CN108288867B - 一种蓄电池过放电保护装置及汽车 - Google Patents

一种蓄电池过放电保护装置及汽车 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种蓄电池过放电保护装置及汽车，涉及蓄电池技术领域，使用该装置不仅可以避免蓄电池出现馈电现象，还能够在蓄电池馈电的情况下使用复位控制模块的复电功能继续发动汽车。该装置包括第一开关、稳压芯片模块、电压信号判断模块、复位控制模块、触发器模块和驱动器模块，电压信号判断模块用于设置馈电电压阈值U0，以及监测蓄电池的当前电压U2得到CLK输入信号；复位控制模块用于根据其复位状态改变CLR输入信号；触发器模块用于根据CLK输入信号、CLR输入信号和PR输入信号对应输出高电平信号/低电平信号；驱动器模块用于在输入高电平信号时控制第一开关闭合，或者在输入低电平信号时，控制第一开关断开。

Description

一种蓄电池过放电保护装置及汽车
技术领域
本发明涉及蓄电池技术领域，尤其涉及一种蓄电池过放电保护装置及汽车。
背景技术
蓄电池是车载电子系统的供电电源，若蓄电池出现了亏电将会导致车载电子系统无法正常运行。
在汽车使用的过程中，导致蓄电池亏电的原因通常包括以下两种，第一种是因蓄电池的过度使用造成的亏电，例如车主在下车熄火后忘记关闭车灯(夜行灯和室内灯等)进而耗尽蓄电池中的电能，第二种是因车辆长时间未启动造成的蓄电池亏电，由于车载电子系统中时刻消耗着静电流，若车辆长时间闲置这些静电流也会逐渐耗尽蓄电池中的电能。
现有的车辆在出厂的配置中，并没有给汽车蓄电池单独加装过放电保护装置，因此无法避免蓄电池出现亏电现象，当蓄电池出现亏电时轻则会给车主的下次用车带来不便，例如因蓄电池亏电而导致的车辆无法点火，重则会造成蓄电池不可逆的损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蓄电池过放电保护装置及汽车，不仅可以避免汽车蓄电池出现亏电现象，还可以在出现亏电的情况下通过复位控制模块强制导通蓄电池、蓄电池过放电保护装置和用电负载间的通电回路，使得驾驶员能够在蓄电池亏电情况下发动汽车。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种蓄电池过放电保护装置，设在蓄电池与各用电负载之间，该装置包括第一开关、稳压芯片模块、电压信号判断模块、复位控制模块、触发器模块和驱动器模块，所述第一开关的一端与蓄电池正极连接，所述第一开关的另一端分别与所述稳压芯片模块的输入端和所述电压信号判断模块的输入端连接，所述电压信号判断模块的输出端与所述触发器模块的CLK端连接，所述复位控制模块的输出端与所述触发器模块的CLR端连接，所述触发器模块的端与所述驱动器模块的输入端连接，所述驱动器模块的输出端通过各用电负载与蓄电池负极连接，所述稳压芯片模块的输出端分别与所述复位控制模块的供电端、所述驱动器模块的供电端、以及触发器模块的PR端连接；
所述稳压芯片模块用于分别向所述复位控制模块、所述驱动器模块和所述触发器模块的PR端提供稳定电压U1；
所述电压信号判断模块用于设置亏电电压阈值U0，以及检测蓄电池的当前电压U2得到CLK输入信号；
所述复位控制模块用于根据其复位状态改变CLR输入信号；
所述触发器模块用于根据所述CLK输入信号、所述CLR输入信号和PR输入信号对应输出高电平信号/低电平信号；
所述驱动器模块用于在输入高电平信号时控制第一开关闭合，或者在输入低电平信号时控制第一开关断开。
