CN104300181A - 一种使用锂离子电池的汽车用应急启动电源 - Google Patents

一种使用锂离子电池的汽车用应急启动电源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种使用锂离子电池的汽车用jump starter。本发明旨在克服目前的jump starter使用铅酸电池及镍镉电池的污染问题及储存失效问题，以及使用锂离子电池jump starter成本高、可靠性差的问题。本发明的jump starter分别由三串(对应12Vjump starter)及六串(对应24Vjump starter)锂离子电池构成电池组，电池组与一个由稳压二极管构成的稳压单元并联，然后和一个直流接触器串联。本发明可以有效克服使用铅酸电池及镍镉电池的污染及储存失效问题，又能克服过去使用锂离子电池的成本高、可靠性差的问题，还能防止错用、滥用导致的损坏。

Description

一种使用锂离子电池的汽车用应急启动电源
【技术领域】本发明涉及使用锂离子电池的汽车用应急启动电源，亦称jump starter。 
【背景技术】汽车已经日益普及，广泛成为人们的日常交通工具。每辆汽车都配有一个启动电源，用于启动发动机，以及给汽车的各种用电器具的供电，如照明、雨刮器、电动车窗等。目前汽车启动电源基本上都是铅酸电池，在寒冷的冬天，因为铅酸电池的低温放电性能很差，常常出现打不着火的情形。此外，也常常出现因为各种原因导致启动电源电用光的情形，使得车辆无法启动。例如，在停车状态，车内用电装置(如车灯、雨刮器等)没有关闭，以及车辆长时间怠速行驶状态下，这种情形下，因为发电机没有启动，不能给电池充电，容易出现电池电量耗尽的情况。 
为了应对上述情形带来的汽车无法启动的问题，出现了一种称之为jump starter的辅助启动工具。Jump starter是一种由能够高倍率放电的电池组构成，瞬间能够提供车辆启动所需的几百安培乃至上千安培的电流。使用前一般充满电，当出现车辆打不着火、无法启动时，使用该工具可将车辆启动，然后转入车辆自主供电的正常状态。 
目前市场上的jump starter的电池主要使用卷绕式铅酸电池，以及小部分的镍镉电池。这两类电池都有严重的环境污染问题，目前在全球都受到日益严格的限制。此外，铅酸电池还有一个致命的毛病，那就是在放电态下放置，性能迅速劣化。Jump starter多数情况是为应对冬季寒冷天气的，用户常常一年之内(甚至更长时间)不去管它，电池因为自放电导致部分或全部处在放电态，从而导致电池性能劣化，使得jump starter失效。 
为了克服现有技术中的上述缺陷，现在已经有人开始使用锂离子电池作为jump starter的电池。为了与目前的启动电源相同项匹配，必须保证jump starter的电池组电压的匹配性。目前都是使用标称电压为3.2v的磷酸铁锂电池，将这样的电池4个串联起来使用，构成标称电压12.6v的电池组。若使用三个磷酸铁锂电池串联，则启动输出(电流一般数百安培)电压往往不够。由于磷酸铁锂电池目前并未大量成熟使用，所以可靠性及耐用性还有不少问题，价格也很高。更重要的是，这样一来，导致成本比使用铅酸电池及镍镉电池高出很多，市场难以接受。而目前标称电压为3.6v的三元锂离子电池已经在许多领域得到广泛成熟的使用，其产品可靠性高，价格也因为产业的成熟而已经很低。但三元锂离子电池用在jump starter上存在电压匹配的问题。若使用四串，则电压超出15v，与发动机不匹配，且这样成本依然偏高；若使用三串，因为其最高使用电压12.6v，低于汽车启动后给电池充电的电压，无法承受汽车启动后的反充电，也无法承受汽车中原有的启动电源对它的充电。 
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提出一种新的jump starter的方案，既能解决现有技术方案使用铅酸蓄电池及镍镉蓄电池带来的污染大以及电池搁置失效的问题，又能解决因使用锂离子电池带来的可靠性、耐用性及成本过高的问题。 
本发明的技术方案是，对于与12V汽车启动电源匹配的jump starter，使用由三个标称容量和标称电压相同的电池及电池的组合体串联而成的锂离子电池组，电池组与一个由稳压二极管构成的稳压单元并联，然后再与一个由直流接触器充当的开关串联连接。 
本发明中，对于与12V汽车启动电源匹配的jump starter，稳压单元的稳压值范围为12.0V～13.0V，较佳的是12.4V～12.6V。稳压单元是由稳压二极管构成的，或者是由稳压二极管组合成的稳压二极管阵列。 
本发明中，对于与12V汽车启动电源匹配的jump starter，充当开关的直流接触器的开关信号是jump starter的两个与负载连接的输出端子的电压值U，当u1≤U≤u2时，直流接触器导通，当U＜u1以及U＞u2时，直流接触器断开。 
本发明中，u1的范围是6.0～8.0V，较佳的是7.0～7.5V；u2的范围是10.5V～12.6V，较佳的是11.0V～12.0V. 
本发明中，对于与12V汽车启动电源匹配的jump starter，电池组是由三个相同标称容量和标称电压的单体三元锂离子电池串联而成，也可以是由三个相同标称容量和电压的三元锂离子电池组合体串联而成。 
本发明的电池组的充电采用并联充电方法，电池组不加电池保护板。 
本发明的另外一个技术方案是，对于与24V汽车启动电源匹配的jump starter，使用由六个标称容量和标称电压相同的电池及电池的组合体串联而成的锂离子电池组，电池组与一个由稳压二极管构成的稳压单元并联，然后再与一个由直流接触器充当的开关串联连接。 
本发明中，对于与24V汽车启动电源匹配的jump starter，稳压单元的稳压值范围为24.0V～26.0V，较佳的是24.8V～25.2V。稳压单元是由稳压二极管构成的，或者是由稳压二极管组合成的稳压二极管阵列。 
本发明中，对于与24V汽车启动电源匹配的jump starter，充当开关的直流接触器的开关信号是jump starter的两个与负载连接的输出端子的电压值U，当u3≤U≤u4时，直流接触器导通，当U＜u3以及U＞u4时，直流接触器断开。 
