专利名称：一种车载电源电压监测及备用电池充放电控制装置的制作方法
技术领域：
一种车载电源电压监测及备用电池充放电控制装置技术领域[0001 ] 本实用新型涉及新的车载电源硬件设计技术，具体涉及一种车载电源电压监测及 备用电池充放电控制装置。
背景技术：
由于车内的电气设备在运行时，会产生大量电磁干扰，这些干扰频带很宽，通过传 导、耦合或者辐射的方式，传播到电源系统内，进而影响到电子设备的正常工作。所以，车载 电子设备的安全和稳定供电成为一个关键问题。此电源装置不仅具有提供有效电压驱动的 能力，并且还应具有在复杂的车载环境中稳定工作的能力。现有的车载电子设备供电方式一般有两种一是使用车内的直流电源适配器供 电，二是利用普通电池供电。车内直流电源适配器可基本满足供电功能，但是，由于车辆点火启动时会使输出 电流增大，蓄电池可能在短时间内电压急剧下降到最低6-9V左右，或者最高33-34V左右， 造成电源输出不稳定。其次，汽车直流电源在车辆熄火时无备份电源，而在要求工程车辆在 熄火状态时仍需通过GPS返回车辆地理信息的系统中，需要车辆断电后仍能使用备份电池 工作一段时间。普通电池虽然可以完全脱离车载电源的依赖，但由于其寿命短、利用率不 高、带负载能力差等缺点，对于工程车辆在途状态的不间断监测不具备良好的可靠性。发明内容为了克服背景技术的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种车载电源电压监测 及备用电池充放电控制装置，该装置基于IS07637电源抗干扰标准中的A类测试标准，具有 抗电磁干扰、有效提高了车载设备工作的可靠性，确保在工程车辆电源波动和熄火的情况 下电子系统的稳定工作。为了实现上述技术任务，本实用新型采用如下技术方案予以实现—种车载电源电压监测及备用电池充放电控制装置，包括安装在车内的车载蓄电 池，该装置还包括电压监测及双电源切换模块、恒流充电模块、充放电逻辑判断及保护模块 和备份供电模块，其中充放电保护模块由锂电池过放判断及通断模块和锂电池过充判断及 通断模块组成。本实用新型的其他技术特点为所述的蓄电池和电压监测及双电源切换模块输入端连接；电压监测及双电源切换 模块的输出端与恒流充电模块相连接。所述的备份供电模块与充/放电逻辑判断切换模块连接，充/放电逻辑判断切换 模块与充放电保护模块连接，充放电保护模块与恒流充电模块连接。所述的备份供电模块由7节3. 6V的锂电池串联组成，可提供25V的输出电压。所述的恒流充电模块，采用电流控制型单端反激拓扑，由自绕线圈实现电压转换 与隔离保护功能，并由U4脉宽调制实现恒流控制。[0013]所述的充放电逻辑判断及保护模块采用四比较器实现备份供电模块充放电逻辑 判断及过充/过放电保护功能。所述的备份供电模块为锂电池。本实用新型的车载电源电压监测及备用电池充放电控制装置与现有技术相比具 有以下优点1、电源装置采用双电源供电，车载蓄电池与备用电池的正常工作范围无交集，并 可实现自动切换，从而有效的避免了干扰，为传感器不间断稳定供电。2、利用四比较器简单巧妙而准确可靠地实现锂电池充放电逻辑判断，实现了过充 及过放电保护功能。3、采用电流控制型单端反激拓扑的稳压，恒流变换器，具有输入电压范围适应宽、 电压调整率高、控制环路频带宽，负载动态调整率高、输出滤波电感小，电源体积小，成本 低；双环路控制，易调试等优点。4、对电源装置的功率开关器件电参数进行了一级降额或二级降额设计，提高了本 装置在恶劣环境下工作的可靠性。
