CN217087774U - 控制系统、应急启动电源和电瓶夹 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种控制系统、应急启动电源和电瓶夹，该控制系统包括控制逻辑运算电路、开关模块和至少一个监测模块；控制逻辑运算电路连接至少一个监测模块和开关模块，开关模块还分别连接电源模块和输出负载；控制逻辑运算电路用于根据至少一个监测模块输入的至少一个电信号进行逻辑运算后，输出控制信号，开关模块用于基于控制信号控制电源模块和输出负载间的导通状态，以控制电源模块对输出负载的供电状态。本申请实施例可以降低控制系统设计的复杂性。

Description

控制系统、应急启动电源和电瓶夹

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、应急启动电源和电瓶夹。

背景技术

目前，市场上的汽车应急启动电源是在传统移动电源的基础上进行应用场景的功能扩展，具备多功能、便携性。其拓展的主要功能是用于汽车亏电或者其他原因无法启动汽车的时候能启动汽车，同时兼具传统的移动电源的基本功能。

汽车应急启动电源为了提高其便携性，通常会把输出开关的控制系统进行外置，形成一个独立的控制系统，简称为电瓶夹；这种电瓶夹的控制系统设计都是基于微控制器(microcontroller unit，MCU)完成电压、电流的采样以及输出开关的控制和相关的保护功能。由于微控制器MCU需要编程处理，并且需要看门狗电路才能可靠地运行，增加了系统设计的复杂性。

实用新型内容

本申请实施例提供一种控制系统、应急启动电源和电瓶夹，可以降低控制系统设计的复杂性。

本申请实施例第一方面，提供了一种控制系统，包括控制逻辑运算电路、开关模块、至少一个监测模块；

所述控制逻辑运算电路连接所述至少一个监测模块和所述开关模块；所述开关模块还分别连接电源模块和输出负载；

所述控制逻辑运算电路用于根据所述至少一个监测模块输入的至少一个电信号进行逻辑运算后，输出控制信号；所述开关模块用于基于所述控制信号控制所述电源模块和所述输出负载之间的导通状态，以控制所述电源模块对所述输出负载的供电状态。

可选的，所述控制信号包括导通信号或关断信号；在所述控制信号包括导通信号的情况下，所述开关模块用于基于所述导通信号控制所述电源模块对所述输出负载供电；在所述控制信号包括关断信号的情况下，所述开关模块用于基于所述关断信号切断所述电源模块与所述输出负载之间的回路。

可选的，所述至少一个监测模块包括电池电压监测模块、温度监测模块、输出电流监测模块、负载连接极性识别模块和负载电压监测模块中的一个或多个监测模块的组合。

可选的，在至少一个监测模块包括电池电压监测模块、温度监测模块、输出电流监测模块、负载连接极性识别模块和负载电压监测模块的情况下，所述控制逻辑运算电路包括至少一个输入端，所述至少一个输入端包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端和第五输入端；所述电池电压监测模块的输出端向所述第一输入端输出第一电信号，所述温度监测模块的输出端向所述第二输入端输出第二电信号，所述输出电流监测模块的输出端向所述第三输入端输出第三电信号，所述负载连接极性识别模块的输出端向所述第四输入端输出第四电信号，所述负载电压监测模块的输出端向所述第五输入端输出第五电信号。

可选的，在所述控制系统处于自动输出模式下，在所述电池电压监测模块监测到所述电源模块的电压处于第一阈值区间，并且所述温度监测模块监测到所述电源模块的温度处于第二阈值区间或者所述开关模块的温度处于第三阈值区间，并且所述输出电流监测模块监测到所述电源模块对所述输出负载输出的放电电流处于第四阈值区间，并且所述负载连接极性识别模块监测所述输出负载的极性正接，并且所述负载电压监测模块监测所述输出负载的电压下降斜率的绝对值大于第五阈值的情况下，所述控制逻辑运算电路根据所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号、所述第四电信号和所述第五电信号输出所述导通信号。

可选的，在所述电池电压监测模块监测到所述电源模块的电压不处于所述第一阈值区间的情况下，或者所述温度监测模块监测到所述电源模块的温度不处于第二阈值区间或者所述开关模块的温度不处于第三阈值区间的情况下，或者所述输出电流监测模块监测到所述电源模块对所述输出负载输出的放电电流不处于第四阈值区间的情况下，或者所述负载连接极性识别模块监测所述输出负载的极性反接的情况下，或者所述负载电压监测模块监测所述输出负载的电压下降斜率的绝对值小于第五阈值的情况下，所述控制逻辑运算电路根据所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号、所述第四电信号和所述第五电信号输出所述关断信号。

可选的，所述控制系统还包括按键输入单元，在所述控制系统处于强制输出模式下，在所述电池电压监测模块监测到所述电源模块的电压处于第一阈值区间，并且所述温度监测模块监测到所述电源模块的温度处于第二阈值区间或者所述开关模块的温度处于第三阈值区间，并且所述输出电流监测模块监测到所述电源模块对所述输出负载输出的放电电流处于第四阈值区间，并且所述负载连接极性识别模块监测所述输出负载的极性正接的情况下，若所述控制系统接收到通过所述按键输入单元输入的用户指令，所述控制逻辑运算电路根据所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号在预设时长内输出所述导通信号。

