CN112590686B - 一种车载电源的切换管理装置以及切换管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载电源的切换管理装置以及切换管理方法，根据需要灵活选择导通或断开电源通路，在车辆发动机启动状态下，优先给车辆原电瓶充电，待车辆原电瓶电量充沛时才会开启专用蓄电池充电功能，优先保障车辆原电瓶充电电量，同时避免发电机同时给两块蓄电池大电流充电，增加发电机负荷。在车辆发动机熄火之后，设备电源自动切换至专用蓄电池，同时断开充电电路的电源输入路径和发电机为设备的供电路径，从而避免设备消耗车辆原电瓶电量及车辆原电瓶与专用蓄电池之间相互充放电，起到保护电池的作用。车辆熄火后，专用电池供电延时关断，避免在用户毫无准备的情况下突然关闭设备影响用户的正常使用，从而避免对行车安全的不利影响。

Description

一种车载电源的切换管理装置以及切换管理方法

技术领域

本申请属于车载电源管理技术领域，具体涉及一种车载电源的切换管理装置以及切换管理方法。

背景技术

基于现代先进技术的智能化驾驶培训正在逐步兴起，随之而来的是对教学所需车辆的电子设备后装改造升级需求日益迫切，为实现智能化教学及教学安全保障，车载电脑、GPS定位、移动通信、视频监控、语音通话、车载雷达、辅助刹车等一系列电子电气设备被加装集成于车辆内部，设备的升级改造使得整个控制系统的变得越发复杂，从而对电源系统化管理有了新的要求，既要保障满足后装设备的供电需求，又要保障车辆自身电源系统不受影响或尽可能减小对车辆原有电源系统的影响，如避免后装设备消耗车载电瓶电量导致车辆无法正常启动；如增加专用蓄电池之后避免蓄电池对原车电源系统的影响；如车辆意外熄火时如何保证电子设备不间断持续正常工作等。

目前对车载电源系统化管理还存在以下缺陷：

1)现有技术允许在车辆熄火后，后装设备继续使用车载电瓶供电，即使设备配置车载电瓶电量检测功能，也会因增加车载电瓶的负荷以及过度使用原车电瓶而引发电瓶寿命缩短等问题。

2)现有技术蓄电池充电无优先级选择，车辆启动之后会供电给各种电子电气设备，同时给车载电瓶、专用蓄电池同时充电，无疑会增加车辆发电机及车辆供电路径负荷。

3)现有技术向下游供电接口唯一，对于存在大功率电气设备的情况下无疑会需要增加输电总线路的通流能力，进而需要很粗的导线，同时会延长大功率设备与微小功率设备的输电耦合路径，对降低电源干扰不利。同时对电源管理设备接口机械强度及固定强度提出了更高的要求，不利于后期工程实施安装。

发明内容

本申请的目的在于提供一种车载电源的切换管理装置以及切换管理方法，自动合理切换负载设备的供电源，并且保证汽车原电瓶具有最高的充电优先级。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种车载电源的切换管理装置，所述车载电源包括汽车原电瓶和专用蓄电池，所述汽车原电瓶和专用蓄电池基于车辆的发电机电源充电，所述车载电源的切换管理装置包括：中央控制单元、发电机启停检测单元、电池切换控制单元、电池充电管理单元；

所述发电机启停检测单元与所述发电机电源连接，根据发电机电源的输出端的电压产生中断信号反馈至所述中央控制单元；

所述电池切换控制单元包括第一开关、第二开关和第三开关，所述汽车原电瓶通过第一开关与受电负载连接供电，所述专用蓄电池通过第二开关与受电负载连接供电，所述第一开关和第二开关的控制端连接至所述中央控制单元，所述发电机电源的输出端与汽车原电瓶相连；

所述电池充电管理单元的输出端与专用蓄电池连接，电池充电管理单元的输入端通过第三开关与发电机电源的输出端连接，所述第三开关的控制端连接至所述中央控制单元；

所述中央控制单元根据发电机启停检测单元反馈的中断信号判断车辆的启停状态，并基于所述启停状态分别控制第一开关、第二开关和第三开关的开合状态实现车载电源的切换管理。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

作为优选，所述发电机启停检测单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、光耦OC1、NPN三极管Q1、PNP三极管Q2以及比较器U1；

所述光耦OC1原边侧的发光二极管的正极与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端作为VCC_BAT端与专用蓄电池连接，所述光耦OC1原边侧的发光二极管的负极作为VCC_M端与发电机电源的输出端连接，所述光耦OC1副边侧集电极与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接3.3V，所述光耦OC1副边侧发射极接地，所述光耦OC1副边侧集电极引出INT_ON端与中央控制单元连接；

