电池控制器的制作方法

专利名称：电池控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用在车辆中的多个电池装置中的控制器。该控制器被用在车辆和具有汽油或柴油电动机的设备、轮船、飞机和不希望有电池故障或危险的车辆中。本发明涉及用于协助车辆电池操作的开关，其中采取了措施来避免一个低的充电(SOC)状态到电池系统不能起动发动机的一个电平。
在常规车辆中的线路和设备一般地适合于具有两个极或端子的单个常规电池。当只有一个电池充电时，交流发动机充电电路输出与电池的正极和负极连接。
当建议一个三极电池用于车辆时，它需要控制器来确定交流发动机是否应该对辅助电池(AUX)或起动电池(CRA)进行充电。此外，如果电池相互被连接来被充电，那么它们必需被分开来保证中CRA电池中所有重要的充电，驾驶员依靠该电池来起动车辆。
在我们同时申请还未批准的NZ专利号244007\247509中，已经描述了一个连接在一个三电极电池的两个正电极之间的开关。控制器使电池并联连接以便接收交流发动机输出和使它们分离以便使AUX电池和用于起动的CRA电池的各个输出达到最大值。如果当充电系统不在工作时像空气调节、后窗加热和头灯这样的辅助负载正在工作，那么控制器通过有选择地分离这些辅助负载来防止AUX电池不适合的放电。
同时申请还未批准的NZ专利号264225和270344中对上述控制器进一步进行了改进，通过说明书涉及了所有这些控制器。控制器的可靠性部分地首先取决于利用微处理机控制和其次取决于在车辆的电系统中和在电池中选择的用于提供给微处理机估算充电状态的值。
在NZ专利申请244007\247509中已经描述了一个用于车辆电池的控制器，该电池具有一个CRA电池和一个AUX电池。这些开关和电池的操作以同时申请还未批准的申请号为264225；270344；270723和270788申请为条件并在此被引入。
采用两个电池无论它们在一个外壳中或分离设置都具有一定的优点，但是利用两个电池也带来了涉及充电和放电、电池寿命和保证电池系统具有充足的电来起动车辆的问题。这些问题也取决于在电池的电压差之间或各个电池的充电状态的估算差之间或电池的组合之间或其它的测量值之间的确定关系。
在US4883728中WITEHIRA把一个热开关插入在一个三电极AUX/CRA电池的正端子之间。该开关在正常的情况下被闭合，但当过电流使一个双金属片加热时它被打开。不同的条件和环境温度导致了不可靠的结果。
US5264777描述了一个电网络，该网络包括一个对一对双电极电池进行充电的交流发电机。一个开关把电池与该交流发电机连接和把由两个电池中的一个电池供电的负载与该电池分离。该网络不适合对一个车辆或船的负载进行充电并且它取决于用于其操作的AUX电池的放电。
在US5154985中描述了一对电池，其中一个是具有较小容量的的备用电池，该电池直到较大容量的电池被放电时才被利用。
US5243270描述了两个12V汽车电池，在这两个电池之间或任何装置之间没有任何开关，以致于当需要时卸掉辅助的负载。
US5336932描述了两个电池，在这两个电池之间具有具有一个开关，但没有采取措施来处理当电池相互连接时在充电中的偏差。
这些参考文件仅作为例子并且大多数已被公知了，只有PCT/NZ93/00067WAUGH涉及了采用一个包括一个微处理机的控制器，该微处理机对充电的状态进行估算和控制充电和放电，以致于在AUX电池和CRA电池之间的充电误差不很大。该技术完全地涉及了控制器和三电极电池组合。
控制器被设计是为了避免这样的情况，即在能够起动车辆的电池中存在不充足充电的情况，而使应用于电的附件的能量达到最大值。对于在车辆中的起动电动机和其它的电系统可以被单独地设置两个电池的电流输出。它具有下面的好处首先，大的电动机起动电流不需要在两个电池之间被转换，其次，两个电池的输出可以被单独地设置，同时车辆被起动，点火可以从一个电池接收一个稳定的电压，而起动电动机从其它电池得到电流，结果产生电压下降和严重的电压波动。由辅助设备能够使应该电池放电而另一个电池被保持在全波充电状态来起动车辆。
控制器应该能够控制可以是不同结构的两个或多个电池，但它们很困难地被构成。例如，一个电池可以是一个起动电池(CRA)，并且当由在起动期间用于起动发动机的一个起动电动机或由被预热的促进变换器需要大电流时，它可以是用于提供大电流的最佳结构。其它的电池可以是一个最好经过中间放电(AUX)的长周期的电池。两个电池的容量可以是相同的或当它们对应车辆的特殊需要和使用时它们的容量可以是不同的。
