CN112311080B - 电源切换系统、方法及电气设备、车辆事故报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源切换系统、方法及电气设备、车辆事故报警方法和计算机存储介质，能够在主电源掉电时，临时且快速地切换成备用电源供电，之后能进一步地判断切换备用电源供电的操作是否是必须的，若是，维持备用电源供电，若否，终止备用电源的使用，由此不仅能够在主电源掉电的情况下及时切换备用电源，还能够避免一些不必要的备用电源切换情况，以避免备用电源的电力浪费。

Description

电源切换系统、方法及电气设备、车辆事故报警方法

技术领域

本发明涉及电源控制技术领域，尤其涉及一种电源切换系统、方法及电气设备、车辆事故报警方法和计算机存储介质。

背景技术

目前，在很多电气设备(例如电动汽车等)的供电系统中，根据供电要求的可靠性，会采用包含主电源和备用电源的双电源供电模式，当主电源出现故障时，就会要求切换至备用电源供电，以保证供电网络上相应的用电器正常工作。例如，随着车载设备的不断发展，车载设备种类增多，消耗功率越来越大，为保证车辆运行时能连续、安全、可靠地向车载设备提供足够的电能，目前很多电动汽车会采用双电源供电模式，即利用主电源(一般称为汽车外部电源，例如12V电瓶)与备用电源(一般称为汽车内部电池)双供电，以满足车载电气设备的供电要求，正常情况下都是由主电源连接整车上的供电网络，来向车载产品供电以维持各车载设备的工作，在主电源出现掉电后，备用电源启用，并连接供电网络，继续维持相应的车载设备工作。

因此，上述的具有主电源和备用电源的电气设备，均需要一个能在主电源掉电时自动切换备用电源的电源切换系统，而传统的电源切换系统通常通过多个接触器和继电器组成，电路比较复杂，占用了很大的PCB面积，成本比较高。

此外，在电动汽车的应用上，当电动汽车发生严重碰撞后，出于安全考虑，需要第一时间将发生碰撞的地点、整车故障信息等上报到云平台，同时拨打紧急救援电话到指定的机构，以便第一时间实施救援。但此时车辆可能已经熄火，主电源(即电瓶)可能损坏，整车控制器的线束也可能撞断，若依靠整车控制器原先的主电源供电方式可能无法完成上述的报警动作，此时需要采用稳定可靠的备用电源进行供电。因此，在电动汽车的应用上，需要电源切换策略还能够根据车辆是否发生碰撞来决定是否必须切换备用电源，以保证车辆发生碰撞事故时能第一时间将发生碰撞的地点、整车故障信息等上报到云平台，同时拨打紧急救援电话到指定的机构，以便第一时间实施救援。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种电源切换系统、方法及电气设备，结构简单，实现在主电源掉电的情况下切换备用电源，且能够避免一些不必要的备用电源切换情况。

本发明的另一目的在于提供一种车辆事故报警方法，能够根据车辆是否确实发生碰撞事故来决定是否必须切换成备用电源供电，以保证在发生车辆碰撞事故时能第一时间将事故数据上报到云平台，同时拨打紧急救援电话到指定的机构，以便第一时间实施救援。

为了实现上述目的，本发明提供一种电源切换系统，用于在主电源掉电时切换备用电源给供电网络供电，所述电源切换系统包括：

掉电监测电路，连接所述主电源和所述供电网络的连接节点，所述掉电监测电路用于监测所述主电源向所述供电网络的供电情况，且当所述主电源掉电时产生掉电信号；

切换与防反电路，设置在所述备用电源和所述供电网络之间，且连接所述掉电监测电路，所述切换防反电路用于在所述掉电信号的触发下，导通所述备用电源和所述供电网络之间的电流路径，以切换成所述备用电源向所述供电网络供电，同时防止所述主电源倒灌；以及，

控制电路，设置在所述供电网络和所述切换与防反电路之间，所述控制电路用于根据所述供电网络的电力工作，且判断切换成所述备用电源供电的操作是否是必须的，若是，维持所述备用电源向所述供电网络供电，若否，控制切换与防反电路断开所述备用电源和所述供电网络之间的电流路径，以终止所述备用电源的使用。

可选地，所述切换与防反电路包括第五至第七开关管以及第八电阻，第五开关管和第六开关管均为MOS管，所述第五开关管的漏极连接所述备用电源，所述第五开关管的源极连接所述第六开关管的源极以及所述第八电阻的一端，所述第五开关管的栅极、所述第六开关管的栅极以及所述第八电阻的另一端均连接第七开关管的开关通路的一端，所述第六开关管的漏极连接所述供电网络，所述第七开关管的控制端直接连接或者间接连接所述掉电监测电路的输出端以及所述控制电路的输出端，所述第七开关管的开关通路的另一端接地。

可选地，所述切换与防反电路还包括第三防反二极管和第四防反二极管；所述第三防反二极管的阳极连接所述控制电路，所述第三防反二极管的阴极直接连接或者通过第九电阻间接连接所述第七开关管的控制端；所述第四防反二极管的阳极连接所述掉电监测电路，所述第四防反二极管的阴极直接连接或者通过第九电阻间接连接所述第七开关管的控制端。

可选地，所述掉电监测电路包括第一比较器，所述主电源直接连接或通过第十三电阻间接连接所述第一比较器的反相输入端，所述第一比较器的同相输入端直接连接或者通过第十四电阻间接连接一参考电压输入端，以接入一参考电压，所述第一比较器的输出端直接连接或者通过第十五电阻间接连接所述切换与防反电路的输入端。

可选地，所述掉电监测电路还包括第六电容、第七电容以及第十六电阻，所述第十六电阻和第六电容并联在所述第一比较器的反相输入端和地之间，所述第七电容连接在所述掉电监测电路的输出端和地之间。

可选地，所述的电源切换系统还包括电源电压检测电路，用于在切换成所述备用电源供电时检测所述备用电源的电压，所述控制电路还用于根据包括所述掉电信号及所述电源电压检测电路检测到的所述备用电源的电压，判断切换成所述备用电源供电的操作是否是必须的。

