CN104163152B - 用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构，包括具有储能模块的储能箱，以及具有用能模块的用能箱，所述用能箱固设于车辆底盘上，并通过线路与车辆底盘发动机的正、负极板相连接，所述储能箱可拆卸地固设于用能箱上，且储能箱的电源端通过线路与用能箱的电源端相连接。本发明结构简单，体积小，启动性能好。本发明适用于各种车辆。
Description
技术领域
本发明属于车辆用电子领域，涉及一种车辆用锂电池，具体地说是一种用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构。
背景技术
目前，军用车辆装备中，蓄电池是必不可少的，所述蓄电池装设在军用车辆的底盘上，为车辆的用电设备提供电源。现有的蓄电池大都为铅酸或碱性蓄电池，而现有的铅酸或碱性蓄电池具有以下的缺陷：
（1）装卸不方便：由于铅酸或碱性蓄电池的单体容量比较小，而为了保证电池的供电容量，通常通过增大单体电池的数量保证电池的容量，因此，造成整体电池的体积大，相应的电池重量也很重，而实际上电池的安装空间有限（尤其是装甲车底盘，安装空间很小），在安装或拆卸时，安装人员的劳动强度很大；
（2）启动效果差：现有的铅酸或碱性蓄电池在启动时内阻会很大，而在严寒条件下启动时，温度适应性差；
（3）使用寿命短：现有的铅酸或碱性蓄电池即使严格维护，其使用寿命也不超过两年，更换起来不仅麻烦，而且频繁的更换造成电池垃圾的堆积，严重影响环境。
发明内容
本发明的发明目的，是提供一种用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构，它实现了持续功率系统和尖冲公路系统之间的转换，且同等电容量的体积比铅酸或碱性蓄电池的体积小很多，因此装卸方便，同时本发明电池的启动效果好、使用寿命长。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构，包括具有储能模块的储能箱，以及具有用能模块的用能箱，所述用能箱固设于车辆底盘上，并通过线路与车辆底盘发动机的正、负极板相连接，所述储能箱可拆卸地固设于用能箱上，且储能箱的电源端通过线路与用能箱的电源端相连接。
作为对本发明的限定：所述用能箱上设有与储能箱形状、尺寸相匹配的凹槽，在凹槽的底面上设有安装卡座，所述储能箱通过安装卡座可拆卸地设于所述凹槽内。
作为对储能模块的限定：所述储能模块包括设于储能箱内的锂电池、通过外部市电对锂电池进行充电的充电电路，所述充电电路的电压输入端在连接外部市电，充电电路的电压输出端连接锂电池的充电输入端。
作为对本发明的进一步限定：锂电池的回充电源输入端还通过设于用能箱内的回充模块连接车辆底盘发动机的正、负极板。
作为对用能模块的限定：所述用能模块包括由若干个超级电容器构成的超级电容器阵列，所述超级电容器阵列的相邻两个单体超级电容器之间设有用于均衡充放电量分配的均衡电路；还包括设于用能箱内、用于控制令超级电容器阵维持足够启动电量的控压模块，所述控压模块的信号输入端通过回充模块连接车辆底盘发动机的正、负极板，控压模块的信号输出端控制连接超级电容器阵列及均衡电路。
作为对充电电路的限定：所述充电电路包括开关电源电路、电压调整电路，所述外部交流电源依次通过开关电源电路、电压调整电路连接锂电池的充电输入端。
作为对回充模块的限定：所述回充模块包括升压电路，所述升压电路的信号输入端连接车辆底盘发动机的正、负极板，信号输出端连接锂电池。
作为对控压模块的限定：所述控压模块包括稳压电路和比较控制电路，所述稳压电路的电源输入端连接锂电池的电源输出端，电源输出端连接比较控制电路的电源输入端，比较控制电路的输出端控制连接超级电容器阵列的正负端。
作为对本发明的另一种限定：它还包括用于显示测量电压值的数显模块，所述数显模块设于用能箱内，其电源端连接车辆底盘发动机的正、负极板。
由于采用了上述的技术方案,本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
