专利名称：车载列尾主机电池充电器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电池充电器，尤其涉及一种车载列尾主机电池充电器。
背景技术：
目前广泛使用的列尾主机电池充电器是地面室内环境下使用的充电器，其供电电压为220V交流电。列尾主机电池经过使用后电量耗尽，工作人员将在地面上已经充好电的电池进行更换，再将电量耗尽的电池拿回地面充电间进行充电。这种方式在以前基本上能够满足现场的使用，但是随着铁路运输的快速发展，特别是长交路运营，以及铁路在管理上的逐步完善，原先单一的列尾电池充电方式已经不能满足现场的需要。因此，为了更加灵活 的为列尾主机补给电池，需要一种车载的列尾主机电池充电器，使其在机车上就能对列尾电池进行充电操作。这样，车辆在行驶过程之中就可以自己给列尾主机电池充电，从而更加有力的保证了列尾主机的正常使用。由于机车上与地面室内有着截然不同的工作环境、供电电压以及更加苛刻的电磁兼容环境，同时车辆在行驶过程中车身有剧烈震动，原有的充电器电路及结构已经不能适应车载环境，必须针对车载环境进行必要的技术改进和改善，开发出一种适合在车载环境下使用的车载列尾主机电池充电器。本实用新型的发明人在实现本实用新型的过程中，发现现有技术至少存在如下技术缺陷I)供电电源地面使用的充电器供电电压为220V交流电源，由于机车上使用的是IlOV直流电源，因而现有的充电器无法在机车上使用。2)车载震动环境机车在行进过程中存在剧烈的震动，会对充电器的工作产生极大的影响，因而原有的充电器结构及卡座式的充电方式不适应于车载充电。3)电压不稳定机车供电电压非常不稳定，偶尔还会有短暂的停止供电的情况，这种不稳定的供电环境会给充电器的正常工作带来非常大的麻烦，可能导致充电器的状态改变，影响正常的充、放电操作。4)电磁兼容性能车载环境下的电磁环境更加恶劣，车载环境下设备的电磁兼容性能比地面室内设备要高一个等级，原有充电器的电磁兼容措施无法适应目前的车载环境。
发明内容为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种车载列尾主机电池充电器，其适用于车载环境中使用。根据本新型的一方面，提供了一种车载列尾主机电池充电器。该车载列尾主机电池充电器包括电源转换模块(110)，其为直流转直流的电源转换模块；充放电控制模块(130)，其耦接于所述电源转换模块(110)，通过对电池组的电压和电流进行采样来控制充放电；以及主控CPU(120)，其耦接于所述充放电控制模块(130)，通过与电池组进行通信来获得电池组的参数，根据所述电池组的参数对电池组进行管理。根据本新型另一方面提供的一种车载列尾主机电池充电器，所述电源转换模块(110)是将机车初始输入直流电压转换为比所述机车初始输入直流电压值低的第一设定电压值的直流电压的电源转换模块。根据本新型另一方面提供的一种车载列尾主机电池充电器，所述充放电控制模块(130)为一个单路充放电控制模块。根据本新型另一方面提供的一种车载列尾主机电池充电器，所述充放电控制模块(130)包括充电模块(300)、放电模块(400)和按键显示模块(220)。根据本新型另一方面提供的一种车载列尾主机电池充电器，所述充电模块(300) 包括将所述第一设定电压值的直流电压转换为比所述第一设定电压值低的第二设定电压值的直流电压的DC-DC模块(310)。根据本新型另一方面提供的一种车载列尾主机电池充电器，所述按键显示模块(220)包括用于显示所述车载列尾主机电池充电器状态的红色发光二极管。根据本新型另一方面提供的一种车载列尾主机电池充电器，所述电源转换模块(110)的输入端设置直流电源滤波器、磁环、压敏电阻以及瞬变电压抑制二极管。根据本新型另一方面提供的一种车载列尾主机电池充电器，所述车载列尾主机电池充电器的壳体(180)为封闭式结构。根据本新型另一方面提供的一种车载列尾主机电池充电器，在壳体(180)的上方面板和/或侧边面板设置了至少一个散热装置。根据本新型另一方面提供的一种车载列尾主机电池充电器，车载列尾主机电池充电器包括用于存储所述电池组参数的电可擦可编程只读存储器。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点在供电电源上，选用一种输入直流电压的电源给充电器供电，以适应车载环境中的直流电源。另外，由于机车在行进过程中存在剧烈的震动，电池与充电器触点的不良的接触会对充电器的工作产生极大的影响，本实用新型采用带锁电池仓的方式降低震动的环境对充电器的正常工作的影响；使用电可擦可编程只读存储器解决充电器由于意外掉电充电器状态改变的问题；增加了电磁兼容措施以适应车载环境，保证车载充电器的工作不受其它车载设备的干扰，同时也不影响其他车载设备的正常工作；充电器采用封闭结构的壳体，壳体的上方面板和/或侧边面板设置了至少一个散热装置，使得本实用新型更适用于车载环境中。