CN105576758A - 一种燃油车高压启动电池控制系统 - Google Patents

一种燃油车高压启动电池控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃油车高压启动电池控制系统，包括启动电池、由启动电池供电的并联连接的负载设备和燃油车启动设备、对启动电池进行充电的充电设备以及与启动电池连接的第一控制器、分别与第一控制器连接的放电控制电路和充电控制电路，放电控制电路和充电控制电路依次连接在启动电池的负极与负载设备和燃油车启动设备的公共连接点之间；第一控制器用于检测启动电池的电压，放电控制电路用于基于第一控制器检测到的启动电池的电压控制启动电池对负载设备和燃油车启动设备的放电，充电控制电路用于基于第一控制器检测到的启动电池的电压控制充电设备对启动电池的充电。实施本发明的有益效果是：减少了燃油车的电机负担，并实现过充过放保护。

Description

一种燃油车高压启动电池控制系统
技术领域
本发明涉及对燃油车启动电池的控制技术领域，更具体地说，涉及一种燃油车高压启动电池控制系统。
背景技术
启动电池是燃油车启动的关键要素，在现有的燃油车启动电池控制系统中，采用的是标称电压为12V的蓄电池，燃油车启动后，发电机开始运转，再对启动电池进行补充电。燃油车的发电机对启动电池进行补充电的电压，不同燃油车略有不同，同一燃油车在发动机不同转速的情况下，也不相同，因此在燃油车启动后，燃油车的发电机不仅需为启动电池进行补充电，同时还为一些负载设备如行车电脑、车载音响、车辆火花塞点火等电子系统提供能量，这给燃油车的发电机造成较大负担。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述燃油车启动设备中的发电机负担较大的缺陷，提供一种燃油车高压启动电池控制系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种燃油车高压启动电池控制系统，包括启动电池、由所述启动电池供电的并联连接的负载设备和燃油车启动设备、对所述启动电池进行充电的充电设备以及与所述启动电池连接的第一控制器、分别与所述第一控制器连接的放电控制电路和充电控制电路，其中：所述放电控制电路和所述充电控制电路依次连接在所述启动电池的负极与所述负载设备和燃油车启动设备的公共连接点之间；
所述第一控制器用于检测所述启动电池的电压，所述放电控制电路用于基于所述第一控制器检测到的所述启动电池的电压控制所述启动电池对所述负载设备和所述燃油车启动设备的放电，所述充电控制电路用于基于所述第一控制器检测到的所述启动电池的电压控制所述充电设备对所述启动电池的充电。
在上述燃油车高压启动电池控制系统中，所述启动电池包括4节串联的锂电池，每一节锂电池的标称电压为3.6V/3.7V。
在上述燃油车高压启动电池控制系统中，所述启动电池包括5节串联的锂电池，每一节锂电池的标称电压为3.2V/3.3V。
在上述燃油车高压启动电池控制系统中，所述燃油车高压启动电池控制系统还包括分别与每一节所述锂电池连接且用于采集每一节所述锂电池的电压并发送给所述第一控制器的电压采集电路。
在上述燃油车高压启动电池控制系统中，所述充电控制电路包括充电驱动电路以及第一N型MOS管和第一二极管，所述充电驱动电路的输入端连接所述第一控制器，所述充电驱动电路的输出端连接所述第一N型MOS管的栅极和所述第一二极管的阴极，所述第一N型MOS管的源极连接所述启动电池的放电负极和所述第一二极管的阳极，所述第一N型MOS管的漏极连接所述放电控制电路。
在上述燃油车高压启动电池控制系统中，所述放电控制电路包括放电驱动电路以及第二N型MOS管和第二二极管，所述放电驱动电路的输入端连接所述第一控制器，所述放电驱动电路的输出端连接所述第二N型MOS管的栅极和所述第二二极管的阴极，所述第二N型MOS管的漏极连接所述第一N型MOS管的漏极，所述第二N型MOS管的源极分别连接所述启动电池的负极和所述第二二极管的阳极。
在上述燃油车高压启动电池控制系统中，所述燃油车高压启动电池控制系统还包括二级过充保护电路，所述二级过充保护电路又包括第二控制器、三级管以及继电器，所述继电器包括继电器线圈和继电器开关，其中：所述第二控制器的输入端与所述启动电池连接，所述第二控制器的输出端连接所述三极管的基极，所述三极管的集电极分别连接所述继电器线圈的一端和继电器开关的常开触点，所述继电器线圈的另一端连接所述启动电池的放电正极，所述继电器开关的公共触点连接所述第一N型MOS管的源极，所述继电器开关的常闭触点连接所述启动电池的放电负极。
