| 专利名称： | 内置式胎压监测模块的充电电源连接结构及其充电方法 | ||
| 专利名称(英文)： | Charging power supply connection structure and charging method of built-in tire pressure monitoring module | ||
| 专利号： | CN201510180219.9 | 申请时间： | 20150416 |
| 公开号： | CN104760476A | 公开时间： | 20150708 |
| 申请人： | 黄山市万邦电子科技有限公司 | ||
| 申请地址： | 245200 安徽省黄山市歙县循环经济园区南环路2号 | ||
| 发明人： | 张奇志; 钱楷 | ||
| 分类号： | B60C23/04; H02J7/02 | 主分类号： | B60C23/04 |
| 代理机构： | 北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙) 11350 | 代理人： | 汤东凤 |
| 摘要： | 本发明公开一种内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，包括：公知的充气轮胎、内置式胎压监测模块、充放电管理电路、可充电式电源、外置充电器；可充电式电源经充放电管理电路对胎压监测模块供电，外部充电器经充放电管理电路对可充电式电源充电；充电方法是：利用公知的轮胎气门嘴金属嘴体贯穿轮辋并与轮辋之间电气绝缘的特点，在轮胎内部，将充放电管理电路的两个外部充电器输入端分别与气门嘴金属嘴体和轮辋实现电气连接，从而将该两输入端延伸到轮胎外部；充电时，在轮胎外部将充电器的输出端分别与气门嘴金属嘴体和轮辋连接即可进行充电；采用本发明后，内置式胎压监测模块的电能耗尽时，不必拆解轮胎就可充电继续使用。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention discloses a charging power supply connection structure of a built-in tire pressure monitoring module. The charging power supply connection structure comprises a known charging tire, a built-in tire pressure monitoring module, a charging-discharging management circuit, a rechargeable power supply and an external charger; and the rechargeable power supply is used for powering the tire pressure monitoring module by virtue of the charging-discharging management circuit, the external charger is used for charging the rechargeable power supply by virtue of the charging-charging management circuit. The charging method is characterized in that two external charger input ends of the charging-discharging management circuit are respectively electrically connected to an air valve metal nozzle body and a rim inside the tire by utilizing the characteristics that the air valve metal nozzle body of the known tire penetrates through the rim and is electrically insulated