CN204495973U - 一种汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置，安装在车上所有电力设备和铅酸蓄电池之间，铅酸蓄电池的正极接汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置的Power端和电力设备负载的IN端，铅酸蓄电池的负极接汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置的OUT端，汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置的IN端接电力设备负载的OUT端， Power端输入接开关电源单元，开关电源单元输出给装置其他单元供电，IN端和OUT端输入到信号调理单元，信号调理单元对铅酸蓄电池与负载输出信号进行采集调理后送信号处理单元，信号处理单元采集铅酸蓄电池放电电压，信号处理单元进行判断处理后，结果送显示单元显示。该装置使用方便，内部电路简单且检测精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种检测装置，特别涉及一种汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置。
背景技术
汽车上的电子设备越来越多，不断增加的电力负荷就给汽车铅酸蓄电池带来挑战。使用了3年的铅酸蓄电池，故障率可能攀升至10000ppm。很多汽车故障都可以追溯到铅酸蓄电池失效，如果能够准确知道蓄电池状态，这些故障是可以避免的，另外，汽车起停***(Start-Stop)、混合动力汽车和纯电动汽车也必须要求了解电池状态。在汽车能量管理***(BEM)里汽车电池管理***(BMS)成为不可缺少的一部分，BMS为车身控制模块(BCM)提供电池状态信息，BMS可以最大限度地降低因为电池意外故障而导致的汽车故障次数，从而实现最长电池使用时间和最大电池能效，而且可以支持二氧化碳减排功能。
铅酸蓄电池的状态包括充电状态(SOC)和健康状态(SOH)。充电状态(SOC)代表了铅酸蓄电池中可以使用的电量，充电状态(SOC)通常以百分数的形式表示，其值为铅酸蓄电池可使用的电量除以标称电量，所以完全充电的电池SOC为100%，完全放电的电池充电状态(SOC)为0%，充电状态(SOC)值的大小随电池的充电和放电改变。健康状态(SOH)代表汽车铅酸蓄电池为发动机启动提供的能力，对铅酸蓄电池来说，发动汽车发动机是非常重要的功能，因此，BMS一个非常重要的任务是预测在实际电量条件下是否能够启动汽车，启动预测通过健康状态(SOH)表示。
发明内容
本实用新型是针对铅酸蓄电池失效导致汽车故障率上升的问题，提出了一种汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置，使用简单的电路判断铅酸蓄电池故障，检测精度高。
本实用新型的技术方案为：一种汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置，安装在车上所有电力设备和铅酸蓄电池之间，铅酸蓄电池的正极接汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置的Power端和电力设备负载的IN端，铅酸蓄电池的负极接汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置的OUT端，汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置的IN端接电力设备负载的OUT端，汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置包括开关电源单元、信号调理单元、信号处理单元和显示单元，Power端输入接开关电源单元，开关电源单元输出给装置其他单元供电，IN端和OUT端输入到信号调理单元，信号调理单元对铅酸蓄电池与负载输出信号进行采集调理后送信号处理单元，信号处理单元采集铅酸蓄电池放电电压，信号处理单元进行判断处理后，结果送显示单元显示。
所述开关电源单元包括一个升压电路和两个LDO降压电路，升压电路将蓄电池的电压升压到+30V给信号调理单元供电，一个LDO降压电路将蓄电池的电压降压到+3.3V给信号处理单元供电，另一个LDO降压电路将蓄电池的电压降压到+5V给显示单元供电。
所述信号调理单元包括单电源转双电源模块和双电源仪表放大器模块，所述单电源转双电源模块将+30V转换为±15V，为双电源仪表放大器模块中仪表放大器供电，IN端和OUT端串联一个高精度电阻采集瞬间放电电流，再经过仪表放大器将铅酸蓄电池放电电流信号转换后的电压信号放大后输出。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置，检测发动机启动过程中检测铅酸蓄电池的放电电流和放电电压，计算出铅酸蓄电池的内阻作为判断该铅酸蓄电池健康状态是否合格的指标，并通过装置显示屏给出结果，该装置使用方便，内部电路简单且检测精度高。
附图说明
图1为本实用新型汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置使用示意图；
图2为本实用新型汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置结构框图；
图3为本实用新型中开关电源单元原理框图；
图4为本实用新型中信号调理单元电路图；
图5为本实用新型中信号处理单元和显示单元原理框图。
具体实施方式
如图1所示汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置使用示意图，本实用新型装置2安装在车上所有电力设备3和铅酸蓄电池1之间。铅酸蓄电池1的正极接装置2的Power端和电力设备3负载的IN端，铅酸蓄电池1的负极接装置2的OUT端，装置2的IN端接电力设备3负载的OUT端。