图1、为本实用新型的电源装置设计结构示意图。图2、为本实用新型的电路设计图，其中图(2a)为恒流充电模块的变换电路图；图 (2b)为恒流充电模块中的变换器的变压器结构示意图；图(2c)为充放电逻辑判断及保护 电路图；图(2d)为母线电压监测/判断/转电及变换器启动电路。
以下结合附图对本实用新型的具体内容作进一步详细说明参见图1 一种车载电源电压监测及备用电池充放电控制装置，包括安装在车内的 车载蓄电池，该装置还包括电压监测及双电源切换模块、恒流充电模块、充放电逻辑判断及 保护模块和备份供电模块，其中充放电保护模块由锂电池过放判断及通断模块和锂电池过 充判断及通断模块组成。所述的蓄电池和电压监测及双电源切换模块输入端连接；电压监测及双电源切换 模块的输出端与恒流充电模块相连接；所述的备份供电模块与充/放电逻辑判断切换模块连接，充/放电逻辑判断切换 模块与充放电保护模块连接，充放电保护模块与恒流充电模块连接。本实用新型根据GB/T 21437. 2-2008/IS0 7637-2:2004《道路车辆由传导和耦合 引起的电騷扰》第2部分《沿电源线的电瞬态传导》标准要求，综合考虑而设计的。车载电 源装置由双电源供电(车载24V蓄电池和备份供电模块，其中备份供电模块由7节3. 6V的 锂电池串联组成，可提供25V的输出电压)，正常供电电源为蓄电池，首先检测进行输入电压 监测，来判断是否要切换电源。当蓄电池供电母线电压高于30V或低于22V时，自动切换到 锂电池供电状态。当蓄电池供电母线电压恢复为22V 30V时，由锂电池供电状态自动切 换回蓄电池供电状态。蓄电池通过恒流充电模块为锂电池充电。同时，充放电保护模块监 测锂电池电压并决定通断，当锂电池供电电压低至21V时，将自动停止放电以保护锂电池 不被过放。而当锂电池充电电压达到28V时，将自动终止充电以保护锂电池不被过充；当系 统母线接通供电瞬间，能为各个变换电路提供启动电流，以确保系统可靠启动并正常工作。[0027]恒流充电变换电路如图(2a)所示，对于MV (额定)低压输入变换器，从电路复杂 程度、成本、调试便利性等考虑，选用电流控制型单端反激拓扑由自绕线圈实现电压转换与 隔离保护功能，并由U4脉宽调制实现恒流控制。图中，Vi为蓄电池输入或锂电池输入电压， C5^C7a为储能电容，通过D13 二极管将输入电压变为脉冲电压，供变压器转换为5V的脉冲 电压。L2与C26飞35组成滤波电路，由+端输出。其余电路为过压过流保护电路。其中， U5A-B为U4提供稳压标准。Tl为变压器，U4为PWM控制器，通过脉宽调制实现稳压控制。 Vref为参考输出电压5V，Vaux为U4供电电压16V，R64和R63 (这二个电阻为1%高精度) 提供采样输出端电压，反馈给稳压管US0同时U3A开始导通，从而在光耦TOB另一端反馈出 输出端电压的值，与U4的1脚进行比较。从而从6脚输出控制信号，控制匪2导通程度来 控制Tl的2脚和4脚的电压，达到稳定输出的目的。U4的3脚和6脚为电流保护。通过检 测3脚和6脚的电压来获取电流，若电流过大的，则关断匪1和输出端。D14的作用是防止 突然断电后，假如输出端空载，会导致后面储能电容无法放电。恒流充电变换器的变压器如图(2b)所示，开关频率也取为200kHz。根据开关频率 和变换功率选变压器磁芯为PC44 EPC19. EPC19 (插装骨架IlPins)；两个绕组，同名端关 系Pl——P4为绕组Wl，7匝，180°C漆包线Φ0. 33謹X5根；P7/8——P10/11为绕组W2， 14匝，180°C漆包线Φ0. 33mmX2根；中间屏蔽层接P2。充放电逻辑判断及保护电路如图(2c )所示，利用四比较器简单巧妙而准确可靠地 实现锂电池充放电逻辑判断及过充/过放电保护功能锂电池充电状态下，其放电电路自 动切断；锂电池供电状态下，其充电电路自动切断。