接通R1使CRA电池与AUX电池并联连接以致于CRA电池可以由交流发电机来充电。断开R1以便使CRA电池和AUX电池相互分离来防止不希望的放电或防止由连接到AUX电池上的电负载引起的CRA电池的过充电。
可以接通R1以便使CRA电池与AUX电池并联连接，以致于如果AUX电池处于低的充电状态和不能提供充足的电压，那么CRA电池可以为电辅助部件提供电力。通常当R1被连接时，经过R1的电流是低的。例如，在正常驱动期间，当电池由交流发电机充电时，流过R1的电流应该小于10安培。然而，在某些情况下两个电池可以具有非常不同的电位，并且如果R1被连接，那么流过R1的电流是很大的。例如，如果车辆在低温状态正在被起动和起动电池的SOC是低的，并且AUX电池的SOC是高的和R1被连接，那么流过R1的流动可以超过250安培。在开关上大的电压降是不希望的。它们使局部被加热并且使辅助设备失去工作电压。
对控制器的结构的限制是这样的，以致于R1可以不具有充足的电流运载能力来经受在所有条件下流过它的电流。费用和物理上的限制限定了R1能被使用的最大电流额定值，并且由于控制器可以被加入到电池中并具有一个由电池的寿命所限定的寿命，所以可任意使用性限定了费用是最大的因素。例如，如果R1是如具有一个70安培额定值的Potter&Brumfield VF7-112D这样的一个继电器，在某些情况下如果该继电器被连接，那么流过该继电器的电流远远超过70安培并且使该继电器损坏。使继电器损坏存在两种类型(1)当继电器接通和断开时由电弧使继电器的触点损坏和(2)由流过继电器的大量电流超过一个时间周期使继电器被热损坏。预想到将要发生电弧的情况通过防止继电器闭合来避免由电弧引起的损坏，并且通过打开继电器防止电流进一步流过继电器来防止热损坏。
接通继电器需要大约170毫安的电流，同时电池的充电是可忽略的，然而当电池没有被充电时，超过一个时间周期的170毫安的放电电流能够使在电池的SOC中产生不希望的减少。
如果AUX电池和CRA电池都处在一个适当的充电状态并且它们没有被正在充电，接通R1没有用途。例如，AUX电池能够充分地提供一个稳定的电压给辅助设备并且CRA电池被充分地充电以便为起动电动机提供大量的电流。
如果R1是一个70安培继电器，那么在这些情况下接通继电器的缺点是(a)开关闭合将使电池以大约170毫安的速率放电，它与如果继电器打开时大约2毫安的备用电流相反。如果电池在运载中被充电或被存储在易于由外部激励源触发的环境中，那么它们可能经受不需要和不希望的被增加的自放电。
(b)如果两个电池处在一个好的充电状态并且充电目前没有进行，那么它希望防止继电器被连接。因此如果车辆被起动，例如如果在冬天被起动那么一个大的汽车内燃发动机提取800安培的电流，连接R1与两个电池并联放置，然而流过R1的电流是与AUX电池援助CRA电池为起动电动机提供电流的一半电流相同。因此400安培的电流流过R1。这个电流可能超过R1的正常工作电流并使其损坏。通过在起动期间保持AUX电池与CRA电池分离，车辆的触发相同将接收一个稳定的恒压源，而当电动机被起动时CRA电池的电压严重地波动。因此由于在起动期间触发系统接收一个更稳定的电压，所以起动可以被改进。在一定环境中的这种装置已经被发现以便明显地改进车辆的起动特性。
(c)如果AUX电池正在被充电而它的端电压仍然是足够大地供电来触发，那么没有必要来闭合继电器。它希望在CRA电池中保持充电，因此当AUX电池不能提供充足的电力时，它可以保持备用以便提供功率给辅助设备来起动车辆。如果AUX电池是一个长周期的结构和CRA电池是一个大电流放电结构，那么这是非常实际的，因为如果两个电池并联放置，那么在放电的初始阶段CRA电池趋向于提供比AUX电池的放电电流更大的放电电流。因此通过在一定的条件下防止连接R1能够避免CRA电池的不希望的放电。
设置R2来防止AUX电池被完全地放电，大大地消除了在车辆起动期间需要连接R1来援助AUX电池。如果R1被闭合和非常大的电流流过R1，那么不希望马上打开R1，而如果一个低的电流但仍然为过电流流过R1，那么在打开之前的期间它是更大的，因此应该避免R1流过过大的电流，同时由像白炽灯这样的装置来的短时冲击电流应该被忽略并且不使R1打开。
电流检测电路可以打开R1，在检测从AUX电池流到起动电池的电流并且确定R1是否被打开之后，触发系统接收一个更大和更稳定的电压，这是在车辆起动期间如果R1被闭合并且AUX电池处在合理的充电状态的情况。此外，希望检测流过R1的电流的方法不采用一个有效的电阻，因为它需要热损耗并且也减少了供给CRA电池的充电电流。例如，在电池两端之间的串联电阻是10毫欧，那么20安培的充电电流产生0.2的电压降，该电压降明显地增加了起动电池的充电时间，并且需要在开关内消耗4瓦的热量。