所述NPN三极管Q1的发射极接地，所述NPN三极管Q1的基极与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端作为SW端与中央控制单元连接，所述NPN三极管Q1的集电极通过电阻R4与PNP三极管Q2的基极连接，所述PNP三极管Q2的发射极与光耦OC1原边侧的发光二极管的负极连接，所述电阻R3的一端与PNP三极管Q2的基极连接，所述电阻R3的另一端与PNP三极管Q2的发射极连接；

所述PNP三极管Q2的集电极通过电阻R5与比较器U1的负向输入端连接，所述电阻R6一端接地、另一端与比较器U1的负向输入端连接，所述比较器U1的负向输入端引出ADC_IN端与中央控制单元连接，所述比较器U1的正向输入端通过电阻R8接3.3V，所述比较器U1的正向输入端通过电阻R9接地，所述比较器U1的输出端作为INT_OFF端与中央控制单元连接。

作为优选，所述电池充电管理单元包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、电感L1、发光二极管LED1、发光二极管LED2、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电源芯片U1、场效应管U2；

所述场效应管U2的第3引脚通过第三开关与发电机电源的输出端连接，所述场效应管U2的第1、2引脚与场效应管U2的第3引脚连接，所述场效应管U2的第3引脚通过电容C1接地，所述场效应管U2的第3引脚通过电容C2与电源芯片U1的第1引脚连接，所述场效应管U2的第4引脚与电源芯片U1的第10引脚连接，所述场效应管U2的第5引脚与二极管D1的正极连接，所述场效应管U2的第6、7、8引脚与场效应管U2的第5引脚连接；

所述二极管D1的负极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端通过电阻R10与专用蓄电池连接，电阻R11并联在电阻R10的两端，电阻R10连接专用蓄电池的一端通过电容C3接地，二极管D1的负极与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极接地；

所述电源芯片U1的第2引脚接地，所述电源芯片U1的第3引脚与发光二极管LED1的负极连接，发光二极管LED1的正极通过电阻R12与第三开关远离发电机电源的一端连接，所述电源芯片U1的第4引脚与发光二极管LED2的负极连接，发光二极管LED2的正极通过电阻R13与第三开关远离发电机电源的一端连接，所述电源芯片U1的第5引脚通过电阻R14和电容C4后接地，所述电源芯片U1的第6引脚通过电阻R15接地，所述电源芯片U1的第6引脚通过电阻R16与第三开关远离发电机电源的一端连接，所述电源芯片U1的第7引脚与电阻R10连接专用蓄电池的一端连接，所述电源芯片U1的第8引脚与电阻R10连接电感L1的一端连接，所述电源芯片U1的第9引与第三开关远离发电机电源的一端连接。

本申请还提供一种车载电源的切换管理方法，所述切换管理方法包括以下步骤：

发电机启停检测单元根据发电机电源的输出端的电压产生中断信号反馈至中央控制单元；

中央控制单元根据发电机启停检测单元反馈的中断信号判断车辆的启停状态，所述启停状态包括启动状态和熄火状态，并基于所述启停状态分别控制第一开关、第二开关和第三开关的开合状态实现车载电源的切换管理，所述开合状态包括断开和闭合；

其中，中央控制单元基于所述启停状态分别控制第一开关、第二开关和第三开关的开合状态实现车载电源的切换管理，具体如下：

判断车辆由启动状态变更为熄火状态时，控制第二开关闭合、第一开关和第三开关断开，并在预设时间长度后控制第二开关断开；

判断车辆由熄火状态变更为启动状态时，若当前第二开关处于闭合状态，则控制第一开关和第三开关闭合、第二开关断开；若当前第二开关处于断开状态，则中央控制单元控制第一开关和第三开关闭合、第二开关保持断开。

作为优选，所述车载电源的切换管理方法还包括第三开关处于闭合状态下，充电管理单元持续监测汽车原电瓶的电压，若汽车原电瓶的电压达到预设电压，则对专用蓄电池进行充电；否则不对专用蓄电池进行充电。

作为优选，所述发电机启停检测单元根据发电机电源的输出端的电压产生中断信号反馈至所述中央控制单元；中央控制单元根据发电机启停检测单元反馈的中断信号判断车辆的启停状态，包括：

