铁路内燃机车用阀控式密封免维护铅酸蓄电池具有起机性能好、使用寿 命长、无酸污染、少维护等突出的优点，为保证蓄电池的正常使用，需要考 虑以下问题：

1.过放电保护-密封铅酸蓄电池过放电是早期容量失效的重要原应之 一；

2.起机功率检测-采用阀控式密封免维护铅酸蓄电池后，不可能再利用检 修手段采用充放电循环进行电池质量检测；

3.落后电池检测-落后电池的发现，对及时进行电池组维护，延长电池使 用寿命具有重要作用；

4.维修指示-通过起机过程中的起机功率检测值、落后电池分析结果和起 机次数，确定电池是否需要维护，并发出维修指示；

5.自动浮充电控制-浮充电压对电池使用寿命有决定性的作用；

6.快速均衡充电-处于浮充电工况下的电池组，各电池单体的技术状态的 不一致性会不断加大，当超过允许程度后，必须采用均衡充电工艺，使不平 衡程度减少到允许范围内；

7.充电电压的温度补偿-铁路内燃机车运行过程中，环境温度变化很大， 最高温度与最低温度之差超过100℃。浮充电和均衡充电电压的温度补偿， 对确保电池使用寿命具有十分重要的作用。

但目前还未发现可以解决这些问题的铁路内燃机车蓄电池保护器。

鉴于上述，本发明的目的就是提供一种铁路内燃机车蓄电池的多功能智 能化保护器，它可对蓄电池进行过放电保护、起机功率检测、落后电池检测、 自动浮充电控制、快速均衡充电、充电的温度补偿，并具有维修指示功能。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

一种铁路内燃机车蓄电池智能保护器，它由以下单元构成：电压检测电 路，检测蓄电池端电压及起机电压；电流检测电路，检测辅助发电机的充电 电流，其接受辅助发电机的电流信号；起机功率信号产生电路，提供电池质 量信号，其采集蓄电池组的电压电流信号，其输出接电压检测电路的输入； 过放电保护电路，防止蓄电池过放压，其接受蓄电池组的电压信号，向蓄电 池组输出控制放电信号；维修指示电路，用于发出维修指示；辅助发电机电 压调节电路，用于改变辅助发电机的输出电压模式，实现自动浮充电和均衡 充电，其接受辅助发电机的电压信号，向辅助发电机输出励磁信号；充电控 制电路，对蓄电池充电进行控制，其输出接辅助发电机电压调节电路的输 入；温度补偿电路，对充电电压进行温度补偿，其输出接辅助发电机电压调 节电路的输入；微处理器电路，对蓄电池进行起机功率检测、落后电池检测、 过放电保护，其经总线与电压检测电路的输出、电流检测电路的输出、维修 指示电路的输入、充电控制电路的输出连接；微处理器电路的输出接起机功 率信号产生电路的控制输入端。

在本发明的具体实施措施中：

微处理器电路由微处理器、地址锁存器、继电器组成，微处理器与地址 锁存器经总线连接，微处理器的输出接继电器的控制端。

电压检测电路和电流检测电路均由计数器、V/F变换器和光电耦合器 组成，V/F变换器的输出经光电耦合器接计数器的输入，计数器经总线与微 处理器电路连接。

起机功率信号产生电路由采集蓄电池组电压或电流信号的起机信号检 测电路、1-48个电池单体最低起机电压检测电路、1-24个电池单体最低起 机电压检测电路、最大起机电流检测电路组成，起机信号检测电路的输出接 1-48个电池单体最低起机电压检测电路、1-24个电池单体最低起机电压检 测电路、最大起机电流检测电路的控制输入端，1-48个电池单体最低起机 电压检测电路、1-24个电池单体最低起机电压检测电路、最大起机电流检 测电路的输出接电压检测电路的输入。