为了使AUX负载与AUX电池分离以便防止完全地放电任意地设置R2。AUX电池被设计长周期。通过加入R2能够产生下面五个主要的优点1/防止电解液结冰。
2/电池寿命被明显地延长。
3/在低于40％的充电状态下AUX电池不会被放电。由于AUX电池将继续提供恒定电压，所以R1将不接通。即使当CRA电池电压波动时AUX电池将连续地提供恒定电压给喷油器和微处理器。
4/AUX电池的电解液的分层现象被减少。
5/防止AUX电池被完全地放电和大大地消除了在车辆起动期间需要连接R1来援助AUX电池来供电。
如果使用一个单独的负载分离装置，那么仅当车辆是静止和发动机没有运行时负载分离将存在。现有技术没有涉及这些问题，也没有使R1方案可靠工作。
本发明的第一个方面提供一种车辆电池和控制器组合装置，该装置具有(a)两个电池，每个电池具有一个正端单元和与任意其它端单元无关的相关正端导体，每个电池具有一个负端单元和与任意其它端单元无关的相关端导体，和(b)一个控制器，该控制器包括一个能够与一对或多对电池的电极连接的常开开关R1，其中R1打开以便允许从每个电池单独地输出并且以便打开和闭合来控制至少一个电池的充电和放电和保持至少一个电池的充电状态。
开关可以具有一个把AUX电池与电的辅助设备连接的常闭开关R2，以便对CRA电池和AUX电池进行充电并且满足波动的负载。控制器包括一个微处理机或ASIC。此外，控制器可以包括用于监视包括充电状态在内的值的电路。
本发明的第二个方面是提供一种车辆电池和控制器组合装置，该装置具有一个可与辅助负载连接的AUX电池和一个可与车辆的发动机起动电动机连接的CRA电池和一个控制器，该控制器包括一个能够与一对或多对CRA电池和AUX电池的相同电极连接和分离的常开开关R1，其中具有一个用于确定两个电池之间的电流的检测装置，当R1则被闭合时，由于加入了所述的检测装置导致了在电流为50A上在小于500mv的两个电池之间的一个电压降。
控制器的操作打开R1以便限制充电和防止CRA电池的过充电。R1可以是一个机械装置，例如，一个闭锁继电器，一个自动开关一个电子装置或一个等效的装置。
R1可以是一个单个的装置或R1是多个装置，其中一个装置控制电池的充电和放电而具有一个较高电流额定值的第二个开关装置适合用于在起动期间把电池并联连接。在没有起动的条件下需要用于操作的功率越小，那么产生越小的额定R1和越少的热量。
检测装置可以是一个运算放大器，利用它来检测一个低值的电阻上的电压降。该电阻的值可以是0.1-0.0001欧姆，通常是0.1-0.0001欧姆。最好是该值小于0.018欧姆。一个低电阻是希望的，因为它减小了电压降和功率损耗。
此外，检测装置可以是一个霍尔效应(Hall effect)传感器。该传感器可以位于一个电感环之内并且产生一个与依赖于一个小磁场的电流成正比的电压。在另一种方案中，该装置可以是一个电流传感继电器，由此电流通过形成继电器线圈的重载导线一些线圈。在该线圈内是一个铁心，当一个预先设置的电流被超过大时，该铁心使一对触点接通或打开。所有这些实施例都提供一个信号给控制器，这些信号允许控制器来控制R1和R2。通过一个移动传感器，例如一个压电装置来驱动开关。驱动开关的一个改进方法是这样一种结构，其中在一个铜条上安置一个磁铁，该铜条悬挂在一个线圈绕成的电感器的上方。由于该装置传感加速而不振动或有噪声，所以该装置比压电传感器具有很多优点。该传感器根据加速度值由线圈电感器输出一个电压脉冲并且可以被用于使继电器闭合，该加速度值是通过在控制器中的电路来检测的。
因此，当R1被接通时灵敏的过电流保护(此后称为OCP)变为辅助装置而不是用于防止R1过电流的主要装置。通过阻止由于在运输期间在两个规定的电压之间激励源振动引起R1的接通，例如当AUX电池是在10.8和13.0V之间时能够阻止R1的接通，能够简单地实施这些特征。通过附加滤波器和计时器以便考虑在电压中的突然充电和考虑到相对新情况的预先的情况，也能够进一步增加这些特征。
例如在AUX电池的端子上检测的10.9V电压表示它已经以一个低速率被放电并且处在一个非常低的充电状态或表示正在以一个平均电流被放电并且是一个平均的充电状态。如果电池电压是在外部激励源被忽略的区域中而激励源发生，并且它的电压被减少到低于在一个固定的时间量之内的禁止区域，那么接通R1可以是其优点。如果具有不确定的AUX电池的充电状态和如果禁止接通R1的区域很大，那么这个运算是需要的。
利用分立元件构成控制器能够被实现，它产生了一种制造便宜并且有效的产品。由于能够利用少数语言变量来描述控制器操作，所以利用“模糊逻辑电路”来执行控制器的操作是简单的，因此，利用一个微处理机或ASIC执行控制器导致了明显的改进。另外，如果利用一个ASIC或微处理机，那么以低的成本把附加的计时器、滤波器或规则集成到装置中以便改进控制器的操作和可靠性。
