CN114336924A - 控制系统、应急启动电源和智能电瓶夹 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种控制系统、应急启动电源和智能电瓶夹，该控制系统包括微控制器MCU、第一电压检测模块、开关模块、应急启动电源、负载、控制模块和电源输出端口；电源输出端口与负载电气连接；开关模块的第一端连接应急启动电源的内部电池组，开关模块的第二端通过电源输出端口电气连接负载；第一电压检测模块根据负载的电压生成负载电压信号；MCU接收负载电压信号，根据负载电压信号生成第一控制信号；第一电压检测模块根据负载的连接极性生成第二控制信号；控制模块在第一控制信号和第二控制信号的共同控制下控制开关模块处于断开状态或导通状态。本申请实施例可以提高控制系统的安全性和可靠性。

Description

控制系统、应急启动电源和智能电瓶夹

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，具体涉及一种控制系统、应急启动电源和智能电瓶夹。

背景技术

目前，市场上智能电瓶夹和应急启动电源与汽车蓄电池进行电气连接时，如果智能电瓶夹与汽车蓄电池极性连接错误，则会容易造成系统内部电路或电池损坏，甚至严重的情况可能引起安全事故。

发明内容

本申请实施例提供一种控制系统、应急启动电源和智能电瓶夹，可以提高控制系统的安全性和可靠性。

本申请实施例第一方面，提供了一种控制系统，包括微控制器MCU、第一电压检测模块、开关模块、应急启动电源、负载、控制模块和电源输出端口；

所述电源输出端口与所述负载电气连接；

所述开关模块的第一端连接所述应急启动电源的内部电池组，所述开关模块的第二端通过所述电源输出端口电气连接所述负载；所述开关模块的控制端与所述控制模块电气连接；

所述第一电压检测模块，用于检测所述负载的电压，根据所述负载的电压生成负载电压信号；

所述MCU，用于通过所述MCU的第一输入端接收所述第一电压检测模块发送的所述负载电压信号，根据所述负载电压信号生成第一控制信号；

所述第一电压检测模块，还用于检测所述负载的连接极性，根据所述负载的连接极性生成第二控制信号；

所述控制模块，用于在所述第一控制信号和所述第二控制信号的共同控制下，控制所述开关模块处于断开状态或导通状态。

可选的，所述控制模块包括与门；

所述MCU的输出端连接所述与门的第一输入端，所述第一电压检测模块的输出端连接所述与门的第二输入端，所述与门的输出端连接所述开关模块的控制端。

可选的，所述第一电压检测模块包括光电耦合器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一二极管和第一电容；所述光电耦合器包括发光二极管和光敏三极管；

所述第一电阻的第一端连接电源端，所述第一电阻的第二端连接所述与门的第二输入端和所述光敏三极管的集电极；所述负载的第一端连接所述第二电阻的第一端和所述第四电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述发光二极管的负极；所述第四电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端、所述第五电阻的第一端和所述第一二极管的负极，所述第五电阻的第二端连接所述第一电容的第一端和所述MCU的第一输入端；所述光敏三极管的发射极、所述发光二极管的正极、所述第三电阻的第二端、所述第一二极管的正极和所述第一电容的第二端接地。

可选的，所述MCU根据所述负载电压信号生成第一控制信号，具体为：

在所述负载电压信号对应的电压值位于第一电压区间的情况下，所述MCU生成第一低电平信号；

在所述负载电压信号对应的电压值位于第二电压区间的情况下，所述MCU生成第一高电平信号，所述第一电压区间与所述第二电压区间没有交集，所述第二电压区间的下限值大于或等于所述第一电压区间的上限值。

可选的，所述第一电压检测模块根据所述负载的连接极性生成第二控制信号，具体为：

所述第一电压检测模块在所述负载处于极性正接的情况下，生成第二高电平信号；

所述第一电压检测模块在所述负载处于极性反接的情况下，生成第二低电平信号。

可选的，所述控制系统还包括唤醒模块，所述唤醒模块用于检测到所述负载的电压大于第一阈值的情况下，通过所述唤醒模块的输出端向所述MCU的第二输入端发送中断信号，所述中断信号用于将所述MCU从休眠状态或待机状态切换至正常工作状态。

可选的，所述唤醒模块包括第一电压比较器、第二电压比较器、第二二极管、第三二极管和第六电阻；

所述电源端连接所述第一电压比较器的供电端、所述第二电压比较器的供电端和所述第六电阻的第一端，所述第一电压比较器的接地端和所述第二电压比较器的接地端接地；

所述第一电压比较器的同相输入端连接第一参考电压，所述第一电压比较器的反向输入端连接所述负载电压信号，所述第一电压比较器的输出端连接所述第二二极管的负极，所述第二二极管的正极连接所述第六电阻的第二端和所述第三二极管的正极和所述唤醒模块的输出端；

