專利名稱：用于電池的智能開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及開關(guān)并且更具體地涉及用于防止不希望的電池放電的電池切斷開關(guān)。
背景技術(shù)：
使用可充電電池為起動車輛例如汽車、卡車、公共汽車、船和剪草機(jī)的馬達(dá)時提供初始能量已經(jīng)被眾所周知，如所公知的，一旦車輛的馬達(dá)開始運(yùn)行，發(fā)電機(jī)提供能量來為電池再充電并且給車輛的電負(fù)載供電。電負(fù)載典型的包括電設(shè)備例如各種燈，包括安全和照明燈，電力設(shè)備例如電力門鎖和電力窗，以及收音機(jī)。當(dāng)車輛的引擎不運(yùn)行時，發(fā)電機(jī)不產(chǎn)生能量并且電池成為唯一的能源。如許多操作者所經(jīng)歷的，當(dāng)引擎關(guān)閉而負(fù)載沒有與電池斷開時例如在汽車引擎被關(guān)閉后前燈沒有被關(guān)閉時就會產(chǎn)生電池過度放電的極大危險。在此種情況下，電池會放電到一個不存在足夠的能量來重新起動車輛引擎的水平-可能會造成操作者束手無策。另外，過度放電電池將會因為發(fā)生硫化而縮短電池的壽命。硫化包括在電池板的表面形成異常的硫酸鹽，所述硫酸鹽將會因為其增加的阻抗阻礙電磁盤接收和接受充電。
當(dāng)前，提供斷開開關(guān)來監(jiān)視電池的狀態(tài)并且當(dāng)電池在引擎已經(jīng)被關(guān)閉后以一個高速率或低速率放電時將電池從電負(fù)載上斷開。但是，這些設(shè)備的缺點(diǎn)在于一旦電池被從車輛的電負(fù)載上斷開，它們必需要由操作者手工重啟來起動引擎。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一個防止電池過度放電的新的和改進(jìn)的智能開關(guān)。
發(fā)明的另一目的是提供一個在與電池斷開后本身能夠自動復(fù)位的新的和改進(jìn)的智能開關(guān)以便使操作者能夠重新起動車輛。
發(fā)明的一個進(jìn)一步的目的是為電池提供一種新的和改進(jìn)的智能開關(guān)以便在可變負(fù)載的情況下防止電池過度放電。
發(fā)明的另一個進(jìn)一步的目的是提供一種集成在電池內(nèi)的新的和改進(jìn)的智能開關(guān)。
概括的說，發(fā)明的最佳形式是一個防止車輛電池不期望放電的智能開關(guān)。智能開關(guān)包括一個在電路中與電池連接的開關(guān)，所述開關(guān)被構(gòu)造成在防止電流從電池流出的第一狀態(tài)和允許電流從電池流出的第二狀態(tài)之間進(jìn)行切換；一個連接到電池的電壓監(jiān)視器，所述電壓監(jiān)視器被構(gòu)造成提供一個表示電池電壓水平的電壓信號；一個振動傳感器被構(gòu)造成檢測車輛的振動并且提供一個表示其振動的振動信號；一個控制器被連接用來接收所述電壓信號和振動信號并且產(chǎn)生一個控制信號，用于當(dāng)沒有檢測到車輛振動并且電池的電壓水平下降到低于一個預(yù)定閾值時觸發(fā)開關(guān)到第一狀態(tài)并且當(dāng)檢測到車輛的振動時觸發(fā)所述開關(guān)到第二狀態(tài)而不管電池的電壓水平。
在本發(fā)明的一個特別的方面，所述電壓監(jiān)視器被構(gòu)造成當(dāng)電池電壓低于預(yù)定電壓閾值時輸出所述電壓信號，所述電壓信號由控制器檢測。
在本發(fā)明的其它方面，控制器包括一個中央處理單元，特別地，一個微處理器和一個定時器電路，所述定時器電路在電壓水平下降到低于預(yù)定閾值和從控制器輸出控制信號之間產(chǎn)生一個延時以便當(dāng)檢測到車輛的振動時控制器將不輸出控制信號。
電池可以包括主要用于起動車輛引擎的第一部分和與所述第一部分并聯(lián)并且主要用于為車輛的電負(fù)載提供能量的第二部分，電壓監(jiān)視器連接到所述第二部分。一個智能開關(guān)被構(gòu)造成與這樣一個包括在電路中與第一和第二電池部分分別連接的第一和第二所述開關(guān)的電池相連。所述控制器被構(gòu)造成產(chǎn)生第一控制信號用于當(dāng)沒有檢測到車輛振動并且并聯(lián)連接的電池部分的電壓水平下降到低于第一預(yù)定電壓閾值時將所述第一開關(guān)觸發(fā)到第一狀態(tài)，所述控制器產(chǎn)生第二控制信號用于當(dāng)沒有檢測到車輛振動并且第二電池部分的電壓水平下降到低于相對更低的第二預(yù)定電壓閾值時將所述第二開關(guān)切換到第一狀態(tài)。
為了保護(hù)電池不會在不同電耗的情況下過度放電，控制器被構(gòu)造成具有至少兩個預(yù)定電壓閾值。所述智能開關(guān)包括至少兩個與所述預(yù)定電壓閾值相關(guān)的所述定時器。第一所述定時器為一個對應(yīng)于相對較高的預(yù)定電壓閾值的相對較長的預(yù)定時間周期計數(shù)，并且第二定時器為一個對應(yīng)于相對較低的預(yù)定電壓閾值的相對較短的預(yù)定時間周期計數(shù)，等等。