起机信号检测电路由电容、比较器、触发器、继电器组成，电容接受蓄 电池组电压信号，电容、比较器、触发器串联，继电器由触发器的输出控制。

1-48个电池单体最低起机电压检测电路、1-24个电池单体最低起机电 压检测电路均由隔离二极管、继电器、电容、功率放大器构成，这两个电路 接受各自的蓄电池组电压信号，继电器的常闭接点与二极管并联后再与电容 串联，电容的正极经继电器的常开接点接功率放大器的输入，功率放大器的 输出接电压检测电路的输入，继电器由微处理器电路和起机信号检测电路的 输出控制。

最大起机电流检测电路由分流器、放大器、隔离二极管、电容、晶体管、 功率放大器、继电器组成，分流器将蓄电池组的电流信号转换成电压信号后 接放大器的输入，放大器的输出经二极管接电容的正极，晶体管的输出与电 容并联，电容的正极经继电器的常开接点接功率放大器的输入，功率放大器 的输出接电压检测电路的输入，继电器和晶体管分别由微处理器电路和起机 信号检测电路的输出控制。

过放电保护电路由比较器、第一晶体管、第二晶体管、继电器组成，比 较器接受蓄电池组电压信号，其输出接第二晶体管的输入，第二晶体管的输 出接继电器，继电器的一个常开接点用于控制蓄电池组放电回路，第一晶体 管和继电器的另一个常开接点串联，其串联点接比较器的基准输入端。

辅助发电机电压调节电路由脉宽调制器和驱动器串联构成，脉宽调制器 的输入接辅助发电机电压信号，驱动器的输出接辅助发电机的励磁回路。 电控制电路的电阻由微处理器电路选择接入，充电温度补偿电路的电阻由手 动开关选择接入。

本发明采用微机电路构成智能保护器的控制核心，负责协调和控制各单 元电路的工作，对蓄电池进行起机功率检测、落后电池检测、过放电保护。 本发明采用辅助发电机电压调节电路，形成了一个具有辅助发电机电压调节 功能的智能化蓄电池保护器，在需要浮充电或均衡充电时，由微处理器控制 辅助发电机电压调节电路，在机车电器允许电压变动的范围内，改变辅助发 电机的输出电压模式，实现自动浮充电和均衡充电过程。

本发明具有以下优点：

1.本发明在机车辅助发电机停机期间电池组放电过程中，通过连续检测 蓄电池组的端电压，监测电池组的放电程度。当蓄电池组端电压低于阀值后， 自动切断放电回路，停止继续放电，实现防止过放电而损伤蓄电池的目的。 为了确保行车安全，本发明的过放电保护功能只有在停机过程中才有效，一 旦机车起机后，即自动禁止该保护功能。

2.本发明根据内燃机车技术特点，每次起机过程中自动检测起机功率以 评价蓄电池组技术状态。这种检测技术具有简单、适用、易行、可信度高的 显著特点。

3.本发明将电池分区，对各分区起机功率进行分别测量。通过设置最低 起机功率阀值和各电池组分区起机功率相差值的阀值，评价是否发生落后电 池的情况，不仅简便而且可信度高。

4.本发明显示起机过程中的起机功率检测值、落后电池分析结果和起机 次数，确定电池是否需要维护，并发出维修指示。

5.本发明当电池组技术性能良好时，起机结束后，自动进入优良的自动 浮充电控制工况，可确保电池使用寿命。

6.本发明在下列条件下，自动对电池组实施模糊控制快速均衡充电：电 池组起机功率低于确定的阀值时；各电池分区的起机功率之差大于确定的阀 值时；连续起机次数达到规定的值时。本发明可以在机车行驶过程中实现均 衡充电过程，为完全取消地面充电提供了条件。

