CN108177548A - 电动汽车蓄电池亏电自充电系统、充电方法及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了电动汽车蓄电池亏电自充电系统、充电方法及电动汽车，其中充电系统包括与蓄电池连接的充电触发电路，所述充电触发电路的输出端连接电池管理系统和DC/DC转换器，其通过检测所述蓄电池的电压并与预设电压进行比较后向所述电池管理系统DC/DC转换器发送控制信号，仅使所述蓄电池和动力电池之间的充电电路导通或关断。本发明设计精巧，结构简单，通过充电触发电路实时检测蓄电池的电压并与基准电压比较后控制开关电路的通断，从而控制动力电池为蓄电池进行充电或断开充电，过程自动化控制，能够有效的保证蓄电池在亏电时进行电量的补充，避免因蓄电池亏电严重而导致无法车辆无法启动的问题，保证了车辆使用的有效性。

Description

电动汽车蓄电池亏电自充电系统、充电方法及电动汽车

技术领域

本发明涉及电动汽车电力系统领域，尤其是电动汽车蓄电池亏电自充电系统、充电方法及电动汽车。

背景技术

随着自然能源的消耗，环保意识的提高，因而以车载电源作为动力源驱动电机带动车轮行驶的电动汽车，因其节能环保的优点，受到越来越多的关注。

电动汽车的能源系统通常包括动力电池、蓄电池、DC/DC转换器、电池管理系统BMS、充电系统等，其中电压蓄电池在电动汽车未启动时，作为其内部的低压用电设备，如广播、点烟器、仪表灯光系统、整车控制系统等的工作电源，对于电动汽车的正常启动起着至关重要的作用。

但是，在实际使用过程中，当电动汽车静止一段时间不使用时，由于控制设备等日常的用电耗损，导蓄电池出现亏电情况，而产生无法正常启动电动汽车的问题，严重影响了车辆的正常使用。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供电动汽车蓄电池亏电自充电系统、充电方法及充电汽车。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

电动汽车蓄电池亏电自充电系统，包括与蓄电池连接的充电触发电路，所述充电触发电路的输出端连接电池管理系统和DC/DC转换器，其通过检测所述蓄电池的电压并与预设电压进行比较后向所述电池管理系统DC/DC转换器发送控制信号，仅使所述蓄电池和动力电池之间的充电电路导通或关断。

优选的，所述电动汽车蓄电池亏电自充电系统，其中所述充电触发电路包括与蓄电池连接且检测其电压的射随电路，所述射随电路的信号输出端接比较电路的输入端，所述比较电路包括高精度基准电压电路，其输出端连接开关电路的输入端，所述开关电路的输出端接电池管理系统和DC/DC转换器，并向它们发送控制信号。

优选的，所述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统，其中：所述随射电路包括运算放大器，所述运算放大器的正向输入端连接蓄电池的正极，其反向输入端通过第一电阻接模拟地，其反向输入端和输出端之间并联设置有第二电阻和第一电容，其输出端通过第三电阻连接所述比较电路的输入端。

优选的，所述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统，其中：所述比较电路包括比较器，所述比较器的正向输入端连接所述射随电路的第三电阻且通过可调电阻接模拟地，所述比较器的正向输入端和输出端之间串接第六电阻，所述比较器的反向输入端通过第四电阻接高精度基准电压电路，且通过第五电阻接模拟地。

优选的，所述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统，其中：所述高精度基准电压电路包括稳压源及与其连接且并联的上拉电阻及下拉电阻，所述高精度基准电压电路输出的基准电压满足如下公式：

REF=2.5×[1+( Ra /Rb)]

其中FER是输出的基准电压，Ra是上拉电阻的阻值，Rb是下拉电阻的阻值。

优选的，所述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统，其中：所述基准电压的值为5V。

优选的，所述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统，其中：所述开关电路包括光耦，所述光耦的反向输入端通过二极管连接所述比较电路的输出端，所述光耦的正向输入端通过第七电阻接电源端，所述光耦的E极接MOS管的栅极，所述光耦的C极通过第八电阻接MOS管的漏极，所述MOS管的漏极和源极之间串接有第十电阻和第二电容，所述MOS管的源极接双开继电器，所述双开继电器接所述电池管理系统和DC/DC转换器。