车辆处于熄火状态下，VCC_M端取汽车原电瓶电源，电压典型值为12V，VCC_BAT端与专用蓄电池连接，电压典型值为12V，VCC_M端电压大于等于VCC_BAT端电压，光耦OC1处于截止状态，INT_ON端为高电平状态；中央控制单元保持SW端为低电平，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2处于截止状态，VCC_M端采集的电压未反馈至比较器U1，ADC_IN端为低电平，低于比较器正向输入端的参考电压，比较器U1输出INT_OFF端为高电平状态；

车辆处于启动状态下，VCC_M端取汽车发电机电源，电压值为14.5V，VCC_M端电压高于VCC_BAT端电压，光耦OC1处于截止状态，INT_ON端为高电平状态，中央控制单元保持SW端为高电平，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2处于导通状态，VCC_M端采集的电压反馈至比较器U1，ADC_IN端的电压取VCC_M端的电压通过电阻R5、电阻R6后的分压值，比较器U1正向输入端的参考电压低于分压值，比较器U1输出INT_OFF端为低电平状态；

1)车辆启动检测：

a、车辆点火瞬间，VCC_M端电压由12V跌落至9V，光耦OC1原边侧两端产生正向压差使光耦OC1导通，INT_ON端由高电平转换至低电平产生中断信号；如车辆成功启动则VCC_M端电压恢复至发电机电源输出电压，如车辆未能成功启动则VCC_M端电压恢复至汽车原电瓶电压，光耦OC1原边侧两端电压反向截止，INT_ON端变为高电平状态；

b、中央控制单元检测到INT_ON端的中断信号之后，输出使SW端变为高电平，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2处于导通状态，VCC_M端采集的电压反馈至比较器U1，ADC_IN端的电压取VCC_M端的电压通过电阻R5、电阻R6后的分压值；

c、分压值输入至比较器U1的负向输入端，如车辆成功启动则使比较器U1的负向输入端电压高于比较器U1正向输入端的参考电压，比较器U1输出INT_OFF端由高电平翻转为低电平产生中断信号，反之INT_OFF端保持高电平无中断信号，即车辆仍处于熄火状态；

d、中央控制单元检测到INT_OFF端的中断后，开启AD采样ADC_IN端电压，与预设参考电平比较，如若持续高于预设电平，则判断为车辆成功启动；否则车辆启动失败，即车辆仍处于熄火状态；

2)车辆熄火检测：

a、车辆熄火后，VCC_M端电压降低至汽车原电瓶电压12V，光耦OC1原边侧两端电压反向截止，INT_ON端仍保持高电平状态；ADC_IN端电压降低至低于比较器U1正向输入端的参考电压，比较器U1输出INT_OFF端由低电平翻转为高电平产生中断信号；

b、中央控制单元检测到INT_OFF端的中断信号之后，同时监测INT_ON端为高电平且无下降沿中断信号产生，则采集ADC_IN端的电压采样与预设电压值比较，若持续低于预设电压值则判断为车辆熄火；

c、中央控制单元判断车辆熄火后，输出使SW端变为低电平，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2变为截止状态，VCC_M端采集的电压未反馈至比较器U1。

本申请提供的车载电源的切换管理装置以及切换管理方法，根据需要灵活选择导通或断开电源通路，在车辆发动机启动状态下，可选择性优先给车辆原电瓶充电，待车辆原电瓶电量充沛时才会开启专用蓄电池充电功能，优先保障车辆原电瓶充电电量，同时避免发电机同时给两块蓄电池大电流充电，增加发电机负荷。在车辆发动机熄火之后，设备电源自动切换至专用蓄电池，同时断开充电电路的电源输入路径和发电机为设备的供电路径，从而避免设备消耗车辆原电瓶电量及车辆原电瓶与专用蓄电池之间相互充放电，起到保护电池的作用。车辆熄火后，专用电池供电延时关断，避免在用户毫无准备的情况下突然关闭设备影响用户的正常使用，从而避免对行车安全的不利影响。

附图说明

图1为本申请的车载电源的切换管理装置的结构示意图；

图2为本申请发电机启停检测单元的结构示意图；

图3为专用蓄电池充电管理单元结构示意图；

图4为本申请切换管理方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

其中一个实施例中，提供一种车载电源的切换管理装置，有效管理汽车原电瓶与专用蓄电池之间的充放电，提高车载电源的使用寿命以及持续使用时间，在各类型车辆上均有较优的应用价值。

如图1所示，本实施例的车载电源包括汽车原电瓶和专用蓄电池，所述汽车原电瓶和专用蓄电池基于车辆的发电机电源充电，因此本实施例的车载电源的切换管理装置包括：中央控制单元、发电机启停检测单元、电池切换控制单元、电池充电管理单元。

