CN104253453A - 一种三元锂电池汽车应急启动电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三元锂电池汽车应急启动电源，用于解决现有技术中无法用三元锂电池制作汽车应急启动电源的技术问题，包括：三串三元锂电池组模块；四串三元锂电池组模块；负载端接头；单向自恢复保险丝模块，包括若干个并联的单向自恢复保险丝，所述单向自恢复保险丝包括串联的二极管与PTC热敏电阻；恒流恒压模块，所述恒流恒压模块连接至所述四串三元锂电池组模块；放电继电器；和放电管理模块，所述放电管理模块包括单片机和放电开关，所述放电管理模块连接并控制所述恒流恒压模块、所述放电继电器；其中，所述PTC热敏电阻与所述二极管热接触。实施本发明的技术方案可实现防止三元锂电池高压反向充电，过电流放电和电池过热的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及动力锂电池，特别涉及汽车应急启动电源。
背景技术
汽车应急启动电源用于在极端条件下的汽车启动，例如低温启动。在短时间内提供大电流，从而启动汽车。在极端条件下，瞬间堵转电流可达1500A以上，属于典型的短时间大电流放电情况。
市场上汽车应急启动电源(Jump-starter)产品多年来绝大多数是用铅酸电池制造的。铅酸电池在制造、使用、回收过程中可能造成严重的环境污染；且应急启动电源属于低温环境下使用的非常用设备，闲置时间长。铅酸电池中的铅容易发生氧化，造成电池无法正常工作。现有技术中有用大倍率磷酸铁锂电池制造的汽车应急启动电源，然而大倍率磷酸铁锂电池价格太高，市场接受程度低。
大倍率三元锂电池与铅酸电池价格相差不大，在成本上属于容易被市场接受的范围。但现有技术中没有采用三元锂电池制作应急启动电源，这是因为现有标准的汽车内用电器额定电压为12V，不得大于14.4V，否则容易造成用电器烧毁，不得小于7.2V，否则无法形成有效供电。单节大倍率三元锂电池在充满后的电压为4.2V，四串三元锂电池组充电电压要达到4.2V×4＝16.8V，电压太高。12V汽车启动后发电机将给电瓶充电，充电电压可以达到14.4V。而三串三元锂电池组充电电压必须小于等于4.2V×3＝12.6V，12V汽车启动后发电机的14.4V充电电压，可以给三串三元锂电池组过压充电，造成电池过热，甚至引发燃烧。因此，在放电回路中必须串联单向导通的二极管。12V汽车启动时启动电压必须大于7.2V。加上串联的单向导通二极管的0.6V电压，7.2V+0.6V＝7.8V。三串三元锂电池组中单节电池大倍率放电的中后期电压将小于7.8V/3＝2.6V，电池储存电能将无法进行有效地放电。因此无论是采取三串还是四串三元锂电池组都难以符合12V汽车应用的要求。另外，三元锂电池的特性是在过压充电、大电流放电时，容易发生过热，且三元锂电池相比传统铅酸电池体积较小，热容量小，更容易发生高温事故，严重时可能引发火灾，造成财产和人员损失。
克服上述技术问题，实现采用三元锂电池制作汽车应急启动电源的技术目标，属于该领域技术人员一直可望解决但始终未能获得成功的技术难题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种三元锂电池汽车应急启动电源，本发明的技术方案是这样实施的：
一种三元锂电池汽车应急启动电源，包括：三串三元锂电池组模块；四串三元锂电池组模块；负载端接头；单向自恢复保险丝模块，包括若干个并联的单向自恢复保险丝，所述单向自恢复保险丝包括串联的二极管与PTC热敏电阻；恒流恒压模块，所述恒流恒压模块连接至所述四串三元锂电池组模块；放电继电器；和放电管理模块，所述放电管理模块包括单片机和放电开关，所述放电管理模块连接并控制所述恒流恒压模块、所述放电继电器；其中，所述PTC热敏电阻与所述二极管热接触。