在该电路中，输入接锂电池，输出接母线 电压监测/判断/转电及变换器启动电路的输入Vi2，提供备用电源切换。锂电池充电电 压达到28V时，自动终止充电以保护锂电池不被过充电；锂电池供电电压低至21V时，自动 停止放电以保护锂电池不被过放电。在该电路中，锂电池正极接输入，由U2C和U2D构成一 个窗口开关函数，通过R6、R7、R1和R4将电压钳位在14 21V，控制输出VIOVP以及VILVP。 当输入锂电池电压小于14V时，通过U2D比较器与1.68V基准电压比较，PMOS管Riil不工 作，即断开对应的锂电池放电电路；当输入锂电池电压大于21V时，通过U2C比较器与2. 5V 基准电压比较，将断开U3A对应的TOB蓄电池充电电路。实现高低压保护充电电路。母线电压监测/判断/转电及变换器启动电路如图(2d)所示，电路可以实现母线 电压监测、判断及转电功能当供电母线电压高于30V或低于22V时，自动切换到锂电池供 电状态。当蓄电池供电母线电压恢复为22V 30V时，由锂电池供电状态自动切换回蓄电 池供电状态。当系统母线接通供电瞬间，能为各个变换电路提供启动电流，以确保系统可靠 启动并正常工作。输入“+ (22V 29V)”连接车载蓄电池的正极，Vi2接锂电池。当系统母 线接通供电瞬间，能为各个变换电路提供启动电流，以确保系统可靠启动并正常工作。由二 极管D5和D6并联组成的过流保护。其输出Vi接到恒流充电变换电路。
权利要求1.一种车载电源电压监测及备用电池充放电控制装置，包括安装在车内的车载蓄电 池，其特征在于该装置还包括电压监测及双电源切换模块、恒流充电模块、充放电逻辑判 断及保护模块和备份供电模块，其中充放电保护模块由锂电池过放判断及通断模块和锂电 池过充判断及通断模块组成；所述的蓄电池和电压监测及双电源切换模块输入端连接；电压监测及双电源切换模块 的输出端与恒流充电模块相连接；所述的备份供电模块与充/放电逻辑判断切换模块连接，充/放电逻辑判断切换模块 与充放电保护模块连接，充放电保护模块与恒流充电模块连接。
2.如权利要求1所述的车载电源电压监测及备用电池充放电控制装置，其特征在于 所述的备份供电模块由7节3. 6V的锂电池串联组成，可提供25V的输出电压。
3.如权利要求1所述的车载电源电压监测及备用电池充放电控制装置，其特征在于 所述的恒流充电模块，采用电流控制型单端反激拓扑，由自绕线圈实现电压转换与隔离保 护功能，并由U4脉宽调制实现恒流控制。
4.如权利要求1所述的车载电源电压监测及备用电池充放电控制装置，其特征在于 所述的充放电逻辑判断及保护模块采用四比较器实现备份供电模块充放电逻辑判断及过 充/过放电保护功能。
5.如权利要求1所述的车载电源电压监测及备用电池充放电控制装置，其特征在于 所述的备份供电模块为锂电池。
专利摘要本实用新型公开了一种车载电源电压监测及备用电池充放电控制装置，包括安装在车内的车载蓄电池，其特征在于该装置还包括电压监测及双电源切换模块、恒流充电模块、充放电逻辑判断及保护模块和备份供电模块，其中充放电保护模块由锂电池过放判断及通断模块和锂电池过充判断及通断模块组成。本实用新型的车载电源电压监测及备用电池充放电控制装置具有抗电磁干扰、有效提高了车载设备工作的可靠性，确保在工程车辆电源波动和熄火的情况下电子系统的稳定工作。
文档编号H02J9/06GK201830015SQ20102059236
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者史昕, 惠飞, 杨澜, 赵祥模, 雷涛 申请人:长安大学