CN113103919B - 一种电动客车蓄电池保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动客车蓄电池保护系统及方法，辅助电源为系统电压采样电路提供工作电源，同时为处理器在深度休眠状态下维持电源，主电源受控于主电源控制电路，为系统提供正常工作时的工作电源，充电控制电路分别与处理器、充电机相连接，充电机与汽车蓄电相连接，电压采样电路与汽车蓄电池、处理器相连接，通过自动检测汽车蓄电池的电压值，当电压降低到需要为其充电时，系统自动接通车载DC/DC充电机，为车辆蓄电池充电，并实时监控当前电池电压，当电池电量充满，电压上升到设定的电压值时，系统断开充电机，进入深度休眠模式，到蓄电池电压再次下降到需要充电时，由外部采样电路提供触发信号，唤醒系统，为蓄电池再次充电。

Description

一种电动客车蓄电池保护系统及方法

技术领域

本发明属于新能源汽车零部件技术领域，具体是一种电动客车蓄电池保护系统及方法。

背景技术

随着汽车电子技术的发展，汽车上的电子设备应用越来越多，特别是营运质的电动客车，由于法规及标准的要求，有很多电子监控设备始终处于连续工作状态，例如远程数据监控系统，各运营平台的监控系统，电池管理系统等等，需要汽车低压供电系统为其提供连续不间断的工作电源，即使在汽车停驶状态下，汽车的蓄电池仍然对低压系统供电，如果车辆在停车场短期或长时间停放后，期间没有及时对低压系统进行充电，很容易将电池的电量耗尽，导致整车无法行驶或造成电池的使用寿命降低甚至蓄电池报废。

在实际车辆应用中，对于长时间停放的车辆，为了避免电池亏电，维护人员一般情况下是断开车辆的总电源开关，但是仍然有接到电池桩头的负载处于工作状态，电池还是有放电现象存在，为了确保汽车蓄电池在车辆停驶状态下有一个安全的电压区间，需要维护人员对每辆车进行巡查，定期维护，对电压较低的车辆进行充电和定期对蓄电池进行维护，比较费时费力，同时也增加了人力成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动客车蓄电池保护系统及方法，通过自动检测汽车蓄电池的电压值，当电压降低到需要为其充电时，系统自动接通车载DC/DC充电机，为车辆蓄电池充电，并实时监控当前电池电压，当电池电量充满，电压上升到设定的电压值时，系统断开充电机，并自动掉电，进入深度休眠模式，由于在深度休眠模式下，系统的功耗极低，电流几乎可以忽略不计，直到蓄电池电压再次下降到需要充电时，由外部采样电路提供触发信号，唤醒系统，为蓄电池再次充电，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电动客车蓄电池保护系统，包括主电源、主电源控制电路、辅助电源、充电控制电路、处理器、电压采样电路、充电机和汽车蓄电池，所述辅助电源为系统电压采样电路提供工作电源，同时为处理器在深度休眠状态下维持电源，所述主电源受控于主电源控制电路，为系统提供正常工作时的工作电源，所述充电控制电路分别与处理器、充电机相连接，所述充电机与汽车蓄电池相连接，所述电压采样电路与汽车蓄电池、处理器相连接。

作为本发明再进一步的方案：所述电压采样电路包括一个汽车蓄电池电压采样电路和采样电压比较电路，所述电压采样电路为处理器提供一个电压信号和采样电压触发信号；

当汽车蓄电池电压发生变化时，该汽车蓄电池上变化的电压由比例分压电路产生的随电池电压改变的电压值，传送给处理器，由处理器通过运算，得到当前的汽车蓄电池电压值；

当汽车蓄电池电压下降到一个设定的电压值时，电压比较电路输出一个触发电压信号并传送至给处理器，处理器根据触发电压信号做出相应的处理动作。

作为本发明再进一步的方案：所述主电源受主电源控制电路控制，当处理器为主电源电路提供一个控制信号时，由主电源控制电路控制主电源工作或停止；

当主电源工作时，系统工作电源由主电源提供；

当主电源停止工作时，系统外部电路停止工作，仅电压比较电路处于工作状态，此时，处理器处于深度休眠状态或处于停止状态。

作为本发明再进一步的方案：所述充电控制电路与处理器相连接，当汽车蓄电池需要充电时，由处理器控制充电控制电路，接通充电机为电池进行充电，当蓄电池电压上升到设定值时，处理器提供一个电平信号给充电控制电路，断开充电机，系统停止充电。

