本發(fā)明涉及蓄電池組的性能監(jiān)測，特別是一種車輛蓄電池電壓不平衡狀態(tài)指示裝置，屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前一些大客車及重型車輛的發(fā)動機一般都采用多缸柴油機，使用24V蓄電池組為起動機和車上的電器供電。24V蓄電池組是由2只12V蓄電池串聯(lián)連接而成的，為使車輛的蓄電池經(jīng)常保持在充足電的狀態(tài)，在車輛運行時，其蓄電池組通常是長期處于浮充狀態(tài)，在蓄電池的使用過程中，由于電池的個體差異、溫度差異等原因，會出現(xiàn)“落后”電池，造成各電池的端電壓不平衡，影響了蓄電池組性能的發(fā)揮。當(dāng)蓄電池的性能不平衡嚴(yán)重惡化時，會導(dǎo)致發(fā)動機起動時電壓過低，造成起動困難，如果此時反復(fù)起動，有可能造成發(fā)動機過熱，甚至燒毀發(fā)動機。

為了避免車輛各蓄電池電壓不平衡趨勢的惡化所帶來的影響，需要對車輛蓄電池電壓的均衡性能進行實時監(jiān)測，以便及時對蓄電池組進行維護。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種車輛蓄電池電壓不平衡狀態(tài)指示裝置，避免車輛各蓄電池電壓不平衡趨勢的惡化所帶來的影響，對車輛蓄電池電壓的均衡性能進行實時監(jiān)測，在蓄電池電壓達到一定的不平衡值時，實時給出提示信號，以便駕駛員及時掌握蓄電池組的性能狀態(tài)，從而及時對蓄電池組進行維護，延長蓄電池組的壽命。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種車輛蓄電池電壓不平衡狀態(tài)指示裝置，包括：蓄電池接口（1）、電壓取樣單元（2）、電壓運算單元（3）、極性自動校正單元（4）、穩(wěn)壓電源單元（5）、控制單元（6）、指示單元（7）、聲光告警單元（8）；其中：

蓄電池接口（1）：與2只串聯(lián)的蓄電池相連，并為裝置的各單元供電，與相關(guān)單元構(gòu)成電氣連接；

電壓取樣單元（2）：分別對2只串聯(lián)的蓄電池的電壓進行采樣，與蓄電池接口（1）和電壓運算單元（3）構(gòu)成電氣連接；

電壓運算單元（3）：對2只串聯(lián)的蓄電池的采樣電壓進行異極性加法運算，與蓄電池接口（1）和電壓取樣單元（2）、極性自動校正單元（4）構(gòu)成電氣連接；

極性自動校正單元（4）：對電壓運算單元（3）輸出的不平衡負(fù)極性電壓進行自動校正為正極性電壓，與蓄電池接口（1）和電壓運算單元（3）、控制單元（6）構(gòu)成電氣連接；

穩(wěn)壓電源單元（5）：為裝置提供5V和3.3V直流電壓電源，與蓄電池接口（1）和控制單元（6）構(gòu)成電氣連接；

控制單元（6）：內(nèi)部集成有電壓基準(zhǔn)和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，與極性自動校正單元（4）、穩(wěn)壓電源單元（5）、指示單元（7）、聲光告警單元（8）構(gòu)成電氣連接；

指示單元（7）：對雙蓄電池電壓的不平衡程度進行指示，與控制單元（6）構(gòu)成電氣連接；

聲光告警單元（8）：根據(jù)雙蓄電池電壓的不平衡程度輸出聲光告警信號，與控制單元（6）構(gòu)成電氣連接。

本發(fā)明是按照上述構(gòu)思使用上述主要單元有機組合而成的，其工作原理是：通過蓄電池接口提供的2只串聯(lián)蓄電池的電壓信號，經(jīng)電壓取樣單元反向?qū)ΨQ取樣，送入電壓運算單元，運算結(jié)果經(jīng)極性自動校正單元輸出正的不平衡電壓，控制單元根據(jù)雙蓄電池電壓的不平衡程度輸出聲光告警信號，由發(fā)光二極管構(gòu)成的指示單元用于指示2只蓄電池的電壓不平衡程度，以此直觀顯示的方式提醒駕駛員需要對蓄電池組進行均衡充電或更換蓄電池。

本發(fā)明的優(yōu)點及效果是能對車輛的2只串聯(lián)蓄電池進行快速的動態(tài)檢測，從而實時判斷出串聯(lián)蓄電池的電壓不平衡程度，及時給出提示信號，以便及時對蓄電池組進行維護，延長蓄電池組的壽命。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明。