本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本实用新型，但本领域技术人员应当理解为并不旨在将本实用新型限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本实用新型的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中图I是根据本实用新型第一实施例的车载列尾主机电池充电器的系统结构示意图；图2是根据本实用新型第一实施例的车载列尾主机电池充电器的充放电控制模块结构示意图；图3是充放电控制模块的充电管理芯片的充电流程示意图；图4是根据本实用新型第一实施例的车载列尾主机电池充电器的放电模块的结构示意图；图5是根据本实用新型第二实施例的车载列尾主机电池充电器的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，
以下结合附图对本实用新型作进一步地详细说明。以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。第一实施例图I是根据本实用新型第一实施例的车载列尾主机电池充电器(简称充电器)的系统结构示意图。如图I所示，充电器包括电源转换模块110、主控CPU 120、充放电控制模块130。接下来，将分别就充电器所包含的各个模块及其具备的功能进行详细说明。在此实施例中，电源转换模块110，其一端耦接于输入电源，其为直流转直流电源转换模块(简称DC-DC模块)，用于将机车初始输入直流电压(以下以机车初始输入直流电压值为IlOV为例进行说明)转换成低于机车初始输入直流电压值的第一设定电压值(以下以第一设定电压值等于13. 8V为例进行说明)的直流电压，向主控CPU 120和充放电控制模块130供电；充放电控制模块130，其耦接于所述电源转换模块110，通过对电池组的电压和电流进行采样来控制充放电；主控CPU 120，其耦接于充放电控制模块130，通过与电池组进行通信来获取电池组的参数，根据电池组的参数对电池组进行管理。需要说明的是，主控CPU 120通过采用通信协议(如HDQ16协议)与电池组进行通信，以获得电池组的参数，根据获得的电池组参数对电池组进行管理，若主控CPU 120与电池组发生通信故障，则主控CUP120通过指令停止使用充电器，不进行任何充、放电操作。其中，电池组的参数包括电池组电压、剩余容量、充放电电流、电池组温度、循环次数、额定容量、制造日期、序列号等，并将电池组的参数存储至主控CPU 120内部的存储单元中。需要说明的是，充电器在意外掉电时会引起充电器操作的复位，从而打乱原来充电器的工作状态，可能导致供电恢复后原来充满或正在充电的电池组放电，影响正常的充、放电操作。在本实施例中，优选地使用即插即用的电可擦可编程只读存储器(简称E2PR0M)存储电池组参数，定时记录充电器当前工作状态，在供电恢复后通过比对电池组编号及E2PR0M中记录的内容判断是否恢复电池组之前的工作状态。图2是根据本实用新型第一实施例的车载列尾主机电池充电器的充放电控制模块的结构示意图。如图2所示，充放电控制模块130为一个单路充放电模块，包括充电模块300、放电模块400以及按键显示模块220。充电模块300耦接于电池组，用于对电池组进行充电控制。放电模块400也耦接于电池组，用于对电池组进行放电控制。按键显示模块220，其用于显示主控CPU 120所获得的电池组的参数。按键显示模块220用于显示电池组的参数，具体地，按键显示模块220的显示部分采用LCD液晶显示屏，当充电器上电时，按键显示模块220的LCD点亮，用于作为电源指示；当充电器在工作时，通过LCD液晶显示屏显示电池组的参数,显示内容包括电池组电压、 剩余容量、充放电电流、电池组温度、循环次数、额定容量、制造日期、序列号等；当LCD液晶显示屏无显示、显示“异常”或者显示乱码时，则表明充电器故障。按键显示模块220还设置有一个红色发光二级管LED作为充电器状态的辅助显示当电池组处于充电状态时为慢闪烁，当电池组处于放电状态时为快闪烁，当电池组处于充满状态时为长亮。在充电器的按键显示模块220中设置一个电池组类型选择按键，通过选择按键实现对锂离子电池组充电或者对镉镍电池组充电。请继续参考图2，充电模块300包括DC-DC模块310，其用于将DC-DC模块110的输出直流电压13. 8V转换为另一低于13. 8V(第一设定电压值)的第二设定电压值(以下以第二设定电压值等于5V为例进行说明)的直流电压，用于给充电模块300和放电模块400供电；充电管理芯片320，用于对电池组的电压与电流进行采样，以监测和控制电池组的充放电。