所述第二电压比较器的同相输入端连接所述负载电压信号，所述第二电压比较器的反向输入端连接第二参考电压，所述第二电压比较器的输出端连接所述第三二极管的负极。

可选的，所述控制系统还包括稳压电源模块，所述稳压电源模块包括第四二极管、第五二极管和低压差线性稳压器LDO，所述第四二极管的正极连接所述内部电池组的正极，所述第四二极管的负极连接所述第五二极管的负极和所述LDO的输入端，所述第五二极管的正极连接所述负载的正极，所述LDO的输出端为所述电源端。

可选的，所述控制系统还包括第二电压检测模块，所述第二电压检测模块用于检测所述应急启动电源的内部储能器件的电压，所述第二电压检测模块的输出电气连接到所述MCU的第三输入端。

可选的，所述第二电压检测模包括第七电阻和第八电阻，所述第七电阻和所述第八电阻组成比例分压电路，所述第七电阻的第一端连接所述内部储能器件的正极，所述第七电阻的第二端连接所述MCU的第三输入端和所述第八电阻的第一端，所述第八电阻的第二端连接所述内部储能器件的负极。

可选的，所述控制系统还包括按键输入模块，所述按键输入模块接收到按键激活信号时，所述按键输入模块向所述MCU发送中断信号，所述中断信号用于将所述MCU从休眠状态或待机状态切换至正常工作状态。

可选的，所述控制系统还包括电流检测器，所述电流检测器设置在所述电源输出端口与所述负载之间，用于检测所述内部电池组向所述负载放电时的放电电流；

在所述放电电流大于过流阈值或短路阈值的情况下，所述电流检测器向所述MCU发送过流保护信号或短路保护信号；

所述MCU根据所述过流保护信号或所述短路保护信号控制所述开关模块处于断开状态。

可选的，所述控制系统还包括双向电流检测传感器，所述双向电流检测传感器设置在所述电源输出端口与所述负载之间，用于检测所述内部电池组处于放电状态或充电状态；

在所述内部电池组处于充电状态的情况下，所述双向电流检测传感器向所述MCU发送充电保护信号；

所述MCU根据所述充电保护信号控制所述开关模块处于断开状态。

可选的，所述控制系统还包括状态指示模块，所述状态指示模块与所述MCU连接，实现所述控制系统的状态指示，所述状态指示包括工作状态指示和报警提示。

可选的，所述负载包括蓄电池、超级电容、锂电池、马达、加热器中的任一种或任意组合。

本申请实施例第二方面，提供了一种应急启动电源，包括本申请实施例第一方面所述的微控制器MCU、第一电压检测模块、开关模块、控制模块和内部电池组；

所述内部电池组与所述开关模块的第一端电气连接，所述开关模块的第二端与负载电气连接；所述开关模块的控制端与所述控制模块电气连接；

所述第一电压检测模块，用于检测所述负载的电压，根据所述负载的电压生成负载电压信号；

所述MCU，用于通过所述MCU的第一输入端接收所述第一电压检测模块发送的所述负载电压信号，根据所述负载电压信号生成第一控制信号；

所述第一电压检测模块，还用于检测所述负载的连接极性，根据所述负载的连接极性生成第二控制信号；

所述控制模块，用于在所述第一控制信号和所述第二控制信号的共同控制下，控制所述开关模块处于断开状态或导通状态。

本申请实施例第三方面，提供了一种智能电瓶夹，包括本申请实施例第一方面所述的微控制器MCU、第一电压检测模块、开关模块、控制模块、电源输出端口以及电源输入端口；

所述电源输入端口与应急启动电源的内部电池组电气连接，所述电源输出端口与负载电气连接(比如，电源输出端口正极与负载的正极电气连接，电源输出端口负极与负载的负极电气连接，此时负载的极性正接；又比如，电源输出端口正极与负载的负极电气连接，电源输出端口负极与负载的正极电气连接，此时负载的极性反接)；电源输出端口正极对应电瓶夹正极，电源输出端口负极对应电瓶夹负极；

所述开关模块的第一端通过所述电源输入端口电气连接所述内部电池组，所述开关模块的第二端通过所述电源输出端口电气连接所述负载；所述开关模块的控制端与所述控制模块电气连接；

所述第一电压检测模块，用于检测所述负载的电压，根据所述负载的电压生成负载电压信号；

所述MCU，用于通过所述MCU的第一输入端接收所述第一电压检测模块发送的所述负载电压信号，根据所述负载电压信号生成第一控制信号；

所述第一电压检测模块，还用于检测所述负载的连接极性，根据所述负载的连接极性生成第二控制信号；

所述控制模块，用于在所述第一控制信号和所述第二控制信号的共同控制下，控制所述开关模块处于断开状态或导通状态。

本申请实施例中提供一种控制系统，第一电压检测模块检测负载的电压，根据负载的电压生成负载电压信号；MCU通过MCU的第一输入端接收第一电压检测模块发送的负载电压信号，根据负载电压信号生成第一控制信号；第一电压检测模块检测负载的连接极性，根据负载的连接极性生成第二控制信号；控制模块在第一控制信号和第二控制信号的共同控制下，控制开关模块处于断开状态或导通状态。本申请实施例可以第一电压检测模块和MCU的共同控制下，控制开关模块处于断开状态或导通状态，与单独使用MCU控制开关模块相比，在负载的池极性连接错误(比如，极性反接)的情况下，即使MCU出现故障，也可以避免开关模块导通，从而提高控制系统的安全性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种控制系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的另一种控制系统的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种控制系统的各部分的具体结构示意图；

