王 襄，張 斌

(1．湖北工業(yè)職業(yè)技術學院 電子工程系；2．湖北銥派汽車電子有限公司 湖北 十堰 442000)

0 前言

根據(jù)市場調(diào)研，目前商用車需求量急劇向大噸位多功能發(fā)展，車輛發(fā)動機馬力的不斷增大及整車用電設備的不斷增加，設備消耗的電流及發(fā)動機啟動所消耗的啟動電流都不斷增大，而目前的單組電瓶不能正常為車輛提供足夠的電源供給，尤其是在冬季低溫下電瓶電量的不足致車輛啟動困難?，F(xiàn)在部分車輛制造企業(yè)開始采用雙組電瓶為發(fā)動機啟動及負載提供電能[1]。

兩組電瓶并聯(lián)，存在充放電不一致的問題，在充電情況下易使車輛充電系統(tǒng)負載過重，導致充電系統(tǒng)故障甚至損壞充電電路部件。在雙組電瓶并聯(lián)放電的情況下，會出現(xiàn)電瓶性能的差異導致自放電嚴重，縮短電瓶使用壽命。為解決這一問題，目前大多采用人工方式，手動切換兩組電瓶之間連接，這種方法不但操作麻煩，還會造成部分電瓶充電不足，電瓶長時間虧電運行會導致其有效使用壽命縮短，過早衰老失效，使車輛運行不良并增加使用成本。

1 設計思路

如何設計出一款商用車雙組電瓶充放電自動轉換控制器，代替目前手動切換，使之能根據(jù)各電瓶電量情況自動切換控制充電及放電，讓發(fā)電機及充放電電路工作在最佳狀態(tài)，并長期保持電瓶的電量充足，是本文的出發(fā)點。

為此，本設計的技術方案為：將車輛電瓶分為主電瓶及副電瓶，主電瓶與副電瓶都通過車輛相關的線束與控制電路連接，由控制器內(nèi)部的微處理器不斷檢測每個電瓶的電壓狀態(tài)，來確定該電瓶是否欠電。正常狀態(tài)下控制車輛發(fā)電機只給主電瓶相接，副電瓶處于備用，當車輛由停止轉為起動時(即點火鎖由關閉轉為打開時)，微處理器檢測到點火信號，通過控制電磁開關將副電瓶并接在主電瓶上，此時兩組電瓶并聯(lián)對車輛用電器提供較大的驅(qū)動電流使發(fā)動機順利啟動。

當完成啟動后，控制器通過檢測發(fā)電機的工作(或檢測發(fā)動機運轉)情況確定發(fā)動機是否已經(jīng)啟動，若檢測到發(fā)動機沒啟動成功，此時副電瓶仍將保持與主電瓶并聯(lián)狀態(tài)，以備再次啟動發(fā)動機。若檢測到發(fā)動機啟動成功的信號，控制電磁開關斷開副電瓶與主電瓶的并聯(lián)，此時汽車發(fā)電機只對主電瓶充電；當主電瓶充滿電時，控制器控制相應的電磁開關，將副電瓶再次與主電瓶并聯(lián)，同時斷開主電瓶電路，此時汽車發(fā)電機只對副電瓶充電；當副電瓶充滿電后再次切換到主電瓶與汽車供電電路連接，一直保持副電瓶處于備用狀態(tài)。

當車輛處于夜間行駛或內(nèi)部設備用電量較大時，發(fā)電機發(fā)出的電能不夠使用，主電瓶對用電器放電保持用電器正常工作，最終會導致主電瓶電量不足，當控制器檢測到此種情況時，自動將副電瓶切換替代主電瓶工作，確保主電瓶不會虧電而縮短壽命。白天車輛燈具基本不使用，發(fā)電機發(fā)出電能富裕用于補充電瓶電量。

圖1是本設計原理框圖。汽車雙組電瓶充、放電自動轉換控制器，以微處理控制器為核心，主電瓶、副電瓶及發(fā)電機為微處理器提供輸入信號，微處理器輸出的一個控制端口通過開關繼電器控制主電瓶的電磁開關，微處理器的另一個控制端口通過控制副電瓶的電磁開關，實現(xiàn)電瓶的充、放電自動轉換。