to the rim, so that the two input ends extend to the exterior of the tire; and during charging, the output end of the charger outside the tire is connected with the air valve metal nozzle body and the rim so as to realize the charging. By adopting the charging power supply connection structure and the charging method, when the electric power of the built-in tire pressure monitoring module is used up, the built-in tire pressure monitoring module can be charged so as to be continued to use without disassembling the tire. | ||
1.一种内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，包括公知的充气轮胎和内置式胎压监测模块，其特征在于所述的充气轮胎由外胎、轮辋和气门嘴组成，气门嘴的金属嘴体贯穿轮辋且与轮辋之间绝缘密封，用以保证两者之间的气密性和电气绝缘；位于轮辋内侧的气门嘴金属嘴体尾部增加延长段，内置式胎压监测模块的外壳通过紧固件固定在气门嘴金属嘴体的延长段上； 所述的外壳注塑成型时镶嵌有导电垫圈和导电弹簧片，外壳内灌封有胎压监测模块、充放电管理电路和可充电式电源； 所述的充放电管理电路分别与胎压监测模块、可充电电源、导电垫圈、导电弹簧片连接。
2. 根据权利要求1所述的内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，其特征是所述的充放电管理电路内部包含：整流桥和过充过放电保护电路；所述的过充过放保护电路包括电压监测器和控制充放电的电子开关； 整流桥的两个直流输出端分别与过充过放电保护电路的P+和P-端连接；充放电管理电路对外通过P+、P-、B+、B-、A、B共六个端口将胎压监测模块、可充电式电源、外部充电器三部分连接起来； 其中，端口B+、B-分别与可充电式电源的正、负极连接；端口P+、P-分别与胎压监测模块的工作电源正、负输入端连接；端口A、B是外部充电器输入端口。
3. 根据权利要求2所述的内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，其特征是所述的端口A与镶嵌于外壳的导电弹簧片连接，导电弹簧片另一端与轮辋的内侧依靠弹性接触构成电气连接；端口B与镶嵌于外壳的导电垫圈连接，导电垫圈通过紧固件压接在气门嘴金属嘴体的延长段上，即与气门嘴金属嘴体构成电气连接； 或端口B与镶嵌于外壳的导电弹簧片连接，端口A与镶嵌于外壳的导电垫圈连接；通过上述连接，端口A、B借助气门嘴金属嘴体和轮辋延伸到轮胎外部。
4. 根据权利要求1所述的一种内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，其特征是所述的气门嘴的金属嘴体与轮辋之间装有弹性绝缘密封胶层或弹性绝缘密封垫圈保持绝缘密封。
5. 根据权利要求1所述的一种内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，其特征是所述的外部充电器可以由插入汽车点烟器插孔的专用插头和置于插头内的稳压恒流和短路保护电路组成，该电路从点烟器插孔取得车载直流电，经过转换，由输出电缆输出符合对可充式电源充电所要求的电压和电流。
6. 根据权利要求1所述的一种内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，其特征是所述的可充电式电源可以是多个单体的组合，以满足内置式胎压监测模块电路工作的需要。
7.根据权利要求1所述的一种内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，其特征是所述的可充电式电源可以是符合胎压检测模块技术要求的可充电电池或超级电容器或任何其他种类符合要求的可充电式储能器。