图4是本申请实施例提供的另一种控制系统的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种唤醒模块的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种唤醒模块的仿真结果示意图

图7是本申请实施例提供的一种稳压电源模块的结构示意图；

图8是本申请实施例提供的另一种控制系统的结构示意图；

图9是本申请实施例提供一种应急启动电源的结构示意图；

图10是本申请实施例提供一种智能电瓶夹的结构示意。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本申请的一部分实施方式，而不是全部实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都应属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请实施例提供一种控制系统、应急启动电源和智能电瓶夹，可以第一电压检测模块和MCU的共同控制下，控制开关模块处于断开状态或导通状态，与单独使用MCU控制开关模块相比，在负载的池极性连接错误(比如，极性反接)的情况下，即使MCU出现故障，也可以避免开关模块导通，从而提高控制系统的安全性和可靠性。以下分别进行详细说明。

请参阅图1，图1是本申请实施例提供的一种控制系统的结构示意图。如图1所示，本实施例中所描述的控制系统，包括微控制器MCU10、第一电压检测模块20、开关模块30、应急启动电源40、负载50、电源输出端口60和控制模块70；

所述电源输出端口60与所述负载50电气连接；

所述开关模块30的第一端连接所述应急启动电源40的内部电池组41，所述开关模块30的第二端通过所述电源输出端口60电气连接所述负载50；所述开关模块30的控制端与所述控制模块70电气连接；

所述第一电压检测模块20，用于检测所述负载50的电压，根据所述负载50的电压生成负载电压信号；

所述MCU10，用于通过所述MCU的第一输入端接收所述第一电压检测模块20发送的所述负载电压信号，根据所述负载电压信号生成第一控制信号；

所述第一电压检测模块20，还用于检测所述负载50的连接极性，根据所述负载50的连接极性生成第二控制信号；

所述控制模块70，用于在所述第一控制信号和所述第二控制信号的共同控制下，控制所述开关模块30处于断开状态或导通状态。

本申请实施例中的控制系统用于检测负载50是否出现极性反接，还可以检测负载50的电压。

负载50可以包括汽车蓄电池(也可以简称为：汽车电池)、超级电容、锂电池中的任一种或者任意组合。汽车蓄电池，也可以称为汽车电瓶。汽车蓄电池可以包括传统的铅酸蓄电池。负载出现反接时，会对负载所处的电流回路带来伤害(比如，烧坏电流回路中的元器件、对应急启动电源40的内部电池组41造成损害等)。

汽车蓄电池可以在汽车启动发动机时，给起动机(比如，汽车马达)提供强大的起动电流，以启动发动机。汽车的发动机启动后，可以带动汽车的发电机启动，发电机可以为汽车内除起动机之外的所有用电设备(比如，车内空调、音响、点烟器、雨刷等)供电。当发电机过载时，汽车蓄电池也可以协助发电机向用电设备供电。当发动机处于怠速时，汽车蓄电池也可以向用电设备供电。发电机还可以为汽车蓄电池充电。

开关模块30可以是功率电子开关、继电器、场效应晶体管(Field EffectTransistor，FET)中的任一种。场效应晶体管可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。开关模块30可以在高电平下导通，在低电平下关闭。开关模块30导通时，应急启动电源40的内部电池组41通过电源输出端口60电气连接负载50，此时，内部电池组41可以给负载50提供能量。开关模块30断开时，应急启动电源40的内部电池组41与负载50断开连接。如果第一电压检测模块20检测到负载50极性反接，控制模块70在MCU10输出的第一控制信号和第一电压检测模块20输出的第二控制信号的共同控制下，控制所述开关模块30处于断开状态，避免对整个控制系统造成损害。

应急启动电源40，也可以称为汽车应急启动电源，是为驾车出行的用户所开发出来的一款多功能便携式移动电源。应急启动电源40可以在汽车蓄电池亏电或者其他原因无法启动汽车的时候，充当备用电源以启动汽车。

应急启动电源40可以包括内部电池组41，内部电池组41可以是铅酸蓄电池，也可以是锂聚合物类电池(比如，锂电池)。应急启动电源40可以给汽车蓄电池提供能量补充，也可以直接用于汽车发动机(引擎)启动时所需要的能量提供输出。

电源输出端口60与负载50电气连接，当负载50的电量不足时，内部电池组41可以通过电源输出端口60向负载50充电。在汽车启动的情况下，汽车发电机也可以向负载50充电，内部电池组41的电量不足时，汽车发电机也可以向内部电池组41充电。汽车发电机可以同时向负载50和内部电池组41充电。

