CN109808547A - 一种低功耗动力蓄电池点火上电控制电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电路控制技术领域，公开了一种低功耗动力蓄电池点火上电控制电路及控制方法，包括机车蓄电池组、DC/DC开关电源、电池管理系统、点火电路和预充电路；本发明只需要在机车内安装二只点动开关，电路连接好，即可点动一下完成系统点火上电启动，再点动一下完成系统熄火下电，且熄火下电后，整车低压电源全部断开，动力蓄电池内部的所有负载也同时断开，不产生任何功耗，节能、寿命长，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及电路控制技术领域，具体涉及一种低功耗动力蓄电池点火上电控制电路及控制方法。
背景技术
随着世界人口的剧增,全球的汽车数量也急剧上升,环境的污染也越来越严重。为了缓解能源和环境污染的压力,各国都把电动汽车作为现在燃油汽车的替代品进行研究和开发,电动汽车和新能源特种车辆作为未来电动车辆的发展方向,越来越受到人们的重视。但是电动汽车，尤其是新能源电动牵引机车的发展尚有很多问题需要解决，动力蓄电池控制系统就是几个关键技术中的一个重要环节。
传统的电动牵引机车蓄电池控制系统中，系统上电控制电路存在机车停运后，整车电源并没有完全切断，类似空压机这样的小负载设备仍会间歇工作，时间一长，就会将动力系统蓄电池组的电量用完，甚至产生过放现象，导致机车无法再次投入运行，严重影响工程进度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种低功耗动力蓄电池点火上电控制电路及控制方法，能够解决上述技术问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供一种低功耗动力蓄电池点火上电控制电路，具体包括：
包括：机车蓄电池组、DC/DC开关电源、电池管理系统、点火电路和预充电路；
所述点火电路包括启动电池、常开型点动开关K1、常闭型点动开关K2、常闭型继电器J1、二极管D1、接触器KM1-2辅助触点；
所述预充电路包括预充接触器KM4和预充电阻R1，所述预充接触器KM4与预充电阻R1串联；
所述机车蓄电池组正极和负极分别通过正极接触器KM2、负极接触器KM3输出，所述预充电路与正极接触器KM2并联；
所述DC/DC开关电源输入端正极通过保险丝FU1、接触器KM1-1主触点连接到机车蓄电池组正极，所述DC/DC开关电源输入端负极与机车蓄电池组负极直接连接，所述DC/DC开关电源的ACC唤醒信号线通过接触器KM1-2辅助触点连接到开关电源电压输出地端，所述DC/DC开关电源输出电压正极依次通过二极管D1、点动开关K2、K1及继电器J1连接到启动电池的正极；所述启动电池充电输入端通过二极管D2接入DC/DC开关电源输出电压正极；
所述二极管D1和D2的正极接入DC/DC开关电源输出电压正极；
所述启动电池负极和DC/DC开关电源电压输出地端相连接并接入接触器KM1的驱动线圈一端，所述接触器KM1的驱动线圈的另一端连接在点动开关K1和继电器J1之间；
所述电池管理系统的控制线分别连接到接触器KM1、正极接触器KM2、负极接触器KM3、预充接触器KM4及继电器J1的驱动线圈，所述电池管理系统的输入电源与DC/DC开关电源的输入端直接相连接。
优选地，所述机车蓄电池组的输出电压为200-700V。
优选地，所述DC/DC开关电源输出电压为24V，所述启动电池的电压为24V。
优选地，所述机车动力蓄电池的负载通过接插件P1、P2、P3、P4分别接入正极接触器KM2、DC/DC开关电源电压输出地端、DC/DC开关电源输出电压正极和机车蓄电池组负极。
优选地，所述二极管D1、D2用于防止启动电池对DC/DC开关电源反向充电；
本发明还提供一种应用在上述控制电路的控制方法，包括点火上电控制过程和熄火下电控制过程；
所述点火上电控制过程包括以下步骤：
按下常开型点动开关K1，启动电池接通接触器KM1的驱动线圈，KM1-1主触点、KM1-2辅助触点同时闭合；
DC/DC开关电源通过KM1-1主触点接通了机车蓄电池组的高压并处于待输出的状态；
DC/DC开关电源的唤醒信号线与其输出地短路，唤醒电压输出；
DC/DC开关电源输出的电压与启动电池并联对KM1驱动线圈供电；
松开常开型点动开关K1，启动电池脱离启动电路，DC/DC开关电源输出的电压继续给KM1驱动线圈供电，实现电压的正常输出；
