本發(fā)明涉及蓄電池組的性能監(jiān)測(cè)，特別是一種車輛蓄電池電壓不平衡狀態(tài)指示裝置，屬于檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前一些大客車及重型車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)一般都采用多缸柴油機(jī)，使用24V蓄電池組為起動(dòng)機(jī)和車上的電器供電。24V蓄電池組是由2只12V蓄電池串聯(lián)連接而成的，為使車輛的蓄電池經(jīng)常保持在充足電的狀態(tài)，在車輛運(yùn)行時(shí)，其蓄電池組通常是長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)，在蓄電池的使用過(guò)程中，由于電池的個(gè)體差異、溫度差異等原因，會(huì)出現(xiàn)“落后”電池，造成各電池的端電壓不平衡，影響了蓄電池組性能的發(fā)揮。當(dāng)蓄電池的性能不平衡嚴(yán)重惡化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電壓過(guò)低，造成起動(dòng)困難，如果此時(shí)反復(fù)起動(dòng)，有可能造成發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，甚至燒毀發(fā)動(dòng)機(jī)。

為了避免車輛各蓄電池電壓不平衡趨勢(shì)的惡化所帶來(lái)的影響，需要對(duì)車輛蓄電池電壓的均衡性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)對(duì)蓄電池組進(jìn)行維護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種車輛蓄電池電壓不平衡狀態(tài)指示裝置，避免車輛各蓄電池電壓不平衡趨勢(shì)的惡化所帶來(lái)的影響，對(duì)車輛蓄電池電壓的均衡性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在蓄電池電壓達(dá)到一定的不平衡值時(shí)，實(shí)時(shí)給出提示信號(hào)，以便駕駛員及時(shí)掌握蓄電池組的性能狀態(tài)，從而及時(shí)對(duì)蓄電池組進(jìn)行維護(hù)，延長(zhǎng)蓄電池組的壽命。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種車輛蓄電池電壓不平衡狀態(tài)指示裝置，包括：蓄電池接口（1）、電壓取樣單元（2）、電壓運(yùn)算單元（3）、極性自動(dòng)校正單元（4）、穩(wěn)壓電源單元（5）、控制單元（6）、指示單元（7）、聲光告警單元（8）；其中：

蓄電池接口（1）：與2只串聯(lián)的蓄電池相連，并為裝置的各單元供電，與相關(guān)單元構(gòu)成電氣連接；

電壓取樣單元（2）：分別對(duì)2只串聯(lián)的蓄電池的電壓進(jìn)行采樣，與蓄電池接口（1）和電壓運(yùn)算單元（3）構(gòu)成電氣連接；

電壓運(yùn)算單元（3）：對(duì)2只串聯(lián)的蓄電池的采樣電壓進(jìn)行異極性加法運(yùn)算，與蓄電池接口（1）和電壓取樣單元（2）、極性自動(dòng)校正單元（4）構(gòu)成電氣連接；

極性自動(dòng)校正單元（4）：對(duì)電壓運(yùn)算單元（3）輸出的不平衡負(fù)極性電壓進(jìn)行自動(dòng)校正為正極性電壓，與蓄電池接口（1）和電壓運(yùn)算單元（3）、控制單元（6）構(gòu)成電氣連接；

穩(wěn)壓電源單元（5）：為裝置提供5V和3.3V直流電壓電源，與蓄電池接口（1）和控制單元（6）構(gòu)成電氣連接；

控制單元（6）：內(nèi)部集成有電壓基準(zhǔn)和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，與極性自動(dòng)校正單元（4）、穩(wěn)壓電源單元（5）、指示單元（7）、聲光告警單元（8）構(gòu)成電氣連接；