可选地，所述电源电压检测电路包括第二比较器，所述第二比较器的反相输入端直接接地或者通过第十七电阻间接接地，所述第二比较器的同相输入端直接连接或者通过第十八电阻间接连接所述备用电源，所述第二比较器的输出端直接连接或者通过第十九电阻间接连接所述控制电路。

可选地，所述电源电压检测电路还包括第二十电阻和第八电容，所述第二十电阻连接在所述第二比较器的同相输入端和地之间，所述第八电容连接在所述第二比较器的输出端和地之间。

可选地，所述掉电监测电路和所述电源电压检测电路使用同一个运算放大器芯片的不同部分。

基于同一发明构思，本发明还提供一种电气设备，包括主电源、备用电源、供电网络以及本发明所述的电源切换系统，所述主电源连接所述供电网络，所述备用电源通过所述电源切换系统连接所述主电源和所述供电网络。

可选地，所述的电气设备还包括自放电寿命检测电路和充电电路，所述自放电寿命检测电路和充电电路均同时连接所述备用电源和所述电源切换系统中的控制电路；所述自放电寿命检测电路用于在每次启动所述主电源向所述供电网络供电后，在所述控制电路的控制下对所述备用电源的剩余电量或者当前耗电量进行检测，以使得所述控制电路产生充电控制信号；所述充电电路用于在所述充电控制信号的触发下，从所述供电网络获取电力并向所述备用电源充电。

可选地，所述自放电寿命检测电路包括第一开关管、第二开关管和第二电阻，所述第一开关管的控制端直接连接或者通过第一电阻间接连接所述控制电路，所述第一开关管的开关通路的一端连接所述第二开关管的开关通路的一端，还直接连接或者通过第四电阻间接连接所述备用电源，所述第一开关管的开关通路的另一端连接所述第二开关管的控制端，所述第二开关管的控制端还通过第二电阻连接所述第一开关管的控制端，所述第二开关管的开关通路的另一端接地。

可选地，所述自放电寿命检测电路还包括第三电阻，所述第三电阻连接在所述第二开关管的控制端和地之间。

可选地，所述充电电路包括第三开关管、第四开关管、第六电阻、恒流源和第七电阻，所述第三开关管的开关通路的一端连接供电网络，所述第三开关管的开关通路的另一端连接所述恒流源的输入端，所述第三开关管的控制端通过第六电阻连接所述第四开关管的开关通路的一端，所述第四开关管的开关通路的另一端接地，所述第四开关管的控制端连接控制电路，所述恒流源的输出端连接第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端直接连接或者间接连接所述备用电源。

可选地，所述充电电路还包括第一防反二极管和第二防反二极管，所述第七电阻的一端通过所述第一防反二极管和第二防反二极管间接连接所述备用电源，且所述第一防反二极管的阳极和所述第二防反二极管的阳极均连接第七电阻，所述第一防反二极管的阴极和所述第二防反二极管的阴极均连接所述备用电源。

可选地，所述充电电路还包括第五电阻、第二电容和第三电容，所述第五电阻连接在所述供电网络和所述第三开关管的控制端之间，所述第二电容的一端和第三电容的一端相互连接且同时连接所述第七电阻的另一端和所述恒流源的反馈端，所述第二电容的另一端和第三电容的另一端均接地。

可选地，所述的电气设备还包括连接所述控制电路和所述供电网络的用电负载。

基于同一发明构思，本发明还提供一种电源切换方法，包括以下步骤：

实时监测主电源向供电网络的供电情况；

当所述主电源掉电时，临时切换成所述备用电源向所述供电网络供电，同时防止所述主电源倒灌；以及，

判断切换成所述备用电源供电的操作是否是必须的，若是，维持所述备用电源向所述供电网络供电，若否，断开所述备用电源和所述供电网络之间的电流路径，以终止所述备用电源的使用。

可选地，所述的电源切换方法还包括：在临时切换成所述备用电源向所述供电网络供电之后，检测所述备用电源的电压，进而根据包括检测到的所述备用电源的电压在内的信息，判断切换成所述备用电源供电的操作是否是必须的；或者，

在维持所述备用电源向所述供电网络供电之后，实时检测所述备用电源的电压，当检测到的所述备用电源的电压不满足要求时，断开所述备用电源和所述供电网络之间的电流路径，以终止所述备用电源的使用。

可选地，所述的电源切换方法还包括：

在每次启动所述主电源向所述供电网络供电后，对所述备用电源的剩余电量或者当前耗电量进行检测；以及，

根据对所述备用电源的剩余电量或者当前耗电量的检测结果，从所述供电网络获取电力并向所述备用电源充电。

基于同一发明构思，本发明还提供一种车辆事故报警方法，包括：采用本发明所述的电源切换方法，在车辆的主电源掉电时，切换成所述备用电源为整车控制器和相应的车载用电负载供电，其中，在车辆碰撞信号有效时，判定切换成所述备用电源供电是必须的，进而维持所述备用电源向所述供电网络供电，并进行事故数据上报并拨打紧急求救电话。

可选地，在判断切换成所述备用电源供电的操作是否是必须的时，先收集车辆上的包括传感器在内的相应用电负载的信息，来判断车辆的碰撞信号是否有效，且当车辆的碰撞信号有效时，判定切换成所述备用电源供电是必须的。

基于同一发明构思，本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现本发明所述的电源切换方法，或者，实现本发明所述的车辆事故报警方法。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的电源切换系统及电气设备，包括掉电监测电路、切换与防反电路以及控制电路，掉电监测电路能够及时发送主电源掉电的情况，切换与防反电路能够在主电源掉电时，临时且快速地切换成备用电源供电，以使得控制电路正常工作，进而控制电路能够进一步地判断切换备用电源供电的操作是否是必须的，若是，就会通过控制切换与防反电路来维持备用电源供电，若否，就会通过控制切换与防反电路来终止备用电源的使用，由此不仅能够在主电源掉电的情况下及时切换备用电源，还能够避免一些不必要的备用电源切换情况，以避免备用电源的电力浪费。

2、本发明的电源切换方法，能够在主电源掉电时，临时且快速地切换成备用电源供电，之后能进一步地判断切换备用电源供电的操作是否是必须的，若是，维持备用电源供电，若否，终止备用电源的使用，由此不仅能够在主电源掉电的情况下及时切换备用电源，还能够避免一些不必要的备用电源切换情况，以避免备用电源的电力浪费。

