CN106253382B - 一种用于24v锂电池与12v铅酸电池的双向互充系统 - Google Patents
一种用于24v锂电池与12v铅酸电池的双向互充系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于电压24V左右的锂电池与电压12V左右的铅酸电池的双向互充系统，特别是当载有12V左右的铅酸电池的传统小型汽车与24V左右锂电池电动助力车形成“伴侣”关系时，通过点烟器口使用车载12V电压给24V电动车锂电池进行充电，反过来也可以通过点烟器口使用24V电动车锂电池给车载12V铅酸电池进行充电。
Description
技术领域
本发明属于新能源领域，更具体地，涉及一种用于电压24V左右7节串联的锂电池与电压12V左右的铅酸电池的双向互充系统。
背景技术
24V电压锂电池是市场上多款锂电电动车(例如某些电动二轮代步车、电动滑板车)的标准工作电压，而普通家用汽车的点烟器接口为12V电压。轻便型电动车很多是采用24V锂电池，且便于放置于家用汽车中进行携带和保持，作为汽车伴侣。特别是有些电动车的锂电电池组还可以从电动车拆卸下来，更便于放置于家用汽车中。
目前，轻便型电动车与汽车没有相互电荷交互接口。例如在希望汽车持续提供空调时，又不希望车内铅酸电池耗电过多时，通过本发明的装置利用锂电池电动车的电量为汽车持续提供电量；此外，当锂电池电动车放置于汽车上时，希望通过本发明的装置利用汽车车内铅酸电池能够给锂电池进行充电。
目前尚没有锂电池与车载铅酸电池的双向互充系统。如果对电动车的锂电池充电需要使用外置充电器进行，而没有通过连接汽车点烟器对电动车锂电池直接进行充电的系统；另一个角度，希望通过电动车锂电池对汽车铅酸电池进行电量续航也没有这样的接口。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种独立的用于电压24V左右的锂电池与电压12V左右的车载铅酸电池的双向互充系统，特别是当传统小型汽车与锂电池电动助力车形成“伴侣”关系时，通过点烟器口使用车载12V电压给24V电动车锂电池进行充电，反过来也可以通过点烟器口使用24V电动车锂电池给车载12V铅酸电池进行充电。
本发明采用的技术方案是：
汽车点烟器的接口引出车载12V铅酸电池的12V电压信号线，所述铅酸电池12V电压信号线通过市面上常见的点烟器插头连接到本发明的外置适配器上。本发明的外置适配器上的开关实现两个通道的选择，第一通道为所述铅酸电池给所述锂电池充电的通道，第二通道为所述锂电池给所述铅酸电池充电的通道；第一通道的充电由所述铅酸电池升压到约29V/2A进行先恒流再恒压给所述锂电池进行充电，第二通道的充电由所述锂电池降压到约14V/5A进行先恒流再恒压给铅酸电池进行充电；
所述外置适配器与所述锂电池电池箱之间通过三根线进行连接，所述三根线分别为充铅酸线(“LiDischarge_24V”信号)、充锂电线(“ChargeLi_28.8V_2A”信号)、地线(“LiBattery_GND”信号)；
所述锂电池箱通过三芯插头的第1脚引出的充铅酸线(“LiDischarge_24V”信号)连接到降压通路的“LiDischarge_24V”输入端口；所述锂电池箱通过三芯插头的第3脚引出的地线(“LiBattery_GND”信号)连接到九脚同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的第三个双掷开关(即SW-SPDT(3))的第3-2脚；所述锂电池箱通过三芯插头的充锂电线(“ChargeLi_28.8V_2A”信号)与升压通路的“ChargeLi_28.8V_2A”输出端口相连。
所述车载铅酸电池通过点烟器插头第2脚铅酸正线与所述外置适配器另外一端的“Lead_Pos”信号相连，该“Lead_Pos”信号连接到九脚同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的第一个双掷开关(即SW-SPDT(1))的第1-2脚；所述(车载)铅酸电池通过点烟器插头第1脚铅酸负线与所述外置适配器另外一端的“Lead_Neg”信号相连，该“Lead_Neg”信号连接到九脚同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的第二个双掷开关(即SW-SPDT(2))的第2-2脚；
所述九脚同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的第一个双掷开关(SW-SPDT(1))的第1-3脚与降压通路“VOUT_24V_5A”输出端连接，而第1-1脚连接到升压通路“Vin_12V”输入端；
所述九脚同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的第二个双掷开关(SW-SPDT(2))的第2-3脚连接到降压通路“GND_SLe”端口，而第2-1脚连接到升压通路的“GND1”端口。
所述九脚同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的第三个双掷开关(SW-SPDT(2))的第3-3脚连接到降压通路“GND2”端口，而第3-1脚连接到升压通路的“GND_SLi”端口。
所述九脚同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的三个同步三刀双掷开关中的三刀是同步的，当操作开关时，内嵌的三个同步三刀双掷开关的公共端第2脚分别同时接通对应开关的接触端第3脚或者第1脚，从而实现在“铅酸充锂电”和“锂电充铅酸”之间的功能切换。
所述降压通路模块的功能是：将锂电池提供的24V左右电压，按照先以约5安培恒流方式再14伏特恒压的方式，对铅酸电池进行充电；所述升压通路模块的功能是：将铅酸电池提供的12V左右电压，按照先以约2安培恒流方式再29伏特恒压的方式，对锂电池进行充电；