指示單元（7）：對(duì)雙蓄電池電壓的不平衡程度進(jìn)行指示，與控制單元（6）構(gòu)成電氣連接；

聲光告警單元（8）：根據(jù)雙蓄電池電壓的不平衡程度輸出聲光告警信號(hào)，與控制單元（6）構(gòu)成電氣連接。

本發(fā)明是按照上述構(gòu)思使用上述主要單元有機(jī)組合而成的，其工作原理是：通過(guò)蓄電池接口提供的2只串聯(lián)蓄電池的電壓信號(hào)，經(jīng)電壓取樣單元反向?qū)ΨQ取樣，送入電壓運(yùn)算單元，運(yùn)算結(jié)果經(jīng)極性自動(dòng)校正單元輸出正的不平衡電壓，控制單元根據(jù)雙蓄電池電壓的不平衡程度輸出聲光告警信號(hào)，由發(fā)光二極管構(gòu)成的指示單元用于指示2只蓄電池的電壓不平衡程度，以此直觀顯示的方式提醒駕駛員需要對(duì)蓄電池組進(jìn)行均衡充電或更換蓄電池。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果是能對(duì)車輛的2只串聯(lián)蓄電池進(jìn)行快速的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，從而實(shí)時(shí)判斷出串聯(lián)蓄電池的電壓不平衡程度，及時(shí)給出提示信號(hào)，以便及時(shí)對(duì)蓄電池組進(jìn)行維護(hù)，延長(zhǎng)蓄電池組的壽命。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的原理方框圖。

圖2是實(shí)施例的蓄電池接口、電壓取樣單元、電壓運(yùn)算單元、極性自動(dòng)校正單元的電路連接原理圖。

圖3是實(shí)施例的穩(wěn)壓電源單元電路連接原理圖。

圖4是實(shí)施例的控制單元及指示單元電路連接原理圖。

圖5是實(shí)施例的聲光告警單元電路連接原理圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)參看圖1，一種車輛蓄電池電壓不平衡狀態(tài)指示裝置，包括蓄電池接口（1）、電壓取樣單元（2）、電壓運(yùn)算單元（3）、極性自動(dòng)校正單元（4）、穩(wěn)壓電源單元（5）、控制單元（6）、指示單元（7）、聲光告警單元（8）。其中蓄電池接口（1）與2只串聯(lián)的蓄電池相連，并為裝置的各單元供電，與相關(guān)單元構(gòu)成電氣連接；電壓取樣單元（2）分別對(duì)2只串聯(lián)的蓄電池的電壓進(jìn)行采樣，與蓄電池接口（1）和電壓運(yùn)算單元（3）構(gòu)成電氣連接；電壓運(yùn)算單元（3）對(duì)2只串聯(lián)的蓄電池的采樣電壓進(jìn)行異極性加法運(yùn)算，與蓄電池接口（1）和電壓取樣單元（2）、極性自動(dòng)校正單元（4）構(gòu)成電氣連接；極性自動(dòng)校正單元（4）對(duì)電壓運(yùn)算單元（3）輸出的不平衡負(fù)極性電壓進(jìn)行自動(dòng)校正為正極性電壓，與蓄電池接口（1）和電壓運(yùn)算單元（3）、控制單元（6）構(gòu)成電氣連接；穩(wěn)壓電源單元（5）為裝置提供5V和3.3V直流電壓電源，與蓄電池接口（1）和控制單元（6）構(gòu)成電氣連接；控制單元（6）內(nèi)部集成有電壓基準(zhǔn)和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，與極性自動(dòng)校正單元（4）、穩(wěn)壓電源單元（5）、指示單元（7）、聲光告警單元（8）構(gòu)成電氣連接；指示單元（7）對(duì)雙蓄電池電壓的不平衡程度進(jìn)行指示，與控制單元（6）構(gòu)成電氣連接；聲光告警單元（8）根據(jù)雙蓄電池電壓的不平衡程度輸出聲光告警信號(hào)，與控制單元（6）構(gòu)成電氣連接。

請(qǐng)進(jìn)一步參看圖2，插座CZ1是蓄電池接口，第1引腳連接到車輛的第1只蓄電池BT1的正極，第2引腳連接到車輛的第1只蓄電池BT1的負(fù)極與第2只蓄電池BT2的正極，第3引腳連接到第2只蓄電池BT2的負(fù)極。第2引腳作為本裝置的電壓參考端。