3、本发明的车辆事故报警方法，能够在主电源切断(即掉电)的情况下，先临时切换备用电源供电，在进一步确定确实发生了严重碰撞后，判定切换成所述备用电源供电是必须的，进而维持备用电源供电，并进行事故数据上报并拨打紧急求救电话，由此保证在发生事故时能第一时间将发生故障信息等上报到云平台，同时拨打紧急救援电话到指定的机构，以便第一时间实施救援，并避免一些误触发的事故报警的情况，提高事故报警准确率。

附图说明

图1是本发明具体实施例的电气设备及电源切换系统的结构示意图。

图2是本发明具体实施例的切换与防反电路、自放电寿命检测电路以及充电电路的结构示意图。

图3是本发明一实施例的掉电监测电路的结构示意图。

图4是本发明一实施例的电源电压检测电路的结构示意图。

图5是本发明另一实施例的掉电监测电路和电源电压检测电路共用同一运算放大器芯片的电路结构示意图。

图6是本发明具体实施例的车辆事故报警的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的技术方案作详细的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，本发明提供一种电源切换系统3，用于在主电源1掉电时切换备用电源2给供电网络4供电。所述电源切换系统3包括掉电监测电路31、切换与防反电路32、控制电路33以及电源电压检测电路34。

请参考图1至图5，掉电监测电路31连接所述主电源1和所述供电网络4的连接节点，所述掉电监测电路31用于监测所述主电源1向所述供电网络4的供电情况，且当所述主电源1掉电时产生掉电信号，即图2中的MCU_LOWVOLTAGE。切换与防反电路32设置在所述备用电源2和所述供电网络4之间，且连接所述掉电监测电路31，所述切换防反电路32用于在所述掉电信号MCU_LOWVOLTAGE的控制下，导通所述备用电源2(即对应图2中的BAT_PLUS)和所述供电网络4(即对应图2中的VBAT_FILT)之间的电流路径，以切换成所述备用电源2向所述供电网络4供电，同时防止所述主电源1倒灌。控制电路33设置在所述供电网络4和所述切换与防反电路32之间，所述控制电路33用于根据所述供电网络4的电力工作，且判断切换成所述备用电源2供电的操作是否是必须的，若是，维持所述备用电源2向所述供电网络4供电，若否，控制切换与防反电路32断开所述备用电源2和所述供电网络4之间的电流路径，以终止所述备用电源2的使用。电源电压检测电路34用于在切换成所述备用电源2供电时，根据控制电路34的控制，来检测所述备用电源2的电压，所述控制电路33还用于根据包括所述掉电信号MCU_LOWVOLTAGE及所述电源电压检测电路34检测到的所述备用电源2的电压，判断切换成所述备用电源2供电的操作是否是必须的。本实施例中，控制电路33为微控制器MCU，下文中均记作MCU 33。

需要说明的是，能够适用于电源切换系统3的主电源1和备用电源2，可以根据具体的产品应用要求来选择，例如当本发明的电源切换系统3应用于电动车时，主电源1可以是12V电瓶或者24V电瓶，备用电源2可以采用锂电池、镍氢电池或其他形式的可充电电池来构建，具体所需的电池数量可以根据产品所需来选择，可以是4节，可以换成3节或者5节等。备用电源2尽量选择能够在低温(零下20摄氏度)环境中持续工作的可充电电池，由此，可以保证在更严峻的环境下依然能够将车辆的事故数据上报。此外，当选择电池来构建备用电源2时，电池属于易损产品，以目前的电池制作的成熟工艺，无法做到电池与整车同寿命(10年以上)。因此在备用电源2的安装结构上，可以设计独立的电池仓(未图示)，并通过相应的卡扣结构(未图示)和可被开启的盖板(未图示)，来实现备用电源2中的电池可以被更换的要求。

请参考图1和图2，本实施例中，切换与防反电路32包括第五至第七开关管T5～T7、第八至第十电阻R8～R10、第三防反二极管D3和第四防反二极管D4。其中，第五开关管T5和第六开关管T6均为NMOS管，第七开关管T7为NPN三极管。第五开关管T5的漏极连接备用电源2的一端(即BAT_PLUS)，第五开关管T5的源极连接第六开关管T6的源极以及第八电阻R8的一端，第五开关管T5的栅极、第六开关管T6的栅极以及第八电阻R8的另一端均连接第七开关管T7的集电极(即T7的开关通路的一端)，第六开关管T6的漏极连接所述供电网络4的一端(即VBAT_FILT)，第七开关管T7的控制端(即基极)连接第九电阻R9的一端，第九电阻R9的另一端分别连接第三防反二极管D3的阴极和第四防反二极管D4的阴极，第三防反二极管D3的阳极连接MCU33的一个使能输出端MCU_BAT_EN，第四防反二极管D4的阳极连接所述掉电监测电路31的输出端MCU_LOWVOLTAGE，第七开关管T7的发射极(即T7的开关通路的另一端)接地GND并同时通过第十电阻R10连接到第七开关管T7的基极。其中，第八电阻R8对T5和T6进行过压保护，防止T5和T6的栅源之间发生静电击穿问题；第九电阻R9作为T7基极的限流电阻，能够保护第七开关管T7且能够使得第七开关管T7产生较小的压降；第十电阻R10一方面在第七开关管T7的基极没有输入电压(或输入端悬空)时，保证第七开关管T7能可靠截止，另一方面能加速第七开关管T7退出饱和状态，使第七开关管T7输出的脉冲的上升沿更接近输入波形的上升沿。在本发明的其他实施例中，可以在第三防反二极管D3的两极并联第十一电阻R11，以降低第三防反二极管D3的等效电阻，进而使得第三防反二极管D3的电流减小，保护第三防反二极管D3。在本发明的其他实施例中，在T5的源极和栅极之间还连接有稳压二极管Z，以对T5和T6的栅源间进行过电压保护。此外，第三防反二极管D3和第四防反二极管D4可以替换为一个具有两个输入端、一个输出端的防反芯片。其中，R8的阻值可以是46.4千欧姆，R9和R10的阻值可以是10千欧姆，R11的阻值可以是50毫欧姆。其中，T5～T7的选用能尽可能地减少切换与防反电路的压降，T6可以起到防反电路，既保证了主电源1不会倒灌，同时也将T5的源极至VBAT_FILT端的通路上的压降减少到了0.1V左右，避免备用电源2的电力输送产生无用的消耗，以节约用电。

