CN206471860U - 一种汽车应急启动电源安全管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种汽车应急启动电源安全管理系统，用于电池组和电瓶夹的管理，包括：控制管理单元、第一可控开关、第二可控开关和第一电流采样；电瓶夹系统，分别与电池组正负极连接；所述控制管理单元分别连接第一可控开关和第二可控开关的控制端；所述第一电流采样串接在充电端负极和电池组负极之间；所述控制管理单元还与电瓶夹系统连接；所述电瓶夹系统还包括电瓶夹状态识别单元和第三可控开关单元；所述第三可控开关单元用于接通或关断电池组的正极输出。通过上述方式，本实用新型所述的汽车应急启动电源安全管理系统，能够对电池组进行安全管理，延长锂电池使用寿命，能够保障汽车应急启动电源的安全使用，消除安全隐患。

Description

一种汽车应急启动电源安全管理系统

技术领域

本实用新型涉及应急启动电源领域，特别是涉及一种汽车应急启动电源安全管理系统。

背景技术

汽车应急启动电源是一种用于汽车电瓶亏电或者其他原因（如低温）无法启动汽车的时候能启动汽车的装置。目前汽车应急启动电源已经普遍采用动力锂电池作为电源。但对于这一应用领域锂电池大倍率充、放电的安全管理，以及汽车应急启动电源在使用时存在电瓶夹正负极夹反、短路、夹高压、夹低压、汽车无电瓶等危险情况的综合处理仍存在尚未解决的技术问题。因此使用过程中经常会发生电池鼓包、着火、甚至爆炸等安全事故，严重损害了人身财产安全。

市场上现有的汽车应急启动电源管理系统存在明显缺陷，对使用者以及产品的保护不够全面，存在很大的隐患。无法满足汽车应急启动电源的安全应用，需要一套成熟可靠的安全管理系统进行保护。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种汽车应急启动电源安全管理系统，提升汽车应急启动电源的管理和保护，减少安全隐患。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种汽车应急启动电源安全管理系统，包括：

控制管理单元，所述控制管理单元包括一个控制器；

第一可控开关、第二可控开关和第一电流采样；

电瓶夹系统，分别与电池组正负极连接；

所述第一可控开关一端接充电端正极，另一端经第二可控开关连接到电池组的正极，组成充电两级保护结构；

所述控制管理单元分别连接第一可控开关和第二可控开关的控制端，用于控制第一可控开关和第二可控开关开通或关断；

所述第一电流采样串接在充电端负极和电池组负极之间，用于采集充电电流并反馈给控制管理单元；

所述控制管理单元还与电瓶夹系统连接，用于控制电瓶夹系统的执行动作；

所述电瓶夹系统还包括电瓶夹状态识别单元和第三可控开关单元，所述电瓶夹状态识别单元用于检测电瓶夹当前状态，并反馈给控制管理单元做进一步处理；

所述第三可控开关单元用于接通或关断电池组的正极输出；

所述电池组是由多节锂电池串并联组成至少2串的锂电池组，所述电池组每一串之间还安装有温控装置，用于温度过低时给电池组加热。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述电瓶夹状态识别单元包括：

电阻R503和二极管D502串联组成的小电流测试回路：电阻R503连接至控制器EN_Curr_S端，二极管D502连接至电瓶夹的正极Clamp+，当控制器EN_Curr_S端输出高电平时，将有电流沿二极管D502方向输出至电瓶夹正极Clamp+，用于判断电瓶夹是否空载；

电阻R501、MOS管Q501、电阻R502和二极管D501串联组成的大电流测试回路：电阻R501连接至控制器EN_Curr_L端，用于接收控制器驱动信号；MOS管Q501源极接电池组的正极PACK+，MOS管Q501漏极接电阻R502，经二极管D501连接至电瓶夹正极Clamp+，当控制器EN_Curr_L端输出低电平时，MOS管Q501打开，电池组正极输出一较大电流至电瓶夹正极，用于识别电瓶夹状态为正负极短路，还是夹到无电瓶汽车；

光耦U501和电阻R509串联组成的用于识别电瓶夹正负极接反的反向电压测试回路，电阻R509连接至电瓶夹正极Clamp+，光耦U501连接至控制器IN_Clamp端，当电瓶夹夹反向电压时，光耦U501导通，控制器IN_Clamp端接收到低电平信号；

二极管D504、电阻R507、电阻R508和三极管Q502组成的用于识别电瓶夹是否夹正的正向电压测试回路，二极管D504、电阻R507和电阻R508依次串联在电瓶夹正极Clamp+和电瓶夹负极Clamp-之间，所述三极管Q502的基极连接在电阻R507和电阻R508之间，所述三极管Q502的集电极与光耦U501相连接，所述三极管Q502的发射极与电瓶夹负极Clamp-相连接，当电瓶夹夹正向电压时，三极管Q502导通，控制器IN_Clamp端接收到低电平信号；

电阻R504、电阻Q505、电阻Q506和二极管D503组成的分压采样电路，所述电阻Q505和电阻R504串联在控制器AD_Clamp端和电瓶夹正极Clamp+之间，电阻Q506连接在控制器AD_Clamp端和电瓶夹负极Clamp-之间，二极管D503正极与电瓶夹负极Clamp-相连接，二极管D503负极连接在电阻Q505和电阻R504之间，控制器AD_Clamp端采集具体电压数值，做出电瓶夹状态的进一步判断；所述电瓶夹状态识别单元默认情况下：Q501断开，EN_Curr_S输出低电平，IN_Clamp上拉至高电平；

