CN106680731A - 一种车辆蓄电池电压平衡监视装置 - Google Patents

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Abstract

一种车辆蓄电池电压平衡监视装置，包括蓄电池接口（1）、电压取样单元（2）、电压运算单元（3）、极性自动校正单元（4）、分压电阻网络单元（5）、电压基准单元（6）、电压比较单元（7）、指示单元（8）。通过蓄电池接口提供的2只串联蓄电池的电压信号，经电压取样单元反向对称取样，送入电压运算单元，运算结果经极性自动校正单元输出正的不平衡电压，通过分压电阻网络单元输送到各电压比较单元，经与基准电压信号比较后，输出驱动发光二极管发光，指示2只蓄电池的电压不平衡程度。优点是能对车辆的2只串联蓄电池进行快速的动态检测，从而实时判断出串联蓄电池的电压不平衡程度，及时给出提示信号，以便及时对蓄电池组进行维护，延长蓄电池的寿命，并且电路所用的元器件少，显示直观。

Description

一种车辆蓄电池电压平衡监视装置
技术领域
本发明涉及蓄电池组的性能监测，特别是一种车辆蓄电池电压平衡监视装置，属于汽车检测技术领域。
背景技术
目前一些重型车辆的发动机一般都采用多缸柴油机， 使用24V蓄电池组为起动机和车上的电器供电。24V蓄电池组是由2只12V蓄电池串联连接而成的，为使车辆的蓄电池组经常保持在充足电的状态，在车辆运行时，其蓄电池组通常是长期处于浮充状态，在蓄电池的使用过程中，由于电池的个体差异、温度差异等原因，会出现“落后”电池，造成各电池的端电压不平衡，影响了蓄电池性能的发挥。当蓄电池的性能不平衡严重恶化时，会导致发动机起动时电压过低，造成起动困难，如果此时反复起动，有可能造成发动机过热，甚至烧毁发动机。
为了避免车辆各蓄电池电压不平衡趋势的恶化所带来的影响，需要对车辆蓄电池电压的均衡性能进行实时监测，以便及时对蓄电池组进行维护。
发明内容
本发明的目的是提供一种车辆蓄电池电压平衡监视装置，避免车辆各蓄电池电压不平衡趋势的恶化所带来的影响，对车辆蓄电池电压的均衡性能进行实时监测，在蓄电池电压达到一定的不平衡值时，实时给出提示信号，以便驾驶员及时掌握蓄电池的性能状态，从而及时对蓄电池进行维护，延长蓄电池的寿命。
本发明的目的是这样实现的：一种车辆蓄电池电压平衡监视装置，包括：蓄电池接口（1）、电压取样单元（2）、电压运算单元（3）、极性自动校正单元（4）、分压电阻网络单元（5）、电压基准单元（6）、电压比较单元（7）、指示单元（8）；其中：
蓄电池接口（1）：与2只串联的蓄电池相连，并为装置的各单元供电，与相关单元构成电气连接；
电压取样单元（2）：分别对2只串联的蓄电池的电压进行采样，与蓄电池接口（1）和电压运算单元（3）构成电气连接；
电压运算单元（3）：对2只串联的蓄电池的采样电压进行异极性加法运算，与蓄电池接口（1）和电压取样单元（2）、极性自动校正单元（4）构成电气连接；
极性自动校正单元（4）：对电压运算单元（3）输出的不平衡负极性电压进行自动校正为正极性电压，与蓄电池接口（1）和电压运算单元（3）、分压电阻网络单元（5）构成电气连接；
分压电阻网络单元（5）：为各电压比较单元提供比较电压，与极性自动校正单元（4）和电压比较单元（7）构成电气连接；
电压基准单元（6）：为各电压比较单元提供基准电压，与蓄电池接口（1）和电压比较单元（7）构成电气连接；
电压比较单元（7）：电压比较单元可以是一个或多个，根据双蓄电池电压的不平衡程度输出信号，与蓄电池接口（1）和分压电阻网络单元（5）、电压基准单元（6）、指示单元（8）构成电气连接；