7.本发明采用分段式充电压温度补偿方式，对确保电池使用寿命具有十 分重要的作用。

下面结合附图和实施例对本发明详细说明。

图1为微处理器电路；

图2为电压检测和电流检测电路；

图3为起机功率检测电路；

图4为起机信号检测电路；

图5为IGBT驱动电路；

图6为过放电保护电路；

图7为辅助发电机电压调节电路；

图8为维修指示电路；

图9为本发明的电路框图。

本发明是一种铁路内燃机车蓄电池智能保护器，它由图9所示的微处理 器1、电压检测2、电流检测3、起机功率信号产生4 、过放电保护5、维 修指示7、充电控制8、辅助发电机电压调节9、温度补偿10诸单元电路构 成，上述电路装在外壳中。其中：微处理器电路1经总线与电压检测2、电 流检测3、维修指示7、充电控制8诸单元电路连接；微处理器电路1的输 出接起机功率信号产生电路4的控制输入端，起机功率信号产生电路4采集 蓄电池组6的电压电流信号，其输出接电压检测电路2的输入；电流检测电 路3接受辅助发电机11的电流信号，辅助发电机电压调节电路9接受辅助发 电机11的电压信号，向辅助发电机11输出励磁信号；充电控制电路8和温 度补偿电路10接辅助发电机电压调节电路9的输入；过放电保护电路5接受 蓄电池组6的电压信号，向蓄电池组6输出控制放电信号。

微处理器电路1构成本发明的控制核心，负责协调和控制各单元电路的 工作，对蓄电池进行起机功率检测、落后电池检测、过放电保护；本发明采 用辅助发电机电压调节电路9，形成了一个具有辅助发电机电压调节功能的 智能化蓄电池保护器，在需要浮充电或均衡充电时，由微处理器电路1控制 辅助发电机电压调节电路9，在机车电器允许电压变动的范围内，改变辅助 发电机11的输出电压模式，实现自动浮充电和均衡充电过程。

下面结合各单元电路图叙述工作原理：

1.微处理器电路1由图1中的微处理器U001、地址锁存器U002、驱动 器U003～U012、光电耦合器OP1、OP2、继电器J001等组成。0-10为微 处理器总线。微处理器U001与地址锁存器U002经总线连接，微处理器U001 的输出经驱动器U003接继电器J001的控制端。微处理器电路1是智能保护 器的控制核心，负责协调和控制各功能单元电路的工作，完成各个工艺过程。

2.电压检测电路2和电流检测电路3均由计数器、V/F变换器和光电耦 合器组成，V/F变换器的输出经光电耦合器接计数器的输入，计数器经总线 与微处理器电路连接。

请参阅图2：电压检测电路由型号为8253的计数器U101、电阻R101- R109、电容C101-C103、V/F变换器U102、电位器W101和光电耦合器OP101 组成，它检测蓄电池端电压及起机电压。

电池端电压取样电路由图6中的电阻R608、电位器W602串联组成，由 线6-1输入的电池组端电压信号，经R608降压和W602分压，从线6-4输出 到图1的线0-4，通过由微处理器U001的P2.6和U003控制的继电器J001， 经J001的接点从线0-3输出到图2的线1-1。由线1-1输入的电压信号，经 W101分压后输入到U102的输入端7脚，产生一个与输入电压成线性变化的 频率信号由输出端3脚经OP101隔离，送入U101的9脚，在微处理器U001 的控制下，实现电压的高精度积分式模数转换并送入微处理器。

电流检测电路由计数器U101、电阻R110～R115、电容C104～C106、 V/F变换器U103、电位器W102和光电耦合器OP102组成，它检测辅助发电 机的充电电流。

由辅助发电机输出电流变换而来的电压信号经线1-2输入，经W102分 压加到U103的输入端7脚，产生正比于电压信号的频率信号由输出端3脚经 OP102隔离，输入U101的18脚，在微处理器U001的控制下，实现电流的 高精度积分式模数转换并送入微处理器。