配備多電壓閾值和多定時器的控制器可以更精確地測量電池的放電情況。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，控制器被構(gòu)造成具有五個預(yù)定電壓閾值。所述智能開關(guān)包括與每個預(yù)定電壓閾值相關(guān)的定時器來為每個預(yù)定時間周期計數(shù)，所述時間周期的長度隨著相應(yīng)的電壓閾值而增加或減小。
可取地，定時器被構(gòu)造成當(dāng)電池的電壓水平上升回高于所述的預(yù)定電壓閾值時停止計數(shù)并且當(dāng)電池的電壓水平再下降到低于所述的預(yù)定電壓閾值時為預(yù)定時間周期的未計數(shù)部分繼續(xù)計數(shù)?？刂破鞅粯?gòu)造成產(chǎn)生所述的控制信號用來當(dāng)任何一個預(yù)定周期計數(shù)完成后將開關(guān)觸發(fā)到第一狀態(tài)。
在發(fā)明的另一個方面，一種用來防止車輛的電池不希望地過度放電的方法，包括以下步驟監(jiān)視電池的電壓水平并且提供一個表示所述電壓水平的電壓信號；檢測車輛的振動并且提供一個表示所述振動的振動信號；接收所述電壓信號和振動信號；當(dāng)所述電池的電壓水平下降到低于一個預(yù)定閾值電壓水平時基于所述的電壓信號和當(dāng)沒有檢測到車輛振動時基于所述的振動信號產(chǎn)生一個控制信號，所述控制信號將開關(guān)觸發(fā)到第一狀態(tài)來防止電流從電池流出，并且當(dāng)再檢測到車輛振動時產(chǎn)生另一個控制信號將開關(guān)觸發(fā)到第二狀態(tài)來允許電流從電池流出。
所述方法還包括當(dāng)電池的電壓水平下降到低于相對較高的第一預(yù)定閾值電壓水平時開始為第一相對較長的預(yù)定時間周期計數(shù)的步驟，以及在產(chǎn)生控制信號之前當(dāng)電池的電壓水平低于相對較低的第二預(yù)定閾值電壓水平時開始為第二個相對較短的預(yù)定時間周期計數(shù)的步驟，當(dāng)任何一個預(yù)定周期計數(shù)結(jié)束時產(chǎn)生所述的控制信號。


圖1是結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的一個電池智能開關(guān)的車輛電子系統(tǒng)的原理圖；圖2是圖1中的電池智能開關(guān)的部分原理圖的功能方框圖；圖3是圖1中的智能開關(guān)的一個實(shí)施例的原理圖；
圖4是圖1中的智能開關(guān)的一個可選實(shí)施例的原理圖；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的智能開關(guān)的一個實(shí)施例的負(fù)載狀況、電壓參考水平和時間長度之間的關(guān)系的表格；圖6是根據(jù)本發(fā)明的智能開關(guān)的可選實(shí)施例的部分原理圖的功能方框圖；以及圖7是圖6中的智能開關(guān)的原理圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖1，智能開關(guān)10被表示通過一個內(nèi)部開關(guān)盒13被結(jié)合到電池12內(nèi)并且在電路中具有一個正終端13A和一個負(fù)終端13B。但是，應(yīng)該注意智能開關(guān)10可以位于電池12的外部例如在一個外部開關(guān)盒中(未顯示)并且通過導(dǎo)線(也未顯示)與電池12相連。智能開關(guān)10被表示成與一個車輛電子系統(tǒng)14例如一個12伏的系統(tǒng)連接使用，但是，應(yīng)該注意所述智能開關(guān)可以被使用在其它使用電池的合適的電子系統(tǒng)中。車輛電子系統(tǒng)14可以與汽車、卡車、公共汽車、船和剪草機(jī)等結(jié)合使用。
電子系統(tǒng)14包括一個發(fā)電機(jī)16用來將來自車輛馬達(dá)(未顯示)的機(jī)械能量轉(zhuǎn)換成對電子系統(tǒng)14的負(fù)載18供電的電能。負(fù)載18可以包括一個點(diǎn)火系統(tǒng)20、前燈22和附屬設(shè)備24。眾所周知的，點(diǎn)火系統(tǒng)20可以包括一個主線圈和火花塞(都未顯示)。附屬設(shè)備24可以包括其它的電設(shè)備諸如收音機(jī)或GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。還提供一個啟動器26用來以公知的方式起動車輛馬達(dá)(未顯示)。接地端28閉合電池12和發(fā)電機(jī)16、負(fù)載18和起動器26之間的電路。
