨在提供一个能够实时监测目标系统自带电源的电压或电流参数，例如当启动时，自带电源的电压出现快速下跌时，能够及时检测并且自动完成辅助启动，同时还能够给目标系统的自带电源充电。在一些实施例中，供电组件可以被用于对摩托车或者其他机动车或机械设备的发动机进行应急启动。相应地，供电组件具有检测这些设备的电瓶的电压或电流变化的功能，例如通过检测这些发动机电瓶的电压短时变化，判断发动机是否需要应急启动，从而使得供电组件能够根据所检测的电压短时变化自动完成应急电源启动。

如在下文的实施例中，控制器(也可称为微控制器)以及使用这种控制器的供电组件的结构、运行和功能被结合机动车发动机应急启动这一具体应用场合进行说明，但是可以理解这并不作为对本发明的供电组件的限制。本领域技术人员可以认识到本发明的储能器件、可控开关、自带电源、控制器和检测电路也可以用于其他应用场合，例如用于自带电源(例如机动车电瓶、其他充电电池)进行充电等等。

本实施例的供电组件包括可控开关、控制器和检测电路。可选的，供电组件还可以包括一内部的储能元件或者供电组件可与一独立于供电组件的外部储能元件相连接以构成电源装置。以下，将以所述储能器件为内部储能元件为例进行说明。但应注意的是，下述例子是示例性的而非用来限制本发明。

其中，储能器件，通过可控开关与目标系统的自带电源(例如汽车电瓶)相连；检测电路，用于检测所述自带电源的电压，并通过所述检测电路输出端输出检测信号；控制器，用于读取所述检测信号得到所述自带电源的电压，当检测到所述自带电源电压下降值与下降时间的比值大于一阈值时或自带电源输出电流值大于一阈值时，控制可控开关闭合；可控开关，用于连通储能器件和所述自带电源，当可控开关闭合时，储能器件和自带电源连通；当可控开关打开时，储能器件和自带电源断开。

当所述储能器件与所述自带电源连通的瞬间，当所述储能器件的电压大于所述自带电源的电压时，所述储能器件单独作为所述目标系统的启动电源供电，同时给所述自带电源充电供电，随后所述自带电源与所述储能器件共同作为所述目标系统的启动电源供电；而当所述储能器件与所述自带电源连通的瞬间，所述储能器件电压小于所述自带电源的电压时，所述自带电源与所述储能器件共同作为所述目标系统的启动电源供电。在一些实施例中，所述储能器件是电池组或者电容组。

在一些实施例中，所述储能器件为多个电容组串联、或多个电池组串联、或多个所述电池组和所述电容组串联。

在一些实施例中，所述电池为钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、三元材料锂离子电池、或铅酸电池。

在一些实施例中，所述电容为超级电容、锂离子(LIC)电容、混合电容、或法拉电容。

图2给出了本发明一个供电组件供电的实施例示意图。如图2所示，储能器件、自带电源(例如汽车电瓶)和目标系统中的启动机连接，可控开关可选择地连接储能器件和汽车电瓶。在当可控开关闭合时，储能器件和汽车电瓶连通。

若在储能器件接入瞬间所述储能器件电压大于汽车电瓶电压，则所述储能器件既给启动机供电，同时也给汽车电瓶供电。随着启动的继续，储能器件电压下降，与汽车电瓶电压一致，此时储能器件与汽车电瓶共同给启动机供电。

若在储能器件接入瞬间所述储能器件电压低于汽车电瓶电压，则此时所述储能器件不给汽车电瓶充电。随着启动的继续，汽车电瓶电压下降，与所述储能器件电压一致，此时储能器件与汽车电瓶共同给启动机供电。

当可控开关断开时，储能器件和汽车电瓶断开，汽车电瓶单独给启动机供电。

在上文对供电组件各个组成部分的描述的基础上，对这些装置组成部分的具体实现方式加以说明。

图3示出了本发明提供的一种检测电路实施例电路图，能够检测自带电源的电压。如图3所示，检测电路与目标系统的自带电源连接，KAR+为自带电源正端，R1与R2构成分压，VIN_SN是检测电路输出端，与图6所示控制器内部的ADC连接，控制器读取VIN_SN输出检测信号得到自带电源的电压。

需要说明的是，在图3所示的实施例中，自带电源(图3未示出)的一端连接到检测电路，而另一端并未示出。在实际应用中，该未示出的一端可以连接到参考电位，例如接地。同样地，检测电路也示出了一端连接到检测电路，其另一输出端也可以连接到参考电位，例如接地。

图4示出了本发明提供的一种继电器为可控开关的控制电路图。如图4所示，B+为储能器件的正端，KAR+为自带电源正端，储能器件的负端直接与自带电源负端通过电线连接。

ON/OFF为控制器的控制脚。当ON/OFF为高电平时，MOS管Q1的2脚与3脚导通，然后继电器K1的线圈有电流流过，使K1吸合，即K1的1脚和2脚导通。当ON/OFF为低电平时，Q1截止，然后K1断开。

