CN110371053A - T-box内置备用电池管理系统及管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种T‑BOX内置备用电池管理系统及管理方法。所述系统包括T‑BOX内置备用电池、微处理器、电源管理模块、内置备用电池管理及切换模块。本发明通过内置备用电池管理及切换模块实现了车载蓄电池与T‑BOX内置备用电池之间的无缝切换，并实现了T‑BOX内置备用电池工作效率最大化，以及对T‑BOX内置备用电池进行寿命监测，更好的保障eCALL功能的正常实现。
Description
技术领域
本发明涉及车联网技术领域，具体涉及一种T-BOX内置备用电池管理系统及管理方法。
背景技术
近年来，随着车联网的不断发展，车载终端T-BOX已成为车联网中一个不可或缺的组成部分。中国工信部在《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》中规定，自2017年7月1日起，新能源汽车生产企业应当建立新能源汽车产品运行安全状态监测平台，按照与新能源汽车产品用户的协议，对已销售的全部新能源汽车产品的运行安全状态进行监测，实现监测的关键部件即车载终端T-BOX。此外，欧盟规定，自2018年3月31日起，欧盟范围内所有新车强制必须配备 “自动紧急拨号服务”（简称eCall）功能，在车辆发生事故后自动拨叫欧洲统一的紧急救援电话112或其他第三方救援中心，将车辆的卫星定位坐标、事故时间、事故车辆车牌号、甚至车辆中系了安全带的乘客数量等与救援相关的数据及时传送给救援中心，并帮助乘客与救援中心建立语音联系，实现eCALL功能的关键部件同样即车载终端T-BOX。而具备eCALL功能的T-BOX要求在车载蓄电池脱落的情况下，T-BOX需维持语音通话、信息上传等功能正常工作一定的时间，基于此种需求，就需要对T-BOX内置备用电池进行高效率的路径管理来保证车载蓄电池脱落情况下T-BOX维持功能正常的时间要求，并对T-BOX内置备用电池寿命进行监测，对寿命终期的T-BOX内置备用电池进行及时上报更换。
传统的T-BOX内置备用电池路径管理电路，通过路径管理芯片进行T-BOX内置备用电池的路径管理。当车载蓄电池脱落时，由于T-BOX内部电容效应，降压模块输入端电压缓慢下降，当电压下降到设置电压时，路径管理芯片将T-BOX内置备用电池电压通过升压后，输出一个设置电压给降压模块前端，保证T-BOX的语音通话、信息上传等功能正常实现。但这种方式的T-BOX内置备用电池需要先经过升压模块，再经过降压模块，因此转换效率大大降低。为了满足车载蓄电池脱落时，T-BOX维持正常功能的时间要求，就需要使用大容量的内置电池，增加了产品成本，不利于企业生产效益的提高。
本发明的目的是提供一种基于T-BOX内置备用电池路径管理系统及管理方法，采用Maxim Integrated公司的内置备用电池管理芯片，搭配T-BOX内置备用电池直接放电电路，实现T-BOX内置备用电池路径管理。此电路既满足车载蓄电池与T-BOX内置备用电池之间的无缝切换，又实现了T-BOX内置备用电池工作效率最大化，同时还实现了T-BOX内置备用电池的寿命监测，使eCALL功能的实现得到了更高的保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种T-BOX内置备用电池管理系统及管理方法，通过内置备用电池管理及切换模块实现了车载蓄电池与T-BOX内置备用电池之间的无缝切换，并实现了T-BOX内置备用电池工作效率最大化，以及对T-BOX内置备用电池进行寿命监测，更好的保障eCALL功能的正常实现。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种T-BOX内置备用电池管理系统，包括T-BOX内置备用电池、微处理器、电源管理模块、内置备用电池管理及切换模块；
所述T-BOX内置备用电池，用于在当车载蓄电池脱落时，提供T-BOX设备内部各功能模块的工作所需电源；
所述微处理器，用于实现T-BOX设备内部各功能模块的管理和控制；
所述电源管理模块，用于给T-BOX设备内部各功能模块提供稳定的直流供电；
所述内置备用电池管理及切换模块，用于实现T-BOX内置备用电池的充放电管理，以及车载蓄电池与T-BOX内置备用电池之间的自适应切换。
在本发明一实施例中，所述内置备用电池管理包括第一至第三降压模块、内置备用电池管理芯片、MOS管Q1~Q7、三极管Q8~Q11、电容C1~C2、电阻R1~R5、电阻R7~R14、防反二极管D2、二极管D1、电感L1，内置备用电池管理芯片的NC脚、AGND脚、PGND脚、GND脚连接至GND，内置备用电池管理芯片的BATTP脚与T-BOX内置备用电池的正极、Q5的源极、R7的一端、L1的一端连接，Q5的漏极与Q6的漏极连接，Q5的栅极与R7的另一端、Q11的集电极连接，Q11的基极经R14连接至微处理器，Q11的发射极连接至GND，Q6的栅极与第二降压模块的OUT端、Q7的漏极连接，Q6的源极与Q7的源极、R10的一端、第三降压模块的IN端连接，第二降压模块的GND端连接至GND，Q7的栅极与R10的另一端、Q8的集电极连接，Q8的基极与R9的另一端、R8的一端连接，Q8的发射极与R8的另一端相连接至GND，第三降压模块的GND端连接至GND，第三降压模块的OUT端连接至3.3V电源