圖1 本設計原理方框圖

2 電路工作原理

圖2是該設計電路原理圖。

圖2 本設計電路原理圖

如圖2所示，U1為微處理器，通過外部插接口JP1與點火鎖、主電瓶、副電瓶及發(fā)電機相接，正常情況下設定主電瓶為優(yōu)先接通狀態(tài)。

2.1 發(fā)動機啟動放電控制

若要啟動發(fā)動機，點火鎖開關通過接口JP1-2為控制器提供一個電壓信號，通過電阻R11及R12分壓到微處理器接口U1-6，微處理器U1檢測到啟動發(fā)動機信號時，使微處理器輸出控制端口U1-9、U1-10輸出驅(qū)動三極管Q1、Q2使主電瓶的電磁開關K1及副電瓶的電磁開關K2同時接通使兩電瓶成并聯(lián)狀態(tài)，為發(fā)動機啟動提供充足的電源。

2.2 完成啟動進入充電控制[2]

當發(fā)動機啟動完成后，發(fā)電機輸出電壓通過接口P1-3進入由電阻R9、R10分壓后輸入至微處理器檢測端口U1-15用于檢測啟動穩(wěn)定情況，發(fā)動機啟動穩(wěn)定后，微處理器通過輸出端口U1-9控制三極管Q2及內(nèi)部繼電器斷開副電瓶的電磁開關K2，從而切斷副電瓶的連接，此時發(fā)動機只對主電瓶充電，同時通過接口JP1-4將主電瓶的電壓信號由電阻R1、R3分壓后傳輸給微處理器端口U1-14；通過接口JP1-5將副電瓶的電壓信號由電阻R2、R4分壓后傳輸給微處理器檢測端口U1-13；由微處理器U1檢測比較確定電瓶的電壓情況，當主電瓶充滿電后，副電瓶電量充足的情況下不做切換，若檢測副電瓶的電量不足需要充電時，微處理器U1通過實處端口U1-9控制三極管Q2接通繼電器及副電瓶回路的電磁開關，當副電瓶充分接入充電電路后微處理器U1通過控制端口U1-10控制三極管Q1斷開繼電器及主電瓶回路的電磁開關K1切斷主電瓶的連接，只對副電瓶充電，當副電瓶充滿電后自動轉換至主電瓶，停止對副電瓶的充電。

2.3 故障狀態(tài)控制

在發(fā)動機啟動時若某一組電瓶電量嚴重不足時，微處理器U1通過檢測判斷切斷電量不足的一組電瓶，不讓其接入主電路，以免影響電瓶正常工作，并發(fā)出報警燈指示；LED1對應第一電瓶狀態(tài)指示，LED2對應第二電瓶狀態(tài)指示，當某一電瓶出現(xiàn)故障時對應的指示燈閃爍報警。

在車輛停止狀態(tài)下，若車內(nèi)設備用電量較大，導致主電瓶供電下降時自動切換為兩組電瓶并聯(lián)供電或切換至電量充足的電瓶供電，確保電瓶本身不過放電從而延長電瓶的使用壽命。

3 電路的實現(xiàn)

圖3為本控制器的PCB板圖，圖4為產(chǎn)品實物照片

圖3 控制器PCB板圖

圖3 產(chǎn)品實物圖

4 產(chǎn)品指標與技術參數(shù)

工作電壓：24V(18V-32V)

控制切換負載電流： Io ≤ 10A

工作環(huán)境溫度： -40℃ —85℃

最大耗電流： ≤ 100mA

工作時間：長期

5 結語

本裝置經(jīng)裝配調(diào)試，達到設計要求，目前已申報國家發(fā)明專利。

[參考文獻]

[1] (日)電氣學會.42V電源化調(diào)查專門委員會.汽車電源的42V化技術[M].北京：科學出版社， 2008：37-39.

[2] 賈要勤.汽車電源主要性能參數(shù)·汽車電源應用設計[M].北京：科學出版社， 2008：76-82.