一种车辆蓄电池电压不平衡状态指示装置的制作方法

本发明涉及蓄电池组的性能监测，特别是一种车辆蓄电池电压不平衡状态指示装置，属于检测技术领域。

背景技术：

目前一些大客车及重型车辆的发动机一般都采用多缸柴油机，使用24V蓄电池组为起动机和车上的电器供电。24V蓄电池组是由2只12V蓄电池串联连接而成的，为使车辆的蓄电池经常保持在充足电的状态，在车辆运行时，其蓄电池组通常是长期处于浮充状态，在蓄电池的使用过程中，由于电池的个体差异、温度差异等原因，会出现“落后”电池，造成各电池的端电压不平衡，影响了蓄电池组性能的发挥。当蓄电池的性能不平衡严重恶化时，会导致发动机起动时电压过低，造成起动困难，如果此时反复起动，有可能造成发动机过热，甚至烧毁发动机。

为了避免车辆各蓄电池电压不平衡趋势的恶化所带来的影响，需要对车辆蓄电池电压的均衡性能进行实时监测，以便及时对蓄电池组进行维护。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种车辆蓄电池电压不平衡状态指示装置，避免车辆各蓄电池电压不平衡趋势的恶化所带来的影响，对车辆蓄电池电压的均衡性能进行实时监测，在蓄电池电压达到一定的不平衡值时，实时给出提示信号，以便驾驶员及时掌握蓄电池组的性能状态，从而及时对蓄电池组进行维护，延长蓄电池组的寿命。

本发明的目的是这样实现的：一种车辆蓄电池电压不平衡状态指示装置，包括：蓄电池接口（1）、电压取样单元（2）、电压运算单元（3）、极性自动校正单元（4）、稳压电源单元（5）、控制单元（6）、指示单元（7）、声光告警单元（8）；其中：

蓄电池接口（1）：与2只串联的蓄电池相连，并为装置的各单元供电，与相关单元构成电气连接；

电压取样单元（2）：分别对2只串联的蓄电池的电压进行采样，与蓄电池接口（1）和电压运算单元（3）构成电气连接；

电压运算单元（3）：对2只串联的蓄电池的采样电压进行异极性加法运算，与蓄电池接口（1）和电压取样单元（2）、极性自动校正单元（4）构成电气连接；

极性自动校正单元（4）：对电压运算单元（3）输出的不平衡负极性电压进行自动校正为正极性电压，与蓄电池接口（1）和电压运算单元（3）、控制单元（6）构成电气连接；

稳压电源单元（5）：为装置提供5V和3.3V直流电压电源，与蓄电池接口（1）和控制单元（6）构成电气连接；

控制单元（6）：内部集成有电压基准和模数转换模块，与极性自动校正单元（4）、稳压电源单元（5）、指示单元（7）、声光告警单元（8）构成电气连接；

指示单元（7）：对双蓄电池电压的不平衡程度进行指示，与控制单元（6）构成电气连接；

声光告警单元（8）：根据双蓄电池电压的不平衡程度输出声光告警信号，与控制单元（6）构成电气连接。

本发明是按照上述构思使用上述主要单元有机组合而成的，其工作原理是：通过蓄电池接口提供的2只串联蓄电池的电压信号，经电压取样单元反向对称取样，送入电压运算单元，运算结果经极性自动校正单元输出正的不平衡电压，控制单元根据双蓄电池电压的不平衡程度输出声光告警信号，由发光二极管构成的指示单元用于指示2只蓄电池的电压不平衡程度，以此直观显示的方式提醒驾驶员需要对蓄电池组进行均衡充电或更换蓄电池。

本发明的优点及效果是能对车辆的2只串联蓄电池进行快速的动态检测，从而实时判断出串联蓄电池的电压不平衡程度，及时给出提示信号，以便及时对蓄电池组进行维护，延长蓄电池组的寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明的原理方框图。