8.根据权利要求1所述的一种内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，其特征是所述的电气连接可以包括采用焊接、压接、弹性接触等方法将元器件、连接件以及其他导电部件连接起来组成导电回路。
9.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的充电电源连接结构，其充电方法为： 充放电管理电路的外部充电器输入端A和B被延伸到了轮胎外部；充电时，将外部充电器输出电缆分别与气门嘴金属嘴体和轮辋外侧连接即可，外部充电器输出的电能通过端口A、B进入充放电管理电路，经由端口B+、B-对可充电式电源充电，充放电管理电路实时监测可充电式电源的端电压，一旦端电压上升到最高允许值，充放电管理电路内部的电子开关即切断充电回路，以防可充电式电源过度充电而损坏；充放电管理电路的A、B端口后面有整流桥对输入的充电电源进行极性调整，故不必区分外部充电器输出电缆的正、负极性，胎压监测模块正常工作时，可充电式电源通过充放电管理电路放电，经由端口P+、P-向胎压监测模块提供工作电源；充放电管理电路实时监测可充电式电源的端电压，一旦端电压下降到最低允许值，充放电管理电路内部的电子开关即切断放电回路，以防可充电式电源过度放电而损坏。
1.一种内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，包括公知的充气轮胎和内置式胎压监测模块，其特征在于所述的充气轮胎由外胎、轮辋和气门嘴组成，气门嘴的金属嘴体贯穿轮辋且与轮辋之间绝缘密封，用以保证两者之间的气密性和电气绝缘；位于轮辋内侧的气门嘴金属嘴体尾部增加延长段，内置式胎压监测模块的外壳通过紧固件固定在气门嘴金属嘴体的延长段上； 所述的外壳注塑成型时镶嵌有导电垫圈和导电弹簧片，外壳内灌封有胎压监测模块、充放电管理电路和可充电式电源； 所述的充放电管理电路分别与胎压监测模块、可充电电源、导电垫圈、导电弹簧片连接。
2. 根据权利要求1所述的内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，其特征是所述的充放电管理电路内部包含：整流桥和过充过放电保护电路；所述的过充过放保护电路包括电压监测器和控制充放电的电子开关； 整流桥的两个直流输出端分别与过充过放电保护电路的P+和P-端连接；充放电管理电路对外通过P+、P-、B+、B-、A、B共六个端口将胎压监测模块、可充电式电源、外部充电器三部分连接起来； 其中，端口B+、B-分别与可充电式电源的正、负极连接；端口P+、P-分别与胎压监测模块的工作电源正、负输入端连接；端口A、B是外部充电器输入端口。
3. 根据权利要求2所述的内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，其特征是所述的端口A与镶嵌于外壳的导电弹簧片连接，导电弹簧片另一端与轮辋的内侧依靠弹性接触构成电气连接；端口B与镶嵌于外壳的导电垫圈连接，导电垫圈通过紧固件压接在气门嘴金属嘴体的延长段上，即与气门嘴金属嘴体构成电气连接； 或端口B与镶嵌于外壳的导电弹簧片连接，端口A与镶嵌于外壳的导电垫圈连接；通过上述连接，端口A、B借助气门嘴金属嘴体和轮辋延伸到轮胎外部。
4. 根据权利要求1所述的一种内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，其特征是所述的气门嘴的金属嘴体与轮辋之间装有弹性绝缘密封胶层或弹性绝缘密封垫圈保持绝缘密封。
5. 根据权利要求1所述的一种内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，其特征是所述的外部充电器可以由插入汽车点烟器插孔的专用插头和置于插头内的稳压恒流和短路保护电路组成，该电路从点烟器插孔取得车载直流电，经过转换，由输出电缆输出符合对可充式电源充电所要求的电压和电流。
6. 根据权利要求1所述的一种内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，其特征是所述的可充电式电源可以是多个单体的组合，以满足内置式胎压监测模块电路工作的需要。
