CN204304488U - 一种电池启动电流测试的充电器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了电池启动电流测试的充电器系统，包括：等效电池电路，包括串联的电池内阻R0和电动势E，该等效电池电路的两端分别连接第一信号和第二信号；信号驱动电路，包括第一DC输出信号和第二DC输出信号，在第一DC输出信号和第二DC输出信号之间设置有第一负载电路、第二负载电路，每个负载电路均连接到所述等效电池电路，并分别受第一、第二驱动信号的控制；中间电阻R28，设置在所述信号驱动电路和等效电池电路之间；其中，第一DC输出信号和第一信号接在电池的正极，第二DC输出信号和第二信号接在电池的负极。本实用新型通过上述技术方案可测得电池内阻，并通过电池内阻可对应查出电池的CCA值。

Description

一种电池启动电流测试的充电器系统

技术领域

本实用新型涉及电池储能装置的控制系统，尤其是涉及到铅酸蓄电池智能充电器系统，特别是对汽车蓄电池进行启动电流测试的充电器系统。

背景技术

随着国民收入的提高，汽车消费品已经大量进入了平常百姓家，为工作与生活带来便利性。汽车保有量的增加的同时，车内部的易损耗品也需要定时进行更换。其中汽车启动用铅酸蓄电池就是其中的一种易损耗品，一般使用寿命在2-3年。铅酸电池在生产中会大量使用酸性电解液和金属铅及其氧化物，对环境特别是水源的危害非常大。在车量的使用过程中，需要定期对电池启动放电电流进行测试，如果测试结果反映电池缺电，则充电器必须及时充电，在一些可选条件下在需要时也可以使用如去硫化功能对电池进行修复，会大大延长电池的使用寿命，有良好的经济效益与社会效益。

国际上对于测定电池冷启动放电电流(Cold-Cranking Ampere，以下简称CCA)有一套专门的方法，将充电完成的电池置于-18℃环境下，以固定的电流值进行放电，在规定的30秒时长，放电至放电截止电压(如7.2V)，这个固定电流最大值即CCA值。对于不同排量的车量使用电池的CCA值从300至1000A以上，因此如果使用标准 方法，即放电电阻进行测量会有：1、测量需要配置大量高功率的电阻；2、大电流放电测试会对电池的寿命产生不良影响；3、对于装车的电池需要将电池拆下后进行测试等问题。

实用新型内容

一种电池启动电流测试的充电器系统，其中，包括：

等效电池电路，包括串联的电池内阻R0和电动势E，该等效电池电路的两端分别连接第一信号(信号+)和第二信号(信号-)；

信号驱动电路，包括第一DC输出信号和第二DC输出信号，在第一DC输出信号和第二DC输出信号之间设置有第一负载电路、第二负载电路，每个负载电路均连接到所述等效电池电路，并分别受第一、第二驱动信号(驱动信号1，驱动信号2)的控制；

中间电阻R28，设置在所述信号驱动电路和等效电池电路之间；

其中，第一DC输出信号和第一信号(信号+)接在电池的正极，第二DC输出信号和第二信号(信号-)接在电池的负极。

上述的充电器系统，其中，在第一负载电路中，

第一驱动信号连接到第一三极管(Q3)的基极，该第一三极管(Q3)的发射极接地，集电极连接到第一开关管(Q1)的控制端； 

第一DC输出信号(DC输出+)与第一开关管(Q1)之间设置第一电阻模组；

第一开关管(Q1)的源极连接到第二DC输出信号(DC输出-)。

上述的充电器系统，其中，第一三极管(Q3)的基极与第一驱动 信号之间设置有一电阻(R21)，第一三极管(Q3)集电极与第一驱动信号之间还串联有两个电阻(R10，R19)，该两个电阻之间的节点连接电源电压VCC，第一三极管(Q3)的发射极接地，第一三极管(Q3)与第一开关管Q1之间还设置有一电阻(Q3)；

