CN102801195B - 车辆蓄电池保护装置及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种车辆蓄电池保护装置，包括充电保护单元，与蓄电池连接，在所述蓄电池的充电过程中，若所述蓄电池的电压大于等于预定电压阈值，则消耗所述蓄电池的电量，以降低所述蓄电池的电压，防止所述蓄电池过充。本发明还提供了一种车辆。通过本发明的技术方案，可以使蓄电池组内的多个蓄电池电压均衡，不因过充电而损坏；同时可以实现蓄电池组的欠压保护，欠压后可以方便地重新启动。
Description
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，具体而言，涉及一种车辆蓄电池保护装置和一种车辆。
背景技术
工程车辆用启动蓄电池大多使用环境恶劣，很容易使蓄电池老化，目前柴油发电机组用蓄电池启动装置大都存在使用寿命短、运行成本高、可靠性差的缺点。其中的原因之一是因为在车辆运行过程中，蓄电池组一直处于充电状态，由于蓄电池组中的多块蓄电池（通常是两块）的容量通常不一致，从而导致在充电过程中多块蓄电池的电压不均衡，容量小的蓄电池会过充，而容量大的蓄电池会充不满。
因此，需要一种蓄电池保护装置，可以使蓄电池组内的多个蓄电池电压均衡，不因过充电而损坏。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种车辆蓄电池保护装置，可以使蓄电池组内的多个蓄电池电压均衡，不因过充电而损坏。
有鉴于此，本发明提出了一种车辆蓄电池保护装置，包括：充电保护单元，与蓄电池连接，在所述蓄电池的充电过程中，若所述蓄电池的电压大于等于预定电压阈值，则消耗所述蓄电池的电量，以降低所述蓄电池的电压，防止所述蓄电池过充。
蓄电池在充电过程中电压一直升高，在车辆运行过程中蓄电池组始终处于充电状态，当达到满荷电压后继续充电就会给蓄电池造成损坏。在该技术方案中，当蓄电池的电压达到预定电压阈值时对蓄电池进行放电，消耗掉多余的电量，从而避免蓄电池因为过充而损坏。预定电压阈值通常与蓄电池的满荷电压近似相等，或略高于蓄电池的满荷电压。
优选地，所述充电保护单元为均衡电路，具体包括：稳压二极管、第一三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻，其中，所述稳压二极管的正极连接至蓄电池的正极，所述稳压二极管的负极依次经过所述第一电阻、所述第二电阻连接至所述蓄电池的负极，所述第一三极管的集电极经过所述第三电阻连接至所述蓄电池的正极，所述第一三极管的基极连接至所述第一电阻和所述第二电阻之间的导线上，所述第一三极管的发射极连接至所述蓄电池的负极。
在该技术方案中，稳压二极管的击穿电压与预定电压阈值相等。当蓄电池的电压达到预定电压阈值时，稳压二极管就会击穿，从而使第一三极管导通，第一三极管导通后就可以和第三电阻一起消耗蓄电池的电量，实现对蓄电池的保护。
优选地，每个所述蓄电池连接有一个所述充电保护单元。由于车辆的蓄电池组通常包括两块以上的蓄电池，因此需要给每个蓄电池连接一个充电保护单元，分别进行保护。
优选地，还包括辅助启动单元，连接至所述蓄电池，用于在车辆启动时，为所述车辆提供启动电流。车辆启动时需要瞬间很大的启动电流，而蓄电池瞬间放电电流过大会对蓄电池造成损坏。因此采用启动单元辅助提供启动电流，可以减少蓄电池的瞬间放电，对蓄电池起到保护作用。
优选地，所述辅助启动单元包括第一电容，所述第一电容的一端连接至蓄电池组的正极，所述第一电容的另一端连接至所述蓄电池组的负极，所述蓄电池组由多个所述蓄电池组成。在该技术方案中，与蓄电池组并联的第一电容在车辆启动时与蓄电池同时放电，提供启动电流。
优选地，所述第一电容包括一个超级电容，或者是多个超级电容组成的电容。超级电容单体具有较大的电容值，是实现该技术方案的优选方案。
