CN204167905U - 一种应急电源防短路保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应急电源防短路保护系统，包括应急电源、用于夹持汽车电池正负极的电池正、负极夹体，电池夹正、负极夹体设有第一接触端及第二接触端，还包括保护电路，保护电路包括电压采集控制单元及开关器件单元，开关器件单元连接在电池夹负夹体与应急电源负极之间，并与电压采集控制单元输出端连接，电压采集控制单元通过正极端口和负极端口的第一接触端采集外部电源接入信号，进而控制应急电源负极输出线路上的开关器件导通，从而实现防短路、防反接，防反充功能。与现有技术相比，本实用新型具有体积小、安全可靠和结构简单等优点，有效避免了应急电源电池夹短接、反接汽车电池和高电压反充电所造成的危险。

Description

一种应急电源防短路保护系统

技术领域

本实用新型涉及电源领域，特别是一种应急电源防短路保护系统。

背景技术

随着社会的进步，越来越多人拥有私人汽车，但是往往使用不当会导致很多问题的出现，例如人离开时忘记关车灯，或者忘记关闭车载电子设备，长时间使用使得车载的蓄电池很容易就会出现电量不足的情况，而且在下次启动车辆时，所使用的电源也是通过该蓄电池提供，当蓄电池电量不足时会导致汽车启动失败，这时候，就需要使用汽车应急启动电源临时为汽车启动提供电源。但是，因为汽车电池及应急启动电源都具有可产生瞬间大电流的特点，若使用应急启动电源作为汽车启动电源时，稍有不注意产生短接或者反接，瞬间可产生上千安培的大电流，不但会造成应急启动电源损坏，甚至造成起火或者导致使用者受伤。

为此，很多厂家在汽车应急启动电源上开始研究防反接和短路电路，申请号200520054634.1的专利公开文件公开了一种多功能汽车启动电源，包括蓄电池、闪灯电路、电量检测/显示电路、射灯、气泵和正、负极电池夹，还包括防反接短路保护电路，所述防反接短路保护电路由两个继电器以及外围警报电路所组成，因为应急启动电源及汽车电池都具有可产生瞬间大电流的特点，所使用的大型继电器构成的防反接短路保护电路较为笨重，而且使用过程中必须要配合按键开关，不熟练的人使用容易出现误操作。

如今锂电池的进步促使了其大范围使用，使用锂电池作为应急启动电源已经成为行业内普遍的做法，但上述专利公开文件所述应急启动电源的保护电路体积过于庞大和笨重，其往往使用在12V18AH铅酸免维护蓄电池，整个系统大约10公斤重，所以无法考虑便携的问题，但当电源换成锂电池以后，整个系统重量仅仅400克，这种保护设备的体积与重量就显然不适合了。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的问题是提供一种体积小、安全可靠和结构简单的汽车应急电源防短路、防反接，防反充保护系统。

本实用新型所采用的技术方案如下：一种应急电源防短路保护系统，包括与之连接的应急电源、保护电路及输出端口，其特征在于，

所述输出端口包括与用电设备连接的正极端口和负极端口，所述正极端口和负极端口分别具有第一接触端和第二接触端；所述保护电路包括开关器件单元和电压采集控制单元；

其中，正极端口的第二接触端通过线路连接应急电源的正极，负极端口的第二接触端通过开关器件单元连接应急电源的负极；正极端口和负极端口的第一接触端分别与电压采集控制单元连接；

所述电压采集控制单元通过正极端口和负极端口的第一接触端采集外部电源接入正确电压信号，进而控制应急电源负极输出线路上的开关器件导通，则应急电源通过正极端口和负极端口的第二接触端实现输出；当其未有采集到外部电源有正确电压信号接入，应急电源负极输出线路上的开关器件关闭，应急电源端不对外输出。