所述发电机启停检测单元与所述发电机电源连接，根据发电机电源的输出端的电压产生中断信号反馈至所述中央控制单元；

所述电池切换控制单元包括第一开关、第二开关和第三开关，所述汽车原电瓶通过第一开关与受电负载连接供电，所述专用蓄电池的输出端通过第二开关与受电负载连接供电，所述第一开关和第二开关的控制端连接至所述中央控制单元，所述发电机电源的输出端与汽车原电瓶相连；

所述电池充电管理单元的输出端与专用蓄电池连接，电池充电管理单元的输入端通过第三开关与发电机电源的输出端连接，所述第三开关的控制端连接至所述中央控制单元；

所述中央控制单元根据发电机启停检测单元反馈的中断信号判断车辆的启停状态，并基于所述启停状态分别控制第一开关、第二开关和第三开关的开合状态实现车载电源的切换管理。

通常发电机电源在车辆熄火时无电压输出，而在车辆启动时的电压值可达14.5V，而汽车原电瓶的电压典型值在车辆熄火或是启动下均为12V，基于此本实施例通过中央控制单元基于发电机电源的输出端(即汽车原电瓶的接线端)判断车辆的启停状态。该判断方式不仅能直观、准确的判断车辆的启停状态，并且因为判断路径直接，因此判断速度快。

进一步，本实施例仅通过控制3个开关的开合状态即可实现车载电源的切换控制，无需过多元件结构，即降低了整个判断控制的能耗，且有效减少本实施例切换管理装置的体积，利于在大、中、小型车辆上集成使用。

为保证中央控制单元的正常使用，本申请还包括电源模块，电源模块的输入端分别通过二极管与专用蓄电池和发电机电源连接，电源模块的输出端与中央控制单元连接。其中电源模块为芯片控制设计中的常规电路，这里就不进行赘述。

如图2所示，本实施例提供的发电机启停检测单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、光耦OC1、NPN三极管Q1、PNP三极管Q2以及比较器U1。

所述光耦OC1原边侧的发光二极管的正极与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端作为VCC_BAT端与专用蓄电池连接，所述光耦OC1原边侧的发光二极管的负极作为VCC_M端与发电机电源的输出端连接，所述光耦OC1副边侧集电极与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接3.3V，所述光耦OC1副边侧发射极接地，所述光耦OC1副边侧集电极引出INT_ON端与中央控制单元连接。

所述NPN三极管Q1的发射极接地，所述NPN三极管Q1的基极与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端作为SW端与中央控制单元连接，所述NPN三极管Q1的集电极通过电阻R4与PNP三极管Q2的基极连接，所述PNP三极管Q2的发射极与光耦OC1原边侧的发光二极管的负极连接，所述电阻R3的一端与PNP三极管Q2的基极连接，所述电阻R3的另一端与PNP三极管Q2的发射极连接。

所述PNP三极管Q2的集电极通过电阻R5与比较器U1的负向输入端连接，所述电阻R6一端接地、另一端与比较器U1的负向输入端连接，所述比较器U1的负向输入端引出ADC_IN端与中央控制单元连接，所述比较器U1的正向输入端通过电阻R8接3.3V，所述比较器U1的正向输入端通过电阻R9接地，所述比较器U1的输出端作为INT_OFF端与中央控制单元连接。

本实施例中的发电机启停检测单元利用INT_OFF端和INT_ON端的中断信号触发中央控制单元启动相应的车辆启动或熄火检测，并且配合ADC_IN端的电压确定车辆的启停状态，避免根据单一信号进行检测容易出现误检的情况，同时基于对ADC_IN端持续一定时间的电压检测来避免因电压漂移或不稳造成的误检。

需要说明的是，上述为本实施例提供的发电机启停检测单元的最佳电路结构，在基于上述电路结构的基础上进行的简单修改所得到的发电机启停检测单元仍属于本申请的保护范围。其中中央控制单元有较多的控制器型号可用，如STM32F1X系列。连接引脚一般的IO口连接至有中断功能的IO口即可，无特殊要求和限制，ADC_IN端连接至AD通道引脚即可，因此本申请不对中央控制单元的型号进行具体限制。

如图3所示，为了避免影响汽车原电瓶的充电效率，本实施例提供一种电池充电管理单元包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、电感L1、发光二极管LED1、发光二极管LED2、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电源芯片U1、场效应管U2。

所述场效应管U2的第3引脚通过第三开关与发电机电源的输出端连接，所述场效应管U2的第1、2引脚与场效应管U2的第3引脚连接，所述场效应管U2的第3引脚通过电容C1接地，所述场效应管U2的第3引脚通过电容C2与电源芯片U1的第1引脚连接，所述场效应管U2的第4引脚与电源芯片U1的第10引脚连接，所述场效应管U2的第5引脚与二极管D1的正极连接，所述场效应管U2的第6、7、8引脚与场效应管U2的第5引脚连接。

