汽车电子技术毕业论文
Guangdong College of Industry & Commerce
毕业设计(论文)
Graduation Paper
题目:蓄电池电压监视器设计
系 别: 电气自动化系
班 级: 08电气
学生姓名: 石志文
学 号: 0822109
指导老师: 赵文龙
完成日期: 2011.2.25
汽车蓄电池电压监视器
现在的汽车, 无论是汽油车还是柴油车, 其发动机都是通过蓄电池作电源用
启动机来带动发动机转动, 使之达到可靠启动的最低转速, 从而使得发动机点火、工作。所不同的是: 对汽油机来说, 使它可靠地启动要有3个条件, 第1是汽缸中吸入可靠着火的混合气体; 第2是在压缩冲程终了时, 混合气体要具有一定的温度和压力, 使第1次爆发燃烧后, 发动机能继续工作; 第3是点火装置能发出可靠的火花。而柴油机是靠压缩点火。对汽油机来说, 如果转速过低, 活塞与缸壁漏气多、热量损失过多、且进气流速过低, 汽油雾化不良, 将会导致汽缸内混合气体不易着火, 因此发动机也就不易发动起来。根据汽化条件, 在周围介质温度为0~6℃时, 汽油机的最小启动转速一般不低于50r/min。对柴油机来说, 虽靠压缩点火,但也取决于压缩冲程终了时的空气温度。这也与周围介质温度、汽缸壁的温度和压缩时间的长短有关, 而这些也直接与曲轴转速的大小有关。若转速低, 则压缩时间长, 散热、漏气就严重, 就会使压缩行程终了时的空气温度和压力降低, 使燃料不易着火, 发动机便不能发动。一般柴油机的最小启动转速比汽油机要高, 通常为100~200/ r min。因此, 蓄电池作为汽车启动机的电源, 其电压和容量必须满足启动机将发动机拖动到一定的启动转速的要求。又因启动机的启动电流很大(通常汽油机为200~600A, 柴油机为1 000 A), 当蓄电池亏电较多或内部损坏时, 就很难使启动机将发动机拖动到所需的启动转速, 或根本不可能使启动机运行。
现在国内许多车上装置了手动的或电磁式的蓄电池电源总开关。汽车在停车
时, 断开此总开关, 可避免蓄电池自放电。但是, 汽车行驶时, 驾驶员对蓄电池的实际情况并不知道, 只能在启动时, 从启动机的有力与无力; 或是接通车灯, 观察灯光的明亮情况, 来判断蓄电池的好坏。因此, 在车上有必要增设一种汽车在行驶过程中以及在停车后, 都可以监视蓄电池是否完好的装置, 这样就可以随时随地监视蓄电池及车上的电源工作情况。
2.2.5 如果冷启动喷油嘴和喷油嘴都工作, 则检查燃油泵是否工
作。将燃油泵检查接线器(图3)短接, 接通点火开关, 听有无燃油泵工作声
响。如果有工作声响且发动机可以发动, 则只需检查空气流量传感器、燃
油泵开关; 如有工作声响而发动机仍不能发动, 则需进行2.2.6的检查; 如
果无工作声响, 则按图4框图所示方法找出造成燃油泵不工作的具体故障
部位。
图3 燃油泵工作电路图
1. 点火开关 2. 熔断器 3.EFI主继电器 4. 燃油泵继电器检查插座 5.
