CN108565959A - 一种用于房车供电的服务电池充电管理装置及方法 - Google Patents

一种用于房车供电的服务电池充电管理装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于房车供电的服务电池充电管理装置及方法，其中，管理装置包括汽车发电机、太阳能电池板、MCU主控单元、输入自动切换单元、充电主变换DC/DC电路、服务电池、脉宽调制模式充电单元、负载。MCU主控单元根据太阳能电池板的输出电压和汽车发电机的输出电压的情况，来控制输入自动切换单元，使太阳能电池板、汽车发电机选择性地成为服务电池的充电电源，使得服务电池保持左右的充电状态，从而保证了房车的生活用电的正常供电。

Description

一种用于房车供电的服务电池充电管理装置及方法
技术领域
本发明涉及房车供电领域，具体涉及一种用于房车供电的服务电池充电管理装置及方法。
背景技术
房车供电系统中一般包含两个系统：一是汽车发电机及启动电池，用以给汽车启动电机及大灯，车载系统供电；二是服务电池，主要给房车的内部生活照明，踏板，水泵等生活用电供电。目前的应用中主要是通过一个开关连接启动电池和服务电池，当车辆运行时汽车发电机给启动电池充电，同时通过开关闭合给服务电池充电。当发动机停止时，开关断开，服务电池单独提供房车生活照明，水泵等供电。
目前，大多房车都会利用太阳能的清洁能源为房车进行供电，而太阳能电池板一般作为房车的生活用电的供电电源，直接给服务电池供电，这样汽车发电机无需再给服务电池供电，由此可以减少能源消耗。但是，服务电池仅由太阳能电池板供电的话，在阴雨天气的时候则会会出现太阳能电池板供电不足的情况，导致服务电池充电不足，由此影响房车内部的生活照明等使用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于房车供电的服务电池充电管理装置及方法，其通过合理选择服务电池的充电电源，来保证房车生活用电的正常供电。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于房车供电的服务电池充电管理装置，其包括汽车发电机、太阳能电池板、MCU主控单元、输入自动切换单元、充电主变换DC/DC电路、充电电流检测单元、服务电池、电压检测单元、温度检测单元、脉宽调制模式充电单元、负载电流检测单元、负载、旁路单元；
其中，汽车发电机连接MCU主控单元，用以将其输出电压传送至MCU主控单元；汽车发电机的输出端一方面经由旁路单元连接负载，用以向负载直接供电；另一方面经由输入自动切换单元、充电主变换DC/DC电路、充电电流检测单元连接服务电池，用以向服务电池提供充电电源。
太阳能电池板连接MCU主控单元，用以将其输出电压传送至MCU主控单元；同时，太阳能电池板的输出端一方面连接经由脉宽调制模式充电单元连接启动电池，用以向启动电池充电；另一方面经由输入自动切换单元、充电主变换DC/DC电路、充电电流检测单元连接服务电池，用以向服务电池充电。
所述服务电池经由负载电流检测单元连接负载，用以向负载提供工作电源。
充电电流检测单元、负载电流检测单元均连接至MCU控制单元，用以向MCU主控单元传送服务电池的充电电流和负载电流；服务电池一方面通过电压检测单元连接MCU主控单元，电压检测单元用以检测服务电池的电压，并将该电压值传送至MCU主控单元；服务电池另一方面通过温度检测单元连接MCU主控单元，温度检测单元用以检测服务电池的运行温度，并将该温度值传送至MCU主控单元；
MCU主控单元连接输入自动切换单元和充电主变换DC/DC电路，充电主变换DC/DC电路具有最大功率输出点跟踪（（MPPT）充电模式和开关电源充电模式；MCU主控单元，用以根据太阳能电池板的输出电压和汽车发电机的输出电压，来控制输入自动切换单元和充电主变换DC/DC电路；同时，用以根据服务电池的运行温度和电压，来调节充电主变换DC/DC电路；