現(xiàn)在參考圖2，根據(jù)本發(fā)明的智能開關(guān)被通常表示成10。智能開關(guān)10在電路中通過開關(guān)30與電池12的正極端13A相連并且還包括一個振動檢測單元32，一個控制器34，和一個電池電壓監(jiān)視器36?？梢蕴峁┮粋€能量管理單元38來為開關(guān)30、振動檢測單元32、控制器34和電池電壓監(jiān)視器36提供一個合適的電壓和電流。能量管理單元38可以包括一個眾所周知的調(diào)節(jié)器并且被連接用來從電池12和輸入端40獲得能量。能量管理單元38的輸出端42分別為由導(dǎo)線44、46和48表示的振動檢測單元32、控制器34和電池電壓監(jiān)視器36提供能量。可以提供一個額外的導(dǎo)線49以便電源管理單元38可以通過其它的能源諸如發(fā)電機(jī)16(圖1)在電池放電到一個低電壓水平并且開關(guān)30在打開的狀態(tài)時執(zhí)行功能。
電池電壓監(jiān)視器36包括來自電池12的輸入端50并且在最佳實(shí)施例中，當(dāng)電池12的低電壓水平下降到低于一個大約為12.10伏的預(yù)定閾值時在線52上輸出一個電壓信號。電池電壓監(jiān)視器可以是適合執(zhí)行前述功能的任何設(shè)備，但是，它最好是由S.C.S湯姆森公司出售的電壓參考設(shè)備，所述電池電壓監(jiān)視器36可以包括一個例如包括一個電容器和一個模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器的固態(tài)電路。
開關(guān)30被表示成開啟狀態(tài)并且最好包括一個根據(jù)通過線54輸入的控制信號在開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間執(zhí)行切換功能的MOSFET自鎖繼電器。當(dāng)接收一個電路脈沖時，開關(guān)30將從一個狀態(tài)切換到另一個狀態(tài)并且將保持此狀態(tài)直到接收到另一個電流脈沖。所述自鎖繼電器最好是一個由Glory Win International Group Ltd出售的電致機(jī)械設(shè)備。
振動檢測單元32執(zhí)行感應(yīng)振動的功能，并且當(dāng)車輛準(zhǔn)備運(yùn)行或在運(yùn)行狀態(tài)時依次識別所述振動。特別地，所述振動檢測單元32感應(yīng)任何諸如車輛開門、駕駛員進(jìn)入車輛和/或車輛的引擎發(fā)動并且通過線56輸出一個振動信號。最佳地，振動信號的存在表示振動被檢測到。振動檢測單元32可以包括任何適用于感應(yīng)振動的設(shè)備諸如一個壓電盤或一個被設(shè)置成將機(jī)械力轉(zhuǎn)換成電能的磁傳感器。這個發(fā)明實(shí)踐中使用的磁傳感器的實(shí)施例包括一個磁場密度傳感器，用來感應(yīng)例如由磁鐵或用于測量可以振動或單獨(dú)移動的磁耦合線圈之間的互感系數(shù)的變化的設(shè)備造成的磁場密度的變化。
控制器34最好包括一個中央處理單元諸如一個微處理器，所述微處理器被編程來接收來自電池電壓監(jiān)視器36和振動檢測單元56的輸入并且輸出一個控制信號用來驅(qū)動，例如一個MOSFET來通過線54向開關(guān)30分配一個電控制脈沖。應(yīng)該注意的是其它電路可以被使用來形成或以其它的方式提供一個合適的控制信號給開關(guān)30。所述控制器34最好包括一個由S.C.S湯姆森公司制造的微處理器。但是應(yīng)該明白控制器34可以包括一個含有例如一個或多個比較器和/或一個或多個電子門而不是處理器的固態(tài)電子電路。
定時器58可以被選擇用來提供一個如下所述的大約30秒的延時時間。定時器58通過通信線60與所述控制器34進(jìn)行通信。但是應(yīng)該注意的是控制器34可以包括一個內(nèi)置定時器。另外，控制器包括一個微處理器，計時功能可以通過硬件或類似裝置提供。
在操作中，控制器34通過線52接收來自電池電壓監(jiān)視器36的輸入并且通過線56接收來自振動檢測單元32的輸入。當(dāng)車輛被關(guān)閉時，振動檢測單元32將停止向控制器34提供一個振動信號。當(dāng)電壓下降到低于一個大約為12.1伏的電壓閾值水平時，電池電壓監(jiān)視器52將給控制器34提供一個低電壓信號。控制器在來自定時器58的大約30秒的延時之后向開關(guān)30發(fā)送一個控制脈沖。開關(guān)30因此將從關(guān)閉狀態(tài)切換到開啟狀態(tài)來防止電流從電池12流進(jìn)車輛的負(fù)載18(圖1)。此時，控制器34繼續(xù)監(jiān)視振動檢測單元32。當(dāng)接收到來自振動檢測單元的振動信號時，控制器34將發(fā)送另一個控制脈沖將開關(guān)30切換到關(guān)閉狀態(tài)并且允許圖1所示的從電池12向負(fù)載18傳遞能量。
智能開關(guān)10通過根據(jù)某些切斷標(biāo)準(zhǔn)被用來保護(hù)電池12不會因為過度放電而損壞并且保證電池12總是保留足夠的能量來起動車輛，電池12的充電狀態(tài)被使用作為此切斷標(biāo)準(zhǔn)，并且其中的一種方法被用來確定充電狀態(tài)來測量電池12的輸出電壓。但是，輸出電壓不是直接與電池12的充電狀態(tài)成比例，在不同的負(fù)載條件下，終端電壓對于電池12的同一充電狀態(tài)是不同的。
