專利名稱：一種車載電源電壓監(jiān)測及備用電池充放電控制裝置的制作方法
技術領域：
一種車載電源電壓監(jiān)測及備用電池充放電控制裝置技術領域[0001 ] 本實用新型涉及新的車載電源硬件設計技術，具體涉及一種車載電源電壓監(jiān)測及 備用電池充放電控制裝置。
背景技術：
由于車內的電氣設備在運行時，會產生大量電磁干擾，這些干擾頻帶很寬，通過傳 導、耦合或者輻射的方式，傳播到電源系統(tǒng)內，進而影響到電子設備的正常工作。所以，車載 電子設備的安全和穩(wěn)定供電成為一個關鍵問題。此電源裝置不僅具有提供有效電壓驅動的 能力，并且還應具有在復雜的車載環(huán)境中穩(wěn)定工作的能力。現(xiàn)有的車載電子設備供電方式一般有兩種一是使用車內的直流電源適配器供 電，二是利用普通電池供電。車內直流電源適配器可基本滿足供電功能，但是，由于車輛點火啟動時會使輸出 電流增大，蓄電池可能在短時間內電壓急劇下降到最低6-9V左右，或者最高33-34V左右， 造成電源輸出不穩(wěn)定。其次，汽車直流電源在車輛熄火時無備份電源，而在要求工程車輛在 熄火狀態(tài)時仍需通過GPS返回車輛地理信息的系統(tǒng)中，需要車輛斷電后仍能使用備份電池 工作一段時間。普通電池雖然可以完全脫離車載電源的依賴，但由于其壽命短、利用率不 高、帶負載能力差等缺點，對于工程車輛在途狀態(tài)的不間斷監(jiān)測不具備良好的可靠性。發(fā)明內容為了克服背景技術的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種車載電源電壓監(jiān)測 及備用電池充放電控制裝置，該裝置基于IS07637電源抗干擾標準中的A類測試標準，具有 抗電磁干擾、有效提高了車載設備工作的可靠性，確保在工程車輛電源波動和熄火的情況 下電子系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。為了實現(xiàn)上述技術任務，本實用新型采用如下技術方案予以實現(xiàn)—種車載電源電壓監(jiān)測及備用電池充放電控制裝置，包括安裝在車內的車載蓄電 池，該裝置還包括電壓監(jiān)測及雙電源切換模塊、恒流充電模塊、充放電邏輯判斷及保護模塊 和備份供電模塊，其中充放電保護模塊由鋰電池過放判斷及通斷模塊和鋰電池過充判斷及 通斷模塊組成。本實用新型的其他技術特點為所述的蓄電池和電壓監(jiān)測及雙電源切換模塊輸入端連接；電壓監(jiān)測及雙電源切換 模塊的輸出端與恒流充電模塊相連接。所述的備份供電模塊與充/放電邏輯判斷切換模塊連接，充/放電邏輯判斷切換 模塊與充放電保護模塊連接，充放電保護模塊與恒流充電模塊連接。所述的備份供電模塊由7節(jié)3. 6V的鋰電池串聯(lián)組成，可提供25V的輸出電壓。所述的恒流充電模塊，采用電流控制型單端反激拓撲，由自繞線圈實現(xiàn)電壓轉換 與隔離保護功能，并由U4脈寬調制實現(xiàn)恒流控制。[0013]所述的充放電邏輯判斷及保護模塊采用四比較器實現(xiàn)備份供電模塊充放電邏輯 判斷及過充/過放電保護功能。所述的備份供電模塊為鋰電池。本實用新型的車載電源電壓監(jiān)測及備用電池充放電控制裝置與現(xiàn)有技術相比具 有以下優(yōu)點1、電源裝置采用雙電源供電，車載蓄電池與備用電池的正常工作范圍無交集，并 可實現(xiàn)自動切換，從而有效的避免了干擾，為傳感器不間斷穩(wěn)定供電。2、利用四比較器簡單巧妙而準確可靠地實現(xiàn)鋰電池充放電邏輯判斷，實現(xiàn)了過充 及過放電保護功能。3、采用電流控制型單端反激拓撲的穩(wěn)壓，恒流變換器，具有輸入電壓范圍適應寬、 電壓調整率高、控制環(huán)路頻帶寬，負載動態(tài)調整率高、輸出濾波電感小，電源體積小，成本 低；雙環(huán)路控制，易調試等優(yōu)點。4、對電源裝置的功率開關器件電參數(shù)進行了一級降額或二級降額設計，提高了本 裝置在惡劣環(huán)境下工作的可靠性。