圖1是本發(fā)明的原理方框圖。

圖2是實施例的蓄電池接口、電壓取樣單元、電壓運算單元、極性自動校正單元的電路連接原理圖。

圖3是實施例的穩(wěn)壓電源單元電路連接原理圖。

圖4是實施例的控制單元及指示單元電路連接原理圖。

圖5是實施例的聲光告警單元電路連接原理圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請參看圖1，一種車輛蓄電池電壓不平衡狀態(tài)指示裝置，包括蓄電池接口（1）、電壓取樣單元（2）、電壓運算單元（3）、極性自動校正單元（4）、穩(wěn)壓電源單元（5）、控制單元（6）、指示單元（7）、聲光告警單元（8）。其中蓄電池接口（1）與2只串聯(lián)的蓄電池相連，并為裝置的各單元供電，與相關(guān)單元構(gòu)成電氣連接；電壓取樣單元（2）分別對2只串聯(lián)的蓄電池的電壓進行采樣，與蓄電池接口（1）和電壓運算單元（3）構(gòu)成電氣連接；電壓運算單元（3）對2只串聯(lián)的蓄電池的采樣電壓進行異極性加法運算，與蓄電池接口（1）和電壓取樣單元（2）、極性自動校正單元（4）構(gòu)成電氣連接；極性自動校正單元（4）對電壓運算單元（3）輸出的不平衡負(fù)極性電壓進行自動校正為正極性電壓，與蓄電池接口（1）和電壓運算單元（3）、控制單元（6）構(gòu)成電氣連接；穩(wěn)壓電源單元（5）為裝置提供5V和3.3V直流電壓電源，與蓄電池接口（1）和控制單元（6）構(gòu)成電氣連接；控制單元（6）內(nèi)部集成有電壓基準(zhǔn)和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，與極性自動校正單元（4）、穩(wěn)壓電源單元（5）、指示單元（7）、聲光告警單元（8）構(gòu)成電氣連接；指示單元（7）對雙蓄電池電壓的不平衡程度進行指示，與控制單元（6）構(gòu)成電氣連接；聲光告警單元（8）根據(jù)雙蓄電池電壓的不平衡程度輸出聲光告警信號，與控制單元（6）構(gòu)成電氣連接。

請進一步參看圖2，插座CZ1是蓄電池接口，第1引腳連接到車輛的第1只蓄電池BT1的正極，第2引腳連接到車輛的第1只蓄電池BT1的負(fù)極與第2只蓄電池BT2的正極，第3引腳連接到第2只蓄電池BT2的負(fù)極。第2引腳作為本裝置的電壓參考端。

電壓取樣單元由電阻R1～R4組成，其中電阻R1、R2串聯(lián)連接，組成第1分壓器，對車輛的第1只蓄電池BT1的電壓進行取樣；電阻R3、R4串聯(lián)連接，組成第2分壓器，對車輛的第2只蓄電池BT2的電壓進行取樣。

U1采用集成雙運放，型號為TL082，其中包括U1A和U1B兩個運算放大器單元，U1A用于電壓運算單元，U1B用于極性自動校正單元。

電壓運算單元由電阻R5～R7及運算放大器U1A組成。電阻R5的一端連接到第1分壓器的R1、R2的連接點，另一端連接到運算放大器U1A的第2引腳；電阻R6的一端連接到第2分壓器的R3、R4的連接點，另一端連接到運算放大器U1A的第2引腳；電阻R7的兩端分別連接到運算放大器U1A的第2引腳和第1引腳；運算放大器U1A的第3引腳連接到電壓參考端；運算放大器U1A的第8引腳連接到第1只蓄電池BT1的正極；運算放大器U1A的第4引腳連接到第2只蓄電池BT2的負(fù)極。電容C1～C4是濾波電容。電壓運算單元的作用是對2只串聯(lián)的蓄電池的采樣電壓進行異極性加法運算。

極性自動校正單元由電阻R8～R10、二極管D1、D2及運算放大器U1B組成。電阻R8的一端連接到運算放大器U1A的第1引腳，另一端連接到AV1網(wǎng)絡(luò)；電阻R9的一端連接到運算放大器U1A的第1引腳，另一端連接到運算放大器U1B的第6引腳；電阻R10的一端連接到運算放大器U1B的第6引腳，另一端連接到AV1網(wǎng)絡(luò)；二極管D1的陽極連接到運算放大器U1B的第6引腳，陰極連接到運算放大器U1B的第7引腳；二極管D2的陽極連接到運算放大器U1B的第7引腳，陰極連接到AV1網(wǎng)絡(luò)；運算放大器U1B的第5引腳連接到電壓參考端。