实施本发明的燃油车高压启动电池控制系统，具有以下有益效果：通过适当提高启动电池的电压，由该启动电池供电给燃油车启动设备，燃油车启动设备中的发电机开始工作，同时也由该启动电池直接供电给负载设备如行车电脑、车载音响、风扇、大灯、左右转向灯、电子方向盘等，无需由燃油车启动设备中的发电机供电。在该启动电池的电量消耗至一定程度时，由充电设备如充电器等对该启动电池进行充电，不再通过燃油车启动设备中的发电机进行补充电，极大地减少了燃油车的电机负担，使电机输出功率更多用于燃油车点火系统及其他动力系统。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一种燃油车高压启动电池控制系统实施例的电路框图；
图2是图1中第一控制器连接外围电路的电路示意图；
图3是启动电池实现过放保护的电路示意图；
图4是启动电池实现过充保护的电路示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，为本发明一种燃油车高压启动电池控制系统实施例的电路框图，该燃油车高压启动电池控制系统包括启动电池101、负载设备102和燃油车启动设备103以及充电设备104。特别地，这里的启动电池101由4节串联的锂电池组成，每一节锂电池的标称电压为3.6V/3.7V，这样启动电池101在10V～17V这个电压区间工作，或者启动电池101由5节串联的锂电池组成，每一节锂电池的标称电压为3.2V/3.3V，这样启动电池101在10V～18.5V这个电压区间工作。
通过启动电池101供电给燃油车启动设备103，燃油车启动设备103中的发电机开始工作，从而启动燃油车，因启动电池101的电压较高，也可以由该启动电池101直接供电给负载设备102如行车电脑、车载音响、车辆火花塞点火等电子系统，无需通过燃油车启动设备103中的发电机进行供电，并且在该启动电池101的电量消耗至一定程度时，由外部的充电设备104给启动电池101进行充电，避免由燃油车启动设备103中的发电机进行补充电，减少了发电机负担，使发电机输出功率更多用于燃油车点火系统及其他动力系统，特别是在应用在赛车等燃油车时，其效果尤为突出。
特别地，在启动电池101对负载设备102和燃油车启动设备103进行供电或由充电设备104对启动电池101进行充电时，需对启动电池的放电电压和电流以及充电电压和电流进行检测并进行控制以防止启动电池101过充或过放。在本实施例中，该燃油车高压启动电池控制系统还包括第一控制器105以及充电控制电路106和放电控制电路107。这里第一控制器105分别与启动电池101、充电控制电路106和放电控制电路107连接，由第一控制器105实时检测启动电池101所包括的每一节锂电池的电压和电流，根据检测到的电压和电流来控制充电控制电路106和放电控制电路107的工作状态，放电控制电路107和充电控制电路106依次连接在启动电池101的负极和负载设备102之间，如图所示。
具体地，如图2所示，为第一控制器104连接外围电路的电路示意图，在本实施例中，第一控制器104优选为由型号为BM3398的控制芯片IC1。在上述燃油车高压启动电池控制系统中，还包括电压采集电路108，如图3所示，以启动电池101包括4节串联的锂电池为例，每一节锂电池的标称电压为3.6V/3.7V，该电压采集电路108用于采集每一节锂电池的电压并发送给第一控制器104。
参见图3和图4，上述充电控制电路106包括充电驱动电路106a和第一N型MOS管M12、第一二极管ZD1，这里充电驱动电路106a的输入端(电气符号为OVP)连接第一控制器104，充电驱动电路106a的输出端(图中所示为电阻R152和三极管Q6的发射极之间的连接点)连接第一N型MOS管M12的栅极，第一N型MOS管M12的源极连接启动电池101的充电负极(如图所示为C-)，第一N型MOS管M12的漏极连接放电控制电路107，第一二极管ZD1的阳极连接第一N型MOS管M12的源极，第一二极管ZD1的阴极连接第一N型MOS管M12的栅极。在本实施例中，启动电池101包括4节串联的锂电池，在充电设备104给启动电池101充电时，当第一控制器104检测到启动电池101的任一节锂电池的电压大于第一预设区间的值如4.1～4.3V时，第一控制器104在电气符号为OVP的引脚输出高电平信号，充电驱动电路106a的输出端输出低电平信号，即N型MOS管M12的栅极电平为低电平，N型MOS管M12处于截止状态，断开充电设备104和启动电池101之间的充电连接，防止对启动电池101进行过充电而损坏该启动电池101。