端、微处理器，内置备用电池管理芯片的SNK脚与Q1的源极连接，内置备用电池管理芯片的G2脚与Q1的栅极连接，Q1的漏极连接至GND，内置备用电池管理芯片的SDA脚、SCL脚、AVI脚、STATUSB脚分别与微处理器连接，内置备用电池管理芯片的STATUSB脚还与R1的一端连接，内置备用电池管理芯片的VDDIO脚连接3.3V电源端、R1的另一端，内置备用电池管理芯片的EN1B脚经电阻R4连接至3.3V电源端，内置备用电池管理芯片的EN1B脚还与Q10的集电极连接，Q10的发射极连接至GND，Q10的基极经R5连接至微处理器，内置备用电池管理芯片的AVB脚经R2连接至微处理器、R3的一端，R3的另一端连接至GND，内置备用电池管理芯片的BIAS脚经C2连接至GND，内置备用电池管理芯片的BIAS脚还经D1与C1的一端、内置备用电池管理芯片的BST脚连接，内置备用电池管理芯片的LX脚与C1的另一端、L1的另一端、Q2的漏极、Q3的源极连接，内置备用电池管理芯片的DH脚与Q2的栅极连接，内置备用电池管理芯片的DL脚与Q3的栅极连，内置备用电池管理芯片的SG1脚与Q2的源极、Q4的源极连接，内置备用电池管理芯片的G1脚与Q4的栅极连接，内置备用电池管理芯片的SUP2脚与Q4的漏极、第一降压模块的IN端、D2的阴极、第二降压模块的IN端、R9的一端、R12的一端连接，D2的阳极与车载蓄电池的正极连接，内置备用电池管理芯片的SUP1脚与第一降压模块的OUT端连接，第一降压模块的GND端连接至GND，R12的另一端与R13的一端、Q9的基极连接，R13的另一端与Q9的发射极相连接至GND，Q9的集电极与R11的一端、微处理器连接，R11的另一端连接至3.3V电源端。
本发明还提供了一种基于上述所述的T-BOX内置备用电池管理系统的管理方法，实现如下：
（1）当车载蓄电池与T-BOX正常连接且车辆处于启动状态时：
车载蓄电池经过D2给后级电路供电，第二降压模块输出预设电压给Q7的漏极与Q6的栅极；
D2负极的电压经R9和R8分压后，Q8的基极电压高于其发射极电压，Q8导通，Q7的栅极被拉低，Q7的栅极电压低于其漏极电压，Q7导通，第二降压模块通过Q7给第三降压模块输入预设电压，第三降压模块输出电压给微处理器，微处理器U4开始工作；
D2负极的电压经R12和R13分压后，Q9的基极电压高于其发射极电压，Q9导通，微处理器的相应IO口被拉低，微处理器检测到当前车载蓄电池处于正常连接状态；
而后微处理器通过IO口输出一个低电平的BATT_ON信号，并经R14传输给Q11的基极，此时，Q11的基极电压不高于其发射极电压，Q11关闭，使得Q5的栅极电压不低于其源极电压，Q5关闭；进而，使得Q6的栅极电压高于其漏极电压，Q6关闭，此时，T-BOX内置备用电池直接放电路径处于关闭状态；
然后，微处理器先采集内置备用电池管理芯片的BAT脚电压，通过R2和R3的分压比例，计算T-BOX内置备用电池当前的电压，微处理器再通过I2C控制内置备用电池管理芯片的G2脚输出一个高电平给Q1的栅极，Q1的栅极电压高于其漏极电压，Q1导通，T-BOX内置备用电池通过内置备用电池管理芯片的SNK脚进行固定电流放电，微处理器采集内置备用电池管理芯片的BAT脚电压，通过R2和R3的分压比例，计算T-BOX内置备用电池当前的电压，同时微处理器采集内置备用电池管理芯片的AVI脚电压，微处理器将采集到的三个电压值进行计算，得到当前T-BOX内置备用电池的内阻值，实现对T-BOX内置备用电池的寿命监测；
D2的负极经第一降压模块输出预设电压给内置备用电池管理芯片的SUP1脚，当微处理器判断当前T-BOX内置备用电池的寿命处于正常范围时，微处理器通过IO口输出一个高电平的CHAR_EN信号，并经R5传输给Q10的基极，使得Q10的基极电压高于其发射极电压，Q10导通，此时，内置备用电池管理芯片的EN1B脚被拉低，第一降压模块通过内置备用电池管理芯片对T-BOX内置备用电池进行充电；
（2）当车载蓄电池发生脱落时：
由于T-BOX内部电容效应，D2的负极电压缓慢下降，当电压下降到第一预设电压时，D2负极的电压经R12和R13分压后，Q9的基极电压不高于其发射极电压，Q9关闭，微处理器的相应IO口被VDD3V3通过R11拉高，微处理器检测到当前车载蓄电池处于异常连接状态，微处理器通过IO口输出一个低电平的CHAR_EN信号，并将R5传输给Q10的基极，Q10的基极电压不高于其发射极电压，Q10关闭，内置备用电池管理芯片的EN1B脚由VDD3V3通过R4拉高，停止对T-BOX内置备用电池充电；VDD3V3即3.3V电源端；
D2的负极电压持续下降至第二预设电压时，内置备用电池管理芯片的升压控制功能通过LX、DH、DL脚自主使能T-BOX内置备用电池的升压电路，升压电路由L1、C1、C2、D1、Q1、Q2组成，输出一个预设电压给Q4的源极，使得Q4的栅极电压低于其源极电压，Q4导通，升压电压供给第二降压模块的IN端；
此时，升压电压经R9和R8分压后，Q8的基极电压高于其发射极电压，Q8导通，Q7的栅极被拉低，Q7的栅极电压低于其漏极电压，Q7导通，第二降压模块的输出电压通过Q7输入给第三降压模块，第三降压模块输出电压给后级电路，维持T-BOX正常功能；