一种电动客车蓄电池保护方法，该蓄电池保护方法包括以下步骤：

S01、系统通电，由辅助电源供电，处理器开始工作，其控制电路端口S1为高电平，发出一个信号给主电源控制电路R1、R2、Q1，使开关稳压器U3的5脚为低电平，开关稳压器开始工作，为整个系统提供运行工作电源，由于主电源的输出电压略高于辅助电源电压，此时，辅助电源处于停止工作状态，系统电源由主电源提供；

S02、蓄电池上的电压，通过汽车蓄电池电压采样电路，得到一个0-5V的变化的采样跟随电压VO2，该电压传送给处理器ADC采样电路，由处理器通过定时采样，并进行计算之后，得到当前的汽车蓄电池电压VBAT；

S03、处理器通过汽车蓄电池电压采样电路，采集检测到蓄电池电压VO2，当检测到VO2低于设定的电压值时，发出一个信号给充电控制电路，接通充电机，为汽车蓄电池进行充电；

S04、当蓄电池电压上升到设定的电压值时，表明蓄电池电压已充满，该电压信号被处理器采集到，处理器发出一个信号给充电控制电路，关闭充电机，停止为汽车蓄电池进行充电；

S05、处理器关闭ADC外设及时钟，其控制电路端口S1低电平，发出一个信号给主电源控制电路R1、R2、Q1，三极管Q1截止，使开关稳压器U3的5脚为高电平，开关稳压器停止工作，由于二极管V5无输出电压且低于辅助电源电压，此时，辅助电源又处于工作状态，系统供电转为辅助电源供电；

S06、处理器关闭内部ADC采样模块，看门狗、定时器模块、系统时钟，进入STOP模式；

作为本发明再进一步的方案：还包括体眠唤醒步骤：

S11、处理器在STOP模式下，系统处于不工作状态，汽车蓄电池电压缓慢下降，电压比较器U1的输入电压Vin1随之下降，当电池的电压Vin1下降到低于设定的参考基准电压Vref时，电压比较器U1输出一个触发信号VO1，VO1呈现为一个由高到低的电压跳变信号，该跳变信号输入到处理器的外部GPIO，来唤醒处理器；

S12、与VO1相连接的GPIO在处理器进入休眠或STOP模式之前被配置为下降沿中断触发状态，处于STOP模式下的处理器接收到外部下降沿跳变信号，自动产生GPIO中断并唤醒处理器，并跳转到相应的软件中断，使处理器重新由STOP模式转入正常工作模式；

S13、处理器经过中断唤醒后，其控制电路端口S1为高电平，发出一个信号给主电源控制电路R1、R2、Q1，使开关稳压器U3的5脚为低电平，开关稳压器开始工作，为整个系统提供运行工作电源，由于主电源的输出电压高于辅助电源电压，此时，辅助电源处于停止工作状态，系统电源由主电源提供；

S14、处理器恢复时钟和中断，及定时器，并开启充电机；

S15、系统转入正常工作状态，并进行充电，电压采样，直至电压充满，再次进入深度休眠/STOP模式。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过采用一个低成本的处理器定期采集电池电压，由于系统大部分时间处于待机状态，自身功耗极低。同时系统采用双电源工作方式，当系统开始工作时，由主电源提供工作电源，在系统进入待机模式之前，处理器关闭主电源，给整个系统断电。仅保留电压采样电路处于工作状态，在主电源关闭之前，处理器控制辅助电源开启，由于辅助电源的功耗较低，只提供处理器待机/休眠的维持电源。处理器监控到蓄电池电压低于设定值时，才退出待机/休眠状态，由系统主电源工作，处理器输出控信号给外部控制电路，对蓄电池进行充电。当蓄电池电压上升到设定值时，MCU控制外部电路关闭充电电路，关闭主电源，接通辅助电源，重新进入待机状态；

2、本发明系统长时间处于极低功耗模式下，只有当蓄电池电压下降到需要再次补充电压时，系统才激活并进入工作状态。处理器在休眠模式下，工作电流为uA级，极大的降低了系统电源的消耗，当处理器处于STOP模式下，其功耗可以忽略不计。系统模块可以长期并接于汽车蓄电池上，由于该系统大部分时间处于待机模式下，如附图4所示，其自身功耗极低，在保障车辆蓄电池电压稳定的同时，降低了系统自身的功耗，使汽车蓄电池的电压维持在一个合理的电压区间，保障了电动客车安全运营，同时也降低了人工维护的难度，节省了人力维护成本。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明系统结构示意图。