可选的，在所述电池电压监测模块监测到所述电源模块的电压不处于所述第一阈值区间的情况下，或者所述温度监测模块监测到所述电源模块的温度不处于第二阈值区间或者所述开关模块的温度不处于第三阈值区间的情况下，或者所述输出电流监测模块监测到所述电源模块对所述输出负载输出的放电电流不处于第四阈值区间的情况下，或者所述负载连接极性识别模块监测所述输出负载的极性反接的情况下，所述控制逻辑运算电路根据所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号输出所述关断信号。

可选的，所述控制系统还包括状态输出单元，所述状态输出单元用于在所述控制逻辑运算电路输出所述关断信号的情况下，输出警示信息。

可选的，所述开关模块包括功率电子开关、继电器、场效应晶体管中的任一种。

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的任一种控制系统。

本申请实施例第三方面，提供了一种电瓶夹，包括本申请实施例第一方面的任一种控制系统。

本申请实施例中提供一种控制系统，包括控制逻辑运算电路、开关模块、至少一个监测模块；所述控制逻辑运算电路连接所述至少一个监测模块和所述开关模块所述开关模块还分别连接电源模块和输出负载；所述控制逻辑运算电路用于根据所述至少一个监测模块输入的至少一个电信号进行逻辑运算后，输出控制信号；所述开关模块用于基于所述控制信号控制所述电源模块和所述输出负载间的导通状态，以控制所述电源模块对所述输出负载的供电状态。与采用需要编程的MCU相比，控制逻辑运算电路只需根据至少一个监测模块输出的至少一个电信号进行逻辑运算后输出控制信号，该控制信号可以控制开关模块的导通或关断，从而控制电源模块对输出负载的供电状态，可以降低控制系统设计的复杂性。

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另一种控制系统的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种负载电压监测模块的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种负载电压监测模块的具体结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种负载电压监测模块的仿真结果波形示意图；

图7是本申请实施例提供的一种模拟汽车周期性启动时的信号仿真波形图；

图8是本申请实施例提供的一种应急启动电源的结构示意图；

图9是本申请实施例提供的一种电瓶夹的结构示意图。

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、应急启动电源和电瓶夹，与采用需要编程的MCU相比，控制逻辑运算电路只需根据至少一个监测模块输出至少一个电信号进行逻辑运算后输出控制信号，该控制信号可以控制开关模块的导通或关断，从而控制电源模块对输出负载的供电状态，可以降低控制系统设计的复杂性。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100，包括控制逻辑运算电路10、开关模块20和至少一个监测模块；

所述控制逻辑运算电路10连接至少一个监测模块和所述开关模块20；所述开关模块20还分别连接电源模块200和输出负载300；

所述控制逻辑运算电路10用于根据所述至少一个监测模块输入的至少一个电信号进行逻辑运算后，输出控制信号；

所述开关模块20用于基于所述控制信号控制所述电源模块200和所述输出负载300间的导通状态，以控制所述电源模块200对所述输出负载300的供电状态。

所述控制逻辑运算电路10可以包括至少一个输入端和第一输出端；所述至少一个输入端与所述至少一个监测模块的输出端分别连接；所述第一输出端连接所述开关模块20的控制端，所述开关模块20的输入端用于连接电源模块200，所述开关模块20的输出端用于连接所述输出负载300；所述控制逻辑运算电路10可以根据所述至少一个输入端输入的至少一个电信号进行逻辑运算后，通过所述第一输出端输出控制信号，所述开关模块20用于基于所述控制信号控制所述开关模块20的状态(导通或者关断)，从而控制所述电源模块200对所述输出负载300的供电状态。

本申请实施例的控制系统100是用于控制电源模块200为输出负载300供电的系统。该控制系统100可以用在电动车领域，比如，电瓶夹控制系统。

输出负载300可以是容性负载，容性负载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。当容性负载出现反接时，会对容性负载所处的电流回路带来伤害(比如，烧坏回路中的元器件、对应急启动电源的内部电池组造成损害等)。

电源模块200可以是提供电源的模块或者组件。比如，电源模块200可以是汽车的应急启动电源的内部电池组，也可以是超级电容，还可以是超级电容和电池的组合产品。应急启动电源，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。

应急启动电源可以包括电源模块200，电源模块200可以是铅酸蓄电池，也可以是锂聚合物类电池(比如，锂电池)。应急启动电源可以给汽车蓄电池输提供能量补充，也可以直接用于汽车发动机(引擎)启动时所需要的能量输出。

应急启动电源的电源模块200可以包括单节或多节构成的电池组实现能量的储存和传递功能。通常经过直流-直流的电源转换器对电池组进行充电，实现能量的补充和储存；应急启动电源的各功能模块电路的供电和输出负载300或汽车电池的能量补给都可以由此电池组提供。