例如，對于一個小負(fù)載諸如一個在車廂內(nèi)的收音機(jī)(電耗為0.2A)消耗電池容量的50％，終端電壓可以低于12.4伏。相反，對于一個大負(fù)載諸如前燈(電耗為30A)消耗電池容量的50％，終端電壓可以低于11.8伏。
使用單一電壓閾值或參考水平例如12.1伏來切斷電池12，剩余的電池容量將根據(jù)不同的負(fù)載情況而不同。如果電壓參考水平被設(shè)置成一個相對高的水平例如12.4伏，對于0.2A的負(fù)載，切斷后的剩余電池容量可以是理想的大約50％。但是，對于一個30A的負(fù)載，切斷后的剩余電池容量可以是大約80％，其代表對于使用者的能量的預(yù)先切斷。相反，如果電壓參考水平被設(shè)置成一個相對低的水平諸如11.8伏，對于一個30A的負(fù)載，切斷后的剩余電池容量可以是想要的大約50％，但是對于一個0.2A的負(fù)載，電池將會在同樣的終端電壓下過度放電。
因此，為了保持在切斷各種不同的負(fù)載的情況下保持電池的容量為大約50％，使用單一的電壓參考水平是不實(shí)際的。最好使用多于一個或一些參考電壓水平來滿足不同的負(fù)載電流的需要。為了改善所描述的實(shí)施例的表現(xiàn)，在控制器34中事先設(shè)置5個電壓參考水平，另外，在控制器34中對應(yīng)電壓參考水平設(shè)置5個向下計數(shù)的定時器來為不同長度的時間計數(shù)，對應(yīng)于較高的電壓參考水平的定時長度較長。圖5顯示了對電池12的典型模式的電壓參考水平和相關(guān)的對于不同負(fù)載電流的定時長度的設(shè)置，其中定時長度與相應(yīng)的電壓閾值以相同的順序增加或減小。應(yīng)該注意對于不同容量和/或不同電負(fù)載的電池的設(shè)置也將會不同。
在工作中，當(dāng)電池12電壓下降到低于參考電壓水平時，相應(yīng)的定時器將開始向下計數(shù)。當(dāng)五個定時器的任意一個計數(shù)到零時，開關(guān)30切斷電池12。甚至當(dāng)電池電壓下降到低于下一個更低電壓水平時定時器將繼續(xù)計數(shù)。
在電池12以0.2A的負(fù)載電流放電的時候，電池電壓緩慢地下降。當(dāng)電池電壓下降到低于12.4375伏的第一電壓參考水平時，第一定時器開始向下計數(shù)22小時。如果放電電流(放電率)保持不變，電池12在22小時的周期結(jié)束時被電池開關(guān)30切斷。此時，最大容量的大約50％被保留在電池12中。應(yīng)該注意的是電池電壓在所述22小時結(jié)束后不會達(dá)到下一個更低的或第二電壓參考水平。
例如在電池12以1.0A的負(fù)載電流放電的不同情況下，電池電壓下降的將會比在0.2A負(fù)載電流的情況下快。當(dāng)電池電壓下降到低于第一電壓參考水平時，22小時的定時器開始向下計數(shù)，由于電壓下降率較快，電池電壓將在所述第一定時器終止之前下降到低于12.3125V的第二電壓參考水平。當(dāng)電池電壓下降到低于第二電壓參考水平時，第二定時器就開始向下計數(shù)5.5小時。應(yīng)該注意的是甚至在所述第二定時器已經(jīng)開始計數(shù)后所述第一定時器將繼續(xù)計數(shù)。當(dāng)放電電流保持不變時，電池12將在5.5小時期間結(jié)束時被切斷，此時，最大容量的大約50％被保留在電池12中。
當(dāng)電池12的放電電流是3.3A時，當(dāng)電池電壓下降到低于12.1875V的第三電壓參考水平時，第三定時器將開始向下計數(shù)24分鐘。當(dāng)定時器終止時，電池12將會被切斷來保留大約最大容量的50％。對于10A的放電電流，當(dāng)電池電壓下將到低于12.125V的第四電壓參考水平時，第四定時器將開始向下計數(shù)5分鐘，在計數(shù)結(jié)束時電池12將會被切斷。當(dāng)電池12以大于25A的電流放電時，當(dāng)電池電壓下降到低于12V時，第五定時器將在電池12被切斷之前開始向下計數(shù)10秒鐘。
智能開關(guān)還響應(yīng)在小負(fù)載電流和大負(fù)載電流之間切換的負(fù)載狀況的改變，例如用戶打開一個收音機(jī)(耗用電流為0.2A)以及自動打開和關(guān)閉一個制冷風(fēng)扇(耗用電流為10A)。當(dāng)電池電壓下降到低于第一電壓參考水平(12.4375V)時第一定時器開始計數(shù)，當(dāng)制冷風(fēng)扇打開時，電池電壓將會急劇下降到低于第二水平(12.3125V)，然后是第三水平(12.1875V)和最后的第四水平(12.125V)，并且第二、第三和第四定時器在相應(yīng)的不同時刻開始向下計數(shù)。
如果制冷風(fēng)扇在從第四定時器開始后的一個特定的即3分鐘的時間間隔被關(guān)斷時，電池電壓將停止下降并且緩慢升高順序超過第四、第三和第二參考電壓。當(dāng)電池電壓上升回到高于相應(yīng)的水平時，定時器將停止繼續(xù)計數(shù)，但是每個定時器的計數(shù)值不會被清除，計數(shù)值對表示和記錄多少能量已經(jīng)從電池中消耗掉是非常有用的。