同时，内置备用电池管理芯片将原本由VDD3V3通过R1拉高的STATUSB脚拉低，微处理器检测到边沿变化，微处理器通过IO口输出一个高电平BATT_ON信号给Q11的基极，Q11的基极电压高于其发射极电压，Q11导通，Q5的栅极电压低于其源极电压，Q5导通，此时通过Q6的体二极管，T-BOX内置备用电池进入待切换至直接放电路径状态；
微处理器通过IO口输出一个高电平BATT_ON信号后设置一预设延时时间，然后微处理器通过I2C信号，关闭内置备用电池管理芯片升压控制功能，T-BOX内置备用电池停止升压，STATUSB脚由VDD3V3通过R1拉高，且Q4关闭；
D2的负极电压继续下降至第三预设电压时，D2负极的电压经R9和R8分压后，Q8的基极电压不高于其发射极电压，Q8关闭，Q7的栅极电压不低于其源极电压，Q7关闭，且Q6的栅极电压低于其漏极电压，Q6导通，维持T-BOX功能正常的供电由T-BOX内置备用电池通过直接放电路径提供，至此，完成车载蓄电池到T-BOX内置备用电池的切换过程；
（3）当车载蓄电池恢复正常连接时：
车载蓄电池经过D2给后级电路供电，第二降压模块输出预设电压给Q7的漏极和Q6的栅极；
D2的负极的电压经R9和R8分压后，Q8的基极电压高于其发射极电压，Q8导通，Q7的栅极被拉低，Q7的栅极电压低于其漏极电压，Q7导通，同时，Q6的栅极电压不低于其漏极电压，Q6关闭，第二降压模块通过Q7给后级电路供电，维持T-BOX正常功能，T-BOX内置备用电池通过Q6的体二极管，重新进入待切换至直接放电路径状态；
D2负极的电压经R12和R13分压后，Q9的基极电压高于其发射极电压，Q9导通，微处理器相应IO口被拉低，微处理器检测到当前车载蓄电池处于正常连接状态，且微处理器检测到相应IO口的边沿变化，微处理器通过I2C信号，打开内置备用电池管理芯片升压控制功能，然后，微处理器通过IO口输出一个低电平给BATT_ON信号给Q11的基极，Q11的基极电压不高于其发射极电压，Q11关闭，Q5的栅极电压不低于其源极电压，Q5关闭，T-BOX内置备用直接放电路径关闭；
D2的负极经第一降压模块输出预设电压给内置备用电池管理芯片的SUP1脚，微处理器通过IO口输出一个高电平的CHAR_EN信号，并经R5传输给Q10的基极，Q10的基极电压高于其发射极电压，Q10导通，此时第一降压模块通过内置备用电池管理芯片对T-BOX内置备用电池进行充电，完成T-BOX内置备用电池到车载蓄电池的切换过程。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明通过内置备用电池管理及切换模块实现了车载蓄电池与T-BOX内置备用电池之间的无缝切换，并实现了T-BOX内置备用电池工作效率最大化，以及对T-BOX内置备用电池进行寿命监测，更好的保障eCALL功能的正常实现。
附图说明
图1为本发明系统框图。
图2为本发明内置备用电池管理及切换模块电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示，本发明提供了一种T-BOX内置备用电池管理系统，包括T-BOX内置备用电池、微处理器、电源管理模块、内置备用电池管理及切换模块；
所述T-BOX内置备用电池，用于在当车载蓄电池脱落时，提供T-BOX设备内部各功能模块的工作所需电源；
所述微处理器，用于实现T-BOX设备内部各功能模块的管理和控制；
所述电源管理模块，用于给T-BOX设备内部各功能模块提供稳定的直流供电；
所述内置备用电池管理及切换模块，用于实现T-BOX内置备用电池的充放电管理，以及车载蓄电池与T-BOX内置备用电池之间的自适应切换。
所述内置备用电池管理包括第一至第三降压模块、内置备用电池管理芯片、MOS管Q1~Q7、三极管Q8~Q11、电容C1~C2、电阻R1~R5、电阻R7~R14、防反二极管D2、二极管D1、电感L1，内置备用电池管理芯片的NC脚、AGND脚、PGND脚、GND脚连接至GND，内置备用电池管理芯片的BATTP脚与T-BOX内置备用电池的正极、Q5的源极、R7的一端、L1的一端连接，Q5的漏极与Q6的漏极连接，Q5的栅极与R7的另一端、Q11的集电极连接，Q11的基极经R14连接至微处理器，Q11的发射极连接至GND，Q6的栅极与第二降压模块的OUT端、Q7的漏极连接，Q6的源极与Q7的源极、R10的一端、第三降压模块的IN端连接，第二降压模块的GND端连接至GND，Q7的栅极与R10的另一端、Q8的集电极连接，Q8的基极与R9的另一端、R8的一端连接，Q8的发射极与R8的另一端相连接至GND，第三降压模块的GND端连接至GND，第三降压模块的OUT端连接至3.3V电源端、微处理器，内置备用电池管理芯片的SNK脚与Q1的源极连接，内置备用电池管理芯片的G2脚与Q1的栅极连接，Q1的漏极连接至GND，内置备用电池管理芯片的SDA脚、SCL脚、AVI脚、STATUSB脚分别与微处理器连接，内置备用电池管理芯片的STATUSB脚还与R1的一端连接，内置备用电池管理芯片的VDDIO脚连接3.3V电源端、R1的另一端，内置备用电池管理芯片的EN1B脚经电阻R4连接至3.3V电源端，内置备用电池管理芯片的EN1B脚还与Q10的集电极连接，Q10的发射极连接至GND，Q10的基极经R5连接至微处理器，内置备用电池管理芯片的AVB脚经R2连接至微处理器、R3的一端，R3的另一端连接至GND，内置备用电池管理芯片的BIAS脚经C2连接至GND，内置备用电池管理芯片的BIAS脚还经D1与C1的一端、内置备用电池管理芯片的BST脚连接，