优选的，所述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统，其中：所述开关电路的ON档信号的信号线分支点及该信号线与其他在ON档信号时应供电的用电设备的点火电路的连接点之间反置有用于截止ON档信号的二极管。

电动汽车蓄电池亏电自充电系统的充电方法，包括如下步骤：

S1，射随电路实时采集蓄电池电压处理后输出电压信号给比较电路；

S2，比较电路将S1步骤输入的电压信号与预设基准电压比对后输出高电平或低电平给开关电路；

S3，所述开关电路接收到低电平时导通，并向所述电池管理系统和DC/DC转换器发送使能信号；所述开关电路接收到高电平时，停止向所述电池管理系统及DC/DC转换器发送使能信号。

S4，所述电池管理系统和DC/DC转换器收到使能信号触发，导通动力电池和蓄电池之间的充电电路；反之断开充电电路。

优选的，所述的电动汽车蓄电池亏电自充电方法，其中：

当蓄电池的电压低于10.8V时，所述比较电路输出低电平；

当蓄电池的电压高于13.8V时，所述比较电路输出高电平。

电动汽车，包括上述任一的电动汽车蓄电池亏电自充电系统。

本发明技术方案的优点主要体现在：

本发明设计精巧，结构简单，通过充电触发电路实时检测蓄电池的电压并与基准电压比较后控制开关电路的通断，从而控制动力电池为蓄电池进行充电或断开充电，过程自动化控制，能够有效的保证蓄电池在亏电时进行电量的补充，避免因蓄电池亏电严重而导致无法车辆无法启动的问题，保证了车辆使用的有效性。

本充电触发电路在不进行充电时的电路功耗小，基本可以忽略不计，并且电路结构相对于软件控制，响应速度快，精度高。

通过对充电和断开充电的电压的优选，能够有效保证蓄电池满足车辆正常启动要求以及实现自动断开充电，宽的充电范围，一来可以尽可能的增加充电时间，二是尽可能减少继电器的吸合次数，延长继电器的使用寿命。

采用高精度基准电压，能够有效保证控制信号输出的精确性，保证充电控制的精度及有效性。

通过反置的二极管将ON档信号进行截止，避免ON档信号传递到其他ON档信号时应供电的用电设备回路，能够使得其他在ON状态应该通电的设备不供电，有利于减小蓄电池的能量损耗。

附图说明

图1是本发明的自充电系统示意图；

图2是本发明的充电触发电路图。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图对本发明的电动汽车蓄电池亏电自充电系统进行阐述，如附图1所示，包括用于进行供电的蓄电池1，所述蓄电池1通过点火开关连接在ACC档信号时应供电的设备（如收音机、点烟器等）及在ON档信号时应供电的用电设备（如仪表、蓄电池充电电路中的DC/DC转换器等）从而形成ACC档点火电路及ON档点火电路,所述蓄电池1还连接充电触发电路10，所述充电触发电路10连接到所述ACC档点火电路及ON档点火电路，其通过检测所述蓄电池1的电压并与预设电压进行比较后发出控制信号仅使所述蓄电池1和动力电池7之间的充电电路导通或关断，即仅使电池管理系统（BMS）5和DC/DC转换器6触发工作或停止工作。

如附图1、附图2所示，所述充电触发电路10包括与蓄电池1连接且检测其电压的射随电路2，所述射随电路2的信号输出端接比较电路3的输入端，所述比较电路3包括高精度基准电压电路31，其输出端连接开关电路4的输入端，所述开关电路4的输出端接电池管理系统5和DC/DC转换器6，并向它们发送控制信号从而仅使动力电池7和蓄电池1之间的充电电路导通或断开。