具体的，所述电压信号判断模块包括电压比较器、基准电压源和亏电阈值设置组件，所述基准电压源和所述亏电阈值设置组件分别与所述第一开关并联，所述基准电压源的输出端与所述电压比较器的正向输入端连接，所述亏电阈值设置组件的输出端与所述电压比较器的反向输入端连接，所述电压比较器的输出端与所述触发器模块的CLK端连接；
所述基准电压源用于向所述电压比较器的正向输入端提供基准电压U3；
所述亏电阈值设置组件用于设置亏电电压阈值U0，并根据亏电电压阈值U0和蓄电池当前电压U2计算得到检测电压U4；
所述电压比较器用于比较基准电压U3和检测电压U4的大小，当U3≥U4时，向所述CLK端输入的信号为高电平信号，否则，为低电平信号。
进一步的，所述亏电阈值设置组件包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1的一端与所述第一开关连接，所述第一电阻R1的另一端分别与所述电压比较器的反向输入端和所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端接地；其中，
可选的，所述复位控制模块包括第三电阻R3、复位开关S1和电容C1，所述第三电阻R3的一端与所述稳压芯片模块的输出端连接，所述第三电阻R3的另一端分别与所述触发器模块的CLR端、所述复位开关S1的一端以及所述电容C1的一端连接，所述复位开关S1的另一端和所述电容C1的另一端分别接地；
所述复位开关S1用于根据其复位状态改变CLR输入信号，使得蓄电池与各用电负载形成通电回路。
优选的，还包括设在用电负载与蓄电池负极之间的第二开关；
所述驱动器模块还用于在输入高电平信号时控制第二开关闭合，或者在输入低电平信号时，控制第二开关断开。
较佳的，还包括第一继电器和第二继电器，所述第一继电器的一端以及所述第二继电器的一端分别与所述驱动器模块的输出端连接，所述第一继电器的另一端和所述第二继电器的另一端分别与所述稳压芯片模块的输出端连接；
当所述驱动器模块输出的为高电平信号时，所述第一继电器控制所述第一开关闭合，所述第二继电器控制所述第二开关闭合；
当所述驱动器模块输出的为低电平信号时，所述第二继电器控制所述第一开关断开，所述第二继电器控制所述第二开关断开。
优选的，还包括设在所述电压信号判断模块和所述触发器模块之间的跳线，所述跳线的第一输入端与所述电压比较器的输出端连接，所述跳线的第二输入端与BCM控制器连接，所述跳线的输出端与所述触发器模块的CLK端连接。
与现有技术相比，本发明提供的蓄电池过放电保护装置具有以下有益效果：
本发明提供的蓄电池过放电保护装置中，蓄电池、第一开关、电压信号判断模块、触发器模块、驱动器模块和用电负载依次连接形成电路回路，且触发器模块还与复位控制模块连接，具体的，电压信号判断模块的输出端与触发器模块的CLK端连接，复位控制模块的输出端与触发器模块的CLR端连接，稳压芯片模块的输出端与触发器模块的PR端连接，触发器模块的端与驱动器模块的输入端连接；这样可利用电压信号判断模块预设蓄电池的亏电电压阈值U0，通常U0＝12V，并且实时监测蓄电池的当前输出电压U2得到CLK输入信号，根据复位控制模块的复位状态输出对应的CLR输入信号，根据稳压芯片模块向触发器模块的PR端供电状态得到PR输入信号，使得触发器模块根据CLK输入信号、CLR输入信号和CLK输入信号共同决定输出高电平信号/低电平信号，使得触发器模块在输出高电平信号时控制第一开关闭合，形成汽车电路的通电回路，在触发器模块输出低电平信号时控制第一开关断开，使得汽车电路为断开状态。
可见，由于CLK输入信号、CLR输入信号和PR输入信号共同决定触发器模块的输出信号，因此，当蓄电池由非亏电转换为亏电状态时，会因CLK输入信号的改变而使触发器由输出高电平信号切换至输出的低电平信号，对应的第一开关由闭合状态切换为断开状态，此时，蓄电池进入过放电保护状态；而考虑到驾驶员在蓄电池亏电状态下仍存在点火发动汽车的需求，因此通过复位控制模块的设置，使得驾驶员能够在蓄电池亏电的情况下，利用复位控制模块的复位功能切换CLR输入信号，进而使触发器模块再次输出高电平信号，强制第一开关闭合形成通电回路，以使驾驶员可以在蓄电池亏电情况下继续发动汽车。