7.根据权利要求1所述的一种内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，其特征是所述的可充电式电源可以是符合胎压检测模块技术要求的可充电电池或超级电容器或任何其他种类符合要求的可充电式储能器。
8.根据权利要求1所述的一种内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，其特征是所述的电气连接可以包括采用焊接、压接、弹性接触等方法将元器件、连接件以及其他导电部件连接起来组成导电回路。
9.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的充电电源连接结构，其充电方法为： 充放电管理电路的外部充电器输入端A和B被延伸到了轮胎外部；充电时，将外部充电器输出电缆分别与气门嘴金属嘴体和轮辋外侧连接即可，外部充电器输出的电能通过端口A、B进入充放电管理电路，经由端口B+、B-对可充电式电源充电，充放电管理电路实时监测可充电式电源的端电压，一旦端电压上升到最高允许值，充放电管理电路内部的电子开关即切断充电回路，以防可充电式电源过度充电而损坏；充放电管理电路的A、B端口后面有整流桥对输入的充电电源进行极性调整，故不必区分外部充电器输出电缆的正、负极性，胎压监测模块正常工作时，可充电式电源通过充放电管理电路放电，经由端口P+、P-向胎压监测模块提供工作电源；充放电管理电路实时监测可充电式电源的端电压，一旦端电压下降到最低允许值，充放电管理电路内部的电子开关即切断放电回路，以防可充电式电源过度放电而损坏。
翻译：技术领域
本发明涉及一种内置式胎压监测模块的充电电源连接结构及其充电方法，属于汽车轮胎压力监控技术领域。
背景技术
汽车轮胎压力监视系统(以下简称TPMS)可以在汽车行驶中实时监测轮胎的充气压力，对轮胎气压异常状况进行报警，有效地减少了轮胎气压异常所引发的事故，同时减少了因胎压过高或过低造成的轮胎加速磨损和车辆的额外油耗。
目前，TPMS技术已经得到广泛应用，其主流方案是所谓“内置式胎压监测模块直接测量方案”，该方案将一个由一次性池供电、有测量和无线通讯功能的胎压监测模块置于充气轮胎内部，监测模块通过无线通讯将轮胎气压等参数传输到驾驶室的接收、显示、报警装置；基于该方案的产品性能可靠，测量准确，但有一缺点：其一次性电池被灌封在模块中，电池耗尽模块即整体报废，造成资源浪费，现有产品的电池实际使用寿命约2～4年，低于轮胎、轮辋的寿命，更换胎压监测模块必须拆解轮胎，费时费力。
为了突破内置式胎压监测模块供电电源这一瓶颈，目前的一般途径是：一，采用能量/容积比更高、使用寿命更长的特种一次性电池，但成本高，潜力有限；二，采取尽量降低平均功耗的算法和工作方式，例如降低采样和发送的频度可以降低平均功耗，但这需以降低性能或增加软、硬件成本为代价；三，是采用无电源或自供电技术方案，但目前这些技术方案还不够成熟。
针对上述问题，可更换电池的内置式胎压监测模块技术方案被提出，如中华人民共和国知识产权局于2013年12月11日授权的公告号为CN 203331758 U的专利文献，名称为《可更换电池胎压监测模块》公开了一种电池可拆卸、更换的胎压监测模块结构，通过更换电池实现重复利用电池耗尽了的模块，但是，更换电池时仍需拆解轮胎。
发明内容
为克服上述不足，本发明的目的在于：克服现有的内置式胎压监测模块电池耗尽即整体报废，或者即使可以更换电池，仍须拆解轮胎的缺点，而提供一种以可充电式电源替代一次性电池的内置式胎压监测模块的充电电源连接结构及其充电方法。
本发明的方案如下：一种内置式胎压监测模块的充电电源连接结构，包括公知的充气轮胎和内置式胎压监测模块，所述的充气轮胎由外胎、轮辋和气门嘴组成，气门嘴的金属嘴体贯穿轮辋且与轮辋之间绝缘密封，用以保证两者之间的气密性和电气绝缘；位于轮辋内侧的气门嘴金属嘴体尾部增加延长段，内置式胎压监测模块的外壳通过紧固件固定在气门嘴金属嘴体的延长段上；
所述的外壳注塑成型时镶嵌有导电垫圈和导电弹簧片，外壳内灌封有胎压监测模块、充放电管理电路和可充电式电源；
所述的充放电管理电路分别与胎压监测模块、可充电电源、导电垫圈、导电弹簧片连接。
进一步，所述的充放电管理电路内部包含：整流桥和过充过放电保护电路；所述的过充过放保护电路包括电压监测器和控制充放电的电子开关；