优选地，上述燃油车高压启动电池控制系统还包括二级过充保护电路，如图4所示，该二级过充保护电路又包括第二控制器U1、三级管Q2以及继电器K1，继电器K1包括继电器线圈和继电器开关，其中：第二控制器U1的输入端(如图所示的A1P～A4P)与启动电池101连接，第二控制器U1的输出端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接继电器线圈的一端，同时经电阻R123后连接至继电器开关的常开触点，继电器线圈的另一端连接启动电池101的放电正极P+，继电器开关的公共触点连接第一N型MOS管M12的源极，继电器开关的常闭触点连接启动电池的放电负极P-。
该第二控制器U1在本实施例中优选为型号为S8244的控制芯片实现，其也用于检测启动电池101中的每一节锂电池的电压，在第一控制器104出现故障不能正常工作的情况下，当第二控制器U1检测到有任一节锂电池的电压大于第二预设区间的值如4.2V～4.35V时，第二控制器U1在电气符号为CO的引脚输出高电平至三极管Q2的基极，三极管Q2导通，继电器K1得电吸合，常开触点闭合，常闭触点断开，如图所示，可得知此时第一N型MOS管M12的源极和启动电池的充电负极C-之间的通路被断开，从而防止对启动电池101进行过充而损坏该启动电池101，实现对启动电池101的二级过充保护。
相应地，放电控制电路107同样包括放电驱动电路107a以及第二N型MOS管M1和第二二极管D1，放电驱动电路107a的输入端连接第一控制器104(如图所示通过电气符号为UVP的引脚)，放电驱动电路107a的输出端即电阻R114和二极管ZD10之间的连接点连接第二N型MOS管M1的栅极，第二N型MOS管M1的源极经一电阻连接至启动电池101的负极，第二N型MOS管M1的漏极连接第一N型MOS管M12的漏极，第二二极管D1的阳极连接第二N型MOS管M1的源极，第二二极管D1的阴极连接第二N型MOS管M1的栅极。这里当启动电池101放电即给负载设备102或燃油车启动设备103供电时，当第一控制器104检测到启动电池的放电电压低于第三预设区间如3.0V～2.5V时，第一控制器104在电气符号为UVP的引脚输出高电平，P型MOS管M7处于截止状态，从图中不难看出，经与非门U11A后输出的是低电平，即第二N型MOS管M1的栅极电平为低电平，第二N型MOS管M1处于截止状态，防止启动电池101进行过放电。
再次参见图2，上述燃油车高压启动电池控制系统还包括短路保护解除检测电路109，用于检测启动电池101的短路保护是否解除，这里需要说明的是，当第一控制器104检测到启动电池101发生短路后，会根据相应的电路进行短路保护，此处为该第一控制器104的常用应用电路，在此不再赘述。而短路保护解除检测电路109如图所示，当短路保护被解除后，充电负极即C-为正常情况下的低电平，此时短路保护解除检测电路109中P型MOS管M40的漏极电平为高电平，即第一控制器104检测到电气符号为CHDET的引脚电平为高电平，此时控制电气符号为OVP的引脚和电气符号为UVP的引脚电平为低电平，N型MOS管M1和M12均处于导通状态，启动电池可以进行正常的充放电。
相应地，如果此时短路保护未被解除，表示此时充电负极C-的电平为高电平，N型MOS管M39处于截止状态，P型MOS管M40的漏极电平为低电平，即第一控制器104检测到电气符号为CHDET的引脚电平为低电平，此时控制电气符号为OVP的引脚和电气符号为UVP的引脚电平为高电平，停止启动电池101的充放电，对启动电池进行保护。
上述燃油车高压启动电池控制系统还包括电流采集电路110和通信电路111，用于采集启动电池101中每一节锂电池的电流，并发送给第一控制器104，由第一控制器104实现过流保护，其为第一控制器104常用的应用电路，在此不再赘述。第一控制器104通过数据线SCL和SDA将检测到的启动电池中的每一节锂电池的电压、电流经该通信电路上传至后台系统并显示给用户。
