车载备用电源装置、车载设备电源系统及车辆的制作方法

1.本技术涉及供电技术领域，特别是涉及一种车载备用电源装置、车载设备电源系统及车辆。


背景技术：

2.随着车联网技术的发展，为了便于人车之间的数据交互，特殊情况下的异常断电，需要启用备用电源供电，将车载设备断电前的情况，例如紧急救援、车辆被盗报警等信息，通过无线互联网形式告知用户。
3.目前，较为常用的是通过锂电池结合充放电系统实现不间断供电。但是，使用锂电池时，由于车载使用设备环境复杂，且锂电池对充电系统要求较高，对温度适用范围要求较为严格，在高温环境下充电电路如果出故障，也会造成锂电池损坏甚至爆炸造成安全问题。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够解决安全问题的车载备用电源装置、车载设备电源系统及车辆。
5.为了实现上述目的，一方面，本实用新型实施例提供了一种车载备用电源装置，包括：
6.储能电路，储能电路包括超级电容；
7.升压电路，与储能电路连接；升压电路包括升压芯片；
8.其中，升压芯片的输入端用于通过车载降压线连接车载主电源，升压芯片的输出端用于连接车载设备的电源供电端；超级电容的正极连接在车载降压线和升压芯片的输入端之间，超级电容的负极接地；
9.升压电路用于在车载主电源断电后，通过储能电路对车载设备供电。
10.在其中一个实施例中，
11.升压芯片的输入引脚、使能引脚均与超级电容的正极连接；
12.升压芯片的输出引脚用于连接车载设备内部电源的输入端；
13.升压芯片的接地引脚用于连接车载设备内部电源的接地端，且与超级电容的负极相连。
14.在其中一个实施例中，升压电路还包括分压网络；
15.分压网络包括第一电阻和第二电阻；第一电阻的第一端连接在升压芯片的输出引脚和车载设备内部电源的电压输入端之间，第一电阻的第二端分别连接升压芯片的反馈引脚、第二电阻的第一端；第二电阻的第二端接地。
16.在其中一个实施例中，升压电路还包括电感；
17.电感的第一端连接升压芯片的输出引脚，电感的第二端分别连接第一电阻的第一端、车载设备内部电源的电压输入端。
18.在其中一个实施例中，升压电路还包括第一电容；
19.第一电容的第一端连接在车载降压线和升压芯片的输入引脚之间，第一电容的第二端连接升压芯片的接地引脚。
20.在其中一个实施例中，升压电路还包括第二电容；
21.第二电容的第一端连接在升压芯片的输出引脚和车载设备内部电源的电压输入端之间，第二电容的第二端连接升压芯片的接地引脚。
22.在其中一个实施例中，超级电容为放电截止电压为1.3v的超级电容。
23.一种车载设备电源系统，包括车载设备，以及用于为车载设备供电的如上述的车载备用电源装置。
24.一种车辆，包括车载设备，以及如上述的车载设备电源系统；其中，车载设备为车联网设备。
25.在其中一个实施例中，车联网设备包括可联网的行车记录仪、智能车机、obd系统和/或流媒体后视镜。
26.上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
27.本技术通过储能电路，用于在车载主电源断电后为车载设备内部电源供电；其中，储能电路可以包括超级电容；本技术还包括与储能电路连接的升压电路，用于为车载设备提供稳定的供电；其中，升压芯片的输入端用于通过车载降压线连接车载主电源，升压芯片的输出端用于连接车载设备的电源供电端；超级电容的正极连接在车载降压线和升压芯片的输入端之间，使得超级电容能够在车载设备断电后，通过升压电路为车载设备提供稳定的供电，提高安全性；同时，基于本技术，可以保证车载设备的信息能够在断电后有充分的时间保证信息的发送和保存，避免由于供电不足，导致车载设备信息的丢失。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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技术的一些实施例，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。
29.图1为一个实施例中车载备用电源装置示意图；
30.图2为一个实施例中车载备用电源装置结构示意图；
31.图3为另一个实施例中车载备用电源装置结构示意图；
32.图4为一个实施例中车载设备电源系统的结构示意图。
具体实施方式
33.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
34.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技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术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，不是旨在于限制本技术。
