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技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，具体地说，涉及一种稳定的汽车电源系统。

背景技术

随着社会发展，汽车越来越成为人们日常生活中必不可少的工具，但是由于电瓶亏电、天气寒冷等原因导致汽车无法正常启动的现象，也困扰着越来越多的驾车人员。市内的车辆可以呼叫维修公司救援，但需要付出长期等待的时间成本；而旅游爱好者和偏远地区的人们，在野外和乡村遇到这样的事故则束手无策。汽车应急启动电源就是为了解决汽车无法正常启动而出现的。目前，现有的一些汽车应急启动电源的技术方案，一般都通过搭电线搭接在汽车电瓶的正负极上，对汽车进行应急启动，其工作时不经过任何电路保护系统直接启动汽车，放电电流在200A至570A，从而造成汽车大电流放电，存在安全隐患，且这种搭电方式较为复杂，对于很多司机来说，有操作难度。

也有一些汽车应急启动电源技术方案，通过给汽车电瓶补充电的方式启动汽车，但其工作时不能保证电流和电压的稳定输出，从而无法提供足够的电量启动汽车。

发明内容

本实用新型提供了一种稳定的汽车电源系统，以解决现有技术中存在的汽车应急启动电源技术方案操作复杂、安全性能低且工作不稳定的问题，提供一种工作稳定的汽车电源系统。

一种稳定的汽车电源系统，包括：

多个蓄电池；

CPU；

充电接口；

充电管理电路，其与充电接口连接，用于对蓄电池充电；与CPU信号连接，将充电的电流大小信号传递给CPU，并接收CPU的控制信号，对所述多个蓄电池进行均衡充电；

放电管理电路，与CPU信号连接；其输入端与所述多个蓄电池连接，输出端连接有变压电路，通过变压电路对外输出。

本技术方案与现有的充电系统相比，可以对蓄电池进行稳定的均衡充电、放电，避免串联或并联的蓄电池由于个体的不一样，在充电或放电时，出现电压不一样，蓄电池与蓄电池之间进行充放电，从而导致电池工作不稳定，对外输出不稳定情况。本技术方案在对不同的蓄电池进行从充电、放电时，当某个体蓄电池出现先充满或过放电情况，充电管理电路、放电管理电路将对个体进行短路或关闭，停止对其充电或放电。

进一步地，所述充电管理电路包括充电电路和充电均衡电路，充电电路的输入端与充电接口电连接，且充电电路的控制端与CPU信号连接，充电电路的输出端与充电均衡电路电连接，所述充电均衡电路包括与蓄电池并联连接的均衡电路，当蓄电池的电压未达到预定值时，均衡电路处于断路；当蓄电池的电压达到预定值时，均衡电路将蓄电池短路。

这里的充电电路可以为一般的充电电路，通过检测电源的电流量，对电源进线恒流或恒压充电。均衡电路对个体的蓄电池进行监控，当某个体蓄电池先到的预定值（如4.2V），均衡电路由断路变成通路，并将蓄电池短路。从而避免该个体蓄电池对其他蓄电池充电的情况出现。

进一步地，所述均衡电路包括：PNP三极管、TL431和分压电路；分压电路与蓄电池并联，分压电路设有第一连接端、中间连接端和第二连接端，分压电路的第一连接端与PNP三极管的发射极连接，PNP三极管的发射极通过偏压电阻与PNP三极管的基极连接，PNP三极管的基极与TL431的输出端连接，TL431的参考端与分压电路的中间连接端连接，TL431的输入端与分压电路的第二连接端连接，PNP三极管的集电极通过输出电阻与分压电路的第二连接端连接。

分压电路为TL431提供一个参考电压，当蓄电池的电压到达预定值时，TL431的参考端电压到达2.5V，TL431形成通路，TL431与偏压电阻形成分压电路，PNP三极管的基极电压达到最低启动电压，PNP三极管的集电极与发射极形成通路，这里的PNP三极管相当于一个开关管，可以采用MOS管替代。