优选的，所述应急电源的正极与正极端口的第二接触端之间设有防反充保护二极管。

优选的，所述开关器件单元包括多个并联的场效应管，所述场效应管的源极与应急电源负极相连，栅极与电压采集控制单元输出端连接，漏极与负极端口的第二接触端连接。

优选的，所述电压采集控制单元采用光电耦合器，所述光电耦合器的内部发光源两端分别与正、负极端口的第一接触端连接，光电耦合器内部受光器输出端与开关器件单元控制端连接。

优选的，所述输出端口采用电池夹，正极端口和负极端口的第一接触端和第二接触端分别为电池夹的两个夹臂。

优选的，所述用电设备为汽车电池及启动电机。

优选的，所述正极端口和负极端口的第二接触端之间连接有用于防止开关器件单元的极间杂散电容造成延时关断的释放电阻。

优选的，光电耦合器的受光器输出端与应急电源负极之间设有用于指示系统工作状态的信号指示灯。

优选的，所述正极端口的第一接触端与光电耦合器发光源输入端之间设有一限流电阻R1，正极端口和负极端口的第一接触端之间设有防反接钳位二极管D1及滤波电容C1。

与现有技术相比，在汽车应急电源上使用该保护系统，通过保护电路与具有电压检测控制功能的电池夹配合，使得该应急电源当在反接汽车电池或者短接电池夹的情况下，应急电源始终保持处于断开状态，当电池夹连接正确以后能及时自动导通，不需要使用者学习如何使用，且内置的防反充单元很好保护了应急电源的安全性，避免了过大电流反充锂电池所造成的起火等风险，而且该实用新型结构简单，体积小，重量轻，成本较低，相较于现有技术具有更高的实用以及经济价值。

附图说明

图1为本实用新型所述防短路系统的保护电路实施例的电路原理示意图；

图2为本实用新型所述防短路系统实施例的应用状态示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本实用新型内容作进一步详细的介绍。

图1为本实用新型所述的电池夹的保护电路实施例的电路原理示意图。

如图1所示，该保护电路包括电压采集控制单元、开关器件单元以及防反充单元，左边是连接用于作为汽车应急电源的锂电池的正、负极应急电源端口4，右边则通过设有第一接触端及第二接触端的电池夹正、负极夹体与汽车电池连接。

电压采集控制单元包括一个光电耦合器OC，所述光电耦合器OC发光源输入端与电池夹正极的第一接触端连接，输出端与电池夹负极第一接触端连接，受光器的输入端与该保护电路的防反充单元输出端连接，受光器的输出端与开关器件单元连接，以便根据电压采集端采集的电压信号是否正确，从而控制开关器件单元的导通与截止，该光电耦合器OC的发光源输入端与电池夹正极第一接触端之间接有用于保护光电耦合器OC的限流电阻R1，以便控制汽车电池的输入电流经电阻R1限流流入而不至于烧坏光电耦合器OC，以及避免电池夹反接时造成光电耦合器OC损坏。在电池夹正负极第一接触端之间还设有一个防反接钳位二极管D1，在光电耦合器输入端与输出端之间还接有滤波电容C1，保持系统输出状态的稳定。

开关器件单元为由一组多个N沟道场效应管并联而成的防反接电路，在本实施例中，共连接有四个N沟道场效应管，这四个N沟道场效应管的漏极均与电池夹负极夹体2的第二接触端负极连接，栅极均通过电阻R2与光电耦合器OC的受光器输出端相连，源极均连接至电源端口4负极B-，并通过一个保护电阻R4连接到电阻R2与栅极之间的节点上。在光电耦合器OC受光源的输出端与电源端口4负极B-之间，还设有一个用于提示电源接通的发光二极管D2以及串联与其上的限流电阻R3，只要电池夹正确夹持在汽车电池之上，光电耦合器OC接通，该发光二极管D2就会工作发光，以便指示系统工作状态导通或是截止。