相较于现有技术，本发明燃油车高压启动电池控制系统通过适当提高启动电池的电压，由该启动电池供电给燃油车启动设备，燃油车启动设备中的发电机开始工作，同时在启动电池的电压高于燃油车启动设备中的发电机输出电压时，该启动电池可以给发电机提供能量补充，提升燃油车动力性能。另外也由该启动电池直接供电给负载设备如行车电脑、车载音响、风扇、大灯、左右转向灯、电子方向盘等，无需由燃油车启动设备中的发电机供电。在该启动电池的电量消耗至一定程度时，由充电设备如充电器等对该启动电池进行充电，不再通过燃油车启动设备中的发电机进行补充电，极大地减少了燃油车的电机负担，使电机输出功率更多用于燃油车点火系统及其他动力系统。另外，在启动电池对负载设备和燃油车启动设备进行供电时或由充电设备对启动电池进行充电时，通过第一控制器检测启动电池的放电电压和充电相压来相应的控制放电控制电路和充电控制电路的工作状态，以防止启动电池过放或过充，有效地提高了启动电池的使用寿命。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种燃油车高压启动电池控制系统，其特征在于，包括启动电池(101)、由所述启动电池(101)供电的并联连接的负载设备(102)和燃油车启动设备(103)、对所述启动电池(101)进行充电的充电设备(104)以及与所述启动电池(101)连接的第一控制器(105)、分别与所述第一控制器(105)连接的放电控制电路(107)和充电控制电路(106)，其中：所述放电控制电路(107)和所述充电控制电路(106)依次连接在所述启动电池(101)的负极与所述负载设备(102)和燃油车启动设备(103)的公共连接点之间；
所述第一控制器(105)用于检测所述启动电池(101)的电压，所述放电控制电路(107)用于基于所述第一控制器(105)检测到的所述启动电池(101)的电压控制所述启动电池(101)对所述负载设备(102)和所述燃油车启动设备(103)的放电，所述充电控制电路(106)用于基于所述第一控制器(105)检测到的所述启动电池(101)的电压控制所述充电设备(104)对所述启动电池(101)的充电。
2.根据权利要求1所述的燃油车高压启动电池控制系统，其特征在于，所述启动电池(101)包括4节串联的锂电池，每一节锂电池的标称电压为3.6V/3.7V。
3.根据权利要求1所述的燃油车高压启动电池控制系统，其特征在于，所述启动电池(101)包括5节串联的锂电池，每一节锂电池的标称电压为3.2V/3.3V。
4.根据权利要求2或3任一项所述的燃油车高压启动电池控制系统，其特征在于，所述燃油车高压启动电池控制系统还包括分别与每一节所述锂电池连接且用于采集每一节所述锂电池的电压并发送给所述第一控制器(105)的电压采集电路(108)。
5.根据权利要求1所述的燃油车高压启动电池控制系统，其特征在于，所述充电控制电路(106)包括充电驱动电路以及第一N型MOS管和第一二极管，所述充电驱动电路的输入端连接所述第一控制器(105)，所述充电驱动电路的输出端连接所述第一N型MOS管的栅极和所述第一二极管的阴极，所述第一N型MOS管的源极连接所述启动电池(101)的放电负极和所述第一二极管的阳极，所述第一N型MOS管的漏极连接所述放电控制电路(107)。
6.根据权利要求5所述的燃油车高压启动电池控制系统，其特征在于，所述放电控制电路(107)包括放电驱动电路以及第二N型MOS管和第二二极管，所述放电驱动电路的输入端连接所述第一控制器(105)，所述放电驱动电路的输出端连接所述第二N型MOS管的栅极和所述第二二极管的阴极，所述第二N型MOS管的漏极连接所述第一N型MOS管的漏极，所述第二N型MOS管的源极分别连接所述启动电池(101)的负极和所述第二二极管的阳极。
7.根据权利要求5所述的燃油车高压启动电池控制系统，其特征在于，所述燃油车高压启动电池控制系统还包括二级过充保护电路，所述二级过充保护电路又包括第二控制器、三级管以及继电器，所述继电器包括继电器线圈和继电器开关，其中：所述第二控制器的输入端与所述启动电池(101)连接，所述第二控制器的输出端连接所述三极管的基极，所述三极管的集电极分别连接所述继电器线圈的一端和继电器开关的常开触点，所述继电器线圈的另一端连接所述启动电池(101)的放电正极，所述继电器开关的公共触点连接所述第一N型MOS管的源极，所述继电器开关的常闭触点连接所述启动电池(101)的放电负极。
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