电压和电流检测电路通过线1-3与图1的总线0-10连接。

3.起机功率检测电路4由起机信号检测电路、1-48个电池单体最低起机 电压检测电路、1-24个电池单体最低起机电压检测电路、最大起机电流检测 电路组成，起机信号检测电路的输出接1-48个电池单体最低起机电压检测电 路、1-24个电池单体最低起机电压检测电路、最大起机电流检测电路的控制 输入端，1-48个电池单体最低起机电压检测电路、1-24个电池单体最低起机 电压检测电路、最大起机电流检测电路的输出接电压检测电路的输入。其中：

先请参阅图4。起机信号检测电路由电阻R401-R405、电容C401-C403、 二极管D401-D403、比较器U402、触发器U401、继电器J301组成，C401 接受蓄电池组的电压信号，C401经R403与U402、U401串联，J301由 U401的输出控制。线4-1与蓄电池组连接，线4-2与图3中的线3-3连接。

当蓄电池组电压信号从线4-1输入，由R401、C401、D401、D402 组成的信号采样电路中4B点的电压为+0.7V，经R403输入到U402的反相 输入端，使U402输出低电平。触发器U401的2脚输入为低电平，3脚输出 为高电平，J301失电而使其常闭触点接通，该常闭接点用于控制起机电压检 测电路。同时通过线4-2、图3的线3-3使图3中的T301饱和导通，控制起 机电流检测电路。此时图4中C401两端电压接近蓄电池组的电压。

当起机事件发生时，蓄电池组向起动机大电流放电，电压突然大幅度下 降，使电容器C401两端电压高于蓄电池组端电压，C401通过R402、D402 向蓄电池组放电，使4B点电位突然由+0.7V变为-0.7V，通过R403输入到 U402的反相输入端，使U402输出高电平，并通过D403向C402快速充电。 当C402电压上升到足够高的电平时，U401的3脚输出跳变为低电平，J301 得电吸合，使起机电压检测电路进入工作状态，C401两端的电压以高于蓄电 池组端电压0.7V的电位，跟踪电池端电压。同时通过线4-2、3-3使T301 截止，使起机电流检测电路进入工作状态。

起机电压停止下降后，各点电位恢复到初始状态，C402开始放电。经过 一定时间，C402电位下降到低电平，U401输出变为高电平，重新使J301 失电和T301饱和导通，为下一次起机作准备。

再请参阅图3。1-48个电池单体最低起机电压检测电路由熔断器 RD301、二极管D301、继电器J301的一个常闭接点、电容器C302组成， 熔断器RD301的前端接B1的正极。B1表示第25-48个电池单体，B2表示 第1-24个电池单体，B1和B2串接，组成由48个电池单体构成的蓄电池组， 3B为蓄电池组的地，线3-1和3-2接蓄电池组的外电路。

当机车电路与蓄电池组连接后，蓄电池组经J301的一个常闭触点向C302 充电。当充至C302两端的电压与48个电池单体构成的蓄电池组的端电压相 等时，即完成检测起机过程的最低端电压的准备工作。

当起机事件发生后，J301的常闭触点被起机信号检测电路断开，随着蓄 电池组电压的下降，C302两端的电压经D301向蓄电池组放电，并始终保持 高于蓄电池组端电压0.7V(二极管D301的压降)，直至起机电流达到最大值 时，电池组端电压降到最低值为止。

当起机电流开始下降时，蓄电池组端电压开始上升，当蓄电池组的端电 压高于C302的电压后，由于J301的常闭触点已经被起机信号检测电路断开， 且二极管D301因两端电压反向而被阻断，蓄电池组电压不能再给C302充 电，C302两端的电压一直维持在起机过程中的最低电压值，直到J301常闭 触点再次接通为止。该电路的功能是检测1-48个电池单体的最低起机电压。

1-24个电池单体的最低起机电压检测电路由电阻R302、二极管D302、 继电器J301、电容C301组成，工作原理同1-48个电池单体最低起机电压检 测电路。该电路的功能是检测第1-24个电池单体的最低起机电压。