如图2所示汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置结构框图，装置包括开关电源单元、信号调理单元、信号处理单元和显示单元，Power端输入接开关电源单元，开关电源单元输出给其他单元供电，IN端和OUT端输入到信号调理单元，对铅酸蓄电池与负载输出信号进行采集调理，信号调理单元输出信号到信号处理单元进行处理后，结果送显示单元显示。
如图3所示，开关电源单元内部为一个升压电路和两个LDO降压电路结构，其中升压电路将蓄电池的电压升压为+30V，LDO降压电路将蓄电池的电压降压为+5V和+3.3V，开关电源单元为装置的其他单元供电。
如图4所示信号调理单元电路图，包括单电源转双电源模块和双电源仪表放大器模块，所述单电源转双电源模块包括运算放大器U1，电容C1、C2、C3、C4，电阻R1、R2、R3；双电源仪表放大器电路包括仪表放大器U2，电容C5、C6、C7、C8、C9，电阻R4、R5，可调电阻R6。
单电源转双电源模块，电阻R1，R2阻值相等，构成一个简单的分压电路，R1和R2之间的电压即+15V，运算放大器U1与其他元件构成电压跟随器，起隔离作用，U1的输出OUT即+15V，接后面仪表放大器的参考电压REF也是+15V。+30V与REF之间电压为+15V，GND与REF之间的电压为-15V。
所述双电源仪表放大器模块包括仪表放大器U2，电容C5、C6、C7、C8、C9，电阻R4、R5，可调电阻R6。汽车发动机机正常启动时，蓄电池瞬间放电电流Ib很大，无法直接处理，需要将放电电流转化为适于处理的范围内。如图4中 R0所示，在信号回路中串联一个0.1mΩ的高精度电阻，是为了适应铅酸蓄电池瞬间放电的大电流，将汽车铅酸蓄电池放电电流信号Ib转为便于处理的电压信号Vs，并经过仪表放大器U2将铅酸蓄电池放电电流信号转换后的电压信号Vs放大后输出VOUT，Vs很微弱，范围只有0～0.1V，所以需要仪表放大器放大到一定的程度以便后面进行采样处理。为了便于计算选择仪表放大器放大100倍，使VOUT的输出电压范围在0～10V。
如图5所示信号处理单元和显示单元原理框图，信号处理单元为单片机，单片机内包括AD转换器，存储器和比较器，在汽车发动机启动开始到结束整个过程中，单片机以一定频率采集铅酸蓄电池放电电压Vb和仪表放大器输出电压VOUT，仪表放大器输出电压VOUT除以仪表放大器放大倍数得到采样电阻两端电压Vs，Vs再除以采样电阻的阻值R0，计算得出蓄电池放电电流Ib。单片机对采集到的Vb和Ib数据用线性最小二乘拟合计算得到发动起启动时铅酸蓄电池的内阻值Rb。铅酸蓄电池的健康状态指标Rb需要在一个特定的阈值以下，以确保发动机正常启动。当某次启动过程中铅酸蓄电池内阻值大于或等于阈值RTh，则判断健康状态不合格，需要更换电池；当铅酸蓄电池内阻值低于阈值RTh，则判断健康状态合格，不需要更换电池。单片机内的存储器存储了不同温度下，判断健康状态是否合格的阈值RTh。单片机内的比较器的作用是用计算得出的铅酸蓄电池的内阻值Rb与阈值RTh作比较。判断铅酸蓄电池的健康是否合格。结果显示单元为显示屏，显示健康状态是否合格。如果铅酸蓄电池的健康状态合格，则显示“健康状态合格”，如果铅酸蓄电池的健康状态不合格，则显示“健康状态不合格，电池需更换”。
Claims (3)
1.一种汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置，安装在车上所有电力设备和铅酸蓄电池之间，铅酸蓄电池的正极接汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置的Power端和电力设备负载的IN端，铅酸蓄电池的负极接汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置的OUT端，汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置的IN端接电力设备负载的OUT端，其特征在于，汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置包括开关电源单元、信号调理单元、信号处理单元和显示单元，Power端输入接开关电源单元，开关电源单元输出给装置其他单元供电，IN端和OUT端输入到信号调理单元，信号调理单元对铅酸蓄电池与负载输出信号进行采集调理后送信号处理单元，信号处理单元采集铅酸蓄电池放电电压，信号处理单元进行判断处理后，结果送显示单元显示。
2.根据权利要求1所述汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置，其特征在于，所述开关电源单元包括一个升压电路和两个LDO降压电路，升压电路将蓄电池的电压升压到+30V给信号调理单元供电，一个LDO降压电路将蓄电池的电压降压到+3.3V给信号处理单元供电，另一个LDO降压电路将蓄电池的电压降压到+5V给显示单元供电。
3.根据权利要求2所述汽车铅酸蓄电池健康状态检测装置，其特征在于，所述信号调理单元包括单电源转双电源模块和双电源仪表放大器模块，所述单电源转双电源模块将+30V转换为±15V，为双电源仪表放大器模块中仪表放大器供电，IN端和OUT端串联一个高精度电阻采集瞬间放电电流，再经过仪表放大器将铅酸蓄电池放电电流信号转换后的电压信号放大后输出。
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|---|---|---|---|---|
| CN111251942A (zh) * | 2020-02-24 | 2020-06-09 | 浙江吉利新能源商用车集团有限公司 | 一种电动汽车电池补电方法、***及电动汽车 |
| CN111426969A (zh) * | 2018-12-21 | 2020-07-17 | 中兴通讯股份有限公司 | 电池内阻检测的方法及装置、电池老化检测的方法及装置 |
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2015
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