进一步地，充电电路包括电流检测电路和调整电路，电流检测电路包括三极管Q1，三极管Q1的基极通过电阻R4与充电电路的输入端连接，三极管Q1的基极通过电阻R3接地，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极向CPU传输电平信号；调整电路包括三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4和场效应管Q5；三极管Q2的基极通过电阻R5接收CPU的控制信号，三极管Q2的基极通过电阻R6接地，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极通过电阻R7与三极管的Q3的基极连接，三极管Q3的基极通过电阻R8与调整电路的输入端连接，三极管Q4的基极与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的集电极接地，三极管Q3的发射极与三极管Q4的发射极连接，三极管Q4的集电极与调整电路的输入端连接，三极管Q4的发射极通过电阻R9与调整电路的输入端连接，三极管Q4的发射极通过电阻R10与场效应管Q5的G极连接，场效应管Q5的S极与调整电路的输入端连接，场效应管Q5的D极与调整电路的输出端连接。

电阻R5、R6形成分压电路，控制CPU对三极管Q2的基极输出电压；三极管Q2的集电极输出电压为三极管Q4、Q3的基极电压，其中，三极管Q3为PNP型，三极管Q2、三极管Q4为NPN型；Q3、Q4共同控制场效应管Q5的G极电压，进而达到控制输出的电压或电流。

进一步地，充电电路还包括滤波电路，调整电路与滤波电路连接，滤波电路对外输出。

其中，所述蓄电池为锂离子电池组或超级电容器组，工作电压范围为9.0V～12.6V，容量为3Ah～7Ah。

所述充电接口包括市电输入端口和汽车电源输入端口。通过该设置，可以使用两种方法给该稳定的汽车电源系统的电源充电，一种是通过专用适配器连接交流220V市电充电，另一种则是使用汽车电源输入端口（点烟器插口）通过一根电连接线充电。

进一步的，所述市电输入端口和汽车电源输入端口的接入电压均不低于12.6V，充电模式为恒流-恒压模式。

所述放电输出端口包括15VDC输出端口和5VUSB输出端口。通过该设置，可以使得本实用新型有多种电量输出功能，15VDC输出端口通过电连接线连接汽车的点烟器插口给汽车电瓶充电，5VUSB输出端口适用于各类5V的移动多媒体设备的充电。

进一步地，所述变压电路包括升压电路和降压电路。

进一步的，所述放电管理模块通过升压电路与15VDC输出端口相连，通过降压电路与5VUSB输出端口相连。升压电路和降压电路的设置使得放电输出端口可以恒压恒流放电，从而保证了汽车电源系统工作的稳定性。

所述15VDC输出端口连接汽车电源的点烟器插口，输出电流范围为3A～15A。

优选的，所述15VDC输出端口输出电流为7A。

所述微处理器还连接有一个按键。该按键负责整个电源电路的开关和输出电压切换的功能。

进一步地，还包括保护电路。保护电路用于保护电池的过流、过压、过放电保护。

保护电路包括保护芯片，保护芯片型号为S8254，保护电路包括检测电路，检测电路的输入端与每个蓄电池的正极连接，检测电路的输出端与保护芯片的感应端信号连接，所述多个蓄电池串联连接形成蓄电池组；保护电路还包括与蓄电池串联连接的MOS管Q17和MOS管Q16；MOS管Q16的S极与保护电路的信号端连接，MOS管Q16的D极与MOS管Q17的D极连接，MOS管Q17的S极与蓄电池组的正极连接，保护芯片的DOP控制端、COP控制端分别与MOS管Q17的G极、MOS管Q17的G极连接。

检测电路包括检测电阻，保护芯片通过检测电阻与每个蓄电池的正极连接。

进一步地，CPU连接有按键和显示屏。

进一步地，放电管理电路包括与蓄电池相配合的放电管理芯片，放电管理芯片型号为S-8209A；放电管理芯片的VDD端口通过电阻与对应蓄电池的正极连接，放电管理芯片的VSS端口与对应蓄电池的负极连接；还包括与蓄电池相配合的场效应晶体管，场效应晶体管的G极与放电管理芯片的CB端口连接，场效应晶体管的D极与对应蓄电池的负极连接；场效应晶体管的S极通过电阻与对应蓄电池的正极连接。