优选地，还包括欠压保护单元，在所述蓄电池组提供的电压值低于预设电压值时，切断所述蓄电池组与负载之间的供电电路。很多车载系统需要蓄电池供电，例如GPS系统和遥控系统，在车辆不运行的时候也在消耗蓄电池的电量。这样，在车辆长时间不使用时蓄电池就会过度放电，导致车辆不能正常启动。该技术方案通过在蓄电池的电压低于预设电压值时切断蓄电池的供电电路，防止蓄电池过度放电。
优选地，所述欠压保护单元具体包括：比较器，所述比较器的电压取样反相输入端连接至第五电阻、第六电阻组成的所述蓄电池组的分压电路，所述第五电阻的一端连接至所述蓄电池组的正极，所述第五电阻的另一端连接至所述第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端接地。所述比较器的电压取样同相输入端连接至提供基准电压的电路，所述比较器将所述蓄电池组的分压电压和所述基准电压进行比较，在所述蓄电池组的分压电压高于所述基准电压时输出低电平给第二三极管，在所述蓄电池组的分压电压低于所述基准电压时输出高电平给所述第二三极管；所述第二三极管，所述第二三极管的集电极连接至继电器，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的基极通过第四电阻连接至所述比较器的输出端，在所述第二三极管接收到来自所述比较器的高电平时，所述第二三极管被导通；所述继电器，连接至所述第二三极管的集电极和所述蓄电池组的供电电路，在所述第二三极管被导通时，启动所述继电器，以切断所述供电电路。
在该技术方案中，通过比较器比较蓄电池的分压电压值和基准电压值，基准电压值为预设电压值。这样通过比较器控制第二三极管的导通与截止，第二三极管导通时继电器切断供电电路；第二三极管截止时，继电器连通供电电路。由此可以防止蓄电池过度放电。
优选地，所述欠压保护单元还包括欠压后启动单元，所述欠压后启动单元设置在所述比较器的电压取样反相输入端，用于在所述供电电路处于切断状态时，连通所述蓄电池组与所述负载之间的供电电路。在供电电路处于切断状态时，蓄电池还有一定电量，还可以启动供电电路来启动车辆。车辆启动后，就会给蓄电池充电，从而不必担心蓄电池因过度放电造成损坏。
优选地，所述欠压后启动单元包括第七电阻、开关和第二电容（C2），其中，所述第七电阻与所述开关串联后与所述第五电阻并联，所述第二电容并联在所述第六电阻的两端，所述比较器的电压取样反相输入端连接至所述第五电阻与所述第六电阻之间的导线。
在该技术方案中，开关连通后第五电阻与第七电阻并联，总阻值减小，从而提高第六电阻上的分压，这样可以给比较器的负极提供一个比较高的电压输入，使比较器输出低电平，从而使继电器将供电电路连通。第二电容C2的设置使按下开关S1时可以减少外部的干扰。
优选地，所述第五电阻为可调电阻。此处可通过调节第五电阻R3的阻值调节蓄电池的欠压点。
本发明还提出一种车辆，包括上述任一技术方案中所述的车辆蓄电池保护装置。
通过上述技术方案，可以使蓄电池组内的多个蓄电池电压均衡，不因过充电而损坏；同时可以实现蓄电池组的欠压保护，欠压后可以方便地重新启动。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的车辆蓄电池保护装置的原理图。
图1中的部件名称与附图标记之间的对应关系为：
1第一充电保护单元；2第二充电保护单元；3欠压保护单元；4欠压后启动单元；5辅助启动单元；R1~R13电阻；Z1~Z3稳压二极管；N1~N3三极管；B1~B2蓄电池；S1开关；ICA比较器；Y1继电器；C1~C3电容。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围不受下面公开的具体实施例的限制。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1示出了根据本发明的实施例的车辆蓄电池保护装置的原理图。
