CN102288917A

CN102288917A - 智能汽车的蓄电池检测器及车载网络系统

Info

Publication number: CN102288917A
Application number: CN2011101177077A
Authority: CN
Inventors: 陈娟; 张剑
Original assignee: BEIJING QIMING JINGHUA NEW TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: BEIJING QIMING JINGHUA NEW TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2031-05-09
Also published as: CN102288917B

Abstract

本发明公开了智能汽车的蓄电池检测器及车载网络系统，其中智能汽车的蓄电池检测器包括输入接线端、电流传感器、温度传感器、充放电电流检测电路、电压检测电路、温度检测电路、微处理器和总线通讯模块；输入接线端分成两路，一路与电流传感器相接，电流传感器连接充放电电流检测电路；另一路连接电压检测电路；温度温度传感器连接温度检测电路；充放电电流检测电路、电压检测电路和温度检测电路均与微处理器连接，微处理器还与总线通讯模块连接。本发明的智能汽车的蓄电池检测器，对蓄电池的亏电状态，充电状态健康情况等实现监测，能连入车载网络系统对蓄电池的亏电状态进行保护，延长电池的使用寿命。

Description

智能汽车的蓄电池检测器及车载网络系统

技术领域

本发明涉及汽车电子控制技术领域，特别涉及用于汽车智能电源系统的智能汽车的蓄电池检测器及车载网络系统。

背景技术

蓄电池对于汽车来说，尽管在成本上所占的比重不高，但它对整部汽车却起着举足轻重的作用。作为汽车上的电源，在发电机不运行时，向用电设备供电。汽车整车电能来自于发电机和铅酸电池，在行车状态时，发电机往铅酸电池充电，在驻车时，电能完全来自铅酸电池。

蓄电池充电状态(SOC)代表电池剩余电量，是电池使用过程中的重要参数之一，对SOC的监控可以优化使用电池的能力，并为电池维护和保养提供指导。蓄电池SOC估计方法比较成熟，有放电实验法、安时计量法，开路电压法、线性模型法、神经网络法、卡尔曼滤波法等，但无论使用哪种方法，都必须测量蓄电池的充放电电流和蓄电池的端电压。

专利号为200820154378的发明专利，通过汽车蓄电池电压监测比较电路以及放电模式识别电路来检测蓄电池过度放电情况，这也是市面上蓄电池检测产品的主要设计思路。这种蓄电池检测器不能全面表征检测的蓄电池的特性，不能给蓄电池提供完善的保护，并且不能够灵活应用在车载智能系统上。事实上蓄电池状态检测和保护需要更多监测信息，以达到对蓄电池状态实现检测并提供保护。例如蓄电池的温度信号等可以为蓄电池的检测提供更准确的信息。目前市场上的应用总线技术的智能汽车，蓄电池检测器通过与这种汽车的车载网络连接可以实现对蓄电池的状态进行智能化管理。但现有的蓄电池检测器不能加入这种智能汽车的车载网络系统。

有鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本发明人积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的智能汽车的蓄电池检测器，使其更具有实用性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种智能汽车的蓄电池检测器，对蓄电池的亏电状态、充电状态健康情况等实现监测，并能连接车载网络系统对蓄电池的亏电状态进行保护，延长电池的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

智能汽车的蓄电池检测器，其特征在于，包括输入接线端、电流传感器、温度传感器、充放电电流检测电路、电压检测电路、温度检测电路、微处理器和总线通讯模块；其中，

输入接线端分成两路，一路与电流传感器相接，电流传感器连接充放电电流检测电路；另一路连接电压检测电路；

温度温度传感器连接温度检测电路；

充放电电流检测电路、电压检测电路和温度检测电路均与微处理器连接，微处理器还与总线通讯模块连接。

进一步，所述蓄电池检测器分成控制器外电路和控制器电路两部分，其中控制器外电路与控制器电路通过内部接口连接，所述控制器外电路包括输入接线端、电流传感器和温度传感器，所述控制器电路由充放电电流检测电路、电压检测电路、温度检测电路、微处理器、总线通讯模块和内部接口组成。

