专利名称：一种蓄电池状态检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及蓄电池状态检测领域，特别涉及一种汽车启动用蓄电池状态的检测装置。
背景技术：
目前，许多车辆上具有发动机怠速启停控制系统，启停控制器需要知道蓄电池的当前状态是否满足下一次启动的要求。一般情况下，下述装置被建议作为汽车启动用铅酸蓄电池的状态检测装置，即由连接到铅酸蓄电池的电压表、串接到蓄电负极线上的电流表、安装在蓄电池负极柱上的温度表，和一个运算控制器单元构成电量传感器组成。其中，电压表用来测量蓄电池的电压，电流表用来测量通过蓄电池的电流，温度表用来检测蓄电池负极柱的温度，并由该温度间接计算蓄电池电解液的温度。通常，蓄电池存储的等效电荷变化量A Q由公式I确定，AQ= l:=c a fuj( I )即通过测量流入和流出蓄电池的电荷数量来确定蓄电池存储的电荷的变化情况，然后通过结合蓄电池的初始电荷量、电压和温度参数来确定蓄电池的S0C(state ofcharge,荷电状态)、蓄电池的SOH(State of Health,健康状态)和蓄电池的SOF (state offunction,功能状态)。从而判定蓄电池的状态。但是，这种方法需要精确地检测流过蓄电池的电流并进行累计运算。由于电流检测存在误差，并且该误差会一直累计，时间一长会使结果产生较大的偏差。同时，由于汽车蓄电池的工作电流范围很大，需要传感器的检测范围从几毫安到数百安，而且检测精度要求相当高，需要达到毫安级，因此电流检测装置相当复杂，实现成本相当高。

实用新型内容本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种蓄电池状态检测装置。为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种蓄电池状态检测装置，其包括蓄电池，与所述蓄电池并联的具有发电电流反馈功能的发电装置，通过开关与所述蓄电池连接的用电负载，该蓄电池状态检测装置还包括发电电流检测装置，所述发电电流检测装置与所述发电装置连接，用于检测所述发电装置发电电流；电压检测装置，所述电压检测装置与所述蓄电池和所述发电装置连接，用于检测所述蓄电池的工作电压；负载检测装置，所述负载检测装置与所述用电负载相连，用于检测所述用电负载的接通状态和负载电流；以及蓄电池状态判定装置，所述蓄电池状态判定装置分别与所述发电电流检测装置、所述电压检测装置和所述负载检测装置相连，所述蓄电池状态判定装置根据所述发电电流检测装置检测的发电装置发电电流，所述电压检测装置检测的所述蓄电池的工作电压和所述负载检测装置检测的所述用电负载的负载电流判定蓄电池的状态。本实用新型的蓄电池状态检测装置不需要精确直接检测蓄电池的电流，只需要对整车发电机的输出特性，整车的用电状态，以及蓄电池的电压进行检测就能够确定蓄电池的状态，另外，本实用新型蓄电池状态检测装置结构简单，易于实现，同时能够降低成本。本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I是本实用新型蓄电池状态检测装置的结构示意图；图2是本实用新型蓄电池状态检测装置的检测方法的流程图；图3是本实用新型蓄电池状态检测装置的检测方法的SOC预测程序的流程图；图4是本实用新型蓄电池状态检测装置的检测方法的饱和状态SOC校准程序的流程图；图5是本实用新型蓄电池状态检测装置的检测方法的启动压降校准程序的流程图；图6是本实用新型蓄电池状态检测装置的检测方法的蓄电池状态判定程序的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本实用新型蓄电池状态判定装置主要用于汽车启停控制系统的蓄电池电量检测，由于该系统要知道蓄电池的电量是否能满足完成下一次启动发动机，即蓄电池状态判定装直确定的畜电池功能状态SOF为电量丨两足完成下一次启动发动机。由此可以确定该系统对蓄电池的荷电状态SOC的精度要求不高，所有本实用新型蓄电池状态判定装置采用了预测法来确定蓄电池的S0C，该方法确定的SOC足以满足确定SOF的需要。本系统是通过对蓄电池的充放电特性和充放电循环次数来确定蓄电池的健康状态SOH。