CN101938155A - 一种用于静止电动汽车蓄电池的自动充电装置 - Google Patents

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曾庆文
欧阳典乐
唐月峰
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Abstract

本发明涉及一种用于静止电动汽车蓄电池的自动充电装置，包括直流-直流转换器(DC-DC)，该直流-直流转换器(DC-DC)与汽车动力电池连接；充电控制电路，当该充电控制电路在汽车启动开关开启的情况下，直接接通直流-直流转换器(DC-DC)，使得直流-直流转换器(DC-DC)工作，利用汽车的动力电池为蓄电池充电，而当该充电控制电路在汽车启动开关关闭的情况下，自动检测蓄电池的电压，并在蓄电池电压过低(即亏电)的同时，触发直流-直流转换器(DC-DC)工作，并通过车载动力电池为蓄电池充电；以及汽车启动开关，其用于发动或熄灭汽车。

Description

一种用于静止电动汽车蓄电池的自动充电装置
技术领域
本发明涉及一种用于静止电动汽车蓄电池的自动充电装置。更具体的，本发明涉及采用电动汽车的动力电池(标称电压为380V)为蓄电池自动充电的系统，其能够自动检测蓄电池亏电并自动为其进行充电，从而防止电动汽车因长时间停放导致蓄电池亏电而无法正常启动的问题。
背景技术
汽车的出现已经有上百年的时间，然而经过多年的发展，汽车的动力仍然主要采用汽油或柴油(统称为燃油)为燃料，以燃油的燃烧释放的能量作为动力来驱动汽车行驶。然而，随着世界汽车保有量的持续上升，采用燃油的燃烧作为动力的汽车也带来了环境污染的问题。并且更重要的是，汽车燃料的快速消耗，导致燃油的价格持续上涨，用车成本快速提高。而且燃油的储量也在快速消耗，能源危机严重制约了汽车工业的发展。
在国家可持续发展战略和节能减排政策的鼓励下，以电能为动力的电动汽车的研究成为当今汽车工业的热点课题。电动汽车采用车载动力电池来为汽车提供动力。该车载动力电池一般采用铅酸/镍氢/镍铬电池，目前已还发展出容量更大的锂电池和铁电池。车载动力电池的电压为380V，其通过驱动电动机来将电能转化为动能，从而驱动汽车行驶。
无论是燃料动力汽车还是电动汽车，在车辆的结构中都设有蓄电池。该蓄电池为汽车的车载电手器件提供电力，例如汽车照明系统、车载音响系统、车载电脑控制系统等。而且，蓄电池还具有一个更重要的作用，即为汽车的点火系统提供电力，从而使得汽车发动机能够正常的启动。因此蓄电池能否正常、稳定的工作关系到汽车能否的正常使用。
现有的汽车中，不管是燃料动力汽车还是电动汽车，其蓄电池通常都是只有在汽车发动之后才能对蓄电池进行充电。因此，采用这种充电方式对蓄电池充电，将导致一系列的问题。比如说，汽车使用者由于出差或者其他缘由而长时间不使用汽车的情况下，蓄电池由于汽车的长时间停放而得不到电能的补充，蓄电池的电能将因为自然损耗而出现亏电现象。当使用者再次使用汽车时，由于蓄电池的亏电而将无法正常启动汽车。
发明内容
本发明针对现有的电动汽车因长时间停放导致的蓄电池由于亏电而无法正常启动的问题，提出了一种自动为蓄电池充电的充电装置，通过采用该充电装置，从而避免出现蓄电池出现亏电的问题。
本发明提出的用于静止电动汽车蓄电池的自动充电装置包括直流-直流转换器(DC-DC)，该直流-直流转换器(DC-DC)与汽车动力电池连接；充电控制电路，当该充电控制电路在汽车启动开关开启的情况下，直接接通直流-直流转换器(DC-DC)，使得直流-直流转换器(DC-DC)工作，利用汽车的动力电池为蓄电池充电，而当该充电控制电路在汽车启动开关关闭的情况下，自动检测蓄电池的电压，并在蓄电池电压过低(即亏电)的同时，触发直流-直流转换器(DC-DC)工作，并通过车载动力电池为蓄电池充电；以及汽车启动开关，其用于发动或熄灭汽车。
附图说明
图1为本发明用于静止电动汽车蓄电池的自动充电装置的原理框图；
图2为本发明用于静止电动汽车蓄电池的自动充电装置的控制电路原理图；
图3为控制电路的电压波形图；
图4为控制电路中采用的555定时器的功能图；
具体实施方式
下面通过实施例来对本发明用于静止电动汽车蓄电池的自动充电装置来进行介绍。
参照图1，电动汽车的动力电池1与直流-直流转换器(DC-DC)连接，该动力电池的输出电压为380V，直流-直流转换器(DC-DC)2能够将动力电池输出的380V直流电压转换为给蓄电池3充电的12V直流电压；电动汽车的启动开关4连接至控制电路5，当启动开关4设置为ON的状态，即拧动汽车钥匙至ON档时，控制电路5直接接通直流-直流转换器(DC-DC)，通过直流-直流转换器(DC-DC)将动力电池输出的380V直流电压转换为12V直流电压来为蓄电池充电，当电动汽车长时间停放，此时启动开关4处于关闭状态，控制电路5自动检测蓄电池的电压，如果蓄电池的电压低于设定值(10.5V)，控制电路5将触发直流-直流转换器(DC-DC)2工作，从而通过动力电池1为蓄电池3进行充电。
参照图2和图3，通过结合控制电路原理图和电路电压波形图来介绍蓄电池的自动充电过程。当电动汽车在使用的情况下，即车钥匙处于启动开关的ON档时，ON当信号直接接通直流-直流转换器(DC-DC)的触发信号，使得直流-直流转换器(DC-DC)工作，此时车载动力电池(380V Battery)通过直流-直流转换器(DC-DC)在输出12+和输出12-两个端子之间输出12V直流电压来为蓄电池(12V Battery)充电。