本发明中，u3的范围是12.0～16.0V，较佳的是14.0～15.0V；u2的范围是21.0V～25.2V，较佳的是22.0V～24.0V. 
本发明中，对于与24V汽车启动电源匹配的jump starter，电池组是由六个相同标称容量和标称电压的单体三元锂离子电池串联而成，也可以是由六个相同标称容量和电压的三元锂离子电池组合体串联而成。电池组的充电采用并联充电方法，电池组不加电池保护板。 
采用本发明的方案，因为直流接触器的使用，及其开关方式和条件的设置，使得使用三串(与12V汽车启动电源匹配)及六串(与24V汽车启动电源匹配)三元锂离子电池时，不再出现无法承受车辆及汽车启动电源的反充电问题，从而克服了使用三串(与12V汽车启动电源匹配)及六串(与24V汽车启动电源匹配)三元锂离子电池的重要技术障碍。使用三串(与12V汽车启动电源匹配)及六串(与24V汽车启动电源匹配)三元锂离子电池组作为jump starter的电池，使得成本大为降低，可靠性及耐用性大为提高，从而为jump starter中使用锂离子电池取代铅酸及镍镉电池，铺平了道路。 
使用本发明的技术方案，还能防止jump starter的输出端子与负载接反、接错以及不小心短接带来的损坏。 
另外，本发明采用并联充电，可以去掉电池保护板，既可以降低成本，又能提高可靠性。 
【附图说明】
附图为本发明的示意图，图中 
1----jump starter接负载的两个端子，通常是鳄鱼夹 
2----jump starter的锂离子电池组 
3----电池组的充电接入口 
4----与电池组串联的充当开关的直流接触器 
5----与电池组并联的由稳压二极管构成的稳压单元 
以下结合附图对本发明作进一步说明。 
对于与12V启动电源匹配的Jump starter，使用前，使用锂离子电池专用并联充电器通过充电接入口3，给jump starter的电池组2充电。使用时，将jump starter的接负载端子1的两个鳄鱼夹分别对应夹在车辆原有的启动电源的两个极柱上。当jump starter接负载的两个端子1的电压在设定的范围u1-u2时，直流接触器4接通，否则断开。启动时，负载接通，若直流接触器已经在接通状态，则jump starter给负载供电；若直流接触器4处在断 开状态，则负载接通后，原启动电源的电压迅速下降至直流接触器接通的电压范围，从而直流接触器4接通，给负载供电。发动机启动后，出现反充电时，当电压超出u2时，直流接触器4断开。稳压单元5是为了防止出现反充电且电压超过u2时，直流接触器4不能及时断开，从而使jump starter的电池承受过压伤害。一旦出现这种情况，稳压单元导通，把电池组两端电压限制在u2值，从而保护电池组不受过压伤害。 
对于与24V启动电源匹配的jump starter，除了直流接触器开关信号的电压范围变为u3-u4外，其它相同。 
【具体实施方式】
下面举例说明本发明的实施方式。 
实施例一 
使用容量1.5Ah的倍率型18650三元锂离子电芯作为单体，将10个电芯并联成15Ah3.6V的电池组合体，然后将三个这样的相同的组合体串联连接，形成10.8V15Ah的电池组，作为jump starter的锂离子电池组。电池组充电采用并联充电，充电方式采用通用的CC/CV模式，电池组不加电池保护板。将该电池组与稳压值为12.6V的由稳压二极管构成的稳压单元并联。然后，将并联有稳压单元的电池组与12v400A的直流接触器串联连接。直流接触器以jump starter的两个与负载相接的端子上的电压为开关信号。这样就构成了一个与12V启动电源匹配的锂离子电池的jump starter。 
使用时，将jump starter的接负载端子的两个鳄鱼夹分别对应夹在车辆原有的启动电源的两个极柱上。当jump starter接负载的两个端子的电压在7.0V-12.6V之间时，直流接触器接通，否则断开。启动时，负载接通，若直流接触器已经在接通状态，则jump starter给负载供电；若直流接触器处在断开状态，则负载接通后，原启动电源的电压迅速下降至直流接触器接通的电压范围，从而直流接触器接通，给负载供电。发动机启动后，出现反充电时，当电压超出12.6V时，直流接触器断开。稳压单元是为了防止出现反充电且电压超过12.6V时，直流接触器不能及时断开，从而使jump starter的电池承受过压伤害。一旦出现这种情况，稳压单元导通，把电池组两端电压限制在12.6V值，从而保护电池组不受过压伤害。 
实施例二 
使用容量1.5Ah的倍率型18650三元锂离子电芯作为单体，将10个电芯并联成15Ah3.6V的电池组合体，然后将六个这样的相同的组合体串联连接，形成21.6V15Ah的电池组，作为jump starter的锂离子电池组。电池组充电采用并联充电，充电方式采用通用的CC/CV模式，电池组不加电池保护板。将该电池组与稳压值为25.2V的由稳压二极管构成的稳压单元并联。然后，将并联有稳压单元的电池组与24v400A的直流接触器串联连接。直流接触器以jump starter的两个与负载相接的端子上的电压为开关信号。这样就构成了一个与24V启动电源匹配的锂离子电池的jump starter。 
使用时，将jump starter的接负载端子的两个鳄鱼夹分别对应夹在车辆原有的启动电源的两个极柱上。当jump starter接负载的两个端子的电压在14.0V-25.2V之间时，直流接触器接通，否则断开。启动时，负载接通，若直流接触器已经在接通状态，则jump starter给负载供电；若直流接触器处在断开状态，则负载接通后，原启动电源的电压迅速下降至直流接触器接通的电压范围，从而直流接触器接通，给负载供电。发动机启动后，出现反充电时，当电压超出25.2V时，直流接触器断开。稳压单元是为了防止出现反充电且电压超过25.2V时，直流接触器不能及时断开，从而使jump starter的电池承受过压伤害。一旦出现这种情况，稳压单元导通，把电池组两端电压限制在25.2V值，从而保护电池组不受过压伤害。 