电源输出端口60可以对应电瓶夹的夹子(包括电瓶夹的正极性夹子和负极线夹子)。

第一电压检测模块20，可以对负载50进行连接极性的识别，还可以检测所述负载50的电压。

本申请实施例中的控制系统，可以第一电压检测模块和MCU的共同控制下，控制开关模块处于断开状态或导通状态，与单独使用MCU控制开关模块相比，在负载的池极性连接错误(比如，极性反接)的情况下，即使MCU出现故障，也可以避免开关模块导通，从而提高控制系统的安全性和可靠性。

可选的，控制模块70包括与门；所述MCU10的输出端连接所述与门的第一输入端，所述第一电压检测模块20的输出端连接所述与门的第二输入端，所述与门的输出端连接所述开关模块30的控制端。

当第一控制信号和所述第二控制信号均为高电平时，与门输出高电平至开关模块30，开关模块30处于导通状态，允许启动应急启动电源40的内部电池组41与负载50电气连接。当第一控制信号和所述第二控制信号中任意一个为低电平时，与门输出低电平至开关模块30，开关模块30处于断开状态，禁止启动应急启动电源40的内部电池组41对负载50的输出。

请参阅图2，图2是本申请实施例提供的另一种控制系统的结构示意图。图2是在图1的基础上进一步优化得到的，如图2所示，本实施例中所描述的控制系统还可以包括第二电压检测模块90，所述第二电压检测模块90用于检测所述应急启动电源40的内部储能器件的电压，所述第二电压检测模块90的输出电气连接到所述MCU10的第三输入端。

其中，应急启动电源40的内部储能器件可以包括应急启动电源40的内部电池组41或者电容。

请参阅图3，图3是本申请实施例提供的一种控制系统的各部分的具体结构示意图。如图3所示，所述第二电压检测模90包括第七电阻R7和第八电阻R8，所述第七电阻R7和所述第八电阻R8组成比例分压电路，所述第七电阻R7的第一端连接所述内部储能器件的正极，所述第七电阻R7的第二端连接所述MCU10的第三输入端和所述第八电阻R8的第一端，所述第八电阻R8的第二端连接所述内部储能器件的负极。

其中，R7和R8组成比例分压电路，MCU10的第三输入端的电压等于V1*R7/(R7+R8)，其中，V1为应急启动电源40的内部储能器件的电压。具体的，V1为应急启动电源40的内部电池组41的电压。

本申请实施例可以通过第二电压检测模90实现对应急启动电源40的内部储能器件的电压检测，使得MCU10能够监测应急启动电源40的内部电池组41的电压，进而决定是否给内部电池组41充电，避免内部电池组41出现电量不足的情况。比如，MCU10可以在检测到内部电池组41的电压低于第二阈值的情况下，在发电机启动的情况下，通过发电机给内部电池组41充电。举例来说，第二阈值可以等于内部电池组41在满电状态下的电压的70％。

其中，当第二电压检测模块90应用在智能电瓶夹中时，第二电压检测模块90还可以区分从启动电源中通过数据通信线传递给MCU10的信号。

如图3所示，所述第一电压检测模块20包括光电耦合器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一二极管D1和第一电容C1；所述光电耦合器U1包括发光二极管D_L和光敏三极管T1；

所述第一电阻R1的第一端连接电源端VDD，所述第一电阻R1的第二端连接所述与门的第二输入端和所述光敏三极管T1的集电极；所述负载50的第一端连接所述第二电阻R2的第一端和所述第四电阻R4的第一端，所述第二电阻R2的第二端连接所述发光二极管D_L的负极；所述第四电阻R4的第二端连接所述第三电阻R3的第一端、所述第五电阻R5的第一端和所述第一二极管D1的负极，所述第五电阻R5的第二端连接所述第一电容C1的第一端和所述MCU10的第一输入端；所述光敏三极管T1的发射极、所述发光二极管D_L的正极、所述第三电阻R3的第二端、所述第一二极管D1的正极和所述第一电容C1的第二端接地。

其中，VDD为电源端，是稳压电源模块提供的稳定电压，一般为3.3V或5V，VDD的电压对应的电平为高电平。R1为上拉电阻，在光电耦合器U1没有输出时，维持第一电压检测模块20输出到与门的第二端的第二控制信号为VDD，即为高电平。

高电平与低电平是逻辑电平，不同的模拟电压可以对应高电平或者低电平。举例来说，低电平对应的模拟电压为0～0.25V，高电平对应的模拟电压为2.5～5V。

R2是限流电阻，用于在发光二极管D_L导通时限制流经该D_L的电流，防止D_L被烧坏。R3、R4和D1组成比例分压电路，负载50正接时，保证MCU10的第一输入端接收的负载电压信号(如图3所示的Car_BAT_Sens_TO_MCU)对应的电压值与负载50的电压成正比。R5和C1组成滤波电路，保证MCU10的第一输入端接收的负载电压信号不会在短时间内出现较大的波动。