第一DC输出信号与第一电阻模组之间设置有一反向截止二极管(D1)；

第一电阻模组包括若干并联在一起的电阻(R6、R7、R8)。

上述的充电器系统，其中，在第二负载电路中，

第二驱动信号连接到一第二三极管(Q4)的基极，该三极管的发射极接地，集电极连接到第二开关管(Q2)的控制端；

第一DC输出信号(DC输出+)与第二开关管(Q2)之间设置第二电阻模组(R9)；

第二开关管(Q2)的源极连接到第二DC输出信号(DC输出-)。

上述的充电器系统，其中，第二三极管(Q4)的基极与第二驱动信号之间设置有一电阻(R24)，第二三极管Q4的集电极与第二驱动信号之间还串联有两个电阻(R22，R23)，该两个电阻之间的节点连接电源电压VCC，第二三极管(Q4)的发射极接地，第二三极管(Q4)与第二开关管(Q2)之间还设置有一电阻(R2)；

第一DC输出信号与第二电阻模组(R9)之间设置有一反向截止二极管(D2)。

上述的充电器系统，其中，在第一负载电路中，第一信号(信号+)和第二信号(信号-)的电压差为U1，第一电阻模组的电阻值为 R_m1；

$\frac{E}{R0+R28+R_{m1}}=\frac{E-U1}{R28+R_{m1}}$   ①

在第二负载电路中，设第一信号(信号+)和第二信号(信号-)的电压差为U2；

$\frac{E}{R0+R28+R9}=\frac{E-U2}{R28+R9}$   ②

根据公式①和公式②换算得出电池内阻R0：

$R0=\frac{|R_{m1}-R9|U1U2}{E(U1-U2)}$   ③。

上述的充电器系统，其中，所述系统还包括信号放大电路；

第一信号(信号+)通过一电容(C1)连接到第一电压跟随器(U1A)的正相输入端，第二信号(信号-)通过一电容(C2)连接到第二电压跟随器 (U1D)的正相输入端；

在第一信号(信号+)和第一电压跟随器(U1A)之间，以及第二信号(信号-)和第二电压跟随器 (U1D)之间，均设置有一分压电路以提供直流偏置；

第一电压跟随器(U1A)和第二电压跟随器 (U1D)输出端分别连接到一减法器(U1B)的两个输入端，以对信号进行放大，且该减法器(U1B)的输出端连接到一放大器(U1B)的正向输入端，以进一步对减法器(U1B)输出的信号进行放大。

上述的充电器系统，其中，在第一信号(信号+)和第一电压跟随器(U1A)之间设置的分压电路包括：

在一电源电压VCC与一接地端GND之间串联的两个电阻；

在第二信号(信号-)和第二电压跟随器 (U1D)之间设置的分压电路包括：

在一电源电压VCC与接地端GND之间串联的两个电阻(R18、R17)，且连接接地端的电阻(R17)还并联有一电阻(R16)。

上述的充电器系统，其中，所述第一电压跟随器(U1A)、第二电压跟随器 (U1D)、减法器(U1B)和放大器(U1C)的输出端均提供一反馈信号至各自的反向输入端。

上述的充电器系统，其中，第一DC输出信号和第二DC输出信号的通过电流均大于所述第一信号(信号+)和第二信号(信号-)通过的电流。 

上述的充电器系统，其中，还包括一稳压电源电路，通过一稳压二极管(VR1)将第一DC输出信号和第二DC输出信号进行转换并提供一稳定的电压参考源VREF。

上述的充电器系统，其中，在稳压电源电路中，所述第一DC输出信号通过一二极管(D3)连接到一线性稳压器(U2)，且在该线性稳压器(U2)的输入端、输出端均与接地端之间设置有一电容(C3，C4)。

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，本实用新型及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本 实用新型的主旨。