电池管理系统接收DC/DC开关电源输出的电压，根据预设控制程序，先吸合预充接触器KM1，完成预充后释放KM1，同时吸合正极接触器KM2和负极接触器KM3，完成点火上电；
所述熄火下电过程包括以下步骤：
按下常闭型点动开关K2，DC/DC开关电源输出电压与KM1驱动线圈失去连接，KM1线圈失电，其主触点与辅助触点同时断开，DC/DC开关电源因此失电；
DC/DC停止输出电压触发电池管理系统失电，触发正极接触器KM2、负极接触器KM3断开，机车蓄电池组电源系统停止输出，恢复无负载无功耗状态，完成熄火下电。
优选地，当启动电池完成点火后，通过开关K1立即脱离输出，保持无功耗状态；
所述点火上电控制过程中，开关K1、K2和继电器J1的触点仅有接触器KM1驱动线圈一个负载，呈低功耗状态，使得开关K1、K2和继电器J1易于选型。
优选地，在点火上电控制完成后，所述DC/DC开关电源输出的电压通过二极管D2给启动电池充电，避免24V启动电池多次使用后发生欠压不能工作的问题。
优选地，所述控制方法还包括自动断电控制过程，包括以下步骤：
当电池管理系统检测到单体电池电压到达安全阀值时，触发断开继电器J1的触点的动作；
接触器KM1驱动线圈失电，KM1-1、KM1-2触点立即断开，DC/DC开关电源失电并停止电压输出；
电池管理系统失电，正极接触器KM2、负极接触器KM3断开，机车蓄电池组停止输出，恢复到上电前的无负载无功耗状态。
优选地，在点火上电控制过程和熄火下电控制过程中，当所述DC/DC开关电源的高压输入出现过流现象时，发出过流报警信号，同时所述保险丝FU1即刻熔断，所述机车蓄电池组停止输出，恢复到无负载无功耗状态，并发送故障信息至用户。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明的一种低功耗动力蓄电池点火上电控制电路只需要在机车驾驶仓安装二只点动开关，电路连接好，即可点动一下完成点火上电启动，再点动一下完成熄火下电，且熄火下电后，整车低压电源全部断开，动力蓄电池系统内部的所有负载也同时断开，系统不产生任何功耗，节能，寿命长，安全可靠。
(2)本发明的一种低功耗动力蓄电池点火上电控制电路，在点火上电过程中，开关K1、K2和继电器J1的触点仅有接触器KM1驱动线圈这一个小负载，需要承载的电流非常小，呈微功耗状态，使得开关K1、K2和继电器J1易于选型。
(3)本发明的一种低功耗动力蓄电池点火上电控制电路在完成系统熄火下电后，机车蓄电池组断开了所有负载，处于无功耗状态，避免了传统上电控制电路不能完全断开系统内所有电子设备的问题，进而避免了机车蓄电池组长时间处于小电流放电状态而被过放的问题。
(4)本发明的一种控制方法可以在因管理过失导致未能人工及时熄火下电时，电池管理系统(BMS)检测到单体电池电压到达安全阀值时，会主动断开点火电路中J1触点，从而实现系统自动熄火下电，从而避免机车蓄电池组被过放的问题。
本发明相对于现有技术的显著进步和突出的效果在实施例中会进一步说明。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的一种低功耗动力蓄电池点火上电控制电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示在本实施例中低功耗动力蓄电池点火上电控制电路包括机车蓄电池组、DC/DC开关电源、电池管理系统(BMS)和点火电路、预充电路；其中，点火电路由24V启动电池、常开型点动开关K1、常闭型点动开关K2、常闭型继电器J1、二极管D1、接触器KM1-2辅助触点组成；预充电路由预充接触器KM4和预充电阻R1组成。
机车蓄电池组正极和负极分别通过接触器KM2、接触器KM3输出，预充电路与正极接触器KM2并联；同时，机车蓄电池组正极通过接触器KM1-1主触点、保险丝FU1连接到DC/DC开关电源输入端正极，机车蓄电池组负极与DC/DC开关电源输入端负极直接连接。
点火电路中，DC/DC开关电源ACC唤醒信号线通过接触器KM1-2辅助触点连接到24V输出地，DC/DC开关电源的输出24V正极通过二极管D1、点动开关K2、K1及继电器J1连接到24V启动电池的正极，接触器KM1的驱动线圈一端分别与24V启动电池负极、DC/DC开关电源24V输出地相连接，其另一端连接在点动开关K1和继电器J1之间。
电池管理系统(BMS)的控制线分别连接到正极接触器KM2、负极接触器KM3、预充接触器KM4及继电器J1的驱动线圈。电池管理系统(BMS)的输入电源与DC/DC开关电源的输入端直接相连接。