下面说明图3中的第一电压检测模块20的工作原理，图3中的负载50以汽车蓄电池(也可简称为：汽车电池)为例进行说明。

当汽车电池处于正接状态时，光电耦合器U1和MCU10共同作用，当光电耦合器U1的输出(光敏三极管T1的集电极)和MCU10的输出信号同时为高电平时，则允许开关模块30进行闭合，即开关模块30处于导通状态。

具体的，汽车电池处于正接状态时，光电耦合器U1中的发光二极管D_L的正极接地，D_L的负极通过R2连接汽车电池的正极，D_L的正极电压小于负极电压，D_L无法导通，光电耦合器U1中的光敏三极管T1不工作，光敏三极管T1的集电极受上拉电阻R1的影响，输出的第二控制信号为高电平。汽车电池处于正接状态时，MCU10的第一输入端接收的负载电压信号对应的电压值与负载50的电压成正比，负载电压信号对应的电压值为正值，MCU10根据负载电压信号生成的第一控制信号(如图3所示的SW_Drive_from_MCU)也为高电平。

当汽车电池处于反接状态时，光电耦合器U1和MCU10共同作用，当光电耦合器U1的输出(光敏三极管T1的集电极)和MCU10的输出信号中任何一个输出为低电平，则禁止开关模块30进行闭合，保持开关模块30处于断开状态。

具体的，汽车电池处于反接状态时，光电耦合器U1中的发光二极管D_L的正极连接汽车电池的正极，D_L的负极通过R2连接汽车电池的负极，D_L的正极电压大于负极电压，D_L导通发光，光电耦合器U1中的光敏三极管T1在D_L发光的情况下，由于光电效应产生光电流，光敏三极管T1导通，光敏三极管T1的集电极的电压被光敏三极管T1的发射极的电压拉低，光敏三极管T1的集电极的电压接近0V，输出的第二控制信号为低电平。汽车电池处于反接状态时，MCU10的第一输入端接收的负载电压信号对应的电压值与负载50的电压成正比，负载电压信号对应的电压值为负值，MCU10根据负载电压信号生成的第一控制信号也为低电平。

可选的，所述MCU10根据所述负载电压信号生成第一控制信号，具体为：

在所述负载电压信号对应的电压值位于第一电压区间的情况下，所述MCU10生成第一低电平信号；

在所述负载电压信号对应的电压值位于第二电压区间的情况下，所述MCU10生成第一高电平信号，所述第一电压区间与所述第二电压区间没有交集，所述第二电压区间的下限值大于或等于所述第一电压区间的上限值。

本申请实施例中，在负载50处于极性反接的情况下，负载电压信号与负载50的正极电压成比例变化，负载电压信号对应的电压值位于第一电压区间，第一电压区间小于或等于0V，此时MCU10生成第一低电平信号。在负载50处于极性正接的情况下，负载电压信号与负载50的正极电压成比例变化，负载电压信号对应的电压值位于第二电压区间，第二电压区间大于或等于0V，此时MCU10生成第一高电平信号。

可选的，所述第一电压检测模块20根据所述负载的连接极性生成第二控制信号，具体为：

所述第一电压检测模块20在所述负载50处于极性正接的情况下，生成第二高电平信号；

所述第一电压检测模块20在所述负载50处于极性反接的情况下，生成第二低电平信号。

其中，在负载50处于极性正接的情况下，光电耦合器U1中的发光二极管D_L的正极接地，D_L的负极通过R2连接汽车电池的正极，D_L的正极电压小于负极电压，D_L无法导通，光电耦合器U1中的光敏三极管T1不工作，光敏三极管T1的集电极受上拉电阻R1的影响，输出的第二控制信号为高电平。

本申请实施例中的控制系统，可以第一电压检测模块和MCU的共同控制下，控制开关模块处于断开状态或导通状态，与单独使用MCU控制开关模块相比，在负载的池极性连接错误(比如，极性反接)的情况下，即使MCU出现故障，也可以避免开关模块导通，从而提高控制系统的安全性和可靠性。

请参阅图4，图4是本申请实施例提供的另一种控制系统的结构示意图，图4是在图1的基础上进一步优化得到的。如图4所示，控制系统还可以包括唤醒模块80，所述唤醒模块80用于检测到所述负载50的电压大于第一阈值的情况下，通过所述唤醒模块80的输出端向所述MCU10的第二输入端发送中断信号，所述中断信号用于将所述MCU10从休眠状态或待机状态切换至正常工作状态。

可选的，如图5所示，所述唤醒模块80包括第一电压比较器X1、第二电压比较器X2、第二二极管D2、第三二极管D3和第六电阻R6；

所述电源端VDD连接所述第一电压比较器X1的供电端、所述第二电压比较器X2的供电端和所述第六电阻R6的第一端，所述第一电压比较器X1的接地端和所述第二电压比较器X2的接地端接地；

所述第一电压比较器X1的同相输入端连接第一参考电压VREF_A，所述第一电压比较器X1的反向输入端连接所述负载电压信号(如图3所示的Car_BAT_Sens_TO_MCU)，所述第一电压比较器X1的输出端连接所述第二二极管D2的负极，所述第二二极管D2的正极连接所述第六电阻R6的第二端和所述第三二极管D3的正极和所述唤醒模块80的输出端；