放电管理芯片通过VDD端口检测蓄电池的电压，当处于过放电状态时，CB端口输出高电平，场效应管将蓄电池短路，避免过放电。

再进一步地，相邻两个放电管理芯片中，沿着放电电流方向，与前蓄电池对应的放电管理芯片为前放电管理芯片，与后蓄电池对应的放电管理芯片为后放电管理芯片，前蓄电池的负极与后蓄电池的正极连接；如图7中，CELL1为前蓄电池，CELL2为后蓄电池；后放电管理芯片的DO端口、CO端口分别通过电阻与前放电管理芯片的CTLD端口、CTLC端口连接。

前、后放电管理芯片信号连接，用于调节各个蓄电池的放电状态。

本实用新型的有益技术效果为：通过一条电连接线与汽车点烟器插口连接即可给汽车电瓶充电，操作简便；通过过放电保护模块、过充电保护模块、均衡放电电路和均衡充电电路的设置可以使蓄电池和汽车电瓶免受过电流和过电压的危害，同时也避免了蓄电池的每个单体电池或超级电容单元过度充电和过度放电的现象，提高了整个充电过程的安全性。此外，本实用新型的输出端还设置有升压电路和降压电路，确保恒压恒流放电，提高了汽车电源系统工作的稳定性。

附图说明

图1为实施例稳定的汽车电源系统的示意图。

图2为实施例的充电电路。

图3为实施例的均衡电路。

图4为实施例的保护电路。

图5为实施例的升压电路。

图6为实施例的降压电路。

图7为实施例的放电管理电路。

附图标记：

1——电流检测电路

2——调整电路

3——滤波电路。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，不能理解为对本实用新型具体保护范围的限定。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种稳定的汽车电源系统，包括CUP、充电管理电路、蓄电池、放电管理电路和变压电路。

微处理器管控着整个电路系统中的充电电流、放电电流、充电电压、放电电压。在具体实施时，蓄电池采用锂电池组。其具体工作原理为微处理器内保存有使锂电池组正常工作的充放电的阈值，并采集锂电池组充放电过程中的电压、电流值，一旦采集到的信号超过微处理器内保存的阈值，将立即发出指令，切断电流以保护整个电路系统。

其中，所述充电管理电路包括充电电路（参见图2）和充电均衡电路（参见图3），充电电路的输入端与充电接口电J1连接，且充电电路的控制端与CPU信号连接，充电电路的输出端与充电均衡电路电连接，所述充电均衡电路包括与蓄电池并联连接的均衡电路（见图3虚线部分），当蓄电池的电压未达到预定值时，均衡电路处于断路；当蓄电池的电压达到预定值时，均衡电路将蓄电池短路。

这里的充电电路可以为一般的充电电路，通过检测电源的电流量，对电源进线恒流或恒压充电。均衡电路对个体的蓄电池进行监控，当某个体蓄电池先到的预定值（如4.2V），均衡电路由断路变成通路，并将蓄电池短路。从而避免该个体蓄电池对其他蓄电池充电的情况出现。

进一步地，参见图3虚线部分，所述均衡电路包括：PNP三极管、TL431和分压电路；分压电路与蓄电池并联，分压电路设有第一连接端、中间连接端和第二连接端，分压电路的第一连接端与PNP三极管的发射极连接，PNP三极管的发射极通过偏压电阻与PNP三极管的基极连接，PNP三极管的基极与TL431的输出端连接，TL431的参考端与分压电路的中间连接端连接，TL431的输入端与分压电路的第二连接端连接，PNP三极管的集电极通过二极管与分压电路的第二连接端连接。

分压电路为TL431提供一个参考电压，当蓄电池的电压到达预定值时，TL431的参考端电压到达2.5V，TL431形成通路，TL431与偏压电阻形成分压电路，PNP三极管的基极电压达到最低启动电压，PNP三极管的集电极与发射极形成通路，这里的PNP三极管相当于一个开关管，可以采用MOS管替代。