当按下常开型点动开关K1，24V启动电池接通接触器KM1的驱动线圈，KM1-1主触点、KM1-2辅助触点同时闭合，DC/DC开关电源通过KM1-1主触点接通了机车蓄电池组的高压，使之处于待输出的状态。KM1-2辅助触点闭合后，使DC/DC开关电源的唤醒信号线与其输出地短路，从而唤醒24V输出。DC/DC输出的24V经二极管D1、常闭型点动开关K2、常闭型继电器J1与24V启动电池并联对KM1驱动线圈供电。当常开型点动开关K1松开后，24V启动电池脱离启动电路，DC/DC输出的24V继续给KM1驱动线圈供电，从而实现了24V的正常输出。
电池管理系统(BMS)得到DC/DC输出的24V电源后，根据内置控制策略，先吸合预充接触器KM1，完成预充后，释放KM1，同时吸合正极接触器KM2和负极接触器KM3，从而最终完成机车蓄电池组电源系统的点火上电控制。
在如上所述的点火上电过程中，24V启动电池完成点火后，通过开关K1立即脱离系统，保持无功耗状态。同时，在点火过程中，开关K1、K2和继电器J1的触点仅有接触器KM1驱动线圈这一个小负载，需要承载的电流非常小，呈微功耗状态，使得开关K1、K2和继电器J1易于选型。
在点火上电完成后，DC/DC开关电源输出的24V通过二极管D2给24V启动电池充电，避免24V启动电池多次使用后发生欠压不能工作的问题。
当机车需要下电时，按下常闭型点动开关K2，DC/DC输出24V与KM1驱动线圈失去连接，KM1线圈失电，其主触点与辅助触点同时断开，DC/DC开关电源因此失电，DC/DC停止输出24V电源，电池管理系统(BMS)因此失电，使正极接触器KM2、负极接触器KM3断开，从而使机车蓄电池组电源系统停止输出，回到上电前的无负载无功耗状态。
如果机车操作人员忘记及时通过K2关闭电源系统，电池管理系统(BMS)检测到单体电池电压到达安全阀值时，将立即断开继电器J1的触点，使接触器KM1驱动线圈失电，KM1-1、KM1-2触点立即断开，从而使DC/DC开关电源失电并停止24V输出，电池管理系统(BMS)因此失电，使正极接触器KM2、负极接触器KM3断开，从而使机车蓄电池组电源系统停止输出，同样回到上电前的无负载无功耗状态。
保险丝FU1的设置是为DC/DC开关电源的高压输入提供过流保护，二极管D1、D2的设置，是为了避免24V启动电池对DC/DC开关电源反向充电。
机车蓄电池组的负载LOAD，通过接插件P1、P2、P3、P4分别接入。
本发明相对于现有技术的显著进步和突出的效果还包括：
本发明提供的低功耗动力蓄电池点火上电控制电路在点火上电过程中，24V启动电池完成点火后，通过开关K1立即脱离电路，保持无功耗状态。同时，在点火过程中，开关K1、K2和继电器J1的触点仅有接触器KM1驱动线圈这一个小负载，需要承载的电流非常小，呈微功耗状态，使得开关K1、K2和继电器J1易于选型。
在点火上电后，DC/DC开关电源输出的24V通过二极管D2给24V启动电池充电，避免24V启动电池多次使用后发生欠压不能工作的问题。
如果机车操作人员忘记及时通过K2关闭电源系统，电池管理系统(BMS)检测到单体电池电压到达安全阀值时，将立即断开继电器J1的触点，使接触器KM1驱动线圈失电，KM1-1、KM1-2触点立即断开，从而使DC/DC开关电源失电并停止24V输出，电池管理系统(BMS)因此失电，使正极接触器KM2、负极接触器KM3断开，从而使机车蓄电池组电源系统停止输出，同样回到系统上电前的无负载无功耗状态
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种低功耗动力蓄电池点火上电控制电路，其特征在于，包括：机车蓄电池组、DC/DC开关电源、电池管理系统、点火电路和预充电路；
所述点火电路包括启动电池、常开型点动开关K1、常闭型点动开关K2、常闭型继电器J1、二极管D1、接触器KM1-2辅助触点；
所述预充电路包括预充接触器KM4和预充电阻R1，所述预充接触器KM4与预充电阻R1串联；
所述机车蓄电池组正极和负极分别通过正极接触器KM2、负极接触器KM3输出，所述预充电路与正极接触器KM2并联；
所述DC/DC开关电源输入端正极通过保险丝FU1、接触器KM1-1主触点连接到机车蓄电池组正极，所述DC/DC开关电源输入端负极与机车蓄电池组负极直接连接，所述DC/DC开关电源的ACC唤醒信号线通过接触器KM1-2辅助触点连接到开关电源电压输出地端，所述DC/DC开关电源输出电压正极依次通过二极管D1、点动开关K2、K1及继电器J1连接到启动电池的正极；所述启动电池充电输入端通过二极管D2接入DC/DC开关电源输出电压正极；