图5示出了本发明提供的一种MOS管为可控开关的控制电路图。如图5所示，B-为储能器件的负端，KAR-为自带电源负端，储能器件的正端直接与电瓶正端通过电线连接。

ON/OFF为控制器的控制脚。当控制脚ON/OFF为高电平时，Q1，Q2同时导通，进行电源启动操作，当控制脚ON/OFF为低电平时，Q1，Q2同时截止。当然，也可以使用PMOS在电源端做开关控制。

需要说明的是，可控开关包括但不限于如图4或图5所示的继电器或MOS管，所述可控开关为继电器、MOS管、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等器件。

图6示出了本发明提供的一种控制器实施例示意图。如图6所示的控制器，当控制器U1读取检测电路VIN_SN端输出的检测信号，检测到自带电源电压的下降值与下降时间的比值大于一阈值时，控制器U1判断自带电源在进行启动操作且启动电源电量不足。此时控制器U1控制脚ON/OFF置1，储能器件输出电流用于发动机启动。其中控制器U1内的TIMER1是计时用。

在实际应用中，该供电组件可以用于对各种型号发动机进行应急启动，例如对汽车、摩托车或其他机动车的发动机进行应急启动，由于不同发动机性能参数不同，因此阈值范围为20mS内下降0.5-5v，优选的阈值为20mS内下降2V。

图7示出了本发明提供的一种控制器控制可控开关电路图，能够检测自带电源的电流。如图7所示，在所述检测电路检测电压的基础上增加了自带电源的内阻检测电路。

在汽车未启动状态时，通过所述检测电路检测得到自带电源电压V1。然后控制器U1给TEST_EN端输出高电平，Q1导通，自带电源通过电阻R11放电产生电流，电流流过电阻R4，在电阻R4两端形成电压差，电阻R4一端接地，控制器U1通过KAR_I端得到电流的大小I₀，同时通过所述检测电路得到此刻自带电源电压V2。因此，可以得到自带电源的内阻R′＝(V1-V2)/I₀。随后，控制器U1给TEST_EN端输出低电平，Q1截止。

在汽车启动时，每隔△T通过所述检测电路测试一次自带电源的电压，前后时刻测试的电压差为△V，则自带电源的输出电流值I＝△V/R′。如果自带电源的输出电流值I大于一阈值，则控制器U1判断自带电源在进行启动操作，且启动电源电量不足。此时控制器U1控制脚ON/OFF置1，储能器件输出电流用于发动机启动。其中控制器U1内的TIMER1是计时用。

在实际应用中，该供电组件可以用于对各种型号发动机进行应急启动，例如对汽车、摩托车或其他机动车的发动机进行应急启动，由于不同发动机性能参数不同，因此阈值范围设为20A--1000A。

本发明解决了一般自带电源失能时缺乏智能化启动的问题，同时引入了一种更精确的自带电源失能瞬时检测电路，使得检测判断过程快速而准确。与此同时，本发明包括至少一个储能器件，至少一个可控开关，至少一个检测电路组成以及控制器，结构简洁，容易维修，可靠性强。

本发明还提供了一种为目标系统提供电能的供电方法，所述目标系统包括自带电源，其特征在于，所述供电方法包括如下步骤：提供检测电路，所述检测电路能够检测所述自带电源的电压和电流参数中的至少一个，并基于检测结果输出检测信号；提供可控开关，所述可控开关被配置为可选择地连接储能器件和所述自带电源；以及提供控制器，所述控制器能够接收所述检测信号，并基于所述检测信号计算所述自带电源的性能参数，其中，所述控制器被进一步配置为比较所述自带电源的性能参数和预定阀值，并根据比较结果输出闭合或打开信号至所述可控开关，使得所述可控开关闭合或打开从而所述储能器件与所述自带电源连接或者断开。

本领域技术人员还应当理解，结合本发明公开的各个实施例所描述的各种示例性的方法步骤和单元均可以实现成电子硬件、软件或二者的组合。为了清楚地表示硬件和软件的可交换性，上文中各种示例性的步骤和单元均围绕其功能进行了总体描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，则取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。本领域技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为引起与本发明的范围的偏离。

本发明说明书中使用的“示例/示例性”表示用作例子、例证或说明。说明书中被描述为“示例性”的任何技术方案不应被解释为比其它技术方案更优选或更具优势。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了供电组件和电源装置的若干模块或子模块，但是这种划分仅仅是示例性的而非强制性的。实际上，根据本发明的实施例，上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块中具体化。反之，上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块来具体化。