步骤1、判断IN_Clamp的电平状态，若为高电平，执行步骤2；若为低电平，通过AD_Clamp端口的数值判断电瓶夹的状态：

若AD_Clamp的值≤0，则判定电瓶夹状态为夹反向电压；

若a0<AD_Clamp的值≤a1，则判定电瓶夹状态为夹正向低电压；

若a1<AD_Clamp的值≤a2，则判定电瓶夹状态为夹正向合适电压；

若a2<AD_Clamp的值，则判定电瓶夹状态为夹正向高电压，a0、a1和a2为预设值；

步骤2、控制器将EN_Curr_S输出高电平，判断IN_Clamp的电平状态，若为高电平，执行步骤3；若为低电平，则判定电瓶夹状态为空载；

步骤3、打开Q501，判断IN_Clamp的电平状态，若为高电平，则判定电瓶夹状态为正负极短路；若为低电平，则判定电瓶夹状态为夹到无电瓶汽车，汽车无电瓶时，其内部负载为2Ω~20Ω。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述第三可控开关单元包括：

直流接触器JK1，直流接触器JK1触点一端接电池组正极PACK+，另一端接电瓶夹正极Clamp+，用于连接或断开电池组正极和电瓶夹的正极；

电阻R601、MOS管Q601串联组成的高端驱动电路，电阻R601连接受控于控制器的EN_RL1端，MOS管Q601源极连接电池组正极PACK+，漏极连接JK1线圈的一端；

电阻R602、MOS管Q602串联组成的低端驱动电路，电阻R602连接并受控于控制器的EN_RL2端，MOS管Q602源极连接电池组负极PACK-，漏极连接JK1线圈的另一端，当控制器驱动MOS管Q601、MOS管Q602都开启时，JK1闭合，电池组正极和电瓶夹正极连通；

二极管D602，阳极连接电瓶夹正极Clamp+，阴极连接MOS管Q601的漏极，用于维持JK1的闭合状态：当电池组正极和电瓶夹正极连通后，断开Q601，由于电瓶夹正极有电压，通过二极管D602能够继续保持JK1处于闭合状态；

温控开关SW6，常开型温控器，将其置于电池组内部，一端连接在电阻R602和MOS管Q602之间，另一端与电池组负极PACK-相连接，一旦电池组出现温度过高，SW6会立即切换至常闭状态，从而将Q602关断，JK1也随之断开，避免电池组高温放电，增加安全等级；

二极管D601，所述二极管D601阳极连接MOS管Q602漏极，二极管D601阴极连接MOS管Q601的漏极，用于JK1断开时续流作用；

第二电流采样电路，包括采样电阻RS2、电容C601和电阻R603，所述电阻RS2一端连接至电瓶夹负极Clamp-，另一端连接电池组负极PACK-，所述电阻R603一端连接至电瓶夹负极Clamp-，另一端连接至控制器AD_ISN端。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述控制管理单元还包括：

正温度系数可恢复热敏电阻F1，连接在充电端P1，充电端P1连接外部充电器，常温下，正温度系数可恢复热敏电阻F1为低阻态，保持正常充电；当充电电流大于设定值时，正温度系数可恢复热敏电阻F1温度升高，变为高阻态，断开充电回路，形成充电过流硬件保护；

充电信号监测电路，包括：电阻R101、电阻R102和三极管Q101，电阻R101、电阻R102将充电器电压分压后送入三极管Q101，当外部充电器接入时，IN_CHG端口产生中断信号唤醒控制器，控制器判断是否满足充电条件，执行下一步动作；

电压监测电路，包括：电阻R104、电阻R105、电容C102和二极管D101，电阻R104、电阻R105将充电器电压分压后送入电容C102和二极管D101以及控制器AD_CHG端口，当充电器电压在正常范围内，控制器打开第二可控开关，即MOS管Q104，否则Q104处于断开状态；

第二可控开关驱动电路，包括电阻R109、电阻R110、电阻R111和三极管Q105，电阻R109、电阻R110和三极管Q105串联在MOS管Q104的源极与电池组负极接口之间，电阻R111连接在三极管Q105的基极和控制端EN_CHG2之间，受控制端EN_CHG2控制，作为充电一级保护机制；

同理，电阻R106、电阻R107、电阻R108和三极管Q103组成第一可控开关驱动电路，第一可控开关即MOS管Q102，受控制端EN_CHG1控制，作为充电二级保护机制；

MOS管Q102、MOS管Q104形成多级串联的保护机制，只有当两者都打开时才形成充电回路；

所述第一电流采样包括采样电阻RS1、电阻R103和电容C101，电阻R103和电容C101串联在电池组负极和充电端负极之间，采样电阻RS1两端分别连接充电端负极和电池组负极，用于采集充电回路电流并通过FB_CHG端口反馈给控制器，控制器监测充电电流大小，一旦超出正常值，就会通过EN_CHG2端口关闭MOS管Q104，形成充电过流软件保护；

所述汽车应急启动电源安全管理系统还包括电池组一级保护电路，所述电池组一级保护电路包括电池均衡电路和电池电压采集电路。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述电池均衡电路包括数条电阻耗能电路，用于消耗电压较高的那一串电池组的电压，维持各串电池组电压相等，所述电阻耗能电路分别连接在控制器与对应的一串电池两端，所述电阻耗能电路分别包括第一耗能电阻、耗能电路三极管、光耦、第二耗能电阻和第三耗能电阻，所述第一耗能电阻和耗能电路三极管串联在对应的一串电池两端，所述光耦、第二耗能电阻也串联在对应的一串电池两端，耗能电路三极管的基极连接在光耦和第二耗能电阻之间，所述第三耗能电阻串联在光耦的控制端与控制器的控制端之间。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述电池电压采集电路分别包括控制三极管、电压采集三极管、第一电压采集电阻和第一RC滤波电路，所述电压采集三极管、第一电压采集电阻和第一RC滤波电路串联在每一串电池组的正极和接地线之间，第一RC滤波电路与控制器的AD端口相连接，用于采集对应一串电池组的电压，电压采集三极管的基极还分别串联有第二电压采集电阻，数个第二电压采集电阻并联后与控制三极管相连接，所述控制三极管的基极设置有第三电压采集电阻，所述第三电压采集电阻与控制器的EN_ADC端口相连接，控制器通过EN_ADC端口决定控制三极管的导通或关断，当管理系统满足睡眠条件时，控制器关断控制三极管，从而电压采集三极管也被关断，电压采集通道关闭，进一步降低系统功耗，延长电池组存储时间。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述汽车应急启动电源安全管理系统还包括电池组二级保护电路，所述电池组二级保护电路包括：