请参考图1和图3，所述掉电监测电路31包括第一比较器U41、第十三至第十六电阻R13～R16以及第六电容C6和第七电容C7。所述主电源1的一端IA_BAT通过第十三电阻R13连接所述第一比较器U41的反相输入端(-)，所述第一比较器U41的同相输入端(+)通过第十四电阻R14连接MCU 33或供电网络4的参考电压输入端VCC1_3.3V，以接入参考电压(例如为3.3V)，所述第一比较器U41的输出端OUT通过第十五电阻R15连接所述切换与防反电路32的输入端，即第十五电阻R15不与第一比较器U41的输出端OUT连接的另一端为掉电监测电路31的输出端MCU_LOWVOLTAGE，所述第十六电阻R16和第六电容C6并联在所述第一比较器U41的反相输入端(-)和地GND之间，一方面可以对采集到的主电源1的信号(即用于表示主电源1向供电网络4供电的情况的信号)进行滤波，另一方面，第十六电阻R16可以和第十三电阻R13组成分压电路，以对主电源的一端IA_BAT输入到第一比较器U41的反相输入端的信号进行分压和限流。第十四电阻R14主要是对输出到第一比较器U41的同相输入端的参考电压信号进行限流。第十五电阻R15可以对第一比较器U41输出的掉电信号进行限流。所述第七电容C7连接在所述掉电监测电路的输出端MCU_LOWVOLTAGE和地GND之间，和第十五电阻R15组成RC滤波电路，用于对掉电监测电路31输出的掉电信号进行滤波。本实施例中，R13～R15的阻值均为10千欧姆，R16的阻值为21.5千欧姆，C6和C7的电容值均为1nF。在本发明的其他实施例中，当第一比较器U41中集成了相应的电阻和电容，或者，输入到第一比较器U41的两个输入端的信号已经满足第一比较器U41的限制要求时，可以省略电阻R13～R16以及电容C6和C7。

请参考图1和4，所述电源电压检测电路包括第二比较器U42、第十七至第二十电阻R17～R20以及第八电容C8。所述第二比较器U42的反相输入端(-)通过第十七电阻R17接地，所述第二比较器U42的同相输入端(+)通过第十八电阻R18连接所述备用电源2的一端BAT_PLUS，所述第二比较器U42的输出端OUT通过第十九电阻R19连接MCU 33的一端MCU_IA_BAT。MCU 33可以根据包括从MCU_IA_BAT端接收的信号和从掉电监测电路的输出端MCU_LOWVOLTAGE接收到的掉电信号来判断切换成备用电源2的操作是否是必须的。第十七电阻R17、第十八电阻R18以及第十九电阻R19均为限流电阻，可以对第二比较器U42相应端的信号进行限流。所述第二十电阻R20连接在所述第二比较器U42的同相输入端(+)和地GND之间，用于和第十八电阻R18分压，以使得采集的备用电源的电压符合所述第二比较器U42的输入要求，第八电容C8连接在所述第二比较器U42的输出端OUT和地GND之间，用于和第十九电阻R19组成RC滤波电路，以对所述第二比较器U42的输出信号进行滤波。在本发明的其他实施例中，可以在第二比较器U42的输出端OUT和反相输入端之间串联第二十一电阻R21，以形成负反馈，以提高第二比较器U42的性能；还可以在第十九电阻R19与第八电容C8的连接节点和地GND之间接入第二十二电阻R22，用于和第十九电阻R19分压，以使得第二比较器U42输出的信号符合所述MCU 33的MCU_IA_BAT端的采样电压要求。其中，R17和R18的阻值可以为100千欧姆，R19的阻值可以为10千欧姆，R20和R21的阻值为51.1千欧姆。在本发明的其他实施例中，当第二比较器U42集成了相应的电阻和电容，或者，输入到第二比较器U42的两个输入端的信号已经满足第二比较器U42的限制要求时，也可以省略电阻R17～R20以及电容C8。

请参考图1至图4，本实施例的电源切换系统的工作原理如下：掉电监测电路31一旦监测到主电源1掉电，就会产生掉电信号(为高电平信号“1”)，即IA_BAT端输入的电压低于VCC1_3.3V输入的参考电压)，则第一比较器U41输出高电平“1”，此时，T7导通，进而使得T5和T6导通，备用电源2向供电网络4供电，由此使得MCU 33能够正常工作，此时，MCU 33可以根据采集到的相关用电负载的信息、电源电压电路34检测到的备用电源2的剩余电量信息以及掉电信号MCU_LOWVOLTAGE等，判断主电源1发生掉电的原因以及切换成备用电源2供电的操作是否是必须的，如果MCU33判断为必须切换备用电源2供电的情况，则维持备用电源2持续向供电网络4供电，并使得相关的用电负载执行相应的必要操作，例如MCU33通过相应的无线通信模组与云平台通信以执行事故上报，通过控制相应的拨号APP拨打紧急求救电话；否则，MCU33通过使能信号MCU_BAT_EN或者直接改变掉电信号MCU_LOWVOLTAGE来关闭T7、T5和T6，以终止备用电源2的使用。