所述二极管D1的负极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端通过电阻R10与专用蓄电池连接，电阻R11并联在电阻R10的两端，电阻R10连接专用蓄电池的一端通过电容C3接地，二极管D1的负极与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极接地。

所述电源芯片U1的第2引脚接地，所述电源芯片U1的第3引脚与发光二极管LED1的负极连接，发光二极管LED1的正极通过电阻R12与第三开关远离发电机电源的一端连接，所述电源芯片U1的第4引脚与发光二极管LED2的负极连接，发光二极管LED2的正极通过电阻R13与第三开关远离发电机电源的一端连接，所述电源芯片U1的第5引脚通过电阻R14和电容C4后接地，所述电源芯片U1的第6引脚通过电阻R15接地，所述电源芯片U1的第6引脚通过电阻R16与第三开关远离发电机电源的一端连接，所述电源芯片U1的第7引脚与电阻R10连接专用蓄电池的一端连接，所述电源芯片U1的第8引脚与电阻R10连接电感L1的一端连接，所述电源芯片U1的第9引与第三开关远离发电机电源的一端连接。

其中电源芯片U1可以采用CN3767芯片，场效应管U2采用SOP-8封装的即可。

基于CN3767芯片，本实施例中的电池充电管理单元的工作流程如下：

电阻R10、电阻R11调整充电电流，二极管D1防止专用蓄电池长时间充电，并限制充电电压，防止专用蓄电池与汽车原电瓶之间电流倒灌。

车辆成功启动后，关断第二开关，导通第一开关和第三开关，第三开关远离发电机电源的一端即Vcrg端通过电阻R15、R16分压之后输入至MPPT引脚(第6引脚)，如分压值高于芯片内部参考Vref则开启专用蓄电池充电，否则不开启专用蓄电池充电功能，当充电至二极管D1两端正向压差低于D1导通电压时认为专业蓄电池充满，则不再继续给蓄电池充电，关闭充电。

在根据CN3767芯片的MPPT引脚电压判断开启是否充电时，通过电阻R15、R16的分压来设置开启充电电压门限。如车辆熄火后，汽车原电瓶电压为12V左右，此时通过电阻R15、R16输入至MPPT引脚的电压低于芯片内部参考电压Vref，则关闭充电。反之如车辆启动，发电机电源输出电压，由于车辆启动后发电机电源即为汽车原电瓶充电，这会导致发电机电源的输出电压短暂的低于14.5V，此时电池充电管理单元检测到外部电压仍低于内部参考电压，即不开启对专用蓄电池的充电，当汽车原电瓶充电一段时间后，发电机输出端电压充电给汽车原电瓶电压回升至高于门限，则开启专用蓄电池充电。

上述充电管理模块在车辆启动的状态下，优先保证汽车原电瓶充电至电量充足的条件下再自动开启给专用蓄电池充电，既不影响汽车原电瓶的充电效率，避免发电机电源负载压力过大，又保证了能够自动为专用蓄电池充电。

本申请控制车辆在启动时优先由发电机电源给设备供电，在熄火后防止原车载电瓶给附加设备供电而馈电，同时实现自动切换至专用蓄电池继续为设备供电，从而使设备在规定的时间内不掉电继续工作，并在车辆重新启动后再转由发电机电源供电，整个切换过程不会引起附件设备掉电重启。

在另一个实施例中，提供一种车载电源的切换管理方法，该方法基于上述车载电源的切换管理装置实现，具体的本实施例的切换管理方法包括以下步骤：

发电机启停检测单元根据发电机电源的输出端的电压产生中断信号反馈至中央控制单元。

中央控制单元根据发电机启停检测单元反馈的中断信号判断车辆的启停状态，所述启停状态包括启动状态和熄火状态，并基于所述启停状态分别控制第一开关、第二开关和第三开关的开合状态实现车载电源的切换管理，所述开合状态包括断开和闭合。

其中，如图4所示，中央控制单元基于所述启停状态分别控制第一开关、第二开关和第三开关的开合状态实现车载电源的切换管理，具体如下：

判断车辆由启动状态变更为熄火状态时，控制第二开关闭合、第一开关和第三开关断开，并在预设时间长度后控制第二开关断开。

判断车辆由熄火状态变更为启动状态时，若当前第二开关处于闭合状态，则控制第一开关和第三开关闭合、第二开关断开；若当前第二开关处于断开状态，则中央控制单元控制第一开关和第三开关闭合、第二开关保持断开。