内置备用电池管理芯片的LX脚与C1的另一端、L1的另一端、Q2的漏极、Q3的源极连接，内置备用电池管理芯片的DH脚与Q2的栅极连接，内置备用电池管理芯片的DL脚与Q3的栅极连，内置备用电池管理芯片的SG1脚与Q2的源极、Q4的源极连接，内置备用电池管理芯片的G1脚与Q4的栅极连接，内置备用电池管理芯片的SUP2脚与Q4的漏极、第一降压模块的IN端、D2的阴极、第二降压模块的IN端、R9的一端、R12的一端连接，D2的阳极与车载蓄电池的正极连接，内置备用电池管理芯片的SUP1脚与第一降压模块的OUT端连接，第一降压模块的GND端连接至GND，R12的另一端与R13的一端、Q9的基极连接，R13的另一端与Q9的发射极相连接至GND，Q9的集电极与R11的一端、微处理器连接，R11的另一端连接至3.3V电源端。
本发明还提供了一种基于上述所述的T-BOX内置备用电池管理系统的管理方法，实现如下：
（1）当车载蓄电池与T-BOX正常连接且车辆处于启动状态时：
车载蓄电池经过D2给后级电路供电，第二降压模块输出预设电压给Q7的漏极与Q6的栅极；
D2负极的电压经R9和R8分压后，Q8的基极电压高于其发射极电压，Q8导通，Q7的栅极被拉低，Q7的栅极电压低于其漏极电压，Q7导通，第二降压模块通过Q7给第三降压模块输入预设电压，第三降压模块输出电压给微处理器，微处理器U4开始工作；
D2负极的电压经R12和R13分压后，Q9的基极电压高于其发射极电压，Q9导通，微处理器的相应IO口被拉低，微处理器检测到当前车载蓄电池处于正常连接状态；
而后微处理器通过IO口输出一个低电平的BATT_ON信号，并经R14传输给Q11的基极，此时，Q11的基极电压不高于其发射极电压，Q11关闭，使得Q5的栅极电压不低于其源极电压，Q5关闭；进而，使得Q6的栅极电压高于其漏极电压，Q6关闭，此时，T-BOX内置备用电池直接放电路径处于关闭状态；
然后，微处理器先采集内置备用电池管理芯片的BAT脚电压，通过R2和R3的分压比例，计算T-BOX内置备用电池当前的电压，微处理器再通过I2C控制内置备用电池管理芯片的G2脚输出一个高电平给Q1的栅极，Q1的栅极电压高于其漏极电压，Q1导通，T-BOX内置备用电池通过内置备用电池管理芯片的SNK脚进行固定电流放电，微处理器采集内置备用电池管理芯片的BAT脚电压，通过R2和R3的分压比例，计算T-BOX内置备用电池当前的电压，同时微处理器采集内置备用电池管理芯片的AVI脚电压，微处理器将采集到的三个电压值进行计算，得到当前T-BOX内置备用电池的内阻值，实现对T-BOX内置备用电池的寿命监测；
D2的负极经第一降压模块输出预设电压给内置备用电池管理芯片的SUP1脚，当微处理器判断当前T-BOX内置备用电池的寿命处于正常范围时，微处理器通过IO口输出一个高电平的CHAR_EN信号，并经R5传输给Q10的基极，使得Q10的基极电压高于其发射极电压，Q10导通，此时，内置备用电池管理芯片的EN1B脚被拉低，第一降压模块通过内置备用电池管理芯片对T-BOX内置备用电池进行充电；
（2）当车载蓄电池发生脱落时：
由于T-BOX内部电容效应，D2的负极电压缓慢下降，当电压下降到第一预设电压时，D2负极的电压经R12和R13分压后，Q9的基极电压不高于其发射极电压，Q9关闭，微处理器的相应IO口被VDD3V3通过R11拉高，微处理器检测到当前车载蓄电池处于异常连接状态，微处理器通过IO口输出一个低电平的CHAR_EN信号，并将R5传输给Q10的基极，Q10的基极电压不高于其发射极电压，Q10关闭，内置备用电池管理芯片的EN1B脚由VDD3V3通过R4拉高，停止对T-BOX内置备用电池充电；VDD3V3即3.3V电源端；
D2的负极电压持续下降至第二预设电压时，内置备用电池管理芯片的升压控制功能通过LX、DH、DL脚自主使能T-BOX内置备用电池的升压电路，升压电路由L1、C1、C2、D1、Q1、Q2组成，输出一个预设电压给Q4的源极，使得Q4的栅极电压低于其源极电压，Q4导通，升压电压供给第二降压模块的IN端；
此时，升压电压经R9和R8分压后，Q8的基极电压高于其发射极电压，Q8导通，Q7的栅极被拉低，Q7的栅极电压低于其漏极电压，Q7导通，第二降压模块的输出电压通过Q7输入给第三降压模块，第三降压模块输出电压给后级电路，维持T-BOX正常功能；
同时，内置备用电池管理芯片将原本由VDD3V3通过R1拉高的STATUSB脚拉低，微处理器检测到边沿变化，微处理器通过IO口输出一个高电平BATT_ON信号给Q11的基极，Q11的基极电压高于其发射极电压，Q11导通，Q5的栅极电压低于其源极电压，Q5导通，此时通过Q6的体二极管，T-BOX内置备用电池进入待切换至直接放电路径状态；
微处理器通过IO口输出一个高电平BATT_ON信号后设置一预设延时时间，然后微处理器通过I2C信号，关闭内置备用电池管理芯片升压控制功能，T-BOX内置备用电池停止升压，STATUSB脚由VDD3V3通过R1拉高，且Q4关闭；
D2的负极电压电压继续下降至第三预设电压时，D2负极的电压经R9和R8分压后，Q8的基极电压不高于其发射极电压，Q8关闭，Q7的栅极电压不低于其源极电压，Q7关闭，且Q6的栅极电压低于其漏极电压，Q6导通，维持T-BOX功能正常的供电由T-BOX内置备用电池通过直接放电路径提供，至此，完成车载蓄电池到T-BOX内置备用电池的切换过程；
