一种特种汽车电池充放电保护系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种特种汽车电池充放电保护系统，包括主电池组、备电池组、逆变电源和外部充电开关，还包括主电源继电器、备电源继电器、逆变控制继电器和控制电路；所述主电源继电器为常闭继电器，所述备电源继电器和逆变控制继电器均为常开继电器；所述控制电路的输入端分别连接到主电池组的正端和备电池组的正端，其输出端分别连接到主电源继电器、备电源继电器、逆变控制继电器的控制线圈。本实用新型通过适时调整主电池组和备电池组的充放电状态，能够防止因电池组过放而导致车辆无法启动以及电池组亏电而影响电池组的正常使用，从而提高了整车运行的安全性能。
【专利说明】
—种特种汽车电池充放电保护系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及特种汽车安全控制【技术领域】，具体是一种特种汽车电池充放电保护系统。
【背景技术】
[0002]针对汽车改装市场，改装厂家推出了与专用特种车辆(工程车、广播电视通讯车、转播车、抢险救援车、现场勘察车)以及高档房车改装相匹配的车载逆变电源，车载逆变电源的车载适应性强，它可将车辆24V直流电源转化为220V交流电源，为汽车上的空调、微波炉、电饭煲、热水器、冰箱、播放器、笔记本电脑、特种仪器等设备提供交流供电电源。由于需要电源的能量较大，车辆上常配备两个电池组，如图1所示，发电机1、起动机2、主电池组3、备电池组4、车身电器5和逆变电源6相互并联后与外部充电开关K串联连接在外部电源的正负端之间，其中，起动机2的支路上串联有起动开关ST。主电池组3和备电池组4，主电池组3为车辆运行提供电能，备电池组4的容量较大，一般是主电池组3容量的几倍，主要为逆变电源6提供工作电源，两个电池组的正端通过继电器的接点连接在一起，在发电机I停止工作后，由并联电池组向逆变电源6供电。持续的电源转换，常会将两个电池组的电量耗尽，导致车辆无法起动，影响了车辆的正常运行。在使用外部电源进行充电或发电机I发电充电时，由于电池组的容量较大，电压上升缓慢，不能及时将电池充满，也会影响车辆的正常使用。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于提供一种特种汽车电池充放电保护系统，通过两个电压检测电路，在线检测为车辆运行提供电量的主电池组以及为逆变电源提供电能的备电池组的电压，适时调整两个电池组的充放电状态，防止因电池组过放而导致车辆无法启动以及电池组亏电而影响电池组的正常使用。
[0004]本实用新型的技术方案为:
[0005]一种特种汽车电池充放电保护系统，包括主电池组、备电池组、逆变电源和外部充电开关，还包括主电源继电器、备电源继电器、逆变控制继电器和控制电路；所述主电源继电器为常闭继电器，所述备电源继电器和逆变控制继电器均为常开继电器；所述控制电路的输入端分别连接到主电池组的正端和备电池组的正端，其输出端分别连接到主电源继电器、备电源继电器、逆变控制继电器的控制线圈；
[0006]所述主电源继电器的常闭触点的一端通过外部充电开关连接外部电源的正端，另一端通过主电池组连接外部电源的负端；所述备电源继电器的常开触点的一端通过外部充电开关连接外部电源的正端，另一端通过备电池组连接外部电源的负端；所述逆变控制继电器的常开触点的一端连接到备电源继电器与备电池组之间的节点，另一端通过逆变电源连接外部电源的负端。
[0007]所述的特种汽车电池充放电保护系统，所述控制电路用于控制主电源继电器通断的第一电路、用于控制备电源继电器通断的第二电路和用于控制逆变控制继电器通断的第三电路；