如图1所示，根据本发明的实施例的车辆蓄电池保护装置，包括：第一充电保护单元1，与蓄电池B1连接，在蓄电池B1的充电过程中，若蓄电池B1的电压大于等于预定电压阈值，则消耗蓄电池B1的电量，以降低蓄电池B1的电压，防止蓄电池B1过充。
蓄电池B1在充电过程中电压逐渐升高，在车辆运行过程中蓄电池组始终处于充电状态，若达到满荷电压后继续充电，就会给蓄电池B1造成损坏。在该技术方案中，当蓄电池B1的电压达到预定电压阈值时对蓄电池B1进行放电，消耗掉多余的电量，从而避免蓄电池B1因为过充而损坏。预定电压阈值通常与蓄电池B1的满荷电压近似相等，或略高于蓄电池B1的满荷电压。
优选地，第一充电保护单元1为均衡电路。在该实施例中第一充电保护单元1包括：稳压二极管Z1、第一三极管N1、第一电阻R5、第二电阻R6、第三电阻R7，其中，稳压二极管Z1的正极连接至蓄电池B1的正极，稳压二极管Z1的负极依次经过第一电阻R5、第二电阻R6连接至蓄电池B 1的负极，第一三极管N1的集电极经过第三电阻R7连接至蓄电池B1的正极，第一三极管N1的基极连接至第一电阻R5和第二电阻R6之间的导线上，第一三极管N1的发射极连接至蓄电池B1的负极。
在没有均衡电路的情况下，如果蓄电池B1和蓄电池B2的容量不一致（容量一致的蓄电池很少存在），则在充电过程中容量小的蓄电池一般先充满（即电压先达到满荷电压），而容量大的蓄电池还没有充满（电压未达到满荷电压），如果继续充电，则容量小的蓄电池会由于过充电而损坏，进一步加剧容量小的蓄电池容量减小。而在放电过程中，容量小的蓄电池必然先把电放完，如果继续放电，则容量小的蓄电池会由于过度放电而损坏电池。这两种情况都会加剧容量小的蓄电池损坏速度。而均衡电路可以避免蓄电池在充电过程中因过充而损坏蓄电池。
在该技术方案中，稳压二极管Z1的击穿电压与预定电压阈值相等。当蓄电池B1的电压达到预定电压阈值时，稳压二极管Z1就会击穿，从而使第一三极管N1导通，第一三极管N1导通后就可以和第三电阻R7一起消耗蓄电池B1的电量，实现对蓄电池B1的保护。在该实施例中，蓄电池组包括两块蓄电池：蓄电池B1和蓄电池B2。优选地，蓄电池B2连接有第二充电保护单元2。第一充电保护单元1和第二充电保护单元2分别对蓄电池B1和蓄电池B2进行保护。优选地，第二充电保护单元2具有与第一充电保护单元1相同的电子元件和连接方式，如图1所示，由稳压二极管Z2、电阻R8、电阻R9、电阻R10和三极管N2组成。
优选地，还包括辅助启动单元5，连接至由蓄电池B1和蓄电池B2组成的蓄电池组，用于在车辆启动时，为车辆提供启动电流。车辆启动时需要瞬间很大的启动电流，而蓄电池瞬间放电电流过大会对蓄电池造成损坏。因此采用启动单元5辅助提供启动电流，可以减少蓄电池B1和蓄电池B2的瞬间放电，对蓄电池B1和蓄电池B2起到保护作用。
优选地，辅助启动单元5包括第一电容C1，第一电容C1的一端连接至蓄电池B1和蓄电池B2组成的蓄电池组的正极，第一电容C1的另一端连接至蓄电池B1和蓄电池B2组成的蓄电池组的负极。在该技术方案中，与蓄电池组并联的第一电容在车辆启动时与蓄电池B1和蓄电池B2组成的蓄电池组同时放电，提供启动电流。
在该实施例中，第一电容C1为一个超级电容。超级电容单体具有较大的电容值，可以简化电路。当然，第一电容C1也可以是由多个超级电容并联或串联而成。
优选地，还可以包括欠压保护单元3，在蓄电池B1和蓄电池B2组成的蓄电池组提供的电压值低于预设电压值时，切断蓄电池组与负载之间的供电电路。很多车载系统需要蓄电池组供电，例如GPS系统和遥控系统，在车辆不运行的时候也在消耗蓄电池的电量。这样，在车辆长时间不使用时蓄电池就会过度放电，导致车辆不能正常启动。该技术方案通过在蓄电池B1和蓄电池B2组成的蓄电池组的电压低于预设电压值时切断蓄电池组的供电电路，防止蓄电池B1和蓄电池B2过度放电。