图1示出了本实用新型一种带有电池诊断与修复功能的智能充电器结构；

图2示出了本实用新型稳压电源部分结构示意图；

图3示出了本实用新型一种带有电池诊断与修复功能的智能充电器主回路的部分结构示意图；

图4示出了本实用新型一种带有电池诊断与修复功能的智能充电器信号放大部分示意图。

图5-6示出了本实用新型带有电池诊断与修复功能的智能充电器CCA测试等效电路在第一负载电路和第二负载电路情况下的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本实用新型的技术方案。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

本实用新型提供了一种电池启动电流测试的充电器系统，首先， 借助图1中的设备提供信号。如图1所示，设备的一端为AC(交流)输入线，另一端设置有两根带有夹子的引出线，分别连接到蓄电池的正负极端子上。其中，图1中所描述DC(直流)+输出线夹到蓄电池正极，DC-输出线夹到蓄电池负极，此外，在两根夹子线均夹到蓄电池的正负极端子同时，信号线+与信号线-也分别接到了蓄电池的正负极端子上。这样，在正负极端子上，正极有DC+输出线和信号线+两根线，DC+输出线用于通过大电流。同样的，负极有DC-输出线和信号线-两根线，DC-输出线用于通过大电流。

本实用新型提供的一种电池启动电流测试的充电器系统，参照图5和图6所示，包括： 

等效电池电路，包括串联的电池内阻R0和电动势E，该等效电池电路的两端分别连接第一信号(即图示信号线+)和第二信号(即图示信号线-)；

信号驱动电路，可参照图3所示，包括第一DC输出信号(即DC+信号线)和第二DC输出信号(DC-输出线)，在第一DC输出信号和第二DC输出信号之间设置有第一负载电路、第二负载电路，每个负载电路均连接到等效电池电路，并分别受第一驱动信号(即图示的驱动信号1)和第二驱动信号(即图示驱动信号2)的控制，当其中一负载电路开启时，另一负载电路则关闭。

中间电阻R28，设置在信号驱动电路和等效电池电路之间。R28为图5、图6所示回路中的接触电阻等效值。

在本实用新型一可选的实施例中，在第一负载电路中，驱动信号 1连接到第一三极管Q3的基极，该第一三极管Q3的发射极接地GND，集电极连接到第一开关管Q1的控制端；

第一DC输出信号与第一开关管Q1之间设置第一电阻模组；

第一开关管Q1的源极连接到第二DC输出信号(DC输出线-)。

第一开关管Q1在第一负载电路中，作为电子开关的作用，其对应受到驱动信号1的控制。

在本实用新型一可选的实施例中，参照图3所示，第一三极管Q3的基极与第一驱动信号之间设置有一电阻R21，第一三极管Q3集电极与第一驱动信号之间还串联有两个电阻R10和R19，该两个电阻之间的节点连接一电源电压VCC，第一三极管Q3的发射极接地，第一三极管Q3与第一开关管Q1之间还设置有一电阻R6；第一DC输出信号与第一电阻模组之间设置有一反向截止二极管D1；第一电阻模组包括若干并联在一起的电阻，例如图示中相并联的水泥电阻R6、R7和R8。可选但非限制，R6、R7和R8这3颗水泥电阻并联后阻值为6欧姆。

在本实用新型一可选的实施例中，参照图3所示，在第二负载电路中，驱动信号2连接到一第二三极管Q4的基极，该第二三极管Q4的发射极接地GND，集电极连接到第二开关管Q2的控制端。可选的，在第一DC输出信号与第二开关管Q2之间设置有一第二电阻模组。可选但非限制，该第二电阻模组为单颗电阻R9。R9单颗电阻阻值为10欧姆。第二开关管Q2的源极连接到第二DC输出信号(DC输出-)。第二开关管Q2在第二负载电路中，作为电子开关的作用。其对应受 到驱动信号2的控制。

在本实用新型一可选的实施例中，第二三极管Q4的基极与第二驱动信号之间设置有一电阻R24，第二三极管Q4的集电极与第二驱动信号之间还串联有两个电阻R22、R23，该两个电阻R22、R23之间的节点连接电源电压VCC，第二三极管Q4的发射极接地，第二三极管Q4的集电极与第二开关管Q2之间还设置有一电阻R2。在第一DC输出信号与电阻R9之间设置有一反向截止二极管D2。