（1）本发明中的储能模块设于储能箱内，用能模块设于用能箱内，且储能箱与用能箱为可拆卸式设计，因此，在安装时只需要将用能箱固设于车辆底盘上，储能箱安装到用能箱上即可，如需外部市电对储能箱进行充电，或者储能模块出现问题时，工作人员只需要将储能箱从用能箱上拆卸下来即可，无需繁琐的操作步骤；
（2）本发明的用能箱设有与储能箱形状、尺寸相匹配的凹槽，储能箱设于该凹槽内，令整体的结构更为紧凑，体积相对较小；
（3）车辆底盘发动机通过回充模块为储能模块的锂电池进行充电，保证了为锂电池充电的电压；
（4）本发明的用能模块包括超级电容器阵列，在超级电容器阵列的每个单体超级电容器之间设有均衡电路，保证了每个单体超级电容器充放电时电量均衡分配，延长了超级电容器阵列的使用寿命，令整体电池机构的使用寿命增长；
（5）本发明的储能模块采用锂电池，在车辆启动瞬间锂电池几乎不参与启动电路，因此相较原有的铅酸或碱性蓄电池的启动内阻小，且在严寒条件下也能保证电池机构的启动性能。
综上所述，本发明结构简单，体积小，性能好。
本发明适用于各种车辆。
本发明下面将结合说明书附图与具体实施例作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施储能箱1与用能箱2的拆分结构示意图；
图3是本发明实施例的原理框图；
图4是本发明实施例中充电电路的电路原理图；
图5是本发明实施例中回充模块的电路原理图；
图6是本发明实施中控压模块的电路原理图；
图7是本发明实施例中超级电容器阵列的原理图；
图8是本发明实施例中均衡电路的等效电路模型图；
图9是本发明实施例中数显模块的原理框图。
图中：1～储能箱，2～用能箱，3～凹槽，4～安装卡座，5～航空插座，6～充电插座，7～电极。
具体实施方式
实施例用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构
本实施例为一种用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构，参考图1、图2，它包括具有储能模块的储能箱1，以及具有用能模块的用能箱2，所述用能箱2固设于车辆底盘上，并通过线路与车辆底盘发动机的正、负极板相连接，所述储能箱1可拆卸地固设于用能箱2上，且储能箱1的电源端通过线路与用能箱2的电源端相连接。
为了能够尽量的减小本实施例的体积，本实施例分别将储能箱1与用能箱2做成规整的长方体状，且储能箱1的宽度与用能箱2的宽度相等，在用能箱2的一端设有一与储能箱1形状、尺寸均相同的缺口，该缺口形成容纳储能箱1的凹槽3。在凹槽3的底面上设有安装卡座4，所述储能箱1通过安装卡座4与用能箱2可拆卸设置在一起。
而储能箱1与用能箱2之间的电连接参考图1、2：其中储能箱1的顶部设有充电插座6，在储能箱1与用能箱2分离时（如图2）用于连接外部市电，为储能箱1内的储能模块充电；而储能箱1上还通过导线引出航空插座5，在用能箱2上同样设有航空插座5，与储能箱1的航空插座5相匹配，通过两个航空插座5将储能箱1与用能箱2电连接在一起。同时，用能箱2上还设有两个电极7，分别作为正负电极，与车辆底座发动机的正、负极板对应连接。
而本实施例的具体电路模块构成如图3所示：
（1）储能箱1中的储能模块包括所锂电池和充电电路，其中锂电池为现有技术中的锂电充电电池，充电电路则通过外部市电对锂电池进行充电，具体电连接为：充电电路的电压输入端连接充电插座6，充电电路的电压输出端连接锂电池的充电输入端。
而充电电路的具体构成如图4所示：包括开关电源电路、电压调整电路，所述外部交流电源依次通过开关电源电路、电压调整电路连接锂电池的充电输入端。本实施例中的开关电源电路是基于芯片UC3842与其外围的电容、电阻等器件构成的典型开关电源电路；而电压调整电路是基于三端可调分流基准源TL431与其外围电阻，以及第一三极管Q1、第二三极管Q2构成的常用电路。当储能箱1与外部市电连接时，外部市电首先经过开关电源电路进行A/D电源的转换，即由交流电变为直流电，然后经过电压调整电路的调整，最终得到稳定的36V直流电为锂电池进行充电。