图2是本发明的系统电压采样电路示意图。

图3是本发明的主电源及辅助电源工作示意图。

图4是本发明的系统工作时序示意图。

图5是本发明正常转入待机模式流程示意图。

图6是本发明自动唤醒转入正常模式流程图。

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。

请参阅图1，本发明实施例中，一种电动客车蓄电池保护系统，该系统包括主电源、主电源控制电路、辅助电源、充电控制电路、处理器、电压采样电路、充电机和汽车蓄电池。

优选地，辅助电源为系统电压采样电路提供工作电源，同时辅助电源还为处理器提供深度休眠状态(STOP模式)下系统待机工作维持电源。

辅助电源工作原理如图3所示，由二极管V1、电阻R4、R5、三极管Q2、稳压二极管V2、电容C1，隔离二极管V4组成，蓄电池的电压VBAT通过二极管V1，电阻R4限流之后，由电阻R5串联到稳压管V2的负极，稳压二极管的稳压值为5.6V，此时，三极管Q2的基极会对地产生一个5.6V的电压，三极管Q2处于导通状态，在三极管的发射极对地会输出接近5V的电压，该电压通过二极管V4降压，由于三极管Q2的Vbe电压存在及V4的导通管压降的存在，此时，通过V4连接到处理器上的电压VDD接近5V，由于辅助电源工作时，仅供给外部电压采样电路，处理器处于待机状态下，只需要较低的维持电流，为了防止输出电流过大，烧坏三极管Q2，在其前级增加了一个限流电阻R4，限制了Q2的输出电流，保证了电路的可靠性。

系统电压采样电路如图2所示，包括一个汽车蓄电池电压采样电路和蓄电池电压采样比较电路，分别为处理器提供蓄电池电压信号和采样电压触发信号，蓄电池电压采样比较电路如图2A所示，电阻R13，R14通过VDD分压，调整R13，R14的分压值，得到一个参考基准电压Vref，由于VDD电压比较稳定，所以参考基准电压Vref始终保持在设置的电压值上不变，汽车蓄电池电压VBAT由电阻R12，R11进行分压，得到一个输入比较电压Vin1，由于汽车蓄电池的电压是随着负载的充放电实时变化的，本方案中电压比较电路是用于监控电池电压下降并进行控制，在正常情况下，Vin1会比参考基准电压Vref要高，比较器U1输出信号VO1为高电平，当车辆在使用过程中，由于未能及时充电，会导致蓄电池电压VBAT下降，Vin1随之下降，当Vin1下降到低于参考基准电压Vref时，比较器输出信号VO1为低电平，为了防止由于电压瞬变导致输出抖动或振荡，电路增加了一个输出反馈电阻R15进行输出滞回比较，当VO1电平改变时，通过产生一个回差电压，将输出锁定，只有当Vin1比Vref更低时，输出状态才再次改变。

汽车蓄电池电压采样电路如图2B所示，电阻R16，R17串联后并接于蓄电池供电电源两端，当汽车蓄电池电压变化时，电阻R16，R17分压后的电压值Vin2随之变化，调整R16，R17的分压电阻值，使其分压值在蓄电池电压变化时，分压值Vin2在0-5V之间变化，并通过一个电压跟随器U2进行跟随之后，由电阻R18送到处理器的ADC电压采集端口，由处理器通过定时采样R18后级的采样跟随电压VO2，并通过运算之后，得到当前的汽车蓄电池电压VBAT。

主电源电路工作原理如图3所示，主电源电路由输出电压可调的集成开关稳压器U3、续流二极管V3、储能电感L5、电容C2，电阻R6、R7，二极管V5组成，当集成开关稳压器U3的5较为低电平时，开关电源工作，由外部储能电感及续流二极管使电源工作于开关状态，其输出电压由R6，R7分压进行调节，通过调节R6，R7的分压值，使主电源的输出电压略高于辅助电源电压，并通过二极管V5与系统供电电路相连接，当主电源工作时，由于其输出电压略高于辅助电源电压，此时，辅助电源处于停止工作状态，系统电源由主电源提供。

