CN104215912A - 蓄电池状态检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓄电池状态检测系统及方法，属于汽车电气系统，该系统包括：电源、点火开关和控制模块，电源和点火开关均连接控制模块，控制模块包括保护电路、处理电路、主控芯片、控制电路和转换电路，电源通过保护电路连接控制模块，保护电路连接控制电路，点火开关通过处理电路连接主控芯片，主控芯片同时连接控制电路和转换电路。本发明是基于对蓄电池电压和内阻的实时检测，通过控制芯片内置的算法对控制车载负载的启停，实时检测记录蓄电池的电压变化情况，解决了现有技术中由于蓄电池损坏给客户带来不能启动车辆，特别是在行驶中熄火后不能再次启动车辆带来的问题。

Description

蓄电池状态检测系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车电气系统，特别涉及一种蓄电池状态检测系统及其方法。 

背景技术

随着汽车的日益普及和广泛使用，汽车的舒适、便利及安全性成为用户越来越关注的问题。车内舒适性设备的自动启动，对蓄电池健康和容量状态的可靠检测提出了迫切的需求。同时，随着客户对车质量期望值越来越高，并且车辆保有量的增加，城市堵车等情况时常发生，用户也希望有车载设备对蓄电池健康和容量给予检测并在一定的情况下提出预警。 

当前在市场上销售的大部分车辆，其电源系统的平衡是在设计初期根据其车上设备的用电情况、发电机的发电能力、预先设置的常用工况以及蓄电池总体容量情况事先匹配好的总体平衡，为防止特殊情况的发生，一般会留有一定余量，造成一定的浪费。同时，在某些极端情况，例如恶劣天气长时间堵车等，会破坏整体的电平衡造成车辆熄火后再次启动困难，甚至损坏蓄电池，给用户带来不必要的安全风险和经济损失。 

发明内容

为了克服现有技术中由于蓄电池损坏给客户带来不能启动车辆，特别是在行驶中熄火后不能再次启动车辆带来的问题。本发明提供一种蓄电池状态检测系统及其方法。 

本发明的技术方案是：一种蓄电池状态检测系统，该系统包括：电源，电源是车体负载电源蓄电池，车辆非启动状态下的电能来源；点火开关，连接电源正极，通过点火开关的档位选择启动发动机开关；控制模块，电源和点火开关均连接控制模块，控制模块包括保护电路、处理电路、主控芯片、控制电路和转换电路，电源通过保护电路连接控制模块，保护电路连接控制电路，点火开关通过处理电路连接主控芯片，主控芯片同时连接控制电路和转换电路。 

所述控制模块还包括分压电路和备用回路，分压电路连接在保护电路和主控芯片之间，备用回路用于作为参考数据修正蓄电池自动检测数据。所述保护电路由保险丝组成。所述控制电路包括连接在主控芯片上的达林顿管和连接达林顿管的继电器电路，控制电路连接车载负载。所述转换电路将系统中流经控制电路的电流转换为电压值，转换电路包括多个放大电路和与放大电路连接的采样电阻。 

一种蓄电池状态检测系统方法，该方法步骤包括：步骤一、接通蓄电池，蓄电池状态检测系统初始化，系统参数恢复默认值。步骤二、当检测到点火开关ACC档接通且ON档没有接通，判断ACC档接通停留是否超过1秒，如果超过1秒则进入蓄电池状态自动测试状态，如果没有超过1秒则退出。步骤三、通过控制电路中的一个继电器启动除浮压负载，启动1秒后，记录分压电路检测的电压信息，记录时间为1秒。步骤四、接通测试负载，启动1秒后，记录经过转换电路电流并转换为电压信息，记录时间为1秒。步骤五、结合两步骤中的数据值，计算出蓄电池状态、容量及内阻情况。 