图2是实施例的蓄电池接口、电压取样单元、电压运算单元、极性自动校正单元的电路连接原理图。

图3是实施例的稳压电源单元电路连接原理图。

图4是实施例的控制单元及指示单元电路连接原理图。

图5是实施例的声光告警单元电路连接原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参看图1，一种车辆蓄电池电压不平衡状态指示装置，包括蓄电池接口（1）、电压取样单元（2）、电压运算单元（3）、极性自动校正单元（4）、稳压电源单元（5）、控制单元（6）、指示单元（7）、声光告警单元（8）。其中蓄电池接口（1）与2只串联的蓄电池相连，并为装置的各单元供电，与相关单元构成电气连接；电压取样单元（2）分别对2只串联的蓄电池的电压进行采样，与蓄电池接口（1）和电压运算单元（3）构成电气连接；电压运算单元（3）对2只串联的蓄电池的采样电压进行异极性加法运算，与蓄电池接口（1）和电压取样单元（2）、极性自动校正单元（4）构成电气连接；极性自动校正单元（4）对电压运算单元（3）输出的不平衡负极性电压进行自动校正为正极性电压，与蓄电池接口（1）和电压运算单元（3）、控制单元（6）构成电气连接；稳压电源单元（5）为装置提供5V和3.3V直流电压电源，与蓄电池接口（1）和控制单元（6）构成电气连接；控制单元（6）内部集成有电压基准和模数转换模块，与极性自动校正单元（4）、稳压电源单元（5）、指示单元（7）、声光告警单元（8）构成电气连接；指示单元（7）对双蓄电池电压的不平衡程度进行指示，与控制单元（6）构成电气连接；声光告警单元（8）根据双蓄电池电压的不平衡程度输出声光告警信号，与控制单元（6）构成电气连接。

请进一步参看图2，插座CZ1是蓄电池接口，第1引脚连接到车辆的第1只蓄电池BT1的正极，第2引脚连接到车辆的第1只蓄电池BT1的负极与第2只蓄电池BT2的正极，第3引脚连接到第2只蓄电池BT2的负极。第2引脚作为本装置的电压参考端。

电压取样单元由电阻R1～R4组成，其中电阻R1、R2串联连接，组成第1分压器，对车辆的第1只蓄电池BT1的电压进行取样；电阻R3、R4串联连接，组成第2分压器，对车辆的第2只蓄电池BT2的电压进行取样。

U1采用集成双运放，型号为TL082，其中包括U1A和U1B两个运算放大器单元，U1A用于电压运算单元，U1B用于极性自动校正单元。

电压运算单元由电阻R5～R7及运算放大器U1A组成。电阻R5的一端连接到第1分压器的R1、R2的连接点，另一端连接到运算放大器U1A的第2引脚；电阻R6的一端连接到第2分压器的R3、R4的连接点，另一端连接到运算放大器U1A的第2引脚；电阻R7的两端分别连接到运算放大器U1A的第2引脚和第1引脚；运算放大器U1A的第3引脚连接到电压参考端；运算放大器U1A的第8引脚连接到第1只蓄电池BT1的正极；运算放大器U1A的第4引脚连接到第2只蓄电池BT2的负极。电容C1～C4是滤波电容。电压运算单元的作用是对2只串联的蓄电池的采样电压进行异极性加法运算。

极性自动校正单元由电阻R8～R10、二极管D1、D2及运算放大器U1B组成。电阻R8的一端连接到运算放大器U1A的第1引脚，另一端连接到AV1网络；电阻R9的一端连接到运算放大器U1A的第1引脚，另一端连接到运算放大器U1B的第6引脚；电阻R10的一端连接到运算放大器U1B的第6引脚，另一端连接到AV1网络；二极管D1的阳极连接到运算放大器U1B的第6引脚，阴极连接到运算放大器U1B的第7引脚；二极管D2的阳极连接到运算放大器U1B的第7引脚，阴极连接到AV1网络；运算放大器U1B的第5引脚连接到电压参考端。

