CN203117396U

CN203117396U - 车用铅酸蓄电池故障诊断及应急点火装置

Info

Publication number: CN203117396U
Application number: CN 201220574613
Authority: CN
Inventors: 颜朴苗; 颜湘武
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2022-11-05

Abstract

本实用新型公开了属车用蓄电池故障检测技术领域的一种车用铅酸蓄电池故障诊断及应急点火装置。本装置以单片机为核心，单片机分别与K₁-K₃开关、仪器工作和起动电源，待测蓄电池、键盘和液晶显示器连接，组成集参数检测、状态诊断以及应急点火多重功能于一体的一种蓄电池故障诊断及应急点火的专门仪器。提出综合检测汽车蓄电池开路电压、放电电流、终止电压以及蓄电池环境温度，测算蓄电池的电池电动势、蓄电池内阻、冷起动电流以及荷电容量，以此作为表征蓄电池性能的四个重要评价指标；揭示了对汽车起动用铅酸蓄电池故障诊断、处理及应急点火方案。是养护汽车蓄电池，集成应急点火、汽车顺利起动的重要辅助工具，设计合理、使用简单、便捷。

Description

车用铅酸蓄电池故障诊断及应急点火装置

技术领域

本实用新型属车用蓄电池故障检测设备领域，特别涉及一种车用铅酸蓄电池故障诊断及应急点火装置。

背景技术

汽车电池是汽车起动、点火、照明、车载电子装置以及电动门窗的动力或工作电源。正常起动汽车时，发动机从静止开始转动到怠速运转的全过程，需要蓄电池提供300A、持续3-5s的强电流，冬季气温较低时，发动机起动需要较大功率，起动电流需要提高至500-600A 或更高。点火系统适时地为汽油发动机汽缸内已压缩的可燃混合气提供足够能量的电火花,使发动机能及时迅速地作功，需要蓄电池提供若5-15A、20-100Hz的周期脉冲点火电流《参考王贵槐. 汽车电子点火系统初级电流值的探讨[J]. 武汉交通职业学院学报, Vol. 8, No.4, 2006,(12) 76-78.》。即使汽车静置时，车上的电子设施也会消耗电能，例如，汽车电动门锁的无线接收器始终处于工作状态，出现人们俗称的“溜电”现象，长时间“溜电”会使蓄电池容量减少。在我国北方，冬天天气寒冷，昼夜温差大，蓄电池长期亏容还会导致电解质结晶析出，又称硫化，即蓄电池内部负极板、板栅的表面附着一层白色坚硬的结晶体硫酸铅，正常充电也难以剥离负极板和板栅表面的晶体，不能使之转化为活性物质，造成蓄电池性能下降；硫化严重时导致充不进电或是“一充就满,一跑就光”的问题。十分明显，汽车蓄电池的良好性能是汽车顺利起动的重要保证，研究汽车蓄电池在出现无法起动、不能打火等异常故障时的快速诊断以及汽车应急起动的方法，开发用于汽车蓄电池故障性能诊断和应急起动的专门仪器，具有现实意义和应用价值。

如何判断车载电池状态是否良好是长久以来的一个难题，国内外相关学者和工程技术人员进行了大量的研究和试验，取得了许多的成果。在文献《李立伟,邹积岩. 蓄电池内阻测量装置的研究[J]. 电源技术, Vol.27, No.1, 2003, (1) 40-44》中，对现有的几种直流系统蓄电池单体电池内阻测量方法如密度法、开路电压法、直流放电法和交流法等进行了比较分析，指出了它们的优缺点,并提出了一种新的蓄电池单体电池内阻测量方法—交流变频测量法，可实现在线测量；文献《薛振框, 郑荣良. 电动汽车蓄电池剩余电量计量技术的研究[J]. 江苏理工大学学报(自然科学版), Vol.22 No.2, 2001,(3)51-55》提出采用变电流组合测量的方法来确定电动势和内阻，同时用安时法来求得蓄电池的剩余电量，并通过建立神经网络模型来确定蓄电池电动势和内阻与剩余电量之间的非线性关系，最后由电动势和内阻对应确定剩余电量，避免了传统的安时法在不知道初始状态就无法工作的问题。文献《Sunfeng chun, Zhang chengning, Gaohaitao. Battery management system with state of charge indicator for electric Vehicles. Beijing Instituteof Technology, 1998,(2)》采用以安时法—Peukert公式—开路电压法为基本算法，进行电池管理系统的开发，同时考虑温度、自放电、使用循环寿命等因素对铅酸电池剩余容量预测的影响；文献《齐国光等. 电动汽车电量计量技术的研究[J]. 清华大学学报, Vol.37, No.3, 1997,(3).》提出了一种基于开路电压法和安时法测量电池剩余电量的新方法。在此基础上根据电池温度、使用情况以及自放电因素，采用参数自调整、偏差自校正的基于人工智能原理的技术来得到电池的容量。

