CN202130320U - 智能车载蓄电池能量表 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种智能车载蓄电池能量表，包括依次相连接的参数采集处理电路单元、中央控制单元和LCD显示电路及LED指示电路单元；参数采集处理电路单元分别与电压采集单元和电流传感单元相连接；参数采集处理电路单元、中央控制单元、LCD显示电路及LED指示电路单元、电压采集单元和电流传感单元分别与DC/DC电源变换单元相连接。本能量表可在线准确测量蓄电池剩余容量，提前警示蓄电池过放情况，避免蓄电池出现过放情况；动态LCD显示续航里程、剩余容量、充放电流、单体电压等参数；LED闪烁告警当前运行蓄电池的充放电状态、电池容量过低、充电完成等状态；用于监测电动车当前蓄电池的工作状态及各项参数指标。

Description

智能车载蓄电池能量表
技术领域
本实用新型属于以蓄电池为动力的电动车、电动自行车等能量管理电子领域，涉及一种可在行驶过程中能够精确得知车载蓄电池当前剩余容量、续航里程、充放电流、单体电压等重要参数的智能车载蓄电池能量表。 
背景技术
蓄电池性能优劣及维护的好坏，直接决定着蓄电池驱动型电动车运行的稳定性。对于采用充放电制的蓄电池驱动型电动车而言，蓄电池失效的原因主要是由于蓄电池长期过放电或充电不足。蓄电池长时间过放电甚至能够造成蓄电池的极性反转；多次在未充分放电的情况下又继续充电会使蓄电池形成“存储效应”等问题。 
现有的车载监控器只是通过电压比较器等一些简单电路检测蓄电池组的端电压，并通过LED指示灯进行指示。该车载监控器不能清楚显示当前蓄电池组的剩余容量、续航里程、充放电流和单体蓄电池电压等重要参数，使得蓄电池组不能在受控的状态下运行，给车辆行驶带来致命的隐患。 
实用新型内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种智能车载蓄电池能量表，在车辆运行过程中能实时监测并清楚显示蓄电池组的重要参数，使蓄电池组在受控的状态下运行。 
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是，一种智能车载蓄电 池能量表，包括依次相连接的参数采集处理电路单元、中央控制单元和LCD显示电路及LED指示电路单元；参数采集处理电路单元分别与电压采集单元和电流传感单元相连接；参数采集处理电路单元、中央控制单元、LCD显示电路及LED指示电路单元、电压采集单元和电流传感单元分别与DC/DC电源变换单元相连接。 
本实用新型智能车载蓄电池能量表的技术优势在于： 
1)主要应用于监测以蓄电池为动力的电动车的当前蓄电池的工作状态及各项参数指标。 
2)可在线准确测量蓄电池剩余容量。 
3)可提前警示蓄电池过放情况，使得蓄电池驱动型电动车的驾驶者能够随时掌握电池性能，避免蓄电池出现过放情况。 
4)动态LCD显示续航里程、剩余容量、充放电流、单体电压等参数。 
5)LED闪烁告警当前运行蓄电池的充放电状态、电池容量过低、充电完成等状态。 
附图说明
图1是本实用新型能量表的结构示意图； 
图2是本实用新型能量表中中央控制单元的结构示意图。 
图3是本实用新型能量表中DC/DC电源变换单元的结构示意图。 
图4是本实用新型能量表中电压采集单元的结构示意图。 
图5是本实用新型能量表中电流传感单元的结构示意图。 
图6是本实用新型能量表中参数采集处理电路单元的结构示意图。 
图7是本实用新型能量表中LCD显示电路和LED指示电路单元的结构示意图。 
图8是本实用新型能量表的接线示意图。 
图1中，1.DC/DC电源变换单元，2.中央控制单元，3.LCD显示电路及LED指示电路单元，4.电压采集单元，5.电流传感单元，6.参数采集处理电路单元。 
图8中，7.第一接线端子，8.第二接线端子，9.第三接线端子，10.第四接线端子，11.第五接线端子，12.第六接线端子，13.LCD显示屏，14.按键。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。 