请参看图3，电源由5V开关、3.3V稳压集成电路U2、电容C5～C7组成。电源模块M1使用开关电源模块，优点是转换效率高，发热小，其输入是车辆蓄电池组的电压，输出+5V电压；稳压集成电路U2输出+3.3V电压VDD，与电路的相关部分构成电气连接，为装置的相关单元提供工作电源。电容C5～C7是滤波电容。

请参看图4，控制单元由高性能的单片机U3及其相关的电路构成。单片机U3的型号为C8051F330，内部集成有振荡器、在系统可编程的FLASH存储器、电压基准、调试电路、温度传感器、ADC模数转换电路、比较器、通用16位定时器/计数器、硬件SMBus（I2C兼容）、UART串口、PCA等硬件模块，与外围相关单元构成电气连接。电阻R11及电容C8为单片机提供上电复位信号。电容C9～C12是滤波电容。

插座CZ2是编程接口，CZ2的引脚1接至电源VDD，引脚2与单片机U3的引脚5连接，引脚3连接至复位信号RST端，并与电阻R12串联后接至单片机U3的第4引脚，CZ2的引脚4直接与单片机U3的引脚4相连接，CZ2的引脚5接至GND。进行仿真、编程操作时，单片机通过此接口与C8051F单片机编程器或仿真器相连，以便对单片机进行编程、调试和程序下载。

单片机U3的第19引脚连接到AV1网络，由单片机将蓄电池的不平衡电压进行AD转换。

指示单元由电阻R13～R16、发光二极管D3～D6组成，单片机根据双蓄电池电压的不平衡程度输出信号点亮发光二极管。电阻R13与发光二极管D3串联后连接到单片机U3的第10引脚；电阻R14与发光二极管D4串联后连接到单片机U3的第9引脚；电阻R15与发光二极管D5串联后连接到单片机U3的第8引脚；电阻R16与发光二极管D6串联后连接到单片机U3的第7引脚；发光二极管D3～D6的阴极均连接到电压参考端。双蓄电池电压平衡时，D3～D6均熄灭；双蓄电池电压轻度不平衡时，D3点亮；随着双蓄电池电压的不平衡程度增加，依次逐步增加D4～D6点亮。从而可以用直观显示的方式提醒驾驶员及时对蓄电池组进行维护，以延长蓄电池组的寿命。

请参看图5，声光告警单元由电阻R17～R19、发光二极管D7、三极管V1、蜂鸣器FM1及电容C13组成。告警信号由单片机U3的引脚14输出，与电阻R17、R18连接；发光二极管D7的阳极与电阻R17连接，D7的阴极与电压参考端连接，以发光的形式给出告警信息；电阻R19与NPN型三极管V1的发射结并联，与R18串联连接，发射极与电压参考端连接；三极管V1的作用是将单片机U3的引脚14输出的告警信号进行放大，驱动蜂鸣器FM1发声，可手动断开开关S1，以禁止蜂鸣器FM1发声。

图2～图5中，各电路连接原理图中相同的电气网络编号或端口是相连的。

为使本发明达到设计目的并发挥良好的性能，应按下列方法选配元件参数：

电压取样单元的元件参数配置方法是：电阻R1与电阻R4的阻值相等，电阻R2与电阻R3的阻值相等，实施例是选用R1=R4=100kΩ，R2=R3=10kΩ。

电压运算单元的元件参数配置方法是：电阻R5与电阻R6的阻值相等，电阻R7用于调节放大倍数，实施例是选用R5=R6=R7=100kΩ。

极性自动校正单元的元件参数配置方法是：电阻R8与电阻R10的阻值相等，电阻R9的阻值是电阻R8的2倍，实施例是选用R8=R10=10kΩ，R9=20kΩ。

C8051F330单片机的控制方法是：将单片机的第1脚（即P0.0端口）和第19脚（即P0.2端口）配置为模拟输入，P0.0端口使用内部电压基准，P0.2端口连接到极性自动校正单元的输出端AV1，通过内部的ADC转换电路将模拟信号转换为数字信号，再与设定级别的蓄电池电压的不平衡程度代表值进行比较，根据比较结果在第10～7脚（即P1.3～P1.6端口）输出信号点亮发光二极管。