[0008]所述第一电路包括第一比较器、延时电路、第一与非门电路和PNP型三极管，所述第一比较器的同相输入端连接主电池组的正端，其反相输入端连接到第一参考电压，其输出端连接延时电路的输入端，所述延时电路的输出端连接第一与非门电路的两个输入端，所述第一与非门电路的输出端连接PNP型三极管的基极，所述PNP型三极管的集电极接地，其发射极连接主电源继电器的控制线圈；
[0009]所述第二电路包括或门电路、第一 NPN型三极管、第二比较器和第三比较器，所述或门电路的一个输入端连接第一比较器的输出端，其另一个输入端连接第二比较器的输出端，其输出端连接第一 NPN型三极管的基极，所述第一 NPN型三极管的发射极接地，其集电极连接备电源继电器的控制线圈；所述第二比较器的同相输入端连接第三比较器的输出端，其反相输入端连接到第二参考电压，所述第三比较器的同相输入端连接备电池组的正端，其反相输入端连接主电池组的正端；
[0010]所述第三电路包括稳压管、第二 NPN型三极管、第二与非门电路和第三NPN型三极管，所述稳压管的阴极连接备电池组的正端，其阳极连接第二 NPN型三极管的基极，所述第二NPN型三极管的发射极接地，其集电极连接第二与非门电路的两个输入端，所述第二与非门电路的输出端连接第三NPN型三极管的基极，所述第三NPN型三极管的发射极接地，其集电极连接逆变控制继电器的控制线圈。
[0011]所述的特种汽车电池充放电保护系统，所述延时电路包括第一与门电路、二极管、充电电阻、充电电容、第四比较器和第二与门电路，所述第一与门电路的两个输入端连接第一比较器的输出端，其输出端连接二极管的阴极，所述二极管的阳极连接第四比较器的同相输入端，所述第四比较器的反相输入端连接到第三参考电压，其输出端连接第二与门电路的一个输入端，所述第二与门电路的另一个输入端连接第一比较器的输出端，其输出端连接第一与非门电路的两个输入端；所述充电电阻的一端连接第一比较器的同相输入端，另一端连接到二极管与第四比较器之间的节点，所述充电电容一端接地，另一端连接到二极管与第四比较器之间的节点。
[0012]所述的特种汽车电池充放电保护系统，所述第一电路还包括第一反相器、第二反相器和第一钳位二极管，所述第一反相器的输入端连接延时电路的输出端，其输出端通过第二反相器连接第一与非门电路的输入端，所述第一钳位二极管的一端连接到第一反相器与第二反相器之间的节点，另一端连接到第一与非门电路与PNP型三极管之间的节点。
[0013]所述的特种汽车电池充放电保护系统，所述第三电路还包括第三反相器、第四反相器和第二钳位二极管，所述第三反相器的输入端连接第二 NPN型三极管的集电极，其输出端通过第四反相器连接第二与非门电路的输入端两个输入端，所述第二钳位二极管的一端连接到第三反相器与第四反相器之间的节点，另一端连接到第二与非门电路与第三NPN型三极管之间的节点。
[0014]由上述技术方案可知，本实用新型实时检测主电池组和备电池组的工作电压，当检测到主电池组电量充满后，接通备电池组的充电回路，为备电池组充电，当发电机停机后，备电池组独立为逆变电源供电，当控制电路检测到由于持续放电而引起备电池组电压过低时，逆变控制继电器的常开触点断开，防止因备电池组过放导致电池亏电或损坏；控制电路检测到主电池组电压过低后，接通备电源继电器，将主电池组与备电池组之间的回路接通，其中电压较高的电池组向另一个电压较低的电池组进行均衡充电，防止因电池组的电压过低而导致起动机不能启动或其它电路无法工作。本实用新型通过适时调整主电池组和备电池组的充放电状态，能够防止因电池组过放而导致车辆无法启动以及电池组亏电而影响电池组的正常使用，从而提高了整车运行的安全性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是特种汽车传统电池组充放电实施示意图；
[0016]图2是本实用新型的结构示意图；
[0017]图3是本实用新型的控制电路示意图；