如果制冷風(fēng)扇隨后在10分鐘后再被開啟并且當(dāng)電池電壓再下降到低于每個鄰近的更低的電壓參考水平時，相應(yīng)的定時器就開始從其先前計數(shù)和停止的值處開始計數(shù)。當(dāng)電池電壓最終降到低于第四電壓參考水平時，第四定時器將開始只向下計數(shù)未計數(shù)的部分即2分鐘因為它已經(jīng)在先前的情況下計數(shù)了3分鐘。在2分鐘的周期終止時，電池12將被切斷并且將會有最大容量的50％保留在電池12中。
由于車輛引擎的再起動，所有的定時器在電池12被充電到高于一個預(yù)定的高電壓水平和達(dá)到一個預(yù)定的時間周期，例如高于13V達(dá)1分鐘后都會被自動復(fù)位。
最后參照圖6和圖7。本發(fā)明的智能開關(guān)結(jié)合前述的電子系統(tǒng)14的使用可以被擴(kuò)展為由兩部分并聯(lián)連接的12單元鉛酸性電池。電池的第一部分用作起動電池12A并且第二部分用作輔助電池12B。起動電池12A主要設(shè)計提供一個很大的電流來起動車輛，并且輔助電池12B主要承擔(dān)當(dāng)車輛供電系統(tǒng)不工作時由附屬設(shè)備造成的功率消耗的深度周期。
圖6和7表示了智能開關(guān)10A的一個可選實(shí)施例。智能開關(guān)10A具有一個與所述第一開關(guān)10非常相似的結(jié)構(gòu)，其中相同的部分用相同的參考標(biāo)號表示，智能開關(guān)10A結(jié)合了一對起動和輔助自鎖繼電器開關(guān)30A和30B用來分別切斷來自起動和輔助電池12A和12B的負(fù)載。雖然開關(guān)30A和30B表示成通過同一根線54觸發(fā)，但是它們響應(yīng)由用于獨(dú)立切換的控制器34提供的不同信號?；蛘?，可以為控制器34使用一根單獨(dú)的線來觸發(fā)每個相應(yīng)開關(guān)30A或30B。
由于存在兩個電池12A和12B并且使用獨(dú)立開關(guān)30A和30B來控制它們，所以包括兩根線40A和40B(等同于前述的線40)來向能量管理單元38提供能量。由于相同的原因，包括兩根線50A和50B(等同于前述的線50)來為電池電壓監(jiān)視器36監(jiān)視電池12A和12B的輸出電壓。
智能開關(guān)10A被用來保護(hù)并聯(lián)使用的起動和輔助電池12A和12B不會由于過度放電而被破壞。智能開關(guān)還保證在起動電池12A中保留足夠的能量來起動車輛，為了保證起動電池12A總是具有足夠的能量，無論何時車輛停止引擎關(guān)閉時起動開關(guān)都應(yīng)該被打開。
電池電壓監(jiān)視器36連續(xù)監(jiān)視輔助和起動電池12A和12B的電壓，當(dāng)互連電池12A和12B的終端電壓高于13.0V時，車輛正在運(yùn)行并且車輛的發(fā)電機(jī)16產(chǎn)生能量，起動和輔助開關(guān)30A和30B都應(yīng)該被關(guān)斷來使電池12A和12B充電。如果電池12A和12B的終端電壓低于12.8V并且發(fā)電機(jī)16不產(chǎn)生任何能量，起動開關(guān)30A在所述的30秒的一個時間延時后被觸發(fā)打開來將起動電池12A從車輛的電子負(fù)載18上斷開。起動電池12A將會根據(jù)對起動車輛振動的檢測自動重新連接。
由于智能開關(guān)10A總能保證起動電池12A具有足夠的能量儲備來起動車輛，起動電池12A總是維持在一個高水平的充電狀態(tài)并且因此防止由于過度放電而造成的損壞。
輔助電池12B提供能量來操作電負(fù)載18。智能開關(guān)10A也保護(hù)輔助電池12B不會由于過度放電而被損壞。當(dāng)車輛停止引擎關(guān)閉并且起動電池12A斷開時，電池電壓監(jiān)視器36將繼續(xù)監(jiān)視輔助電池12B的狀態(tài)，當(dāng)打開前燈或收音機(jī)時，剩余的電池容量將會下降到一個預(yù)定值10.8V，因此電池電壓監(jiān)視器36檢測此變化然后給控制器34發(fā)送信號來打開輔助開關(guān)30B以便在30秒的延時后斷開輔助電池12B。在時間延時終止前，如果電池電壓上升回到高于所述預(yù)定值的一個水平時，控制器34將不會斷開輔助電池12B。
由于起動電池12A被用來儲存足夠的能量來起動車輛，輔助電池12B就沒有必要保留太多的能量，只需要存貯最大容量的一個小的比例如所述的5％到10％來保護(hù)輔助電池12B避免由于過度放電而損壞，因此輔助電池12B的容量可以被車輛使用者充分利用。
當(dāng)輔助開關(guān)30A和30B都打開時，當(dāng)檢測到振動時控制器34將開始關(guān)閉起動開關(guān)30A來連接起動電池12A起動車輛。車輛被起動之后，起動電池12A將被車輛的發(fā)電機(jī)16充電。當(dāng)起動電池12A的電壓升高到一個預(yù)定水平(13V)時，輔助開關(guān)30B將被關(guān)閉來保證輔助電池12B與起動電池12A同時充電。