35.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，
但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
36.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
37.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
38.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
39.车辆网系统可以包括三大部分：车载设备、云计算处理平台和数据分析平台，驾驶员在操作车辆运行过程中，产生的车辆数据不断回发到云计算处理平台，由云计算处理平台实现对数据的“过滤清洗”，数据分析平台对数据进行报表式处理。
40.而针对车载设备，例如车联网设备，传统使用锂电池作为备用电源，易存在安全问题，锂电池需要增加充电路，还要考虑电路的稳定性，否则会造成电池损坏甚至电池爆炸，出现安全问题。再者，锂电池也不适合在车在设备温度极端的环境下工作，低温工作下容量降低，高温条件下容易爆炸。
41.而传统使用超级电容，配合简单的二极管输出电路，并联在输入端，车载设备断电后，供电时间仅能维持三秒左右，此种备用电源结构持续供电时间短，而随着车联网技术的不断发展，车载设备需要上传的数据量较大，功耗时间长。如使用超级电容和简单二极管的电路结构，为了满足时间需求，需要较大容量的超级电容，或者多个超级电容，由于超级电容的体积较大，成本增加，而一般车载备用电源受限于体积限制，不能很好地解决面临的备用电源续航时间较短，导致车联网设备数据无法准确有效上传的问题。
42.本技术的超级电容能够在车载设备断电后，通过升压电路为车载设备提供稳定的供电，提高安全性；同时，基于本技术，可以保证车载设备的信息能够在断电后有充分的时间保证信息的发送和保存，避免由于供电不足，导致车载设备信息的丢失。
43.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
44.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种车载备用电源装置，可以包括：
45.储能电路102，储能电路102可以包括超级电容；
46.升压电路104，与储能电路102连接；升压电路104可以包括升压芯片；
47.其中，升压芯片的输入端用于通过车载降压线连接车载主电源，升压芯片的输出
端用于连接车载设备的电源供电端；超级电容的正极连接在车载降压线和升压芯片的输入端之间，超级电容的负极接地；
48.升压电路104用于在车载主电源断电后，通过储能电路102对车载设备供电。
49.具体而言，基于本技术，超级电容通过降压线连接车载主电源。车载主电源通过降压线与超级电容连接，在主电源正常时，为车载设备供电及为超级电容充电。其中，车载主电源可以包括电瓶提供的acc电源或常电等，主电源通过车载降压线进行降压处理，获得可适用于车载设备的电压。本技术中，超级电容连接在升压电路104的输入端，当某种原因，车载主电源断电后，可以由超级电容完成电源供给。
50.同时，车载设备可以是车联网设备，车辆网设备可以包括可联网的行车记录仪、智能车机、obd(on board diagnostics，车载自动诊断系统)系统和/或流媒体后视镜等。本技术为车载设备供电可以是直接为车载设备供电，也可以是为车载设备内部电源供电。
51.超级电容能够在车载设备断电后，通过升压电路为车载设备提供稳定的供电；而本技术中的超级电容可以是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量，通过极化电解质来储能的电化学元件，采用对称的电极设计，超级电容放电时，按照斜率曲线放电。超级电容放电时，电阻阻碍其快速放电，超级电容放电时长与其时间常数相关。
52.而本技术中的升压电路可以采用相应的升压芯片予以实现，即升压电路104可以包括升压芯片与外围器件；升压芯片的输入端用于通过车载降压线连接车载主电源，升压芯片的输出端用于连接车载设备的电源供电端。
53.在其中一个实施例中，以车载设备的电源供电端为车载设备内部电源的输入端为例，本技术中升压芯片的输入引脚、使能引脚均与超级电容的正极连接，升压芯片的输出引脚用于连接车载设备内部电源的输入端，而升压芯片的接地引脚用于连接车载设备内部电源的接地端，且与超级电容的负极相连。