[0018]图4是本实用新型的部分控制电路详图(充放电控制)；
[0019]图5是本实用新型的部分控制电路详图(欠压保护)。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和具体实施例进一步说明本实用新型。
[0021 ] 如图2?图3所示，一种特种汽车电池充放电保护系统，包括主电池组3、备电池组4、逆变电源6、外部充电开关K、主电源继电器J1、备电源继电器J2、逆变控制继电器J3和控制电路7。主电源继电器Jl为常闭继电器，备电源继电器J2和逆变控制继电器J3均为常开继电器。
[0022]控制电路7的输入端分别连接到主电池组3与主电源继电器Jl之间的节点、备电池组4与备电源继电器J2和逆变控制继电器J3三者之间的节点，控制电路7的输出端分别连接到主电源继电器J1、备电源继电器J2、逆变控制继电器J3的控制线圈。控制电路7实时采集主电池组3和备电池组4的当前电压，控制主电源继电器J1、备电源继电器J2和逆变控制继电器J3的通断。
[0023]主电源继电器Jl的常闭触点的一端通过外部充电开关K连接外部电源的正端，另一端通过主电池组3连接外部电源的负端。备电源继电器J2的常开触点的一端通过外部充电开关K连接外部电源的正端，另一端通过备电池组4连接外部电源的负端。逆变控制继电器J3的常开触点的一端连接到备电源继电器J2与备电池组4之间的节点，另一端通过逆变电源6连接外部电源的负端。
[0024]本实用新型的工作原理:
[0025]当发电机I未工作或外部充电开关K断开，没有外部电源输入时，由于主电源继电器Jl为常闭继电器，车身电器5的工作电源由主电池组3通过主电源继电器Jl的常闭触点提供，起动机2的工作电源由主电池组3直接提供。主电源继电器Jl的常闭触点在正常情况下能够通过30A以上的电流，可以满足车身电器5的基本需求；发电机I工作后，车身电器5由发电机I供电，发电机I同时为主电池组3充电。当发电机I未工作或外部充电开关K断开，逆变控制继电器J3的常开触点闭合时，逆变电源6的工作电源由备电池组4通过逆变控制继电器J3提供，此时，主电池组3与备电池组4之间相互不通，两个系统各自独立供电，防止因逆变电源6连续工作，将主电池组3电压拉低导致车身电器5不能正常工作或起动机2无法起动。
[0026]如图5所示，当逆变电源6电压正常时，备电池组4的电压V02通过由电阻R20、稳压管V2、电阻R22构成的电压采样电路进行采集，电阻R19、电容C4和钳位二极管Q4构成电压滤波器，防止因电压波动导致电路误动作。当备电池组4电压处于正常范围之内时，稳压管V2击穿，NPN型三极管Q5导通，NPN型三极管Q5的集电极为低电平，该电平信号经反相器U4C和U4D反相，再经与非门电路U5B倒相后，输出一个高电平，NPN型三极管Q7导通，逆变控制继电器J3的常开触点闭合，备电池组4给逆变电源6提供工作电源。随着备电池组4的持续放电，备电池组4的电压逐渐降低，电压采样回路采集的电压V02也随之降低，当V02降低到设定值(23V)时，稳压管V2截止，NPN型三极管Q5截止，NPN型三极管Q5的集电极为高电平，该电平信号经反相器U4C和U4D反相，再经与非门电路U5B倒相后，输出一个低电平，NPN型三极管Q7截止，逆变控制继电器J3的常开触点断开，备电池组4停止为逆变电源6供电。当与非门电路U5B的输出为低电平时，钳位二极管Q6导通，将反相器U4D的输入端保持为低电平状态，使电路锁定并保持当前状态。
[0027]如图4所示，当发电机I工作或在停车状态下，外部充电开关K接通，有外部电源输入时，首先通过主电源继电器Jl的常闭触点为主电池组3充电，当控制电路7检测到主电池组3上的电压VOl大于26V时，比较器UlA输出一个高电平，加载到或门电路U6的输入端，或门电路U6输出一个高电平，控制NPN型三极管Q3导通，备电源继电器J2的常开触点闭合，比较器UlA的同相输入端连接有一个滤波电容Cl，防止由于电压波动导致电路产生误动作或振荡现象。