电池保护芯片；

第二RC滤波电路，每一串电池组电压分别通过第二RC滤波电路连接至电池保护芯片的VCX引脚，电池组总正极还通过一个第二RC滤波电路连接至电池保护芯片的VDD引脚进行供电，未使用的电压监测引脚接地；

电阻R305和三极管Q301，电阻R305串联在三极管Q301和电池保护芯片输出引脚CO之间，三极管Q301集电极输出端EN_CHG1控制第一可控开关的导通或关断，同时输出端EN_CHG1还接在控制器的输入端口，用于告知控制器EN_CHG1端口的输出状态；

当电池保护芯片检测到任一串电池组电压过高时，输出端CO输出高电平，三极管Q301导通，端口EN_CHG1被拉低，三极管Q103断开，MOS管Q102也随之断开，充电回路关闭，避免电池组出现过充，构成电池组电压二级保护，同时，EN_CHG1端口关断信号还送入控制器，控制器进一步将MOS管Q104也关断，确保MOS管Q102、Q104都处于关断状态，避免出现安全事故。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述电池电压采集电路和电池组二级保护电路还具有断线保护功能；当电池电压采集电路或电池组二级保护电路采集不到电池组电压时，将关闭第一可控开关、第二可控开关和JK1，禁止电池组充电或放电。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述汽车应急启动电源安全管理系统还包括温度采集电路，所述温度采集电路包括电阻R60301和热敏电阻RT4，电阻R60301和热敏电阻RT4分压后接入控制器AD_TSN端口，热敏电阻RT4置于电池组内部，实时监测电池组温度，当温度超出正常充电或放电温度时，控制器关闭充放电回路，禁止电池组在过高或过低温度下充放电。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述温控装置包括：

电阻R307，电阻R307为带状或丝状电阻，均匀并紧贴缠绕每一串电池组；

开关SW3，开关SW3为常开型温控开关，贴在电阻R307的表面；

MOS管Q302，电阻R307串联在电池组总正极与MOS管Q302之间，开关SW3连接在MOS管Q302栅极与接地线之间，MOS管源极接地；

电阻R306，串联在MOS管Q302栅极与控制器的EN_HEAT端口之间；

当电池组在较低温度下进行充电或放电时，在此之前，控制器通过EN_HEAT端口打开MOS管Q302，电阻R307发热，通过热传导的方式将热量传递给电池组，电池组温度升高，当控制器AD_TSN端口检测到电池温度达到充电或放电的要求时，关闭MOS管Q302，停止加热；

开关SW3在检测到加热温度大于一定数值时，自动切换至闭合状态，通过硬件断开MOS管Q302，增加了1级温控保护，提高了温控装置的可靠性。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述汽车应急启动电源安全管理系统还包括蜂鸣器驱动电路，所述蜂鸣器驱动电路包括电阻R60302、电阻R60303、三极管Q401和蜂鸣器B4，所述电阻R60302与控制器相连接，所述电阻R60302、三极管Q401、电阻R60303和蜂鸣器B4依次串联；

汽车应急启动电源安全管理系统还包括散热装置，用于电池组温度过高时打开散热装置加快给电池组降温，避免温度积蓄。

本实用新型的有益效果是：本实用新型指出的一种汽车应急启动电源安全管理系统，能够对电池组进行安全管理，避免电池组过充、过放、温度失控；能够快速处理电瓶夹正负极夹反、短路、夹高压、夹低压、汽车无电瓶等危险情况，延长锂电池使用寿命，能够保障汽车应急启动电源的安全使用，消除安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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它的附图，其中：

图1是本实用新型一种汽车应急启动电源安全管理系统一较佳实施例的结构示意图；

图2是本实用新型一种汽车应急启动电源安全管理系统中充电管理的电路图；

图3是本实用新型一种汽车应急启动电源安全管理系统中电池均衡电路和电池电压采集电路的电路图；

图4是本实用新型一种汽车应急启动电源安全管理系统中电池组二级保护电路的电路图；

图5是本实用新型一种汽车应急启动电源安全管理系统中温控装置的电路图；

图6是本实用新型一种汽车应急启动电源安全管理系统中的控制器电路图；

图7是本实用新型一种汽车应急启动电源安全管理系统中电瓶夹状态识别单元的电路图；

图8是本实用新型一种汽车应急启动电源安全管理系统中第三可控开关单元的电路图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图8，本实用新型实施例包括：