国内较典型的蓄电池检测仪表在文献《李强华, 党宏社, 张开生,李晓雷. 便携式蓄电池参数测试仪的设计与实现[J]. 电测与仪表,Vol.44, No.495， 2007, (3) 47-54.》及文献《储开斌,陈树越, 何宝祥. 蓄电池容量性能测试仪的设计[J]. 电测与仪表, Vol.48, No.546， 2011, (6) 71-74.》中，报导了蓄电池内阻测试仪采用小电流电量比较法，把蓄电池与高精密电阻串联，通过测量电流信号在二者上所消耗的电量来获得蓄电池的内阻，研制的便携式蓄电池参数测试仪以单片机AT89S52为控制核心,通过大电流放电法来测试蓄电池的有效容量, 找到劣化电池,并能记录实时多组电池测量数据；以及线性充放电模块方案，用于测试蓄电池的容量、寿命及配组指标。

国际上先进检测仪表如 GR-1蓄电池检测充电器采用电导技术测试蓄电池状态，测试结果准确可靠，可在充电前、中、后对蓄电池进行测试，是现今最准确的蓄电池测试仪之一。充电时GR-1能以最优充电法有效的控制充电电流和电压，只需1h就可以充好电。具有高级用户界面，不会出现误操作的现象。具有辅助起动功能，可提供250A的起动电流和就车充电电压。具有涓流充电功能，不怕充电时间过长。不难发现，国内蓄电池检测仪表多针对内阻或容量两项指标，仪表的功能基本停留在仅输出检测数据的层面上，非专业人员多无法在短时间内明确蓄电池性能，并且，我国2005颁布施行了新的起动用铅酸蓄电池技术条件和品种规格^[，还未见到文献报道满足2005年标准要求的、对蓄电池做出综合评价的诊断方案或仪器；

国际上先进蓄电池检测仪表多采用电导技术测试蓄电池状态，通过预测蓄电池冷起动电流是否达到参考值来判定蓄电池是否要更换；由于我国起动用铅酸蓄电池国家标准以及产品品种和规格与国外同类产品型号有不同，直接进口的蓄电池检测仪也不完全适合我国的实际情况。另外，在汽车无法起动、不能打火等异常情形下，被广泛使用的应急点火方式有两种：（1）使用车载备用铅酸蓄电池起动，这种方式由于铅酸蓄电池体积和重量都较大，长时间放置在后备箱中很不划算；（2）通过搭线使用另一辆车的电池起动，这种方式明显在单车独自出行时很难实现。同时，无法判明异常蓄电池是由于亏容还是故障导致无法起动的情况下，如果是蓄电池内部完全短路等故障情形下贸然搭线起动，极可能出现短路电流过大，甚至发展成电池爆炸起火等恶性事故。由此可见，研究汽车蓄电池的无法起动、不能打火等故障性能的方法和应急起动的专门仪器，是非常必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中汽车蓄电池故障快速诊断以及汽车应急起动的比较困难的不足，提供一种车用铅酸蓄电池故障诊断及应急点火装置，其特征在于，以单片机 1为核心，单片机 1的第1脚、第5脚分别通过K₁开关、K₃开关与仪器工作和起动电源4的正极连接，第2脚同时连接仪器工作和起动电源4的负极与放电电阻R的一端，然后通过放电检测信号及应急点火负极连线9连接至待测蓄电池10的负极端子12，放电电阻R的另一端与单片机 1的第6脚和K₂开关连接，并且通过蓄电池放电电流检测信号线8再与单片机 1的第4脚连接；单片机1的第3脚通过蓄电池放电电压检测信号线6、K₂开关通过蓄电池放电检测正极连线7和K₂开关通过蓄电池应急点火连线5与待测蓄电池10的正极端子11连接；单片机 1的第7脚连接键盘及其接口电路2，单片机1的第8脚连接液晶显示器及其接口电路3；单片机 1的第9脚通过温度传感器信号线14连接温度传感器13。