尽管从移动检测器来了一个用于闭合的信号，但是最好通过使开关R1打开和保持打开一个预定的周期来保护开关R1以防通过过电流。例如，如果R1是一个70安培的继电器，那么超过70安培的电流可以传送一个信号给控制器以便打开R1来防止其过热。一般的延迟周期是1-60秒，最好是6秒。当辅助设备被接通时一个附属电路可以对主要遭受的冲击电流进行滤波。
控制器被设计以便来操作任何多电池系统，这些电池可以是一对并排的两电极电池；一个具有两个正电极的三电极电池；在一个多单元室中的一个AUX电池和一个CRA电池；一对高密度电池；一对其中一个适合驱动起动电动机而另一个适合驱动辅助设备的电池。考虑到平均的负载分布和有效的使用空间，电池可以相互远离地被设置。需要考虑保持高电流电缆长度更短，保持重量和成本到最小值。
由于本发明被设计用在车辆中而不具有广泛的变型，所以车辆将只具有一个具有单个电流输出的交流发电机。由于在车辆中具有两个电池，所以这些电池的充电要求可以是不同的。例如CRA电池的SOC可以是高的并且它可以不需要充电，而AUX电池的SOC可以是低的并且它可能需要充电。因此，如果需要对AUX电池进行充电，那么它可以被完全充电，然而CRA电池的进一步充电将产生电池出气和像正电极板的腐蚀这样的过充电损害。因此，在这种情况下，需要打开R1以便防止CRA电池的过充电，由此导致节省能量、减少电池水损耗和延长电池寿命。
例A车辆被驾驶在拥挤的交通状态下使用所有的辅助设备。负载超过交流发电机的输出。控制器确定CRA电池正在放电并且打开R1使AUX电池与CRA电池分离。
例B如果车辆正在被驱动，并且充电系统正在提供比车辆需要的电流更小的电流，那么首先CRA电池将与AUX电池分离以便防止CRA电池的放电，然而，如果这个放电被延长并且AUX电池的端电压下降到低于一个电平，在该电平上不能够提供可靠的功率给车辆中的电系统，例如10.5V，那么R1将被接通。这就意味着两个电池将相互被连接以致于车辆将具有附加的能量可利用，并且当驱动车辆是两个电池的总和时有效的备用容量可供给使用者。因此，如果当车辆正在被驱动时交流发电机发生故障，那么在两个电池耗尽之前车辆能够被驱动最大的时间周期。然而，如果车辆没有正在被驱动，那么可供给使用者的有效的备用容量被限制到单独的AUX电池的备用容量。
控制器具有两个开关。一个用于把两个电池相互并联连接的继电器(R1)和一个用于把AUX负载与AUX电池分离的开关(R2)，如一个闭锁继电器。R2可以不需要是像一个闭锁继电器这样的单个装置，而可以包括多个开关以致于各个负载可以按次序被分离。例如大电流负载可以被断开而微处理机存储器可以由AUX电池继续供电。另外如果车辆具有一个串联母线，那么用电池控制器来命令规定的负载断开是可能的。通过利用多个分离装置来实现R2可以增加该系统的利用。
例C车辆被停止。电动机被停止但辅助设备仍然工作。微处理机检查AUX电池的SOC并且当AUX电池的SOC下降到一个预定的阈值时，例如40％充电值，微处理机命令继电器R2断开负载。因此，CRA电池的SOC被近似100％的充电，并且AUX电池的SOC被防止下降到低于40％的充电值。在断开负载之前，控制器保证车辆不在被驱动和发动机不在运转。控制器在断开负载之前也可以警告驾驶员。
当驾驶员进入车辆时，继电器R2再次把辅助设备与AUX电池连接。车辆一旦被再次起动，交流发动机将对两个电池充电。
交流发动机输出利用被选择以便防止可能损害电池的太高的充电电流。充电电流被保持恒定直到电池几乎被完全地充电。这可以使充电电压升高到15.0V。此后充电电压降到14.4V并且完全地被充电到13.8V过电流保护(OCP)电池电流被提供给一个低电阻支路(钢导线)，该支路具有检测在支路两端上一个电压降的晶体管。在实际中，在该结果被用于中断电流之前需要一个0.7V的电压降。如果优选的电流是50安培，那么由这个电流产生35瓦的热量。由于由这个电流引起的热量需要被消散，所以它是不希望的，另外它减少了电能的应用，并且将减少开关上的充电电流。如果R1适合大电流额定值，那么两个电池在起动期间可以被并联连接以便冷起动电流。一旦发动机能足以迅速地起动，就最好使AUX电池和CRA电池分离。AUX电池单独地提供改进的电压给点火装置。这有助于起动。通过把CRA电池电压(或电流)经过R1电耦合到一个比较器可以获得发动机起动速度，以便在控制器中给定一个方波输入以致于它能够确定起动峰值的时间。在一个固定的周期之后可以打开R1。