整流桥的两个直流输出端分别与过充过放电保护电路的P+和P-端连接；充放电管理电路对外通过P+、P-、B+、B-、A、B共六个端口将胎压监测模块、可充电式电源、外部充电器三部分连接起来；
其中，端口B+、B-分别与可充电式电源的正、负极连接；端口P+、P-分别与胎压监测模块的工作电源正、负输入端连接；端口A、B是外部充电器输入端口。
进一步，所述的端口A与镶嵌于外壳的导电弹簧片连接，导电弹簧片另一端与轮辋的内侧依靠弹性接触构成电气连接；端口B与镶嵌于外壳的导电垫圈连接，导电垫圈通过紧固件压接在气门嘴金属嘴体的延长段上，即与气门嘴金属嘴体构成电气连接；
或端口B与镶嵌于外壳的导电弹簧片连接，端口A与镶嵌于外壳的导电垫圈连接；通过上述连接，端口A、B借助气门嘴金属嘴体和轮辋延伸到轮胎外部。
进一步，所述的气门嘴的金属嘴体与轮辋之间装有弹性绝缘密封胶层或弹性绝缘密封垫圈保持绝缘密封。
进一步，外部充电器可以由插入汽车点烟器插孔的专用插头和置于插头内的稳压恒流和短路保护电路组成，该电路从点烟器插孔取得车载直流电，经过转换，由输出电缆输出符合对可充式电源充电所要求的电压和电流。
进一步，所述的可充电式电源可以是多个单体的组合，以满足内置式胎压监测模块电路工作的需要。
进一步，所述的可充电式电源可以是符合胎压检测模块技术要求的可充电电池或超级电容器或任何其他种类符合要求的可充电式储能器。
进一步，所述的电气连接可以包括采用焊接、压接、弹性接触等方法将元器件、连接件以及其他导电部件连接起来组成导电回路。
上述充电电源连接结构，其充电方法为：
充放电管理电路的外部充电器输入端A和B被延伸到了轮胎外部；充电时，将外部充电器输出电缆分别与气门嘴金属嘴体和轮辋外侧连接即可，外部充电器输出的电能通过端口A、B进入充放电管理电路，经由端口B+、B-对可充电式电源充电，充放电管理电路实时监测可充电式电源的端电压，一旦端电压上升到最高允许值，充放电管理电路内部的电子开关即切断充电回路，以防可充电式电源过度充电而损坏；充放电管理电路的A、B端口后面有整流桥对输入的充电电源进行极性调整，故不必区分外部充电器输出电缆的正、负极性。
胎压监测模块正常工作时，可充电式电源通过充放电管理电路放电，经由端口P+、P-向胎压监测模块提供工作电源；充放电管理电路实时监测可充电式电源的端电压，一旦端电压下降到最低允许值，充放电管理电路内部的电子开关即切断放电回路，以防可充电式电源过度放电而损坏。
本发明使得在内置式模块胎压监测模块中使用多种可充电式电源代替原一次性电池成为可能，突破了一次性电池这一瓶颈对现有内置式模块胎压监测模块服务年限和产品性能的限制。采用本发明的新式内置式模块胎压监测模块的电源耗尽后，只需利用车载直流电源对模块的可充电式电源进行充电即可继续使用，节约资源，有利环保，而且没有拆解轮胎的麻烦。
采用本发明以后，设计内置式模块胎压监测模块的算法和工作模式时，原来需着重考虑的节约能源和提高性能之间的矛盾得到缓解，可以适当放宽对能耗的限制，而使产品性能得到提高，例如加大发射功率增大作用距离，提高采样、发送频度等，从而提高监测任务的精度和实时性。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图；
图2是本发明实施例二的结构示意图；
图3是本发明与图1、图2对应的等效电原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例一
如图1所示，气门嘴1是由公知的“卡扣式”气门嘴改造而成，改造部分为在“卡扣式”气门嘴金属嘴体的尾部（位于轮辋内侧）增加延长段10；延长段10为带螺孔的圆柱体。气门嘴1贯穿轮辋3并借助卡槽安装在轮辋3的孔里，气门嘴1的金属嘴体与轮辋3之间装有弹性绝缘密封胶层2，用以保证两者之间的气密性和电气绝缘；外壳8通过紧固件9（螺钉和弹簧垫圈）固定在气门嘴1金属嘴体的延长段10上；
外壳8注塑成型时镶嵌导电弹簧片4和导电垫圈11；
外壳8内灌封有胎压监测模块5、充放电管理电路6和可充电式电源7；