所述K₁开关为仪器的工作电源开关；所述K₂开关为仪器检测短时放电控制的电子开关，与放电电阻R一起执行蓄电池放电电流检测；所述K₃开关为应急点火控制的电子开关，当仪器判断需进行应急点火操作时，则单片机1电子控制K₃开关，闭合应急点火回路，提供应急点火电流。

所述仪器工作和起动电源通过K₁开关为仪器提供工作和起动电源。

本实用新型的有益效果是本装置以单片机为核心，单片机分别与K₁-K₃开关、仪器工作和起动电源，待测蓄电池、键盘和液晶显示器连接，组成集参数检测、状态诊断以及应急点火多重功能于一体的一种蓄电池故障诊断及应急点火的专门仪器。并公开了蓄电池故障快速诊断以及汽车应急起动的方法，提出综合检测汽车蓄电池开路电压、放电电流、终止电压以及蓄电池环境温度，测算蓄电池的电池电动势、蓄电池内阻、冷起动电流以及荷电容量，并以此作为表征蓄电池性能的四个重要评价指标；是养护汽车蓄电池，集成应急点火功能、汽车顺利起动的重要辅助工具，设计合理、使用简单、便捷。

附图说明

图1为汽车起动用铅酸蓄电池故障诊断及应急点火仪原理接线图。

图2 为汽车起动用铅酸蓄电池故障诊断流程框图。

具体实施方式

本实用新型提供一种车用铅酸蓄电池故障诊断及应急点火装置。下面结合附图对本实用新型予以进一步说明。

图1所示为汽车起动用铅酸蓄电池故障诊断及应急点火仪原理接线图。图中，以单片机 1为核心，单片机 1的第1脚、第5脚分别通过K₁开关、K₃开关与仪器工作和起动电源4的正极连接，通过K₁开关为仪器提供工作和起动电源。单片机 1的第2脚同时连接仪器工作和起动电源4的负极与放电电阻R的一端，然后通过放电检测信号及应急点火负极连线9连接至待测蓄电池10的负极端子12，放电电阻R的另一端与单片机 1的第6脚和K₂开关连接，并且通过蓄电池放电电流检测信号线8再与单片机 1的第4脚连接；单片机 1的第3脚通过蓄电池放电电压检测信号线6、K₂开关通过蓄电池放电检测正极连线7和K₂开关通过蓄电池应急点火连线5与待测蓄电池10的正极端子11连接；单片机 1的第7脚连接键盘及其接口电路2，单片机 1的第8脚连接液晶显示器及其接口电路3；单片机 1的第9脚通过温度传感器信号线14连接温度传感器13。其中K₁开关为仪器的工作电源开关；所述K₂开关为仪器检测短时放电控制的电子开关，与放电电阻R一起执行蓄电池放电电流检测；所述K₃开关为应急点火控制的电子开关，当仪器判断需进行应急点火操作时，则单片机1电子控制K₃开关，闭合应急点火回路，提供应急点火电流。本实用新型将蓄电池故障诊断与应急点火功能有机地集成，更合理、科学和安全。