所述方法中当检测到点火开关接通ON档时，系统自动退出检测流程；当检测到ACC档和ON档同时接通又断开一路时，系统处于启动中状态；当检测到发动机转速信号时，系统处于启动后状态，系统检测到发动机转速信号后又检测到OFF档信号，系统再次进入蓄电池状态自动测试状态。所述检测系统方法中，检测到负载电压低于最低阈值并保持时，提醒用户注意注意检查发电机、蓄电池和连接线是否出现故障。所述检测系统方法中，在OFF档舒适性设备启动过程中，系统自动检测电压变化情况和等效电池内阻，当发现电压低于阈值或蓄电池内阻异常变化显示电量低于阈值时，停止设备工作，并在下一次用户启动车辆的时候提醒用户关注蓄电池电量所述方法中设有备用回路，备用回路包括继电器、采用电阻和放大电路，用于作为参考数据修正蓄电池状态自动检测的数据。 

本发明有如下积极效果：本发明提供的蓄电池状态检测检测系统及其方法，是基于对蓄电池电压和内阻的实时检测，通过控制芯片内置的算法对控制车载负载的启停，实时检测记录蓄电池的电压变化情况，智能判断蓄电池的等效内阻，同时对蓄电池使用过程中的电压实时检测、记录、对比和自学习，根据内置的算法预估蓄电池的容量和寿命，并在必要时提醒用户或者自行切断某些非安全性车载设备。同时，本发明方法根据预先的设定值，实时检测蓄电池的充电电压，防止因为充电系统的故障，引起蓄电池损坏，影响用户正常使用。 

附图说明

图1是本发明中蓄电池状态检测系统的工作框图； 

图2是本发明中蓄电池状态检测系统方法的工作流程图； 

图中，1为蓄电池，2为点火开关，3、4为保险丝，5为电源芯片，6为处理电路，7为分压电路，8为主控芯片，9为达林顿管，10为继电器，11为采样 电阻，12为放大电路，13为车载负载。 

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。 

一种蓄电池状态检测系统，如图1所示，该系统包括电源、点火开关2和控制模块，电源分别连接点火开关2和控制模块，点火开关同时接在控制模块上。 

本系统中的电源是车体负载电源蓄电池，车辆非启动状态下的电能来源。该系统配合车载太阳能充电系统，能在阳光、电量充足的时候，自启动车内舒适性设备，在电量不足时，能根据情况给蓄电池充电，延长蓄电池使用寿命，增加电源系统可靠性。 

点火开关2，连接电源蓄电池1的正极，通过点火开关2的档位选择和启动发动机开关。点火开关2的档位分为ACC和ON(IGN)档，其中IGN档又分为IGN1、IGN2和ST档。 

控制模块，蓄电池电源1和点火开关2均连接控制模块，控制模块通过电源芯片5和保护电路接收来自蓄电池的30电的电源，电源芯片5为控制模块本体的正常运转提供合适电压，电源芯片5同时连接控制电路，电源芯片5还有一引脚接地。控制模块包括保护电路、电源芯片3、处理电路6、主控芯片8、控制电路和转换电路，蓄电池电源1通过保护电路连接控制模块，保护电路连接控制电路，点火开关2通过处理电路6连接主控芯片8，主控芯片8同时连接控制电路和转换电路，主控芯片可以是MCU。 

控制模块还包括分压电路7，分压电路7连接在保护电路和主控芯片8之间，测量蓄电池负载的电压情况。保护电路由保险丝组成，分为总保险丝3和分路保险丝4，总保险丝连接在蓄电池1和主控芯片8之间，保险丝起到过流保护的作用。本系统中的控制电路包括连接在主控芯片8上的达林顿管9和连接达林顿管9的继电器10电路，继电器电路由3个继电器10组成，电源芯片5就是通过达林顿管9连接控制电路，分路保险丝4分别连接在控制电路中的继电器10上。继电器电路连接车载负载13，主控芯片8通过达林顿管9驱动继电器10组成的继电器电路，从而通过继电器10控制车载负载13，通过负载13的电流值流动 到转换电路。转换电路主要负责将系统中控制电路采集的电流转换为电压值，转换电路包括3个放大电路和分别与放大电路连接的采样电阻，采样电阻的另一端接地，主控芯片8和达林顿管9均有一引脚接地。 