优选地，欠压保护单元3具体包括：比较器ICA，比较器ICA的电压取样反相输入端连接至第五电阻R3、第六电阻R4组成的蓄电池组的分压电路，第五电阻R3的一端连接至蓄电池组的正极，第五电阻R3的另一端连接至第六电阻R4的一端，第六电阻R4的另一端接地，比较器ICA的电压取样同相输入端连接至提供基准电压的电路，比较器ICA将蓄电池组的分压电压和基准电压进行比较，在蓄电池组的分压电压高于基准电压时输出低电平给第二三极管N3，在蓄电池组的分压电压低于基准电压时输出高电平给第二三极管N3；第二三极管N3的集电极连接至继电器Y1，发射极接地，基极通过第四电阻R13连接至比较器ICA的输出端，在第二三极管N3接收到来自比较器ICA的高电平时导通；继电器Y1，连接至第二三极管N3的集电极和蓄电池组的供电电路，在第二三极管N3导通时，启动继电器Y1，继电器Y1由A切到B，以切断供电电路。图1中继电器Y1连接A端为连通供电电路，连接B端为断开供电电路。该实施例中的基准电压电路中包括：电阻R11、电阻R12、稳压二极管Z3、电容C3，具有如图1所示的连接方式。
在该技术方案中，通过比较器ICA比较蓄电池组的分压电压值和基准电压值，基准电压值为预设电压值。这样通过比较器ICA控制第二三极管N3的导通与截止，第二三极管N3导通时继电器Y1切断供电电路；第二三极管N3截止时，继电器Y1连通供电电路。由此可以防止蓄电池过度放电。
优选地，欠压保护单元3还包括欠压后启动单元4，欠压后启动单元4设置在比较器ICA的电压取样反相输入端，用于在供电电路处于切断状态时，连通蓄电池组与负载之间的供电电路。在供电电路处于切断状态时，蓄电组中的蓄电池B1和蓄电池B2还有一定电量，还可以启动供电电路来启动车辆。车辆启动后，就会给蓄电池B1和蓄电池B2充电，从而不必担心蓄电池B1和蓄电池B2因过度放电造成损坏。
优选地，欠压后启动单元4包括第七电阻R2、开关S1和第二电容C2，其中，第七电阻R2与开关S1串联后与第五电阻R3并联，第二电容C2并联在第六电阻R4的两端，比较器ICA的电压取样反相输入端连接至第五电阻R3与第六电阻R4之间的导线。
在该技术方案中，开关S1连通后第五电阻R3与第七电阻R2并联，总阻值减小，从而提高第六电阻R4上的分压，这样可以给比较器ICA的电压取样反相输入端提供一个比较高的电压输入，使比较器ICA输出低电平，从而使继电器Y1将供电电路连通。第二电容C2的设置使按下开关S1时可以减少外部的干扰。
优选地，第五电阻R3为可调电阻。此处可通过调节第五电阻R3的阻值调节蓄电池组的欠压点。
需说明的是，比较器ICA通过检测蓄电池的分压电压和基准电压，来判断蓄电池是否处于欠压状态，如果蓄电池过度放电，则比较器ICA输出高电平，则触发三极管N3导通，继电器Y1断开蓄电池给车辆的供电，从而保护蓄电池。在车辆运行过程中，因车辆处于充电状态，此部分电路不起作用；只是在车辆长时间不用的情况下，此部分电路实时检测蓄电池的电压来判断是否达到欠压状态，达到保护电池的作用。蓄电池欠压后，控制电路消耗蓄电池电量。在一般的工程车辆中，控制电路消耗电流按15mA计算，蓄电池欠压后的容量按50Ah计算，则蓄电池还可以维持（50/15）×1000/24=138天。因此，若提高蓄电池的欠压点，则蓄电池维持启动时间还会延长。同样是以一般的工程车辆为例，如果蓄电池欠压后还要启动车辆，只需要按下S1开关1分钟后就可再次启动车辆。综上，根据本发明的汽车蓄电池保护装置可以使蓄电池组内的多个蓄电池电压均衡，不因过充电而损坏；同时可以实现蓄电池组的欠压保护，欠压后可以方便地重新启动。
本发明还提出一种车辆，包括上述任一技术方案中所述的车辆蓄电池保护装置。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种车辆蓄电池保护装置，其特征在于，包括：
充电保护单元，与蓄电池(B1)连接，在所述蓄电池(B1)的充电过程中，若所述蓄电池(B1)的电压大于等于预定电压阈值，则消耗所述蓄电池(B1)的电量，以降低所述蓄电池(B1)的电压，防止所述蓄电池(B1)过充；