電壓取樣單元由電阻R1～R4組成，其中電阻R1、R2串聯(lián)連接，組成第1分壓器，對(duì)車輛的第1只蓄電池BT1的電壓進(jìn)行取樣；電阻R3、R4串聯(lián)連接，組成第2分壓器，對(duì)車輛的第2只蓄電池BT2的電壓進(jìn)行取樣。

U1采用集成雙運(yùn)放，型號(hào)為TL082，其中包括U1A和U1B兩個(gè)運(yùn)算放大器單元，U1A用于電壓運(yùn)算單元，U1B用于極性自動(dòng)校正單元。

電壓運(yùn)算單元由電阻R5～R7及運(yùn)算放大器U1A組成。電阻R5的一端連接到第1分壓器的R1、R2的連接點(diǎn)，另一端連接到運(yùn)算放大器U1A的第2引腳；電阻R6的一端連接到第2分壓器的R3、R4的連接點(diǎn)，另一端連接到運(yùn)算放大器U1A的第2引腳；電阻R7的兩端分別連接到運(yùn)算放大器U1A的第2引腳和第1引腳；運(yùn)算放大器U1A的第3引腳連接到電壓參考端；運(yùn)算放大器U1A的第8引腳連接到第1只蓄電池BT1的正極；運(yùn)算放大器U1A的第4引腳連接到第2只蓄電池BT2的負(fù)極。電容C1～C4是濾波電容。電壓運(yùn)算單元的作用是對(duì)2只串聯(lián)的蓄電池的采樣電壓進(jìn)行異極性加法運(yùn)算。

極性自動(dòng)校正單元由電阻R8～R10、二極管D1、D2及運(yùn)算放大器U1B組成。電阻R8的一端連接到運(yùn)算放大器U1A的第1引腳，另一端連接到AV1網(wǎng)絡(luò)；電阻R9的一端連接到運(yùn)算放大器U1A的第1引腳，另一端連接到運(yùn)算放大器U1B的第6引腳；電阻R10的一端連接到運(yùn)算放大器U1B的第6引腳，另一端連接到AV1網(wǎng)絡(luò)；二極管D1的陽(yáng)極連接到運(yùn)算放大器U1B的第6引腳，陰極連接到運(yùn)算放大器U1B的第7引腳；二極管D2的陽(yáng)極連接到運(yùn)算放大器U1B的第7引腳，陰極連接到AV1網(wǎng)絡(luò)；運(yùn)算放大器U1B的第5引腳連接到電壓參考端。

請(qǐng)參看圖3，電源由5V開關(guān)、3.3V穩(wěn)壓集成電路U2、電容C5～C7組成。電源模塊M1使用開關(guān)電源模塊，優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率高，發(fā)熱小，其輸入是車輛蓄電池組的電壓，輸出+5V電壓；穩(wěn)壓集成電路U2輸出+3.3V電壓VDD，與電路的相關(guān)部分構(gòu)成電氣連接，為裝置的相關(guān)單元提供工作電源。電容C5～C7是濾波電容。

請(qǐng)參看圖4，控制單元由高性能的單片機(jī)U3及其相關(guān)的電路構(gòu)成。單片機(jī)U3的型號(hào)為C8051F330，內(nèi)部集成有振蕩器、在系統(tǒng)可編程的FLASH存儲(chǔ)器、電壓基準(zhǔn)、調(diào)試電路、溫度傳感器、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、比較器、通用16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、硬件SMBus（I2C兼容）、UART串口、PCA等硬件模塊，與外圍相關(guān)單元構(gòu)成電氣連接。電阻R11及電容C8為單片機(jī)提供上電復(fù)位信號(hào)。電容C9～C12是濾波電容。

插座CZ2是編程接口，CZ2的引腳1接至電源VDD，引腳2與單片機(jī)U3的引腳5連接，引腳3連接至復(fù)位信號(hào)RST端，并與電阻R12串聯(lián)后接至單片機(jī)U3的第4引腳，CZ2的引腳4直接與單片機(jī)U3的引腳4相連接，CZ2的引腳5接至GND。進(jìn)行仿真、編程操作時(shí)，單片機(jī)通過(guò)此接口與C8051F單片機(jī)編程器或仿真器相連，以便對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程、調(diào)試和程序下載。