MCU主控单元连接旁路单元，用以根据服务电池的充电电流和负载电流来控制旁路单元的通断；MCU主控单元还连接脉宽调制（PWM）模式充电单元，用以根据服务电池的状态来控制脉宽调制模式充电单元的通断。
一种用于房车供电的服务电池充电管理方法，其采用上述用于房车供电的服务电池充电管理装置，该管理方法具体如下：
步骤1、通过MCU主控单元判断太阳能电池板的输出电压VPV和汽车发电机的输出电压VALT，若只有汽车发电机的输出电压VALT时，MCU主控单元控制输入自动切换单元选择汽车发电机为服务电池充电，同时控制充电主变换DC/DC电路运行在开关电源充电模式，进入步骤3；
若只有太阳能电池板的输出电压VPV时，MCU主控单元控制输入切换单元选择太阳能电池板为服务电池充电，同时控制充电主变换DC/DC电路运行在最大功率输出点跟踪充电模式，以提高太阳能电池板对服务电池的充电效率，然后进入步骤3；若太阳能电池板和汽车发电机均有输出电压时，进入步骤2；
步骤2、通过MCU主控单元比较太阳能电池板的输出电压VPV和汽车发电机的输出电压VALT，若太阳能电池板的输出电压VPV大于汽车发电机的输出电压VALT，则MCU主控单元控制输入切换单元选择太阳能电池板为服务电池充电，同时控制充电主变换DC/DC电路运行在最大功率输出点跟踪（（MPPT）充电模式，然后进入步骤3；
若太阳能电池板的输出电压VPV小于汽车发电机的输出电压VALT，则MCU主控单元控制输入自动切换单元选择汽车发电机为服务电池充电，同时控制充电主变换DC/DC电路运行在开关电源充电模式；
若太阳能电池板的输出电压VPV与汽车发电机的输出电压VALT相等，则MCU主控单元控制输入自动切换单元选择太阳能电池板和汽车发电机同时为服务电池充电，同时控制充电主变换DC/DC电路运行在开关电源充电模式，然后进入步骤3；
步骤3、MCU主控单元通过电压检测单元和充电电流检测单元判断服务电池是否已充满，若已充满，MCU主控单元控制输入自动切换单元断开服务电池与充电电源的连接，停止给服务电池充电；
当太阳能电池板单独给服务电池充电或者太阳能电池板和汽车发电机同时给服务电池充电时，若服务电池已充满电，MCU主控单元在控制输入自动切换单元断开服务电池与充电电源的连接的同时，MCU主控单元控制脉宽调制模式充电单元打开，使太阳能电池板向启动电池充电；
在服务电池的充电过程中，通过充电电流检测单元检测服务电池的充电流，并将其传送至MCU主控单元；通过负载电流检测单元检测服务电池向负载提供的负载电流，并将其传送至MCU主控单元；MCU主控单元对比充电电流和负载电流，若负载电流大于充电电流，则MCU控制单元控制旁路单元闭合，使汽车发电机直接给负载供电；
在服务电池充电的过程中，通过温度检测单元检测服务电池的运行温度，并将服务电池的运行温度传送至MCU主控单元；MCU主控单元根据温度控制充电主变换DC/DC电路的输出电压值，具体以25℃温度为基准， 温度每降低1℃，输出电压升高12mv；温度每升高1℃，输出电压降低12mv；
通过电压检测单元实时监测服务电池的电压，并将该电压值传送至MCU主控单元，MCU主控单元根据电压值控制充电主变换DC/DC电路的输出电压值，当服务电池的电压低于额定输出时，提高充电主变换DC/DC电路的输出电压值，直到服务电池的电压为额定电压值为止；电压补偿的最大值为1V。