一种汽车应急启动电源安全管理系统，包括：

控制管理单元，所述控制管理单元包括一个控制器；

第一可控开关、第二可控开关和第一电流采样；

电瓶夹系统，分别与电池组正负极连接；

所述第一可控开关一端接充电端正极，另一端经第二可控开关连接到电池组的正极，组成充电两级保护结构；

所述控制管理单元分别连接第一可控开关和第二可控开关的控制端，用于控制第一可控开关和第二可控开关开通或关断；

所述第一电流采样串接在充电端负极和电池组负极之间，用于采集充电电流并反馈给控制管理单元；

所述控制管理单元还与电瓶夹系统连接，用于控制电瓶夹系统的执行动作；

所述电瓶夹系统还包括电瓶夹状态识别单元和第三可控开关单元，所述电瓶夹状态识别单元用于检测电瓶夹当前状态，并反馈给控制管理单元做进一步处理；

所述第三可控开关单元用于接通或关断电池组的正极输出；

所述电池组是由多节锂电池串并联组成至少2串的锂电池组，所述电池组每一串之间还安装有温控装置，用于温度过低时给电池组加热。

所述电瓶夹状态识别单元包括：

电阻R503和二极管D502串联组成的小电流测试回路：电阻R503连接至控制器EN_Curr_S端，二极管D502连接至电瓶夹的正极Clamp+，当控制器EN_Curr_S端输出高电平时，将有电流沿二极管D502方向输出至电瓶夹正极Clamp+，用于判断电瓶夹是否空载；

电阻R501、MOS管Q501、电阻R502和二极管D501串联组成的大电流测试回路：电阻R501连接至控制器EN_Curr_L端，用于接收控制器驱动信号；MOS管Q501源极接电池组的正极PACK+，MOS管Q501漏极接电阻R502，经二极管D501连接至电瓶夹正极Clamp+，当控制器EN_Curr_L端输出低电平时，MOS管Q501打开，电池组正极输出一较大电流至电瓶夹正极，用于识别电瓶夹状态为正负极短路，还是夹到无电瓶汽车；

光耦U501和电阻R509串联组成的用于识别电瓶夹正负极接反的反向电压测试回路，电阻R509连接至电瓶夹正极Clamp+，光耦U501连接至控制器IN_Clamp端，当电瓶夹夹反向电压时，光耦U501导通，控制器IN_Clamp端接收到低电平信号；

二极管D504、电阻R507、电阻R508和三极管Q502组成的用于识别电瓶夹是否夹正的正向电压测试回路，二极管D504、电阻R507和电阻R508依次串联在电瓶夹正极Clamp+和电瓶夹负极Clamp-之间，所述三极管Q502的基极连接在电阻R507和电阻R508之间，所述三极管Q502的集电极与光耦U501相连接，所述三极管Q502的发射极与电瓶夹负极Clamp-相连接，当电瓶夹夹正向电压时，三极管Q502导通，控制器IN_Clamp端接收到低电平信号；

电阻R504、电阻Q505、电阻Q506和二极管D503组成的分压采样电路，所述电阻Q505和电阻R504串联在控制器AD_Clamp端和电瓶夹正极Clamp+之间，电阻Q506连接在控制器AD_Clamp端和电瓶夹负极Clamp-之间，二极管D503正极与电瓶夹负极Clamp-相连接，二极管D503负极连接在电阻Q505和电阻R504之间，控制器AD_Clamp端采集具体电压数值，做出电瓶夹状态的进一步判断；所述电瓶夹状态识别单元默认情况下：Q501断开，EN_Curr_S输出低电平，IN_Clamp上拉至高电平；

以12V电瓶汽车为例：

若AD_Clamp的值≤0，则判定电瓶夹状态为夹反向电压；

若通过AD_Clamp端口读到电瓶夹正负极两端的电压值为1V~4.8V，则判定电瓶夹状态为夹正向低电压；

若通过AD_Clamp端口读到电瓶夹正负极两端的电压值为4.8V~13.5V，则判定电瓶夹状态为夹正向合适电压；

若通过AD_Clamp端口读到电瓶夹正负极两端的电压值大于13.5V，则判定电瓶夹状态为夹正向高电压；

以24V电瓶汽车为例：

若AD_Clamp的值≤0，则判定电瓶夹状态为夹反向电压；

若通过AD_Clamp端口读到电瓶夹正负极两端的电压值为1V~15.6V，则判定电瓶夹状态为夹正向低电压；

若通过AD_Clamp端口读到电瓶夹正负极两端的电压值为15.6V~31V，则判定电瓶夹状态为夹正向合适电压；

若通过AD_Clamp端口读到电瓶夹正负极两端的电压值大于31V，则判定电瓶夹状态为夹正向高电压；

步骤2、控制器将EN_Curr_S输出高电平，判断IN_Clamp的电平状态，若为高电平，执行步骤3；若为低电平，则判定电瓶夹状态为空载；

步骤3、打开Q501，判断IN_Clamp的电平状态，若为高电平，则判定电瓶夹状态为正负极短路；若为低电平，则判定电瓶夹状态为夹到无电瓶汽车，汽车无电瓶且汽车内部用电设备全部关闭时，其内部负载为2Ω~20Ω。

所述第三可控开关单元包括：

直流接触器JK1，直流接触器JK1触点一端接电池组正极PACK+，另一端接电瓶夹正极Clamp+，用于连接或断开电池组正极和电瓶夹的正极；

电阻R601、MOS管Q601串联组成的高端驱动电路，电阻R601连接受控于控制器的EN_RL1端，MOS管Q601源极连接电池组正极PACK+，漏极连接JK1线圈的一端；

电阻R602、MOS管Q602串联组成的低端驱动电路，电阻R602连接并受控于控制器的EN_RL2端，MOS管Q602源极连接电池组负极PACK-，漏极连接JK1线圈的另一端，当控制器驱动MOS管Q601、MOS管Q602都开启时，JK1闭合，电池组正极和电瓶夹正极连通；

二极管D602，阳极连接电瓶夹正极Clamp+，阴极连接MOS管Q601的漏极，用于维持JK1的闭合状态：当电池组正极和电瓶夹正极连通后，断开Q601，由于电瓶夹正极有电压，通过二极管D602能够继续保持JK1处于闭合状态；

温控开关SW6，常开型温控器，将其置于电池组内部，一端连接在电阻R602和MOS管Q602之间，另一端与电池组负极PACK-相连接，一旦电池组出现温度过高，SW6会立即切换至常闭状态，从而将Q602关断，JK1也随之断开，避免电池组高温放电，增加安全等级；