上述的驱动信号1和驱动信号2是两个独立的信号，分别在测试不同时间输出，且均来自于MCU的I/O口，以实现控制其中一负载电路的开启，即当开关管Q1开启时，开关管Q2关闭，相反的，开关管Q1关闭时，开关管Q2开启。可选但非限制，两路信号均为周期为10ms的方波。可选但非限制，上述的开关管Q1和开关管Q2均为MOS(金属-氧化物-半导体)晶体管。

蓄电池在进行测量时，可以等效为E电动势加电池内阻R0的形式，如图5和图6所示。正常使用的电池内阻一般在几毫欧～几十毫欧之间。加载的6欧姆或者是10欧姆电阻是远大于电池的内阻。根据欧姆定律，可以联列出二个等式，并将R28认为是所有的接触电阻与电阻的误差值，R28在联立方程中是可以消除掉，进而可以得出电池内阻R0。

根据图3及图5和图6得出，在第一负载电路中，第一信号(信号+)和第二信号(信号-)的电压差为U1，第一电阻模组的电阻值为R_m1，那么可得出公式：

$\frac{E}{R0+R28+R_{m1}}=\frac{E-U1}{R28+R_{m1}}$   ①

在第二负载电路中，设第一信号(信号+)和第二信号(信号-)的电压差为U2，那么可得出公式：

$\frac{E}{R0+R28+R9}=\frac{E-U2}{R28+R9}$   ②

根据公式①和公式②换算得出电池内阻R0：

$R0=\frac{|R_{m1}-R9|U1U2}{E(U1-U2)}$   ③。

在一可选的实施例中，U1的数值例如可以通过下文所述的一放大器U1C输出的信号除以30倍放大倍数后计算得出。

在上述已经提及的一个实施例中，第一负载电路中的第一电阻模组的电阻值为6欧姆(即电阻R6、R7、R8并联后的电阻值为6欧姆)，第二负载电路中的电阻R9的电阻值为10欧姆，那么可以得出：

$\frac{E}{R0+R28+R6}=\frac{E-U1}{R28+R6}$ --------①

$\frac{E}{R0+R28+R10}=\frac{E-U2}{R28+R10}$ --------②

换算得出： $R0=\frac{4U1U2}{E(U1-U2)}$ --------③。

通过①，②式的联立计算出内阻电池内阻值R0，通过查电池内阻值与CCA值对应表方法，可以快速获得CCA值。在本领域中，存在一项标准，即电池内阻值R0与CCA值是一一对应的，一旦得出电池内粗R0，那么必然可得出CCA值，因此在此不予赘述。

在本实用新型一可选的实施例中，本实用新型所提供之系统还包 括一信号放大电路，可参照图4所示，第一信号(信号+)通过一电容C1连接到第一电压跟随器U1A的正相输入端，第二信号(信号-)通过一电容C2连接到第二电压跟随器U1D的正相输入端；在第一信号(信号+)和第一电压跟随器U1A之间，以及第二信号(信号-)和第二电压跟随器U1D之间，均设置有一分压电路，以提供直流偏置；第一电压跟随器U1A和第二电压跟随器U1D输出端分别连接到一减法器U1B的两个输入端，以对信号进行放大，且该减法器U1B的输出端连接到一放大器U1C的正向输入端，以进一步对信号进行放大。

其中，第一电压跟随器U1A的输出端与减法器U1B的正向输入端之间还设置有一电阻R3，同样的，第二电压跟随器U1D的输出端与减法器U1B的反向输入端之间还设置有一电阻R12，且减法器U1B的正向输入端通过一电阻R5接地GND。在减法器U1B的输出端与放大器U1C的正向输入端之间设置有电阻R10。此外，放大器U1C的反向输入端通过一电阻R14接地GND。