采用上述方案后，本发明MCU主控单元根据太阳能电池板的输出电压和汽车发电机的输出电压的情况，来控制输入自动切换单元，使太阳能电池板、汽车发电机选择性地成为服务电池的充电电源。当太阳能电池板的输出电压大于汽车发电机的输出电压时，采用太阳能电池板作为服务电池的充电电源，当太阳能电池板的输出电压等于汽车发电机的输出电压时，采用太阳能电池板和汽车发电机共同作为服务电池的充电电源，而当太阳能电池板的输出电压小于汽车发电机的输出电压时，采用汽车发电机作为服务电池的充电电源，使得服务电池保持左右的充电状态，从而保证了房车的生活用电的正常供电。而且，在太阳能电池板有输出电压的情况下，MCU主控单元还会对服务对电池的状态进行判断，当服务电池处于充满状态时，MCU主控单元会停止服务电池的充电，同时控制太阳能电池板向启动电池充电，从而更好地利用了太阳能的清洁能源。
此外，本发明MCU主控单元对服务电池的充电电流和负载电流进行采集，当负载电流大于充电电流时，MCU主控单元控制旁路单元闭合，使汽车发电机直接为负载供电。
本发明通过电压检测单元和温度检测单元分别对电池进行电压检测和电压检测，并传送至MCU主控单元，MCU主控单元根据服务电池的电压和温度调整充电主变换DC/DC电路的输出电压，从而实现温度补偿和电压补偿，保证服务电池的正常充电。
附图说明
图1为本发明原理框图；
图2为本发明流程图。
具体实施方式
本发明揭示了一种用于房车供电的服务电池充电管理装置及方法，其通过比较太阳能电池板2和汽车发电机1的输入电源，来选择服务电池9的充电电源，使得服务电池能够保持最优的充电状态，从而保证房车的生活用电的正常供电。
如图1所示，一种用于房车供电的服务电池充电管理装置包括汽车发电机1、太阳能电池板2、MCU主控单元7、输入自动切换单元4、充电主变换DC/DC电路6、充电电流检测单元13、服务电池9、电压检测单元10、温度检测单元11、脉宽调制（PWM）模式充电单元3、负载电流检测单元12、负载8、旁路单元5。
其中，汽车发电机1连接MCU主控单元7，用以将其输出电压传送至MCU主控单元7；汽车发电机1的输出端一方面经由旁路单元5连接负载，用以向负载8直接供电；另一方面经由输入自动切换单元4、充电主变换DC/DC电路6、充电电流检测单元13连接服务电池9，用以向服务电池9提供充电电源。
太阳能电池板2连接MCU主控单元7，用以将其输出电压传送至MCU主控单元7；同时，太阳能电池板2的输出端一方面连接经由脉宽调制模式充电单元3连接启动电池14，用以向启动电池14充电；另一方面经由输入自动切换单元4、充电主变换DC/DC电路6、充电电流检测单元13连接服务电池9，用以向服务电池9充电。
所述服务电池9经由负载电流检测单元12连接负载8，用以向负载8提供工作电源。
充电电流检测单元13、负载电流检测单元12均连接至MCU控制单元7，用以向MCU主控单元7传送服务电池9的充电电流和负载电流；服务电池9一方面通过电压检测单元10连接MCU主控单元7，电压检测单元10用以检测服务电池9的电压，并将该电压值传送至MCU主控单元7；服务电池9另一方面通过温度检测单元11连接MCU主控单元7，温度检测单元11用以检测服务电池9的运行温度，并将该温度值传送至MCU主控单元7。
MCU主控单元7连接输入自动切换单元4和充电主变换DC/DC电路6，充电主变换DC/DC电路6具有最大功率输出点跟踪（（MPPT）充电模式和开关电源充电模式；MCU主控单元7，用以根据太阳能电池板2的输出电压和汽车发电机1的输出电压，来控制输入自动切换单元4和充电主变换DC/DC电路6；同时，用以根据服务电池9的运行温度和电压，来调节充电主变换DC/DC电路6。MCU主控单元7连接旁路单元5，用以根据服务电池9的充电电流和负载电流来控制旁路单元5的通断。MCU主控单元7还连接脉宽调制（PWM）模式充电单元3，用以根据服务电池9的状态来控制脉宽调制模式充电单元的通断。
如图2所示，基于上述充电管理装置，本发明揭示了一种用于房车供电的服务电池充电管理方法，其具体如下：