本发明的另一方面提供一种汽车，包括上述技术方案所提的蓄电池过放电保护装置。
与现有技术相比，本发明提供的汽车的有益效果与上述技术方案提供的蓄电池过放电保护装置的有益效果相同，在此不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为实施例一中将蓄电池过放电保护装置应用于汽车回路的连接示意图；
图2为图1中蓄电池过放电保护装置的结构示意图。
附图标记：
1-第一开关， 2-稳压芯片模块；
3-电压信号判断模块， 4-复位控制模块；
5-触发器模块， 6-驱动器模块；
7-第二开关， 8-第一继电器；
9-第二继电器， 10-BCM控制器；
11-跳线， 31-电压比较器；
32-基准电压源， 33-亏电阈值设置组件。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1和图2，本实施例提供的蓄电池过放电保护装置，设在蓄电池与各用电负载之间，该装置包括第一开关1、稳压芯片模块2、电压信号判断模块3、复位控制模块4、触发器模块5和驱动器模块6，第一开关1的一端与蓄电池正极连接，第一开关1的另一端分别与稳压芯片模块2的输入端和电压信号判断模块3的输入端连接，电压信号判断模块3的输出端与触发器模块5的CLK端连接，复位控制模块4的输出端与触发器模块5的CLR端连接，触发器模块5的端与驱动器模块6的输入端连接，驱动器模块6的输出端通过各用电负载与蓄电池负极连接，稳压芯片模块2的输出端分别与复位控制模块4的供电端、驱动器模块6的供电端、以及触发器模块5的PR端连接；
稳压芯片模块2用于分别向复位控制模块4、驱动器模块6和触发器模块5的PR端提供稳定电压U1；
电压信号判断模块3用于设置亏电电压阈值U0，以及监测蓄电池的当前电压U2得到CLK输入信号；
复位控制模块4用于根据其复位状态改变CLR输入信号；
触发器模块5用于根据CLK输入信号、CLR输入信号和PR输入信号对应输出高电平信号/低电平信号；
驱动器模块6用于在输入高电平信号时控制第一开关1闭合，或者在输入低电平信号时，控制第一开关1断开。
本实施例提供的蓄电池过放电保护装置中，蓄电池、第一开关1、电压信号判断模块3、触发器模块5、驱动器模块6和用电负载依次连接形成电路回路，且触发器模块5还与复位控制模块4连接，具体的，电压信号判断模块3的输出端与触发器模块5的CLK端连接，复位控制模块4的输出端与触发器模块5的CLR端连接，稳压芯片模块2的输出端与触发器模块5的PR端连接，触发器模块5的端与驱动器模块6的输入端连接；这样可利用电压信号判断模块3预设蓄电池的亏电电压阈值U0，通常U0＝12V，并且实时监测蓄电池的当前输出电压U2得到CLK输入信号，根据复位控制模块4的复位状态输出对应的CLR输入信号，根据稳压芯片模块2向触发器模块5的PR端供电状态得到PR输入信号，使得触发器模块5根据CLK输入信号、CLR输入信号和CLK输入信号共同决定输出高电平信号/低电平信号，使得触发器模块5在输出高电平信号时控制第一开关1闭合，形成汽车电路的通电回路，在触发器模块5输出低电平信号时控制第一开关1断开，使得汽车电路为断开状态。