进一步，所述电流传感器为双向霍尔电流传感器。

进一步，所述充放电电流检测电路包括信号分压电路、RC滤波电路、减法运算电路和端口保护电路，其中信号分压电路包括第一路信号分压电路和第二路信号分压电路，第一路信号分压电路连接RC滤波电路，RC滤波电路连接减法运算电路的正相输入端，第二路信号分压电路连接减法运算电路的反相输入端，减法运算电路的输出端连接端口保护电路，端口保护电路连接微处理器。

进一步，所述电压检测电路包括依次连接的分压电路、RC滤波电路、跟随电路和端口保护电路。

进一步，所述温度检测电路包括电压基准电路、RC滤波电路、跟随电路和两路端口保护电路，其中电压基准电路和其中一路保护电路连接；RC滤波电路与跟随电路以及另一路保护电路顺次连接。

进一步，所述微处理器为带LIN功能的78F9234单片机。

进一步，所述总线通讯模块选用LIN收发器芯片MC33399。

本发明了的另一目的为提供一种智能汽车的车载网络系统，该系统能对蓄电池的亏电状态、充电状态健康情况等实现监测，从而对蓄电池的亏电状态进行保护，延长电池的使用寿命。

实现上述目的的技术方案如下：

智能汽车的车载网络系统，包括车载电脑和通讯总线，还包括上述任一种智能汽车的蓄电池检测器，其中总线通讯模块与通讯总线连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的智能汽车的蓄电池检测器综合蓄电池多种状态信息，用于应用总线技术汽车的蓄电池检测控制，对蓄电池的亏电状态，充电状态健康情况等各种情况实现监测，配合车载网络系统，对蓄电池的亏电状态进行保护，延长电池的使用寿命。

2、本发明的智能汽车的蓄电池检测器可对车用蓄电池的状态进行监测，包括蓄电池电压、电流、以及工作环境温度信息，同时对蓄电池的剩余电量进行估计，实现对电池低电量的报警和相应的保护措施，防止蓄电池过度放电。

3、本发明的智能汽车的蓄电池检测器除了检测到多种标志蓄电池工作状态的物理参量，还能利用总线汽车的车载网络系统实现蓄电池状态的在线分析。本发明的智能汽车的蓄电池检测器接入汽车智能控制系统十分简单，检测和控制动作通过总线传输完成，开发过程与硬件完全分开，有利于产品化、推广化。

4、本发明的智能汽车的蓄电池检测器可以应用CAN协议、LIN协议等各种车载网络协议来实现其通讯功能。

附图说明

图1为本发明的智能汽车的蓄电池检测器的原理框图；

图2为本发明的智能汽车的蓄电池检测器的充放电电流检测电路的原理图；

图3为本发明的智能汽车的蓄电池检测器的电压检测电路的原理图；

图4为本发明的智能汽车的蓄电池检测器的温度检测电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

图1为本发明的智能汽车的蓄电池检测器的原理框图。如图1所示，一种智能汽车的蓄电池检测器，由控制器外电路I和控制器电路II两部分组成，该控制器外电路I与控制器电路II通过内部接口连接，内部接口可以与控制器电路II设计为一体。将本发明的智能汽车的蓄电池检测器分为两部分便于将其接入汽车的车载网络，从而实现对蓄电的保护和控制。内部接口的设置便于两部分之间的连接。使本发明的智能汽车的蓄电池检测器使用起来更加灵活。控制器外电路I包括输入接线端A、电流传感器和温度传感器组成，其中输入接线端A用于连接蓄电池的正极，输入接线端A分成两路，一路与电流传感器相接，电流传感器连至内部接口。另一路作为电压检测电路的输入直接连至内部接口。温度传感器用于感应蓄电池的发热区域B的温度，并产生表征温度高低的电流信号。温度传感器与内部接口相连。控制器电路II由充放电电流检测电路、电压检测电路、温度检测电路、微处理器、总线通讯模块和内部接口组成，充放电电流检测电路、温度检测电路和电压检测电路的输出分别连接到微处理器；充放电电流检测电路、温度检测电路和电压检测电路的输入均与内部接口相连。电流传感器输出电压信号经内部接口传输至充放电电流检测电路进行处理；蓄电池正极输出的电压信号经输入接线端A连接至内部接口，再传输给电压检测电路进行处理；蓄电池周围的温度信息经温度传感器和内部接口后输入至温度检测电路进行处理。充放电电流检测电路的输出信号、电压检测电路的输出信号以及温度检测电路输出的信号输送至微处理器，微处理器分别进行AD采样后将结果按照传输协议进行转化，通过总线通讯模块发送至汽车智能控制系统总线，由汽车智能控制系统对蓄电池状态进行在线分析。