步骤1、通过MCU主控单元判断太阳能电池板2的输出电压VPV和汽车发电机1的输出电压VALT，若只有汽车发电机1的输出电压VALT时，MCU主控单元控制输入自动切换单元选择汽车发电机1为服务电池充电，同时控制充电主变换DC/DC电路运行在开关电源充电模式。若只有太阳能电池板2的输出电压VPV时，MCU主控单元控制输入切换单元选择太阳能电池板2为服务电池充电，同时控制充电主变换DC/DC电路运行在最大功率输出点跟踪（（MPPT）充电模式，以提高太阳能电池板2对服务电池的充电效率，然后进入步骤3。若太阳能电池板2和汽车发电机1均有输出电压时，进入步骤2；
步骤2、通过MCU主控单元比较太阳能电池板2的输出电压VPV和汽车发电机1的输出电压VALT，若太阳能电池板2的输出电压VPV大于汽车发电机1的输出电压VALT，则MCU主控单元控制输入切换单元选择太阳能电池板2为服务电池充电，同时控制充电主变换DC/DC电路运行在最大功率输出点跟踪（（MPPT）充电模式，然后进入步骤3；
若太阳能电池板2的输出电压VPV小于汽车发电机1的输出电压VALT，则MCU主控单元控制输入自动切换单元选择汽车发电机1为服务电池充电，同时控制充电主变换DC/DC电路6运行在开关电源充电模式，进入步骤3。
若太阳能电池板2的输出电压VPV与汽车发电机1的输出电压VALT相等，则MCU主控单元控制输入自动切换单元选择太阳能电池板2和汽车发电机1同时为服务电池充电，同时控制充电主变换DC/DC电路6运行在开关电源充电模式，然后进入步骤3。
步骤3、MCU主控单元通过电压检测单元和电流检测单元判断服务电池是否已充满电，若已充满电，MCU主控单元控制输入自动切换单元断开服务电池与充电电源的连接，停止给服务电池充电。
当太阳能电池板2单独给服务电池充电时，若服务电池9已充满电，MCU主控单元7控制输入自动切换单元断开服务电池与太阳能电池板2的连接，同时，MCU主控单元7控制脉宽调制模式充电单元3打开，使太阳能电池板2向启动电池充电。
当太阳能电池板2和汽车发电机1同时给服务电池充电时，若服务电池已充满电，MCU主控单元控制输入自动切换单元会断开服务电池与太阳能电池板2以及汽车发电机1的连接，同时，MCU主控单元控制脉宽调制模式充电单元3打开，使太阳能电池板2向启动电池充电。
在服务电池9的充电过程中，通过充电电流检测单元13检测服务电池的充电流，并将其传送至MCU主控单元7；通过负载电流检测单元12检测服务电池9向负载提供的负载电流，并将其传送至MCU主控单元7；MCU主控单元7对比充电电流和负载电流，若负载电流大于充电电流，则MCU控制单元7控制旁路单元5闭合，使汽车发电机1直接给负载8供电，以保证负载的正常工作。
在服务电池充电的过程中，通过温度检测单元检测服务电池的运行温度，并将服务电池的运行温度传送至MCU主控单元；MCU主控单元根据温度控制充电主变换DC/DC电路的输出电压值，具体以25℃温度为基准， 温度每降低1℃，输出电压升高12mv；温度每升高1℃，输出电压降低12mv。
通过电压检测单元实时监测服务电池的电压，并将该电压值传送至MCU主控单元，MCU主控单元根据电压值控制充电主变换DC/DC电路的输出电压值，当服务电池的电压低于额定输出时，提高充电主变换DC/DC电路的输出电压值，直到服务电池的电压为额定电压值为止；电压补偿的最大值为1V。