所述第二电压比较器X2的同相输入端连接所述模拟电压信号或所述负载电压信号，所述第二电压比较器X2的反向输入端连接第二参考电压VREF_B，所述第二电压比较器X2的输出端连接所述第三二极管D3的负极。

其中，第一参考电压VREF_A和第二参考电压VREF_B可以相等，也可以不相等。

所述第一电压比较器X1的同相输入端与所述第二电压比较器X2的反向输入端输入的信号相同，均为图3中的Car_BAT_Sens_TO_MCU。

其中，负载以汽车电池为例，当汽车电池的电压大于设定的第一阈值(比如，5V)，对于12V的汽车电池而言，低于5V则表明该汽车电池很可能无法使用了，则需要唤醒MCU，对汽车电池进行进一步的极性检测和电压检测。

请参阅图6，图6是本申请实施例提供的一种唤醒模块的仿真结果示意图。如图6所示，当汽车电池的电压大于设定的第一阈值(比如，5V)时，无论汽车电池是正接还是反接状态，唤醒模块80都可以输出一个从高电平到低电平的跳变信号(如图5所示的Wake_up_to_MCU)传递到MCU的中断输入端口，从而起到唤醒MCU的功能。从图6可以看出，第一参考电压VREF_A和第二参考电压VREF_B设置的不同。图6中的唤醒电路相当于唤醒模块80。1#曲线表示汽车电池处于极性正接状态时唤醒模块输出的从高电平到低电平的跳变信号，2#曲线表示汽车电池处于极性反接状态时唤醒模块输出的从高电平到低电平的跳变信号。

请参阅图7，图7是本申请实施例提供的一种稳压电源模块的结构示意图。如图7所示，所述稳压电源模块91包括第四二极管D4、第五二极管D5和低压差线性稳压器LDO，所述第四二极管D4的正极连接所述内部电池组41的正极，所述第四二极管D4的负极连接所述第五二极管D5的负极和所述LDO的输入端Vin，所述第五二极管D5的正极连接所述负载50的正极，所述LDO的输出端Vout为所述电源端VDD。

稳压电源模块91接收到正确的直流电压输入，输出设定的精确电压给控制系统内部各功能模块或相关的电子元器件供电。稳压电源模块91的输入与内部电池组的正极和负载的正极连接。稳压电源模块91可以为控制系统的各个功能模块提供稳定的VDD(比如，3.3V或5V)电源。

可选的，所述控制系统还包括按键输入模块，所述按键输入模块接收到按键激活信号时，所述按键输入模块向所述MCU发送中断信号，所述中断信号用于将所述MCU从休眠状态或待机状态切换至正常工作状态。

MCU可以通过按键输入模块接收到按键激活信号进行电平触发唤醒；MCU被激活后进入正常工作状态，并给状态指示模块输出对应的状态指示信号。

在一些场景下，比如，汽车电池的电压小于5V时，唤醒模块70无法正常工作，此时用户可以按压按键输入模块，可以通过按键输入模块将MCU从休眠状态或待机状态切换至正常工作状态。

可选的，所述控制系统还包括电流检测器，所述电流检测器设置在所述电源输出端口与所述负载之间，用于检测所述内部电池组向所述负载放电时的放电电流；

在所述放电电流大于过流阈值或短路阈值的情况下，所述电流检测器向所述MCU发送过流保护信号或短路保护信号；

所述MCU根据所述过流保护信号或所述短路保护信号控制所述开关模块处于断开状态。

本申请实施例中，当内部电池组通过闭合的开关模块对汽车电池进行放电时，放电输出电流经过电流检测器件比如检流电阻或导体由于流过电流而产生的电压信息，经过电压放大电路后传送到MCU的A/D输入端口，进行A/D转换和数学计算间接得到放电输出的电流信息，MCU根据实际输出电流值与过流或短路状态的设定阈值进行比较，如果实际输出电流值大于过流或短路状态的设定阈值，则断开开关模块，切断输出回路。本申请实施例通过设置电流检测器，使得控制系统具备输出过流和外部负载短路的保护机制。

可选的，所述控制系统还包括双向电流检测传感器，所述双向电流检测传感器设置在所述电源输出端口与所述负载之间，用于检测所述内部电池组处于放电状态或充电状态；

在所述内部电池组处于充电状态的情况下，所述双向电流检测传感器向所述MCU发送充电保护信号；

所述MCU根据所述充电保护信号控制所述开关模块处于断开状态。

本申请实施例中，当汽车辅助启动完毕后，汽车内部的发电机开始工作，外部汽车电池的电压可能高于上述的应急启动电源内部电池的电压，这样就会出现电流倒灌、回充内部电池的不安全现象。一旦发动机启动后，由于发动机上还装了一个发电机，发动机马达一旦转起来后，会带动发电机开始发电，这个时候发电机反过来给蓄电池和内部电池进行充电，此时就是电流倒灌。本申请实施例采用双向电流检测传感器检测输出电流的方向和电流值的信息，MCU接收来自双向电流检测传感器的输出，正常启动输出是放电方向，如果检测到电流的方向为充电方向，则断开开关模块，切断输出回路。