单节或者多节电池的电压采样和保护芯片完成每节电池和整个电池组的电压采样并具备相关的保护功能比如电池的过充、过放、过流、过温保护；此类电池电压采样和保护芯片也可以与可编程控制器件实现信息交互和状态监控功能，甚至通过该类电池专用模拟前端(Analog Front End，AFE)通过专用算法完成电池组的电量计算电荷状态(state ofcharge，SOC)和电池健康状况(state of health，SOC)。

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。

本申请实施例的电信号可以包括电平信号或者电压信号。

本申请实施例的控制系统，与采用需要编程的MCU相比，控制逻辑运算电路只需根据至少一个监测模块输出的至少一个电信号进行逻辑运算后输出控制信号，该控制信号可以控制开关模块的导通或关断，从而控制电源模块对输出负载的供电状态，可以降低控制系统设计的复杂性。

可选的，所述控制信号包括导通信号或关断信号；在所述控制信号包括导通信号的情况下，所述开关模块用于基于所述导通信号控制所述电源模块对所述输出负载供电；在所述控制信号包括关断信号的情况下，所述开关模块用于基于所述关断信号切断所述电源模块与所述输出负载之间的回路。

开关模块20的闭合和断开可以由控制逻辑运算电路10输出的控制信号来控制。当任意节电池或电池组在正常工作状态时，该控制信号控制开关模块20闭合；当电池或电池组发生异常时比如处于过充、过放、过流、过温状态时，该控制信号控制开关模块20断开。

可选的，所述至少一个监测模块包括电池电压监测模块、温度监测模块、输出电流监测模块、负载连接极性识别模块和负载电压监测模块中的一个或多个监测模块的组合。

电池电压监测模块用于监测电源模块200的电压是否正常；温度监测模块用于监测电源模块200的温度是否正常或者开关模块20的温度是否正常；输出电流监测模块用于监测电源模块200对输出负载300输出的放电电流是否正常；负载连接极性识别模块用于识别输出负载300的极性是否正接；负载电压监测模块用于监测输出负载300的电压是否正常。

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。如图2所示，在至少一个监测模块包括电池电压监测模块40、温度监测模块50、输出电流监测模块60、负载连接极性识别模块70和负载电压监测模块80的情况下，所述控制逻辑运算电路10包括至少一个输入端，上述至少一个输入端包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端和第五输入端；所述电池电压监测模块40的输出端向所述第一输入端输出第一电信号，所述温度监测模块50的输出端向所述第二输入端输出第二电信号，所述输出电流监测模块60的输出端向所述第三输入端输出第三电信号，所述负载连接极性识别模块70的输出端向所述第四输入端输出第四电信号，所述负载电压监测模块80的输出端向所述第五输入端输出第五电信号。

如图2所示，所述第一输入端连接所述电池电压监测模块40的输出端，所述第二输入端连接所述温度监测模块50的输出端，所述第三输入端连接所述输出电流监测模块60的输出端，所述第四输入端连接所述负载连接极性识别模块70的输出端，所述第五输入端连接所述负载电压监测模块的输出端；所述第一输出端连接所述开关模块20的控制端，所述开关模块20的输入端连接电源模块200的正极，所述开关模块20的输出端连接所述输出负载300的正极。

控制系统100可以工作在自动输出模式或强制输出模式。在自动输出模式下，控制系统可以自动控制开关模块20导通或关断；在强制输出模式下，控制系统可以在用户的控制下控制开关模块20导通或关断。

可选的，在所述控制系统100处于自动输出模式下，在所述电池电压监测模块40监测到所述电源模块200的电压处于第一阈值区间，并且所述温度监测模块50监测到所述电源模块200的温度处于第二阈值区间或者所述开关模块20的温度处于第三阈值区间，并且所述输出电流监测模块60监测到所述电源模块200对所述输出负载300输出的放电电流处于第四阈值区间，并且所述负载连接极性识别模块70监测所述输出负载300的极性正接，并且所述负载电压监测模块80监测所述输出负载300的电压下降斜率的绝对值大于第五阈值的情况下，所述控制逻辑运算电路10根据所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号、第四电信号和第五电信号输出导通信号。其中，所述导通信号用于控制所述开关模块20导通。

可选的，在所述电池电压监测模块40监测到所述电源模块200的电压不处于所述第一阈值区间的情况下，或者所述温度监测模块50监测到所述电源模块200的温度不处于第二阈值区间或者所述开关模块20的温度不处于第三阈值区间的情况下，或者所述输出电流监测模块60监测到所述电源模块200对所述输出负载300输出的放电电流不处于第四阈值区间的情况下，或者所述负载连接极性识别模块70监测所述输出负载300的极性反接的情况下，或者所述负载电压监测模块80监测所述输出负载300的电压下降斜率的绝对值小于第五阈值的情况下，所述控制逻辑运算电路10根据所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号、第四电信号和第五电信号输出关断信号。其中，所述关断信号用于控制所述开关模块20关断。

控制系统100可以通过负载连接极性识别模块70监测输出负载300是否出现极性反接。

控制系统100可以通过电池电压监测模块40监测电源模块200的电压信息。可以用来监测电源模块200的电压是否在预先设定的阈值范围内，超出这个预先设定的范围，禁止开关模块20闭合(即导通)，从而切断电源模块200的能量输出。