本发明的另一个特征是提供过电流保护与一个闭锁延迟装置的组合装置。这个特征的目的是保持继电器打开，由此通过防止响应一个压电或等效信号来延长过电流保护。
在使用中，开关允许从AUX电池流到CRA电池的电流最大为70A。这个电流电平能够通过继电器触点而损害继电器。利用看法保护电路来检测较大的电流并且一旦阈值被超过，触点就打开而起动器正在转动。


图1是一个电池和具有R1和R2的开关组合的结构图并且示出了与车辆的电气元件的连接关系；图2是一个利用一个霍尔效应传感器的控制器电路的电路图；图3是一个霍尔效应电流传感器的平面图；图4是一个图3所示传感器的截门图；图5是一个在电路中的霍尔效应传感器的电路图并且能够提供一个电压给如在图6中所示的一个比较器；图6是利用一个支路和运算放大器另一个控制电路的电路图；图7是相对利用一个铜片的图4的另一个方案的电路图；图8是用于一个端部单元的电池板排列的视图，表示把端部导体延伸为一个电极；图9是一个供电给两个大电流消耗部件的电池的电路图。
在图1中一个车辆电池2具有一个大的负端子4，一个小的负端子6，一个大的正端子8和一个小的正端子10。在壳体中的一个型腔装有一个盒子12和继电器R1和R2，其中盒子12包括有用于上述控制功能的部件。R1被连接在AUX电池和CRA电池的大的和小的正端子8，10之间。AUX电池和CRA电池的负端子被连接起来并且与一个地线14连接。大的正端子与起动电动机连接。
首先交流发动机对AUX电池(端子10)进行充电，并且如果R1被闭合那么CRA电池也被充电。R1是常开继电器，R2是常闭继电器，正常情况AUX电池能够为车辆辅助设备供电。这种方案经改进的装置在下面的说明中出现。
参照图2，该开关包括R3，R4和晶体管Q2。其目的是当继电器被闭合时为该开关的过电流保护部分提供电力。当开关在静止状态和继电器打开时，不需要OCP。正常情况下Q2由R3将其基极拖到供电电压来保持OFF。当Q1由通过压电传感器的晶体管检测引起的被导通时，Q1的基极借助于R2通过继电器驱动晶体管Q1被拖的低电位。然后功率被提供给电流传感器和OCP部分。
在图3和4中，霍尔效应装置是一个金属环U3，该金属环U3被用于集中由在导线环22中流动的电流所产生的磁通，该金属环22环绕着软钢(低碳钢)金属环。
当由于其供电电流是大约10毫安继电器R1被闭合时，霍尔效应装置仅被供电。如果给定连续的功率，那么电流损耗过早地使CRA电池放电。通过齐纳电压额定值来确定供电电压。
由于没有电流通过继电器的接点，所以该装置输出大约2.5V的电压。当从AUX到CRA通过50A的电流时该装置输出1.3V的电压，当在相反的方向从CRA到AUX通过50A的电流时该装置输出大约3.8V的电压。因此电压输出与电流的关系是大约26mV/A。
当通过导线环22的电流被取消时金属环U3具有一些剩磁在于它保留了一个小的磁极化强度。由于电流是大的但所产生的磁滞与OCP关闭点相比是低的，所以这不是一个问题。
在这个实施例中，通过一个U形线环和印刷电路板的结合来构成导线环22。这就避免了需要把导线围绕着金属环缠绕和从印刷电路板表面上提升该组件。对于把霍尔效应传感器UGN3503放置在空气隙和环的中心是重要的。然而，这就意味着能够利用大电流印刷电路板，即放置在印刷电路板轨迹上的焊料允许它们连续通过最大到50A的电流。由输入引起的峰值电流能够为80A。如果导线围绕着环的缠绕和维持正确的远离高度适合大量的产生，可能更希望被提升的结构。
在图5中，传感器UGN3503接收来自晶体管Q4的输出和通过端子26把输出提供比较器。
参照图6，当电流传感器的输出超过预定的电平时，OCP窗检测器输出一个高电压。如所描述的，传感器电压依赖于在继电器接点和环路中流动的电流。
窗检测器包括构成比较器的两个运算放大级U2C和U2D。每个运算放大器把电流传感器输出与一个由电阻分压网路设置的电平相比较。由于UGN3503的输出依赖于其供电电压并且后者只由一个低成本的齐纳二极管来调节，所以分压网路的正轨端必需来自与霍尔效应装置一样的电源。在意味着由在齐纳二极管中的公差引起而产生的变化也被反应到分压网路中，由此来消除由波动的齐纳-调节的电压所引起的误差。
由R5和R8设置了用于比较器的设置点，用于在CRA到AUX方向上流动的电流。R7和R9给定了断路点，用于从AUX到CRA方向上流动的电流。
由于具有电流传感器、OCP输入滤波器和OCP闭锁部件，所以只有当继电器被闭合时，能够实现向构成窗检测器的运算放大器供电。