（3）当车载蓄电池恢复正常连接时：
车载蓄电池经过D2给后级电路供电，第二降压模块输出预设电压给Q7的漏极和Q6的栅极；
D2的负极的电压经R9和R8分压后，Q8的基极电压高于其发射极电压，Q8导通，Q7的栅极被拉低，Q7的栅极电压低于其漏极电压，Q7导通，同时，Q6的栅极电压不低于其漏极电压，Q6关闭，第二降压模块通过Q7给后级电路供电，维持T-BOX正常功能，T-BOX内置备用电池通过Q6的体二极管，重新进入待切换至直接放电路径状态；
D2负极的电压经R12和R13分压后，Q9的基极电压高于其发射极电压，Q9导通，微处理器相应IO口被拉低，微处理器检测到当前车载蓄电池处于正常连接状态，且微处理器检测到相应IO口的边沿变化，微处理器通过I2C信号，打开内置备用电池管理芯片升压控制功能，然后，微处理器通过IO口输出一个低电平给BATT_ON信号给Q11的基极，Q11的基极电压不高于其发射极电压，Q11关闭，Q5的栅极电压不低于其源极电压，Q5关闭，T-BOX内置备用直接放电路径关闭；
D2的负极经第一降压模块输出预设电压给内置备用电池管理芯片的SUP1脚，微处理器通过IO口输出一个高电平的CHAR_EN信号，并经R5传输给Q10的基极，Q10的基极电压高于其发射极电压，Q10导通，此时第一降压模块通过内置备用电池管理芯片对T-BOX内置备用电池进行充电，完成T-BOX内置备用电池到车载蓄电池的切换过程。
以下具体阐述本发明系统的电路原理（参见图2）。
1、当车载蓄电池与车载终端T-BOX正常连接且车辆处于启动状态时：
车载蓄电池经过防反接二极管D2给后级电路供电，降压模块U2（LMR14050-Q1）输出设置电压给MOS管Q7的漏极与MOS管Q6的栅极；
防反接二极管D2的负极与电阻R9一端相接，电阻R9的另一端与三极管Q8的基极相接，三极管Q8的发射极接地，防反接二极管D2负极的电压经电阻R9和电阻R8分压后，三极管Q8的基极电压高于其发射极电压，三极管Q8导通，MOS管Q7的栅极被拉低，MOS管Q7的栅极电压低于其漏极电压，MOS管Q7导通，降压模块U2（LMR14050-Q1）通过MOS管Q7给降压模块U3（S-19212B/D）输入设置电压，降压模块U3（S-19212B/D）输出电压给微处理器U4（可采用FS32K14X系列芯片，或同功能芯片）等后级电路，此时，微处理器U4开始工作，蜂窝通讯模块、音频编解码模块等启动；
防反接二极管D2的负极与电阻R12一端相接，电阻R12的另一端与三极管Q9的基极相接，三极管Q9的发射极接地，防反接二极管D2负极的电压经电阻R12和电阻R13分压后，三极管Q9的基极电压高于其发射极电压，三极管Q9导通，微处理器U4的IO4被拉低，微处理器U4检测到当前车载蓄电池处于正常连接状态；
微处理器U4的IO2输出一个低电平的BATT_ON信号给电阻R14一端，电阻R14的另一端与三极管Q11的基极相接，三极管Q11的发射极接地，此时，三极管Q11的基极电压不高于其发射极电压，三极管Q11关闭，T-BOX内置电池与MOS管Q5的源极相接，并通过电阻R7与MOS管Q5的栅极相接，由于三极管Q11处于关闭状态，MOS管Q5的栅极电压不低于其源极电压，MOS管Q5关闭；
MOS管Q5的漏极与MOS管Q6的漏极相接，此时，MOS管Q6的栅极电压高于其漏极电压，MOS管Q6关闭，此时，T-BOX内置电池直接放电路径处于关闭状态；
然后，微处理器U4的ADC2管脚先采集Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）的BAT管脚电压，通过电阻R2和电阻R3的分压比例，计算T-BOX内置备用电池当前的电压，微处理器U4再通过两线式串行总线（简称I2C，I2CSCL&I2CSDA）控制MaximIntegrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）的G2管脚输出一个高电平给MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的漏极接地，MOS管Q1的栅极电压高于其漏极电压，MOS管Q1导通，T-BOX内置电池通过Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）的SNK管脚进行固定电流放电，微处理器U4的ADC2管脚采集Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）的BAT管脚电压，通过电阻R2和电阻R3的分压比例，计算T-BOX内置备用电池当前的电压，同时微处理器U4的ADC1管脚采集Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）的AVI管脚电压，微处理器U4将采集到的三个电压值进行计算，得到当前T-BOX内置备用电池的内阻值，实现对T-BOX内置备用电池的寿命监测；
