CN1333928A - 两电极电池 - Google Patents

Abstract

一种带有微处理控制单元的两极双电池,其装入一单一的壳体内。两节12V电池容纳在单一壳体内,共用一个正极和一个负极。所述辅助电池永久连接到电池的外部电极上。起动部分通过自锁机电继电器连接到外部电池电极上,与辅助部分并联。微处理器响应外部输入和电池参数控制所述继电器。电池的一部分构造成能深度循环并且一般能提供电源来运行辅助负载,而另一电池部分构造成能满足低内部电阻和短时间内高电流输出的要求。

Description

两电极电池

发明领域

本发明涉及一种两电极电池，这种电池一般用在汽车中。更具体而言，本发明涉及一种包括位于单一壳体内的、有两个电极的电池的两电极电池。

背景技术

汽车工业一直在寻找能提供智能型汽车电池的方法和系统，所述智能型电池能考虑汽车的活动，以便更有效地提供操作日益复杂的汽车内各种系统的电源。智能型电池是本技术领域所熟知的。所述智能型电池一般包括两节12V的电池，例如酸性铅洗电池。已有的设计有三个和四个外部的电极，这就要求在安装时对普通的汽车电池再接上电线。有双电池但只有两个电极的两电极智能型电池系统的研制提供了一些优点。很明显，使用两电极而非三个或四个电极能避免对普通的电池线束进行修改以及增加安装成本。由此很容在普通电池的基础上获得改进的性能和增加可靠性。

发明概述

本发明涉及一种用于汽车中的两电极双电池系统。所述系统包括一个壳体，所述壳体内安装有两个电池和一微处理器控制部分，其要求仅仅两个电极用于连接到一普通的汽车电池配线系统。所述容纳在一个壳体内的两个电池共用一共同的外部负极和一外部正极。其中的一个电池永久地连接到外部电极上，而另一个电池虽然永久地连接到外部负极上，但通过一个电磁自锁继电器连接到外部正极上，所述电磁自锁继电器当起动时使两节电池并联。所述电磁自锁继电器的操作通过微处理器在控制算法的操作下控制。所述微处理器响应于外部参数和感测到的内部电池参数进行操作。所述继电器是一种脉冲操作的双稳态电磁继电器。所述继电器还包括一种状态感测电极以给出完全封闭的循环逻辑检验。所有的继电器状态传输是随主程序缓冲的可变的时间，所述主程序包括适当的冗余度和失效保护支持系统。

所述电池部分之一构造成用于深度循环。所述电池部分永久地连接至外部电极，并且一般能提供运行辅助负载的电源。所述第二部分构造成能满足内部低电阻和有效的短时间内高电流输出的要求。第二部分周期性地通过自锁继电器连接到外部正极上。

附图简介

图1是根据本发明的一个实施例的电池外部的俯视图；

图2是图1的电池外部的侧视图；

图3是示出图1电池的内部元件的立体图；

图4是图1实施例的电路简图；

图5是图1优选实施例的外部俯视图，其示出了嵌入的导体，自锁继电器和内部电池的电极；

图6是本发明另一个实施例的电池外部的俯视图；

图7是图6电池外部的侧视图；

图8是图6实施例的电路简图；

图9是图6优选实施例的外部俯视图，其示出了嵌入的导体，自锁继电器和内部电池的电极。

优选实施例的详述

参照附图，其中相同的标号表示相同的元件，图1和图2表示根据本发明的优选实施例的两电极的双电池装置。所述电池包括一个外部模制成型的电池壳体2和盖子4。在盖子4内有一一体的通风系统6。在盖4内一体制成有包括多个电子元件的开关盒8(下面详述)。第一外电极10用作正极，并且从盖4延伸出来。第二外电极44用作负极，并且从盖4延伸出来。图3示出电池的内部元件，包括起动部分20和与其相邻的辅助部分22。所述起动部分20包括一正极14和一负极24。所述起动部分20有六个板组28用于提供较高的电流。所述辅助部分22包括一正极26和一负极16。所述辅助部分22有六个板组30用于提供循环功能。所述单独的电池部分20和22可以制成酸性铅洗电池以提供上述的功能。