防反充单元为由一组多个二极管并联而成的防反充电路，在本实施例中，共并联了八个肖特基二极管作为防反充元件，该由八个肖特基二级管并联而成的防反充电路输入端与电源端口4正极B+连接，输出端连接至光电耦合器OC受光源输入端及电池夹的正极连接端，当应急电源启动成功后，汽车发电机开始发电，该电压远高于应急电源内锂电池的承受电压，会形成较大的反充电流，进而损坏应急电源，如果没有立即断开电池夹，甚至可能产生火灾，该并联而成的肖特基二极管可以有效阻断汽车电池的反充电流，从而保障锂电池的使用安全。

而在电池夹正极夹体1的正极连接端与负极夹体的负极连接端之间设有释放电阻R5，将系统得到关断信号后，实际关断系统输出的时间缩短至毫秒级。实验得知系统导通后虽然得到关断信号，但如果没有R5将场管极间杂散电容快速释放，场管就不能立即截止，而此刻若电池夹两端接触，本身电压将导入信号源，系统输出导通状态得以保持，导致关断失败。

需要注意的是，本实用新型并不限定本实施例提到的开关器件单元中场效应管以及防反充单元中二极管数量，以及上述元器件的选择，实施过程中可根据实际需要进行相应的调整。同样，电压采集控制单元可采用任何可检测外部电压或电流信号的器件，开关器件单元可采用任何能起到控制线路通断作用的开关，并配以相关外围电路的设置。例如，开关器件采用其它晶体管，或者采用继电器等可控开关。电压采集控制单元采用智能芯片，用芯片I/O口采集信号，并输出控制继电器或晶体管。这些是本领域的技术人员根据本实用新型的相关电路单元的功能描述，容易想到的。

本实用新型中采用光电耦合器，是因为光电耦合器的工作电流较小，一般仅需5mA驱动电流就可以使光电耦合器可靠工作，而临时过放电的汽车电池容量一般为12V、65AH以上，只要汽车电池还具有20%以上的容量，开路电压就可维持在11V以上。本实用新型所述保护电路中要求提供仅相当于原来电池万分之一左右的电流和8V以上的电压，即可可靠工作。采用光电耦合器配合场效应管的方式，不但工作可靠，且保护电路相对简单，体积小，重量轻。

图2为本实用新型所述电池夹实施例的应用状态示意图。

如图2所示，该实施例中输出端口采用两个电池夹正、负极夹体1和2，分别表示应急电源的正负两极，每个电池夹夹体分别包括上下两块平时互不接触的金属牙1-1、1-2和2-1、2-2，金属牙1-1、和2-1上分别引出导线连接至电池夹保护电路。其中金属牙1-1、2-1通过导线分别连接保护电路中光电耦合器OC发光源二极管的两端，用于采集汽车电池的接入信号，启动保护电路工作。金属牙1-2通过导线连接保护电路中的应急电源的正极能量输出端，金属牙2-2通过导线连接保护电路中的场效应管漏极，场效应管导通后实现与应急电源的负极连接，最终形成放电回路以启动汽车。

保护电路做成封装好的模块，通过连接端口4连接应急电源，即应急电源能量从图1中的B+、B-接入。

在不使用时，因为电池夹正、负极第一接触端并未采集到有效电压信号，没有电流提供给保护电路中光电耦合器OC，从而使场效应管一直处于截止状态，即使两个电池夹互相短接或与外部电池反接，都不会造成短路。

当电池夹正确接到汽车电池的时候，汽车电源的电压使光电耦合器发光二极管内通过电流，此时保护电路电压采集控制单元中的光电耦合器OC的受光器导通，应急电源的的电压加载到场效应管的栅极，使得场效应管导通，进而使应急电源与汽车电池并联导通，此时就可以立即启动汽车。

当电池夹接反到汽车电池的时候，电池夹的正、负极第一接触端反接，使得光电耦合器OC的发光源没有电流通过，光电耦合器内的受光器不导通，开关器件单元内的场效应管也处于截止状态，进而使应急电源与汽车电池处于断开状态，防止了电池夹反接导致出现危险。