雖然本發(fā)明結(jié)合目前被認(rèn)為是最實(shí)用和最佳實(shí)施例進(jìn)行描述，但應(yīng)該明白本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例。而且，它旨在涵蓋包含在附屬的權(quán)利要求的精神和范圍中的所有變化修改和等同的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于防止車輛電池的不期望放電的智能開關(guān)，包括一個在電路中與所述電池連接的開關(guān)，所述開關(guān)被構(gòu)造成在防止電流從電池流出的第一狀態(tài)和允許電流從電池流出的第二狀態(tài)之間觸發(fā)；一個與所述電池連接的電壓監(jiān)視器，所述電壓監(jiān)視器被構(gòu)造成提供一個表示所述電池電壓水平的電壓信號；一個振動傳感器，所述振動傳感器被構(gòu)造成檢測車輛的振動并且提供一個表示車輛振動的振動信號；以及一個控制器被連接用來接收所述電壓信號和振動信號，所述控制器被構(gòu)造成產(chǎn)生一個控制信號，所述控制信號當(dāng)沒有檢測到車輛振動并且電池的電壓水平下降到低于一個預(yù)定電壓閾值時觸發(fā)開關(guān)切換到第一狀態(tài)并且當(dāng)檢測到振動時觸發(fā)開關(guān)切換到第二狀態(tài)而不管電池的電壓水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的智能開關(guān)，其中所述電壓監(jiān)視器被構(gòu)造成當(dāng)電池電壓下降到低于預(yù)定電壓閾值時輸出所述電壓信號，所述電壓信號由所述控制器檢測。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的智能開關(guān)，其中所述控制器包括一個中央處理單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的智能開關(guān)，其中所述控制器包括一個微處理器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的智能開關(guān)，還包括一個定時器電路，用來在當(dāng)電壓水平下降到低于所述預(yù)定閾值和控制器輸出所述輸出信號之間提供一個預(yù)定延時以便檢測到振動并且不從所述控制器輸出控制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的智能開關(guān)，其中所述預(yù)定延時大約是30秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的智能開關(guān)，其中所述開關(guān)包括一個自鎖繼電器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的智能開關(guān)，其中所述控制信號包括一個控制脈沖。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的智能開關(guān)，其中所述振動傳感器根據(jù)車輛的振動輸出一個振動信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的智能開關(guān)，其中所述振動傳感器包括一個壓電盤或一個磁傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的智能開關(guān)，還包括一個能量管理單元用來為所述電壓監(jiān)視器、振動傳感器、控制器和自鎖繼電器提供能量。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的智能開關(guān)，其中所述預(yù)定電壓參考閾值大約是12.1伏。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的智能開關(guān)，其中所述電池包括一個正極端并且所述智能開關(guān)在電路中通過正極端被結(jié)合到電池內(nèi)。
14.一種用于防止車輛電池的不期望放電的智能開關(guān)，包括一個在電路中與所述電池連接的開關(guān)，所述開關(guān)被構(gòu)造成在防止電流從電池流出的第一狀態(tài)和允許電流從電池流出的第二狀態(tài)之間觸發(fā)；一個與所述電池連接的電壓監(jiān)視器，所述電壓監(jiān)視器被構(gòu)造成當(dāng)電池電壓下降到低于一個預(yù)定電壓閾值水平時提供一個低電壓信號；一個振動傳感器，所述振動傳感器被構(gòu)造成檢測車輛的振動并且提供表示車輛振動的振動信號；以及一個控制器被連接用來接收所述低電壓信號和振動信號，所述控制器被構(gòu)造成產(chǎn)生一個控制信號，所述控制信號當(dāng)沒有檢測到車輛振動時觸發(fā)開關(guān)切換到第一狀態(tài)并且當(dāng)檢測到振動時觸發(fā)開關(guān)切換到第二狀態(tài)。