可选的，所述控制系统还包括状态指示模块，所述状态指示模块与所述MCU连接，实现所述控制系统的状态指示，所述状态指示包括工作状态指示和报警提示。

本申请实施例中，状态指示模块由LED指示灯或者LED指示灯和蜂鸣器的组合而成。

上述控制系统一般包括应急启动电源、电瓶夹和负载这三个产品。应急启动电源包括内部电池组，电瓶夹包括电源输出端口以及电源输入端口，负载可以是汽车蓄电池(可以简称汽车电池)等。电瓶夹的电源输入端口与内部电池组连接，电瓶夹的电源输出端口与汽车电池连接。具体的，电瓶夹的电源输入端口正极与内部电池组的正极连接，电瓶夹的电源输入端口负极与内部电池组的负极连接。电瓶夹的电源输出端口正极对应电瓶夹的正极性夹子(正极性夹子一般是红色)，电瓶夹的电源输出端口负极对应电瓶夹的负极性夹子(负极性夹子一般是黑色)。正常情况下，电瓶夹的正极性夹子夹住汽车电池的正极，电瓶夹的负极性夹子夹住汽车电池的负极，此时电瓶夹的电源输出端口正极与汽车电池的正极连接，电瓶夹的电源输出端口负极与汽车电池的负极连接，汽车电池极性正接。在一些情况下，比如用户操作不当，不专业的维修

人员操作失误，导致电瓶夹的正极性夹子夹住汽车电池的负极，电瓶夹的负极性夹子夹住汽车电池的正极，出现汽车电池极性反接的情况。

请参阅图8，图8是本申请实施例提供的另一种控制系统的结构示意图。如图8所示，该控制系统包括应急启动电源、电瓶夹和负载。图8中的电瓶夹与负载以极性正接作为示例。

控制系统中的MCU、第一电压检测模块、控制模块、开关模块可以设置在应急启动电源内，如图9所示。也可以设置在电瓶夹内，此时的电瓶夹可以称为智能电瓶夹，如图10所示。

以上对本申请实施例所提供的一种控制系统、应急启动电源和智能电瓶夹进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (17)

1.一种控制系统，其特征在于，包括微控制器MCU、第一电压检测模块、开关模块、应急启动电源、负载、控制模块和电源输出端口；

所述电源输出端口与所述负载电气连接；

所述开关模块的第一端连接所述应急启动电源的内部电池组，所述开关模块的第二端通过所述电源输出端口电气连接所述负载；所述开关模块的控制端与所述控制模块电气连接；

所述第一电压检测模块，用于检测所述负载的电压，根据所述负载的电压生成负载电压信号；

所述MCU，用于通过所述MCU的第一输入端接收所述第一电压检测模块发送的所述负载电压信号，根据所述负载电压信号生成第一控制信号；

所述第一电压检测模块，还用于检测所述负载的连接极性，根据所述负载的连接极性生成第二控制信号；

所述控制模块，用于在所述第一控制信号和所述第二控制信号的共同控制下，控制所述开关模块处于断开状态或导通状态。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制模块包括与门；

所述MCU的输出端连接所述与门的第一输入端，所述第一电压检测模块的输出端连接所述与门的第二输入端，所述与门的输出端连接所述开关模块的控制端。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述第一电压检测模块包括光电耦合器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一二极管和第一电容；所述光电耦合器包括发光二极管和光敏三极管；

所述第一电阻的第一端连接电源端，所述第一电阻的第二端连接所述与门的第二输入端和所述光敏三极管的集电极；所述负载的第一端连接所述第二电阻的第一端和所述第四电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述发光二极管的负极；所述第四电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端、所述第五电阻的第一端和所述第一二极管的负极，所述第五电阻的第二端连接所述第一电容的第一端和所述MCU的第一输入端；所述光敏三极管的发射极、所述发光二极管的正极、所述第三电阻的第二端、所述第一二极管的正极和所述第一电容的第二端接地。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述MCU根据所述负载电压信号生成第一控制信号，具体为：

在所述负载电压信号对应的电压值位于第一电压区间的情况下，所述MCU生成第一低电平信号；

在所述负载电压信号对应的电压值位于第二电压区间的情况下，所述MCU生成第一高电平信号，所述第一电压区间与所述第二电压区间没有交集，所述第二电压区间的下限值大于或等于所述第一电压区间的上限值。

5.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述第一电压检测模块根据所述负载的连接极性生成第二控制信号，具体为：

所述第一电压检测模块在所述负载处于极性正接的情况下，生成第二高电平信号；

所述第一电压检测模块在所述负载处于极性反接的情况下，生成第二低电平信号。

6.根据权利要求1～5任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括唤醒模块，所述唤醒模块用于检测到所述负载的电压大于第一阈值的情况下，通过所述唤醒模块的输出端向所述MCU的第二输入端发送中断信号，所述中断信号用于将所述MCU从休眠状态或待机状态切换至正常工作状态。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述唤醒模块包括第一电压比较器、第二电压比较器、第二二极管、第三二极管和第六电阻；