工作时，通过所述随射电路2实时检测蓄电池1的电压状况并进行放大后输送给比较电路3，所述比较电路3将接收到的电压信号与高精度的基准电压进行比较后，输出高电平或低电平给开关电路4以控制开关电路4的导通或关断，当所述开关电路4导通时向所述电池管理系统5发送使能信号（ACC档信号和ON档信号），使其触发工作，同时，所述电池管理系统5上电后，在收到ON档信号时，使所述动力电池7的主继电器吸合，提供电能；在电池管理系统5触发的同时，所述开关电路4还向所述DC/DC转换器6发送使能信号（ON档信号）使其触发工作，从而通过所述DC/DC转换器6输出电压对蓄电池1进行充电。

具体来说，如附图2所示，所述随射电路2包括运算放大器U205A，所述运算放大器U205A接模拟电源正极和模拟地，所述模拟电源正极和模拟地之间接电容C2，所述运算放大器U205A的正向输入端连接蓄电池1的正极，其反向输入端通过第一电阻R1接模拟地AGND，其反向输入端和输出端之间并联设置有第二电阻R2和第一电容C1以进行低通滤波从而实现信号的过流，所述运算放大器U205A的输出端通过第三电阻R3连接所述比较电路3的输入端。

如附图2所示，所述比较电路3包括比较器U205B，所述比较器U205B的正向输入端连接所述射随电路2的第三电阻R3且通过可调电阻R12接模拟地，所述比较器U205B的正向输入端和输出端之间串接第六电阻R6，所述比较器U205B的反向输入端通过第五电阻R5接模拟地，且通过第四电阻R4接所述高精度基准电压电路31。

如附图2所示，所述高精度基准电压电路31采用可控精密稳压源Q200来提供基准电压，其REF引脚通过电阻R9接模拟电源正极以及接所述电阻R4，其GND引脚接模拟地，所述REF引脚和GND引脚之间连接有电容C3，其输出电压可通过与其连接且并联的上拉电阻R10及下拉电阻R11在2.5V-36V之间进行任意调整，所述可控精密稳压源的典型动态阻抗为0.2Ω，电压参考误差为±0.4%，并且其外围电路简单，可编程性强，误差小，对比其他器件，电压稳定性更好，所述高精度基准电压电路31输出的基准电压满足如下公式：

REF=2.5×[1+( Ra /Rb)]

其中FER是输出的基准电压，Ra是上拉电阻R10的阻值，Rb是下拉电阻R11的阻值。

优选的，所述上拉电阻R10和下拉电阻R11的电阻值分别为10KΩ，对应的可得出，所述高精度基准电压电路31输出的基准电压的值为5V。

进一步，如附图2所示，所述开关电路4包括光耦U204，所述光耦U204的反向输入端通过二极管D206连接所述比较电路3的输出端，所述光耦U204的正向输入端通过第七电阻R7接电源端VCC，所述光耦U204的E极接MOS管Q1的栅极，所述光耦的C极通过第八电阻R8接MOS管Q1的漏极，所述MOS管Q1的漏极和源极之间串接有第十电阻R137和第二电容C3，所述MOS管Q1的源极接双开继电器，所述双开继电器接所述电池管理系统（BMS）5和DC/DC转换器6。

如附图1，附图2所示，所述双开继电器的两个信号输出端产生ACC档信号和ON挡信号，其中，所述ACC档信号和ON档信号的信号线均连接到所述电池管理系统（BMS）5，所述ACC档信号的信号线还连接到在ACC档信号时应供电的用电设备的点火电路上,即连接在点火开关和其他在ACC档信号时应供电的用电设备之间的线路上；所述ON档信号的信号线连接到所述DC/DC转换器6及其他在ON档信号时应供电的用电设备的点火电路，即在点火开关和其他应供电设备之间的线路上。