二极管D601，所述二极管D601阳极连接MOS管Q602漏极，二极管D601阴极连接MOS管Q601的漏极，用于JK1断开时续流作用；

第二电流采样电路，包括采样电阻RS2、电容C601和电阻R603，所述电阻RS2一端连接至电瓶夹负极Clamp-，另一端连接电池组负极PACK-，所述电阻R603一端连接至电瓶夹负极Clamp-，另一端连接至控制器AD_ISN端。

所述控制管理单元还包括：

正温度系数可恢复热敏电阻F1，连接在充电端P1，充电端P1连接外部充电器，常温下，正温度系数可恢复热敏电阻F1为低阻态，保持正常充电；当充电电流大于设定值时，正温度系数可恢复热敏电阻F1温度升高，变为高阻态，断开充电回路，形成充电过流硬件保护；

充电信号监测电路，包括：电阻R101、电阻R102和三极管Q101，电阻R101、电阻R102将充电器电压分压后送入三极管Q101，当外部充电器接入时，IN_CHG端口产生中断信号唤醒控制器，控制器判断是否满足充电条件，执行下一步动作；

电压监测电路，包括：电阻R104、电阻R105、电容C102和二极管D101，电阻R104、电阻R105将充电器电压分压后送入电容C102和二极管D101以及控制器AD_CHG端口，当充电器电压在正常范围内，控制器打开第二可控开关，即MOS管Q104，否则Q104处于断开状态；

第二可控开关驱动电路，包括电阻R109、电阻R110、电阻R111和三极管Q105，电阻R109、电阻R110和三极管Q105串联在MOS管Q104的源极与电池组负极接口之间，电阻R111连接在三极管Q105的基极和控制端EN_CHG2之间，受控制端EN_CHG2控制，作为充电一级保护机制；

同理，电阻R106、电阻R107、电阻R108和三极管Q103组成第一可控开关驱动电路，第一可控开关即MOS管Q102，受控制端EN_CHG1控制，作为充电二级保护机制；

MOS管Q102、MOS管Q104形成多级串联的保护机制，只有当两者都打开时才形成充电回路；

所述第一电流采样包括采样电阻RS1、电阻R103和电容C101，电阻R103和电容C101串联在电池组负极和充电端负极之间，采样电阻RS1两端分别连接充电端负极和电池组负极，用于采集充电回路电流并通过FB_CHG端口反馈给控制器，控制器监测充电电流大小，一旦超出正常值，就会通过EN_CHG2端口关闭MOS管Q104，形成充电过流软件保护；

所述汽车应急启动电源安全管理系统还包括电池组一级保护电路，所述电池组一级保护电路包括电池均衡电路和电池电压采集电路。

所述电池均衡电路包括数条电阻耗能电路，用于消耗电压较高的那一串电池组的电压，维持各串电池组电压相等。所述电阻耗能电路分别连接在控制器与对应的一串电池两端，所述电阻耗能电路分别包括第一耗能电阻、耗能电路三极管、光耦、第二耗能电阻和第三耗能电阻，所述第一耗能电阻和耗能电路三极管串联在对应的一串电池两端，所述光耦、第二耗能电阻也串联在对应的一串电池两端，耗能电路三极管的基极连接在光耦和第二耗能电阻之间，所述第三耗能电阻串联在光耦的控制端与控制器的控制端之间。

所述电池电压采集电路分别包括控制三极管、电压采集三极管、第一电压采集电阻和第一RC滤波电路，所述电压采集三极管、第一电压采集电阻和第一RC滤波电路串联在每一串电池组的正极和接地线之间，第一RC滤波电路与控制器的AD端口相连接，用于采集对应一串电池组的电压，电压采集三极管的基极还分别串联有第二电压采集电阻，数个第二电压采集电阻并联后与控制三极管相连接，所述控制三极管的基极设置有第三电压采集电阻，所述第三电压采集电阻与控制器的EN_ADC端口相连接，控制器通过EN_ADC端口决定控制三极管的导通或关断，当管理系统满足睡眠条件时，控制器关断控制三极管，从而电压采集三极管也被关断，电压采集通道关闭，进一步降低系统功耗，延长电池组存储时间。具体如图3所示，以3串锂电池组为例，每一串电池组都有均衡和电池电压采集功能。控制端DSC_VB1、DSC_VB2、DSC_VB3连接控制器U401，用于均衡对应一串电池组的电压；输入端AD_VB1、AD_VB2、AD_VB3连接控制器的AD端口，用于采集对应一串电池组的电压。控制器还通过EN_ADC端口控制三极管Q207导通或关断，当管理系统满足睡眠条件时，控制器关断Q207，从而三极管Q204、Q205、Q206也被关断，电压采集通道关闭，进一步降低系统功耗，延长电池组存储时间，延长电池组存储时间与使用寿命。以控制端DSC_VB1、输入端AD_VB1对应的一串电池组为例，管理系统工作时，Q206导通，电池组电压VB1经电阻R218、R219分压送入控制器AD_VB1端口，如检测到VB1的电压高于VB2、VB3的电压，则控制端DSC_VB1控制光耦U203导通，三极管Q203也随之导通，电池组BAT1通过电阻R203、三极管Q203放电。如果此时在正常充电，控制器还会通过控制端EN_CHG2关断MOS管Q104，从而切断充电回路，避免电池组VBT1过充。当VB1电压降至和VB2、VB3相等时，控制器关断三极管Q203，有效解决了电池组电压不一致的问题，如果此时满足充电条件，MOS管Q104恢复至导通状态，电池组继续正常充电。当VB1+VB2+VB3总电压大于等于满电电压时，控制器也会关断MOS管Q104，构成电池组电压一级保护。通过上述方式，不仅解决了电池组均衡和电池电压精确监测问题，还综合了充电管理以及系统功耗的考虑，保证了锂电池组长时间的安全应用。