[0028]如果主电源继电器Jl的常闭触点在备电源继电器J2的常开触点闭合之前就断开了，若此时车身电器5尚未投入工作，电路上将会产生一个抛负载现象，此时发电机I的输出电压将会升高，有可能导致车身电器5损坏。为了避免该现象出现，控制电路7中加入了一个延时电路，只有当备电源继电器J2的常开触点闭合后，延时一段时间，主电源继电器Jl的常闭触点才断开，其工作原理如图4所示。当VOl大于26V时，比较器UlA输出一个高电平，备电源继电器J2的常开触点闭合，同时，与门电路U2A的两个输入端均为高电平，其输出端也为高电平，二极管Vl截止；与门电路U2B的一个输入端为高电平，主电池组3上的电压VOl通过分压电阻Rl、R2、充电电阻R5加载到比较器UlB的同相输入端，并给电容C2进行充电，并使C2上的电压缓慢上升，当电容C2上的电压高于比较器UlB的反相输入端电压时，比较器UlB输出一个高电平,该高电平信号进入与门电路U2B的另一个输入端，由于电容C2需要经过一段时间的充电才能使其上的电压高于比较器UlB的反相输入端电压，也就是说，与门电路U2B需要等待一段时间才能输出一个高电平，从而实现了延时输出。与门电路U2B输出的高电平信号经反相器U4A和U4B反相，再经与非门电路U5A倒相后，输出一个低电平，使PNP型三极管Ql导通，主电源继电器Jl的常闭触点断开。如果有干扰或波动信号，也会导致VOl短时间升高，并给电容C2充电，当干扰信号消失后，比较器UlA的输出为低电平，相应的，与门电路U2A的输出也为低电平，二极管Vl导通，电容C2上的电荷通过二极管Vl进行泻放，排除了干扰信号对电路的干扰。当VOl升高并使PNP型三极管Ql导通，主电源继电器Jl的常闭触点断开后，由于与非门电路U5A的输出端为低电平，通过钳位二极管Q2的钳位作用，将反相器U4B的输入端始终保持在低电平，确保主电源继电器Jl的常闭触点始终保持断开状态，外部电源停止为主电池组3充电，同时由于备电源继电器J2的常开触点闭合，外部电源开始为备电池组4充电。
[0029]在停车状态下，由于发电机I停止工作，VOl低于26V，比较器UlA输出一个低电平信号，备电源继电器J2的常开触点断开。主电池组3的电压信号VOl加载到比较器U3A的反相输入端，备电池组4的电压信号V02加载到比较器U3A的同相输入端，比较器U3A及电阻R12、R13、R14和R15组成一个减法电路，比较器U3A的输出为V02与VOl之间的电压差值，该电压差值越大，比较器U3A的输出电压越大。比较器U3A的输出电压送入后级比较器U3B的同相输入端，与输入比较器U3B的反相输入端的参考电压V3进行比较，当备电池组4与主电池组3之间的压差超过2V时，比较器U3A的输出电压大于参考电压V3，比较器U3B输出一个高电平信号，控制NPN型三极管Q3导通，备电源继电器J2的常开触点闭合。由于备电池组4的容时较大，其电压也高于主电池组3的电压，备电源继电器J2的常开触点闭合，将备电池组4与主电池组3接通，此时，电压较高的一个电池组将向电压较低的另一个电池组均衡充电，防止其中一个电池组电压过低影响使用。
[0030]以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种特种汽车电池充放电保护系统，包括主电池组、备电池组、逆变电源和外部充电开关，其特征在于:还包括主电源继电器、备电源继电器、逆变控制继电器和控制电路；所述主电源继电器为常闭继电器，所述备电源继电器和逆变控制继电器均为常开继电器；所述控制电路的输入端分别连接到主电池组的正端和备电池组的正端，其输出端分别连接到主电源继电器、备电源继电器、逆变控制继电器的控制线圈； 所述主电源继电器的常闭触点的一端通过外部充电开关连接外部电源的正端，另一端通过主电池组连接外部电源的负端；所述备电源继电器的常开触点的一端通过外部充电开关连接外部电源的正端，另一端通过备电池组连接外部电源的负端；所述逆变控制继电器的常开触点的一端连接到备电源继电器与备电池组之间的节点，另一端通过逆变电源连接外部电源的负端。