请参考图5，在本发明的其他实施例中，电源电压检测电路34和掉电监测电路31可以共用同一个运算放大器芯片。例如电源电压检测电路34和掉电监测电路31采用8脚的运算放大器芯片U4来实现，运算放大器芯片U4可以是LM2904A系列的运算放大器芯片。其中，该芯片U4的供电端VCC(即引脚8)通过第十二电阻R12连接供电网络4的供电端VCC_5V，还通过第四电容C4和第五电容C5连接接地端GND(即引脚4)，接地端GND接地。芯片U4的第一同相输入端IN1+(即引脚3)通过第十四电阻R14接入参考电压VCC1_3.3V，第一反相输入端IN1-(即引脚2)通过第十三电阻R13接入主电源1的一端IA_BAT，芯片U4的第一输出端OUT1通过第十五电阻R15输出掉电信号MCU_LOWVOLTAGE，芯片U4的第二同相输入端IN2+(即引脚5)通过第十八电阻R18连接备用电源2的一端BAT_PLUS，第二反相输入端IN2-(即引脚6)通过第十七电阻R17接地，芯片U4的第二输出端OUT2通过第十九电阻R19连接MCU 33的一端MCU_IA_BAT，也就是说，芯片U4的引脚1～3及其连接的外围电路组成掉电监测电路，引脚5～7及其连接的外围电路组成电源电压检测电路。

基于同一发明构思，请参考图1至图5，本发明一实施例还提供一种电气设备，包括主电源1、备用电源2、供电网络4、至少一个用电负载5以及本发明所述的电源切换系统3，所述主电源1连接所述供电网络4，所述备用电源2通过所述电源切换系统3连接所述主电源1和所述供电网络4，用电负载5连接MCU 33和供电网络4。正常情况下，主电源1通过供电网络4向MCU33以及用电负载5供电，在主电源1掉电的情况下，电源切换系统3可以临时切换备用电源2通过供电网络4向MCU33以及相应的用电负载5供电，MCU33可以进一步判断切换成所述备用电源2供电的操作是否是必须的，若是，维持所述备用电源2向所述供电网络4供电，若否，控制切换与防反电路32断开所述备用电源2和所述供电网络4之间的电流路径，以终止所述备用电源2的使用。用电负载5可以包括显示屏、各种传感器、收音机、点烟器等等。

所述的电气设备还包括自放电寿命检测电路7和充电电路6，所述自放电寿命检测电路7和充电电路6均同时连接所述备用电源2和所述电源切换系统3中的控制电路33。所述自放电寿命检测电路7用于在每次启动所述主电源1向所述供电网络4供电后，根据所述控制电路33的控制对所述备用电源2的剩余电量或者当前耗电量进行检测，以使得所述控制电路33产生充电控制信号；所述充电电路6用于在所述充电控制信号的控制下，从所述供电网络4获取电力并向所述备用电源2充电。

请参考图2，本实施例中，控制电路33为MCU，以下记为MCU 33。所述自放电寿命检测电路7包括第一开关管T1、第二开关管T2、第一至第四电阻R1～R4以及第一电容C1，所述第一开关管T1和第二开关管T2均为NPN三极管，所述第一开关管T1的基极(即T1的控制端)通过第一电阻R1间接连接所MCU 33的一端，以接收MCU33发出的用于使能自放电寿命检测电路7开始工作的使能信号MCU_BAT_DEC_EN，自放电寿命检测电路7接收到该使能信号MCU_BAT_DEC_EN后，会对备用电源2进行自放电寿命检测，所述第一开关管T1的集电极(即T1的开关通路的一端)连接所述第二开关管T2的漏极(即T2开关通路的一端)，同时还通过第四电阻R4间接连接所述备用电源2的一端BAT_PLUS，所述第一开关管T1的发射极(即T1开关通路的另一端)连接所述第二开关管T2的基极(即T2的控制端)，所述第二开关管T2的基极(即T2的控制端)还通过第二电阻R2连接所述第一开关管T1的基极(即T1的控制端)，所述第二开关管T2的发射极(即T2开关通路的另一端)接地GND，同时通过第三电阻R3连接第二开关管T2的基极(即T2的控制端)。其中，第一电阻R1作为第一开关管T1基极的限流电阻，能够保护第一开关管T1且能够使得第一开关管T1产生较小的压降。第二电阻R2一方面作为第二开关管T2基极的限流电阻，能够保护第二开关管T2且能够使得第二开关管T2产生较小的压降，另一方面在第一开关管T1的基极没有输入电压(或输入端悬空)时，保证第一开关管T1能可靠截止，此外还能加速第一开关管T1退出饱和状态，使第一开关管T1输出的脉冲的上升沿更接近输入波形的上升沿。第三电阻R3一方面能够在第二开关管T2没有输入电压(或输入端悬空)时，保证第二开关管T2能可靠截止，另一方面还能加速第二开关管T2退出饱和状态，使第二开关管T2输出的脉冲的上升沿更接近输入波形的上升沿。第四电阻R4能够在其所在支路上起到限流作用，以保护备用电源2和第一开关管T1和第二开关管T2。本实施例中，第一电阻R1的阻值可以为1千欧姆，第二至第四电阻R2～R4的阻值可以均10千欧姆。