最大起机电流检测电路由分流器RFZ、电位器W302、二极管D303、 电阻R305～R308、电容C304和C303、二极管D304、放大器U301和三 极管T301组成。RFZ接在蓄电池组的输出回路中，它将蓄电池组的电流信 号转换成电压信号后接U301的输入，U301的输出经D304接C303的正极， T301的输出与C303并联，C303的正极经继电器J304的常开接点接功率放 大器U302的输入。

在起机事件发生前，T301经线3-3受起机信号检测电路的驱动保持导通 状态，C303通过T301短接放电，使C303两端电压为零，准备接受由最大 起机电流变换的电压信号。

起机事件发生后，T301截止，由线3-2输入的起机电流信号经R305输 入到U301放大，经D304向C303充电直到最大值。当起机电流开始下降后， U301输出电压降低，C303两端电压被D304和J304的常开接点完全切断放 电回路，被锁存在最大电流时的值，直至T301再次导通为止。该电路的功能 是检测最大起机电流。C304是电源退耦电容，R308、W302、D303组成 D304管压降的补偿电路，R306是U301正输入端输入电阻。

由继电器J302-J304、电阻R303、电位器W301、电阻R309、功率放 大器U302和图1中的继电器J001组成了上述起机电压和电流的读取电路。 J302和J303的常开接点分别接C302和C301的正极，它们的另一端经R303、 W301、J304的常闭接点、R309，接U302的输入。J304的常开接点一端 接C303的正极，另一端经R309接U302的输入。功率放大器U302的输出 接电压检测电路的输入，继电器J302-J304由微处理器电路的输出控制。

当起机完成后，智能保护器得电微处理器开始工作，微处理器依次读取 起机电压和起机电流。其读取过程是：

微处理器U001通过P26端口和驱动器U003使J001吸合，通过P2.1、 U005、线0-7与图3的线3-5连接，使J302吸合、J303和J304失电，C302 两端电压通过由R303、W301组成的分压电路，通过J304的常闭触点、R309 输入到由U302组成的电压跟随器输入端，经功率放大，通过线3-4接入图1 的线0-5、通过继电器J001、线0-3输入图2的线1-1，将第1-48个电池单 体的最低起机端电压送电压检测电路检测。

微处理器U001通过P2.6端口和驱动器U003使J001吸合，通过P2.2、 U005、线0-8与图3的线3-6连接，使J303吸合、J302和J304失电，C301 两端电压通过由R303、W301组成的分压电路，通过J304的常闭触点、R309 输入到由U302组成的电压跟随器输入端，经功率放大，通过线3-4接入图1 的线0-5、通过继电器J001、线0-3输入图2的线1-1，将第1-24个电池单 体的最低起机端电压送电压检测电路检测。

微处理器U001通过P2.6端口和驱动器U003使J001吸合，通过P2.3、 U006、线0-9与图3的线3-7连接，使J304吸合、J302和J303失电，C303 两端电压通过R309输入到由U302组成的电压跟随器输入端，经功率放大， 通过线3-4接入图1的线0-5、通过继电器J001、线0-3输入图2的线1-1， 将最大起机电流送电压检测电路检测。

对以上检测结果进行整理可以得到以下数据：起机最大电流值；起机最 低电压值；起机最大功率值；第1-24个电池单体的起机过程最低电压值；第 1-24个电池单体的最大起机功率值；第25-48个电池单体的起机过程最低电 压值；第25-48个电池单体的最大起机功率值；两个电池分区起机功率的差 值；两个电池分区的起机最低电压差值。

对以上数据进行分析后，可以确定电池的技术状态是否良好。

4过放电保护电路5(见图6)由电阻R601～R607、晶体管T601和T602、 比较器U601、继电器J601、稳压管D601、电位器W601组成。线6-1接蓄 电池组，线6-2、6-3串接在蓄电池的放电回路中。U601接受蓄电池组电压 信号，其输出接T602的输入，T602的输出驱动J601，J601的一个常开接 点用于控制蓄电池组放电回路，另一个常开接点和T601串联，其串联点接 U601的基准输入端。

