CN108933304B - 一种新能源汽车电池启动装置 - Google Patents

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Abstract

一种新能源汽车电池启动装置,包括打火电池和打火正端、打火负端,还包括启动电路,所述启动电路包括第一三极管、第二三极管、运算放大器和第一开关、第二开关;所述第二三极管集电极还与运算放大器正极连接,所述运算放大器负极连接一个基准电压;所述打火电池正负极分别连接第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的动端,所述;所述打火正端连接第一单刀双掷开关的第一不动端,打火负端连接有打火检测电路,所述打火检测电路的信号输出端与各个开关控制连接。本发明采用开关网络对电池进行打火和正常供电切换,无需采用单独的打火电池,节省了单独打火电池占用的空间,提高了电池使用效率,可以延长电动汽车的单次里程并缩短充电时间间隔。

Description

一种新能源汽车电池启动装置
技术领域
本发明涉及汽车技术,具体涉及一种打火启动装置，尤其是一种新能源汽车电池启动装置。
背景技术
新能源汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车等。其中纯电动汽车和混合动力汽车是目前技术相对成熟,应用较为广泛的两种新能源汽车,其中纯电动汽车(Blade Electric Vehicles，BEV)是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车，它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)是指驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或多个驱动系共同提供。因各个组成部件、布置方式和控制策略的不同，混合动力汽车有多种形式。
无论是纯电动汽车还是混合动力汽车都采用电池全部或部分作为汽车的动力装置,采用专门的打火电池对汽车进行打火启动,需要选择单独的电池及打火控制电路,对于空间紧凑的电池舱,单独的打火供电电池不仅占用体积,而且电池单纯用于打火启动也对新能源汽车的续航没有帮助,变相减少了性能源汽车的单次充电里程和充电间隔时间。
发明内容
为克服现有新能源汽车及现有打火电路存在的技术缺陷，本发明公开了一种新能源汽车电池启动装置。
本发明所述新能源汽车电池启动装置,包括打火电池和打火正端、打火负端,其特征在于,还包括启动电路,所述启动电路包括第一三极管、第二三极管、运算放大器和第一开关、第二开关;所述第一三极管基极分别通过第一分压电阻和第二分压电阻连接电源线及地线,第一三极管集电极连接第二三极管基极,所述第一三极管\第二三极管的发射极均接地,集电极分别通过第一集电极电阻和第二集电极电阻连接电源线,所述第二三极管集电极还与运算放大器正极连接,所述运算放大器负极连接一个基准电压;
所述打火电池正负极分别连接第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的动端,所述第一开关连接在电源线和第一单刀双掷开关的第一不动端之间,所述第二开关连接在运算放大器输出端和第二单刀双掷开关的第一不动端之间,该第二单刀双掷开关的第一不动端还通过下拉电阻接地;所述第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的第二不动端分别连接供电正端和供电负端;
所述打火正端连接第一单刀双掷开关的第一不动端,打火负端连接有打火检测电路,所述打火检测电路的信号输出端与各个开关控制连接。
优选的，所述第一三极管集电极和第二三极管基极之间还连接有补偿电容。
优选的，所述打火电池为多个单一电池串联而成。
优选的，所述打火检测电路包括与打火负端连接的脉冲触发计数器,还包括安装在汽车发动机或火花塞附近的温度传感器,以及开关逻辑电路,所述开关逻辑电路的信号输入端与计数器及温度传感器的输出端连接,所述开关逻辑电路输出端为与各个开关控制连接的开关控制端,所述开关逻辑电路根据计数器输出的计数信号和温度传感器输出的温度信号,控制各个开关的复位。
优选的，所述第一开关、第二开关、第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关为联动开关,联动方式为: 第一开关、第二开关闭合,则第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的动端分别与其第一不动端连接; 第一开关、第二开关断开,则第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的动端分别与其第二不动端连接。
采用本发明所述新能源汽车电池启动装置，具备如下优越性:
一.采用开关网络对电池进行打火和正常供电切换,无需采用单独的打火电池,节省了单独打火电池占用的空间,提高了电池使用效率,可以延长电动汽车的单次里程并缩短充电时间间隔。