2.根据权利要求1所述的特种汽车电池充放电保护系统，其特征在于:所述控制电路用于控制主电源继电器通断的第一电路、用于控制备电源继电器通断的第二电路和用于控制逆变控制继电器通断的第三电路； 所述第一电路包括第一比较器、延时电路、第一与非门电路和？册型三极管，所述第一比较器的同相输入端连接主电池组的正端，其反相输入端连接到第一参考电压，其输出端连接延时电路的输入端，所述延时电路的输出端连接第一与非门电路的两个输入端，所述第一与非门电路的输出端连接型三极管的基极，所述？册型三极管的集电极接地，其发射极连接主电源继电器的控制线圈； 所述第二电路包括或门电路、第一见^型三极管、第二比较器和第三比较器，所述或门电路的一个输入端连接第一比较器的输出端，其另一个输入端连接第二比较器的输出端，其输出端连接第一型三极管的基极，所述第一型三极管的发射极接地，其集电极连接备电源继电器的控制线圈；所述第二比较器的同相输入端连接第三比较器的输出端，其反相输入端连接到第二参考电压，所述第三比较器的同相输入端连接备电池组的正端，其反相输入端连接主电池组的正端； 所述第三电路包括稳压管、第二型三极管、第二与非门电路和第三型三极管，所述稳压管的阴极连接备电池组的正端，其阳极连接第二见^型三极管的基极，所述第二 型三极管的发射极接地，其集电极连接第二与非门电路的两个输入端，所述第二与非门电路的输出端连接第三型三极管的基极，所述第三型三极管的发射极接地，其集电极连接逆变控制继电器的控制线圈。
3.根据权利要求2所述的特种汽车电池充放电保护系统，其特征在于:所述延时电路包括第一与门电路、二极管、充电电阻、充电电容、第四比较器和第二与门电路，所述第一与门电路的两个输入端连接第一比较器的输出端，其输出端连接二极管的阴极，所述二极管的阳极连接第四比较器的同相输入端，所述第四比较器的反相输入端连接到第三参考电压，其输出端连接第二与门电路的一个输入端，所述第二与门电路的另一个输入端连接第一比较器的输出端，其输出端连接第一与非门电路的两个输入端；所述充电电阻的一端连接第一比较器的同相输入端，另一端连接到二极管与第四比较器之间的节点，所述充电电容一端接地，另一端连接到二极管与第四比较器之间的节点。
4.根据权利要求2所述的特种汽车电池充放电保护系统，其特征在于:所述第一电路还包括第一反相器、第二反相器和第一钳位二极管，所述第一反相器的输入端连接延时电路的输出端，其输出端通过第二反相器连接第一与非门电路的输入端，所述第一钳位二极管的一端连接到第一反相器与第二反相器之间的节点，另一端连接到第一与非门电路与PNP型三极管之间的节点。
5.根据权利要求2所述的特种汽车电池充放电保护系统，其特征在于:所述第三电路还包括第三反相器、第四反相器和第二钳位二极管，所述第三反相器的输入端连接第二 NPN型三极管的集电极，其输出端通过第四反相器连接第二与非门电路的输入端两个输入端，所述第二钳位二极管的一端连接到第三反相器与第四反相器之间的节点，另一端连接到第二与非门电路与第三NPN型三极管之间的节点。
【文档编号】B60L3/00GK204123974SQ201420575127
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月8日 优先权日:2014年10月8日
【发明者】徐青, 吴嘉熙 申请人:武汉弈飞科技有限公司