如图1所示，本实用新型能量显示仪的结构，包括依次相连接的参数采集处理电路单元6、中央控制单元(MCU)2和LCD显示电路及LED指示电路单元3；参数采集处理电路单元6分别与电压采集单元4和电流传感单元5相连接；参数采集处理电路单元6、中央控制单元2、LCD显示电路及LED指示电路单元3、电压采集单元4和电流传感单元5分别与DC/DC电源变换单元1相连接。 
DC/DC电源变换单元1，用于给参数采集处理电路单元6、中央控制单元2、LCD显示电路及LED指示电路单元3、电压采集单元4和电流传感单元5提供电能； 
电压采集单元4，用于动态采集蓄电池的实时单体电压，将采集的实时单体电压转换为模拟电压信号，并将该模拟电压信号传输给参数采集处理电路单元6； 
电流传感单元5，用于动态采集蓄电池的实时充放电电流，将采集的实时充放电电流转换为模拟电流信号，并将该模拟电流信号传输给参数采集处理电路单元6； 
参数采集处理电路单元6，用于接收电压采集单元4传输的模拟电压信号，将接收到的模拟电压信号进行模数转换，得到数字电压信号；用于接收电流传感单元5传输的模拟电流信号，将接收到的模拟电流信号进行模数转换，得到数字电流信号，并将数字电压信号和数字电流信号传输给中央控制单元2； 
中央控制单元2，用于接收参数采集处理电路单元6传递的数字电压信号和数字电流信号，对接收到的信号进行运算处理，并将运算处理后的数据及蓄电池的动态信息传输给LCD显示电路及LED指示电路单元3，并通过数据线和片选信号控制参数采集处理电路单元6； 
LCD显示电路及LED指示电路单元3，用于接收中央控制单元2传递的数据及蓄电池的动态信息，并将接收到的数据及蓄电池的动态信息通过面板予以显示。 
如图2所示，本智能车载蓄电池能量表中中央控制单元2主要包括AT89S52型单片机ICCPU、时钟信号发生器、X5045型***看门狗ICxg。单片机ICCPU为本能量表的核心处理和控制部分，是计算续航里程、剩余容量的核心器件，完成对所有采集数据的计算处理以及对***显示告警电路的控制工作。该单片机ICCPU的第39～32脚P0口及21～28脚P2口为8×8数据I/O口；第九脚为复位端子，连接***看门狗ICxg的第7脚；单片机ICCPU的第18、19脚连接由电容CJT1、电容CJT2及晶体振荡器JT1构成的外部时钟电路；单片机ICCPU的第2脚连接模数转换芯片ICAD的时钟脚，用于时钟同步；单片机ICCPU的第3脚连接模数转换芯片ICAD的片选脚；单片机ICCPU的第4、5脚连接模数转换芯片ICAD的数字输入/输出端；变阻器RE1为单片机ICCPU的P0口的上拉电阻，变阻器RE2为单片 机ICCPU的P1口的上拉电阻，变阻器RE3为单片机ICCPU的P2口的上拉电阻；单片机ICCPU的第8脚、第2脚、第7脚、第5脚和第12脚分别连接看门狗ICxg的第5脚数据输入端、看门狗ICxg的第6脚时钟端、看门狗ICxg的第1脚片选端、看门狗ICxg的第2脚数据输出端和告警指示灯T1的使能Rt1电阻端；单片机ICCPU的第13脚、第8脚、第15脚、第14脚、第17脚和第16脚分别连接告警指示灯T2的使能Rt3电阻端、告警指示灯T3的使能Rt5电阻端、单体电压切换继电器J1的使能Rj1电阻端、单体电压切换继电器J2的使能Rj3电阻端、单体电压切换继电器J3的使能Rj5电阻端和单体电压切换继电器J4的使能Rj7电阻端。 