單片機(jī)U3的第19引腳連接到AV1網(wǎng)絡(luò)，由單片機(jī)將蓄電池的不平衡電壓進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。

指示單元由電阻R13～R16、發(fā)光二極管D3～D6組成，單片機(jī)根據(jù)雙蓄電池電壓的不平衡程度輸出信號(hào)點(diǎn)亮發(fā)光二極管。電阻R13與發(fā)光二極管D3串聯(lián)后連接到單片機(jī)U3的第10引腳；電阻R14與發(fā)光二極管D4串聯(lián)后連接到單片機(jī)U3的第9引腳；電阻R15與發(fā)光二極管D5串聯(lián)后連接到單片機(jī)U3的第8引腳；電阻R16與發(fā)光二極管D6串聯(lián)后連接到單片機(jī)U3的第7引腳；發(fā)光二極管D3～D6的陰極均連接到電壓參考端。雙蓄電池電壓平衡時(shí)，D3～D6均熄滅；雙蓄電池電壓輕度不平衡時(shí)，D3點(diǎn)亮；隨著雙蓄電池電壓的不平衡程度增加，依次逐步增加D4～D6點(diǎn)亮。從而可以用直觀顯示的方式提醒駕駛員及時(shí)對(duì)蓄電池組進(jìn)行維護(hù)，以延長(zhǎng)蓄電池組的壽命。

請(qǐng)參看圖5，聲光告警單元由電阻R17～R19、發(fā)光二極管D7、三極管V1、蜂鳴器FM1及電容C13組成。告警信號(hào)由單片機(jī)U3的引腳14輸出，與電阻R17、R18連接；發(fā)光二極管D7的陽(yáng)極與電阻R17連接，D7的陰極與電壓參考端連接，以發(fā)光的形式給出告警信息；電阻R19與NPN型三極管V1的發(fā)射結(jié)并聯(lián)，與R18串聯(lián)連接，發(fā)射極與電壓參考端連接；三極管V1的作用是將單片機(jī)U3的引腳14輸出的告警信號(hào)進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器FM1發(fā)聲，可手動(dòng)斷開開關(guān)S1，以禁止蜂鳴器FM1發(fā)聲。

圖2～圖5中，各電路連接原理圖中相同的電氣網(wǎng)絡(luò)編號(hào)或端口是相連的。

為使本發(fā)明達(dá)到設(shè)計(jì)目的并發(fā)揮良好的性能，應(yīng)按下列方法選配元件參數(shù)：

電壓取樣單元的元件參數(shù)配置方法是：電阻R1與電阻R4的阻值相等，電阻R2與電阻R3的阻值相等，實(shí)施例是選用R1=R4=100kΩ，R2=R3=10kΩ。

電壓運(yùn)算單元的元件參數(shù)配置方法是：電阻R5與電阻R6的阻值相等，電阻R7用于調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，實(shí)施例是選用R5=R6=R7=100kΩ。

極性自動(dòng)校正單元的元件參數(shù)配置方法是：電阻R8與電阻R10的阻值相等，電阻R9的阻值是電阻R8的2倍，實(shí)施例是選用R8=R10=10kΩ，R9=20kΩ。

C8051F330單片機(jī)的控制方法是：將單片機(jī)的第1腳（即P0.0端口）和第19腳（即P0.2端口）配置為模擬輸入，P0.0端口使用內(nèi)部電壓基準(zhǔn)，P0.2端口連接到極性自動(dòng)校正單元的輸出端AV1，通過(guò)內(nèi)部的ADC轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再與設(shè)定級(jí)別的蓄電池電壓的不平衡程度代表值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果在第10～7腳（即P1.3～P1.6端口）輸出信號(hào)點(diǎn)亮發(fā)光二極管。