所述充电电路6包括第三开关管T3、第四开关管T4、第五至第七电阻R5～R7、电阻R0和R0’、恒流源U1、第一防反二极管D1、第二防反二极管D2以及第二电容C2和第三电容C3。所述第三开关管T3为PNP三极管，第四开关管T4为NPN三极管，第三开关管T3的发射极(即T3开关通路的一端)连接供电网络4的一端VBAT_FILT，第三开关管T3的集电极(即T3开关通路的另一端)连接所述恒流源U1的输入端IN，所述第三开关管T3的基极(即T3的控制端)通过第六电阻R6连接所述第四开关管T4的集电极(即T4开关通路的一端)，所述第四开关管T4的发射极(即T4开关通路的另一端)接地GND，同时还通过电阻R0’连接所述第四开关管T4的基极(即T4的控制端)，所述第四开关管T4的基极(即T4的控制端)还通过电阻R0连接MCU 33的一端，以接收MCU 33发出的用于使充电电路6开始工作的使能信号MCU_BAT_CHARGE_EN，充电电路6接收到该使能信号MCU_BAT_CHARGE_EN后，会对备用电源2进行充电。所述恒流源U1的输出端OUT连接第七电阻R7的一端，所述第七电阻R7的另一端连接第一防反二极管D1的阳极和第二防反二极管D2的阳极，第一防反二极管D1的阴极和第二防反二极管D2的阴极连接所述备用电源2的一端BAT_PLUS，第一防反二极管D1、第二防反二极管D2用于防止充电电路6对备用电源2充电时电力倒灌到主电源1中。所述第五电阻R5连接在所述供电网络4的一端VBAT_FILT和所述第三开关管T3的控制端(即基极)之间，所述第二电容C2的一端和第三电容C3的一端相互连接且同时连接所述第七电阻R7的另一端和所述恒流源U1的反馈端ADJ，所述第二电容C2的另一端和第三电容C3的另一端均接地GND。其中，第六电阻R6作为第三开关管T3基极的限流电阻，能够保护第三开关管T3且能够使得第三开关管T3产生较小的压降。第五电阻R5一方面能够在第三开关管T3没有输入电压(或输入端悬空)时，保证第三开关管T3能可靠截止，另一方面还能加速第三开关管T3退出饱和状态，使第三开关管T3输出的脉冲的上升沿更接近输入波形的上升沿。电阻R0作为第四开关管T4基极的限流电阻，能够保护第四开关管T4且能够使得第四开关管T4产生较小的压降。电阻R0’一方面能够在第四开关管T4没有输入电压(或输入端悬空)时，保证第四开关管T4能可靠截止，另一方面还能加速第四开关管T4退出饱和状态，使第四开关管T4输出的脉冲的上升沿更接近输入波形的上升沿。第七电阻R7一方面作为限流电阻，限制恒流源U1向外输出的充电电流，另一方面和第二电容C2和第三电容C3组成滤波电路，以对恒流源U1相应端的信号进行滤波，防止产品开机瞬间，充电电流过大而带来很大的冲击电流。恒流源U1可以是线性稳压器(LDO)。本实施例中，电阻R0和R0’的阻值和第五电阻R5的阻值可以均为10千欧姆，第六电阻R6的阻值为1千欧姆，第七电阻R7的阻值可以均21.5欧姆，第二电容C2的阻值为4.7μF，第三电容C3的阻值为100nF。

本实施例中，充电电路6和自放电寿命检测电路7的工作原理如下：

首先，在每次电气设备启动后，主电源1供电，MCU 33产生使能信号MCU_BAT_DEC_EN，以控制自放电寿命检测电路7对备用电源2做一次电池自放电的寿命监测，此时，T1和T2均导通，自放电寿命检测电路7能通过比较得知备用电源2(即备用电池)当前的寿命情况(即当前剩余电量)。

然后，MCU 33根据自放电寿命检测电路7的检测结果，确定下一步的工作。当确定备用电源2出现故障或者自放电寿命检测电路7无法对备用电源2进行自放电的寿命监测，则判定需要更换备用电源2，此时可以通过故障代码等形式告知电气设备的用户，以使其更换备用电源2，例如当电气设备为电动车时，MCU 33通过故障代码等形式告知车主，车主驱车前往维修站更换备用电源2。

当MCU 33确定备用电源的剩余电量达到充电阈值电量时，产生使能信号MCU_BAT_CHARGE_EN，充电电路6中的T3、T4均导通，主电源1的电力通过供电网络4的相应段VBAT_FILT传输至充电电路6中，进而通过恒流源U1充电至备用电源2中。本实施例的电气设备可以是电源管理器、整车控制器、电力交通工具(例如电动汽车)、混合动力交通工具(例如混合动力汽车)或行走辅助医疗器械等。

综上所述、本发明的电源切换系统及电气设备，包括掉电监测电路、切换与防反电路以及控制电路，掉电监测电路能够及时发送主电源掉电的情况，切换与防反电路能够在主电源掉电时，临时且快速地切换成备用电源供电，以使得控制电路正常工作，进而控制电路能够进一步地判断切换备用电源供电的操作是否是必须的，若是，就会通过控制切换与防反电路来维持备用电源供电，若否，就会通过控制切换与防反电路来终止备用电源的使用，由此不仅能够在主电源掉电的情况下及时切换备用电源，还能够避免一些不必要的备用电源切换情况，以避免备用电源的电力浪费。

基于同一发明构思，请参考图1，本发明一实施例还提供一种电源切换方法，可以采用图1所示的电源切换系统3来实现，具体包括以下步骤：

首先，通过掉电监测电路31实时监测主电源1向供电网络4的供电情况；

然后，当所述主电源1掉电时，通过切换与防反电路32临时切换成所述备用电源2向所述供电网络4供电，同时防止所述主电源1倒灌；以及，

接着，通过控制电路33判断切换成所述备用电源2供电的操作是否是必须的，若是，控制电路33通过控制切换与防反电路32来维持所述备用电源2向所述供电网络4供电，若否，控制电路33通过控制切换与防反电路32来断开所述备用电源2和所述供电网络4之间的电流路径，以终止所述备用电源2的使用。

其中，在临时切换成所述备用电源2向所述供电网络4供电之后，控制电路33通过控制电源电压检测电路34来检测所述备用电源2的电压，进而根据包括检测到的所述备用电源2的电压在内的信息，判断切换成所述备用电源2供电的操作是否是必须的。例如，当检测到备用电源2的电压过低(即剩余电量较少)而不满足要求时，判定无需切换成所述备用电源2供电，此时断开所述备用电源2和所述供电网络4之间的电流路径，以终止所述备用电源2的使用，再例如，在检测到备用电源2的电压符合要求(即剩余电量较为充足)，但主电源1经再次重启以恢复正常时，判定无需切换成所述备用电源2供电，此时断开所述备用电源2和所述供电网络4之间的电流路径，以终止所述备用电源2的使用。

在本发明的其他实施例中，可以在维持所述备用电源2向所述供电网络4供电之后，控制电路33通过控制电源电压检测电路34实时检测所述备用电源2的电压，当检测到的所述备用电源2的电压不满足要求时，断开所述备用电源2和所述供电网络4之间的电流路径，以终止所述备用电源2的使用。

在本发明的其他实施例中，所述的电源切换方法还包括：在每次启动所述主电源1向所述供电网络4供电后，控制电路33通过控制自放电寿命检测电路7对所述备用电源2的剩余电量或者当前耗电量进行检测；以及，控制电路33根据对所述备用电源2的剩余电量或者当前耗电量的检测结果，决定是否需要通过控制充电电路6从所述供电网络获取电力并向所述备用电源2充电，例如，当检测到的所述备用电源2的剩余电量或者当前耗电量低于预设电量阈值时，从所述供电网络获取电力并向所述备用电源2充电。