DC/DC电源变换单元1的结构如图3所示，主要包括Pin外部供电接线端子，该Pin外部供电接线端子将外部***供电电源引入ZXDG3S4805型P+12bDC/DC变换电路第1脚和第2脚，P+12b DC/DC变换电路的第3脚和第4脚分别接入三端稳压器件L1的第1脚和第2脚；P+12b DC/DC变换电路的第5脚接入HR器件的第4脚；三端稳压器件L1的第2脚和第3脚为***地(GND)和***供电电压(VCC)；外部电源经过Pin外部供电接线端子进入P+12b DC/DC变换电路的输入端，P+12b DC/DC变换电路的输出端接到三端稳压器件L1和两位外部供电端子(PC2)上；由电容C11、电容Ce11、电容Ce12、电容C12和三端稳压器件L1构成+12V变+5V电源电路，给各个单元提供稳定的工作电源；由电容Cp4、Ep4、电容Cp3、Ep3和Pc2构成的-12V变-5V的电源电路，给参数采集处理电路单元6提供稳定的负工作电源。 
电压采集单元4的结构如图4所示，由接线端子BT1～BT5将外接蓄电池的正负极分别接入继电器J1～继电器J4的常闭端；由电阻Rj1～Rj8、三 极管Tjp1～Tjp8、二极管Dj1～Dj4组成继电器J1～J4的双刀双切的低功耗继电器驱动电路；由电阻Rv1～Rv5、电容Cev1～Cev4、电容Cv1～Cv3组成分压和两级低通滤波电路；蓄电池的端电压经接线端子BT1～BT5进入继电器J1～J4的常闭端，通过顺序切换，分时将每节蓄电池的单体电压送入分压和两级低通滤波电路进行滤波后，送入参数采集处理电路单元6进行模数转换。 
电流传感单元5的结构如图5所示，由接线端子HR将外接霍尔传感器接入电路中，接线端子HR的第1脚、第2脚、第3脚和第4脚分别接外接霍尔传感器的第3脚信号端、外接霍尔传感器的第4脚公共地端、外接霍尔传感器的第1脚正电源端和接外接霍尔传感器的第2脚负电源端；由电阻Ri1～Ri5、电容Cei1～Cei1、电容Ci1～Ci3、电位器Wi组成偏差微调和两级低通滤波电路；蓄电池的当前充放电电流进入外接霍尔传感器的信号接线端子，通过接线端子HR进入偏差微调和两级低通滤波电路进行滤波后，送入参数采集处理电路单元6进行模数转换。 
参数采集处理电路单元6的结构如图6所示，包括MAXIM公司的MAX186型12位串行A/D模数转换芯片ICAD，模数转换芯片ICAD的第12脚和第11脚分别接到基准调整电路电阻Ra1的第1脚和芯片稳压电路电容Ea的第1脚；电位器Wa1、电阻Ra1、电阻Ra2和电容Ca1组成基准调整电路，为模数转换芯片ICAD提供精度在1mv以内的精确基准；电容Cea和电容Ca组成并联电路，该并联电路为稳压电路，给模数转换芯片ICAD提供稳定的电压。 
LCD显示电路和LED指示电路单元3的结构，如图7所示，由8×8数据I/O口进行驱动的Y512SB型液晶显示器(LCD)和发光二极管T1～T3 构成，参数调整由按钮A1和A2挂接到单片机ICCPU的第10脚和第11脚上进行外部命令的输入。LCD与单片机ICCPU的P0口和P2口对应连接，接受单片机ICCPU的显示指令，将当前续航里程、剩余容量、充放电流和单体电压等动态参数实时显示出来；由电阻Rt1～Rt6、三极管Tt1～Tt3和发光二极管T1～T3组成的LED指示电路接受单片机ICCPU的指令，将当前充放电状态、过放状态和充电完成状态等状态动态实时显示出来；由按钮A1、按钮A2、电容Ca1、电容Ca2、电阻Rn1、电阻Rn2组成的设置运行参数和防抖动电路，将需要设置的参数设置到单片机ICCPU里，作为运行的标准。 
如图8所示，本实用新型智能车载蓄电池能量表的接线示意图，第一接线端子7为蓄电池单体电压采样接线端对插头；第二接线端子8为蓄电池温度采样接线端对插头；第三接线端子9为能量表盘单体电压采样接线端；第四接线端子10为能量表盘电流霍尔传感器和电源输入接线端；第五接线端子11为电流霍尔传感器接线端对插头；第六接线端子12为电源输入接线端对插头；按键14包括智能车载蓄电池能量表的设置键、切换键和LED指示灯。 
将1号单体蓄电池的正负极使用单体电压采样接线端对插头接入第三接线端子9；将第二接线端子8接入第三接线端子9；将第五接线端子11接入第四接线端子10，霍尔电流方向为充电为正放电为负；将第六接线端子12接入第四接线端子10。 