指示单元（8）：根据电压比较单元（7）的输出电平信号，对双蓄电池电压的不平衡程度进行指示，与蓄电池接口（1）和电压比较单元（7）构成电气连接。
本发明是按照上述构思使用上述主要单元有机组合而成的，其工作原理是：通过蓄电池接口提供的2只串联蓄电池的电压信号，经电压取样单元反向对称取样，送入电压运算单元，运算结果经极性自动校正单元输出正的不平衡电压，通过分压电阻网络单元输送到各电压比较单元，经与基准电压信号比较后，输出驱动发光二极管发光的信号，由发光二极管构成的指示单元用于指示2只蓄电池的电压不平衡程度，以此直观显示的方式提醒驾驶员需要对蓄电池组进行均衡充电或更换蓄电池。
本发明的优点及效果是:
1、能对车辆的2只串联蓄电池进行快速的动态检测，从而实时判断出串联蓄电池的电压不平衡程度，及时给出提示信号，以便及时对蓄电池组进行维护，延长蓄电池的寿命；
2、电路所用的元器件少，显示直观。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的电路原理方框图。
图2是实施例的电路连接原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参看图1，一种车辆蓄电池电压平衡监视装置，包括：蓄电池接口（1）、电压取样单元（2）、电压运算单元（3）、极性自动校正单元（4）、分压电阻网络单元（5）、电压基准单元（6）、电压比较单元（7）、指示单元（8）。其中蓄电池接口（1）与2只串联的蓄电池相连，并为装置的各单元供电，与相关单元构成电气连接；电压取样单元（2）分别对2只串联的蓄电池的电压进行采样，与蓄电池接口（1）和电压运算单元（3）构成电气连接；电压运算单元（3）对2只串联的蓄电池的采样电压进行异极性加法运算，与蓄电池接口（1）和电压取样单元（2）、极性自动校正单元（4）构成电气连接；极性自动校正单元（4）对电压运算单元（3）输出的不平衡负极性电压进行自动校正为正极性电压，与蓄电池接口（1）和电压运算单元（3）、分压电阻网络单元（5）构成电气连接；分压电阻网络单元（5）为各电压比较单元提供比较电压，与极性自动校正单元（4）和电压比较单元（7）构成电气连接；电压基准单元（6）为各电压比较单元提供基准电压，与蓄电池接口（1）和电压比较单元（7）构成电气连接；电压比较单元（7）电压比较单元可以是一个或多个，根据双蓄电池电压的不平衡程度输出信号，与蓄电池接口（1）和分压电阻网络单元（5）、电压基准单元（6）、指示单元（8）构成电气连接；指示单元（8）根据电压比较单元（7）的输出电平信号，对双蓄电池电压的不平衡程度进行指示，与蓄电池接口（1）和电压比较单元（7）构成电气连接。
请进一步参看图2，插座CZ1是蓄电池接口，第1引脚连接到车辆的第1只蓄电池的正极，第2引脚连接到车辆的第1只蓄电池的负极与第2只蓄电池的正极，第3引脚连接到第2只蓄电池的负极。第2引脚作为本装置的电压参考端。
电压取样单元由电阻R1～R4组成，其中电阻R1、R2串联连接，组成第1分压器，对车辆的第1只蓄电池的电压进行取样；电阻R3、R4串联连接，组成第2分压器，对车辆的第2只蓄电池的电压进行取样。
U1采用集成双运放，型号为TL072，其中包括U1A和U1B两个运算放大器单元，U1A用于电压运算单元，U1B用于极性自动校正单元。
U2采用集成四运放，型号为LM324，其中包括U2A、U2B、U2C、U2D四个运算放大器单元，U2A用于极性自动校正单元，U2B、U2C、U2D用于电压比较单元。