进一步地，参见图2，充电电路包括电流检测电路1和调整电路2，电流检测电路1包括三极管Q1，三极管Q1的基极通过电阻R4与充电电路的输入端连接，三极管Q1的基极通过电阻R3接地，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极向CPU传输电平信号；调整电路2包括三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4和场效应管Q5；三极管Q2的基极通过电阻R5接收CPU的控制信号，三极管Q2的基极通过电阻R6接地，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极通过电阻R7与三极管的Q3的基极连接，三极管Q3的基极通过电阻R8与调整电路2的输入端连接，三极管Q4的基极与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的集电极接地，三极管Q3的发射极与三极管Q4的发射极连接，三极管Q4的集电极与调整电路2的输入端连接，三极管Q4的发射极通过电阻R9与调整电路2的输入端连接，三极管Q4的发射极通过电阻R10与场效应管Q5的G极连接，场效应管Q5的S极与调整电路2的输入端连接，场效应管Q5的D极与调整电路2的输出端连接。

电阻R5、R6形成分压电路，控制CPU对三极管Q2的基极输出电压；三极管Q2的集电极输出电压为三极管Q4、Q3的基极电压，其中，三极管Q3为PNP型，三极管Q2、三极管Q4为NPN型；三极管Q3、三极管Q4共同控制场效应管Q5的G极电压，进而达到控制输出的电压或电流。

进一步地，充电电路还包括滤波电路3，调整电路2与滤波电路3连接，滤波电路3对外输出。

此外，微处理器还连接有按键和显示屏，按键通过微处理器负责整个电源电路的开关和输出电压切换的功能。其具体工作原理为，第一次按下按键，电源电路接通，接5VUSB输出端口；长按一次，切换为接15VDC输出端口；再按一次，电源电路关闭。

充电接口可以连接汽车电源，可以为汽车应急启动电源充电，但充电时均需降压至12.6V以上。

充电管理模块内设置有均衡充电电路，从而具有对蓄电池的每个单体蓄电池均衡充电功能。放电管理模块内设置有均衡放电电路，从而具有对蓄电池的每个单体蓄电池均衡放电功能。均衡充电电路和均衡放电电路的设置保证了蓄电池中的每个单体蓄电池都能安全充满和安全放电，避免了某个单体过度充电和过度放电的现象，从而提高了整个电源的安全性和使用寿命。

进一步地，还包括保护电路。保护电路用于保护电池的过流、过压、过放电保护。

参见图4，保护电路可以保护蓄电池在充电时免受过高电压、过大电流的危害，其工作原理是遇到过高电压、过大电流时，短路时，立即发送信号到微处理器，并受微处理器的指令而关停充电过程；保护电路也可以保护蓄电池在放电时免受低压、过大电流的，短路的危害，其工作原理是遇到过低电压、过大电流时，短路立即发送信号到微处理器，并受微处理器的指令而关停放电过程。保护电路的设置避免了因过电流和过高电压和过低电压，短路，导致的起火爆炸等可怕后果。

保护电路包括保护芯片，保护芯片型号为S8254，保护电路包括检测电路，检测电路的输入端与每个蓄电池的正极连接，检测电路的输出端与保护芯片的感应端（V1、V2、V3端）信号连接，所述多个蓄电池串联连接形成蓄电池组；保护电路还包括与蓄电池串联连接的MOS管Q17和MOS管Q16；MOS管Q16的S极与保护电路的信号端连接，MOS管Q16的D极与MOS管Q17的D极连接，MOS管Q17的S极与蓄电池组的正极连接，保护芯片的DOP控制端、COP控制端分别与MOS管Q17的G极、MOS管Q16的G极连接。

检测电路包括检测电阻，保护芯片通过检测电阻与每个蓄电池的正极连接。

过电流保护(参见图4)：当放电流比一定值大的时，这种状态并维持一定时间以上，则进入过电流状态。保护芯片的DOP的控制端电压变为VDD电平，MOS管Q17变为OFF。而停止放电，保护芯片的COP控制端变为高阻抗，由于P+端子（即保护电路的信号端）的电位被上拉，导致充电MOS管Q16变为OFF。保护芯片的VMP端子通过内部电阻被上拉至VDD。