本发明的关键在于，本发明MCU主控单元根据太阳能电池板2的输出电压和汽车发电机1的输出电压的情况，来控制输入自动切换单元，使太阳能电池板2、汽车发电机1选择性地成为服务电池的充电电源。当太阳能电池板2的输出电压大于汽车发电机1的输出电压时，采用太阳能电池板2作为服务电池的充电电源，当太阳能电池板2的输出电压等于汽车发电机1的输出电压时，采用太阳能电池板2和汽车发电机1共同作为服务电池的充电电源，而当太阳能电池板2的输出电压小于汽车发电机1的输出电压时，采用汽车发电机1作为服务电池的充电电源，使得服务电池保持左右的充电状态，从而保证了房车的生活用电的正常供电。而且，在太阳能电池板2有输出电压的情况下，MCU主控单元还会对服务对电池的状态进行判断，当服务电池处于充满状态时，MCU主控单元会停止服务电池的充电，同时控制太阳能电池板2向启动电池充电，从而更好地利用了太阳能的清洁能源。
此外，本发明MCU主控单元对服务电池的充电电流和负载电流进行采集，当负载电流大于充电电流时，MCU主控单元控制旁路单元闭合，使汽车发电机1直接为负载供电。
本发明通过电压检测单元和温度检测单元分别对电池进行电压检测和电压检测，并传送至MCU主控单元，MCU主控单元根据服务电池的电压和温度调整充电主变换DC/DC电路的输出电压，从而实现温度补偿和电压补偿，保证服务电池的正常充电。
以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种用于房车供电的服务电池充电管理装置，其特征在于：包括汽车发电机、太阳能电池板、MCU主控单元、输入自动切换单元、充电主变换DC/DC电路、充电电流检测单元、服务电池、电压检测单元、温度检测单元、脉宽调制模式充电单元、负载电流检测单元、负载、旁路单元；
其中，汽车发电机连接MCU主控单元，用以将其输出电压传送至MCU主控单元；汽车发电机的输出端一方面经由旁路单元连接负载，用以向负载直接供电；另一方面经由输入自动切换单元、充电主变换DC/DC电路、充电电流检测单元连接服务电池，用以向服务电池提供充电电源；
太阳能电池板连接MCU主控单元，用以将其输出电压传送至MCU主控单元；同时，太阳能电池板的输出端一方面连接经由脉宽调制模式充电单元连接启动电池，用以向启动电池充电；另一方面经由输入自动切换单元、充电主变换DC/DC电路、充电电流检测单元连接服务电池，用以向服务电池充电；
所述服务电池经由负载电流检测单元连接负载，用以向负载提供工作电源；
充电电流检测单元、负载电流检测单元均连接至MCU控制单元，用以向MCU主控单元传送服务电池的充电电流和负载电流；服务电池一方面通过电压检测单元连接MCU主控单元，电压检测单元用以检测服务电池的电压，并将该电压值传送至MCU主控单元；服务电池另一方面通过温度检测单元连接MCU主控单元，温度检测单元用以检测服务电池的运行温度，并将该温度值传送至MCU主控单元；
MCU主控单元连接输入自动切换单元和充电主变换DC/DC电路，充电主变换DC/DC电路具有最大功率输出点跟踪充电模式和开关电源充电模式；MCU主控单元，用以根据太阳能电池板的输出电压和汽车发电机的输出电压，来控制输入自动切换单元和充电主变换DC/DC电路；同时，用以根据服务电池的运行温度和电压，来调节充电主变换DC/DC电路；
MCU主控单元连接旁路单元，用以根据服务电池的充电电流和负载电流来控制旁路单元的通断；MCU主控单元还连接脉宽调制模式充电单元，用以根据服务电池的状态来控制脉宽调制模式充电单元的通断。
2.一种用于房车供电的服务电池充电管理方法，其特征在于：所述管理方法采用如权利要求1所述的一种用于房车供电的服务电池充电管理装置，该管理方法具体如下：
步骤1、通过MCU主控单元判断太阳能电池板的输出电压VPV和汽车发电机的输出电压VALT，若只有汽车发电机的输出电压VALT时，MCU主控单元控制输入自动切换单元选择汽车发电机为服务电池充电，同时控制充电主变换DC/DC电路运行在开关电源充电模式，进入步骤3；
若只有太阳能电池板的输出电压VPV时，MCU主控单元控制输入切换单元选择太阳能电池板为服务电池充电，同时控制充电主变换DC/DC电路运行在最大功率输出点跟踪充电模式，以提高太阳能电池板对服务电池的充电效率，然后进入步骤3；若太阳能电池板和汽车发电机均有输出电压时，进入步骤2；