圖1、為本實用新型的電源裝置設計結構示意圖。圖2、為本實用新型的電路設計圖，其中圖(2a)為恒流充電模塊的變換電路圖；圖 (2b)為恒流充電模塊中的變換器的變壓器結構示意圖；圖(2c)為充放電邏輯判斷及保護 電路圖；圖(2d)為母線電壓監(jiān)測/判斷/轉電及變換器啟動電路。
以下結合附圖對本實用新型的具體內容作進一步詳細說明參見圖1 一種車載電源電壓監(jiān)測及備用電池充放電控制裝置，包括安裝在車內的 車載蓄電池，該裝置還包括電壓監(jiān)測及雙電源切換模塊、恒流充電模塊、充放電邏輯判斷及 保護模塊和備份供電模塊，其中充放電保護模塊由鋰電池過放判斷及通斷模塊和鋰電池過 充判斷及通斷模塊組成。所述的蓄電池和電壓監(jiān)測及雙電源切換模塊輸入端連接；電壓監(jiān)測及雙電源切換 模塊的輸出端與恒流充電模塊相連接；所述的備份供電模塊與充/放電邏輯判斷切換模塊連接，充/放電邏輯判斷切換 模塊與充放電保護模塊連接，充放電保護模塊與恒流充電模塊連接。本實用新型根據(jù)GB/T 21437. 2-2008/IS0 7637-2:2004《道路車輛由傳導和耦合 引起的電騷擾》第2部分《沿電源線的電瞬態(tài)傳導》標準要求，綜合考慮而設計的。車載電 源裝置由雙電源供電(車載24V蓄電池和備份供電模塊，其中備份供電模塊由7節(jié)3. 6V的 鋰電池串聯(lián)組成，可提供25V的輸出電壓)，正常供電電源為蓄電池，首先檢測進行輸入電壓 監(jiān)測，來判斷是否要切換電源。當蓄電池供電母線電壓高于30V或低于22V時，自動切換到 鋰電池供電狀態(tài)。當蓄電池供電母線電壓恢復為22V 30V時，由鋰電池供電狀態(tài)自動切 換回蓄電池供電狀態(tài)。蓄電池通過恒流充電模塊為鋰電池充電。同時，充放電保護模塊監(jiān) 測鋰電池電壓并決定通斷，當鋰電池供電電壓低至21V時，將自動停止放電以保護鋰電池 不被過放。而當鋰電池充電電壓達到28V時，將自動終止充電以保護鋰電池不被過充；當系 統(tǒng)母線接通供電瞬間，能為各個變換電路提供啟動電流，以確保系統(tǒng)可靠啟動并正常工作。[0027]恒流充電變換電路如圖(2a)所示，對于MV (額定)低壓輸入變換器，從電路復雜 程度、成本、調試便利性等考慮，選用電流控制型單端反激拓撲由自繞線圈實現(xiàn)電壓轉換與 隔離保護功能，并由U4脈寬調制實現(xiàn)恒流控制。圖中，Vi為蓄電池輸入或鋰電池輸入電壓， C5^C7a為儲能電容，通過D13 二極管將輸入電壓變?yōu)槊}沖電壓，供變壓器轉換為5V的脈沖 電壓。L2與C26飛35組成濾波電路，由+端輸出。其余電路為過壓過流保護電路。其中， U5A-B為U4提供穩(wěn)壓標準。Tl為變壓器，U4為PWM控制器，通過脈寬調制實現(xiàn)穩(wěn)壓控制。 Vref為參考輸出電壓5V，Vaux為U4供電電壓16V，R64和R63 (這二個電阻為1%高精度) 提供采樣輸出端電壓，反饋給穩(wěn)壓管US0同時U3A開始導通，從而在光耦TOB另一端反饋出 輸出端電壓的值，與U4的1腳進行比較。從而從6腳輸出控制信號，控制匪2導通程度來 控制Tl的2腳和4腳的電壓，達到穩(wěn)定輸出的目的。U4的3腳和6腳為電流保護。通過檢 測3腳和6腳的電壓來獲取電流，若電流過大的，則關斷匪1和輸出端。D14的作用是防止 突然斷電后，假如輸出端空載，會導致后面儲能電容無法放電。恒流充電變換器的變壓器如圖(2b)所示，開關頻率也取為200kHz。根據(jù)開關頻率 和變換功率選變壓器磁芯為PC44 EPC19. EPC19 (插裝骨架IlPins)；兩個繞組，同名端關 系Pl——P4為繞組Wl，7匝，180°C漆包線Φ0. 33謹X5根；P7/8——P10/11為繞組W2， 14匝，180°C漆包線Φ0. 33mmX2根；中間屏蔽層接P2。充放電邏輯判斷及保護電路如圖(2c )所示，利用四比較器簡單巧妙而準確可靠地 實現(xiàn)鋰電池充放電邏輯判斷及過充/過放電保護功能鋰電池充電狀態(tài)下，其放電電路自 動切斷；鋰電池供電狀態(tài)下，其充電電路自動切斷。