控制系统100可以通过温度监测模块50监测电源模块200的温度信息和开关模块20的温度信息。

控制系统100可以通过输出电流监测模块60监测电源模块200对输出负载300输出的放电电流信息或者输出负载300对电源模块200的充电电流信息。

控制系统100可以通过负载电压监测模块80监测输出负载300的电压信息。

第一阈值区间、第二阈值区间、第三阈值区间、第四阈值区间、第五阈值均可以预先进行设定。

其中，电池电压监测模块、温度监测模块、输出电流监测模块、负载连接极性识别模块和负载电压监测模块可以根据监测的结果输出电信号。电信号可以包括逻辑高电平或者逻辑低电平。控制逻辑运算电路可以根据五个输入端输入的五个电信号控制开关模块20的导通或关断。

为了便于说明，后续的控制逻辑运算电路仅在五个输入端均输入逻辑高电平时控制开关模块20导通，在五个输入端有任一个输入端输入逻辑低电平时控制开关模块20关断。此时，控制逻辑运算电路可以理解为一个具有五个输入的与门。

与采用需要编程的MCU相比，控制逻辑运算电路只需根据至少一个监测模块输出的至少一个电信号进行逻辑运算后输出控制信号，该控制信号可以控制开关模块的导通或关断，从而控制电源模块对输出负载的供电状态，可以降低控制系统设计的复杂性。

开关模块20可以包括功率电子开关、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20可以在高电平下导通(导通也可以称为闭合)，在低电平下关断。开关模块20导通时，电源模块200电气连接输出负载300，此时，电源模块200可以给输出负载300提供能量。开关模块20关断时，电源模块200与输出负载300断开连接。如果通过负载连接极性识别模块70监测到输出负载300极性反接，控制逻辑运算电路10控制输出负载300关断，避免对整个控制系统造成损害。

当容输出负载300的电量不足时，电源模块200可以向输出负载300充电。在汽车启动的情况下，汽车发电机也可以向输出负载300充电，电源模块200的电量不足时，汽车发电机也可以向电源模块200充电。汽车发电机可以同时向输出负载300和电源模块200充电。

开关模块20的输出端可以通过电瓶夹的正极性夹子连接输出负载300的正极，电源模块200的负极可以通过电瓶夹的负极线夹子连接输出负载300的负极。

负载连接极性识别模块70可以包括比较器、电阻和电容组成的非隔离器件或者光耦组成的隔离器件。负载连接极性识别模块70的作用是用来监测电瓶夹输出端子与外部汽车电池进行电气连接的极性是否正确，如果极性连接错误，禁止开关模块20闭合。

非隔离器件，指的是没有隔离传感器的器件，隔离传感器可以包括光电耦合器。

本申请实施例中的控制系统，通过包含非隔离器件的负载连接极性识别模块对输出负载进行连接极性的识别。与采用隔离器件的负载连接极性识别模块相比，可以更快的监测到输出负载是否极性反接，在监测到输出负载极性反接的情况下，控制逻辑运算电路可以迅速控制开关模块关断，提高控制系统的安全性和可靠性。

控制系统可以包括为所有功能模块提供稳定的供电电源的供电电路。比如，供电电路可以为所有功能模块提供5V的供电电压Vcc。

电池电压监测模块40可以包括由电阻、电容、比较器构成的窗口比较器，当电源模块200的电压在预设定的合理范围内，电池电压监测模块40可以产生一个逻辑高电信号连接到控制逻辑运算电路10的输入端，作为控制逻辑运算电路10的一个输入使能控制信号；当电源模块200的电压不在预设定的合理范围内，电池电压监测模块40可以产生一个逻辑低电信号。

温度监测模块50可以包括温度传感器、电阻和电容，其作用是用来监测开关模块20或者电源模块200的温度是否正常，当温度监测出异常时，禁止开关模块20闭合，从而切断电源模块200的能量输出，从而实现温度异常保护功能。

开关模块20可以包括开关驱动电路和电子开关。开关驱动电路的作用是为电子开关提供必要的驱动电流和电压，从而控制电子开关开启或关断的状态；电子开关通常可以包括功率电子开关、继电器、场效应晶体管中的任一种，继电器可以包括电磁式继电器，场效应晶体管可以包括场效应管MOSFETs。

输出电流监测模块60可以包括采样电阻、运算放大器、电容，或者可以使用单向或双向电流传感器以及相应的滤波和放大电路组成。输出电流监测模块60的作用是当开关模块20在闭合状态时，监测电源模块200对输出负载300输出时的放电电流和输出负载300对电源模块200进行反灌充电时的充电电流；当放电电流或者充电电流超过预先设定的安全阈值，则迅速断开开关模块20，从而起到过流保护功能。

负载电压监测模块80可以获取输出负载300(比如，汽车蓄电池)的电压下降的斜率，然后与设定的斜率阈值进行比较输出作为启动开关模块20的触发信号。

控制逻辑运算电路10的作用是通过上述电池电压监测模块40、温度监测模块50、输出电流监测模块60、负载连接极性识别模块70和负载电压监测模块80的输出信息进行逻辑运算，最终产生一个控制信号连接到开关驱动电路，这个控制信号能够控制开关模块20的开启和关闭。