过压保护(图4)：当某个电池的电压比一定值高时，这种状态维持一定时间以上时，保护芯片的COP控制端变为高阻抗。保护芯片的COP控制端通过外接电阻上拉为P+的缘故，充电MOS管Q16变为OFF，而停止充电。

过放电保护(图4)：当某个电池的电压比一定值低时，这种状态并维持一定时间以上时，保护芯片的DOP控制端的电压变为VDD，放电MOS管Q17变为OFF，而停止放电。

当需要给应急启动电源充电时，可以使用汽车电源输入端口，充电输入端口的接入电压均不低于12.6V，充电模式为恒流-恒压模式，即先按照1A～4A的电流恒流充电，在电压达到12.6V时，转为恒压充电，直到电流降低至0.2A时停止充电。

进一步地如图7所示，放电管理电路包括与蓄电池相配合的放电管理芯片，放电管理芯片型号为S-8209A；放电管理芯片的VDD端口通过电阻与对应蓄电池的正极连接，放电管理芯片的VSS端口与对应蓄电池的负极连接；还包括与蓄电池相配合的场效应晶体管，场效应晶体管的G极与放电管理芯片的CB端口连接，场效应晶体管的D极与对应蓄电池的负极连接；场效应晶体管的S极通过电阻与对应蓄电池的正极连接。

放电管理芯片通过VDD端口检测蓄电池的电压，当处于过放电状态时，CB端口输出高电平，场效应管将蓄电池短路，避免过放电。

再进一步地，相邻两个放电管理芯片中，沿着放电电流方向，与前蓄电池对应的放电管理芯片为前放电管理芯片，与后蓄电池对应的放电管理芯片为后放电管理芯片，如图7中，CELL1为前蓄电池，CELL2为后蓄电池；后放电管理芯片的DO端口、CO端口分别通过电阻与前放电管理芯片的CTLD端口、CTLC端口连接。

前、后放电管理芯片信号连接，用于调节各个蓄电池的放电状态。

在放电时，进行均衡管理，如图7所示。

均衡原理（图7）：当电池处于过放电状态，CELL3小于一定电压值，并维持一段时间以上，说明CELL3变为过放电状态，接着，通过DO3端子-CTLD2端子，CELL2也会变为过放电状态，这时如果CELL2电压高于一定值，CELL2会使电量平衡控制变为‘ON’；接着，通过DO端子-CTLD1端子，CELL1也会变为过放电状态。同样，如果,CELL1高于一定值，会使电量平衡控制变为“ON”。

变压电路包括升压电路（参见图5）和降压电路（参见图6）。

当需要对外充电时，可以通过变压电路对蓄电池的输出电压进行变压，然后进行输出。如使用应急启动电源给汽车电瓶充电时，应急启动电源的15VDC输出端口通过一条电连接线与汽车点烟器插口连接，通过给汽车电瓶恒流充电补充电量，以达到启动汽车的目的，充电电流在3A～10A之间，优选为5A。在该输出支路上设置有升压电路以确保恒流放电，从而保证汽车能够及时的应急启动。这种充电方式操作非常简单，不用使用专业的电夹子，更无需专业的汽车知识。

DC15V输出的工作原理：当接入电池负载，打开设备，U2开始工作，把电池电压升压到15V，然后再经过MOS和电感，通过CPU的PWM信号控制降压，恒流给电池充电。

DC5V输出的工作原理：当USB接入负载瞬间，LDT被拉低，CPU读出此信号，便打开U1和8205MOS，开始工作，电池电压经过U1降压输出恒压5V；当负载过大时，流过R48的电流也相应变大，CPU通过R47实时读出流过R48的电流值，当流过电流达到一定值，并维持一定时间以上，CPU便关闭U1和8205MOS，停止输出。

当需要使用应急启动电源给手机、iPad等数码电器充电时，将上述数码产品直接连接至5VUSB输出端口，在该输出支路上设置有降压电路以确保恒压放电。

以上仅是本申请的较佳实施例，在此基础上的等同技术方案仍落入申请保护范围。