作为上述实施例的另外一种选择，区别仅在于温度传感器设置于控制器电路II部分，温度传感器直接与温度检测电路连接或作为温度检测电路的一部分。

作为本发明实施例的一种优选，电流传感器选用霍尔电流传感器。当然也可以选择其它形式的电流传感器。

作为本发明实施的一个优选，图2为本发明的智能汽车的蓄电池检测器的充放电电流检测电路的原理图。如图2所示，充放电电流检测电路包括如下部分：信号分压电路、RC滤波电路、减法运算电路和端口保护电路。电流传感器为双向霍尔电流传感器Hi(i＝1，2)，输出不同方向的两种电流信号，记为s_ci(i＝1，2)，上述电流信号s_ci通过电阻R1和电阻R2组成的第一路信号分压电路分压后，再由电阻R5和电容C组成的RC滤波电路滤波后得到电压信号u_c输入构成减法运算电路的运算放大器U₁的正相输入端；R3和R4构成的第二路信号分压电路对外部电源模块提供的-12V电压e_k进行分压后获得电压信号u₀输入运算放大器U₁的反相输入端；运算放大器U₁由蓄电池正极提供的+12V电压e_s和外部电源模块提供的-12V电压e_k供电，输出信号经过电阻R6和稳压二极管Dz构成的端口保护电路保护后以信号s_i输出至微处理器的AD端口。作为优选，运算放大器U₁选用芯片LM258，稳压二极管D_Z选用5.1V齐纳二极管。

作为本发明实施例的一个优选，图3为本发明的智能汽车的蓄电池检测器的电压检测电路的原理图。如图3所示，电压检测电路的作用是监测蓄电池电压，将电压值上传总线，汽车智能控制系统将做出相应的处理。电压检测电路包括分压电路、RC滤波电路、跟随电路和端口保护电路。电阻R7和电阻R8构成分压电路，分压电路将蓄电池电压信号S_B转换成微处理器可以读取的范围，输送至电阻R9和电容C₀组成RC滤波电路，之后经过运算放大器U₂单独构成跟随电路，运算放大器U₂由蓄电池正极的+12V电压e_s供电。再经过电阻R10和稳压二极管D₀构成的端口保护电路后送至微处理器，端口保护电路对微处理器的端口进行过流和过压保护。蓄电池电压信号S_B经过分压、滤波、跟随和端口保护四个环节的处理之后，输出微处理器可读的模拟信号s₃，与微处理器的AD₃端口连接。

本发明的优选实施例中，跟随电路中的运算放大器U₂选用芯片LM258实现其功能。端口保护电路中的稳压二极管D₀选用5.1V齐纳二极管实现其功能。

作为本发明实施例的一个优选，图4为本发明的智能汽车的蓄电池检测器的温度检测电路的原理图。如图4所示，温度检测电路的作用是监测蓄电池工作温度，将温度值上传总线，汽车智能控制系统将做出相应的处理。温度检测电路包括电压基准电路、RC滤波电路、跟随电路和端口保护电路。温度传感器产生表征温度大小的电流信号s_T，电阻R11和电容C₁组成的RC滤波电路对电流信号s_T进行RC滤波，滤波后的信号输送至由运算放大器U₃构成的跟随电路进行跟随处理，其中U₃由蓄电池正极提供的+12V电压e_s供电，随后经由电阻R12和稳压二极管D_Z1组成的端口保护电路的端口保护后产生的信号送入微处理器。采用两个串联的二极管D₁、D₂构成的电压基准电路使得e_t电压高于e_g(搭铁)电压约0.6V，即0.6V的电压值送入微处理器作为电压基准，小于0.6V的电压值经过处理后都被视为负温度值，该电压基准可以根据不同的系统在实际应用中进行硬件校准。输出信号s₄＝s_T，s₅＝e_t，进入微处理器的AD端口进行采样，将采样所得的数据进行减法运算和转换，即可得到温度状态数据。

作为本发明实施例的一个优选，温度传感器选择LM35A实现其功能，构成跟随电路的运算放大器U₃选用芯片LM258实现其功能，稳压二极管D_Z1、D_Z2选用5.1V齐纳二极管实现其功能。