防反接二极管D2的负极与降压模块U5（S-19212B/D）的输入端相接，降压模块U5（S-19212B/D）输出设置电压给Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）的SUP1管脚，当微处理器U4判断当前T-BOX内置备用电池的寿命处于正常范围时，微处理器U4的IO1输出一个高电平的CHAR_EN信号给电阻R5的一端，电阻R5的另一端与三极管Q10的基极相接，三极管Q10的发射极接地，三极管Q10的基极电压高于其发射极电压，三极管Q10导通，此时，Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）的EN1B管脚被拉低，降压模块U5（S-19212B/D）通过Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）对T-BOX内置备用电池进行充电。
2、当车载蓄电池发生脱落时：
由于T-BOX内部电容效应，防反接二极管D2的负极电压缓慢下降，当电压下降到第一设置电压时，防反接二极管D2负极的电压经电阻R12和电阻R13分压后，三极管Q9的基极电压不高于其发射极电压，三极管Q9关闭，微处理器U4的IO4被VDD3V3通过上拉电阻R11拉高，微处理器U4检测到当前车载蓄电池处于异常连接状态，微处理器U4的IO1输出一个低电平的CHAR_EN信号给电阻R5的一端，电阻R5的另一端与三极管Q10的基极相接，三极管Q10的基极电压不高于其发射极电压，三极管Q10关闭，Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）的EN1B管脚由VDDV3通过上拉电阻R4拉高，停止对T-BOX内置备用电池充电；
防反接二极管D2的负极电压持续下降至第二设置电压时，Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）的升压控制功能通过LX、DH、DL管脚自主使能T-BOX内置备用电池升压电路（升压电路由L1、C1、C2、D1、Q1、Q2组成），输出一个设置电压给MOS管Q4的源极，Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）的G1管脚与MOS管Q4的栅极相连，由于Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）内部结构，MOS管Q4的栅极电压低于其源极电压，MOS管Q4导通，升压电压供给降压模块U2（LMR14050-Q1）的输入端；
此时，升压电压与电阻R9一端相接，电阻R9的另一端与三极管Q8的基极相接，升压电压经电阻R9和电阻R8分压后，三极管Q8的基极电压高于其发射极电压，三极管Q8导通，MOS管Q7的栅极被拉低，MOS管Q7的栅极电压低于其漏极电压，MOS管Q7导通，降压模块U2（LMR14050-Q1）的输出电压通过MOS管Q7输入给降压模块U3（S-19212B/D），降压模块U3（S-19212B/D）输出电压给后级电路，维持T-BOX正常的语音通话、信息上传等功能；
同时，Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）将原本由VDD3V3通过上拉电阻R1拉高的STATUSB管脚拉低，微处理器U4的IO3检测到边沿变化，微处理器U4的IO2输出一个高电平给BATT_ON信号给三极管Q11的基极，三极管Q11的基极电压高于其发射极电压，三极管Q11导通，MOS管Q5的栅极电压低于其源极电压，MOS管Q5导通，此时通过MOS管Q6的体二极管，T-BOX内置备用电池进入待切换至直接放电路径状态；
微处理器U4的IO2输出一个高电平给BATT_ON信号后设置一定延时，然后微处理器U4通过I2C信号，关闭Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）升压控制功能，T-BOX内置备用电池停止升压，STATUSB管脚由VDD3V3通过上拉电阻R1拉高，且MOS管Q4关闭；
防反接二极管D2的负极电压继续下降至第三设置电压时，防反接二极管D2负极的电压经电阻R9和电阻R8分压后，三极管Q8的基极电压不高于其发射极电压，三极管Q8关闭，MOS管Q7的栅极电压不低于其源极电压，MOS管Q7关闭，且MOS管Q6的栅极电压低于其漏极电压，MOS管Q6导通，维持T-BOX功能正常的供电由T-BOX内置备用电池通过直接放电路径提供，至此，完成车载蓄电池到T-BOX内置备用电池的切换过程。
3、当车载蓄电池恢复正常连接时：
车载蓄电池经过防反接二极管D2给后级电路供电，降压模块U2（LMR14050-Q1）输出设置电压给MOS管Q7的漏极和MOS管Q6的栅极；
防反接二极管D2的负极与电阻R9一端相接，电阻R9的另一端与三极管Q8的基极相接，防反接二极管D2负极的电压经电阻R9和电阻R8分压后，三极管Q8的基极电压高于其发射极电压，三极管Q8导通，MOS管Q7的栅极被拉低，MOS管Q7的栅极电压低于其漏极电压，MOS管Q7导通，同时，MOS管Q6的栅极电压不低于其漏极电压，MOS管Q6关闭，降压模块U2（LMR14050-Q1）通过MOS管Q7给后级电路供电，维持T-BOX正常的语音通话、信息上传等功能，T-BOX内置备用电池通过MOS管Q6的体二极管，重新进入待切换至直接放电路径状态；