由于在收到ON档信号时，全车电源都会开启工作，从而汽车中组合仪表等在ON档时应供电的用电设备都会上电，这就造成了蓄电池电量的大量消耗，因此本发明中，如附图1所示，所述开关电路4的ON档信号的信号线分支点8及该信号线与其他在ON档信号时应供电的用电设备的点火电路的连接点9之间反置有用于截止ON档信号的二极管D3,通过所述二极管D3将所述开关电路4产生的ON档信号截止，避免ON档信号进入到其他在ON档信号时应供电的用电设备的点火回路，从而使组合仪表等在ON档信号时本来应该供电的设备不供电，进而实现仅使动力电池和蓄电池之间的充电电路有电工作的状态。

上述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统其工作时，包括如下步骤：

S1，所述射随电路2实时采集蓄电池1的电压处理后输出电压信号给所述比较器U205B的正向输入端。

S2，所述比较器U205B将S1步骤输入的电压信号与其反向输入端接收的预设基准电压比对后，其输入端产生高电平或低电平并输出给所述开关电路中的光耦的初级。

S3，当所述开关电路4接收到低电平时导通，并向所述电池管理系统和DC/DC转换器发送使能信号；当所述开关电路接收到高电平时，停止向所述电池管理系统及DC/DC转换器发送使能信号。

具体来说，当检测到蓄电池1的电压低于预设值时，所述比较器U205B的正向端电压低于基准电压，此时，所述比较器U205B的输出端由高电平变为低电平，此时所述光耦U204的初级导通，进而光耦U204的次级导通，此时，12V电压通过光耦U204次级触发所述MOS管Q1，所述MOS管Q1导通后使所述双开继电器的线圈带电，线圈通电后，所述双开继电器的两对常开触点均闭合，一对触点产生ON档信号，一对触点产生ACC档信号，从而向所述电池管理系统5发出ON档信号和ACC档信号使其触发工作，同时向所述DC/DC转换器6发送ON档信号使其触发。

随着充电过程的进行，当检测到所述蓄电池1的电压达到设定电压时，此时所述比较器U205B的输出由低电平转换为高电平，此时，所述光耦U204的初级压差达不到光耦U204的导通条件，进而所述光耦U204关断，随后所述MOS管Q1关断，所述双开继电器的线圈断电，所述双开继电器的两对触点均断开，所述ACC档信号和ON档信号断开。

S4，所述电池管理系统5和DC/DC转换器6收到使能信号触发，即，所述电池管理系统5收到ACC档信号后上电触发，并在收到ON档信号时，将所述动力电池7的内部继电器吸合，为所述DC/DC转换器6提供输入电压；同时，所述DC/DC转换器6在接收到ON档信号后触发控制DC/DC输出，此时所述动力电池7和蓄电池1之间的充电电路导通，动力电池7对蓄电池1进行充电；反之，所述电池管理系统5断电停止工作，所述动力电池7的内部继电器断开，所述DC/DC转换器6断电停止工作，所述动力电池7和蓄电池1之间的充电电路断开，系统重新进入休眠状态，直到下一次检测到蓄电池出现亏电状态再启动。

实际控制时，优选当蓄电池的电压低于10.8V时，所述比较器的输出端由高电平转变为输出低电平，此时光耦导通，输出两路控制信号；当蓄电池的电压达到或高于13.8V时，所述比较电路输出高电平，此时光耦断开，停止控制信号输出。

这是由于，发明人经过大量的试验发现：蓄电池1的电压低于10.3V后，钥匙点火时，DC/DC充电系统无法正常工作，必须用其他电池进行打火才能启动DC/DC充电系统，而12V蓄电池的常规放电电压最低为10.5V，考虑系统内元器件等造成的误差，将蓄电池的电压设定在10.8V，防止电压过低造成DC/DC充电系统无法启动，实现不了自动充电功能。同时，车载DC/DC的实际输出电压为14V，而检测电路必须在达到14V之前触发关闭信号，否则达不到自动关闭的效果，同样把误差考虑在内，关断电压设为13.8V。

本专利进一步揭示了一种电动汽车，包括所述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统，所述电动汽车可以是已知的各种类型、品牌的电动汽车，此处不再赘述。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.电动汽车蓄电池亏电自充电系统，其特征在于：包括与蓄电池（1）