OCP闭锁延迟部件位于构成一个比较器的的运算放大级U2b中。由R12和R13使这个比较器的负输入端被偏压在2.5V上。输入滤波器的输出与这个运算放大器的正输入端连接。当从输入滤波器来的DC电平超过由R12和R13设置的电平时，运算放大器的输出升高。通过运算放大级U2a来缓冲这个输出升高。从U2a输出的高电平使晶体管Q3导通，该晶体管Q3通过把低的输入给U1d使继电器R1立即打开。利用D7和C4引入一个闭锁时间周期，它们与U1c和晶体管Q4相连接来防止在一个给定的闭锁时间内压电检测器的检测。
OCP输入滤波器包括两个电阻器，R10和R11和电容器C3(参见图7)。作为防止由大电流触发的OCP电路的一个简单低通滤波器的这些部件受到由像车辆头灯这样的白炽灯引起的冲击。如果通过使头灯导通一个长的周期AUX电池已经被完全地放电和压电检测器响应驾驶员的进入接通R1，那么一个大电流将从CRA电池通过继电器接点和电流检测LOOP流动。白炽灯可以引起一个3至4倍于操作灯所需正常电流的输入电流。电流冲击只有1-2.5秒。该低通滤波器防止输入电流来关闭OCP闭锁延迟。
在图6中，闭锁R16提供一个电压给运算放大器，这些运算放大器被相同地排列为从比较器到监视器。
在图7中，铜片30与R1串联。该电路利用在该铜片30上的电压降，该电压降与流动的电流量成正比。该电压降被放电和被定位到2.5V来产生一个双向电流检测的可能性。
小的电压降必需被放大以便为P提供一个足够的分辨率来区分在不同电流电平之间的区别。定位到25V允许电流在两个方向上被测量。
U1B除以2并且缓冲5.00V的轨端电压。这导致了在点D上产生低阻抗电压2.50V的参考点。在闭锁装置的每个端上的电压(利用R1，R10&R4，R11)除以3.2。这样做是为了避免输入电压到超过供电电压的u1的可能性。U1C和U1D对由闭锁装置的每个端来的分压缓冲。
实验已经证明从AUX到CRA(或从CRA到AUX)流过50安培的电流，在点A和B之间的电压差近似为40mV。
U1A构成为具有增益为10的差分放大器。描述输出到输入的等式能够由下列来表示点C(输出＝(Vb－Va)×l0)＋2.50。
Va其中是点A的电压，Vb是点B的电压。
1)例如，如果在CRA到AUX方向中流动的电流是50安培。
Vb＝11.75VVa＝11.7lV11.75－11.71＝0.040.04×10＝0.40.4＋2.50＝2.90V2)利用在相反的方向上流动的电流，即从AUX到CRA方向，那么，
Vb＝11.71VVa＝11.75V11.71－11,75＝-0.04-0.04×10＝-0.4-0.4＋2.50＝2.10V从上面能够看到在输出电压和电流之间的一个关系，这个关系能够被进一步地分析以便给出每安培的电压(V/A)。如果电流为50安培，那么在点A和B上检测的电压降为40mV，因此，在放大之前每安培的电压变为0.008V/A或每安培8mV。
最终使用的等式是电流＝2.50－Vc×1V/A＝2.50－Vc×10.008＝2.50－Vc×125对于50安培利用例2上述结果能够被证明。
例2给出Vc+2.10V@50安培2.50－2.10＋0.40.4×125＝50.
在点C测量的精确度取决于电阻器R5，R6，R7和R8的匹配。在除以2级中的误差也将由随后级来放大。为了尽可能消除误差，有一种能够被利用的方法。
1)自动到零由于该计算依赖于使用恒定的2.50V电压来获得电流，所以如果除以2级对于一个5.00V的输入电压不能在点D上产生正好2.50V的电压，那么误差能够升高。在这个点上的误差既可以是由电阻器R2，R3中的不匹配、运算放大器的输入电压的偏移或由分压电阻器中电阻引起的。
使用较好公差的电阻器或一个较高规格的运算放大器是太贵了。通过试图测量继电器打开时的电流利用软件能够对其进行控制。由于继电器打开，所以明显地没有电流能够在铜片中流动。因此能够利用一个自动到零电路，该电路简单地进行采用测量并且把利用打开继电器的测量结果作为在电流等式中的常数。
当继电器打开时，即没有电流流动时，如果在除以2级中的误差在点C上产生2.47V的电压而不是所希望的2.50V，那么通过在电流等式中利用2.47代替2.50能够大大地消除这个误差。
等式现在是电流＝(2.47－Vc)×125。
参照图8，棒32把端单元的板28与向上的导体杆34连接起来。该杆从壳体36中延伸出来作为电极38。它示出了这种类型的电池，即利用该电池已经获得了上述的结果。在一个车辆中，起动电动机通常是最大的电流消耗器并且由CRA电池来供电。在图8中CRA电池也为一个催化变换器40提供100A的电流。
霍尔效应传感器实施例的优点是1霍尔效应传感器便宜地被提供；它们降低了对精确部件的要求；它们使整个部件量降低了；它们提供了一种检测电流的电绝缘方法，该方法增加了可靠性。
2霍尔效应传感器的输出可以供给一个a/d变换器作为一个电流输入，它也可以被用于帮助确定与其它SOC数据相结合。