15.一種防止車輛電池不希望的放電的方法，包括以下步驟監(jiān)視電池的電壓水平并且提供一個表示所述電池電壓水平的電壓信號；檢測車輛的振動并且提供一個表示所述車輛振動的振動信號；接收所述電壓信號和振動信號；當(dāng)電池電壓下降到低于一個預(yù)定閾值電壓水平時根據(jù)所述電壓信號并且當(dāng)檢測到?jīng)]有車輛振動時根據(jù)所述振動信號產(chǎn)生一個控制信號，所述控制信號觸發(fā)開關(guān)到第一狀態(tài)以便防止電流從電池流出，并且當(dāng)再檢測到振動時產(chǎn)生另一個控制信號來觸發(fā)所述開關(guān)到第二狀態(tài)以便允許電流從電池流出。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括在電壓水平下降到低于所述預(yù)定電壓閾值后延時控制信號的產(chǎn)生的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述延時大約是30秒。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述開關(guān)包括一個自鎖繼電器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述控制信號包括一個控制脈沖。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述預(yù)定電壓閾值大約是12.1伏。
21.一種用于防止車輛電池的不期望放電的智能開關(guān)，包括一個在電路中與所述電池連接的開關(guān)，所述開關(guān)被構(gòu)造成在防止電流從電池流出的第一狀態(tài)和允許電流從電池流出的第二狀態(tài)之間觸發(fā)；一個與所述電池連接的電壓監(jiān)視器，所述電壓監(jiān)視器被構(gòu)造成提供一個表示所述電池電壓水平的電壓信號；一個振動傳感器，所述振動傳感器被構(gòu)造成檢測車輛的振動并且提供一個表示車輛振動的振動信號；以及一個控制器被連接用來接收所述電壓信號和振動信號，所述控制器被構(gòu)造成產(chǎn)生一個控制信號，所述控制信號當(dāng)電壓水平下降到低于一個預(yù)定電壓閾值并且隨后沒有檢測到車輛振動時觸發(fā)開關(guān)切換到第一狀態(tài)并且當(dāng)檢測到振動時觸發(fā)開關(guān)切換到第二狀態(tài)，以及至少一個定時器被構(gòu)造成響應(yīng)電池電壓水平低于所述預(yù)定電壓閾值開始計數(shù)一個預(yù)定時間周期，并且在所述預(yù)定計數(shù)周期結(jié)束時所述控制器產(chǎn)生所述控制信號以便將所述開關(guān)觸發(fā)到第一狀態(tài)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的智能開關(guān)，其中所述控制器包括一個微處理器。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的智能開關(guān)，其中所述電池包括一個正極端并且所述智能開關(guān)在電路中通過所述正極端被結(jié)合在電池內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的智能開關(guān)，其中所述開關(guān)包括一個自鎖繼電器。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的智能開關(guān)，其中所述振動傳感器包括一個壓電盤或一個磁傳感器。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的智能開關(guān)，還包括一個能量管理單元用于為所述電壓監(jiān)視器、振動傳感器、控制器、至少一個定時器和自鎖繼電器提供能量。
27.根據(jù)權(quán)利要求21的智能開關(guān)，其中所述電池是一個用于起動車輛引擎的電池。
28.根據(jù)權(quán)利要求21的智能開關(guān)，其中所述電池包括一個第一部分主要用于起動車輛引擎以及一個第二部分主要用于為車輛的電子負(fù)載提供能量，電壓監(jiān)視器被連接到所述第一和第二電池部分并且所述智能開關(guān)包括電路中分別與第一和第二電池部分連接的所述第一和第二開關(guān)。
29.權(quán)利要求28的智能開關(guān)，其中所述控制器被構(gòu)造成當(dāng)?shù)谝浑姵夭糠值碾妷核较陆档降陀诘谝活A(yù)定電壓閾值后沒有檢測到車輛振動時產(chǎn)生第一控制信號來觸發(fā)第一開關(guān)到第一狀態(tài)并且隨后當(dāng)沒有檢測到車輛振動并且第二電池部分的電壓水平下降到低于第二預(yù)定電壓閾值時產(chǎn)生第二控制信號來觸發(fā)第二開關(guān)到第一狀態(tài)，所述第二預(yù)定電壓閾值低于所述第一預(yù)定電壓閾值。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的智能開關(guān)，其中所述第一和第二預(yù)定電壓閾值大約分別是12.8伏和10.8伏。