所述主电源控制电路与处理器相连接，其控制端S1与处理器相连接并受控于处理器，主电源控制电路由电阻R1、R2、R3及三极管Q1组成，当系统处于待机状态下，处理器的输出信号S1为低电平，此时，三极管A1截止，由于R3的上拉作用，集成开关稳压器U3的5脚为高电平，开关稳压器处于停止工作状态，其功耗及输出电流为0，当处理器输出控制信号时，其控制电路端口S1为高电平，该控制电平通过R1施加到三极管Q1的基极，三极管导通，将其集电极电压拉低，使集成开关稳压器U3的5脚为低电平，开关电源工作，由外部储能电感及续流二极管使电源工作于开关状态，产生主电源电压，为系统提供正常工作电源。在系统电压上升到正常值后，系统需要进入休眠状态时，处理器将控制电路端口Sl输为低电平，该控制电平通过R1施加到三极管Q1的基极，三极管截止，其集电极恢复为高电平，使集成开关稳压器U3的5脚为高电平，开关电源停止工作，此时，由于二极管V5无输出电压且低于辅助电源电压，此时，辅助电源又处于工作状态，系统的待机电源由辅助电源提供。

所述充电控制电路与处理器相连接，并控制充电机的工作状态，当汽车停驶之后，汽车蓄电池随着时间的推移缓慢下降，电池采样电压Vin1随之下降，当Vin1下降到低于参考基准电压Vref时，比较器输出信号VO1跳变为低电平。由于上拉电阻的R15的存在，VO1呈现为一个由高到低的电压跳变信号，该跳变信号输入到处理器的外部GPIO，该GPIO在处理器进入休眠或STOP模式之前被配置为下降沿中断触发状态，外部的下降沿电压跳变信号，会自动产生GPIO中断并唤醒处理器，使其重新由STOP转入正常模式，随后，处理器产生一个输出控制信号，接通主电源，系统转入正常工作状态，并通过充电控制电路接通车载DC/DC充电机，为汽车蓄电池进行充电，同时进行电压采样，当蓄电池电压慢慢上升到设定值时，处理器提供一个电平信号给充电控制电路，断开充电机，系统停止充电，系统再次进入深度休眠或STOP状态。

一种电动客车蓄电池保护方法，该蓄电池保护系统由正常模式转入待机模式工作流程如附图5所示，该系统由正常工作模式转入待机模式包括如下步骤：

S01、系统通电，由辅助电源供电，处理器开始工作，其控制电路端口S1为高电平，发出一个信号给主电源控制电路R1、R2、Q1，使开关稳压器U3的5脚为低电平，开关稳压器开始工作，为整个系统提供运行工作电源，由于主电源的输出电压略高于辅助电源电压，此时，辅助电源处于停止工作状态，系统电源由主电源提供。

S02、蓄电池上的电压，通过蓄电池电压采样电路，得到一个0-5V的变化的采样跟随电压VO2，该电压传送给处理器ADC采样电路，由处理器通过定时采样，并进行计算之后，得到当前的汽车蓄电池电压VBAT。

S03、处理器通过蓄电池电压采样电路，采集检测到蓄电池电压VO2，当检测到VO2低于设定的电压值时，发出一个信号给充电控制电路，接通充电机，为汽车蓄电池进行充电；

S04、当蓄电池电压上升到设定的电压值时，表明蓄电池电压已充满，该电压信号被处理器采集到，处理器发出一个信号给充电控制电路，关闭充电机，停止为汽车蓄电池进行充电；

S05、处理器关闭ADC外设及时钟，其控制电路端口S1低电平，发出一个信号给主电源控制电路R1、R2、Q1，三极管Q1截止，使开关稳压器U3的5脚为高电平，开关稳压器停止工作，由于二极管V5无输出电压且低于辅助电源电压，此时，辅助电源又处于工作状态，系统供电转为辅助电源供电；

S06、处理器关闭内部ADC采样模块，看门狗、定时器模块、系统时钟，进入STOP模式；

一种电动客车蓄电池保护方法，该蓄电池保护系统由自动唤醒转入正常模式工作流程如附图6所示，该系统由待机模式自动唤醒并转入正常工作模式包括如下步骤：

S11、处理器在STOP模式下，系统处于不工作状态，汽车蓄电池电压缓慢下降，电压比较器U1的输入电压Vin1随之下降，当电池的电压Vin1下降到低于设定的参考基准电压Vref时，电压比较器U1输出一个触发信号VO1，VO1呈现为一个由高到低的电压跳变信号，该跳变信号输入到处理器的外部GPIO，来唤醒处理器；