54.进一步的，本技术中的升压电路还可以提供稳压的功能，例如采用相应的稳压电路予以实现。需要说明的是，稳压电路可以指在输入电网电压波动或负载发生改变时仍能保持输出电压基本不变的电源电路。稳压电路分类繁多，按输出电流的类型分为：直流稳压电路和交流稳压电路；按稳压电路与负载的连接方式分为：串联稳压电路和并联稳压电路；按调整管的工作状态分为：线性稳压电路和开关稳压电路；按电路类型分为：简单稳压电路、反馈型稳压电路和带有放大环节的稳压电路。
55.可以理解，上述升压电路还可以采用其他形式，而不限于上述实施例已经提到的形式，只要其能够达到完成安全可靠的供电功能即可。
56.在一些实施例中，本技术超级电容与升压电路的输入端连接，当车载主电源断电后，超级电容的输出电压可通过升压电路为车载设备提供稳定的工作电压输出。其中，工作电压可以为5v。
57.当车载设备由于某种原因断电后，由超级电容完成电源供给，直至超级电容的电压下降至其放电截止电压，则停止供电过程。
58.在其中一个实施例中，本技术升压电路支持在其输入电压范围内的电压输入，在输入电压范围内，超级电容的输出电压经升压电路稳定输出5v电压，当设备断电后，启动超级电容供电后，超级电容逐步放电，直至电压下降至小于升压电路支持的输入电压范围下限值时，其中，上述输入电压范围可以是1.3v
‑
5v。而传统储能供电需要为整个降压线供电，
降压线再将电压降为5v为给设备内部电源供电，传统方式由于降压线本身效率问题，在正常使用时效率较低，维持设备工作同样的时间需要更多的储能电容，进而存在电路复杂，元件数量众多，体积大，成本较高的问题。而相较于传统技术，本技术输入电压范围1.3v～5v，进而5v输出升压压降较小，电源高效率转换，效率可以达到95％以上，本技术需要储能电容的容量小，体积小。
59.本技术工作时，由车载降压线(例如，外部降压器)为设备提供输入电压，经过超级电容，超级电容可同时连接升压电路的输入端，升压电路的输入电压支持相应的电压范围，同时升压电路完成稳定的电压输出；由于本技术中超级电容是连接在升压电路的输入端，所以设备在正常工作时，超级电容的电压可以是5v的，当某种原因，设备断电后，由超级电容完成电源供给，全程直到超级电容电压降到1.3v以下设备才停止供电过程，超级电容的利用率非常高，几乎能将电容的能量释放。
60.以上，本技术安全性高、寿命长，电容充电、不需要额外的电路增加成本、充电电流大且放电电流大。较之传统使用超级简单并联到设备输入端的办法，本技术可以保证车载设备的信息能够在断电后有充分的时间保证信息的发送和保存，避免由于供电不足，导致车载设备信息的丢失。
61.在一个实施例中，如图2所示，提供了一种车载备用电源装置，包括储能电路和升压电路；
62.储能电路，用于在车载主电源断电后为车载设备内部电源供电；其中，储能电路包括超级电容；
63.升压电路，与储能电路连接，用于为车载设备提供稳定的供电；其中，升压电路可以包括升压芯片，升压芯片的输入引脚、使能引脚均与超级电容的正极连接，升压芯片的接地引脚分别与超级电容的负极、车载设备内部电源的接地端连接。
64.具体地，本技术可以为车载设备内部电源提供电力。升压芯片的使能引脚在超级电容的输出电压在升压芯片输入电压范围内时，则为有效状态，激活升压芯片工作，小于输入电压范围下限阈值时，关闭升压芯片工作。
65.进一步地，当使能引脚处于有效状态时，超级电容的输出电压通过升压芯片调整到预期电压，从而为车载设备供电。
66.如图2所示，升压芯片u1可以包括输入引脚vin、使能引脚en和接地引脚gnd；其中，输入引脚vin、使能引脚en均连接超级电容的正极，接地引脚gnd与超级电容c1的负极连接，以使得升压芯片能够对超级电容c1放电过程中的放电电压进行稳压输出。
67.在其中一个实施例中，升压电路还可以包括分压网络；
68.分压网络可以包括第一电阻和第二电阻；第一电阻的第一端连接在升压芯片的输出引脚和车载设备内部电源的电压输入端之间，第一电阻的第二端分别连接升压芯片的反馈引脚、第二电阻的第一端；第二电阻的第二端接地。
69.其中，升压芯片可以根据反馈引脚检测到的电压调整升压芯片的输出电压。
70.具体而言，如图3所示，升压电路还可以包括第一电阻r1和第二电阻r2，第一电阻的第一端连接升压芯片u1的电压输出引脚out，第一电阻r1的第二端分别连接升压芯片u1的反馈引脚fb及第二电阻r2的第一端，第一电阻r1与第二电阻r2构成电阻分压网络，反馈引脚fb检测输出电压，并根据检测结果对其进行调节。
71.进一步地，可根据升压电路支持的输入电压范围内设置第一电阻r1与第二电阻r2的相对大小。反馈引脚检测电压的大小，与输出电压、第一电阻和第二电阻相关。反馈引脚检测电压的表达式可以如下：
[0072][0073]
其中，v
fb
为反馈引脚检测电压，v
out
为升压芯片输出电压，r1为第一电阻，r2为第二电阻。