充放电管理电路6有6个端口，其中端口B+、B-分别与可充电式电源7的正、负极连接；端口P+、P-分别与胎压监测模块5的工作电源正、负输入端连接；端口A、B是外部充电器输入端，端口A（或B）与导电弹簧片4电气连接，导电弹簧片4另一端与轮辋3的内侧依靠弹性接触构成电气连接；端口B（或A）与导电垫圈11连接，导电垫圈11通过紧固件9压接在气门嘴1的金属嘴体的延长段10上，与气门嘴1的金属嘴体构成电气连接，通过上述连接，端口A、B被延伸到轮胎外部；
通常，可充电式电源7通过充放电管理电路6放电，经由端口P+、P-向胎压监测模块5提供工作电源；充放电管理电路6实时监测可充电式电源7的端电压，一旦端电压下降到最低允许值，充放电管理电路6即通过内部电子开关切断放电回路，以防可充电式电源7过度放电而损坏。
充电时，将外部充电器输出电缆13分别与气门嘴1的金属嘴体和轮辋3外侧连接，外部充电器输出的电能通过端口A、B进入充放电管理电路6，经由端口B+、B-对可充电式电源7充电，同时经由端口P+、P-向胎压监测模块5提供工作电源；充放电管理电路6实时监测可充电式电源7的端电压，一旦端电压上升到最高允许值，充放电管理电路6即通过内部电子开关切断充电回路，以防可充电式电源7过度充电而损坏。
充电结束将充电电缆13与轮辋3和气门嘴1的金属嘴体分离。
本实施例的外部充电器借用车载12V或24V直流电源，可插入汽车点烟器插孔的专用插头12和置于插头12内部的稳压恒流和短路保护电路121组成外部充电器，该充电器电路从点烟器插孔取得车载直流电，经过转换，由输出电缆13输出符合对可充电式电源7充电所要求的电压和电流。
实施例二
如图2所示，本实施例中，所述的气门嘴1是由公知的“压紧式”气门嘴改造而成，改造部分为在 “压紧式”气门嘴金属嘴体的尾部（位于轮辋内侧）增加延长段10；所述的气门嘴1贯穿轮辋3并借助螺母13压紧安装在轮辋3的孔里，气门嘴1的金属嘴体与轮辋3之间装有绝缘密封圈2，用以保证两者之间的气密性和电气绝缘；其余部分的结构以及充电方法都与第1个实施例相同。
图3是本发明与图1、图2对应的等效电原理图，图中，点划线右侧代表轮胎内部，左侧代表轮胎外部，轮胎内部和外部通过气门嘴1的金属嘴体和轮辋3建立电气通路；
虚线框代表外壳8，外壳8内置胎压监测模块5、充放电管理电路6和可充电式电源7；
充放电管理电路6内部包含：整流桥61和过充过放电保护电路62，整流桥61的2个直流输出端分别与过充过放电保护电路62的P+和P-端连接；充放电管理电路6对外通过P+、P-、B+、B-、A、B共6个端口将胎压监测模块5、可充电式电源7、外部充电器三部分联系起来；
通常工作时，可充电式电源7通过过充过放电保护电路62放电，经由端口P+、P-向胎压监测模块5提供工作电源，放电电流回路如Id所示；
过充过放电保护电路62实时监测B+、B-端口上可充电式电源7的端电压，一旦端电压下降到最低允许值，过充过放电保护电路62即通过内部电子开关切断放电回路，以防可充电式电源7过度放电而损坏。
充电时，经由气门嘴1的金属嘴体和轮辋3接入的外部充电源施加于充放电管理电路6的A、B端口，即施加于整流桥61的2个交流输入端，通过整流桥61和过放电保护电路62后给连接于B+、B-端口的可充电式电源7充电，充电电流回路如Ic所示；
过充过放电保护电路62实时监测B+、B-端口上可充电式电源7的端电压，一旦端电压上升到最高允许值，过充过放电保护电路62即通过内部电子开关切断充电回路，以防可充电式电源7过度充电而损坏。
充放电管理电路6的整流桥61有2个作用：一，极性保护，无论施加于气门嘴1的金属嘴体和轮辋3上（相当于A、B端口）的外部充电源极性正反如何，整流桥61的直流输出端始终保证P+是正极，P-是负极，避免了连接外部充电器时需要确认电缆正负极的麻烦；作用二，短路保护，假设移除整流桥61，P+、P-两端口将直接与气门嘴1的金属嘴体和轮辋3连接，如果气门嘴1的金属嘴体和轮辋3之间绝缘损坏就会而引起可充电式电源7短路放电，利用整流桥的单向导电性，可阻止这种故障放电。
本实施例的外部充电器借用车载12V或24V直流电源，可插入汽车点烟器插孔的专用插头12和置于插头12内部的稳压恒流和短路保护电路121组成外部充电器，该充电器电路从点烟器插孔取得车载直流电，经过转换，由输出电缆13输出符合对可充电式电源7充电所要求的电压和电流，电路具有短路保护功能，输出电缆13之间短路时不至损坏车载直流电源和充电器本身。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。