图I示出了本实用新型蓄电池状态检测装置的结构示意图，从图中可见，本实用新型蓄电池状态检测装置包括蓄电池，与该蓄电池并联的具有发电电流反馈功能的发电装置，通过开关与蓄电池连接的用电负载，以及发电电流检测装置，该发电电流检测装置与所述发电装置连接，用于检测发电装置发电电流；还包括电压检测装置，该电压检测装置与所述蓄电池和所述发电装置连接，用于检测蓄电池的工作电压；负载检测装置，该负载检测装置与所述用电负载相连，用于检测用电负载的接通状态和负载电流；该蓄电池状态检测装置还包括蓄电池状态判定装置，该蓄电池状态判定装置分别与发电电流检测装置、电压检测装置和负载检测装置相连，该蓄电池状态判定装置根据所述发电电流检测装置检测的发电装置发电电流，电压检测装置检测的蓄电池的工作电压和负载检测装置检测的用电负载的负载电流判定蓄电池的状态。在本实施方式中，蓄电池为车辆启动用铅酸蓄电池，并且该蓄电池状态检测装置还包括指示灯，该指示灯与蓄电池状态判定装置相连，用于指示所述蓄电池的状态。在本实施方式中，用电负载为N个，其中，N为正整数，第X个用电负载通过开关Sx与蓄电池连接，第X个用电负载的导通状态用STx表示，当开关Sx闭合，负载接通时，STx =I，当开关Sx断开,负载断开时，STx = 0,所述X= 1,2,......,N。本实用新型还提供了一种对蓄电池状态检测装置的检测方法，如图2所示，其包括如下步骤第一步蓄电池状态检测装置上电，开始工作； 第二步进行信号检测，该信号检测包括发电电流检测装置检测发电机装置发电电流I1，负载检测装置检测负载电流I2以及电压检测装置检测所述蓄电池的工作电压V1 ；第三步运行SOC预测程序，运行饱和状态SOC校准程序以及运行启动压降校准程序，该SOC预测程序用于对SOC进行预测，该饱和状态SOC校准程序用于消除电流测量精度引起的偏差、负载变化引起的偏差和电压波动弓I起的偏差对SOC判定的影响，该启动压降校准程序通过蓄电池电压和蓄电池电压变化率进行蓄电池的状态判定；第四步运行蓄电池状态判定程序，该蓄电池状态判定程序用于确定蓄电池的荷电状态S0C、功能状态SOF和健康状态SOH ；第五步结束。如图I所示，本实用新型蓄电池和发电装置是并联在一起的，蓄电池工作电压V1的测量由电压检测装置完成，当蓄电池处于充电状态时，蓄电池的工作电压V1为发电装置的输出电压；当蓄电池处于放电状态时，蓄电池的工作电压V1为蓄电池的输出电压。发电机装置发电电流I1的测量由发电电流检测装置完成，其步骤为第一步发电电流检测装置测量发电装置反馈的发电电流信号PWM，该PWM信号和发电装置的励磁电流的频率和占空比保持一致，由于励磁电流与发电电流有一确定的对应关系，所以该信号可以计算出发电装置发电电流；第二步然后，依据发电电流信号PWM，根据式⑵计算发电装置发电电流I1，其中，f (PWM)的关系由发电装置的特性决定，并通过实验数据进行标定。I1 = f (PWM)(2)负载电流I2的检测由负载检测装置完成，负载检测装置检测负载电流I2的步骤为第一步负载检测装置检测各负载的接通状态STX，X = 1,2,......，N，其中，N为
正整数，当负载接通时STx = 1，断开时STx = 0 ;第二步由于汽车上的用电负载功率大部分都是固定的，且本实用新型的蓄电池状态判定方法并不需要精确的检测用电负载的工作电流，根据式(3)确定负载电流12，h=f STxXf(^V1)(3)
X=I[0039]其中，ix为第x个用电负载的电流，fUJ为电流ij逭工作电压V1的变化关系，ix和f (ix，V1)由该用电负载的特性决定并通过试验数据进行标定。如图3所示，SOC预测程序包括如下步骤第一步S0C预测程序启动；第二步蓄电池状态判定装置根据式(4)计算蓄电池的工作电流Ici,I0 = I1-I2(4)；第三步然后根据式(5)和式(6)分别计算Itl的最大极限偏差ItlHiax和最小极限偏差IciHiin,其中I1Hiax为电装置发电电流I1考虑了系统偏差的最大极限值，I1Hiin为电装置发电电流I1考虑了系统偏差的最小极限值，I2Hiax为负载电流I2考虑了系统偏差的最大极限值，I2min为负载电流I2考虑了系统偏差的最小极限值，I1Inax, I1Inin, I2max, I2min由系统标定时通过试验确定； I0max = I1Inax-I2Iiiin (5)I0min = I1Inin-I2Iiiax (6)第四步判断是否有ItlHiin > 0，当ItlHiin > 0时，蓄电池处于充电状态，蓄电池状态判定装置记录蓄电池充电状态下的系统工作电压V3,以ItlHiin为充电电流进行电量累积运算；第五步当I0min < 0时,判断是否有IQmax < 0,当IQmax < 