电压运算单元由电阻R5～R7及运算放大器U1A组成。电阻R5的一端连接到第1分压器的R1、R2的连接点，另一端连接到运算放大器U1A的第2引脚；电阻R6的一端连接到第2分压器的R3、R4的连接点，另一端连接到运算放大器U1A的第2引脚；电阻R7的两端分别连接到运算放大器U1A的第2引脚和第1引脚；运算放大器U1A的第3引脚连接到电压参考端；运算放大器U1A的第8引脚连接到第1只蓄电池的正极；运算放大器U1A的第4引脚连接到第2只蓄电池的负极。电容C1～C4是滤波电容。电压运算单元的作用是对2只串联的蓄电池的采样电压进行异极性加法运算。
极性自动校正单元由二极管D1、D2、电阻R8～R11及运算放大器U1B、U2A组成。二极管D1的阳极连接到运算放大器U1B的第6引脚，阴极连接到运算放大器U1B的第7引脚；二极管D2的阳极连接到运算放大器U1B的第7引脚，阴极连接到电阻R9与R10的公共连接点；电阻R9的另一端连接到运算放大器U1B的第6引脚，并与电阻R8、二极管D1的阳极相连接；电阻R10的另一端连接到运算放大器U2A的第3引脚；电阻R8的一端连接到电压参考端，另一端连接到运算放大器U1B的第6引脚；电阻R11的一端连接到运算放大器U2A的第3引脚，另一端连接到运算放大器U2A的第1引脚；运算放大器U1B的第5引脚连接到运算放大器U1A的第1引脚；运算放大器U2A的第2引脚连接到电压参考端。
分压电阻网络单元由电阻R12～R14串联组成，为各电压比较单元提供比较电压。
电压基准单元由电阻R15～R17、电容C5和稳压器件D3组成，通过D3稳压，电阻R16与R17分压，为各电压比较单元提供合适的基准电压。
电压比较单元有3个，第1电压比较单元由运算放大器U2B担任，第2电压比较单元由运算放大器U2C担任，第3电压比较单元由运算放大器U2D担任。3个电压比较单元根据双蓄电池电压的不平衡程度输出低电平信号。
指示单元由电阻R18～R20、发光二极管D4～D6组成，当相应的电压比较单元输出低电平信号时，对应的发光二极管点亮，从而对双蓄电池电压的不平衡程度进行指示。
当双蓄电池的电压均衡时，3个电压比较单元均输出高电平，发光二极管D4～D6均不发光；当双蓄电池的电压轻度不平衡时，第1电压比较单元的运算放大器U2B输出低电平，第2、3电压比较单元的运算放大器U2C、U2D输出高电平，发光二极管D4点亮，D5～D6不发光；当双蓄电池的电压中度不平衡时，第1、2电压比较单元的运算放大器U2B 、U2C均输出低电平，第3电压比较单元的运算放大器U2D输出高电平，发光二极管D4～D5点亮，D6不发光；当双蓄电池的电压严重不平衡时，3个电压比较单元均输出低电平，发光二极管D4～D6均点亮。从而可以用直观显示的方式提醒驾驶员及时对蓄电池进行维护，以延长蓄电池的寿命。
为使本发明达到设计目的并发挥良好的性能，应按下列方法选配元件参数：
电压取样单元的元件参数配置方法是：电阻R1与电阻R4的阻值相等，电阻R2与电阻R3的阻值相等，实施例是选用R1=R4=20kΩ，R2=R3=10kΩ。
电压运算单元的元件参数配置方法是：电阻R5与电阻R6的阻值相等，电阻R7用于调节放大倍数，实施例是选用R5=R6=R7=100kΩ。
极性自动校正单元的元件参数配置方法是：电阻R8与电阻R9的阻值相等，电阻R11的阻值是电阻R10的2倍，实施例是选用R8=R9=R10=100kΩ，R11=200kΩ。

Claims (6)

1.一种车辆蓄电池电压平衡监视装置，其特征在于，包括：蓄电池接口（1）、电压取样单元（2）、电压运算单元（3）、极性自动校正单元（4）、分压电阻网络单元（5）、电压基准单元（6）、电压比较单元（7）、指示单元（8）；其中：
蓄电池接口（1）：与2只串联的蓄电池相连，并为装置的各单元供电，与相关单元构成电气连接；