实际使用中，输出端口不限于电池夹，可以是任何方便与用电设备或外部电源连接的器件。

与现有技术相比，在汽车应急电源上使用该电池夹，通过保护电路与具有两个接触端的电池夹配合，使得该应急电源在反接汽车电池或者短接电池夹的情况下，保持应急电源输出处于断开状态，而当电池夹连接正确以后能及时自动导通，不需要使用者学习如何使用，且内置的防反充单元很好的保护了应急电源的安全性，避免了过大电流反充锂电池所造成的起火等风险，整体具有很强的安全性和可靠性。

该系统导线采用耐高温硅胶红黑两色多芯软线，线内设有耐高温绝缘线，用来采集外部电压信号。

该实用新型整体设计具有很强的可靠性，系统具有良好的自我保护功能。而且该实用新型结构简单，体积小，重量轻，成本较低，彻底消除了锂电池在汽车应急电源领域中短路，反接，反充等不安全因素，相较于现有技术具有更高的实用性以及经济效益。

本实用新型中未具体介绍的功能模块均可采用现有技术中成熟的功能模块,在此不赘述。

上述实施例仅为本实用新型的较优的实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种应急电源防短路保护系统，包括依次连接的应急电源、保护电路及输出端口，其特征在于，

所述输出端口包括与用电设备连接的正极端口和负极端口，所述正极端口和负极端口分别具有第一接触端（1-1，2-1）和第二接触端（1-2，2-2）；所述保护电路包括开关器件单元和电压采集控制单元；

其中，正极端口的第二接触端（1-2）通过线路连接应急电源的正极，负极端口的第二接触端（2-2）通过开关器件单元连接应急电源的负极；正极端口和负极端口的第一接触端（1-1，2-1）分别与电压采集控制单元连接；

所述电压采集控制单元通过正极端口和负极端口的第一接触端采集外部电源接入正确电压信号，进而控制应急电源负极输出线路上的开关器件导通，则应急电源通过正极端口和负极端口的第二接触端实现输出；当其未有采集到外部电源有正确电压信号接入，应急电源负极输出线路上的开关器件关闭，应急电源端不对外输出。

2.根据权利要求1所述的应急电源防短路保护系统，其特征在于，所述应急电源的正极与正极端口的第二接触端之间设有防反充保护二极管。

3.根据权利要求1所述的应急电源防短路保护系统，其特征在于，所述开关器件单元包括多个并联的场效应管，所述场效应管的源极与应急电源负极相连，栅极与电压采集控制单元控制端连接，漏极与负极端口的第二接触端（2-2）连接。

4.根据权利要求1所述的应急电源防短路保护系统，其特征在于，所述电压采集控制单元采用光电耦合器，所述光电耦合器的内部发光源两端分别与正、负极端口的第一接触端连接，光电耦合器内部受光器输出端与开关器件单元控制端连接。

5.根据权利要求1所述的应急电源防短路保护系统，其特征在于，所述输出端口采用电池夹，正极端口和负极端口的第一接触端（1-1，2-1）和第二接触端（1-2，2-2）分别为电池夹的两个夹臂。

6.根据权利要求1所述的应急电源防短路保护系统，其特征在于，所述用电设备为汽车电池及启动电机。

7.根据权利要求1所述的应急电源防短路保护系统，其特征在于，所述正极端口和负极端口的第二接触端之间连接有用于防止开关器件单元的极间杂散电容造成延时关断的释放电阻R5。

8. 根据权利要求4所述的应急电源防短路保护系统，其特征在于，光电耦合器的受光器输出端与应急电源负极之间设有用于指示系统工作状态的信号指示灯。

9.  根据权利要求4所述的应急电源防短路保护系统，其特征在于，所述正极端口的第一接触端与光电耦合器发光源输入端之间设有一限流电阻R1，正极端口和负极端口的第一接触端之间设有防反接钳位二极管D1及滤波电容C1。