0时,蓄电池处于放电状态，蓄电池状态判定装置记录蓄电池放电状态下系统的工作电压V2,以IciHiax为放电电流进行电量累积运算；第六步当第四步成立时，根据蓄电池充电状态下的系统工作电压V3计算得到参考电压Vkef，当第五步成立时，根据蓄电池放电状态下系统的工作电压V2计算得到参考电压Vkef，如果第四步和第五步均不成立，没有存储的系统工作电压V2或V3，则蓄电池状态判定装置按照设定的工作电压值进行计算，计算公式为Vref = f (V2J3)(7)其中，f(V2、V3)的关系通过实验确定；第七步当I0min < 0同时ItlIiiax > 0时，不能通过蓄电池工作电流Itl确定蓄电池是以多大的电流进行充电或放电，此时通过蓄电池的工作电压V1和参考电压Vkef根据式
(8)计算参考充电电流IQref，I0ref = f (V1, VEEF)(8)其中，f (VijVeef)的关系由系统标定时由实验确定，然后根据蓄电池工作电压V1确定蓄电池是处于充电还是放电状态，蓄电池的工作电压V1 > Vset时，表明系统在充电，反之当V1 < Vset时，则表明蓄电池在放电，Vset为系统设计时蓄电池工作电压的一个设定值，在确定蓄电池是处于充电还是放电状态后，以参考充电电流Ioref的大小进行电量累积运算；第八步根据电量累积运算结果进行SOC的预测，并输出预测值SOC1，根据上面的方法确定的SOC预测值SOC1将始终小于或等于实际的SOC值，这样的处理确保了系统功能的可靠性；第九步结束。饱和状态SOC校准程序将消除由于电流测量精度引起的偏差、负载变化引起的偏差和电压波动弓I起的偏差对蓄电池状态判定的影响，如图4所示，饱和状态SOC校准程序包括如下步骤第一步饱和状态SOC校准程序启动；第二步蓄电池状态判定装置将其内的计数器数值增加1，即N = N+1 ；第三步然后根据式(9)计算当前蓄电池动态工作电流Itl(N)，并存储该电流值，I0(N) = I1(N)-I2(N)(9)；第四步然后对蓄电池动态工作电流Itl(N)进行微分运算以消除电流测量引起的偏差，得到蓄电池充电电流第一变化率△ ItlI (N)，其原理是，根据该电流测量方法在极短的两次测量间隔中的偏差值基本不变的特性，将两次测量的值相减，即可将偏差值消除，该变化反应了蓄电池的SOC状态。 第五步通过式(10)对蓄电池充电电流第一变化率A I0I (N)进行低通滤波处理，消除负载变化引起的偏差，得到蓄电池充电电流第二变化率Aip(N)；AI02(N) = fl (A I0I (N))(10)第六步然后根据式(11)计算蓄电池工作电压V1的两次测量偏差值A V1 (N)，该偏差将用于修正电流变化率AItl(N)；AV1(N) =V1(N)-V1(N-I)(11)第七步利用蓄电池充电电流第二变化率Aip(N)和蓄电池工作电压V1的两次测量偏差值AV1(N)进行修正，修正方法如式(12)所示，得到蓄电池充电电流变化率AI0(N)；A I0 (N) = f2( A I02 (N)、A V1 (N))(12)其中，f2 ( A I02 (N), AV1 (N))的具体方法由实验数据进行确定。第八步蓄电池状态判定装置判断蓄电池是否处于充电状态，当蓄电池处于充电状态时，判断是否有I AI0(N) I < A I0SET，当I AI0(N) I < A Iciset时，则蓄电池饱和状态SOC校准，蓄电池饱和状态校准信号STsre = 1，A Ioset为蓄电池充电电流变化率的设定值；第九步若蓄电池不是处于充电状态，或者I AItl(N) I < A Iqset不成立，则蓄电池饱和状态SOC未校准，蓄电池饱和状态校准信号STaje = 0 ；第十步结束。启动压降校准程序是通过蓄电池电压和蓄电池电压变化率来进行蓄电池的状态判定，主要功能是启动状态识别和启动次数记录以及启动特征参数记录。如图5所示,启动压降校准程序的流程包括如下步骤第一步启动压降校准程序启动；第二步蓄电池状态判定装置将其内的计数器数值增加1，即N = N+1 ；第三步存储当前蓄电池工作电压V1(N)，V1 (N) = V1 ；第四步然后根据式(13)计算蓄电池工作电压V1的两次测量偏差值AV1(N),该电压差值反应了蓄电池电压的变化率，AV1(N) =V1(N)-V1(N-I)(13)第五步根据蓄电池工作电压偏差值AV1(N)和蓄电池工作电压V1 (N)识别启动过程，当AV1 (N) > A Viset并且V1 (N) < Viset时识别为启动过程，其中，AViset为蓄电池工作电压变化率的设定值，Viset为蓄电池工作电压的设定值，A Viset和Viset在实验中根据实验数据确定；[0080]第六步如果没有识别到启动过程，返回第三步，当识别到启动过程后，将启动次数Nst增加I并存储；第七步计算并存储启动过程特征电压Vst，该值通过整启动过程中的蓄电池工作电压V1 (N)计算，其物理意义为启动压降；第八步结束。