控制逻辑运算电路10还可通过相应的时序电路完成对开关模块20每次启动输出的开启和关断时间的设定。本申请实施例可以使用分离器件、运放、比较器以及逻辑门运算完成控制系统100的保护和控制功能。

可选的，如图3所示，控制系统100还可以包括按键输入单元90；

在所述控制系统100处于强制输出模式下，在所述电池电压监测模块40监测到所述电源模块200的电压处于第一阈值区间，并且所述温度监测模块50监测到所述电源模块200的温度处于第二阈值区间或者所述开关模块20的温度处于第三阈值区间，并且所述输出电流监测模块60监测到所述电源模块200对所述输出负载300输出的放电电流处于第四阈值区间，并且所述负载连接极性识别模块70监测所述输出负载300的极性正接的情况下，若所述控制系统100接收到通过所述按键输入单元90输入的用户指令，所述控制逻辑运算电路10根据所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号在预设时长内输出所述导通信号。

在所述电池电压监测模块监测到所述电源模块200的电压不处于所述第一阈值区间的情况下，或者所述温度监测模块监测到所述电源模块200的温度不处于第二阈值区间或者所述开关模块20的温度不处于第三阈值区间的情况下，或者所述输出电流监测模块监测到所述电源模块200对所述输出负载300输出的放电电流不处于第四阈值区间的情况下，或者所述负载连接极性识别模块监测所述输出负载300的极性反接的情况下，所述控制逻辑运算电路10根据所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号输出所述关断信号。

其中，按键输入单元通常由机械式物理按键或者触摸式按键组成，实现对用户指令的响应。

可选的，控制系统100还可以包括状态输出单元，所述状态输出单元用于在所述控制逻辑运算电路输出所述关断信号的情况下，输出警示信息。

状态输出单元可以包括LED指示器、蜂鸣器，用于指示控制系统100的输出状态。

可选的，控制系统100还可以包括通信接口电路，通信接口电路可以完成控制系统100与应急启动电源的电源模块200之间的电池、温度相关信息的沟通、待机或使能输出控制和工作状态的读取。

本申请实施例的控制系统的控制逻辑运算电路的工作原理如下。

当用户把电瓶夹的两个输入连接端口电气连接到电源模块200的正极和负极后，控制系统的各模块单元的供电电路开始正常工作，启动给控制系统内各个功能模块单元(比如，控制逻辑运算电路10、开关模块20、开关驱动电路、电池电压监测模块40、温度监测模块50、输出电流监测模块60、负载连接极性识别模块70和负载电压监测模块80)进行供电。

电池电压监测模块40通过采样和比较电路产生一个电信号作为控制逻辑运算电路10的第一个输入使能信号，如果电源模块200的电压在预设定的合理范围内，电池电压监测模块40输出的电信号为逻辑高电平，否则为逻辑低电平。

当用户把电瓶夹的两个输出连接端口电气连接到输出负载300(比如，汽车蓄电池)的正极和负极后，负载连接极性识别模块70首先对电气连接的极性进行检查并且产生一个电信号作为控制逻辑运算电路10的第四个输入使能信号，如果极性连接正确，负载连接极性识别模块70的输出信号输出为逻辑高电平，否则为逻辑低电平。

温度监测模块50监测开关模块20的温度或者电源模块200的温度是否在合理范围内并且产生一个电信号作为控制逻辑运算电路10的第二个输入使能信号；如果温度值处于正常的设定范围内，温度监测模块50会产生逻辑高电平，否则为逻辑低电平。

输出电流监测模块60监测电源模块200对输出负载300(比如，外部汽车电池)输出时的放电电流或者电源模块200处于外部能量反灌时对其充电时的充电电流是否在合理范围内并且产生一个电信号作为控制逻辑运算电路10的第三个输入使能信号；如果充或放电时的电流值都处于正常的设定范围内，输出电流监测模块60会产生逻辑高电平，否则为逻辑低电平。

负载电压监测模块80可以获取输出负载300(比如，外部汽车电池)的电压下降的斜率，然后与设定的斜率阈值进行比较并产生一个电信号作为控制逻辑运算电路10的第五个输入使能信号；如果外部汽车电池电压下降的负斜率值小于一个预先设定的斜率阈值或者说外部汽车电池电压下降的斜率的绝对值大于一个预先设定的斜率绝对值，负载电压监测模块80会产生逻辑高电平，否则为逻辑低电平。

在自动输出模式下，当上述提及的第一个、第二个、第三个、第四个、第五个，共计五个输入使能信号都是逻辑高电平的状态时，开关模块20立即进入闭合状态，电源模块200开始启动对输出负载300(外部汽车电池)进行输出；同时内部的定时器电路开始启动计时，每次启动输出的时间最长限制在比如5秒时间内。

当上述提及的五个输入使能信号有任何一个信号变为逻辑低电平，则开关模块20立即进入断开状态，切断电源模块200的输出回路；并且状态输出单元提示相应的警示功能。

在强制输出模式下，当用户按下一次按键并且当上述提及的第一个、第二个、第三个、第四个共计四个输入使能信号都是逻辑高电平的状态时，开关模块20立即进入闭合状态，电源模块200开始启动对输出负载300(外部汽车电池)进行输出；同时内部的定时器电路开始启动计时，每次启动输出的时间最长限制在比如30秒时间内。