图4示出本发明的优选实施例的电路简图。所述起动部分20和辅助部分22在外正极10和外负极44之间并联。一自锁机电继电器(L/R)32连接在起动部分正极14和辅助部分负极26之间。所述继电器32还电连接至微处理器和一控制电子部分34上。所述微处理器和控制电子部分34电连接到起动部分正极14、辅助部分正极26、起动部分负极24、和辅助部分负极16上。响应于输入信号，所述微处理器和控制电子部分34打开和关闭继电器32。当继电器32打开时，仅仅辅助部分22连接至外部电池电极10，44。当继电器32关闭时，起动部分20和辅助部分22穿过外部电池电极10，44相并联。

图5示出导体连接器连接起动部分和辅助部分的内部电极至所述外部电极。所述起动部分正极通过导体42连接至继电器32。另一个导体40将辅助部分正极26连接至外部正极10和继电器32。另一个导体46连接起动部分负极24到外部负极44。外部负极44位于辅助部分负极16的上方并与其相连。

在另一个优选的实施例中，如图6-9所示，本发明包括一个可选择的外部负极连接件18。如图9所示，所述电极连接件连接辅助部分负极16至另一导体38和起动部分负极24，所述导体38连接外部负极44。

所述微处理器和控制部分34(随后称作“up”)监控并检测电池的各种操作条件。基于这些条件，处理器和控制部分34控制继电器的操作。

处理器和控制部分34连续监控下列参数：辅助部分电压(Va)，起动部分电压(Vs)，振动传感器输出，辅助部分电流，继电器的压缩状态，各种状态标志定时器的条件。

必要时，“up”34的信号输入以各种普通的方式预处理，例如阻容(R-C)过滤。例如在振动检测的情况下，过滤原始信号用于频率响应，在“up”34中校正并与30秒迟延时间信号组合，以建立一有效的检测振动(DIVB)标志，并且设定DVIB＝True。

当检测到与既定程序条件相匹配的参数输入值时，处理器和控制部分34发出一信号到继电器驱动电路以改变继电器的状态。所述处理器和控制部分34然后验证状态改变的结果。所述继电器驱动电路可以包括，例如与继电器线圈串联的场效应晶体管(FET)。所述继电器线圈连接在场效应晶体管的漏极和起动部分正极之间。一保护二极管以反向偏压的形式连接并且平行于继电器线圈，以抑制感应归零电压。

为了起动继电器，所述微处理器和控制部分34向场效应晶体管门输入一电压信号。所述电压信号起动场效应晶体管，允许电流流过。所述电流起动线圈，这反过来又会关闭继电器32。为了打开继电器32，所述微处理器和控制部分34断开通向场效应晶体管门的电压信号。

为了使所述微处理器和控制部分34能监测继电器32的状态，在继电器壳体内包括一个验证触片。所述验证触片与所述微处理器和控制部分34相连。当继电器32关闭时，继电器32的触片上的电压也出现在验证触片上。所述微处理器和控制部分34基于验证触片上的电压确定继电器是关闭或是打开的。如果继电器32要关闭，所述微处理器和控制部分34发出电压到场效应晶体管。所述微处理器和控制部分34监测验证触片。如果所述微处理器和控制部分34不检测在验证触片上的电压，那么就会再一次脉动场效应晶体管。这将重复脉冲直至15次或直至继电器32关闭。如果在15次尝试之后继电器32已经关闭，继电器32没有得到验证，所述微处理器和控制部分34将不会进行进一步的动作直至受到有效的指示，从“假想关闭”状态打开继电器32。在停止“打开”电流脉冲信号施加到继电器32上，并且验证尝试寄存器重新设置为零之后，重新进行验证。

一般电池在由所述微处理器和控制部分34能识别的五种状态下操作：(A)发动机怠速运行或开放电路，其中很少或没有充电或放电动作：10.8V＜Va＜13V，(B)起动，高电流，低电压，短时间放电，(C)充电，13V＜Va＜14V，少于40分，(D)过度充电，Va＞14V，并且Vreg＞Vc＞13.2V，其中Vreg表示系统稳压器的电压，Vc表示起动部分20和辅助部分22并联时的电压，(E)深度放电：Va≤10.8V用于在一延长的时间段内有或没有振动出现。

本发明以下述方式操作。在起动条件下，电池处于状态A。电池的起动部分和辅助部分22完全充电(正常状态)，并且继电器处于打开的状态。在此状态，仅仅辅助部分22连接至汽车配线系统，所述配线系统通过外部电极10，44与电池相连。