所述充电保护单元为均衡电路，具体包括：稳压二极管(Z1)、第一三极管(N1)、第一电阻(R5)、第二电阻(R6)、第三电阻(R7)，其中，
所述稳压二极管(Z1)的正极连接至蓄电池(B1)的正极，所述稳压二极管(Z1)的负极依次经过所述第一电阻(R5)、所述第二电阻(R6)连接至所述蓄电池(B1)的负极，所述第一三极管(N1)的集电极经过所述第三电阻(R7)连接至所述蓄电池(B1)的正极，所述第一三极管(N1)的基极连接至所述第一电阻(R5)和所述第二电阻(R6)之间的导线上，所述第一三极管(N1)的发射极连接至所述蓄电池(B1)的负极；
还包括辅助启动单元(5)，连接至蓄电池组，所述蓄电池组由多个所述蓄电池组成，用于在车辆启动时，为所述车辆提供启动电流，所述辅助启动单元包括第一电容(C1)，所述第一电容(C1)的一端连接至蓄电池组的正极，所述第一电容(C1)的另一端连接至所述蓄电池组的负极，所述第一电容(C1)是一个超级电容单体，或者是多个超级电容组成的电容。
2.根据权利要求1所述的车辆蓄电池保护装置，其特征在于，所述车辆蓄电池保护装置包括多个所述充电保护单元，每一充电保护单元与一对应的蓄电池连接。
3.根据权利要求1所述的车辆蓄电池保护装置，其特征在于，还包括欠压保护单元(3)，在所述蓄电池组提供的电压值低于预设电压值时，切断所述蓄电池组与负载之间的供电电路。
4.根据权利要求3所述的车辆蓄电池保护装置，其特征在于，所述欠压保护单元(3)具体包括：
比较器(ICA)，所述比较器(ICA)的电压取样反相输入端连接至由第五电阻(R3)、第六电阻(R4)组成的所述蓄电池组的分压电路，所述第五电阻(R3)的一端连接至所述蓄电池组的正极，所述第五电阻(R3)的另一端连接至所述第六电阻(R4)的一端，所述第六电阻(R4)的另一端接地；
所述比较器(ICA)的电压取样同相输入端连接至提供基准电压的电路，所述比较器(ICA)将所述蓄电池组的分压电压和所述基准电压进行比较，在所述蓄电池组的分压电压高于所述基准电压时输出低电平给第二三极管(N3)，在所述蓄电池组的分压电压低于所述基准电压时输出高电平给所述第二三极管(N3)；
所述第二三极管(N3)，所述第二三极管(N3)的集电极连接至继电器(Y1)，所述第二三极管(N3)的发射极接地，所述第二三极管(N3)的基极通过第四电阻(R13)连接至所述比较器(ICA)的输出端，在所述第二三极管(N3)接收到来自所述比较器(ICA)的高电平时，所述第二三极管(N3)导通；
所述继电器(Y1)，连接至所述第二三极管(N3)的集电极和所述蓄电池组的供电电路，在所述第二三极管(N3)导通时，启动所述继电器(Y1)，以切断所述供电电路。
5.根据权利要求4所述的车辆蓄电池保护装置，其特征在于，所述欠压保护单元(3)还包括欠压后启动单元(4)，所述欠压后启动单元(4)设置在所述比较器(ICA)的电压取样反相输入端，用于在所述供电电路处于切断状态时，连通所述蓄电池组与所述负载之间的供电电路。
6.根据权利要求5所述的车辆蓄电池保护装置，其特征在于，所述欠压后启动单元(4)包括第七电阻(R2)、开关(S1)和第二电容(C2)，其中，所述第七电阻(R2)与所述开关(S1)串联后与所述第五电阻(R3)并联，所述第二电容(C2)并联在所述第六电阻(R4)的两端，所述比较器(ICA)的电压取样反相输入端连接至所述第五电阻(R3)与所述第六电阻(R4)之间的导线。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的车辆蓄电池保护装置，其特征在于，所述第五电阻(R3)为可变电阻。
8.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的车辆蓄电池保护装置。
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