当上述提及的四个输入使能信号里面，其中有任何一个信号变为低电平，则开关模块20立即进入断开状态，切断电源模块200的输出回路；并且状态输出单元提示相应的警示功能。

请参阅图4，图4是本申请实施例提供的一种负载电压监测模块的结构示意图。如图4所示，该负载电压监测模块80包括开关单元81、电压跟随器82、差分放大电路83、比较电路84、第一延时电路85、第二延时电路86；

所述开关单元81的输入端连接所述输出负载300的正极，所述开关单元81的第一输出端连接所述电压跟随器82的第一输入端，所述开关单元81的第二输出端连接所述电压跟随器82的第二输入端，所述电压跟随器82的第一输出端连接所述差分放大电路83的第一差分输入端，所述电压跟随器82的第二输出端连接所述差分放大电路83的第二差分输入端，所述差分放大电路83的输出端连接所述比较电路84的第一输入端，所述比较电路84的第二输入端接入参考电压，所述比较电路84的输出端连接所述第一延时电路85的输入端和所述第二延时电路86的输入端，所述第一延时电路85的输出端连接所述开关单元81的控制端，所述第二延时电路86的输出端连接所述控制逻辑运算电路10的所述第五输入端；

在所述开关单元81导通的情况，所述开关单元81向所述电压跟随输出所述输出负载300的电压信号，所述电压跟随器82将所述电压信号输出至所述差分放大电路83的第一差分输入端和第二差分输入端，所述第一差分输入端用于输入所述电压信号的瞬态信号，所述第二差分输入端用于输入所述电压信号的稳态信号，所述差分放大电路83用于放大所述瞬态信号和所述稳态信号的差值并将所述差值输出至所述比较电路84，当所述差值大于所述参考电压时，所述比较电路84的输出端输出脉冲信号至所述第一延时电路85和所述第二延时电路86，第一延时电路85用于在所述脉冲信号的控制下向所述开关单元81输出第一延时信号，所述第一延时信号控制所述开关单元81在第一时长内保持断开状态，所述第二延时电路86用于在所述脉冲信号的控制下向所述逻辑运算电路输出第二延时信号，所述第二延时信号用于控制所述负载电压监测模块的输出端在第二时长内向所述第五输入端输出所述第五电信号，所述第五电信号为所述开关模块20的导通条件之一。

请参阅图5，图5是本申请实施例提供的一种负载电压监测模块的具体结构示意图。如图5所示，所述开关单元81包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第一二极管D1、第一开关管Q1、第二开关管Q2和非门U1；

所述第一电阻R1的第一端连接所述开关模块20的输出端、所述输出负载300的正极、所述第二电阻R2的第一端、所述第三电阻R3的第一端和所述第一开关管Q1的第一端，所述第一电阻R1的第二端连接所述第一电容C1的第一端，所述第三电阻R3的第二端连接所述第一开关管Q1的控制端和所述第二开关管Q2的第一端，所述第一开关管Q1的第二端连接所述第四电阻R4的第一端和所述第一二极管D1的负极，所述第一二极管D1的正极连接所述第四电阻R4的第二端和所述开关单元81的输出端，所述第二开关管Q2的控制端连接所述第五电阻R5的第一端和所述非门U1的输出端，所述非门U1的输入端连接所述第一延时电路85的输出端，所述第一电容C1的第二端、所述第二电阻R2的第二端、所述第二开关管Q2的第二端接地。

可选的，如图5所示，所述电压跟随器82包括第一运算放大器X1、第二运算放大器X2、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11和第二电容C2；

所述第六电阻R6的第一端连接所述第四电阻R4的第二端、所述第七电阻R7的第一端和所述第八电阻R8的第一端，所述第六电阻R6的第二端连接所述第一运算放大器X1的同相输入端，所述第一运算放大器X1的反向输入端通过所述第十电阻R10与所述第一运算放大器X1的输出端连接，所述第八电阻R8的第二端连接所述第九电阻R9的第一端和所述第二电容C2的第一端，所述第九电阻R9的第二端连接所述第二运算放大器X2的同相输入端，所述第二运算放大器X2的反向输入端通过所述第十一电阻R11与所述第二运算放大器X2的输出端连接，所述第七电阻R7的第二端、所述第二电容C2的第二端接地。

可选的，如图5所示，所述差分放大电路83包括第三运算放大器X3、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14和第十五电阻R15；

所述第十二电阻R12的第一端连接所述第一运算放大器X1的输出端，所述第十二电阻R12的第二端连接所述第十四电阻R14的第一端和所述第三运算放大器X3的反向输入端，所述第十四电阻R14的第二端连接所述第三运算放大器X3的输出端，所述第十三电阻R13的第一端连接所述第二运算放大器X2的输出端和所述第十五电阻R15的第一端，所述第十三电阻R13的第二端连接所述第三运算放大器X3的同相输入端，所述第十五电阻R15的第二端接地。