需要说明的是，本实施例充电时采用恒流充电的充电电流为2A，因此充电电路工作电流也为2A，则DC-DC模块110的输出功率至少为13. 8VX2A = 27. 6W。充电管理芯片320可以通过电池组的采样电压来监测充电电压，通过电池组的采样电流监测充电电流，并按照预设的流程自动完成电池组的充电。图3为充电管理芯片的充电流程示意图。以BQ2000芯片为例，下面参考图3进行详细说明。步骤310，充电前充电管理芯片320进行检测，若检测到充电管理芯片320处于上电、电池进行更换、电池电量下降到某一设定值等任一状态，则进入步骤320。步骤320，对充电管理芯片320进行初始化。步骤330，判断电池组的采样电压(亦即，BQ2000的BAT管脚电压)是否小于950mV,如果小于950mV，则进行涓流充电，否则进入步骤340。具体地，通过检测BQ2000的BAT管脚电压值来判断是否进入充电状态，如果BAT管脚电压低于内部阈值电压(950mV)，则BQ2000进入不充电状态，电池组可能处于容量耗尽、损坏或者短路的充电未决状态，则通过在BQ2000芯片的MOD管脚输出周期为I秒的涓流脉冲尝试唤醒容量耗尽的电池组。需要说明的是，本步骤为可选步骤，可以不进行步骤330直接进入步骤340进行操作。步骤340，判断电池组的采样电压(亦即，BQ2000的BAT管脚电压)是否小于2V，若小于则进入步骤350，否则进入步骤360。需要说明的是，不同化学结构的电池组的充电方式是不同的，在充电初始阶段，BQ2000通过监视电池组的采样电压来检测电池的化学结构，当BQ2000的BAT管脚电压小于2V时，则电池组为镍镉电池；当BQ2000的BAT管脚电压大于等于2V时，则电池组为锂离子电池。当确定电池的化学结构时，即确定了符合电池组的充电控制方法。具体地，通过设置BQ20 00芯片BAT管脚的分压网络跳线来设置是给锂离子电池组充电还是给镉镍电池组充电，本实施例根据充电器的按键显示模块220中设置的电池组类型选择按键来实现BAT管脚的分压网络跳线设置。步骤350，对电池组进行恒流充电，然后进入步骤370。步骤360，对电池组先进行恒流充电再进行恒压充电，然后进入步骤380。步骤370，检测电池组的采样电压是否达到预设的峰值电压或者检测充电时间是否达到预设的最大充电时间，若达到预设的峰值电压或达到预设的最大充电时间，则进入步骤390，否则返回步骤350。步骤380，检测电池组的采样电流是否达到预设的最小电流或者检测充电时间是否达到预设的最大充电时间，若到预设的最小电流或者达到预设的最大充电时间，则进入步骤390，否则返回步骤360。步骤390，禁止对电池组充电。图4为本实施例的车载列尾主机电池充电器的放电模块400的结构示意图。如图4所示，放电模块400，其用于对电池组进行放电，当电池组电压降到6V时终止放电。放电模块400包括第一场效应晶体管410、第二功率场效应晶体管420、放电负载电阻430、高精度电阻440、第一分压电阻450和第二分压电阻460。优选地，第一场效应晶体管410与第二场效应晶体管420选择为P沟道金属氧化物半导体场效应管(简称M0SFET)。如图4所示，第一 MOSFET的源极耦接于充电模块300，其栅极耦接于主控CPU 120，漏极耦接于第二 MOSFET的源极；第二 MOSFET的栅极亦耦接于主控CPU 120，漏极耦接于放电负载电阻430的一端，放电负载电阻430的另一端接地；电池组的正端亦耦接于第二 MOSFET的漏极，电池组的负端与BQ2000芯片的SNS管脚同时耦接于高精度电阻440的一端，高精度电阻440的另一端接地；第一分压电阻450的一端亦耦接于电池组的正端，其另一端串联连接第二分压电阻460的一端，第二分压电阻460的另一端接地。第一MOSFET 410 与第二 MOSFET 420 由主控 CPU 120 进行控制，第一 MOSFET 410与第二 MOSFET 420互补性地导通与断开，当对电池组进行充电时，第一 MOSFET打开，第二 MOSFET关断，切断放电回路，避免出现充电同时进行放电；当对电池组进行放电时,第二MOSFET打开，第一 MOSFET关断，切断充电回路，避免出现放电同时进行充电。放电负载电阻430，通过设置其阻值使最大放电电流不超过2A，用于保护电池。为了便于散热，放电负载电阻(430)采用大功率铝壳电阻。以BQ2000芯片为例，根据高精度电阻440的阻值间接获得在BQ2000进行充电控制过程(图3中的步骤350)的恒流充电电流I的值，根据公式I = 0. 05/Rs得到，本实施例优选I = 2A，则Rs = 0. 025 Q。根据图4中的第一分压电阻450与第二分压电阻460的阻值间接获得在BQ2000进行充电控制过程(图3中的步骤360)的恒压充电电压的值。