可见，由于CLK输入信号、CLR输入信号和PR输入信号共同决定触发器模块5的输出信号，因此，当蓄电池由非亏电转换为亏电状态时，会因CLK输入信号的改变而使触发器由输出高电平信号切换至输出的低电平信号，对应的第一开关1由闭合状态切换为断开状态，此时，蓄电池进入过放电保护状态；而考虑到驾驶员在蓄电池亏电状态下仍存在点火发动汽车的需求，因此通过复位控制模块4的设置，使得驾驶员能够在蓄电池亏电的情况下，利用复位控制模块4的复位功能切换CLR输入信号，进而使触发器模块5再次输出高电平信号，强制第一开关1闭合形成通电回路，以使驾驶员可以在蓄电池亏电情况下继续发动汽车。
可以理解的是，附图2中INPUT KL30连接于蓄电池正极，INPUT KL31连接于蓄电池负极。另外，用电负载包括BCM控制器10、发动机控制器、车灯中的一种或多种。
具体的，请参阅图2，上述实施例中的电压信号判断模块3包括电压比较器31、基准电压源32和亏电阈值设置组件33，基准电压源32和亏电阈值设置组件33分别与第一开关1并联，基准电压源32的输出端与电压比较器31的正向输入端连接，亏电阈值设置组件33的输出端与电压比较器31的反向输入端连接，电压比较器31的输出端与触发器模块5的CLK端连接；
基准电压源32用于向电压比较器31的正向输入端提供基准电压U3；
亏电阈值设置组件33用于设置亏电电压阈值U0，并根据亏电电压阈值U0和蓄电池当前电压U2计算得到检测电压U4；
电压比较器31用于比较基准电压U3和检测电压U4的大小，当U3≥U4时，向CLK端输入的信号为高电平信号，否则，为低电平信号。
示例性的，请继续参阅图2，亏电阈值设置组件33包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的一端与第一开关1连接，第一电阻R1的另一端分别与电压比较器31的反向输入端和第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端接地；其中，
具体实施时，第一电阻R1和第二电阻R2的规格取决于蓄电池亏电电压阈值U0和基准电压U3的大小，其对应关系为：示例性的，U0通常设置为12V，U3设置为2.5V，对应的第一电阻R1的阻值为9.5KΩ，第二电阻R2的阻值为2.5KΩ。当蓄电池当前电压U2大于或等于蓄电池亏电电压阈值U0时，得到的检测电压U4也会大于或等于2.5V，即电压比较器31的反向输入端的电压(检测电压U4)大于或等于正向输入端的电压(基准电压U3)，此时电压比较器31的输出端输出低电平，反之，当蓄电池当前电压U2小于蓄电池亏电电压阈值U0时，得到的检测电压U4也会小于2.5V，即电压比较器31的反向输入端的电压(检测电压U4)小于正向输入端的电压(基准电压U3)，此时电压比较器31的输出端输出高电平。
示例性的，上述实施例中的基准电压源32为TL431ACZ型，电压比较器31为LM339AD型，稳压芯片模块2为LM2596-5.0型。
为了使该蓄电池过放电保护装置具有复位通电的功能，请接着参阅图2，上述实施例中的复位控制模块4包括第三电阻R3、复位开关S1和电容C3，第三电阻R3的一端与稳压芯片模块2的输出端连接，第三电阻R3的另一端分别与触发器模块5的CLR端、复位开关S1的一端以及电容C3的一端连接，复位开关S1的另一端和电容C3的另一端分别接地；复位开关S1用于根据其复位状态改变CLR输入信号，使得蓄电池与各用电负载形成通电回路。示例性的，第三电阻R3的阻值为1kΩ，电容C3电容值为1uF,复位开关S1为SW-PB型，触发器模块5为74LS74AD型，驱动器模块6为达林顿管驱动器ULN2803型。
具体的，74LS74AD触发器的真值表如下：
需要说明的是，上述真值表中“1”表示高电平信号、“0”表示低电平信号、“X”表示任意值、“↓”表示下降沿、“↑”表示上升沿，“保持”表示保持触发器的当前输出状态，“禁止”表示应避免出现真值表中最后一栏的输入信号组合，否则该触发器不能正常输出。