连接的充电触发电路（10），所述充电触发电路（10）的输出端连接电池管理系统（5）和DC/DC转换器（6），其通过检测所述蓄电池（1）的电压并与预设电压进行比较后向所述电池管理系统（5）和DC/DC转换器（6）发送控制信号，仅使所述蓄电池（1）和动力电池（7）之间的充电电路导通或关断。

2.根据权利要求1所述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统，其特征在于：所述充电触发电路（10）包括与所述蓄电池（1）连接且检测其电压的射随电路（2），所述射随电路（2）的信号输出端接比较电路（3）的输入端，所述比较电路（3）包括高精度基准电压电路（31），其输出端连接开关电路（4）的输入端，所述开关电路（4）的输出端接所述电池管理系统（5）和DC/DC转换器（6），并向它们发送控制信号。

3.根据权利要求2所述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统，其特征在于：所述随射电路（2）包括运算放大器（U205A），所述运算放大器（U205A）的正向输入端连接蓄电池（1）的正极，其反向输入端通过第一电阻（R1）接模拟地（AGND），其反向输入端和输出端之间并联设置有第二电阻（R2）和第一电容（C1），其输出端通过第三电阻（R3）连接所述比较电路（3）的输入端。

4.根据权利要求3所述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统，其特征在于：所述比较电路（3）包括比较器（U205B），所述比较器（U205B）的正向输入端连接所述射随电路（2）的第三电阻（R3）且通过可调电阻（R12）接模拟地，所述比较器（U205B）的正向输入端和输出端之间串接第六电阻（R6），所述比较器（U205B）的反向输入端通过第四电阻（R4）接高精度基准电压电路（31），且通过第五电阻（R5）接模拟地。

5.根据权利要求2所述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统，其特征在于：所述高精度基准电压电路（31）包括稳压源（Q200），其通过与其连接且并联的上拉电阻（R10）及下拉电阻（R11）调节输出电压，所述高精度基准电压电路（31）输出的基准电压满足如下公式：

REF=2.5×[1+( Ra /Rb)]

其中FER是输出的基准电压，Ra是上拉电阻的阻值，Rb是下拉电阻的阻值。

6.根据权利要求2所述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统，其特征在于：所述开关电路（4）包括光耦（U204），所述光耦（U204）的反向输入端通过二极管（D206）连接所述比较电路（3）的输出端，所述光耦（U204）的正向输入端通过第七电阻（R7）接电源端（VCC），所述光耦（U204）的E极接MOS管（Q1）的栅极，所述光耦的C极通过第八电阻（R8）接MOS管（Q1）的漏极，所述MOS管（Q1）的漏极和源极之间串接有第十电阻（R137）和第二电容（C3），所述MOS管（Q1）的源极接双开继电器，所述双开继电器接所述电池管理系统（5）和DC/DC转换器（6）。

7.根据权利要求2-6任一所述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统，其特征在于：所述开关电路（4）的ON档信号的信号线分支点（8）及该信号线与其他在ON档信号时应供电的用电设备的点火电路的连接点（9）之间反置有用于截止ON档信号的二极管（D3）。

8.根据权利要求1-7任一所述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统的充电方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1，射随电路实时采集蓄电池电压处理后输出电压信号给比较电路；

S2，比较电路将S1步骤输入的电压信号与预设基准电压比对后输出高电平或低电平给开关电路；

S3，所述开关电路接收到低电平时导通，并向所述电池管理系统和DC/DC转换器发送使能信号；所述开关电路接收到高电平时，停止向所述电池管理系统及DC/DC转换器发送使能信号；

S4，所述电池管理系统和DC/DC转换器收到使能信号触发，导通动力电池和蓄电池之间的充电电路；反之断开充电电路。

9.根据权利要求8所述的电动汽车蓄电池亏电自充电方法，其特征在于：

当蓄电池的电压低于10.8V时，所述比较电路输出低电平；

当蓄电池的电压高于13.8V时，所述比较电路输出高电平。

10.电动汽车，其特征在于：包括权利要求1-7任一所述的电动汽车蓄电池亏电自充电系统。