为了保证汽车原电瓶具有最高的充电优先级，所述车载电源的切换管理方法还包括第三开关处于闭合状态下，充电管理单元持续监测汽车原电瓶的电压，若汽车原电瓶的电压达到预设电压，则对专用蓄电池进行充电；否则不对专用蓄电池进行充电。

本实施例中发电机启停检测单元根据发电机电源的输出端的电压产生中断信号反馈至所述中央控制单元；中央控制单元根据发电机启停检测单元反馈的中断信号判断车辆的启停状态，包括：

车辆处于熄火状态下，VCC_M端取汽车原电瓶电源，电压典型值为12V，VCC_BAT端与专用蓄电池连接，电压典型值为12V，VCC_M端电压大于等于VCC_BAT端电压，光耦OC1处于截止状态，INT_ON端为高电平状态；中央控制单元保持SW端为低电平，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2处于截止状态，VCC_M端采集的电压未反馈至比较器U1，ADC_IN端为低电平，低于比较器正向输入端的参考电压，比较器U1输出INT_OFF端为高电平状态。

车辆处于启动状态下，VCC_M端取汽车发电机电源，电压值为14.5V，VCC_M端电压高于VCC_BAT端电压，光耦OC1处于截止状态，INT_ON端为高电平状态，中央控制单元保持SW端为高电平，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2处于导通状态，VCC_M端采集的电压反馈至比较器U1，ADC_IN端的电压取VCC_M端的电压通过电阻R5、电阻R6后的分压值，比较器U1正向输入端的参考电压低于分压值，比较器U1输出INT_OFF端为低电平状态；

1)车辆启动检测：

a、车辆点火瞬间，VCC_M端电压由12V跌落至9V，光耦OC1原边侧两端产生正向压差使光耦OC1导通，INT_ON端由高电平转换至低电平产生中断信号；如车辆成功启动则VCC_M端电压恢复至发电机输出电压，如车辆未能成功启动则VCC_M端电压恢复至汽车原电瓶电压，光耦OC1原边侧两端电压反向截止，INT_ON端变为高电平状态。

b、中央控制单元检测到INT_ON端的中断信号之后，输出使SW端变为高电平，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2处于导通状态，VCC_M端采集的电压反馈至比较器U1，ADC_IN端的电压取VCC_M端的电压通过电阻R5、电阻R6后的分压值。

c、分压值输入至比较器U1的负向输入端，如车辆成功启动则使比较器U1的负向输入端电压高于比较器U1正向输入端的参考电压，比较器U1输出INT_OFF端由高电平翻转为低电平产生中断信号，反之INT_OFF端保持高电平无中断信号，即车辆仍处于熄火状态。

d、中央控制单元检测到INT_OFF端的中断后，开启AD采样ADC_IN端电压，与预设参考电平比较，如若持续高于预设电平，则判断为车辆成功启动；否则车辆启动失败，即车辆仍处于熄火状态。

2)车辆熄火检测：

a、车辆熄火后，VCC_M端电压降低至汽车原电瓶电压12V，光耦OC1原边侧两端电压反向截止，INT_ON端仍保持高电平状态；ADC_IN端电压降低至低于比较器U1正向输入端的参考电压，比较器U1输出INT_OFF端由低电平翻转为高电平产生中断信号。

b、中央控制单元检测到INT_OFF端的中断信号之后，同时监测INT_ON端为高电平且无下降沿中断信号产生，则采集ADC_IN端的电压采样与预设电压值比较，若持续低于预设电压值则判断为车辆熄火。

c、中央控制单元判断车辆熄火后，输出使SW端变为低电平，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2变为截止状态，VCC_M端采集的电压未反馈至比较器U1。

运行本申请的切换管理方法的车载电源的切换管理装置，无论是从发电机的高电平到专用蓄电池的低电平，还是从蓄电池到发电机的高电平皆能实现无缝切换，切换过程不会引起受电设备掉电重启。发动机熄火时，能够切断发电机供电路径，转由专用蓄电池供电并延时所设置如5分钟后断电关机；发动机启动时，能够切断专用蓄电池供电路径，转由发电机供电。专用电池充电功能在发电机供电路径电压超过所设定的13.5V时才会正常开启专用蓄电池充电。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种车载电源的切换管理装置，其特征在于，所述车载电源包括汽车原电瓶和专用蓄电池，所述汽车原电瓶和专用蓄电池基于车辆的发电机电源充电，所述车载电源的切换管理装置包括：中央控制单元、发电机启停检测单元、电池切换控制单元、电池充电管理单元；