31.根據(jù)權(quán)利要求21的智能開關(guān)，其中所述控制器被構(gòu)造成具有至少兩個所述預(yù)定電壓閾值，并且所述智能開關(guān)包括與每個所述預(yù)定電壓閾值相關(guān)的所述定時器，第一所述定時器對應(yīng)相對較高的預(yù)定電壓閾值計數(shù)一個相對較長的預(yù)定時間周期，并且第二所述定時器對應(yīng)相對較低的預(yù)定電壓閾值計數(shù)一個相對較短的預(yù)定時間周期。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的智能開關(guān)，其中所述控制器被構(gòu)造成當(dāng)任何一個預(yù)定時間周期計數(shù)結(jié)束時產(chǎn)生所述控制信號。
33.根據(jù)權(quán)利要求21的智能開關(guān)，其中所述控制器被構(gòu)造成具有五個所述的預(yù)定電壓閾值，并且所述智能開關(guān)包括與每個預(yù)定電壓閾值相關(guān)的所述定時器用于為與每個預(yù)定電壓閾值相關(guān)的預(yù)定時間周期計數(shù)，與較高的電壓閾值相關(guān)的預(yù)定時間周期要長于與相對較低的電壓閾值相關(guān)的時間周期。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的智能開關(guān)，其中每個定時器被構(gòu)造成當(dāng)電池的電壓水平升回到高于與所述定時器相關(guān)的預(yù)定電壓閾值時停止計數(shù)并且如果電池電壓水平下降到低于與所述定時器相關(guān)的預(yù)定電壓閾值時恢復(fù)計數(shù)，所述定時器在其計數(shù)停止處恢復(fù)計數(shù)并且計數(shù)一個相對于與所述定時器相關(guān)的預(yù)定時間周期的剩余部分的時間周期。
35.根據(jù)權(quán)利要求21的智能開關(guān)，其中每個所述至少一個定時器包括一個向下計數(shù)定時器。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的智能開關(guān)，其中所述控制器被構(gòu)造成當(dāng)任何一個預(yù)定時間周期計數(shù)結(jié)束時產(chǎn)生所述控制信號。
37.一種防止車輛電池不希望的放電的方法，包括以下步驟監(jiān)視電池的電壓水平并且提供一個表示所述電池電壓水平的電壓信號；檢測車輛的振動并且提供一個表示所述車輛振動的振動信號；接收所述電壓信號和振動信號；當(dāng)在沒有車輛振動的條件下電池電壓下降到低于一個預(yù)定閾值電壓水平時根據(jù)所述電壓信號產(chǎn)生一個控制信號，所述控制信號觸發(fā)開關(guān)到第一狀態(tài)以便防止電流從電池流出，并且當(dāng)再檢測到振動時產(chǎn)生另一個控制信號來觸發(fā)所述開關(guān)到第二狀態(tài)以便允許電流從電池流出。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，還包括在電壓水平下降到低于所述預(yù)定電壓閾值后延時控制信號的產(chǎn)生的步驟。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中所述延時步驟包括當(dāng)電池電壓水平下降到低于第一預(yù)定閾值電壓水平時開始計數(shù)第一預(yù)定時間周期的步驟，以及在產(chǎn)生所述控制信號之前，當(dāng)電池電壓水平下降到低于相對較低的第二預(yù)定閾值電壓水平時開始計數(shù)相對較短的第二預(yù)定時間周期的步驟。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中當(dāng)任何一個預(yù)定時間周期計數(shù)結(jié)束時產(chǎn)生所述控制信號。
全文摘要
一種用于防止車輛電池不希望地過度放電的智能開關(guān)，包括一個連接的開關(guān)用來在防止電流從電池流出的第一狀態(tài)和允許電流從電池流出的第二狀態(tài)之間進(jìn)行切換，一個電壓監(jiān)視器提供一個表示電池電壓水平的電壓信號，一個振動傳感器提供一個表示車輛振動的振動信號，一個控制器被連接用于接收所述電壓信號和振動信號并且當(dāng)沒有檢測到車輛的振動并且電池電壓下降到低于一個預(yù)定電壓閾值時產(chǎn)生一個控制信號將開關(guān)觸發(fā)到第一狀態(tài)。所述控制器產(chǎn)生另一個控制信號當(dāng)檢測到車輛振動時將開關(guān)觸發(fā)到第二狀態(tài)，多個電壓閾值和相關(guān)的定時器被用來在不同的負(fù)載情況下維持一個充足的電池充電水平。
文檔編號H01M10/44GK1440583SQ01812496
公開日2003年9月3日 申請日期2001年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月8日
發(fā)明者伍偉文, 蔡江帆 申請人:新暉貿(mào)易有限公司