给本能量表加电后使用设置键和切换键将当前的蓄电池标称容量、霍尔倍率、告警容量值设置到能量表中央控制单元2的存储器中；电动车在行驶过程中，由电压采集单元4和电流传感单元5动态采集蓄电池当前的单体电 压和放电电流参数，通过数据线送入参数采集处理电路单元6；参数采集处理电路单元6将当前动态采集的模拟参数经过转换后，通过数据线送入中央控制单元2；中央控制单元2经过对当前的参数的运算和数学模型的比对，将处理后的实际参数通过数据I/O口，送入LCD显示电路和LED指示电路3，并通过LCD显示屏13显示在行驶过程中当前还可行驶的续航里程、蓄电池组的剩余容量、蓄电池组的充放电电流、蓄电池组的单体电压等实时数据和蓄电池组当前的充放电的状态指示；电动车行驶过程中蓄电池组的剩余容量大于告警值时，LED显示红色常亮，蓄电池组的剩余容量低于告警值LED时，显示红色闪烁；蓄电池组充电过程中LED显示绿色闪烁，充满容量LED显示绿色常亮。 
本智能车载蓄电池能量表能准确实时计量蓄电池放电容量。通过LCD显示蓄电池当前的剩余容量、续航里程、充放电流、单体电压等重要参数。 
剩余容量计算将影响蓄电池组容量的温度、放电率、放电常数等因素参加数学模型计算，配合定期的蓄电池容量实验结果及时校正充放电、自放电、蓄电池使用寿命等影响蓄电池容量的不定因素，使蓄电池的容量计量更科学、准确。续航里程以当前放电电流和剩余容量为基础，动态计算给出目前车辆运行状态下，还可行驶的里程，偏差小、准确率高。充放电流的检测采用高精度霍尔器件，配合高采集速率、12位A/D器件，确保当前的采集参数准确无误，为其它计算和推导保证可靠度和真实性。单体电压的检测采用千分之一精度的变换电路，配合高采集速率、12位A/D器件，确保当前的采集的单体电压在计算允差范围内，为其它计算和推导保证可靠度和真实性。本智能车载蓄电池能量表为蓄电池驱动型电动车的安全、可靠、稳定运行提供了保障。 

Claims (6)

1.一种智能车载蓄电池能量表，其特征在于，该能量表包括依次相连接的参数采集处理电路单元(6)、中央控制单元(2)和LCD显示电路及LED指示电路单元(3)；参数采集处理电路单元(6)分别与电压采集单元(4)和电流传感单元(5)相连接；参数采集处理电路单元(6)、中央控制单元(2)、LCD显示电路及LED指示电路单元(3)、电压采集单元(4)和电流传感单元(5)分别与DC/DC电源变换单元(1)相连接。
2.根据权利要求1所述的智能车载蓄电池能量表，其特征在于，所述的电压采集单元(4)用于动态采集蓄电池的实时单体电压，将采集的实时单体电压转换为模拟电压信号，并将该模拟电压信号传输给参数采集处理电路单元(6)。
3.根据权利要求1所述的智能车载蓄电池能量表，其特征在于，所述的电流传感单元(5)用于动态采集蓄电池的实时充放电电流，将采集的实时充放电电流转换为模拟电流信号，并将该模拟电流信号传输给参数采集处理电路单元(6)。
4.根据权利要求1所述的智能车载蓄电池能量表，其特征在于，所述的参数采集处理电路单元(6)用于接收电压采集单元(4)传输的模拟电压信号，将接收到的模拟电压信号进行模数转换，得到数字电压信号；用于接收电流传感单元(5)传输的模拟电流信号，将接收到的模拟电流信号进行模数转换，得到数字电流信号，并将数字电压信号和数字电流信号传输给中央控制单元(2)。
5.根据权利要求1所述的智能车载蓄电池能量表，其特征在于，所述的中央控制单元(2)用于接收参数采集处理电路单元(6)传递的数字电压信号和数字电流信号，对接收到的信号进行运算处理，并将运算处理后的数据及蓄电池的动态信息传输给LCD显示电路及LED指示电路单元。
6.根据权利要求1所述的智能车载蓄电池能量表，其特征在于，所述的LCD显示电路及LED指示电路单元(3)用于接收中央控制单元(2)传递的数据及蓄电池的动态信息，并将接收到的数据及蓄电池的动态信息予以显示。
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