所述汽车应急启动电源安全管理系统还包括电池组二级保护电路，所述电池组二级保护电路包括：

电池保护芯片U301；

第二RC滤波电路，每一串电池组电压分别通过第二RC滤波电路连接至电池保护芯片的VCX引脚，X为1、2、3…，如图4所示，3串电池组电压VB1、VB2、VB3通过RC滤波网络分别连接至U301的VC3、VC2、VC1引脚，VB3还通过R301、C301连接至U301的VDD引脚，未使用的电压监测引脚VC4、VC5以及VSS引脚接地；

电阻R305和三极管Q301，电阻R305串联在三极管Q301和电池保护芯片输出引脚CO之间，三极管Q301集电极输出端EN_CHG1控制第一可控开关的导通或关断，同时输出端EN_CHG1还接在控制器的输入端口，用于告知控制器EN_CHG1端口的输出状态；

当电池保护芯片检测到任一串电池组电压过高时，输出端CO输出高电平，三极管Q301导通，端口EN_CHG1被拉低，三极管Q103断开，MOS管Q102也随之断开，充电回路关闭，避免电池组出现过充，构成电池组电压二级保护，同时，EN_CHG1端口关断信号还送入控制器，控制器进一步将MOS管Q104也关断，确保MOS管Q102、Q104都处于关断状态，避免出现安全事故。

所述电池电压采集电路和电池组二级保护电路还具有断线保护功能；当控制器AD_VBX端口电池保护芯片U301的VCX引脚采集不到电池组电压时，将关闭第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关，禁止电池组充电或放电。

所述汽车应急启动电源安全管理系统还包括温度采集电路，所述温度采集电路包括电阻R60301和热敏电阻RT4，电阻R60301和热敏电阻RT4分压后接入控制器AD_TSN端口，热敏电阻RT4置于电池组内部，实时监测电池组温度，当温度超出正常充电或放电温度时，控制器关闭充放电回路，禁止电池组在过高或过低温度下充放电。

所述温控装置包括：

电阻R307，电阻R307为带状或丝状电阻，均匀并紧贴缠绕每一串电池组；

开关SW3，开关SW3为常开型温控开关，贴在电阻R307的表面；

MOS管Q302，电阻R307串联在电池组总正极与MOS管Q302之间，开关SW3连接在MOS管Q302栅极与接地线之间，MOS管源极接地；

电阻R306，串联在MOS管Q302栅极与控制器的EN_HEAT端口之间；

当电池组在较低温度下进行充电或放电时，在此之前，控制器通过EN_HEAT端口打开MOS管Q302，电阻R307发热，通过热传导的方式将热量传递给电池组，电池组温度升高，当控制器AD_TSN端口检测到电池温度达到充电或放电的要求时，关闭MOS管Q302，停止加热；

开关SW3在检测到加热温度大于一定数值时，自动切换至闭合状态，通过硬件断开MOS管Q302，增加了1级温控保护，提高了温控装置的可靠性，避免电池组低温或过温时工作，保证电池组在安全温度范围内使用，避免由温度失控引起的安全事故。

所述汽车应急启动电源安全管理系统还包括蜂鸣器驱动电路，所述蜂鸣器驱动电路包括电阻R60302、电阻R60303、三极管Q401和蜂鸣器B4，所述电阻R60302与控制器相连接，所述电阻R60302、三极管Q401、电阻R60303和蜂鸣器B4依次串联，用于正常工作时产生必要的提示音，以及异常时（如温度过高、过低，电池组过充、过放等）发出报警信号，警示异常状况，提示使用者尽快处理，以免情况进一步恶化。

汽车应急启动电源安全管理系统还包括散热装置，用于电池组温度过高时打开散热装置加快给电池组降温，避免温度积蓄，充分保证电池组安全使用，延长锂电池使用寿命。

综上所述，本实用新型指出的一种汽车应急启动电源安全管理系统，对电池组充、放电时的电压、电流、温度进行多级监测，构成对电池组的多级独立串联保护机制，显著降低电池组失控风险，加强了对电瓶夹的安全管理，避免电瓶夹正负极夹反、短路、夹高压、夹低压、汽车无电瓶时的损坏，增强系统可靠性，提高安全等级。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种汽车应急启动电源安全管理系统，用于电池组和电瓶夹的管理，其特征在于，包括：

控制管理单元，所述控制管理单元包括一个控制器；

第一可控开关、第二可控开关和第一电流采样；

电瓶夹系统，分别与电池组正负极连接；

所述第一可控开关一端接充电端正极，另一端经第二可控开关连接到电池组的正极，组成充电两级保护结构；

所述控制管理单元分别连接第一可控开关和第二可控开关的控制端，用于控制第一可控开关和第二可控开关开通或关断；

所述第一电流采样串接在充电端负极和电池组负极之间，用于采集充电电流并反馈给控制管理单元；

所述控制管理单元还与电瓶夹系统连接，用于控制电瓶夹系统的执行动作；

所述电瓶夹系统还包括电瓶夹状态识别单元和第三可控开关单元，所述电瓶夹状态识别单元用于检测电瓶夹当前状态，并反馈给控制管理单元做进一步处理；

所述第三可控开关单元用于接通或关断电池组的正极输出；

所述电池组是由多节锂电池串并联组成至少2串的锂电池组，所述电池组每一串之间还安装有温控装置，用于温度过低时给电池组加热。

2.根据权利要求1所述的汽车应急启动电源安全管理系统，其特征在于，所述电瓶夹状态识别单元包括：

电阻R503和二极管D502串联组成的小电流测试回路：电阻R503连接至控制器EN_Curr_S端，二极管D502连接至电瓶夹的正极Clamp+，当控制器EN_Curr_S端输出高电平时，将有电流沿二极管D502方向输出至电瓶夹正极Clamp+，用于判断电瓶夹是否空载；