請參看圖3，電源由5V開關(guān)、3.3V穩(wěn)壓集成電路U2、電容C5～C7組成。電源模塊M1使用開關(guān)電源模塊，優(yōu)點是轉(zhuǎn)換效率高，發(fā)熱小，其輸入是車輛蓄電池組的電壓，輸出+5V電壓；穩(wěn)壓集成電路U2輸出+3.3V電壓VDD，與電路的相關(guān)部分構(gòu)成電氣連接，為裝置的相關(guān)單元提供工作電源。電容C5～C7是濾波電容。

請參看圖4，控制單元由高性能的單片機U3及其相關(guān)的電路構(gòu)成。單片機U3的型號為C8051F330，內(nèi)部集成有振蕩器、在系統(tǒng)可編程的FLASH存儲器、電壓基準(zhǔn)、調(diào)試電路、溫度傳感器、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、比較器、通用16位定時器/計數(shù)器、硬件SMBus（I2C兼容）、UART串口、PCA等硬件模塊，與外圍相關(guān)單元構(gòu)成電氣連接。電阻R11及電容C8為單片機提供上電復(fù)位信號。電容C9～C12是濾波電容。

插座CZ2是編程接口，CZ2的引腳1接至電源VDD，引腳2與單片機U3的引腳5連接，引腳3連接至復(fù)位信號RST端，并與電阻R12串聯(lián)后接至單片機U3的第4引腳，CZ2的引腳4直接與單片機U3的引腳4相連接，CZ2的引腳5接至GND。進行仿真、編程操作時，單片機通過此接口與C8051F單片機編程器或仿真器相連，以便對單片機進行編程、調(diào)試和程序下載。

單片機U3的第19引腳連接到AV1網(wǎng)絡(luò)，由單片機將蓄電池的不平衡電壓進行AD轉(zhuǎn)換。

指示單元由電阻R13～R16、發(fā)光二極管D3～D6組成，單片機根據(jù)雙蓄電池電壓的不平衡程度輸出信號點亮發(fā)光二極管。電阻R13與發(fā)光二極管D3串聯(lián)后連接到單片機U3的第10引腳；電阻R14與發(fā)光二極管D4串聯(lián)后連接到單片機U3的第9引腳；電阻R15與發(fā)光二極管D5串聯(lián)后連接到單片機U3的第8引腳；電阻R16與發(fā)光二極管D6串聯(lián)后連接到單片機U3的第7引腳；發(fā)光二極管D3～D6的陰極均連接到電壓參考端。雙蓄電池電壓平衡時，D3～D6均熄滅；雙蓄電池電壓輕度不平衡時，D3點亮；隨著雙蓄電池電壓的不平衡程度增加，依次逐步增加D4～D6點亮。從而可以用直觀顯示的方式提醒駕駛員及時對蓄電池組進行維護，以延長蓄電池組的壽命。

請參看圖5，聲光告警單元由電阻R17～R19、發(fā)光二極管D7、三極管V1、蜂鳴器FM1及電容C13組成。告警信號由單片機U3的引腳14輸出，與電阻R17、R18連接；發(fā)光二極管D7的陽極與電阻R17連接，D7的陰極與電壓參考端連接，以發(fā)光的形式給出告警信息；電阻R19與NPN型三極管V1的發(fā)射結(jié)并聯(lián)，與R18串聯(lián)連接，發(fā)射極與電壓參考端連接；三極管V1的作用是將單片機U3的引腳14輸出的告警信號進行放大，驅(qū)動蜂鳴器FM1發(fā)聲，可手動斷開開關(guān)S1，以禁止蜂鳴器FM1發(fā)聲。

圖2～圖5中，各電路連接原理圖中相同的電氣網(wǎng)絡(luò)編號或端口是相連的。

為使本發(fā)明達到設(shè)計目的并發(fā)揮良好的性能，應(yīng)按下列方法選配元件參數(shù)：

電壓取樣單元的元件參數(shù)配置方法是：電阻R1與電阻R4的阻值相等，電阻R2與電阻R3的阻值相等，實施例是選用R1=R4=100kΩ，R2=R3=10kΩ。

電壓運算單元的元件參數(shù)配置方法是：電阻R5與電阻R6的阻值相等，電阻R7用于調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，實施例是選用R5=R6=R7=100kΩ。

極性自動校正單元的元件參數(shù)配置方法是：電阻R8與電阻R10的阻值相等，電阻R9的阻值是電阻R8的2倍，實施例是選用R8=R10=10kΩ，R9=20kΩ。

C8051F330單片機的控制方法是：將單片機的第1腳（即P0.0端口）和第19腳（即P0.2端口）配置為模擬輸入，P0.0端口使用內(nèi)部電壓基準(zhǔn)，P0.2端口連接到極性自動校正單元的輸出端AV1，通過內(nèi)部的ADC轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再與設(shè)定級別的蓄電池電壓的不平衡程度代表值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果在第10～7腳（即P1.3～P1.6端口）輸出信號點亮發(fā)光二極管。