图2 所示为汽车起动用铅酸蓄电池故障诊断流程框图。图示了汽车起动用铅酸蓄电池故障诊断及应急点火方法的步骤如下：

1.接好仪器与待测蓄电池之间的放电回路连线，将放电检测正极连线7用带护套的电夹子夹住待测蓄电池10的正极端子11，接入仪器的放电回路的K₂开关的一端，K₂开关的另一端串接放电电阻R，放电电阻R的另一端经放电检测及应急点火负极连线9接回到待测蓄电池10的负极端子12，同时，待测蓄电池10的正极端子11通过蓄电池电压检测信号线6接入单片机1，用于检测待测蓄电池的开路电压、检测待测蓄电池的放电电流，短时放电的终止电压；还有温度传感器13经温度传感器检测信号线14接入单片机1，用于检测待测蓄电池的环境温度；

2.闭合仪器工作电源K1开关，仪器初始化各个单元，等待键盘输入检测、诊断指令，当单片机检测到有键盘检测、诊断指令下达时，进行蓄电池开路、单格短路、完全短路、硫化以及蓄电池性能退化等状态特征和差异测算，在此基础上形成针对汽车起动用铅酸蓄电池故障诊断、处理方案。

3.对上述测算数据进行分析，揭示汽车起动用铅酸蓄电池失效机理，对汽车起动用铅酸蓄电池故障诊断、处理流程如下：所述蓄电池的电动势E<0.5V，如果是，则诊断故障为蓄电池完全短路，不能用于应急点火，应该立即更换蓄电池；如果不是，则蓄电池的电动势E>11.5V，如果是，则蓄电池的内阻R₀<0.05Ώ，诊断为蓄电池正常，能用于应急点火，点火后，采用发电机充电，如果不是，则放电电流I_放电<0.5A，如果是，诊断为蓄电池开路，能用于应急点火，点火后更换蓄电池；如果不是放电电流I_放电<0.5A，蓄电池的内阻R₀ <0.1Ώ，是则诊断为蓄电池退化，否则诊断为蓄电池硫化，二者都能用于应急点火，点火后更换蓄电池；所述蓄电池的电动势E不大于11.5V，而蓄电池的电动势E>9.5V，如果不是，则蓄电池的内阻R₀ <0.1Ώ，如果是，诊断为蓄电池退化，如果不是，诊断为蓄电池硫化；所述蓄电池的电动势E是大于9.5V，则蓄电池的内阻R₀<0.05Ώ，是，诊断为蓄电池单格开路，能用于应急点火，点火后更换蓄电池，不是，则蓄电池的内阻R₀ >0.1Ώ，如果是，诊断为蓄电池硫化，如果不是，诊断为蓄电池退化。

Claims

1.一种车用铅酸蓄电池故障诊断及应急点火装置，其特征在于，以单片机1为核心，单片机（1）的第1脚、第5脚分别通过K₁开关、K₃开关与仪器工作和起动电源（4）的正极连接，第2脚同时连接仪器工作和起动电源（4）的负极与放电电阻（R）的一端，然后通过放电检测信号及应急点火负极连线（9）连接至待测蓄电池（10）的负极端子（12），放电电阻（R）的另一端与单片机（1）的第6脚和K₂开关连接，并且通过蓄电池放电电流检测信号线（8）再与单片机（1）的第4脚连接；单片机（1）的第3脚通过蓄电池放电电压检测信号线（6）、K₂开关通过蓄电池放电检测正极连线（7）和K₂开关通过蓄电池应急点火连线（5）与待测蓄电池（10）的正极端子（11）连接；单片机（1）的第7脚连接键盘及其接口电路（2），单片机（1）的第8脚连接液晶显示器及其接口电路（3）；单片机（1）的第9脚通过温度传感器信号线（14）连接温度传感器（13）。

2.根据权利要求1所述车用铅酸蓄电池故障诊断及应急点火装置，其特征在于，所述K₁开关为仪器的工作电源开关；所述K₂开关为仪器检测短时放电控制的电子开关，与放电电阻（R）一起执行蓄电池放电电流检测；所述K₃开关为应急点火控制的电子开关，当仪器判断需进行应急点火操作时，则单片机（1）电子控制K₃开关，闭合应急点火回路，提供应急点火电流。

3.根据权利要求1所述车用铅酸蓄电池故障诊断及应急点火装置，其特征在于，所述仪器工作和起动电源通过K₁开关为仪器提供工作和起动电源。