结合图4所示的555定时器的功能表，介绍控制电路5的控制过程。当电动汽车没有被使用而停放时，车钥匙处于启动开关的OFF档。控制电路检测蓄电池的电压，当蓄电池的电压为满电的12V时，即图3中的时刻t1到来之前，图2中Vcc的电压为5V，Vi的电压为2.4V，由于该Vi电压大于555定时器管脚2的电压(Vcc/3＝1.67V)，因此555定时器的输出管脚3输出低电平，即输出端OUT的电压Vo＝0，此时三极管Q1、开关K1和K2都处于不导通的截止状态，直流-直流转换器(DC-DC)2由于没有触发信号而不工作，因此动力电池1将无法通过直流-直流转换器(DC-DC)来为蓄电池3充电。另外，555定时器的管脚7也被置为低电平，因此电容C没有电压。
调节变阻器Rpot的阻值为3000欧姆，当蓄电池电压由于亏电而低于10.5V时，即处于图3中的t1时刻，Vi的电压为1.6V，即输入到555定时器的管脚2的电压小于Vcc/3(1.67V)，此时555定时器的管脚3和管脚7都被置为高电平，三极管Q1、开关K1和K2导通，触发信号将触发直流-直流转换器(DC-DC)2工作，此时动力电池1输出的380V电压经直流-直流变换器2后在蓄电池3的两端输入12V的电压，从而对蓄电池3进行充电。与此同时，由于555定时器的管脚7也为高电平，因此电容C将被充电。
当充电开始后，蓄电池3的电压很快升高，当在图3中的t2时刻时，蓄电池3的电压高于10.5V，此时图2中的电压Vi将大于Vcc/3(即1.67V)；但是由于蓄电池尚未充满，因此图2中的电容电压Vc还处在小于2Vcc/3(即3.3V)的范围，因此，555定时器的管脚2的电压大于Vcc/3，而管脚6的电压小于2Vcc/3。参照图4的功能图，555定时器进入暂稳态，即输出管脚3的输出电压Vo不变，其仍然处在高电平状态，动力电池1继续通过直流-直流转换器(DC-DC)对蓄电池3进行充电。
参见图3，经过一段时间的充电后，即到达t3时刻后，电容C被充电至电压Vc＝2Vcc/3时，555定时器的管脚6将触发，从而使得555定时器管脚3的输出电压Vo由高电平变为低电平，即0，此时充电结束。同时555定时器的管脚7也被置为低电平，电容C迅速放电，控制电路3停止输出触发信号，直流-直流转换器(DC-DC)停止工作，蓄电池进入满电状态。待到蓄电池下一次亏电时，重复上述充电步骤。
通过上文的描述，充电时间为从时刻t1到t3所需的时间，即电容电压Vc从0上升至2Vcc/3所需要的时间，充电时间由公式1给出：
T充＝RCln[(Vcc-Vc)/(Vcc-2Vcc/3)(公式1)
其中R为电容C端的总电容，即R3和R4之和，因此根据本发明上述实施例的充电时间即为：
T充＝(R3+R4)Cln[(Vcc-0)/(Vcc-2Vcc/3)＝2.1MΩ×2200μF×ln3＝1.4小时。
此外，本发明通过调节变阻器Rpot的阻值来设定启动自动充电时蓄电池对应的电压，在本发明的实施例中，变阻器Rpot的阻值设定为3000欧姆，在该电阻值下，启动自动充电的条件是亏电的蓄电池电压为10.5V。并且，在本发明中，蓄电池自动充电的控制电路还设有停止充电的紧急开关S1，一旦出现紧急状况，按下紧急开关S1，电容C的电压Vc将立刻被置为几乎等于Vcc的电压，即555定时器的管脚6的电压将立刻被置为几乎等于Vcc电压，从而马上触发555定时器的输出Vo由高电平变为0，从而停止充电。
以上所述仅仅只是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于静止电动汽车蓄电池的自动充电装置，包括：
电动汽车的动力电池，所述动力电池与直流-直流转换器(DC-DC)连接，所述直流-直流转换器(DC-DC)将动力电池输出的380V直流电压转换为12V直流电压；以及
电动汽车的启动开关，所述启动开关连接至控制电路，当启动开关设置为ON的状态，控制电路直接接通直流-直流转换器(DC-DC)，通过直流-直流转换器来为蓄电池充电，当启动开关处于关闭状态时，控制电路自动检测蓄电池的电压，如果蓄电池的亏电电压低于设定值，控制电路将触发直流-直流转换器(DC-DC)工作，从而通过动力电池为蓄电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的用于静止电动汽车蓄电池的自动充电装置，其中所述控制电路包括：
555定时器，所述555定时器用于触发所述直流-直流转换器(DC-DC)开启或关闭；
停止充电紧急开关，所述停止充电紧急开关接通时，所述555定时器被触发而在输出端输出低电平，所述低电平使得所述直流-直流转换器(DC-DC)获得触发信号，并使其停止工作。
3.根据权利要求2所述的用于静止电动汽车蓄电池的自动充电装置，其中所述控制电路还具有可变电阻器，所述电阻器的电阻值介于0至10k之间，通过调节所述电阻器的阻值可设置启动对所述蓄电池自动充电时所对应的所述蓄电池的亏电电压。
4.根据权利要求3所述的用于静止电动汽车蓄电池的自动充电装置，其中所述设置的蓄电池的亏电电压为10.5V，其中所述蓄电池由亏电的约10.5V电压充至满电的12V电压所需的时间为约1.4小时。
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