可选的，如图5所示，所述比较电路84包括第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第二二极管D2和所述第四运算放大器X4；

所述第十六电阻R16的第一端连接所述第三运算放大器X3的输出端，所述第十六电阻R16的第二端连接所述第三电容C3的第一端和所述第四运算放大器X4的同相输入端，所述第十七电阻R17的第一端连接所述第四电容C4的第一端、所述第十八电阻R18的第一端和所述第四运算放大器X4的反向输入端，所述第十八电阻R18的第二端连接所述第四运算放大器X4的供电端和供电电压，所述第四运算放大器X4的输出端连接所述第五电容C5的第一端、所述第十九电阻R19的第一端和所述第二二极管D2的负极，所述第十九电阻R19的第二端连接所述第二二极管D2的正极和所述第二十一电阻R21的第一端，所述第五电容C5的第二端连接所述第二十电阻R20的第一端，所述第三电容C3的第二端、所述第十七电阻R17的第二端、所述第四电容C4的第二端、所述第二十电阻R20的第二端、所述第二十一电阻R21的第二端接地。

可选的，如图5所示，所述第一延时电路85包括第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第六电容C6、第七电容C7、第三开关管Q3和第四开关管Q4；

所述第二十二电阻R22的第一端连接所述第十九电阻R19的第二端和所述第六电容C6的第一端，所述第二十二电阻R22的第二端连接所述第三开关管Q3的控制端，所述第三开关管Q3的第一端连接所述第二十三电阻R23的第一端和所述第四开关管Q4的控制端，所述第二十三电阻R23的第二端连接所述第四开关管Q4的第一端和所述供电电压，所述第四开关管Q4的第二端连接所述第二十四电阻R24的第一端，所述第二十四电阻R24的第二端连接所述第二十五电阻R25的第一端、所述第七电容C7的第一端和所述非门U1的输入端，所述第六电容C6的第二端、所述第三开关管Q3的第二端、所述第二十五电阻R25的第二端和所述第七电容C7的第二端接地。

可选的，如图5所示，所述第二延时电路86包括第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第八电容C8、第五开关管Q5、第六开关管Q6和缓冲器U2；

所述第二十六电阻R26的第一端连接所述第十九电阻R19的第二端，所述第二十六电阻R26的第二端连接所述第五开关管Q5的控制端，所述第五开关管Q5的第一端连接所述第二十七电阻R27的第一端和所述第六开关管Q6的控制端，所述第二十七电阻R27的第二端连接所述第六开关管Q6的第一端和所述供电电压，所述第六开关管Q6的第二端连接所述第二十八电阻R28的第一端，所述第二十八电阻R28的第二端连接所述第二十九电阻R29的第一端、所述第八电容C8的第一端和所述缓冲器U2的输入端，所述缓冲器U2的输出端连接所述控制逻辑运算电路10的所述第五输入端，所述第五开关管Q5的第二端、所述第二十九电阻R29的第二端和所述第八电容C8的第二端接地。

下面介绍负载电压监测模块80的工作原理。

当输出负载300(外部汽车电池)的电压(如图5所示的EX_BAT_DROP)发生下降突变的斜率时，此信号首先经过由非门U1、电阻R5、开关管Q1、电阻R3、R4、开关管Q2组成的开关单元81，此开关单元81的输出然后分成两个支路，一个支路连接到运算放大器X1的同相输入端，另一支路经过电阻R8和电容C2构成延时功能单元连接到运算放大器X2的同相输入端，运放放大器X1和X2形成电压跟随器82，其输出分别连接到由电阻R12、R13、R14、R15、运算放大器X3构成的差分放大电路的两个差分输入端子。本申请实施例的差分放大倍数可以被设定在8.06倍；运算放大器X3形成的差分放大器的输出连接到由电阻R17、R18、运算放大器X4构成的比较电路产生窄脉冲信号Trig1,信号Trig1有两个作用，其中一个用于触发启动由电阻R22、R23、R24、R25、电容C7、开关管Q3、Q4组成的第一延时电路85，第一延时电路85输出的低电平的持续时间为Tdelay1，其输出信号Thibit信号在Tdelay1低电平持续时间内，控制由非门U1、电阻R5、开关管Q1、电阻R3、R4、开关管Q2组成的开关单元81保持断开状态，禁止外部汽车电池电压斜率变化信号传递给此负载电压监测模块80。信号Trig1另一个作用触发启动由电阻R26、R27、R28、R29、电容C8、开关管Q5、Q6组成的第二延时电路86，第二延时电路86输出的高电平的持续时间为Tdelay2,其输出信号Ton通过缓冲器U2的输出连接到控制逻辑运算电路10并作为第五个输入使能控制信号，在Tdelay2高电平持续时间内，控制开关模块20闭合状态的持续时间。

其中，负载电压监测模块80的仿真结果波形可以参见图6，模拟汽车周期性启动时的信号仿真波形图可以参见图7。

请参阅图8，图8是本申请实施例提供的一种应急启动电源的结构示意图，如图8所示，该应急启动电源400包括控制系统100和电源模块200。其中，控制系统100可以参见图1至图3的描述。电源模块200可以是应急启动电源的内部电池组(单节或多节构成的电池组)，也可以是超级电容，还可以是超级电容和电池的组合产品。内部电池组可以是铅酸蓄电池，也可以是锂聚合物类电池(比如，锂电池)。