所述汽车包括一与所述微处理器和控制部分34相连的振动传感器(未示出)。所述振动传感器可以是一压电振动检测电路。当有人进入汽车时，振动传感器将检测出与开门有关的振动或其他干扰。所述微处理器和控制部分34将振动检测标志DVIB设定为true。

所述微处理器和控制部分34检查Va。由于如果所述微处理器和控制部分34发现Va＞10.8V，所述电池将保持原状，即，辅助部分连接至起动电动机上。将一键设定到起动位置配合起动器螺线管以转动起动电动机。启动器电动机吸收的高电流将使辅助部分电压Va下降。则所述微处理器和控制部分34监测Va。如果Va保持在第一触发点之上(例如10.8V)，汽车最可能起动。如果汽车起动，所述微处理器和控制部分34将不关闭继电器32。一旦汽车起动并且起动器马达卸载，交流发电机对辅助部分充电，提高电压Va。

如果Va低于10.8V，所述微处理器和控制部分34将关闭继电器32，因此使辅助部分22和起动部分20相并联，以产生更大的并联电压Vc。如果所述微处理器和控制部分34监测到DVIB＝True并且Va＜10.8V，则所述微处理器和控制部分34会关闭继电器32。由所述并联电压Vc驱动所述起动电机。一旦汽车起动，交流发电机会对并联的起动部分20和辅助部分22充电。

当有人进入汽车并试图起动汽车(DIVB＝True)，并且所述微处理器和控制部分34发现Va最初小于10.8V的情况下，则所述微处理器和控制部分34会自动关闭继电器32，因此在起动器螺线管配合之前使辅助部分22和起动部分20并联。这将确保起动发动机的最佳状态。

如上所述，当振动传感器感测到振动时，则所述微处理器和控制部分34设定DIVB＝True。一旦汽车已经起动，所述微处理器和控制部分34还设定一计数器计数到30秒。如果继电器32已经关闭(由于最初发现Va＜10.8V或者由于起动尝试而落至低于10.8V)，并且在30秒的时间内没有感测到额外的振动，DVIB会设置成“False”。如果下面要描述的充电参数不要求保持继电器关闭，则所述微处理器和控制部分34将打开继电器32，并且使起动部分20和辅助部分22断开并联。

在一定条件下，振动传感器不会感测有人进入车内，例如传感器不工作，进入的振动不明显等，或者进入和起动尝试之间超过30秒。在任何一种上述情况下，DVIB都会设定为“false”。因此对发动机起动必要的初始条件DIVB＝True将不再出现。如果Va＜10.8V，为起动电动机，两部分电池都需要工作。然而由于DVIB＝false，继电器将不关闭。一额外的支持电路，连接至Va并且所述微处理器和控制部分34表示出这种情况。所述微处理器和控制部分34通过支持电路监测Va的下降率(dVa/dt)和Va。如果dVa/dt超过了一预定的值，并且Va低于预定的值，所述微处理器和控制部分34将关闭继电器32。在此意义上，继电器32的关闭将不取决于DVIB的状态。

一旦汽车起动，所述微处理器和控制部分34开始监控充电参数。如上所述，一旦汽车起动，继电器32可以或者不可以关闭，这取决于Va的值。所述微处理器和控制部分34监测Va。如果通过交流发电机充电系统，再次充电使Va超过13V，所述微处理器和控制部分34将检查继电器32的状态。如果继电器关闭，将保持关闭的状态，如果打开，所述微处理器和控制部分34将发出信号使其关闭。一旦继电器关闭，充电系统会对辅助部分22和起动部分20充电，使两部分恢复至正常的状态，使Vc升高到由外部汽车稳压器所限定的最大值。