结合上述真值表可知，当蓄电池的检测电压U4小于亏电电压阈值U0时，触发器模块5的PR输入信号为“1”，CLR输入信号为“1”，CLK输入信号为“↑”时，触发器模块5的端输出“0”，而当蓄电池的检测电压U4小于亏电电压阈值U0且按下复位开关S1时，触发器模块5的PR输入信号为“1”，CLR输入信号为“0”，CLK输入信号为“X”时，触发器模块5的/>端输出“1”。
可选的，请接着参阅图2，上述实施例中的蓄电池过放电保护装置还包括设在用电负载与蓄电池负极之间的第二开关7；驱动器模块6还用于在输入高电平信号时控制第二开关7闭合，或者在输入低电平信号时控制第二开关7断开。
进一步的，请继续参阅图2，上述实施例中的蓄电池过放电保护装置还包括第一继电器8和第二继电器9，第一继电器8的一端以及第二继电器9的一端分别与驱动器模块6的输出端连接，第一继电器8的另一端和第二继电器9的另一端分别与稳压芯片模块2的输出端连接；当驱动器模块6输出的为高电平信号时，第一继电器8控制第一开关1闭合，第二继电器9控制第二开关7闭合；当驱动器模块6输出的为低电平信号时，第二继电器9控制第一开关1断开，第二继电器9控制第二开关7断开，实现低压自动断电。在选取第一继电器8/第二继电器9的过程中，要求第一继电器8/第二继电器9能够承受的电流应大于各用电负载中的最大电流，本实施例推荐使用20A及以上的继电器作为第一继电器8/第二继电器9。
考虑到现有车型的BCM控制器10也具有蓄电池电压的检测功能，因此还可利用汽车自带的BCM控制器10完成电压信号判断模块3的功能，具体实现方式如下：
通过在电压信号判断模块3和触发器模块5之间设置跳线11，跳线11的第一输入端与电压比较器31的输出端连接，跳线11的第二输入端与BCM控制器10连接，跳线11的输出端与触发器模块5的CLK端连接。通过跳线11的设置，既可以通过电压信号判断模块3对蓄电池当前电压U2进行亏电检测，也可通过BCM控制器10对蓄电池当前电压U2进行亏电检测，丰富了对蓄电池当前电压U2的检测手段，同时也提高了电压的检测精度。
另外，上述实施例中基准电压源32、电压比较器31、稳压芯片模块2、触发器模块5、驱动器模块6以及第一继电器8和第二继电器9的功能均为现有器件或逻辑电路能够实现的，本实施例只是对其中各个器件的应用和连接关系进行了改进，而并未对其中各个器件的功能进行任何改进，故不再对上述元器件的内部结构进行赘述。
实施例二
本发明实施例提供了一种汽车，该汽车包括如实施例一中的蓄电池过放电保护装置。
与现有技术相比，本发明实施例提供的汽车的有益效果与上述实施例一提供的蓄电池过放电保护装置的有益效果相同，在此不做赘述。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种蓄电池过放电保护装置，设在汽车的蓄电池与汽车的各用电负载之间，其特征在于，
该装置包括第一开关、稳压芯片模块、电压信号判断模块、复位控制模块、触发器模块和驱动器模块，所述第一开关的一端与蓄电池正极连接，所述第一开关的另一端分别与所述稳压芯片模块的输入端和所述电压信号判断模块的输入端连接，所述电压信号判断模块的输出端与所述触发器模块的CLK端连接，所述复位控制模块的输出端与所述触发器模块的CLR端连接，所述触发器模块的端与所述驱动器模块的输入端连接，所述驱动器模块的输出端通过各用电负载与蓄电池负极连接，所述稳压芯片模块的输出端分别与所述复位控制模块的供电端、所述驱动器模块的供电端、以及触发器模块的PR端连接；
所述稳压芯片模块用于分别向所述复位控制模块、所述驱动器模块和所述触发器模块的PR端提供稳定电压U1；
所述电压信号判断模块用于设置亏电电压阈值U0，以及监测蓄电池的当前电压U2得到CLK输入信号；