权利要求
1一种车辆电池和控制器组合装置，该装置具有(a)两个电池，每个电池具有一个正端单元和与任意其它端单元无关的相关正端导体，每个电池具有一个负端单元和与任意其它端单元无关的相关端导体，和一个控制器(b)该控制器包括一个能够与一对或多对电池的电极连接的常开开关R1，其中R1打开以便允许从每个电池单独地输出；打开和闭合以便来控制至少一个电池的充电和放电和保持至少一个电池的充电状态；并且闭合以便使所有电池并联连接来接受由交流发动机的充电。
2根据权利要求1的车辆电池和控制器组合装置，其特征是一个电池是一个可与车辆的发动机起动电动机连接的CRA电池。
3根据权利要求1的车辆电池和控制器组合装置，其特征是一个或多个电池是一个可与包括起动电动机在内的车辆的辅助设备连接的AUX电池。
4根据权利要求1的车辆电池和控制器组合装置，其特征是这些电池是彼此结构不同的电池。
5根据权利要求4的车辆电池和控制器组合装置，其特征是至少两个电池的充电和放电特性是彼此不同的。
6根据权利要求1的车辆电池和控制器组合装置，其特征是通过检测在电池之间流动的电流和在电池之间的电压来确定开关R1的操作。
7根据权利要求6的车辆电池和控制器组合装置，其特征是由于加入了用于确定两个电池之间的电流的检测装置，所以当R1被闭合时导致了在最大电流为50A时在小于500mv的两个电池之间的一个电压降。
8根据权利要求6的车辆电池和控制器组合装置，其特征是检测装置利用一个霍尔效应(Hall effect)传感器，并且该传感器可以位于一个电感环之内。
9根据权利要求6的车辆电池和控制器组合装置，其特征是测装置利用一检个电流传感器，并且该电流传感器包括一个运算放大器，利用它来检测一个低值的电阻上的电压降。
10根据权利要求1的车辆电池和控制器组合装置，其特征是控制器具有一个常闭开关R2，开关R2是一个机械的、电动机械的或电子装置，该开关把一个电池与辅助的电负载连接，并且当该电池被放电到一个充电状态的预定电平时控制器打开开关R2以便保持该电池的充电状态。
11根据权利要求10的车辆电池和控制器组合装置，其特征是开关R2可以是一个电动机械装置。
12根据权利要求10的车辆电池和控制器组合装置，其特征是开关R2根据预定的阈值电平优先地选择断开独立的辅助负载以便保持至少一个电池的充电状态。
13根据权利要求1的车辆电池和控制器组合装置，其特征是设置一个过电流保护装置以便防止过电流损坏开关R1。
14根据权利要求13的车辆电池和控制器组合装置，其特征是过电流保护装置的工作特性不受环境温度变化的影响。
15根据权利要求13的车辆电池和控制器组合装置，其特征是一个过电流保护装置与一个闭锁延迟装置结合在一起工作，该闭锁延迟装置保持继电器打开和通过防止响应一个激励信号使过电流保护周期延长一个预定的周期。
16根据权利要求1的车辆电池和控制器组合装置，其特征是当辅助设备被转接时一个滤波装置滤掉主要的冲击电流。
17根据权利要求1的车辆电池和控制器组合装置，其特征是一个附加的检测装置也确定开关R1被起动的时间。
18根据权利要求17的车辆电池和控制器组合装置，其特征是当AUX电池超过一个预定状态的充电阈值并且没有被充电时该附加的检测装置被去消。
19根据权利要求17的车辆电池和控制器组合装置，其特征是检测装置是一个移动传感器。
20根据权利要求17的车辆电池和控制器组合装置，其特征是检测装置是一个由车辆操作器产生的一个信号的结果。
21根据权利要求17的车辆电池和控制器组合装置，其特征是具有一个检测装置来确定至少一个电池的充电状态。
22根据权利要求21的车辆电池和控制器组合装置，其特征是在确定充电状态中，检测装置利用从电流、电压、时间和温度中选择的至少两个值的任意组合来确定充电的状态。
23根据权利要求21的车辆电池和控制器组合装置，其特征是确定充电状态的检测装置利用一个电解液特征的的测量。
24根据权利要求21的车辆电池和控制器组合装置，其特征是检测装置利用一个电解液的折射计测量结果来确定充电状态。
25根据权利要求1的车辆电池和控制器组合装置，其特征是R1开关是一个电动机械装置。
26根据权利要求1的车辆电池和控制器组合装置，其特征是利用分立电路来进行控制器的操作。
27根据权利要求26的车辆电池和控制器组合装置，其特征是至少一些分立电路由一个微处理机来代替。
28根据权利要求26的车辆电池和控制器组合装置，其特征是至少一些分立电路由一个ASIC装置来代替。
29根据权利要求1的车辆电池和控制器组合装置，其特征是为了增加电压的目的，电池接线端的排列和适应控制器允许相同功能的电池串联连接。
30根据权利要求1的车辆电池和控制器组合装置，其特征是电池被装在一个公用的壳体中。