如果继电器32关闭，并且发动机持续运行，电池的两部分都会充电，最终到达一恒定的电压值，所述电压值由汽车的稳压器限定，例如14.2-14.7伏。在这种条件下，起动部分20的过量的和延长的充电会引起正栅极腐蚀。为克服这种缺点，所述微处理器和控制部分34实施了一种电荷保护电压功能。如果Vc超过14V，所述微处理器和控制部分34设定计时器一预选时间T1，例如40秒。如果Vc在时间段T1内保持大于14V，则所述微处理器和控制部分34打开继电器32。一旦，起动部分20通过打开继电器34断开连接，Vs自然减小至一平衡电压，例如，13.2伏。当所述微处理器和控制部分34检测到Vs已经达到了一平衡电压，所述微处理器和控制部分34关闭继电器32并且将一计时器设置为预选时间T2，例如5分钟。在此时间段内，起动部分20和辅助部分22并连充电。在时间段T2的末端，所述微处理器和控制部分34再次打开继电器32允许起动部分电压Vs下降。一旦电压Vs低于13.2伏，所述微处理器和控制部分34将再次设定一计时器至时间段T2。所述时间段T2将无限循环，直至要求其它的参数。例如如果Va低于12.8伏，继电器32将被迫打开，以单独对辅助部分22充电，或者如果起动器关掉，继电器将被打开。如果Vc在时间段T1或T2低于13.2V，定时器将设定为零，这样下一次计时将是重新设定的计时。

当汽车发动机怠速运行时，两电池部分20，22的电压朝向其正常的开路值下降。当辅助部分电压Va落至这一范围的顶端时，所述继电器32跳至打开状态，以使起动部分20隔离任何可能出现的标准辅助负载。

优选，所述辅助部分22提供电流到不能被充电系统所支持的辅助负载。如果汽车发动机怠速运行并且存在辅助负载，继电器32打开，那么辅助部分独自驱动负载。在这种情况下，起动部分20被断开，并且Va随着时间逐渐减小。在没有振动的情况下，辅助部分22能完全放电。然而，如果Va落至低于触发点，例如10.8V，则由振动传感器感测到振动，例如有人进入，噪音等，DVIB将设定为true并且继电器32将关闭。辅助部分22和起动部分20将并联放置，以提供一并联电压Vc(大于10.8V)到辅助负载。所述微处理器和控制部分34监测振动传感器进一步振动的情况。如果在30秒内没有感测到振动，DIVB设定为false，并且打开继电器32。所述微处理器和控制部分34连续监测振动传感器。上述过程重复进行。

当汽车在使用中，并且充电系统失灵或长期过劳就会出现这种情况。如果辅助电压Va低于触发点时，检测不到外部输入，则继电器32将保持在打开的状态，并且辅助部分22完全放电。这种情况一般在汽车发动机怠速运行并且一些附件，例如灯在打开的状态下出现。

由起动部分20和辅助部分22可以双重供给电流。当两部分的电压都低于5伏时，所述微处理器和控制部分34将进入“睡眠”模式。当电池放置在充电状态，并且辅助部分22独自或两部分的电压都升高至高于预定值，所述微处理器和控制部分34将通过重新设定和重新初始化使电池进入“清醒”状态，以恢复正常的操作。

本发明可以以不脱离其实质精神的其他具体形式实施，因此本发明的保护范围应在于所附的权利要求书，而非前述的说明部分。

Claims (8)

1.一种电池，所述电池包括：

一电池壳体；

容纳在所述电池壳体内的第一电池部分；

容纳在所述电池壳体内与所述第一电池部分相邻的第二电池部分；

从所述电池壳体延伸出的一对外部电极；

有打开和关闭状态的可控开关；

根据输入信号在打开状态和关闭状态之间可选择地操作可控开关的控制装置；

其中，所述第一电池部分永久性地连接到一对外部电极上；并且

所述第二电池部分通过可控开关连接到一对外部电极上，这样当可控开关在关闭状态，第一电池部分和第二电池部分并联到一对外部电极上。

2.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一电池部分是驱动辅助部件的辅助电池。

3.如权利要求2所述的电池，其特征在于，所述辅助电池部分包括用于提供循环能力的板组。

4.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第二部分是用于起动发动机的起动电池。

5.如权利要求4所述的电池，其特征在于，所述起动电池包括提供高电流的板组。

6.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述可控开关是一自锁继电器。

7.如权利要求1所述的电池，所述电池还包括一振动检测器，并且其中所述输入信号表示下列数值中的一个：第一电池部分电压，第二电池部分电压，第一电池部分的电流，第二电池部分的电流和振动传感器状态。

8.如权利要求1所述的电池，其特征在于，如果输入信号表示第一电池部分电压低于触发点，所述可控装置关闭开关。

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