Claims (10)

1.一种使用锂离子电池的汽车用应急启动电源，由电池组单元和开关组成，其特征是：所述的电池组由三个标称容量和标称电压相同的电池及电池的组合体串联而成；所述的电池组两端并联接上一个由稳压二极管构成的稳压单元；所述的开关为直流接触器，与电池组串联。 
2.如权利要求1所述的应急启动电源，其特征是所述的稳压单元的稳压值范围为12.0V～13.0V，较佳的是12.4V～12.6V。 
3.如权利要求1和2所述的应急启动电源，其特征是所述的稳压单元是由稳压二极管构成，也可以是由稳压二极管组合成的稳压二极管阵列。 
4.如权利要求1所述的应急启动电源，其特征是所述的直流接触器的开关信号是应急启动电源的两个与负载连接的输出端子的电压值U，当u1≤U≤u2时，直流接触器导通，当U<u1以及U>u2时，直流接触器断开。其中，u1的范围是6.0～8.0V，较佳的是7.0～7.5V；u2的范围是10.5V～12.6V，较佳的是11.0V～12.0V。 
5.如权利要求1所述的应急启动电源，其特征是所述的电池组是由三个相同标称容量和标称电压的单体三元锂离子电池串联而成，也可以是由三个相同标称容量和电压的三元锂离子电池并联组合体串联而成。 
6.如权利要求1所述的应急启动电源，其特征是所述的电池组的充电采用并联充电方法。 
7.一种使用锂离子电池的汽车用应急启动电源，由电池组单元和开关组成，其特征是：所述的电池组由六个标称容量和标称电压相同的电池及电池的组合体串联而成；所述的电池组两端并联接上一个由稳压二极管构成的稳压单元；所述的开关为直流接触器，与电池组串联。 
8.如权利要求7所述的应急启动电源，其特征是所述的稳压单元的稳压值范围为24.0V～26.0V，较佳的是24.8V～25.2V。 
9.如权利要求7所述的应急启动电源，其特征是所述的直流接触器的开关信号是应急启动电源的两个与负载连接的输出端子的电压值U，当u3≤U≤u4时，直流接触器导通，当U<u3以及U>u4时，直流接触器断开。其中，u3的范围是12.0～16.0V，较佳的是14.0～15V；u4的范围是21V～25.2V，较佳的是22.0V～24.0V。 
10.如权利要求7所述的应急启动电源，其特征是所述的电池组的充电采用并联充电方法。 
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