电阻R501、MOS管Q501、电阻R502和二极管D501串联组成的大电流测试回路：电阻R501连接至控制器EN_Curr_L端，用于接收控制器驱动信号；MOS管Q501源极接电池组的正极PACK+，MOS管Q501漏极接电阻R502，经二极管D501连接至电瓶夹正极Clamp+，当控制器EN_Curr_L端输出低电平时，MOS管Q501打开，电池组正极输出一较大电流至电瓶夹正极，用于识别电瓶夹状态为正负极短路，还是夹到无电瓶汽车；

光耦U501和电阻R509串联组成的用于识别电瓶夹正负极接反的反向电压测试回路，电阻R509连接至电瓶夹正极Clamp+，光耦U501连接至控制器IN_Clamp端，当电瓶夹夹反向电压时，光耦U501导通，控制器IN_Clamp端接收到低电平信号；

二极管D504、电阻R507、电阻R508和三极管Q502组成的用于识别电瓶夹是否夹正的正向电压测试回路，二极管D504、电阻R507和电阻R508依次串联在电瓶夹正极Clamp+和电瓶夹负极Clamp-之间，所述三极管Q502的基极连接在电阻R507和电阻R508之间，所述三极管Q502的集电极与光耦U501相连接，所述三极管Q502的发射极与电瓶夹负极Clamp-相连接，当电瓶夹夹正向电压时，三极管Q502导通，控制器IN_Clamp端接收到低电平信号；

电阻R504、电阻Q505、电阻Q506和二极管D503组成的分压采样电路，所述电阻Q505和电阻R504串联在控制器AD_Clamp端和电瓶夹正极Clamp+之间，电阻Q506连接在控制器AD_Clamp端和电瓶夹负极Clamp-之间，二极管D503正极与电瓶夹负极Clamp-相连接，二极管D503负极连接在电阻Q505和电阻R504之间，控制器AD_Clamp端采集具体电压数值，做出电瓶夹状态的进一步判断；所述电瓶夹状态识别单元默认情况下：Q501断开，EN_Curr_S输出低电平，IN_Clamp上拉至高电平。

3.根据权利要求1所述的汽车应急启动电源安全管理系统，其特征在于，所述第三可控开关单元包括：

直流接触器JK1，直流接触器JK1触点一端接电池组正极PACK+，另一端接电瓶夹正极Clamp+，用于连接或断开电池组正极和电瓶夹的正极；

电阻R601、MOS管Q601串联组成的高端驱动电路，电阻R601连接受控于控制器的EN_RL1端，MOS管Q601源极连接电池组正极PACK+，漏极连接JK1线圈的一端；

电阻R602、MOS管Q602串联组成的低端驱动电路，电阻R602连接并受控于控制器的EN_RL2端，MOS管Q602源极连接电池组负极PACK-，漏极连接JK1线圈的另一端，当控制器驱动MOS管Q601、MOS管Q602都开启时，JK1闭合，电池组正极和电瓶夹正极连通；

二极管D602，阳极连接电瓶夹正极Clamp+，阴极连接MOS管Q601的漏极，用于维持JK1的闭合状态：当电池组正极和电瓶夹正极连通后，断开Q601，由于电瓶夹正极有电压，通过二极管D602能够继续保持JK1处于闭合状态；

温控开关SW6，常开型温控器，将其置于电池组内部，一端连接在电阻R602和MOS管Q602之间，另一端与电池组负极PACK-相连接，一旦电池组出现温度过高，SW6会立即切换至常闭状态，从而将Q602关断，JK1也随之断开，避免电池组高温放电，增加安全等级；

二极管D601，所述二极管D601阳极连接MOS管Q602漏极，二极管D601阴极连接MOS管Q601的漏极，用于JK1断开时续流作用；

第二电流采样电路，包括采样电阻RS2、电容C601和电阻R603，所述电阻RS2一端连接至电瓶夹负极Clamp-，另一端连接电池组负极PACK-，所述电阻R603一端连接至电瓶夹负极Clamp-，另一端连接至控制器AD_ISN端。

4.根据权利要求1所述的汽车应急启动电源安全管理系统，其特征在于，所述控制管理单元还包括：

正温度系数可恢复热敏电阻F1，连接在充电端P1，充电端P1连接外部充电器，常温下，正温度系数可恢复热敏电阻F1为低阻态，保持正常充电；当充电电流大于设定值时，正温度系数可恢复热敏电阻F1温度升高，变为高阻态，断开充电回路，形成充电过流硬件保护；

充电信号监测电路，包括：电阻R101、电阻R102和三极管Q101，电阻R101、电阻R102将充电器电压分压后送入三极管Q101，当外部充电器接入时，IN_CHG端口产生中断信号唤醒控制器，控制器判断是否满足充电条件，执行下一步动作；

电压监测电路，包括：电阻R104、电阻R105、电容C102和二极管D101，电阻R104、电阻R105将充电器电压分压后送入电容C102和二极管D101以及控制器AD_CHG端口，当充电器电压在正常范围内，控制器打开第二可控开关，即MOS管Q104，否则Q104处于断开状态；

第二可控开关驱动电路，包括电阻R109、电阻R110、电阻R111和三极管Q105，电阻R109、电阻R110和三极管Q105串联在MOS管Q104的源极与电池组负极接口之间，电阻R111连接在三极管Q105的基极和控制端EN_CHG2之间，受控制端EN_CHG2控制，作为充电一级保护机制；