电压取样单元（2）：分别对2只串联的蓄电池的电压进行采样，与蓄电池接口（1）和电压运算单元（3）构成电气连接；
电压运算单元（3）：对2只串联的蓄电池的采样电压进行异极性加法运算，与蓄电池接口（1）和电压取样单元（2）、极性自动校正单元（4）构成电气连接；
极性自动校正单元（4）：对电压运算单元（3）输出的不平衡负极性电压进行自动校正为正极性电压，与蓄电池接口（1）和电压运算单元（3）、分压电阻网络单元（5）构成电气连接；
分压电阻网络单元（5）：为各电压比较单元提供比较电压，与极性自动校正单元（4）和电压比较单元（7）构成电气连接；
电压基准单元（6）：为各电压比较单元提供基准电压，与蓄电池接口（1）和电压比较单元（7）构成电气连接；
电压比较单元（7）：电压比较单元可以是一个或多个，根据双蓄电池电压的不平衡程度输出信号，与蓄电池接口（1）和分压电阻网络单元（5）、电压基准单元（6）、指示单元（8）构成电气连接；
指示单元（8）：根据电压比较单元（7）的输出电平信号，对双蓄电池电压的不平衡程度进行指示，与蓄电池接口（1）和电压比较单元（7）构成电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种车辆蓄电池电压平衡监视装置，其特征在于，所述的电压运算单元由电阻R5～R7及运算放大器U1A组成；电阻R5的一端连接到第1分压器的R1、R2的连接点，另一端连接到运算放大器U1A的第2引脚；电阻R6的一端连接到第2分压器的R3、R4的连接点，另一端连接到运算放大器U1A的第2引脚；电阻R7的两端分别连接到运算放大器U1A的第2引脚和第1引脚；运算放大器U1A的第3引脚连接到电压参考端；运算放大器U1A的第8引脚连接到第1只蓄电池的正极；运算放大器U1A的第4引脚连接到第2只蓄电池的负极。
3.根据权利要求1所述的一种车辆蓄电池电压平衡监视装置，其特征在于，所述的极性自动校正单元由二极管D1、D2、电阻R8～R11及运算放大器U1B、U2A组成；二极管D1的阳极连接到运算放大器U1B的第6引脚，阴极连接到运算放大器U1B的第7引脚；二极管D2的阳极连接到运算放大器U1B的第7引脚，阴极连接到电阻R9与R10的公共连接点；电阻R9的另一端连接到运算放大器U1B的第6引脚，并与电阻R8、二极管D1的阳极相连接；电阻R10的另一端连接到运算放大器U2A的第3引脚；电阻R8的一端连接到电压参考端，另一端连接到运算放大器U1B的第6引脚；电阻R11的一端连接到运算放大器U2A的第3引脚，另一端连接到运算放大器U2A的第1引脚；运算放大器U1B的第5引脚连接到运算放大器U1A的第1引脚；运算放大器U2A的第2引脚连接到电压参考端。
4.根据权利要求1所述的一种车辆蓄电池电压平衡监视装置，其特征在于，所述的电压取样单元的元件参数配置方法是：电阻R1与电阻R4的阻值相等，电阻R2与电阻R3的阻值相等，实施例是选用R1=R4=20kΩ，R2=R3=10kΩ。
5.根据权利要求1所述的一种车辆蓄电池电压平衡监视装置，其特征在于，所述的电压运算单元的元件参数配置方法是：电阻R5与电阻R6的阻值相等，电阻R7用于调节放大倍数，实施例是选用R5=R6=R7=100kΩ。
6.根据权利要求1所述的一种车辆蓄电池电压平衡监视装置，其特征在于，所述的极性自动校正单元的元件参数配置方法是：电阻R8与电阻R9的阻值相等，电阻R11的阻值是电阻R10的2倍，实施例是选用R8=R9=R10=100kΩ，R11=200kΩ。
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