二.开关网络实现了打火电压的正反馈,使得打火电压能够迅速上升且不受传统DC/DC等升压电路拓扑的开关频率限制,提高了打火速度。
三.电路结构采用简单的三极管、电容、电阻等器件组成,对于运算放大器的放大倍数也无较高要求,器件便宜,系统成本低,维修方便。
四.利用两级三极管实现放大和正反馈,响应速度快,电路可靠性高,不易发生故障。
附图说明
图1为本发明所述新能源汽车电池启动装置的一种具体实施方式结构示意图，图中附图标记名称为K1-第一开关，K2-第二开关，K3-第一单刀双掷开关，K4-第二单刀双掷开关，T1-第一三极管，T2-第二三极管，R1-第一分压电阻，R2-第二分压电阻，R3-第一集电极电阻，R4-第二集电极电阻，R5-下拉电阻，VREF-基准电压，CM-补偿电容,AMP-运算放大器,VP-供电正端 ,VN-供电负端,KC-开关控制端,LP-打火正端,LN-打火负端,PD-计数器,TD-温度传感器, DK-开关逻辑电路。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明所述新能源汽车电池启动装置,包括打火电池和打火正端、打火负端,还包括启动电路,所述启动电路包括第一三极管、第二三极管、运算放大器和第一开关、第二开关;所述第一三极管基极分别通过第一分压电阻和第二分压电阻连接电源线及地线,第一三极管集电极连接第二三极管基极,所述第一三极管\第二三极管的发射极均接地,集电极分别通过第一集电极电阻和第二集电极电阻连接电源线,所述第二三极管集电极还与运算放大器正极连接,所述运算放大器负极连接一个基准电压;
所述打火电池正负极分别连接第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的动端,所述第一开关连接在电源线和第一单刀双掷开关的第一不动端之间,所述第二开关连接在运算放大器输出端和第二单刀双掷开关的第一不动端之间,该第二单刀双掷开关的第一不动端还通过下拉电阻接地;所述第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的第二不动端分别连接供电正端和供电负端;
所述打火正端连接第一单刀双掷开关的第一不动端,打火负端连接有打火检测电路,所述打火检测电路的信号输出端与各个开关控制连接。
如图1所示，以三极管采用NPN管为例,本领域技术人员可以根据实际需要换成PNP管并做相应的逻辑调整,即可形成下述的放大反馈过程。在启动阶段，操作人员按下打火开关后，第一开关和第二开关联动闭合，并带动第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的动端与第一开关和第二开关连接，将打火电池接入电路。
打火电池接入电路后，初始阶段电压较低，被第一分压电阻和第二分压电阻分压后，第一三极管基极电压较低不足以使其开启，第二三极管基极电压等于打火电池电压，从而使第二三极管开启 ，第二三极管开启后拉低 其集电极电压，使其低于一个预设的基准电压VREF的直流电压值。
运算放大器在第一开关闭合后通电开始工作，正极电压低于负极的基准电压，从而输出一个电压值较低的正电平，但即使是电压值较低的正电平，也比打火电池负极原始接地的电压要高，从而实际抬升了打火电池的负极电压，根据电容电荷守恒原理，负极电压的抬升使得打火电池正极电压上升。从而使得第一三极管基极电压上升，进一步使第一三极管处于弱开启状态，第二三极管基极电压降低，集电极电流降低，使得第二集电极电阻压降减小，运算放大器正极电压升高，输出一个更高的正电平 ，并使打火电池正极电压进一步升高。打火电池可以选择多个电池串联而成,从而适度提高供电正端电压。
如上所述，由此形成一个正反馈过程，直至第一三极管基极电压大于其开启电压，第一三极管完全开启，第二三极管基极电压被拉低至关闭状态，使得运算放大器正极与打火电池正极电压相等，运算放大器输出一个达到等于打火电池正极电压的电压值至打火电池负极，抬升打火电池正极电压，并继续正反馈使打火电池正极电压不断升高，直至在打火正、负端之间发生击穿，产生火花。
由于两个三极管之间形成放大级并有反馈回路,因此可以在第一三极管集电极和第二三极管基极之间连接一个较大的补偿电容,使得放大回路的主极点与次极点之间远离,提高相位裕度,减少电路反馈中的振荡。
打火成功后，可以根据预设程序或传感器检测发动机工作状态，输出开关复位信号，例如图1所示的具体实施方式中，所述打火检测电路包括与打火负端连接的脉冲触发计数器,还包括安装在汽车发动机或火花塞附近的温度传感器,以及开关逻辑电路,所述开关逻辑电路的信号输入端与计数器及温度传感器的输出端连接,所述开关逻辑电路输出端为与各个开关控制连接的开关控制端,所述开关逻辑电路根据计数器输出的计数信号和温度传感器输出的温度信号,控制各个开关的复位。