本发明提供了对所公开的技术内容的以上描述，以使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对于本领域技术人员而言，对这些技术内容的很多修改和变形都是显而易见的，并且本发明所定义的总体原理也可以在不脱离本发明的精神或范围的基础上适用于其它实施例。因此，本发明并不限于上文所示的具体实施例，而是应与符合本发明公开的发明构思的最广范围相一致。

那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一”、“一个”不排除复数。在本发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

Claims (21)

1.一种为目标系统提供电能的供电组件，所述目标系统包括自带电源，其特征在于，所述供电组件包括：

检测电路，所述检测电路能够检测所述自带电源的电压和电流参数中的至少一个，并基于检测结果输出检测信号；

可控开关，所述可控开关被配置为可选择地连接储能器件和所述自带电源；以及

控制器，所述控制器能够接收所述检测信号，并基于所述检测信号计算所述自带电源的性能参数，

其中，所述控制器被进一步配置为比较所述自带电源的性能参数和预定阀值，并根据比较结果输出闭合或打开信号至所述可控开关，使得所述可控开关闭合或打开从而所述储能器件与所述自带电源连接或者断开。

2.如权利要求1所述的供电组件，其特征在于，所述储能器件包括内部储能元件，所述内部储能元件被设置于所述供电组件的内部并可操作地连接所述可控开关。

3.如权利要求1所述的供电组件，其特征在于，所述储能器件包括外部储能元件，所述外部储能元件独立于所述供电组件，并且通过输入接口可操作地连接所述可控开关。

4.如权利要求1所述的供电组件，其特征在于，所述控制器还被配置为当所述自带电源的性能参数大于预定阀值时输出闭合信号至所述可控开关，使得所述可控开关闭合，从而所述储能器件和自带电源连通，所述储能器件为目标系统提供电能；并且当所述自带电源的性能参数小于预定阀值时输出打开信号至所述可控开关，使得所述可控开关打开，从而所述储能器件和自带电源之间的连接断开。

5.如权利要求1所述的供电组件，其特征在于，所述检测电路能够检测所述自带电源的电压参数。

6.如权利要求5所述的供电组件，其特征在于，所述自带电源的性能参数包括所述自带电源的电压下降值与下降时间的比值。

7.如权利要求6所述的供电组件，其特征在于，所述阈值的范围为20ms下降0.5v-5v。

8.如权利要求6所述的供电组件，其特征在于，所述阈值的范围为20ms下降2v。

9.如权利要求5所述的供电组件，其特征在于，所述检测电路还包括能够辅助测量所述自带电源内阻参数的自带电源内阻辅助测量电路，从而根据所述自带电源的电压参数和所述自带电源的内阻参数能够得到所述自带电源的电流参数。

10.如权利要求9所述的供电组件，其特征在于，所述自带电源的性能参数包括所述自带电源的电流输出值。

11.如权利要求10所述的供电组件，其特征在于，所述阈值的范围为20A-1000A。

12.如权利要求1-11中的任一项所述的供电组件，其特征在于，所述储能器件包括电池组和电容组中的至少一个。

13.如权利要求12所述的供电组件，其特征在于，所述储能器件由多个电容串联组成。

14.如权利要求12所述的供电组件，其特征在于，所述储能器件由多个电池串联组成。

15.如权利要求12所述的供电组件，其特征在于，所述储能器件由多个电容和多个电池串联组成。

16.如权利要求14或15中的任一项所述的供电组件，其特征在于，所述电池包括钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、三元材料锂离子电池、和铅酸电池中的至少一个。

17.如权利要求13或15中的任一项所述的供电组件，其特征在于，所述电容包括超级电容、锂离子电容、混合电容、和法拉电容中的至少一个。

18.如权利要求1-11和13-15中的任一项所述的供电组件，其特征在于，所述可控开关为继电器、MOS管、和IGBT中的至少一个。

19.如权利要求1-11和13-15中的任一项所述的供电组件，其特征在于，所述供电组件为便携式供电组件。

20.如权利要求1-11和13-15中的任一项所述的供电组件，其特征在于，所述目标系统包括汽车，且所述自带电源为汽车电瓶。

21.一种为目标系统提供电能的供电方法，所述目标系统包括自带电源，其特征在于，所述供电方法包括如下步骤：

提供检测电路，所述检测电路能够检测所述自带电源的电压和电流参数中的至少一个，并基于检测结果输出检测信号；

提供可控开关，所述可控开关被配置为可选择地连接储能器件和所述自带电源；以及

提供控制器，所述控制器能够接收所述检测信号，并基于所述检测信号计算所述自带电源的性能参数，

其中，所述控制器被进一步配置为比较所述自带电源的性能参数和预定阀值，并根据比较结果输出闭合或打开信号至所述可控开关，使得所述可控开关闭合或打开从而所述储能器件与所述自带电源连接或者断开。