可选但非限制，继续参照图4所示，在第一信号(信号+)和第一电压跟随器U1A之间设置的分压电路包括：

在一电源电压VCC与一接地端GND之间串联的两个电阻R1和R2，以提供直流偏置；

在第二信号(信号-)和第二电压跟随器U1D之间设置的分压电路包括：

在一电源电压VCC与接地端GND之间串联的两个电阻R18和 R17，且连接接地端的电阻R17还并联有一电阻R17以提供直流偏置。

在本实用新型一可选的实施例中，第一电压跟随器U1A、第二电压跟随器U1D、减法器U1B和放大器U1C的输出端均提供一反馈信号至各自的反向输入端。其中，减法器U1B的输出端与反向输入端之间设置有一电阻R13，放大器U1C的输出端与反向输入端之间设置有一电阻R15。

继续参照图4所示，信号线+与信号线-分别与电池的正、负极相连接。信号线+与信号线-的交流信号分量分别通过C1与C2这两颗电容耦合进入U1A与U1D的同相输入端。而由R1和R2，R16，R17和R18组成分压电路，提供直流偏置。U1A-3脚比U1D-12脚直流电压高0.065V，直流信号分别经过U1A、U1D两个电压跟随器后，输入到U1B的同相、反相输入端，U1B设计成减法器。经过U1B放大器的5倍信号放大及U1C的6倍信号放大后，直流分量会在U1C的输出端产生约1.96V的直流电压。

在本实用新型一可选的实施例中，第一DC输出信号和第二DC输出信号的通过电流均大于第一信号(信号+)和第二信号(信号-)通过的电流。 

在本实用新型一可选的实施例中，还包括一稳压电源电路，测量系统使用TX7550型LDO如图2给MCU、运放等提供+5V(VCC)电源，同时VR1使用TL431提供0.2％精度的的2.5V电压参考源，用于A/D转换时，电压值校正。参照图2所示，通过一稳压二极管VR1将第一DC输出信号和第二DC输出信号进行转换并提供一稳定的电压 参考源REF。例如在本实用新型的一个实施例中，输出稳定的25V电压参考源REF。

在本实用新型一可选的实施例中，继续参照图2所示，在稳压电源电路中，第一DC输出信号通过一二极管D3连接到一线性稳压器U2，其具有输入(IN)、输出端(OUT)和接地端(GND)，在该线性稳压器U2的输入端、输出端均与接地端之间分别设置有一电容C3和电容C4。其中，在该线性稳压器U2的输出端之间还提供有一电源电压VCC，以及该线性稳压器U2的输出端与稳压二极管VR1之间还设置有一电阻R27。

本实用新型通过采用如上技术方案来测得电池内阻，并通过电池内阻来对应查出电池的CCA值，与已有技术相比，本实用新型可具有如下有益效果：

1、测试铅酸电池的CCA的硬件成本低，可使用LCD方便直观地显示测试数据，实用性强；

2、测试铅酸电池的CCA值时，不会对电池寿命产生影响；

3、测试铅酸电池性能不良时，给出用户建议。可以自动对电池进行充电操作，必要时进行电池修复，体现了很强灵活性。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动 和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (12)

1.一种电池启动电流测试的充电器系统，其特征在于，包括：

等效电池电路，包括串联的电池内阻R0和电动势E，该等效电池电路的两端分别连接第一信号和第二信号；

信号驱动电路，包括第一DC输出信号和第二DC输出信号，在第一DC输出信号和第二DC输出信号之间设置有第一负载电路、第二负载电路，每个负载电路均连接到所述等效电池电路，并分别受第一、第二驱动信号的控制；