[0074]
在其中一个实施例中，升压电路还可以包括电感；
[0075]
电感的第一端连接升压芯片的输出引脚，电感的第二端分别连接第一电阻的第一端、车载设备内部电源的电压输入端。
[0076]
具体地，如图3所示，升压电路可以包括电感l1，电感l1第一端连接升压芯片u1的输出引脚out，电感l1的第二端分别连接第一电阻r1的第一端、车载设备内部电源的电压输入端，通过上述电路结构的设置，避免电流突变，实现稳定供电。
[0077]
在其中一个实施例中，升压电路还可以包括第一电容；
[0078]
第一电容的第一端连接在车载降压线和升压芯片的输入引脚之间，第一电容的第二端连接升压芯片的接地引脚。
[0079]
其中，第一电容可以对超级电容的输出电压进行旁路处理，遏止电压噪声。
[0080]
具体地，如图3所示，升压电路还可以包括第一电容c2，第一电容c2的第一端分别与升压芯片u1的输入引脚、升压芯片u1的使能引脚及超级电容c1的正极连接，第一电容c2的第二端分别与升压芯片u1的接地引脚及超级电容c1的负极连接，上述第一电容c2的设置可避免高噪声对电荷释放的造成的干扰。
[0081]
在其中一个实施例中，升压电路还可以包括第二电容；
[0082]
第二电容的第一端连接在升压芯片的输出引脚和车载设备内部电源的电压输入端之间，第二电容的第二端连接升压芯片的接地引脚。
[0083]
具体地，如图3所示，升压电路还可以包括第二电容c3，第二电容c3的第一端连接第一电阻r1的第一端，第二电容c3的第二端接地连接。可选地，第二电容c3可以是陶瓷电容，允许更高的电感纹波电流，同时不会明显增加输出纹波电压，避免较大的电压扰动。
[0084]
在其中一个实施例中，超级电容可以为放电截止电压为1.3v的超级电容。
[0085]
当车载设备由于某种原因断电后，由超级电容供电，直到超级电容电压降低至1.3v时，才停止供电，相对于传统的电压降低至4.5v以后就不能正常工作的电路而言，延长了备用电源供电时间，即使在车载设备断电后，仍能够将数据发送工作完成。例如，相对于传统超级电容并联到车载设备输入端的方案，本技术可将供电时间从3秒延长至20秒以上，超级电容的利用率大大提高。
[0086]
以上，本技术通过储能电路，用于在车载主电源断电后为车载设备内部电源供电；其中，储能电路可以包括超级电容；本技术还包括与储能电路连接的升压电路，用于为车载设备提供稳定的供电；其中，升压芯片的输入端用于通过车载降压线连接车载主电源，升压芯片的输出端用于连接车载设备的电源供电端；超级电容的正极连接在车载降压线和升压芯片的输入端之间，使得超级电容能够在车载设备断电后，通过升压电路为车载设备提供稳定的供电，提高安全性；同时，基于本技术，可以保证车载设备的信息能够在断电后有充
分的时间保证信息的发送和保存，避免由于供电不足，导致车载设备信息的丢失。
[0087]
在一个实施例中，如图4所示，本技术提供了一种车载设备电源系统，包括车载设备，以及为车载设备供电的上述车载备用电源装置。
[0088]
其中，车载设备可以包括内部电源，当主电源断电时，启动车载备用电源装置为车载设备内部电源供电，车载设备内部电源为车载设备的各用电组成部分供电。
[0089]
在一个实施例中，提供了一种车辆，包括车载设备，和上述车载设备电源系统，其中，车载设备可以为车联网设备。
[0090]
进一步的，车辆网设备可以包括可联网的行车记录仪、智能车机、obd系统和/或流媒体后视镜等。
[0091]
在一个示例中，当车载主电源的acc电源或常电断电时，车载设备需要及时将车联网设备记录的数据上传，车载设备电源系统为车联网设备供电，上述车载设备电源系统无需增加超级电容的个数，也不会挤占过多体积且车载设备电源系统的供电时间可维持在20秒以上，能够支持车联网设备将相关数据上传至云计算处理平台或其他存储器中。
[0092]
本领域技术人员可以理解，图1至图4中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的元器件和/或设备的限定，具体的结构可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0093]
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
[0094]
以上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个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。
[0095]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。