一种蓄电池状态检测系统方法，如图2所示，该方法步骤包括：步骤一、接通蓄电池，蓄电池状态检测系统初始化，系统参数恢复默认值。当断开或者更换蓄电池时，系统自动复位，恢复为默认值；当系统接通30电的电源时，系统初始化，相关的参数恢复默认值。 

步骤二、当检测到点火开关2的ACC档接通且ON档没有接通，判断ACC档接通停留是否超过1秒，如果超过1秒则进入蓄电池状态自动测试状态，如果没有超过1秒则退出。 

当检测到点火开关2接通ON档时，系统自动退出检测流程；当检测到ACC档和ON档同时接通又断开一路时，系统处于启动中状态，此时采用电压为启动档电压；当检测到发动机转速信号时，系统处于启动后状态发动机开始工作；当系统检测到发动机转速信号后又检测到OFF档信号时，判断整车由启动状态进入引擎关闭状态，系统再次进入蓄电池状态自动测试状态。此外系统时刻检测ON档是否接通，一旦检测到ON档接通，则系统流程退出蓄电池状态自动测试状态。 

步骤三、通过控制电路中的一个继电器10启动除浮压负载，启动1秒后，记录分压电路检测的电压信息，记录时间为1秒。除浮压负载为小功率负载，是车载负载13中的一个，如行李箱灯等，小功率负载的启动，能有效去除蓄电池1充电后的浮压，提高测量的准确率。分压电路7检测蓄电池电压，小功率的车载负载启动1秒钟后，记录分压电路7检测的蓄电池读数，每10毫秒读取一次电压值，连续测试1秒，取平均值以及电压变化的速率。 

步骤四、接通测试负载，启动1秒后，记录控制电路经过转换电路的电流并转换为电压值，记录时间为1秒。测试负载也为车载负载13的中一个，为测试用的车载负载(选用车上稳定的阻性负载，例如除霜负载等)，接通启动1秒钟后，记录分压电路7检测的蓄电池读数，每10毫秒读取一次电压值，连续测试1秒，取平均值以及电压变化的速率。 

步骤五、将步骤三和步骤四中的电压信息转换为相应的电流值，结合两步骤中的数据值，计算出蓄电池状态、容量及内阻情况。步骤三和步骤四中的电压数值通过采样电阻11和放大电路12读取数据并换算成通过负载相应的电流读数。 结合两次测量的电压、电流读数及修正值，以及电压变化的速率，通过一定的算法，计算蓄电池状态，得出蓄电池的容量及内阻情况。 

本系统在使用时，检测系统方法中一旦检测到负载电压低于最低阈值并保持时，提醒用户注意检查发电机、蓄电池和连接线是否出现故障。 

为减少对蓄电池1电量的消耗，每次启动车辆的前或者后只对蓄电池1进行一次状态自动测试环节。为了提高本方法的检测准确率，本方法中预留一路继电器10、采样电阻11和放大电路12作为备用回路，作为参考数据修正蓄电池状态自动测试的数据，从而提高检测的准确率。 

通过蓄电池电压和内阻的变化，大致估计蓄电池的剩余电量情况，判断是否启动车内自启动舒适控制状态，提升车辆的舒适性、安全性和电源系统的可靠性。此外检测系统方法中，在OFF档舒适性设备启动过程中，系统自动检测电压变化情况和等效电池内阻，当发现电压低于阈值或蓄电池内阻异常变化显示电量低于阈值时，停止设备工作，并在下一次用户启动车辆的时候提醒用户关注蓄电池电量。本方案利用车内原有负载作为检测负载，即降低系统总体成本和体积，又能为负载提供智能控制的扩充。本方法低成本实现实时快速检测蓄电池电压和电量，方便车载舒适性设备自启动，判断蓄电池寿命，提醒用户及时更换蓄电池，避免由于蓄电池损坏给客户带来不能启动车辆，特别是在行驶中熄火后不能再次启动车辆带来的不便和危险性，既从舒适、便利及安全的角度提升了用户的驾乘体验，又成本低廉，便于在车上预装或改制。 