在該電路中，輸入接鋰電池，輸出接母線 電壓監(jiān)測/判斷/轉電及變換器啟動電路的輸入Vi2，提供備用電源切換。鋰電池充電電 壓達到28V時，自動終止充電以保護鋰電池不被過充電；鋰電池供電電壓低至21V時，自動 停止放電以保護鋰電池不被過放電。在該電路中，鋰電池正極接輸入，由U2C和U2D構成一 個窗口開關函數(shù)，通過R6、R7、R1和R4將電壓鉗位在14 21V，控制輸出VIOVP以及VILVP。 當輸入鋰電池電壓小于14V時，通過U2D比較器與1.68V基準電壓比較，PMOS管Riil不工 作，即斷開對應的鋰電池放電電路；當輸入鋰電池電壓大于21V時，通過U2C比較器與2. 5V 基準電壓比較，將斷開U3A對應的TOB蓄電池充電電路。實現(xiàn)高低壓保護充電電路。母線電壓監(jiān)測/判斷/轉電及變換器啟動電路如圖(2d)所示，電路可以實現(xiàn)母線 電壓監(jiān)測、判斷及轉電功能當供電母線電壓高于30V或低于22V時，自動切換到鋰電池供 電狀態(tài)。當蓄電池供電母線電壓恢復為22V 30V時，由鋰電池供電狀態(tài)自動切換回蓄電 池供電狀態(tài)。當系統(tǒng)母線接通供電瞬間，能為各個變換電路提供啟動電流，以確保系統(tǒng)可靠 啟動并正常工作。輸入“+ (22V 29V)”連接車載蓄電池的正極，Vi2接鋰電池。當系統(tǒng)母 線接通供電瞬間，能為各個變換電路提供啟動電流，以確保系統(tǒng)可靠啟動并正常工作。由二 極管D5和D6并聯(lián)組成的過流保護。其輸出Vi接到恒流充電變換電路。
權利要求1.一種車載電源電壓監(jiān)測及備用電池充放電控制裝置，包括安裝在車內的車載蓄電 池，其特征在于該裝置還包括電壓監(jiān)測及雙電源切換模塊、恒流充電模塊、充放電邏輯判 斷及保護模塊和備份供電模塊，其中充放電保護模塊由鋰電池過放判斷及通斷模塊和鋰電 池過充判斷及通斷模塊組成；所述的蓄電池和電壓監(jiān)測及雙電源切換模塊輸入端連接；電壓監(jiān)測及雙電源切換模塊 的輸出端與恒流充電模塊相連接；所述的備份供電模塊與充/放電邏輯判斷切換模塊連接，充/放電邏輯判斷切換模塊 與充放電保護模塊連接，充放電保護模塊與恒流充電模塊連接。
2.如權利要求1所述的車載電源電壓監(jiān)測及備用電池充放電控制裝置，其特征在于 所述的備份供電模塊由7節(jié)3. 6V的鋰電池串聯(lián)組成，可提供25V的輸出電壓。
3.如權利要求1所述的車載電源電壓監(jiān)測及備用電池充放電控制裝置，其特征在于 所述的恒流充電模塊，采用電流控制型單端反激拓撲，由自繞線圈實現(xiàn)電壓轉換與隔離保 護功能，并由U4脈寬調制實現(xiàn)恒流控制。
4.如權利要求1所述的車載電源電壓監(jiān)測及備用電池充放電控制裝置，其特征在于 所述的充放電邏輯判斷及保護模塊采用四比較器實現(xiàn)備份供電模塊充放電邏輯判斷及過 充/過放電保護功能。
5.如權利要求1所述的車載電源電壓監(jiān)測及備用電池充放電控制裝置，其特征在于 所述的備份供電模塊為鋰電池。
專利摘要本實用新型公開了一種車載電源電壓監(jiān)測及備用電池充放電控制裝置，包括安裝在車內的車載蓄電池，其特征在于該裝置還包括電壓監(jiān)測及雙電源切換模塊、恒流充電模塊、充放電邏輯判斷及保護模塊和備份供電模塊，其中充放電保護模塊由鋰電池過放判斷及通斷模塊和鋰電池過充判斷及通斷模塊組成。本實用新型的車載電源電壓監(jiān)測及備用電池充放電控制裝置具有抗電磁干擾、有效提高了車載設備工作的可靠性，確保在工程車輛電源波動和熄火的情況下電子系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。
文檔編號H02J9/06GK201830015SQ20102059236
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權日2010年11月4日
發(fā)明者史昕, 惠飛, 楊瀾, 趙祥模, 雷濤 申請人:長安大學