综上所述，本发明的电源切换方法，能够在主电源掉电时，临时且快速地切换成备用电源供电，之后能进一步地判断切换备用电源供电的操作是否是必须的，若是，维持备用电源供电，若否，终止备用电源的使用，由此不仅能够在主电源掉电的情况下及时切换备用电源，还能够避免一些不必要的备用电源切换情况，以避免备用电源的电力浪费。

请参考图1和6，基于同一发明构思，本发明一实施例还提供一种车辆事故报警方法，包括：

首先，点火上电，主电源1通过供电网络4向车上的用电负载5供电，车辆正常运行；

然后，在车辆的主电源1掉电时，采用本发明所述的电源切换方法，切换成备用电源2为整车控制器MCU 33和相应的车载用电负载5供电，其中，在MCU 33判定车辆碰撞信号有效时，判定切换成所述备用电源2供电是必须的，进而维持所述备用电源2向所述供电网络4供电，并进行事故数据上报并拨打紧急求救电话。

具体地，在MCU 33判断切换成所述备用电源2供电的操作是否是必须的时，可以先收集车辆上的包括传感器在内的相应用电负载5的信息，来判断车辆的碰撞信号是否有效，且当确定车辆的碰撞信号有效时，判定切换成所述备用电源2供电是必须的。

当车辆上安装有图1至图5所述的电源切换系统时，本实施例的车辆事故报警方法，可在辆确实发生了严重碰撞而导致主电源1切断的情况下，通过掉电监测电路的硬件监测和MCU的软件测控功能实现进行备用电源的切换。

综上所述，本发明的车辆事故报警方法，能够在主电源切断(即掉电)的情况下，先临时切换备用电源供电，在进一步确定确实发生了严重碰撞后，判定切换成所述备用电源供电是必须的，进而维持备用电源供电，并进行事故数据上报并拨打紧急求救电话，由此保证在发生事故时能第一时间将发生故障信息等上报到云平台，同时拨打紧急救援电话到指定的机构，以便第一时间实施救援，并避免一些误触发的事故报警的情况，提高事故报警准确率。

基于同一发明构思，本发明一实施例还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现本发明所述的电源切换方法，或者，实现本发明所述的车辆事故报警方法。所述计算机存储介质可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，所述计算机存储介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。所述计算机存储介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(HDD)；光存储装置，如光盘(CD-ROM)；存储器，如随机存取存储器(RAM)或闪存；和/或有线/无线通信链路。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (23)

1.一种电源切换系统，用于在汽车的主电源掉电时切换所述汽车的备用电源给所述汽车的供电网络供电，其特征在于，所述电源切换系统包括：

掉电监测电路，连接所述主电源和所述供电网络的连接节点，所述掉电监测电路用于监测所述主电源向所述供电网络的供电情况，且当所述主电源掉电时产生掉电信号；

切换与防反电路，设置在所述备用电源和所述供电网络之间，且连接所述掉电监测电路，所述切换与 防反电路用于在所述掉电信号的触发下，导通所述备用电源和所述供电网络之间的电流路径，以切换成所述备用电源向所述供电网络供电，同时防止所述主电源倒灌；以及，

控制电路，设置在所述供电网络和所述切换与防反电路之间，所述控制电路用于在所述主电源掉电时先临时切换所述备用电源向所述供电网络供电，并进一步根据车辆碰撞信号是否有效来判断切换成所述备用电源供电的操作是否是必须的，若车辆碰撞信号是有效的，则切换成所述备用电源供电的操作是必须的，进一步维持所述备用电源向所述供电网络供电并进行车辆事故报警，若车辆碰撞信号是无效的，则切换成所述备用电源供电的操作不是必须的，控制切换与防反电路断开所述备用电源和所述供电网络之间的电流路径，以终止所述备用电源的使用。

2.如权利要求1所述的电源切换系统，其特征在于，所述切换与防反电路包括第五至第七开关管以及第八电阻，第五开关管和第六开关管均为MOS管，所述第五开关管的漏极连接所述备用电源，所述第五开关管的源极连接所述第六开关管的源极以及所述第八电阻的一端，所述第五开关管的栅极、所述第六开关管的栅极以及所述第八电阻的另一端均连接第七开关管的开关通路的一端，所述第六开关管的漏极连接所述供电网络，所述第七开关管的控制端直接连接或者间接连接所述掉电监测电路的输出端以及所述控制电路的输出端，所述第七开关管的开关通路的另一端接地。

3.如权利要求2所述的电源切换系统，其特征在于，所述切换与防反电路还包括第三防反二极管和第四防反二极管；所述第三防反二极管的阳极连接所述控制电路，所述第三防反二极管的阴极直接连接或者通过第九电阻间接连接所述第七开关管的控制端；所述第四防反二极管的阳极连接所述掉电监测电路，所述第四防反二极管的阴极直接连接或者通过第九电阻间接连接所述第七开关管的控制端。

4.如权利要求1所述的电源切换系统，其特征在于，所述掉电监测电路包括第一比较器，所述主电源直接连接或通过第十三电阻间接连接所述第一比较器的反相输入端，所述第一比较器的同相输入端直接连接或者通过第十四电阻间接连接一参考电压输入端，以接入一参考电压，所述第一比较器的输出端直接连接或者通过第十五电阻间接连接所述切换与防反电路的输入端。

5.如权利要求4所述的电源切换系统，其特征在于，所述掉电监测电路还包括第六电容、第七电容以及第十六电阻，所述第十六电阻和所述第六电容并联在所述第一比较器的反相输入端和地之间，所述第七电容连接在所述掉电监测电路的输出端和地之间。

6.如权利要求1所述的电源切换系统，其特征在于，还包括电源电压检测电路，用于在切换成所述备用电源供电时检测所述备用电源的电压，所述控制电路还用于根据包括所述掉电信号及所述电源电压检测电路检测到的所述备用电源的电压，判断切换成所述备用电源供电的操作是否是必须的。