蓄电池状态判定程序的功能为根据预测SOC值SOC1、蓄电池饱和状态校准信号STi、启动次数Nst、启动特征参数Vst等参数确定蓄电池荷电状态S0C、功能状态S0F、健康状态S0H。如图6所示，蓄电池状态判定程序包括如下步骤第一步蓄电池状态判定程序启动；第二步确定蓄电池的荷电状态S0C，比较荷电状态SOC的预测值SOC1和SOC的 设定值SOCset，判断是否有SOC1 > SOCset，同时蓄电池饱和状态校准信号STsq。= 1，当SOC1> SOCset且有STsqc = I时，将蓄电池的SOC的值设为SOC = 100%，同时预测值SOC1设为100%，当SOC1 > SOCset不成立或者蓄电池饱和状态校准信号STsq。不等于I时，将蓄电池的SOC值设为SOC = SOC1，其中，SOCset由系统标定时通过实验参数确定。第三步确定蓄电池的健康状态S0H，当蓄电池的荷电状态SOC > SOCst并且启动过程特征电压Vst < Vstset时，蓄电池的健康状态不好，SOH = 0，当蓄电池的荷电状态SOC< SOCst或者启动过程特征电压Vst > Vstset时，蓄电池的健康状态良好，SOH = I，其中，SOCst为蓄电池的荷电状态的设定值，Vstset为启动过程特征电压的设定值，SOCst和Vstset的大小在标定时通过试验确定；第四步确定蓄电池的功能状态S0F，当SOC > SOCsof并且SOH = I时，蓄电池功能状态SOF满足功能要求，SOF = 1，当SOC < SOCsof或者SOH不等于I时，蓄电池功能状态SOF不满足功能要求，SOF = 0，其中，SOCaff为蓄电池荷电状态在确定蓄电池功能状态时的设定值，由系统标定时通过试验数据确定；第五步结束。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求1.一种蓄电池状态检测装置，包括蓄电池，与所述蓄电池并联的具有发电电流反馈功能的发电装置，通过开关与所述蓄电池连接的用电负载，其特征在于，还包括 发电电流检测装置，所述发电电流检测装置与所述发电装置连接，用于检测所述发电装置发电电流； 电压检测装置，所述电压检测装置与所述蓄电池和所述发电装置连接，用于检测所述蓄电池的工作电压； 负载检测装置，所述负载检测装置与所述用电负载相连，用于检测所述用电负载的接通状态和负载电流；以及 蓄电池状态判定装置，所述蓄电池状态判定装置分别与所述发电电流检测装置、所述电压检测装置和所述负载检测装置相连，所述蓄电池状态判定装置根据所述发电电流检测 装置检测的发电装置发电电流，所述电压检测装置检测的所述蓄电池的工作电压和所述负载检测装置检测的所述用电负载的负载电流判定蓄电池的状态。
2.如权利要求I所述的蓄电池状态检测装置，其特征在于，还包括指示灯，所述指示灯与所述蓄电池状态判定装置相连，用于指示所述蓄电池的状态。
3.如权利要求I所述的蓄电池状态检测装置，其特征在于，所述用电负载为N个，所述N为正整数，所述第X个用电负载通过开关Sx与所述蓄电池连接，所述第X个用电负载的导通状态用STx表示，当开关Sx闭合,负载接通时，STx = I,当开关Sx断开,负载断开时，STx = 0,所述 X = 1,2,......,N。
专利摘要本实用新型提出了一种蓄电池状态检测装置，该蓄电池状态检测装置包括蓄电池，与蓄电池并联的具有发电电流反馈功能的发电装置，通过开关与蓄电池连接的用电负载，还包括发电电流检测装置，电压检测装置，负载检测装置以及蓄电池状态判定装置。本实用新型的蓄电池状态检测装置不需要精确直接检测蓄电池的电流，只需要对整车发电机的输出特性，整车的用电状态，以及蓄电池的电压进行检测就能够确定蓄电池的状态，另外，本实用新型蓄电池状态检测装置结构简单，易于实现，同时能够降低成本。
文档编号G01R31/36GK202512219SQ20122006621
公开日2012年10月31日 申请日期2012年2月27日 优先权日2012年2月27日
发明者周映东 申请人:力帆实业(集团)股份有限公司