S12、与VO1相连接的GPIO在处理器进入休眠或STOP模式之前被配置为下降沿中断触发状态，处于STOP模式下的处理器接收到外部下降沿跳变信号，自动产生GPIO中断并唤醒处理器，并跳转到相应的软件中断，使处理器重新由STOP模式转入正常工作模式；

S13、处理器经过中断唤醒后，其控制电路端口S1为高电平，发出一个信号给主电源控制电路R1、R2、Q1，使开关稳压器U3的5脚为低电平，开关稳压器开始工作，为整个系统提供运行工作电源，由于主电源的输出电压略高于辅助电源电压，此时，辅助电源处于停止工作状态，系统电源由主电源提供；

S14、处理器恢复时钟和中断，及定时器，并开启充电机；

S15、系统转入正常工作状态，并进行充电，电压采样，直至电压充满，再次进入深度休眠/STOP模式。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电动客车蓄电池保护系统，其特征在于，包括主电源、主电源控制电路、辅助电源、充电控制电路、处理器、电压采样电路、充电机和汽车蓄电池，所述辅助电源为系统电压采样电路提供工作电源，同时为处理器在深度休眠状态下维持电源，所述主电源受控于主电源控制电路，为系统提供正常工作时的工作电源，所述充电控制电路分别与处理器、充电机相连接，所述充电机与汽车蓄电池相连接，所述电压采样电路与汽车蓄电池、处理器相连接；

所述电压采样电路包括一个汽车蓄电池电压采样电路和采样电压比较电路，所述电压采样电路为处理器提供一个电压信号和采样电压触发信号；

当汽车蓄电池电压发生变化时，该汽车蓄电池上变化的电压由比例分压电路产生的随电池电压改变的电压值，传送给处理器，由处理器通过运算，得到当前的汽车蓄电池电压值；

当汽车蓄电池电压下降到一个设定的电压值时，电压比较电路输出一个触发电压信号并传送至处理器，处理器根据触发电压信号作出相应的处理动作；

所述主电源受主电源控制电路控制，当处理器为主电源电路提供一个控制信号时，由主电源控制电路控制主电源工作或停止；

当主电源工作时，系统工作电源由主电源提供；

当主电源停止工作时，系统外部电路停止工作，仅电压比较电路处于工作状态，此时，处理器处于深度休眠状态或处于停止状态；

所述电动客车蓄电池保护系统的蓄电池保护方法包括以下步骤：

S01、系统通电，由辅助电源供电，处理器开始工作，其控制电路端口S1为高电平，发出一个信号给主电源控制电路，使开关稳压器的5脚为低电平，开关稳压器开始工作，为整个系统提供运行工作电源，由于主电源的输出电压高于辅助电源电压，此时，辅助电源处于停止工作状态，系统电源由主电源提供；

S02、蓄电池上的电压，通过汽车蓄电池电压采样电路，得到一个0-5V的变化值，并通过一个电压跟随器U2进行跟随之后，由电阻R18送到处理器的ADC电压采集端口，由处理器通过定时采样后级的采样跟随电压VO2，并通过运算之后，得到当前的汽车蓄电池电压；

S03、处理器通过汽车蓄电池电压采样电路，采集检测到蓄电池电压，当检测到蓄电池电压低于设定的电压值时，发出一个信号给充电控制电路，接通充电机，为汽车蓄电池进行充电；

S04、当蓄电池电压上升到设定的电压值时，表明蓄电池电压已充满，该电压信号被处理器采集到，处理器发出一个信号给充电控制电路，关闭充电机，停止为汽车蓄电池进行充电；

S05、处理器关闭ADC外设及时钟，其控制电路端口S1低电平，发出一个信号给主电源控制电路，三极管Q1截止，使开关稳压器的5脚为高电平，开关稳压器停止工作，由于二极管V5无输出电压且低于辅助电源电压，此时，辅助电源又处于工作状态，系统供电转为辅助电源供电；

S06、处理器关闭内部ADC采样模块、看门狗、定时器模块、系统时钟，进入STOP模式。

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