蓄电池组端电压由线6-1输入，经R601和W601分压后，经R602输入 比较器U601的同相输入端，与经R604输入的R603、D601组成的基准电 压源进行比较，当电池组电压高于阀值时，U601输出为高电平，经R607使 T602饱和导通，J601吸合，其一个常开接点接通放电回路。

当电池组电压低于阀值后，U601输出为低电平，经R607使T602截止， J601断开，截断放电回路，实现防止过放电发生的目的。

当机车起机成功后，保护器得电转入正常工作，由保护器+15V主电源经 R606输入的电流，使T601饱和导通，将基准电压强制拉到接近于零的幅度， 使门限阀值基准值大幅度下降，失去过放电保护功能，达到行车过程中解除 过放电保护功能的目的。

5.辅助发电机电压调节电路9由脉宽调制器和驱动器串联构成，脉宽调 制器的输入接辅助发电机电压信号，驱动器输出接辅助发电机的励磁回路。

请参阅图7。电阻R701-R709、电位器W701、电容C701-C705、脉宽 调制器U701、二极管D701和D702组成PWM控制电路。辅助发电机的电 压信号由线7-1输入，经R701～R703、W701组成的取样电路输入到U701 的反相输入端1脚，由辅助发电机电压调节的PWM驱动信号从U701的11 脚输出，经线7-4接到到IGBT驱动电路(见图5)的线5-1，通过驱动IGBT， 改变励磁电流，实现了辅助发电机的电压调节。R704、R705、C701组成 的基准电压输入到U701的2端。D701、D702是钳位二极管，C703、R707 分别是PWM电路的振荡电容和振荡电阻。

IGBT驱动电路(见图5)由MC57957驱动器U501、电容C501和C502、 二极管D501～D505、电阻R501、绝缘栅晶体管(IGBT)T501组成。线5-3、 5-4接辅助发电机的励磁线圈，D502是续流二极管，线5-2接+15V。

充电控制电路8和充电温度补偿电路10是接在脉宽调制器输入端的一组 电阻，充电控制电路8的电阻由微处理器电路1选择接入，充电温度补偿电 路10的电阻由手动开关选择接入。

请复参与图7。电位器W705和W706、开关K701组成充电电压的环境 温度补偿电路。将开关K701置于不同位置，可将保护器充电电压设置为高温 区、中温区和低温区，实现浮充电压和均衡充电电压的温度补偿。

电位器W702、W703通过线7-2、7-3与图1的0-1、0-2连接，分别 由微处理器U001通过端口P2.4和P2.5、U011和U012、OP1和OP2编码 控制，与环境温度补偿电路配合，可实现浮充电和均衡充电电压调节。

W704、按钮AN701组成过压试验电路。当AN701闭合后，辅助发电机 电压输出整定到125V，为检查和调整过压保护电路提供试验条件。

PWM控制电路受由线7-1输入的辅助发电机端电压、环境温度补偿设置 开关K701、AN701过压试验按钮和经线7-2、7-3输入的微处理器控制信 号综合控制，实现复杂的浮充电、快速均衡充电和充电电压的温度补偿控制。

6.维修指示电路7(见图8)由八段数码显示器驱动电路U801、八段数码管 LD801-LD805、指示灯D801和D802、电阻R801和R802、按钮AN801组 成。R801是D801和D802的限流电阻，R802是八段数码显示器驱动电路 U801的亮度调整电阻。显示电路通过插座Z80与微处理器电路(图1)的总线 插座Z01连接。

在微处理器1的控制下，当电池性能良好时，绿色指示灯D801亮，否 则红色指示灯D802亮，同时将检测到的主要数据显示在LD801～LD805上。

上述实施例仅为说明本发明而列举，并非用于限制本发明，任何基于上 述实施例的等同变换，均应在本发明的专利保护范围之内。