防反接二极管D2的负极与电阻R12一端相接，电阻R12的另一端与三极管Q9的基极相接，防反接二极管D2负极的电压经电阻R12和电阻R13分压后，三极管Q9的基极电压高于其发射极电压，三极管Q9导通，微处理器U4的IO3被拉低，微处理器U4检测到当前车载蓄电池处于正常连接状态，且微处理器U4检测到IO3的边沿变化，微处理器U4通过I2C信号，打开Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）升压控制功能，然后，微处理器U4的IO2输出一个低电平给BATT_ON信号给三极管Q11的基极，三极管Q11的基极电压不高于其发射极电压，三极管Q11关闭，MOS管Q5的栅极电压不低于其源极电压，MOS管Q5关闭，T-BOX内置备用直接放电路径关闭；
防反接二极管D2的负极与降压模块U5（S-19212B/D）输入端相接，降压模块U5（S-19212B/D）输出设置电压给Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）的SUP1管脚，微处理器U4的IO1输出一个高电平的CHAR_EN信号给电阻R5的一端，电阻R5的另一端与三极管Q10的基极相接，三极管Q10的基极电压高于其发射极电压，三极管Q10导通，此时降压模块U5（S-19212B/D）通过Maxim Integrated内置备用电池管理芯片U1（MAX20095）对T-BOX内置备用电池进行充电，完成T-BOX内置备用电池到车载蓄电池的切换过程。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种T-BOX内置备用电池管理系统，其特征在于，包括T-BOX内置备用电池、微处理器、电源管理模块、内置备用电池管理及切换模块；
所述T-BOX内置备用电池，用于在当车载蓄电池脱落时，提供T-BOX设备内部各功能模块的工作所需电源；
所述微处理器，用于实现T-BOX设备内部各功能模块的管理和控制；
所述电源管理模块，用于给T-BOX设备内部各功能模块提供稳定的直流供电；
所述内置备用电池管理及切换模块，用于实现T-BOX内置备用电池的充放电管理，以及车载蓄电池与T-BOX内置备用电池之间的自适应切换。
2.根据权利要求1所述的T-BOX内置备用电池管理系统，其特征在于，所述内置备用电池管理包括第一至第三降压模块、内置备用电池管理芯片、MOS管Q1~Q7、三极管Q8~Q11、电容C1~C2、电阻R1~R5、电阻R7~R14、防反二极管D2、二极管D1、电感L1，内置备用电池管理芯片的NC脚、AGND脚、PGND脚、GND脚连接至GND，内置备用电池管理芯片的BATTP脚与T-BOX内置备用电池的正极、Q5的源极、R7的一端、L1的一端连接，Q5的漏极与Q6的漏极连接，Q5的栅极与R7的另一端、Q11的集电极连接，Q11的基极经R14连接至微处理器，Q11的发射极连接至GND，Q6的栅极与第二降压模块的OUT端、Q7的漏极连接，Q6的源极与Q7的源极、R10的一端、第三降压模块的IN端连接，第二降压模块的GND端连接至GND，Q7的栅极与R10的另一端、Q8的集电极连接，Q8的基极与R9的另一端、R8的一端连接，Q8的发射极与R8的另一端相连接至GND，第三降压模块的GND端连接至GND，第三降压模块的OUT端连接至3.3V电源端、微处理器，内置备用电池管理芯片的SNK脚与Q1的源极连接，内置备用电池管理芯片的G2脚与Q1的栅极连接，Q1的漏极连接至GND，内置备用电池管理芯片的SDA脚、SCL脚、AVI脚、STATUSB脚分别与微处理器连接，内置备用电池管理芯片的STATUSB脚还与R1的一端连接，内置备用电池管理芯片的VDDIO脚连接3.3V电源端、R1的另一端，内置备用电池管理芯片的EN1B脚经电阻R4连接至3.3V电源端，内置备用电池管理芯片的EN1B脚还与Q10的集电极连接，Q10的发射极连接至GND，Q10的基极经R5连接至微处理器，内置备用电池管理芯片的AVB脚经R2连接至微处理器、R3的一端，R3的另一端连接至GND，内置备用电池管理芯片的BIAS脚经C2连接至GND，内置备用电池管理芯片的BIAS脚还经D1与C1的一端、内置备用电池管理芯片的BST脚连接，内置备用电池管理芯片的LX脚与C1的另一端、L1的另一端、Q2的漏极、Q3的源极连接，内置备用电池管理芯片的DH脚与Q2的栅极连接，内置备用电池管理芯片的DL脚与Q3的栅极连，内置备用电池管理芯片的SG1脚与Q2的源极、Q4的源极连接，内置备用电池管理芯片的G1脚与Q4的栅极连接，内置备用电池管理芯片的SUP2脚与Q4的漏极、第一降压模块的IN端、D2的阴极、第二降压模块的IN端、R9的一端、R12的一端连接，D2的阳极与车载蓄电池的正极连接，内置备用电池管理芯片的SUP1脚与第一降压模块的OUT端连接，第一降压模块的GND端连接至GND，R12的另一端与R13的一端、Q9的基极连接，R13的另一端与Q9的发射极相连接至GND，Q9的集电极与R11的一端、微处理器连接，R11的另一端连接至3.3V电源端。
3.一种基于权利要求2所述的T-BOX内置备用电池管理系统的管理方法，其特征在于，实现如下：
（1）当车载蓄电池与T-BOX正常连接且车辆处于启动状态时：
车载蓄电池经过D2给后级电路供电，第二降压模块输出预设电压给Q7的漏极与Q6的栅极；
D2负极的电压经R9和R8分压后，Q8的基极电压高于其发射极电压，Q8导通，Q7的栅极被拉低，Q7的栅极电压低于其漏极电压，Q7导通，第二降压模块通过Q7给第三降压模块输入预设电压，第三降压模块输出电压给微处理器，微处理器U4开始工作；
D2负极的电压经R12和R13分压后，Q9的基极电压高于其发射极电压，Q9导通，微处理器的相应IO口被拉低，微处理器检测到当前车载蓄电池处于正常连接状态；