燃油泵继电器 6. 燃油泵 7. 空气流量传感器 8. 燃油检查接线器
图4 燃油泵不工作故障诊断框图
2.2.6 如果上述检查未找出故障, 则拆检辅助空气阀, 在温度低于20℃时,
阀应开启, 否则予以更换。
2.2.7 如辅助空气阀无故障, 则用万能表检查温度传感器, 空气流量传感
器, 节气门位置传感器及其连接线路, 如果仍未发现问题, 则需检测喷油压力、汽缸压力、喷油嘴喷油情况、点火正时等, 如果均无问题, 则需检查电子控制器。
为了在不改变原车设计的情况下, 利用车上的点烟器插座, 将蓄电池电压监视器(简称监视器)作成点烟器形式, 将它直接插入点烟器插座上。因为此插座的电源不通过点火开关控制, 直接接到蓄电池的桩头上(在有电源总开关时, 其搭铁线通过此开关控制), 通过监视器上的3个可发光的发光二极管, 观察哪一个发光, 就可知道此时车上的电源电压的情况。再结合车上的电流表指针变化情况, 就可正确判断汽车在行驶时, 发动机及其电压调节器是否有问题、蓄电池的充放电情况以及在停车后, 蓄电池的电压情况。另外, 当需用点烟器点烟时, 可将监视器取下, 插上点烟器即可。
此蓄电池电压监视器, 是采用德国西门子公司生的一种窗口比较器TCA 965(14脚双列)集成电路和外部电阻、电容及显示器件组成, 其内部电路原理图及集成电路的引脚见图1、2。
图1 蓄电池电压监视器电路原理图
图2 TCA965集成电路的引脚图
TCA965是一种双极型窗口比较器集成电路, 它能在4.75~27V 供电范围内稳定地工作。6脚和7脚分别为窗口上限和下限电压的输入端; 内部的稳压器通过10脚可输出6V 的恒定电压; 2、3、13、14脚为4个输出端, 它们各有负载50mA 的能力; 窗口比较器的上、下限两个阀值电平取自集成电路10脚输出的6V 电压经R3、R4 和R5 分压得到。上述电路的上限阀值电平为3.6V, 下限阀值电平为2.9V。8脚为比较器的输入端, 其输入电平取自于蓄电池, 通过R 1 和R 2分得约1/4的蓄电池电压。当蓄电池电压为12V 时, 这时输入电平为3V, 正好在2.9~3.6V窗口电平的范围内。而对应于窗口电平2.9~3.6V 时, 对于12V蓄电池, 其电压在11.6~14.4V范围内时, 就可以看作是正常。这时13脚输出低电平, 绿色发光二极管点亮, 而其它输出脚输出高电平, 这时黄色及红色发光二极管则不亮; 而当蓄电池电压低于11.6V时, 即比较器的输入电平低于2.9V 时, 则认为电压过低, 这时2脚输出低电平, 其它输出高电平, 即只有黄色发光二极管点亮, 红、绿发光二极管则不发光; 而当电压高于14.4V 时, 即比较器的输入电高于3.9V, 则认为充电电压过高, 这时14脚输出低电平, 其它输出高电平, 即只有红色发光二极管发光, 其它不发光。图3为其相应的输出电平图。
图3 蓄电池电压监视器输出电平图
由于汽车在启动或行驶过程中, 因用电负载的突然变化以及点火系统的脉冲电流引起的瞬间过电压,会在蓄电池电压上叠加一些窄脉冲, 从而使监视器工作不稳定, 在电路中增设了一个电解电容C , 它与R 1组成一个低通滤波器, 用于消除这些干扰脉冲,使监视器只对蓄电池电压的慢变化起响应。因监视器反映的是电压缓慢的变化, 所以有可能出现开关点的振荡, 通过电路中的 R6 与 R7 组成1/100分压比的分压器, 使比较器IC 的窗口滞后端9脚加上一个60mV 的电压, 由于滞后值是9脚的外加电压值的2倍, 故只有当蓄电池上的电压变化量大于120mV 时, 才有可能使比较器改变其输出状态, 从而保证了此监视器正确、稳定地反应蓄电池上电压的变化情况。由于电路中的元件要装入象点烟器大小的壳体内, 元件都应选用小型的, 特别是4.7μF/10V 的电解电容器, 需采用体积小的钽电解电容器; 同时要保证窗口电平值的准确,R3~R5 3个电阻应选用小型的 (0.25W )误差的±1%的金属膜电阻; 其它分压电阻及发光二极管限流电阻可采用小型的(0.25W )误差的±5%的金属膜电阻或是碳膜电阻; 发光二极管可根据监视器结构设计, 选用比较合适的外形。电路中的阻容值参数已在电路图中标出。