更进一步地，所述恒流恒压模块具体为13V。
更进一步地，所述单向自恢复保险丝模块中的并联的单向自恢复保险丝数量为20～80个。
实施本发明的技术方案可解决现有技术中无法用三元锂电池制作汽车应急启动电源的技术问题；实施本发明的技术方案，通过设置两组三元锂电池电池组、设置与二极管热接触的PTC热敏电阻(正温度系数热敏电阻)，可实现防止三元锂电池反向充电，过电流放电和电池过热，保证系统安全的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种具体实施方式的三元锂电池汽车应急启动电源结构示意图。
在上述附图中，各图号标记分别表示：
1-三串三元锂电池组模块；
2-四串三元锂电池组模块；
3-负载端接头；
4-单向自恢复保险丝模块，41-单向自恢复保险丝，42-二极管，43-PTC热敏电阻；
5-恒流恒压模块；
6-放电管理模块，61-单片机，62-放电开关；
7-放电继电器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的一种具体实施方式中，一种三元锂电池汽车应急启动电源，如图1所示，包括：三串三元锂电池组模块1；四串三元锂电池组模块2；负载端接头3；单向自恢复保险丝模块4，包括若干个并联的单向自恢复保险丝41，所述单向自恢复保险丝包括串联的二极管42与PTC热敏电阻43；恒流恒压模块5，所述恒流恒压模块5连接至所述四串三元锂电池组模块2；放电继电器7；和放电管理模块6，所述放电管理模块6包括单片机61和放电开关62，所述放电管理模块6连接并控制所述恒流恒压模块5、所述放电继电器7；其中，所述PTC热敏电阻43与所述二极管42热接触。
在该具体实施方式中，所述三元锂电池汽车应急启动电源的工作原理如下：一、连接所述负载端接头3，启动所述放电开关62，所述放电继电器7被控制吸合导通，如果所连接的外部电瓶的电压大于所述三串三元锂电池组模块1的电压，所述单向自恢复保险丝41中的所述二极管42反向阻断给所述三串三元锂电池组模块1充电。二，当电机启动消耗电流，所述三串三元锂电池组模块1的电压开始下降，所述放电管理模块6控制所述恒流恒压模块5启动，所述四串三元锂电池组模块2给所述三串三元锂电池组模块1充电。三，每次电机启动时间被所述放电管理模块6控制为小于等于5秒钟，然后等待2分钟，此时所述四串三元锂电池组模块2持续为所述三串三元锂电池组模块1充电。四，当电机堵转大于2秒钟，所述二极管42持续通过大电流并大量发热，由于所述二极管42与所述PTC热敏电阻43热接触，所述PTC热敏电阻43被加热，并变成高阻态模式，从而降低电流，实现安全保护作用。五，为了避免操作者在连接方向上的操作失误，当所述负载端接头3上意外施加反向12V、反向24V或正向24V等异常电压时，所述放电继电器7不吸合。六，当所述放电继电器7失效、节点短路、同时所述负载端接头意外施加反向12V、反向24V时，所述单向自恢复保险丝41中的PTC热敏电阻43在所述二极管42的加热下，在1秒内将变成高阻态；或者，当所述放电继电器7失效、节点短路、同时负载端意外施加正向24V，所述单向自恢复保险丝41中的二极管42反向阻断给所述三串三元锂电池组模块1充电。该具体实施方式中，综合考虑了以上的多种异常情况，提高系统的安全性，保证所述三元锂电池能够在工作中正常工作并应对多种意外的情况。