所述发电机启停检测单元与所述发电机电源连接，根据发电机电源的输出端的电压产生中断信号反馈至所述中央控制单元；

所述电池切换控制单元包括第一开关、第二开关和第三开关，所述汽车原电瓶通过第一开关与受电负载连接供电，所述专用蓄电池通过第二开关与受电负载连接供电，所述第一开关和第二开关的控制端连接至所述中央控制单元，所述发电机电源的输出端与汽车原电瓶相连；

所述电池充电管理单元的输出端与专用蓄电池连接，电池充电管理单元的输入端通过第三开关与发电机电源的输出端连接，所述第三开关的控制端连接至所述中央控制单元；

所述中央控制单元根据发电机启停检测单元反馈的中断信号判断车辆的启停状态，并基于所述启停状态分别控制第一开关、第二开关和第三开关的开合状态实现车载电源的切换管理；

其中，所述发电机启停检测单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、光耦OC1、NPN三极管Q1、PNP三极管Q2以及比较器U1；

所述光耦OC1原边侧的发光二极管的正极与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端作为VCC_BAT端与专用蓄电池连接，所述光耦OC1原边侧的发光二极管的负极作为VCC_M端与发电机电源的输出端连接，所述光耦OC1副边侧集电极与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接3.3V，所述光耦OC1副边侧发射极接地，所述光耦OC1副边侧集电极引出INT_ON端与中央控制单元连接；

所述NPN三极管Q1的发射极接地，所述NPN三极管Q1的基极与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端作为SW端与中央控制单元连接，所述NPN三极管Q1的集电极通过电阻R4与PNP三极管Q2的基极连接，所述PNP三极管Q2的发射极与光耦OC1原边侧的发光二极管的负极连接，所述电阻R3的一端与PNP三极管Q2的基极连接，所述电阻R3的另一端与PNP三极管Q2的发射极连接；

所述PNP三极管Q2的集电极通过电阻R5与比较器U1的负向输入端连接，所述电阻R6一端接地、另一端与比较器U1的负向输入端连接，所述比较器U1的负向输入端引出ADC_IN端与中央控制单元连接，所述比较器U1的正向输入端通过电阻R8接3.3V，所述比较器U1的正向输入端通过电阻R9接地，所述比较器U1的输出端作为INT_OFF端与中央控制单元连接。

2.如权利要求1所述的车载电源的切换管理装置，其特征在于，所述电池充电管理单元包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、电感L1、发光二极管LED1、发光二极管LED2、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电源芯片U1、场效应管U2；

所述场效应管U2的第3引脚通过第三开关与发电机电源的输出端连接，所述场效应管U2的第1、2引脚与场效应管U2的第3引脚连接，所述场效应管U2的第3引脚通过电容C1接地，所述场效应管U2的第3引脚通过电容C2与电源芯片U1的第1引脚连接，所述场效应管U2的第4引脚与电源芯片U1的第10引脚连接，所述场效应管U2的第5引脚与二极管D1的正极连接，所述场效应管U2的第6、7、8引脚与场效应管U2的第5引脚连接；

所述二极管D1的负极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端通过电阻R10与专用蓄电池连接，电阻R11并联在电阻R10的两端，电阻R10连接专用蓄电池的一端通过电容C3接地，二极管D1的负极与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极接地；

所述电源芯片U1的第2引脚接地，所述电源芯片U1的第3引脚与发光二极管LED1的负极连接，发光二极管LED1的正极通过电阻R12与第三开关远离发电机电源的一端连接，所述电源芯片U1的第4引脚与发光二极管LED2的负极连接，发光二极管LED2的正极通过电阻R13与第三开关远离发电机电源的一端连接，所述电源芯片U1的第5引脚通过电阻R14和电容C4后接地，所述电源芯片U1的第6引脚通过电阻R15接地，所述电源芯片U1的第6引脚通过电阻R16与第三开关远离发电机电源的一端连接，所述电源芯片U1的第7引脚与电阻R10连接专用蓄电池的一端连接，所述电源芯片U1的第8引脚与电阻R10连接电感L1的一端连接，所述电源芯片U1的第9引与第三开关远离发电机电源的一端连接。

3.一种车载电源的切换管理方法，基于权利要求1所述的车载电源的切换管理装置实现，其特征在于，所述切换管理方法包括以下步骤：

发电机启停检测单元根据发电机电源的输出端的电压产生中断信号反馈至中央控制单元；

中央控制单元根据发电机启停检测单元反馈的中断信号判断车辆的启停状态，所述启停状态包括启动状态和熄火状态，并基于所述启停状态分别控制第一开关、第二开关和第三开关的开合状态实现车载电源的切换管理，所述开合状态包括断开和闭合；