此监视器消耗电流很小, 5 V时约为10 mA ; 12V时约为30mA; 20V 时约为40mA。用它作为一个产品装用在车上, 通过发光二极管点亮的情况, 就可知道汽车上电源系统的现状并可正确地判断电源系统的故障所在。若停车熄火后, 发现监视器黄色发光二极管点亮, 则说明蓄电池电压不足、亏电, 需要对蓄电池单独进行检查, 并根据情况进行修理或进行补充充电, 从而可彻底杜绝下次启动车时,
延长铅酸蓄电池使用寿命的途径
铅酸蓄电池具有体积小、内阻小、容量大和在电压降低不大时能供给强大电流等优点, 以及符合汽车启动时的用电要求, 在汽车上得到了广泛的应用。但因其使用寿命短(一般1~1.5年), 而成为人们研究的一个课题。实践证明, 蓄电池的使用寿命成倍延长是完全可以作到的。这里, 蓄电池的质量优良和初充电质量是重要因素, 但更重要的是驾驶员平时的使用和保养。下面以丰田牌车型为例, 将笔者几年来的一些具体作法总结如下, 请同行们参考、指正。
1 搞好蓄电池和充电系的日常维护、保养
a. 经常对蓄电池外部进行清洗, 使蓄电池外表面保持干净。蓄电池加液盖上的通气孔应保持畅通, 以保证蓄电池内部充电时产生的氢、氧气体顺利排入大气。同时检查蓄电池封口胶有无开裂现象, 如发现有开裂现象应及时补好, 以防止电解液漏出。
b. 定期检查电解液液面高度, 在夏季检查电解液液面高度时间隔时间应缩短, 使电解液液面高度保持在1~1.5 cm 之间, 如液面过低应添加蒸溜水。电解液液面过高, 将使电解溢出蓄电池外, 造成硫酸成份的损失, 使电解液浓度降低; 过低将造成蓄电池容量降低, 并加速蓄电池极板的硫化。
c. 经常清理各蓄电池接柱, 使之接触良好, 保证在使用启动机大电流放电时无发热现象, 清理完毕应在蓄电池接柱和紧固螺钉上涂上黄油或凡士林, 以防腐蚀。
d. 使蓄电池经常保持充足电的状态, 是保证蓄电池使用寿命长, 防止蓄电池极板硫化的有效措施。这就须要对充电系加强保养、调整。使之经常保持良好的技术状况。要经常使用电压表测量充电电压, 使之保持在13.8~14V 之间, 如不符合要求, 应及时调整电压调节器, 使充电电压保持在标准之内; 若充电量不足, 应及时检修发电机。应该指出的是: 现在很多驾驶员都是用观察电流表的方法来判断蓄电池是否充足电。即用过启动机后, 观察电流表指示是否大电流(15~30A )充电, 并缓慢的回到0位。如果是这样, 便被认为是充足电了; 或者用同时开亮前照灯、小灯、雾灯, 并使发动机高速运转, 观察电流
表有无放电现象的方法来判断充电电压是否正确, 如这时电流表指示无放电现象, 便认为充电电压合适。实践证明, 用以上两种方法来判断充电电压是否正确有很大的局限性。如果电压调节器调节电压不足14V, 充电后电流表指针即使回到0位, 蓄电池仍然充电不足; 如果充电电压过高, 即使蓄电池已充足电, 而电流表仍指示充电, 会被误认为是充电不足, 结果充电量过大, 造成电解液消耗过快和损坏蓄电池的后果。只有经常用电压表测量充电电压的方法才是直观、可靠的。
2 搞好汽车发动机的保养、提高发动机的启动性能, 确保一次启动着火
要使蓄电池使用寿命长, 提高发动机的启动性能是至关重要的, 它可以避免因多次启动而造成蓄电池严重亏电, 以及极板弯曲、硫化、活性物质脱落等严重损伤。要达到发动机一次启动着火的目的, 就要对