由于本实施例应用于车辆底盘，大部分是通过车辆底盘发动机对锂电池进行充电的，而车辆底盘发动机的正常发电电压为26-30V，需要升压后才能对锂电池进行充电，因此，需要在车辆底盘发动机与锂电池之间设置具有升压功能的回充模块，具体如图3所示。而本实施例中的回充模块为一升压电路，所述升压电路的信号输入端连接车辆底盘发动机的正、负极板，信号输出端连接锂电池。所述回充模块的升压电路如图5所示，是基于芯片SX1328与其外围电容、电阻、电感等构成的常用升压电路，其中芯片SX1328芯片的输入端VIN通过电极7的一个极片连接车辆底盘发动机的正极板，地端GND通过电极7的另一个极片连接车辆底盘发动机的负极板，而芯片SX1328的第三管脚SW串接稳压管D1与第五管脚FB串接第一电阻R1连接到一起后共同输出36V直流电压。
（2）本实施例的用能箱2内如图3所示：设有上述的回充模块，同时还设有用能模块，所述用能模块包括由若干个超级电容器构成的超级电容器阵列，所述超级电容器阵列的相邻两个单体超级电容器之间设有用于均衡充放电量分配的均衡电路；还包括设于用能箱内、用于控制令超级电容器阵维持足够启动电量的控压模块，所述控压模块的信号输入端通过回充模块连接车辆底盘发动机的正、负极板，控压模块的信号输出端控制连接超级电容器阵列及均衡电路。
其中，控压模块如图6所示：包括稳压电路和比较控制电路，所述稳压电路的电源输入端连接锂电池的电源输出端，电源输出端连接比较控制电路的电源输入端，比较控制电路的输出端控制连接超级电容器阵列的正负端。
本实施例中采用的稳压电路为稳压器7815和稳压器587构成的，比较控制电路由运算放大器U1与继电器J1构成，具体电连接关系如图6，稳压器7815的第一管脚通过第二电阻如、第三电阻R3、第一电容器C1构成的滤波电路连接锂电池的正极（同时也为回充模块的正极输出端），第二管脚接地，第三管脚连接稳压器587的第二管脚，稳压器的第六管脚为基准电压输出端连接运算放大器U1的同向输入端，运算放大器的反向输入端连接车辆底盘发动机的正极板；运算放大器的输出端通过继电器J1的线圈连接车辆底盘发动机的负极板（负极板同时也为回充模块的接地端，以及锂电池的负极），而继电器的常开触点K1串接于锂电池正极与车辆发动机正极板。
本实施例中控压模块的作用是：用于使超级电容器阵列维持足够的启动电量，即当经过一次使用后，超级电容器阵列的电压会迅速降低，控压模块马上为其充电，以备第二次使用。其具体控制原理为：刚开始，当底盘发动机正、负极板之间的电压低于28V时，经第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6组成的测量电路，测点电压低于基准电压10V，运算放大器U1输出高电平，即15V，继电器J1线圈通电，J1常开开关K1闭合，锂电池给车辆底盘发动机的正极板充电；当车辆底盘发动机的正极板电压高于28V时，经第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6组成的测量电路，测点电压高于基准电压10V，运算放大器U1输出低电平，即0V，继电器J1的线圈断电，J1的常开触点断开，停止充电，防止电压过大而损坏元器件。
由于单个的超级电容器储能有限，且耐压不高，为了保证本实施例的性能，本实施如图7所示，将若干个超级电容器串联、并联后构成超级电容器阵列，实现用能模块的扩容。而为了保证每个单体超级电容器在充放电时，电量能够均衡分配，本实施例中在相邻两个单体超级电容器之间还设有均衡电路，该均衡电路采用现有技术中的DC-DC均衡电路来实现，所述均衡电路的等效电路如图8所示，构成一电容与一电阻并联后，再与一电阻串联的模式，电流具体流向是首先流经单个电阻，然后流经电容与电阻的并联电路，最终输出。
而上述超级电容器阵列的容量及单体超级电容器的数量选择，主要受超级电容器充电时间、车辆底盘启动时间，以及控制策略设计的超级电容器输出功率的限制，在选择时需要满足下述公式： （超级电容器阵列由m个串联，n组并联的方式构成）
式中：
——超级电容输出功率设计阈值，单位为kM；
——单体超级电容器额定容量，单位为F；
——发电机启动时间，单位为s；
Umax——超级电容器阵列充电完成的电压值，单位为V;