31一种车辆电池和控制器组合装置，该装置具有一个可与辅助负载连接的AUX电池和一个可与车辆的发动机起动电动机连接的CRA电池和一个控制器，该控制器包括一个能够与至少一对CRA电池和AUX电池的相同电极连接和分离的常开开关R1，其特征是一个检测装置确定两个电池之间的电流，当R1处于一个闭合位置时，由于加入了这样的检测装置在电流为50A时在小于500mv的两个电池之间产生了一个电压降。
32根据权利要求31的车辆电池和控制器组合装置，其特征是当R1处于一个闭合位置时，由于加入了这样的检测装置在电流为50A时在小于200mv的两个电池之间产生了一个电压降。
33根据权利要求31的车辆电池和控制器组合装置，其特征是检测装置是一个霍尔效应(Hall effect)传感器，并且该传感器可以位于一个电感环之内。
34根据权利要求31的车辆电池和控制器组合装置，其特征是测装置一个电流传感器，并且该电流传感器包括一个运算放大器，利用它来检测一个低值的串联电阻上的电压降。
35根据权利要求34的车辆电池和控制器组合装置，其特征是串联电阻值可以是0.1-0.005欧姆。
36根据权利要求31的车辆电池和控制器组合装置，其特征是一个附加的检测装置也确定开关R1被起动的时间。
37根据权利要求36的车辆电池和控制器组合装置，其特征是当AUX电池超过一个预定状态的充电阈值并且没有被充电时该附加的检测装置被去消。
38根据权利要求36的车辆电池和控制器组合装置，其特征是该检测装置是一个移动传感器。
39根据权利要求37的车辆电池和控制器组合装置，其特征是所述移动传感器是一个压电装置。
40根据权利要求38的车辆电池和控制器组合装置，其特征是这种传感器是一个电感传感器。
41根据权利要求36的车辆电池和控制器组合装置，其特征是检测装置是由车辆操作器来起动的。
42根据权利要求31的车辆电池和控制器组合装置，其特征是设置一个过电流保护装置以便防止过电流损坏装置R1。
43根据权利要求42的车辆电池和控制器组合装置，其特征是过电流保护装置的工作特性不受环境温度变化的影响。
44根据权利要求42的车辆电池和控制器组合装置，其特征是一个过电流保护装置与一个闭锁延迟装置结合在一起工作，该闭锁延迟装置保持开关R1打开和通过防止开关R1响应一个激励信号使过电流保护周期延长一个预定的周期。
45根据权利要求31的车辆电池和控制器组合装置，其特征是当辅助设备被转接时一个滤波装置滤掉主要的冲击电流。
46根据权利要求31的车辆电池和控制器组合装置，其特征是利用分立电路来进行控制器的操作。
47根据权利要求46的车辆电池和控制器组合装置，其特征是一些或所有分立电路由一个微处理机来代替。
48根据权利要求46的车辆电池和控制器组合装置，其特征是一些或所有分立电路由一个ASIC装置来代替。
49根据权利要求31的车辆电池和控制器组合装置，其特征是开关R1是一个机械的或电子的装置。
50根据权利要求31的车辆电池和控制器组合装置，其特征是每个电池具有一个正端单元和与任意其它端单元无关的相关正端导体，并且每个电池具有一个负端单元和与任意其它端单元无关的相关端导体。
51根据权利要求31的车辆电池和控制器组合装置，其特征是电池被装在一个公用的壳体中。
52根据权利要求31的车辆电池和控制器组合装置，其特征是为了增加电压的目的，电池接线端的排列和适应控制器允许相同功能的电池串联连接。
53根据权利要求31的车辆电池和控制器组合装置，其特征是控制器控制CRA电池供给车辆起动电动机的电流和控制从CRA电池供给至少一个另外的负载的电流，该负载比起动电动机小但比普通的车辆负载大。
54根据权利要求1的车辆电池和控制器组合装置，其特征是为了起动车辆AUX电池可以与CRA电池并联连接以便增加供给起动电动机的能量直到一个预定的条件被达到而AUX电池被断开时为止。
55根据权利要求1的车辆电池和控制器组合装置，其特征是是为了增加容量的目的，电池接线端的排列和适应控制器允许相同功能的电池并联连接。
全文摘要
一个车辆电池控制器是一个辅助设备，它把一个多电池的相同电极连接起来并且具有开关R1，该开关R1允许发电机充电，电池放电和充电保护。该控制器利用分立电路、ASIC或微处理机来监视电池负载。当R1连接两个电池时一个简单的方案能够检测电压降并且如果电流对于R1是太大了那么打开R1。辅助负载通过任意的开关R2来供电，该开关R1卸掉负载以便保证电池将起动车辆。
文档编号B60K1/04GK1152508SQ96110458
公开日1997年6月25日 申请日期1996年6月22日 优先权日1995年6月22日
发明者I·W·沃, P·G·韦克里 申请人:国威发展有限公司