所述二极管D1和D2的正极接入DC/DC开关电源输出电压正极；
所述启动电池负极和DC/DC开关电源电压输出地端相连接并接入接触器KM1的驱动线圈一端，所述接触器KM1的驱动线圈的另一端连接在点动开关K1和继电器J1之间；
所述电池管理系统的控制线分别连接到接触器KM1、正极接触器KM2、负极接触器KM3、预充接触器KM4及继电器J1的驱动线圈，所述电池管理系统的输入电源与DC/DC开关电源的输入端直接相连接。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗动力蓄电池点火上电控制电路，其特征在于，所述机车蓄电池组的输出电压为200-700V。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗动力蓄电池点火上电控制电路，其特征在于，所述DC/DC开关电源输出电压为24V，所述启动电池的电压为24V。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗动力蓄电池点火上电控制电路，其特征在于，所述机车动力蓄电池的负载通过接插件P1、P2、P3、P4分别接入正极接触器KM2、DC/DC开关电源电压输出地端、DC/DC开关电源输出电压正极和机车蓄电池组负极。
5.根据权利要求1所述的一种低功耗动力蓄电池点火上电控制电路，其特征在于，所述二极管D1、D2用于防止启动电池对DC/DC开关电源反向充电。
6.一种应用在如权利要求1-5任意一项所述的低功耗动力蓄电池点火上电控制电路的控制方法，其特征在于，包括点火上电控制过程和熄火下电控制过程；
所述点火上电控制过程包括以下步骤：
按下常开型点动开关K1，启动电池接通接触器KM1的驱动线圈，KM1-1主触点、KM1-2辅助触点同时闭合；
DC/DC开关电源通过KM1-1主触点接通了机车蓄电池组的高压并处于待输出的状态；
DC/DC开关电源的唤醒信号线与其输出地短路，唤醒电压输出；
DC/DC开关电源输出的电压与启动电池并联对KM1驱动线圈供电；
松开常开型点动开关K1，启动电池脱离启动电路，DC/DC开关电源输出的电压继续给KM1驱动线圈供电，实现电压的正常输出；
电池管理系统接收DC/DC开关电源输出的电压，根据预设控制程序，先吸合预充接触器KM1，完成预充后释放KM1，同时吸合正极接触器KM2和负极接触器KM3，完成点火上电；
所述熄火下电过程包括以下步骤：
按下常闭型点动开关K2，DC/DC开关电源输出电压与KM1驱动线圈失去连接，KM1线圈失电，其主触点与辅助触点同时断开，DC/DC开关电源因此失电；
DC/DC停止输出电压触发电池管理系统失电，触发正极接触器KM2、负极接触器KM3断开，机车蓄电池组电源系统停止输出，恢复无负载无功耗状态，完成熄火下电。
7.根据权利要求6所述的一种控制方法，其特征在于，当启动电池完成点火后，通过开关K1立即脱离输出，保持无功耗状态；
所述点火上电控制过程中，开关K1、K2和继电器J1的触点仅有接触器KM1驱动线圈一个负载，呈低功耗状态，使得开关K1、K2和继电器J1易于选型。
8.根据权利要求6所述的一种控制方法，其特征在于，在点火上电控制完成后，所述DC/DC开关电源输出的电压通过二极管D2给启动电池充电，避免24V启动电池多次使用后发生欠压不能工作的问题。
9.根据权利要求6所述的一种控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括自动断电控制过程，包括以下步骤：
当电池管理系统检测到单体电池电压到达安全阀值时，触发断开继电器J1的触点的动作；
接触器KM1驱动线圈失电，KM1-1、KM1-2触点立即断开，DC/DC开关电源失电并停止电压输出；
电池管理系统失电，正极接触器KM2、负极接触器KM3断开，机车蓄电池组停止输出，恢复到上电前的无负载无功耗状态。
10.根据权利要求1所述的一种控制方法，其特征在于，在点火上电控制过程和熄火下电控制过程中，当所述DC/DC开关电源的高压输入出现过流现象时，发出过流报警信号，同时所述保险丝FU1即刻熔断，所述机车蓄电池组停止输出，恢复到无负载无功耗状态，并发送故障信息至用户。
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