Umin——超级电容器阵列的最低工作电压，单位为V。
通过上述计算,可以算出混连超级电容器阵列的一些基本参数,再在调试过程中对其误差进行调整。
此外，为了完善本实施例，还设有用于显示测量电压值的数显模块，所述数显模块也设于用能箱2内，其电源端连接车辆底盘发动机的正、负极板。
本实施例中数显模块如图9所示，采用现有技术中的PLK5135C-DC-V4-DCV5-R型号的数显模块，其通过车辆底盘发动机的正、负极板经稳压器7805为数显模块提供5V工作电压。
Claims (10)
1.一种用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构，其特征在于：包括具有储能模块的储能箱，以及具有用能模块的用能箱，所述用能箱固设于车辆底盘上，并通过线路与车辆底盘发动机的正、负极板相连接，所述储能箱可拆卸地固设于用能箱上，且储能箱的电源端通过线路与用能箱的电源端相连接。
2.根据权利要求1所述的用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构，其特征在于：所述用能箱上设有与储能箱形状、尺寸相匹配的凹槽，在凹槽的底面上设有安装卡座，所述储能箱通过安装卡座可拆卸地设于所述凹槽内。
3.根据权利要求1或2所述的用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构，其特征在于：所述储能模块包括设于储能箱内的锂电池、通过外部市电对锂电池进行充电的充电电路，所述充电电路的电压输入端连接外部市电，充电电路的电压输出端连接锂电池的充电输入端。
4.根据权利要求3所述的用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构，其特征在于：所述锂电池的回充电源输入端还通过设于用能箱内的回充模块连接车辆底盘发动机的正、负极板。
5.根据权利要求4所述的用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构，其特征在于：所述用能模块包括由若干个超级电容器构成的超级电容器阵列，所述超级电容器阵列的相邻两个单体超级电容器之间设有用于均衡充放电量分配的均衡电路；还包括设于用能箱内、用于控制令超级电容器阵维持足够启动电量的控压模块，所述控压模块的信号输入端通过回充模块连接车辆底盘发动机的正、负极板，控压模块的信号输出端控制连接超级电容器阵列及均衡电路。
6.根据权利要求3所述的用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构，其特征在于：所述充电电路包括开关电源电路、电压调整电路，外部交流电源依次通过开关电源电路、电压调整电路连接锂电池的充电输入端。
7.根据权利要求4或5所述的用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构，其特征在于：所述回充模块包括升压电路，所述升压电路的信号输入端连接车辆底盘发动机的正、负极板，信号输出端连接锂电池。
8.根据权利要求5所述的用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构，其特征在于：所述控压模块包括稳压电路和比较控制电路，所述稳压电路的电源输入端连接锂电池的电源输出端，稳压电路的电源输出端连接比较控制电路的电源输入端，比较控制电路的输出端连接超级电容器阵列的正负端。
9.根据权利要求1、2、4、5、6、8中任一项所述的用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构，其特征在于：它还包括用于显示测量电压值的数显模块，所述数显模块设于用能箱内，其电源端连接车辆底盘发动机的正、负极板。
10.根据权利要求3所述的用于车辆底盘的储、用分离式锂电池机构，其特征在于：它还包括用于显示测量电压值的数显模块，所述数显模块设于用能箱内，其电源端连接车辆底盘发动机的正、负极板。
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