[0067]需要说明的是，由于BQ2000没有放电机制，因此设置放电模块400。为了防止损坏电池组，BQ2000需不间断的监控电池组采样电压，当电压下降到预设的电压时，则终止放电。第二实施例图8是根据本实用新型第二实施例的车载列尾主机电池充电器的结构示意图。下面参考图8来进行详细说明。为了便于说明，不再对与前述实施例相同的模块进行详细展开，而仅重点说明与前述实施例的不同之处。在图8中，对与前述实施例相同或相似的模块，采用了相同的附图本实施例的充电器采用封闭式结构。如图8所示，壳体180是封闭式结构，使得车载列尾主机电池充电器在工作时不受其它车载设备的电磁干扰，同时也不影响其它车载设备的正常工作。优选地，采用金属壳体，防止外界的电磁和辐射干扰。在壳体(180)的上方面板和/或侧边面板设置了至少一个例如散热片、风扇等散热装置。这样可避免在充电器温度过高时散热过慢的问题。其它实施例(I)电源转换模块110的输入端设置直流电源滤波器、磁环、压敏电阻以及瞬变电压抑制二极管(TVS，TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR)管，用于消除可能引入的各种干扰。(2)由于车载环境的影响，本实用新型优选地，电池采用电池仓的方式横向放置，同时设置锁扣防止电池在充、放电过程中从电池仓中滑落。为了防止电池在震动过程中与充放电触点接触不良，在每个触点下设置橡胶垫片，解决震动环境下电池与充电器触点的接触不良的问题。本领域的技术人员应该明白，上述的本实用新型的各模块可以将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本实用新型不限制于任何特定的硬件结合。虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求1.一种车载列尾主机电池充电器,其特征在于,包括 电源转换模块(110)，其为直流转直流电源转换模块； 充放电控制模块(130)，其耦接于所述电源转换模块(110)，通过对电池组的电压和电流进行采样来控制充放电；以及 主控CPU (120)，其耦接于所述充放电控制模块(130)，通过与电池组进行通信来获得电池组的参数，根据所述电池组的参数对电池组进行管理。
2.根据权利要求I所述的车载列尾主机电池充电器，其特征在于， 所述电源转换模块(110)是将机车初始输入直流电压转换为比所述机车初始输入直流 电压值低的第一设定电压值的直流电压的电源转换模块。
3.根据权利要求2所述的车载列尾主机电池充电器，其特征在于， 所述充放电控制模块(130 )为一个单路充放电控制模块。
4.根据权利要求3所述的车载列尾主机电池充电器，其特征在于 所述充放电控制模块(130)包括充电模块(300)、放电模块(400)和按键显示模块(220)。
5.根据权利要求4所述的车载列尾主机电池充电器，其特征在于 所述充电模块(300 )包括将所述第一设定电压值的直流电压转换为比所述第一设定电压值低的第二设定电压值的直流电压的DC-DC模块(310)。
6.根据权利要求4所述的车载列尾主机电池充电器，其特征在于 所述按键显示模块(220 )包括用于显示所述车载列尾主机电池充电器状态的红色发光二极管。
7.根据权利要求I所述的车载列尾主机电池充电器，其特征在于， 所述电源转换模块(110)的输入端设置直流电源滤波器、磁环、压敏电阻以及瞬变电压抑制二极管。
8.根据权利要求I至7任一项所述的车载列尾主机电池充电器，其特征在于， 所述车载列尾主机电池充电器的壳体(180)为封闭式结构。
9.根据权利要求8所述的车载列尾主机电池充电器，其特征在于， 在壳体(180)的上方面板和/或侧边面板设置了至少一个散热装置。
10.根据权利要求I所述的车载列尾主机电池充电器，其特征在于， 车载列尾主机电池充电器包括用于存储所述电池组参数的电可擦可编程只读存储器。
专利摘要本实用新型公开了一种车载列尾主机电池充电器，其主要由电源转换模块、充放电控制模块以及主控CPU组成，所述电源转换模块，其为直流转直流电源转换模块；所述充放电控制模块，其耦接于所述电源转换模块，通过对电池组的电压和电流进行采样来控制充放电；所述主控CPU，其耦接于所述充放电控制模块，通过与电池组进行通信来获得电池组的参数，根据所述电池组的参数对电池组进行管理。本实用新型的车载列尾主机电池充电器相比现有技术更适应在车载环境中使用。
文档编号H02J7/00GK202488159SQ20112054915
公开日2012年10月10日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者张飞, 田秀华, 葛鹰龙, 高如阳 申请人:北京世纪东方国铁科技股份有限公司