随着消防车、军用通讯车、随车起重 (吊) 车等特种重型车的发展,尤其在整车驾驶室及底盘增加的有一定功能的上装用电设备、装置 (如电动绞盘、车载通讯电台、消防云梯、随车吊等) 的运用,对整车用电量的需求越来越高,上装设备过分用电常常导致起动蓄电池亏电,整车无法起动。因此,一组蓄电池已不能同时满足整车基本功能及上装用电设备的需求,迫切需要另一蓄电池组将整车用电和上装用电进行分离,保证整车正常起动。
1 传统供电方式介绍
蓄电池相当于大电容,主要作用是发动机起动时,向发动机及点火系统提供电能,起动机将蓄电池的电能转化成机械能,起动发动机运转。单蓄电池组工作原理如图1所示。
蓄电池的其它作用: ①发电机不发电或电压低时,向整车用电设备供电;②汽车同时启用的用电设备功率超过了发电机的额定功率时,协助发电机供电;③在其蓄电不足及整车负载不多时,将发电机的电能转化为化学能储存起来。
重型汽车的传统单蓄电池组供电系统只有2组串联铅酸电池组,24V、165Ah (180Ah),已满足不了日益增多的上装用电要求和发动机的正常起动。许多车辆和上装设备上有2组或多组电池组:一组用于起动,另一组用于上装用电器件。为了理解多电池组的电量流失问题及隔离模块如何解决这个问题,可以把电流想象成水,发电机向电池充电相当于泵把水压入水箱。将电池比作水箱,充满的电池和欠压的电池直接并联后,电流会从高电压的一边流向低电压一边,直到两边的电池电压相等。无论有几组蓄电池,用电器件都是同时在消耗所有电池的电量。这就是多电池组的电量流失问题,如果不加以解决,可能产生的后果就是车辆停止时电池被耗尽,车辆无法起动,所以使用2组蓄电池在蓄电池组管理系统隔离后,并联接入整车电路中。此种接线方式,共用整车发电机对2组蓄电池充电,起动蓄电池组为整车提供电能,上装蓄电池组为上装设备提供电能,当起动用蓄电池电压大于起动电压时,2组蓄电池同时为整车用电设备和上装用电设备供电,只有在起动用蓄电池电压小于起动电压时,2组蓄电池被隔离模块隔开,从而保证整车发图1单蓄电池组工作原理图动机的正常起动。
2 双蓄电池组器件介绍
1) 隔离模块 隔离模块是应用于双蓄电池组系统中的器件,其作用是在确保起动蓄电池始终保持有足够的电量用于起动,上装蓄电池也得到及时的充电。实物图如图2所示。起动蓄电池接口螺栓直接接到起动蓄电池的大电流接口,内部与螺线管一端相 连 ,器件是通过起动蓄电池接口或上装蓄电池接口较高电压的一端取电的。上装蓄电池接口螺栓是连接到上装蓄电池的接口,内部与螺线管一端相连,螺线管是否闭合取决于此接口与起动蓄电池接口的电压差。
12针脚插接件定义: ①F脚———用来监测起动蓄电池电压的接口,并且决定螺线管的闭合或断开;②G脚———用来监测上装蓄电池的电压,并且决定螺线管的闭合或断开;③H脚———搭铁;④I脚———搭铁;⑤J脚———用于手动切换输入,将该端口搭铁即可切换螺线管的状态,即切换2组蓄电池的连接状态 (断开或闭合);⑥K脚———LED驱动输出脚,用于显示器件的状态;其他接脚为空。
2) 手动切换开关 可手动控制隔离模块的通或断,且手动切换开关具有良好的防尘防水效果,达到了IP67等级。手动切换开关实物图如图3所示。
3) LED指示灯 LED指示灯装于驾驶室仪表板上,用于显示隔离模块的状态,当螺线管断开时LED亮起,螺线管闭合时LED熄灭。如螺线管短路,LED灯会以1Hz的频率闪烁,表示模块损坏。
3 隔离模块的设定及工作原理
首先需要对隔离模块的断开电压进行设置,可以由两种方式来设定。
1) 接近于蓄电池充满电时的电压。这使得螺线管会在发动机停止工作之后的很短时间内断开,以保证起动蓄电池中留有100%的电量用于起动。
2) 低于蓄电池充满时的电压。降低设定值可以在充电系统停止工作后延迟螺线管的断开,这使得上装蓄电池可以更长时间为上装设备提供电源。对于消防车、军用通讯车辆,在整车能起动的情况下,上装设备的用电需求应得到充分保证,因此把隔离模块的断开电压设得低于蓄电池充满时的电压,即第二种设置方式。
隔离模块的工作原理如图4所示。发动机起动后,蓄电池隔离模块会监测起动蓄电池和上装蓄电池系统。当充电系统的电压达到了26.4V,表示起动蓄电池已经被充足电量,蓄电池隔离模块则会将上装蓄电池连入充电系统进行充电。如果上装蓄电池的电量消耗使得系统电压低于25.6V,隔离模块则会自动切断上装电池组和充电系统的连接,以保护充电系统对起动蓄电池的充电。这一过程会不断重复直至充电系统关闭。
隔离模块的状态同时取决于监测起动蓄电池电压的F接脚和监测上装蓄电池的电压G接脚,如果任何一个端口的电压高于闭合设定值的2.5s,螺线管则闭合;如果监测起动蓄电池电压的F接脚低于断开设定值持续10s,螺线管则断开。可以通过操作连接到J接脚的手动切换开关来改变螺线管的状态,即切换2组蓄电池的连接状态 (断开或闭合)。驾驶员可根据LED指示灯 (即工作指示灯) 显示判断隔离模块的状态,当LED亮起,表示螺线管断开;当LED熄灭,表示螺线管闭合。当LED灯以1Hz的频率闪烁,表示螺线管短路,模块损坏。