本发明的技术特点包括在于，第一、为了克服三元锂电池工作电压无法匹配12V汽车的技术问题，设置了两个电池组模块，即所述三串三元锂电池组模块1和所述四串三元锂电池组模块2。当电机启动消耗电能时，所述三串三元锂电池组模块1处于充满状态，提供12.6V的电压。由于三元锂电池的特征，在充满状态下放电后，会产生快速的电压下降，因此所述三串三元锂电池组模块1电压开始下降，所述恒流恒压模块5被控制启动，所述四串三元锂电池组模块2给所述三串三元锂电池组模块1充电，并避免所述三串三元锂电池过压充电。每次电机启动时间被所述放电继电器7控制小于等于5秒钟，等待2分钟。此时，所述四串三元锂电池组模块2保持给所述三串三元锂电池组模块1充电，从而克服所述三串三元锂电池组模块1储存的电能无法充分有效地放电的技术问题。第二、为了克服三元锂电池体积小、热容量小、安全性低的技术问题，实现保证系统安全性的技术目标，在所述单向自恢复保险丝41中设置了热接触的所述二极管42和所述PTC热敏电阻43。所述单向自恢复保险丝41中的所述二极管42，可避免大于12.6V的12V汽车启动后发电机的充电电压或者电瓶电压给所述三串三元锂电池组模块1过压充电引起安全事故。所述热接触在实际产品中包括多种具体实施方式，例如将所述二极管42和所述PTC热敏电阻43在上下方向上层叠并直接接触，或将其分别与高导热材料接触，本领域技术人员有能力将各种现有技术中的热接触方式与本发明的技术方案结合，形成不脱离本发明保护范围的新技术方案。当所述二极管42中长时间通过大电流时，例如当电机堵转大于2秒钟时，所述二极管42快速发热，并加热所述PTC热敏电阻43，所述PTC热敏电阻43转变为高阻态后可使得电流降低，并在事实上起到断路作用，当温度降低后再行恢复通路状态，这也就是该模块被称为单向自恢复保险丝模块的原因。此外，当所述放电继电器7失效、节点短路、同时所述负载端接头3意外施加反向12V、反向24V，所述单向自恢复保险丝41中的PTC在1秒内将变成高阻态，避免大电流引起火灾，提高系统的安全性。当所述放电继电器7失效、节点短路、同时所述负载端接头3意外施加正向24V，所述单向自恢复保险丝41中的二极管42反向阻断给所述三串三元锂电池组模块1充电，避免所述三串三元锂电池组模块1过压充电引起安全事故，提高系统的安全性。第三，采用继电器作为放电控制开关，而不采用现有技术中常用的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor，金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管)，不易失效短路。
优选地，所述恒流恒压模块具体为13V，在时间控制下满足所述三串三元锂电池组模块1的充电要求，且保证安全性。
优选地，所述单向自恢复保险丝模块4中的并联的单向自恢复保险丝41数量为20～80个。考虑到具体的二极管选型，考虑到汽车瞬间堵转电流可能达到2000A，设置在20～80个所述单向自恢复保险丝41，保证所述二极管42中的瞬间电流不大于所述二极管42的允许通过电流，可扩大单向导通电流能力，提高系统安全性。
需要指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种三元锂电池汽车应急启动电源，其特征在于，包括：
三串三元锂电池组模块；
四串三元锂电池组模块；
负载端接头；
单向自恢复保险丝模块，包括若干个并联的单向自恢复保险丝，所述单向自恢复保险丝包括串联的二极管与PTC热敏电阻；
恒流恒压模块，所述恒流恒压模块连接至所述四串三元锂电池组模块；
放电继电器；和放电管理模块，所述放电管理模块包括单片机和放电开关，所述放电管理模块连接并控制所述恒流恒压模块、所述放电继电器；
其中，所述PTC热敏电阻与所述二极管热接触。
2.根据权利要求1所述的三元锂电池汽车应急启动电源，其特征在于，所述恒流恒压模块具体为13V。
3.根据权利要求1所述的三元锂电池汽车应急启动电源，其特征在于，所述单向自恢复保险丝模块中的并联的单向自恢复保险丝数量为20～80个。
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