作为本发明实施例的一个优选，本发明的智能汽车的蓄电池检测器的微处理器采用一种带总线收发功能的单片机系统对充放电电流检测电路的输出信号s_i、电瓶电压输入信号s₃和蓄电池温度输入信号s₄、s₅分别进行AD采样，并对蓄电池剩余电量进行估计。将将蓄电池的工作状态参数及剩余电量等检测结果按照传输协议进行转化，通过总线通讯模块发送。从而实现对电池低电量的报警和相应的保护措施，防止蓄电池过度放电。本发明的一个实施例中，微处理器选用带LIN功能的78F9234实现其功能。

作为本发明实施例的一个优选，本发明的智能汽车的蓄电池检测器的总线通讯模块应用相应总线通讯协议的收发器芯片实现微处理器与通讯总线之间的通讯。本发明的一个实施例中，总线通讯模块选用LIN收发器芯片MC33399实现其功能。

智能汽车的车载网络系统，包括车载电脑和通讯总线，还包括上述任一种智能汽车的蓄电池检测器，其中总线通讯模块与通讯总线连接。通过将上述的智能汽车的蓄电池检测器连接入智能汽车的车载网络系统，通过智能汽车的蓄电池检测器检测到多种标志蓄电池工作状态的物理参量，利用智能汽车的车载网络系统实现蓄电池状态的在线分析，对蓄电池的剩余电量进行估计，实现对电池低电量的报警和相应的保护措施，防止蓄电池过度放电。

本发明的智能汽车的蓄电池检测器通过充放电电流检测电路、电压检测电路以及温度检测电路对蓄电池的工作电流、工作电压、工作温度进行实时采集检测，并对剩余电量估算，并将蓄电池的工作状态参数及剩余电量通过总线发送到车载网络系统中，实现对电池低电量的报警和相应的保护措施，防止蓄电池过度放电。例如：将参数及剩余电量发送到车载电脑、仪表板等进行相应的处理或显示。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims

1.智能汽车的蓄电池检测器，其特征在于，包括输入接线端、电流传感器、温度传感器、充放电电流检测电路、电压检测电路、温度检测电路、微处理器和总线通讯模块；其中，

温度温度传感器连接温度检测电路；

2.根据权利要求1所述的智能汽车的蓄电池检测器，其特征在于，所述蓄电池检测器分成控制器外电路和控制器电路两部分，其中控制器外电路与控制器电路通过内部接口连接，所述控制器外电路包括输入接线端、电流传感器和温度传感器，所述控制器电路由充放电电流检测电路、电压检测电路、温度检测电路、微处理器、总线通讯模块和内部接口组成。

3.根据权利要求1所述的智能汽车的蓄电池检测器，其特征在于，所述电流传感器为双向霍尔电流传感器。

4.根据权利要求1所述的智能汽车的蓄电池检测器，其特征在于，所述充放电电流检测电路包括信号分压电路、RC滤波电路、减法运算电路和端口保护电路，其中信号分压电路包括第一路信号分压电路和第二路信号分压电路，第一路信号分压电路连接RC滤波电路，RC滤波电路连接减法运算电路的正相输入端，第二路信号分压电路连接减法运算电路的反相输入端，减法运算电路的输出端连接端口保护电路，端口保护电路连接微处理器。

5.根据权利要求1所述的智能汽车的蓄电池检测器，其特征在于，所述电压检测电路包括依次连接的分压电路、RC滤波电路、跟随电路和端口保护电路。

6.根据权利要求1所述的智能汽车的蓄电池检测器，其特征在于，所述温度检测电路包括电压基准电路、RC滤波电路、跟随电路和两路端口保护电路，其中电压基准电路和其中一路端口保护电路连接；RC滤波电路与跟随电路以及另一路端口保护电路顺次连接。

7.根据权利要求1所述的智能汽车的蓄电池检测器，其特征在于，所述微处理器为带LIN功能的78F9234单片机。

8.根据权利要求1所述的智能汽车的蓄电池检测器，其特征在于，所述总线通讯模块选用LIN收发器芯片MC33399。

9.智能汽车的车载网络系统，包括车载电脑和通讯总线，其特征在于，还包括权利要求1至8任一所述的智能汽车的蓄电池检测器，其中总线通讯模块与通讯总线连接。