请参阅图9，图9是本申请实施例提供的一种电瓶夹的结构示意图，如图9所示，该电瓶夹500包括控制系统100。其中，控制系统100可以参见图1至图3的描述。电瓶夹的正极性夹子可以连接输出负载300的正极，电瓶夹的负极线夹子可以连接输出负载300的负极。

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 (12)

1.一种控制系统，其特征在于，包括控制逻辑运算电路、开关模块、至少一个监测模块；

所述控制逻辑运算电路连接所述至少一个监测模块和所述开关模块；所述开关模块还分别连接电源模块和输出负载；

所述控制逻辑运算电路用于根据所述至少一个监测模块输入的至少一个电信号进行逻辑运算后，输出控制信号；

所述开关模块用于基于所述控制信号控制所述电源模块和所述输出负载间的导通状态，以控制所述电源模块对所述输出负载的供电状态。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制信号包括导通信号或关断信号；在所述控制信号包括导通信号的情况下，所述开关模块用于基于所述导通信号控制所述电源模块对所述输出负载供电；在所述控制信号包括关断信号的情况下，所述开关模块用于基于所述关断信号切断所述电源模块与所述输出负载之间的回路。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述至少一个监测模块包括电池电压监测模块、温度监测模块、输出电流监测模块、负载连接极性识别模块和负载电压监测模块中的一个或多个监测模块的组合。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，在至少一个监测模块包括电池电压监测模块、温度监测模块、输出电流监测模块、负载连接极性识别模块和负载电压监测模块的情况下，所述逻辑运算电路包括至少一个输入端，所述至少一个输入端包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端和第五输入端；所述电池电压监测模块的输出端向所述第一输入端输出第一电信号，所述温度监测模块的输出端向所述第二输入端输出第二电信号，所述输出电流监测模块的输出端向所述第三输入端输出第三电信号，所述负载连接极性识别模块的输出端向所述第四输入端输出第四电信号，所述负载电压监测模块的输出端向所述第五输入端输出第五电信号。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，在所述控制系统处于自动输出模式下，在所述电池电压监测模块监测到所述电源模块的电压处于第一阈值区间，并且所述温度监测模块监测到所述电源模块的温度处于第二阈值区间或者所述开关模块的温度处于第三阈值区间，并且所述输出电流监测模块监测到所述电源模块对所述输出负载输出的放电电流处于第四阈值区间，并且所述负载连接极性识别模块监测所述输出负载的极性正接，并且所述负载电压监测模块监测所述输出负载的电压下降斜率的绝对值大于第五阈值的情况下，所述控制逻辑运算电路根据所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号、所述第四电信号和所述第五电信号输出所述导通信号。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，在所述电池电压监测模块监测到所述电源模块的电压不处于所述第一阈值区间的情况下，或者所述温度监测模块监测到所述电源模块的温度不处于第二阈值区间或者所述开关模块的温度不处于第三阈值区间的情况下，或者所述输出电流监测模块监测到所述电源模块对所述输出负载输出的放电电流不处于第四阈值区间的情况下，或者所述负载连接极性识别模块监测所述输出负载的极性反接的情况下，或者所述负载电压监测模块监测所述输出负载的电压下降斜率的绝对值小于第五阈值的情况下，所述控制逻辑运算电路根据所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号、所述第四电信号和所述第五电信号输出所述关断信号。

7.根据权利要求4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单元，在所述控制系统处于强制输出模式下，在所述电池电压监测模块监测到所述电源模块的电压处于第一阈值区间，并且所述温度监测模块监测到所述电源模块的温度处于第二阈值区间或者所述开关模块的温度处于第三阈值区间，并且所述输出电流监测模块监测到所述电源模块对所述输出负载输出的放电电流处于第四阈值区间，并且所述负载连接极性识别模块监测所述输出负载的极性正接的情况下，若所述控制系统接收到通过所述按键输入单元输入的用户指令，所述控制逻辑运算电路根据所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号在预设时长内输出所述导通信号。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，在所述电池电压监测模块监测到所述电源模块的电压不处于所述第一阈值区间的情况下，或者所述温度监测模块监测到所述电源模块的温度不处于第二阈值区间或者所述开关模块的温度不处于第三阈值区间的情况下，或者所述输出电流监测模块监测到所述电源模块对所述输出负载输出的放电电流不处于第四阈值区间的情况下，或者所述负载连接极性识别模块监测所述输出负载的极性反接的情况下，所述控制逻辑运算电路根据所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号输出所述关断信号。

9.根据权利要求6或8所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括状态输出单元，所述状态输出单元用于在所述控制逻辑运算电路输出所述关断信号的情况下，输出警示信息。

10.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述开关模块包括功率电子开关、继电器、场效应晶体管中的任一种。

11.一种应急启动电源，其特征在于，包括权利要求1至10任一项所述的控制系统。

12.一种电瓶夹，其特征在于，包括权利要求1至10任一项所述的控制系统。

Images