其中，中央控制单元基于所述启停状态分别控制第一开关、第二开关和第三开关的开合状态实现车载电源的切换管理，具体如下：

判断车辆由启动状态变更为熄火状态时，控制第二开关闭合、第一开关和第三开关断开，并在预设时间长度后控制第二开关断开；

判断车辆由熄火状态变更为启动状态时，若当前第二开关处于闭合状态，则控制第一开关和第三开关闭合、第二开关断开；若当前第二开关处于断开状态，则中央控制单元控制第一开关和第三开关闭合、第二开关保持断开。

4.如权利要求3所述的车载电源的切换管理方法，其特征在于，所述车载电源的切换管理方法还包括第三开关处于闭合状态下，充电管理单元持续监测汽车原电瓶的电压，若汽车原电瓶的电压达到预设电压，则对专用蓄电池进行充电；否则不对专用蓄电池进行充电。

5.如权利要求3所述的车载电源的切换管理方法，其特征在于，所述发电机启停检测单元根据发电机电源的输出端的电压产生中断信号反馈至所述中央控制单元；中央控制单元根据发电机启停检测单元反馈的中断信号判断车辆的启停状态，包括：

车辆处于熄火状态下，VCC_M端取汽车原电瓶电源，电压典型值为12V，VCC_BAT端与专用蓄电池连接，电压典型值为12V，VCC_M端电压大于等于VCC_BAT端电压，光耦OC1处于截止状态，INT_ON端为高电平状态；中央控制单元保持SW端为低电平，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2处于截止状态，VCC_M端采集的电压未反馈至比较器U1，ADC_IN端为低电平，低于比较器正向输入端的参考电压，比较器U1输出INT_OFF端为高电平状态；

车辆处于启动状态下，VCC_M端取汽车发电机电源，电压值为14.5V，VCC_M端电压高于VCC_BAT端电压，光耦OC1处于截止状态，INT_ON端为高电平状态，中央控制单元保持SW端为高电平，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2处于导通状态，VCC_M端采集的电压反馈至比较器U1，ADC_IN端的电压取VCC_M端的电压通过电阻R5、电阻R6后的分压值，比较器U1正向输入端的参考电压低于分压值，比较器U1输出INT_OFF端为低电平状态；

1)车辆启动检测：

a、车辆点火瞬间，VCC_M端电压由12V跌落至9V，光耦OC1原边侧两端产生正向压差使光耦OC1导通，INT_ON端由高电平转换至低电平产生中断信号；如车辆成功启动则VCC_M端电压恢复至发电机电源输出电压，如车辆未能成功启动则VCC_M端电压恢复至汽车原电瓶电压，光耦OC1原边侧两端电压反向截止，INT_ON端变为高电平状态；

b、中央控制单元检测到INT_ON端的中断信号之后，输出使SW端变为高电平，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2处于导通状态，VCC_M端采集的电压反馈至比较器U1，ADC_IN端的电压取VCC_M端的电压通过电阻R5、电阻R6后的分压值；

c、分压值输入至比较器U1的负向输入端，如车辆成功启动则使比较器U1的负向输入端电压高于比较器U1正向输入端的参考电压，比较器U1输出INT_OFF端由高电平翻转为低电平产生中断信号，反之INT_OFF端保持高电平无中断信号，即车辆仍处于熄火状态；

d、中央控制单元检测到INT_OFF端的中断后，开启AD采样ADC_IN端电压，与预设参考电平比较，如若持续高于预设电平，则判断为车辆成功启动；否则车辆启动失败，即车辆仍处于熄火状态；

2)车辆熄火检测：

a、车辆熄火后，VCC_M端电压降低至汽车原电瓶电压12V，光耦OC1原边侧两端电压反向截止，INT_ON端仍保持高电平状态；ADC_IN端电压降低至低于比较器U1正向输入端的参考电压，比较器U1输出INT_OFF端由低电平翻转为高电平产生中断信号；

b、中央控制单元检测到INT_OFF端的中断信号之后，同时监测INT_ON端为高电平且无下降沿中断信号产生，则采集ADC_IN端的电压采样与预设电压值比较，若持续低于预设电压值则判断为车辆熄火；

c、中央控制单元判断车辆熄火后，输出使SW端变为低电平，NPN三极管Q1、PNP三极管Q2变为截止状态，VCC_M端采集的电压未反馈至比较器U1。

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