同理，电阻R106、电阻R107、电阻R108和三极管Q103组成第一可控开关驱动电路，第一可控开关即MOS管Q102，受控制端EN_CHG1控制，作为充电二级保护机制；

MOS管Q102、MOS管Q104形成多级串联的保护机制，只有当两者都打开时才形成充电回路；

所述第一电流采样包括采样电阻RS1、电阻R103和电容C101，电阻R103和电容C101串联在电池组负极和充电端负极之间，采样电阻RS1两端分别连接充电端负极和电池组负极，用于采集充电回路电流并通过FB_CHG端口反馈给控制器，控制器监测充电电流大小，一旦超出正常值，就会通过EN_CHG2端口关闭MOS管Q104，形成充电过流软件保护；

所述汽车应急启动电源安全管理系统还包括电池组一级保护电路，所述电池组一级保护电路包括电池均衡电路和电池电压采集电路。

5.根据权利要求4所述的汽车应急启动电源安全管理系统，其特征在于，所述电池均衡电路包括数条电阻耗能电路，所述电阻耗能电路分别连接在控制器与对应的一串电池两端，所述电阻耗能电路分别包括第一耗能电阻、耗能电路三极管、光耦、第二耗能电阻和第三耗能电阻，所述第一耗能电阻和耗能电路三极管串联在对应的一串电池两端，所述光耦、第二耗能电阻也串联在对应的一串电池两端，耗能电路三极管的基极连接在光耦和第二耗能电阻之间，所述第三耗能电阻串联在光耦的控制端与控制器的控制端之间。

6.根据权利要求4所述的汽车应急启动电源安全管理系统，其特征在于，所述电池电压采集电路分别包括控制三极管、电压采集三极管、第一电压采集电阻和第一RC滤波电路，所述电压采集三极管、第一电压采集电阻和第一RC滤波电路串联在每一串电池组的正极和接地线之间，第一RC滤波电路与控制器的AD端口相连接，用于采集对应一串电池组的电压，电压采集三极管的基极还分别串联有第二电压采集电阻，数个第二电压采集电阻并联后与控制三极管相连接，所述控制三极管的基极设置有第三电压采集电阻，所述第三电压采集电阻与控制器的EN_ADC端口相连接，控制器通过EN_ADC端口决定控制三极管的导通或关断，当管理系统满足睡眠条件时，控制器关断控制三极管，从而电压采集三极管也被关断，电压采集通道关闭，进一步降低系统功耗，延长电池组存储时间。

7.根据权利要求4所述的汽车应急启动电源安全管理系统，其特征在于，所述汽车应急启动电源安全管理系统还包括电池组二级保护电路；

所述电池组二级保护电路包括：

电池保护芯片；

第二RC滤波电路，每一串电池组电压分别通过第二RC滤波电路连接至电池保护芯片的VCX引脚，电池组总正极还通过一个第二RC滤波电路连接至电池保护芯片的VDD引脚进行供电，未使用的电压监测引脚接地；

电阻R305和三极管Q301，电阻R305串联在三极管Q301和电池保护芯片输出引脚CO之间，三极管Q301集电极输出端EN_CHG1控制第一可控开关的导通或关断，同时输出端EN_CHG1还接在控制器的输入端口，用于告知控制器EN_CHG1端口的输出状态；

当电池保护芯片检测到任一串电池组电压过高时，输出端CO输出高电平，三极管Q301导通，端口EN_CHG1被拉低，三极管Q103断开，MOS管Q102也随之断开，充电回路关闭，避免电池组出现过充，构成电池组电压二级保护，同时，EN_CHG1端口关断信号还送入控制器，控制器进一步将MOS管Q104也关断，确保MOS管Q102、Q104都处于关断状态，避免出现安全事故。

8.根据权利要求1所述的汽车应急启动电源安全管理系统，其特征在于，所述汽车应急启动电源安全管理系统还包括温度采集电路，所述温度采集电路包括电阻R60301和热敏电阻RT4，电阻R60301和热敏电阻RT4分压后接入控制器AD_TSN端口，热敏电阻RT4置于电池组内部，实时监测电池组温度，当温度超出正常充电或放电温度时，控制器关闭充放电回路，禁止电池组在过高或过低温度下充放电。

9.根据权利要求1所述的汽车应急启动电源安全管理系统，其特征在于，所述温控装置包括：

电阻R307，电阻R307为带状或丝状电阻，均匀并紧贴缠绕每一串电池组；

开关SW3，开关SW3为常开型温控开关，贴在电阻R307的表面；

MOS管Q302，电阻R307串联在电池组总正极与MOS管Q302之间，开关SW3连接在MOS管Q302栅极与接地线之间，MOS管源极接地；

电阻R306，串联在MOS管Q302栅极与控制器的EN_HEAT端口之间；

当电池组在较低温度下进行充电或放电时，在此之前，控制器通过EN_HEAT端口打开MOS管Q302，电阻R307发热，通过热传导的方式将热量传递给电池组，电池组温度升高，当控制器AD_TSN端口检测到电池温度达到充电或放电的要求时，关闭MOS管Q302，停止加热；

开关SW3在检测到加热温度大于一定数值时，自动切换至闭合状态，通过硬件断开MOS管Q302，提高了温控装置的可靠性。

10.根据权利要求1所述的汽车应急启动电源安全管理系统，其特征在于，所述汽车应急启动电源安全管理系统还包括蜂鸣器驱动电路，所述蜂鸣器驱动电路包括电阻R60302、电阻R60303、三极管Q401和蜂鸣器B4，所述电阻R60302与控制器相连接，所述电阻R60302、三极管Q401、电阻R60303和蜂鸣器B4依次串联；

汽车应急启动电源安全管理系统还包括散热装置，用于电池组温度过高时打开散热装置加快给电池组降温，避免温度积蓄。