中间电阻R28，设置在所述信号驱动电路和等效电池电路之间；

其中，第一DC输出信号和第一信号接在电池的正极，第二DC输出信号和第二信号接在电池的负极。

2.如权利要求1所述的充电器系统，其特征在于，在第一负载电路中，

第一驱动信号连接到第一三极管Q3的基极，该第一三极管Q3的发射极接地，集电极连接到第一开关管Q1的控制端；

第一DC输出信号与第一开关管Q1之间设置第一电阻模组；

第一开关管Q1的源极连接到第二DC输出信号。

3.如权利要求2所述的充电器系统，其特征在于，第一三极管Q3的基极与第一驱动信号之间设置有一电阻R21，第一三极管Q3集电极与第一驱动信号之间还串联有两个电阻R10、R19，该两个电阻之间的节点连接电源电压VCC，第一三极管Q3的发射极接地，第一 三极管Q3与第一开关管Q1之间还设置有一电阻Q3；

第一DC输出信号与第一电阻模组之间设置有一反向截止二极管D1；

第一电阻模组包括若干并联在一起的电阻R6、R7、R8。

4.如权利要求3所述的充电器系统，其特征在于，在第二负载电路中，

第二驱动信号连接到一第二三极管Q4的基极，该三极管的发射极接地，集电极连接到第二开关管Q2的控制端；

第一DC输出信号与第二开关管Q2之间设置第二电阻模组R9；

第二开关管Q2的源极连接到第二DC输出信号。

5.如权利要求4所述的充电器系统，其特征在于，第二三极管Q4的基极与第二驱动信号之间设置有一电阻R24，第二三极管Q4的集电极与第二驱动信号之间还串联有两个电阻R22、R23，该两个电阻之间的节点连接电源电压VCC，第二三极管Q4的发射极接地，第二三极管Q4与第二开关管Q2之间还设置有一电阻R2；

第一DC输出信号与第二电阻模组R9之间设置有一反向截止二极管D2。

6.如权利要求4所述的充电器系统，其特征在于，在第一负载电路中，第一信号和第二信号的电压差为U1，第一电阻模组的电阻值 为R_m1；

   ①

在第二负载电路中，设第一信号和第二信号的电压差为U2；

  ②

根据公式①和公式②换算得出电池内阻R0：

   ③。

7.如权利要求1所述的充电器系统，其特征在于，所述系统还包括信号放大电路；

第一信号通过一电容C1连接到第一电压跟随器U1A的正相输入端，第二信号通过一电容C2连接到第二电压跟随器U1D的正相输入端；

在第一信号和第一电压跟随器U1A之间，以及第二信号和第二电压跟随器U1D之间，均设置有一分压电路以提供直流偏置；

第一电压跟随器U1A和第二电压跟随器U1D输出端分别连接到一减法器U1B的两个输入端，以对信号进行放大，且该减法器U1B的输出端连接到一放大器U1C的正向输入端，以进一步对减法器U1B输出的信号进行放大。

8.如权利要求7所述的充电器系统，其特征在于，在第一信号和第一电压跟随器U1A之间设置的分压电路包括：

在一电源电压VCC与一接地端GND之间串联的两个电阻；

在第二信号和第二电压跟随器U1D之间设置的分压电路包括：

在一电源电压VCC与接地端GND之间串联的两个电阻R18、R17，且连接接地端的电阻R17还并联有一电阻R16。

9.如权利要求7所述的充电器系统，其特征在于，所述第一电压跟随器U1A、第二电压跟随器U1D、减法器U1B和放大器U1C的输出端均提供一反馈信号至各自的反向输入端。

10.如权利要求1所述的充电器系统，其特征在于，第一DC输出信号和第二DC输出信号的通过电流均大于所述第一信号和第二信号通过的电流。

11.如权利要求1所述的充电器系统，其特征在于，还包括一稳压电源电路，通过一稳压二极管VR1将第一DC输出信号和第二DC输出信号进行转换并提供一稳定的电压参考源VREF。

12.如权利要求11所述的充电器系统，其特征在于，在稳压电源电路中，所述第一DC输出信号通过一二极管D3连接到一线性稳压器U2；

在该线性稳压器U2的输入端、输出端均与接地端之间分别设置有一电容C3和电容C4。