脉冲触发计数器PD在打火成功后，接收到一个电压上升沿，即开始计时，在计时周期内，如果放置在发动机附近的温度传感器检测到温度上升至一个预设门槛值，例如一个远高于室温的温度值，发动机打火成功后，火花塞附近的温度会迅速达到65-75摄氏度以上，根据温度传感器的温度反馈信号和脉冲触发计数器的计时周期结束信号，判断打火成功，开关逻辑电路输出一个开关复位信号，将第一开关、第二开关关闭，打火支路不再工作，避免浪费额外电流；同时第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的动端摆回供电端，为汽车动力端或汽车用电设备进行供电。
各个开关可以采用机械联动方式和电子联动方式，第一开关、第二开关、第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关为联动开关,联动方式为: 第一开关、第二开关闭合,则第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的动端分别与其第一不动端连接; 第一开关、第二开关断开,则第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的动端分别与其第二不动端连接。即闭合第一开关时,同时闭合第二开关,并使第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的动端分别与其第一不动端连接;当第一开关受开关逻辑电路控制收到复位信号断开后,第二开关同时断开, 第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的动端分别与其第二不动端连接。联动控制方式可以简化控制方式。
采用本发明所述新能源汽车电池启动装置，具备如下优越性:
一.采用开关网络对电池进行打火和正常供电切换,无需采用单独的打火电池,节省了单独打火电池占用的空间,提高了电池使用效率,可以延长电动汽车的单次里程并缩短充电时间间隔。
二.开关网络实现了打火电压的正反馈,使得打火电压能够迅速上升且不受传统DC/DC等升压电路拓扑的开关频率限制,提高了打火速度。
三.电路结构采用简单的三极管、电容、电阻等器件组成,对于运算放大器的放大倍数也无较高要求,器件便宜,系统成本低,维修方便。
四.利用两级三极管实现放大和正反馈,响应速度快,电路可靠性高,不易发生故障。
前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种新能源汽车电池启动装置,包括打火电池和打火正端、打火负端,其特征在于,还包括启动电路,所述启动电路包括第一三极管、第二三极管、运算放大器和第一开关、第二开关;所述第一三极管基极分别通过第一分压电阻和第二分压电阻连接电源线及地线,第一三极管集电极连接第二三极管基极,所述第一三极管\第二三极管的发射极均接地,集电极分别通过第一集电极电阻和第二集电极电阻连接电源线,所述第二三极管集电极还与运算放大器正极连接,所述运算放大器负极连接一个基准电压;
所述打火电池正负极分别连接第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的动端,所述第一开关连接在电源线和第一单刀双掷开关的第一不动端之间,所述第二开关连接在运算放大器输出端和第二单刀双掷开关的第一不动端之间,该第二单刀双掷开关的第一不动端还通过下拉电阻接地;所述第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的第二不动端分别连接供电正端和供电负端;
所述打火正端连接第一单刀双掷开关的第一不动端,打火负端连接有打火检测电路,所述打火检测电路的信号输出端与各个开关控制连接。
2.如权利要求1所述的新能源汽车电池启动装置，其特征在于，所述第一三极管集电极和第二三极管基极之间还连接有补偿电容。
3.如权利要求1所述的新能源汽车电池启动装置，其特征在于，所述打火电池为多个单一电池串联而成。
4.如权利要求1所述的新能源汽车电池启动装置，其特征在于，所述打火检测电路包括与打火负端连接的脉冲触发计数器,还包括安装在汽车发动机或火花塞附近的温度传感器,以及开关逻辑电路,所述开关逻辑电路的信号输入端与计数器及温度传感器的输出端连接,所述开关逻辑电路输出端为与各个开关控制连接的开关控制端,所述开关逻辑电路根据计数器输出的计数信号和温度传感器输出的温度信号,控制各个开关的复位。
5.如权利要求1所述的新能源汽车电池启动装置，其特征在于，所述第一开关、第二开关、第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关为联动开关,联动方式为: 第一开关、第二开关闭合,则第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的动端分别与其第一不动端连接; 第一开关、第二开关断开,则第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关的动端分别与其第二不动端连接。
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