步骤2、通过MCU主控单元比较太阳能电池板的输出电压VPV和汽车发电机的输出电压VALT，若太阳能电池板的输出电压VPV大于汽车发电机的输出电压VALT，则MCU主控单元控制输入切换单元选择太阳能电池板为服务电池充电，同时控制充电主变换DC/DC电路运行在最大功率输出点跟踪（（MPPT）充电模式，然后进入步骤3；
若太阳能电池板的输出电压VPV小于汽车发电机的输出电压VALT，则MCU主控单元控制输入自动切换单元选择汽车发电机为服务电池充电，同时控制充电主变换DC/DC电路运行在开关电源充电模式；
若太阳能电池板的输出电压VPV与汽车发电机的输出电压VALT相等，则MCU主控单元控制输入自动切换单元选择太阳能电池板和汽车发电机同时为服务电池充电，同时控制充电主变换DC/DC电路运行在开关电源充电模式，然后进入步骤3；
步骤3、MCU主控单元通过电压检测单元和充电电流检测单元判断服务电池是否已充满，若已充满，MCU主控单元控制输入自动切换单元断开服务电池与充电电源的连接，停止给服务电池充电；
当太阳能电池板单独给服务电池充电或者太阳能电池板和汽车发电机同时给服务电池充电时，若服务电池已充满电，MCU主控单元在控制输入自动切换单元断开服务电池与充电电源的连接的同时，MCU主控单元控制脉宽调制模式充电单元打开，使太阳能电池板向启动电池充电。
3.根据权利要求2所述的一种用于房车供电的服务电池充电管理方法，其特征在于：在服务电池的充电过程中，通过充电电流检测单元检测服务电池的充电流，并将其传送至MCU主控单元；通过负载电流检测单元检测服务电池向负载提供的负载电流，并将其传送至MCU主控单元；MCU主控单元对比充电电流和负载电流，若负载电流大于充电电流，则MCU控制单元控制旁路单元闭合，使汽车发电机直接给负载供电。
4.根据权利要求2所述的一种用于房车供电的服务电池充电管理方法，其特征在于：在服务电池充电的过程中，通过温度检测单元检测服务电池的运行温度，并将服务电池的运行温度传送至MCU主控单元；MCU主控单元根据温度控制充电主变换DC/DC电路的输出电压值，具体以25℃温度为基准， 温度每降低1℃，输出电压升高12mv；温度每升高1℃，输出电压降低12mv；
通过电压检测单元实时监测服务电池的电压，并将该电压值传送至MCU主控单元，MCU主控单元根据电压值控制充电主变换DC/DC电路的输出电压值，当服务电池的电压低于额定输出时，提高充电主变换DC/DC电路的输出电压值，直到服务电池的电压为额定电压值为止；电压补偿的最大值为1V。
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Denomination of invention: A service battery charging management device and method for RV power supply

Effective date of registration: 20211021

Granted publication date: 20200821

Pledgee: Xiamen Haicang Financing Guarantee Co.,Ltd.

Pledgor: TBB POWER (XIAMEN) CO.,LTD.

Registration number: Y2021980011106

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Date of cancellation: 20231027

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