所述电压信号判断模块包括电压比较器、基准电压源和亏电阈值设置组件，所述基准电压源和所述亏电阈值设置组件分别与所述第一开关并联，所述基准电压源的输出端与所述电压比较器的正向输入端连接，所述亏电阈值设置组件的输出端与所述电压比较器的反向输入端连接，所述电压比较器的输出端与所述触发器模块的CLK端连接；
所述基准电压源用于向所述电压比较器的正向输入端提供基准电压U3；
所述亏电阈值设置组件用于设置亏电电压阈值U0，并根据亏电电压阈值U0和蓄电池当前电压U2计算得到检测电压U4；
所述电压比较器用于比较基准电压U4和检测电压U4的大小，当U3≥U4时，向所述CLK端输入的信号为高电平信号，否则，向所述CLK端输入的信号为低电平信号；
所述复位控制模块用于根据其复位状态改变CLR输入信号；
所述触发器模块用于根据所述CLK输入信号、所述CLR输入信号和PR输入信号对应输出高电平信号/低电平信号；
其中，在所述CLK输入信号由低电平信号切换为高电平信号，且所述CLR输入信号为高电平信号，所述PR输入信号为高电平信号时，所述触发器模块输出低电平信号；
在所述CLR输入信号切换为低电平信号，且PR输入信号为高电平信号时，所述触发器模块输出高电平信号；
所述驱动器模块用于在输入高电平信号时控制第一开关闭合，形成汽车电路的通电回路，或者在输入低电平信号时控制第一开关断开，使得汽车电路为断开状态。
2.根据权利要求1所述的蓄电池过放电保护装置，其特征在于，
所述亏电阈值设置组件包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1的一端与所述第一开关连接，所述第一电阻R1的另一端分别与所述电压比较器的反向输入端和所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端接地；其中，
3.根据权利要求1所述的蓄电池过放电保护装置，其特征在于，
所述复位控制模块包括第三电阻R3、复位开关S1和电容C3，所述第三电阻R3的一端与所述稳压芯片模块的输出端连接，所述第三电阻R3的另一端分别与所述触发器模块的CLR端、所述复位开关S1的一端以及所述电容C3的一端连接，所述复位开关S1的另一端和所述电容C3的另一端分别接地；
所述复位开关S1用于根据其复位状态改变CLR输入信号，使得蓄电池与各用电负载形成通电回路。
4.根据权利要求1所述的蓄电池过放电保护装置，其特征在于，
还包括设在用电负载与蓄电池负极之间的第二开关；
所述驱动器模块还用于在输入高电平信号时控制第二开关闭合，或者在输入低电平信号时控制第二开关断开。
5.根据权利要求4所述的蓄电池过放电保护装置，其特征在于，
还包括第一继电器和第二继电器，所述第一继电器的一端以及所述第二继电器的一端分别与所述驱动器模块的输出端连接，所述第一继电器的另一端和所述第二继电器的另一端分别与所述稳压芯片模块的输出端连接；
当所述驱动器模块输出的为高电平信号时，所述第一继电器控制所述第一开关闭合，所述第二继电器控制所述第二开关闭合；
当所述驱动器模块输出的为低电平信号时，所述第二继电器控制所述第一开关断开，所述第二继电器控制所述第二开关断开。
6.根据权利要求1所述的蓄电池过放电保护装置，其特征在于，
还包括设在所述电压信号判断模块和所述触发器模块之间的跳线，所述跳线的第一输入端与所述电压比较器的输出端连接，所述跳线的第二输入端与BCM控制器连接，所述跳线的输出端与所述触发器模块的CLK端连接。
7.一种汽车，其特在在于，包括权利要求1-6中任一项所述的蓄电池过放电保护装置。
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