而后微处理器通过IO口输出一个低电平的BATT_ON信号，并经R14传输给Q11的基极，此时，Q11的基极电压不高于其发射极电压，Q11关闭，使得Q5的栅极电压不低于其源极电压，Q5关闭；进而，使得Q6的栅极电压高于其漏极电压，Q6关闭，此时，T-BOX内置备用电池直接放电路径处于关闭状态；
然后，微处理器先采集内置备用电池管理芯片的BAT脚电压，通过R2和R3的分压比例，计算T-BOX内置备用电池当前的电压，微处理器再通过I2C控制内置备用电池管理芯片的G2脚输出一个高电平给Q1的栅极，Q1的栅极电压高于其漏极电压，Q1导通，T-BOX内置备用电池通过内置备用电池管理芯片的SNK脚进行固定电流放电，微处理器采集内置备用电池管理芯片的BAT脚电压，通过R2和R3的分压比例，计算T-BOX内置备用电池当前的电压，同时微处理器采集内置备用电池管理芯片的AVI脚电压，微处理器将采集到的三个电压值进行计算，得到当前T-BOX内置备用电池的内阻值，实现对T-BOX内置备用电池的寿命监测；
D2的负极经第一降压模块输出预设电压给内置备用电池管理芯片的SUP1脚，当微处理器判断当前T-BOX内置备用电池的寿命处于正常范围时，微处理器通过IO口输出一个高电平的CHAR_EN信号，并经R5传输给Q10的基极，使得Q10的基极电压高于其发射极电压，Q10导通，此时，内置备用电池管理芯片的EN1B脚被拉低，第一降压模块通过内置备用电池管理芯片对T-BOX内置备用电池进行充电；
（2）当车载蓄电池发生脱落时：
由于T-BOX内部电容效应，D2的负极电压缓慢下降，当电压下降到第一预设电压时，D2负极的电压经R12和R13分压后，Q9的基极电压不高于其发射极电压，Q9关闭，微处理器的相应IO口被VDD3V3通过R11拉高，微处理器检测到当前车载蓄电池处于异常连接状态，微处理器通过IO口输出一个低电平的CHAR_EN信号，并将R5传输给Q10的基极，Q10的基极电压不高于其发射极电压，Q10关闭，内置备用电池管理芯片的EN1B脚由VDD3V3通过R4拉高，停止对T-BOX内置备用电池充电；VDD3V3即3.3V电源端；
D2的负极电压持续下降至第二预设电压时，内置备用电池管理芯片的升压控制功能通过LX、DH、DL脚自主使能T-BOX内置备用电池的升压电路，升压电路由L1、C1、C2、D1、Q1、Q2组成，输出一个预设电压给Q4的源极，使得Q4的栅极电压低于其源极电压，Q4导通，升压电压供给第二降压模块的IN端；
此时，升压电压经R9和R8分压后，Q8的基极电压高于其发射极电压，Q8导通，Q7的栅极被拉低，Q7的栅极电压低于其漏极电压，Q7导通，第二降压模块的输出电压通过Q7输入给第三降压模块，第三降压模块输出电压给后级电路，维持T-BOX正常功能；
同时，内置备用电池管理芯片将原本由VDD3V3通过R1拉高的STATUSB脚拉低，微处理器检测到边沿变化，微处理器通过IO口输出一个高电平BATT_ON信号给Q11的基极，Q11的基极电压高于其发射极电压，Q11导通，Q5的栅极电压低于其源极电压，Q5导通，此时通过Q6的体二极管，T-BOX内置备用电池进入待切换至直接放电路径状态；
微处理器通过IO口输出一个高电平BATT_ON信号后设置一预设延时时间，然后微处理器通过I2C信号，关闭内置备用电池管理芯片升压控制功能，T-BOX内置备用电池停止升压，STATUSB脚由VDD3V3通过R1拉高，且Q4关闭；
D2的负极电压继续下降至第三预设电压时，D2负极的电压经R9和R8分压后，Q8的基极电压不高于其发射极电压，Q8关闭，Q7的栅极电压不低于其源极电压，Q7关闭，且Q6的栅极电压低于其漏极电压，Q6导通，维持T-BOX功能正常的供电由T-BOX内置备用电池通过直接放电路径提供，至此，完成车载蓄电池到T-BOX内置备用电池的切换过程；
（3）当车载蓄电池恢复正常连接时：
车载蓄电池经过D2给后级电路供电，第二降压模块输出预设电压给Q7的漏极和Q6的栅极；
D2的负极的电压经R9和R8分压后，Q8的基极电压高于其发射极电压，Q8导通，Q7的栅极被拉低，Q7的栅极电压低于其漏极电压，Q7导通，同时，Q6的栅极电压不低于其漏极电压，Q6关闭，第二降压模块通过Q7给后级电路供电，维持T-BOX正常功能，T-BOX内置备用电池通过Q6的体二极管，重新进入待切换至直接放电路径状态；
D2负极的电压经R12和R13分压后，Q9的基极电压高于其发射极电压，Q9导通，微处理器相应IO口被拉低，微处理器检测到当前车载蓄电池处于正常连接状态，且微处理器检测到相应IO口的边沿变化，微处理器通过I2C信号，打开内置备用电池管理芯片升压控制功能，然后，微处理器通过IO口输出一个低电平给BATT_ON信号给Q11的基极，Q11的基极电压不高于其发射极电压，Q11关闭，Q5的栅极电压不低于其源极电压，Q5关闭，T-BOX内置备用直接放电路径关闭；
D2的负极经第一降压模块输出预设电压给内置备用电池管理芯片的SUP1脚，微处理器通过IO口输出一个高电平的CHAR_EN信号，并经R5传输给Q10的基极，Q10的基极电压高于其发射极电压，Q10导通，此时第一降压模块通过内置备用电池管理芯片对T-BOX内置备用电池进行充电，完成T-BOX内置备用电池到车载蓄电池的切换过程。
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