7.如权利要求6所述的电源切换系统，其特征在于，所述电源电压检测电路包括第二比较器，所述第二比较器的反相输入端直接接地或者通过第十七电阻间接接地，所述第二比较器的同相输入端直接连接或者通过第十八电阻间接连接所述备用电源，所述第二比较器的输出端直接连接或者通过第十九电阻间接连接所述控制电路。

8.如权利要求7所述的电源切换系统，其特征在于，所述电源电压检测电路还包括第二十电阻和第八电容，所述第二十电阻连接在所述第二比较器的同相输入端和地之间，所述第八电容连接在所述第二比较器的输出端和地之间。

9.如权利要求6所述的电源切换系统，其特征在于，所述掉电监测电路和所述电源电压检测电路使用同一个运算放大器芯片的不同部分。

10.一种电气设备，其特征在于，包括主电源、备用电源、供电网络以及权利要求1-9中任一项所述的电源切换系统，所述主电源连接所述供电网络，所述备用电源通过所述电源切换系统连接所述主电源和所述供电网络。

11.如权利要求10所述的电气设备，其特征在于，还包括自放电寿命检测电路和充电电路，所述自放电寿命检测电路和充电电路均同时连接所述备用电源和所述电源切换系统中的控制电路；所述自放电寿命检测电路用于在每次启动所述主电源向所述供电网络供电后，在所述控制电路的控制下，对所述备用电源的剩余电量或者当前耗电量进行检测，以使得所述控制电路产生充电控制信号；所述充电电路用于在所述充电控制信号的触发下，从所述供电网络获取电力并向所述备用电源充电。

12.如权利要求11所述的电气设备，其特征在于，所述自放电寿命检测电路包括第一开关管、第二开关管和第二电阻，所述第一开关管的控制端直接连接或者通过第一电阻间接连接所述控制电路，所述第一开关管的开关通路的一端连接所述第二开关管的开关通路的一端，还直接连接或者通过第四电阻间接连接所述备用电源，所述第一开关管的开关通路的另一端连接所述第二开关管的控制端，所述第二开关管的控制端还通过所述第二电阻连接所述第一开关管的控制端，所述第二开关管的开关通路的另一端接地。

13.如权利要求12所述的电气设备，其特征在于，所述自放电寿命检测电路还包括第三电阻，所述第三电阻连接在所述第二开关管的控制端和地之间。

14.如权利要求11所述的电气设备，其特征在于，所述充电电路包括第三开关管、第四开关管、第六电阻、恒流源和第七电阻，所述第三开关管的开关通路的一端连接所述供电网络，所述第三开关管的开关通路的另一端连接所述恒流源的输入端，所述第三开关管的控制端通过所述第六电阻间接连接所述第四开关管的开关通路的一端，所述第四开关管的开关通路的另一端接地，所述第四开关管的控制端连接所述控制电路，所述恒流源的输出端连接所述第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端直接连接或者间接连接所述备用电源。

15.如权利要求14所述的电气设备，其特征在于，所述充电电路还包括第一防反二极管和第二防反二极管，所述第七电阻的一端通过所述第一防反二极管和第二防反二极管间接连接所述备用电源，且所述第一防反二极管的阳极和所述第二防反二极管的阳极均连接所述第七电阻，所述第一防反二极管的阴极和所述第二防反二极管的阴极均连接所述备用电源。

16.如权利要求15所述的电气设备，其特征在于，所述充电电路还包括第五电阻、第二电容和第三电容，所述第五电阻连接在所述供电网络和所述第三开关管的控制端之间，所述第二电容的一端和所述第三电容的一端相互连接且同时连接所述第七电阻的另一端和所述恒流源的反馈端，所述第二电容的另一端和所述第三电容的另一端均接地。

17.如权利要求10-16中任一项所述的电气设备，其特征在于，还包括连接所述控制电路和所述供电网络的用电负载。

18.一种电源切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

实时监测汽车的主电源向所述汽车的供电网络的供电情况；

当所述主电源掉电时，临时切换成所述汽车的备用电源向所述供电网络供电，同时防止所述主电源倒灌；以及，

根据车辆碰撞信号是否有效来判断切换成所述备用电源供电的操作是否是必须的，若车辆碰撞信号是有效的，则切换成所述备用电源供电的操作是必须的，维持所述备用电源向所述供电网络供电并进行车辆事故报警，若车辆碰撞信号是无效的，则切换成所述备用电源供电的操作不是必须的，断开所述备用电源和所述供电网络之间的电流路径，以终止所述备用电源的使用。

19.如权利要求18所述的电源切换方法，其特征在于，还包括：在临时切换成所述备用电源向所述供电网络供电之后，检测所述备用电源的电压，进而根据包括检测到的所述备用电源的电压在内的信息，判断切换成所述备用电源供电的操作是否是必须的；或者，

在维持所述备用电源向所述供电网络供电之后，实时检测所述备用电源的电压，当检测到的所述备用电源的电压不满足要求时，断开所述备用电源和所述供电网络之间的电流路径，以终止所述备用电源的使用。

20.如权利要求18所述的电源切换方法，其特征在于，还包括：

在每次启动所述主电源向所述供电网络供电后，对所述备用电源的剩余电量或者当前耗电量进行检测；以及，

根据对所述备用电源的剩余电量或者当前耗电量的检测结果，从所述供电网络获取电力并向所述备用电源充电。

21.一种车辆事故报警方法，其特征在于，包括：采用权利要求18-20中任一项所述的电源切换方法，在车辆的主电源掉电时，切换成所述备用电源为整车控制器和相应的车载用电负载供电，其中，在车辆碰撞信号有效时，判定切换成所述备用电源供电的操作是必须的，进而维持所述备用电源向所述供电网络供电，进行事故数据上报并拨打紧急求救电话。

22.如权利要求21所述的车辆事故报警方法，其特征在于，在判断切换成所述备用电源供电的操作是否是必须的时，先收集车辆上的包括传感器在内的相应用电负载的信息，来判断车辆的碰撞信号是否有效，且当车辆的碰撞信号有效时，判定切换成所述备用电源供电的操作是必须的。

23.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求18-20中任一项所述的电源切换方法，或者，实现权利要求21或22所述的车辆事故报警方法。

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