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种蓄电池状态检测系统，其特征在于，该系统包括：

电源，电源是车体负载电源蓄电池(1)，车辆非启动状态下的电能来源；

点火开关(2)，连接电源正极，通过点火开关(2)的档位选择启动发动机开关；

控制模块，电源和点火开关(2)均连接控制模块，控制模块包括保护电路、处理电路(6)、主控芯片(8)、控制电路和转换电路，电源通过保护电路连接控制模块，保护电路连接控制电路，点火开关(2)通过处理电路(6)连接主控芯片(8)主控芯片(8)同时连接控制电路和转换电路。

2.根据权利要求1所述的蓄电池状态检测系统，其特征在于，所述控制模块还包括分压电路(7)，分压电路(7)连接在保护电路和主控芯片(8)之间。

3.根据权利要求1所述的蓄电池状态检测系统，其特征在于，所述保护电路由保险丝(3、4)组成。

4.根据权利要求1所述的蓄电池状态检测系统，其特征在于，所述控制电路包括连接在主控芯片(8)上的达林顿管(9)和连接达林顿管(9)的继电器电路，继电器电路连接车载负载(13)。

5.根据权利要求1所述的蓄电池状态检测系统，其特征在于，所述转换电路将系统中控制电路流经的电流转换为电压值，转换电路包括多个放大电路(12)和与放大电路(12)连接的采样电阻(11)。

6.一种蓄电池状态检测系统方法，其特征在于，该方法步骤包括：

步骤一、接通蓄电池(1)，蓄电池(1)状态检测系统初始化，系统参数恢复默认值；

步骤二、当检测到点火开关(2)的ACC档接通且ON档没有接通，判断ACC档接通停留是否超过1秒，如果超过1秒则进入蓄电池(1)状态自动测试状态，如果没有超过1秒则退出；

步骤三、通过控制电路中的一个继电器(10)启动浮压负载(13)，启动1秒后，记录分压电路(7)检测的电压信息，记录时间为1秒；

步骤四、接通测试负载(13)，启动1秒后，记录经过转换电路的电流并转换为电压值，记录时间为1秒；

步骤五、结合两步骤中的数据值，计算出蓄电池(1)状态、容量及内阻情况。

7.根据权利要求6所述的蓄电池状态检测方法，其特征在于，所述方法中当检测到点火开关(2)接通ON档时，系统自动退出检测流程；当检测到ACC档和ON档同时接通又断开一路时，系统处于启动中状态；当检测到发动机转速信号时，系统处于启动后状态，系统检测到发动机转速信号后又检测到OFF档信号时，系统再次进入蓄电池状态自动测试状态。

8.根据权利要求6所述的蓄电池状态检测方法，其特征在于，当检测系统检测到负载电压低于最低阈值并保持时，提醒用户注意检查发电机、蓄电池和连接线是否出现故障。

9.根据权利要求6所述的蓄电池状态检测方法，其特征在于，当检测系统在OFF档舒适性设备启动过程中，系统自动检测电压变化情况和等效电池内阻，当发现电压低于阈值或蓄电池内阻异常变化显示电量低于阈值时，停止设备工作，并在下一次用户启动车辆的时候提醒用户关注蓄电池电量。

10.根据权利要求6所述的蓄电池状态检测方法，其特征在于，所述检测系统设有备用回路，备用回路包括继电器(10)、采用电阻(11)和放大电路(12)，用于作为参考数据修正蓄电池(1)状态自动检测的数据。