所述电源端连接所述第一电压比较器的供电端、所述第二电压比较器的供电端和所述第六电阻的第一端，所述第一电压比较器的接地端和所述第二电压比较器的接地端接地；

所述第一电压比较器的同相输入端连接第一参考电压，所述第一电压比较器的反向输入端连接所述负载电压信号，所述第一电压比较器的输出端连接所述第二二极管的负极，所述第二二极管的正极连接所述第六电阻的第二端和所述第三二极管的正极和所述唤醒模块的输出端；

所述第二电压比较器的同相输入端连接所述负载电压信号，所述第二电压比较器的反向输入端连接第二参考电压，所述第二电压比较器的输出端连接所述第三二极管的负极。

8.根据权利要求3～5任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括稳压电源模块，所述稳压电源模块包括第四二极管、第五二极管和低压差线性稳压器LDO，所述第四二极管的正极连接所述内部电池组的正极，所述第四二极管的负极连接所述第五二极管的负极和所述LDO的输入端，所述第五二极管的正极连接所述负载的正极，所述LDO的输出端为所述电源端。

9.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括第二电压检测模块，所述第二电压检测模块用于检测所述应急启动电源的内部储能器件的电压，所述第二电压检测模块的输出电气连接到所述MCU的第三输入端。

10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述第二电压检测模包括第七电阻和第八电阻，所述第七电阻和所述第八电阻组成比例分压电路，所述第七电阻的第一端连接所述内部储能器件的正极，所述第七电阻的第二端连接所述MCU的第三输入端和所述第八电阻的第一端，所述第八电阻的第二端连接所述内部储能器件的负极。

11.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括按键输入模块，所述按键输入模块接收到按键激活信号时，所述按键输入模块向所述MCU发送中断信号，所述中断信号用于将所述MCU从休眠状态或待机状态切换至正常工作状态。

12.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括电流检测器，所述电流检测器设置在所述电源输出端口与所述负载之间，用于检测所述内部电池组向所述负载放电时的放电电流；

在所述放电电流大于过流阈值或短路阈值的情况下，所述电流检测器向所述MCU发送过流保护信号或短路保护信号；

所述MCU根据所述过流保护信号或所述短路保护信号控制所述开关模块处于断开状态。

13.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括双向电流检测传感器，所述双向电流检测传感器设置在所述电源输出端口与所述负载之间，用于检测所述内部电池组处于放电状态或充电状态；

在所述内部电池组处于充电状态的情况下，所述双向电流检测传感器向所述MCU发送充电保护信号；

所述MCU根据所述充电保护信号控制所述开关模块处于断开状态。

14.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括状态指示模块，所述状态指示模块与所述MCU连接，实现所述控制系统的状态指示，所述状态指示包括工作状态指示和报警提示。

15.根据权利要求1～14任一项所述的控制系统，其特征在于，所述负载包括蓄电池、超级电容、锂电池、马达、加热器中的任一种或任意组合。

16.一种应急启动电源，其特征在于，包括权利要求1～15任一项所述的微控制器MCU、第一电压检测模块、开关模块、控制模块和内部电池组；

所述内部电池组与所述开关模块的第一端电气连接，所述开关模块的第二端与负载电气连接；所述开关模块的控制端与所述控制模块电气连接；

所述第一电压检测模块，用于检测所述负载的电压，根据所述负载的电压生成负载电压信号；

所述MCU，用于通过所述MCU的第一输入端接收所述第一电压检测模块发送的所述负载电压信号，根据所述负载电压信号生成第一控制信号；

所述第一电压检测模块，还用于检测所述负载的连接极性，根据所述负载的连接极性生成第二控制信号；

所述控制模块，用于在所述第一控制信号和所述第二控制信号的共同控制下，控制所述开关模块处于断开状态或导通状态。

17.一种智能电瓶夹，其特征在于，包括权利要求1～15任一项所述的微控制器MCU、第一电压检测模块、开关模块、控制模块、电源输出端口以及电源输入端口；

所述电源输入端口与应急启动电源的内部电池组电气连接，所述电源输出端口与负载电气连接；

所述开关模块的第一端通过所述电源输入端口电气连接所述内部电池组，所述开关模块的第二端通过所述电源输出端口电气连接所述负载；所述开关模块的控制端与所述控制模块电气连接；

所述第一电压检测模块，用于检测所述负载的电压，根据所述负载的电压生成负载电压信号；

所述MCU，用于通过所述MCU的第一输入端接收所述第一电压检测模块发送的所述负载电压信号，根据所述负载电压信号生成第一控制信号；

所述第一电压检测模块，还用于检测所述负载的连接极性，根据所述负载的连接极性生成第二控制信号；

所述控制模块，用于在所述第一控制信号和所述第二控制信号的共同控制下，控制所述开关模块处于断开状态或导通状态。

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