所述降压通路的工作流程为：锂电池的24V左右电压加在“LiDischarge_24V”信号线上，此时锂电池接入的放电地信号线为“GND2”，而锂电池的能量经过DC-DC降压电源芯片XL4016及其周边电路后最终通过“VOUT_14V_5A”信号线及“GND_SLe”地信号实现对铅酸电池正负段的恒压恒流的充电操作；注，这里的输入地信号线“GND2”和输出地信号线“GND_SLe”是不同的，中间经过20欧姆的电阻。
所述升压通路的工作流程为：铅酸电池的12V左右电压加在“Vin_12V”信号线上，此时铅酸电池接入的放电地信号为“GND1”，对于铅酸电池的能量，经过DC-DC升压电源芯片LM3478和放大器芯片LM321及它们周边电路后最终通过“ChargeLi_28.8V_2A”信号线及“GND_SLi”地信号线以实现对锂电电池正负段的恒压恒流的充电操作；注，这里的输入地信号线“GND1”和输出地信号线“GND_SLi”是不同的，中间经过20欧姆的电阻。
根据本发明的双向互充系统，能够实现车载铅酸电池与电动车锂电池之间的双向互充，从而解决了电动汽车充电不便的问题，方便了用户的使用，增加了电动汽车的适用性，从而提升了汽车与电动车的功能。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明24V锂电池与车载12V铅酸电池的双向互充系统框图
图2为外置适配器的框图
图3为降压通路的电路原理图
图4为升压通路的电路原理图
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，首先在铅酸电池一侧，例如通过汽车上已有的点烟器接口(如后备箱点烟器接口)引出铅酸电池12伏特电压信号线，接到外置适配器上。
外置适配器上的开关通过1个同步(或叫做联动)三刀双掷开关(S1器件)实现两个通道的选择，即一个通道是由12V铅酸电池升压到29V2A进行先恒流再恒压给锂电池充电的通道，另外一个通道是由24V锂电池降压到14V5A进行先恒流再恒压给铅酸电池充电的通道。两个通道不能同时工作。
外置适配器与锂电池电池箱之间通过三根线进行连接，即充铅酸线、充锂电线、地线。这样做的原因在于锂电池内部电路常需要区分锂电池放电线路和锂电池充电线路。
如图2所示，锂电池箱通过与如图1右端的“三口插座”与本发明的外置适配器一端相连。图2中三芯插头(P2)的第1脚连接到降压通路的“LiDischarge_24V”端口，对应图1右端的“三口插座”的“充铅酸”线和图3左端标注“锂电放电”的“LiDischarge_24V”信号线；图2中三芯插头(P2)的第3脚连接到同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的第三个双掷开关(即SW-SPDT(3))的第3-2脚(即开关公共端)，对应图1右端的“三口插座”的“地线”；图2中三芯插头(P2)的第2脚连接到升压通路的“ChargeLi_28.8V_2A”端口，对应图1右端的“三口插座”的“充锂电”线和图4右端标注“充锂电线”的“ChargeLi_28.8V_2A”信号线；
车载铅酸电池通过与如图1左端点烟器插口对应的点烟器插头与本发明的外置适配器另外一端相连。图2中点烟器插头(P1)的正极第2脚连接到同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的第一个双掷开关(即SW-SPDT(1))的第1-2脚(即开关公共端)，对应图1中左端的点烟器插头的“铅酸正线”；图2中点烟器插头(P1)的负极第1脚连接到同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的第二个双掷开关(即SW-SPDT(2))的第2-2脚(即开关公共端)，对应图1中左端的点烟器插头的“铅酸负线”。
图2中同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的第一个双掷开关(SW-SPDT(1))的第1-3脚与降压通路的“VOUT_24V_5A”输出端连接，对应图3中右端“VOUT_24V_5A”信号线，而图2中同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的第一个双掷开关(SW-SPDT(1))的第1-1脚连接到升压通路的“Vin_12V”输入端，对应图4中左端“Vin_12V”信号线；
图2中同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的第二个双掷开关(SW-SPDT(2))的第2-3脚连接到降压通路“GND_SLe”端口，对应图3右端“GND_SLe”信号线；而图2中同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的第二个双掷开关(SW-SPDT(2))的第2-1脚连接到升压通路的“GND1”端口，对应图4左端“GND1”信号线。
图2中同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的第三个双掷开关(SW-SPDT(2))的第3-3脚连接到降压通路“GND2”端口，对应图3中左端“GND2”信号线；而图2中同步三刀双掷开关(S1器件)内嵌的第三个双掷开关(SW-SPDT(2))的第3-1脚连接到升压通路的“GND_SLi”端口，对应图4中右端“GND_SLi”信号线。
这里注意，同步三刀双掷开关S1中的三刀是同步的，也就是说当操作开关时，三个开关SW-SPDT(1)、SW-SPDT(2)和SW-SPDT(3)的公共端第2脚分别同时接通对应开关的接触端第3脚或者第1脚，因此开关S1实现的是在“铅酸充锂电”和“锂电充铅酸”之间的功能切换。
图2中降压通路模块的主要功能是：将锂电池提供的24V左右电压，按照先以约5安培恒流方式再14伏特恒压的方式，对铅酸电池进行充电。同理，图2中升压通路模块的主要功能是：将铅酸电池提供的12V左右电压，按照先以约2安培恒流方式再29伏特恒压的方式，对(7节串联的)锂电池进行充电。需要指出的是，降压通路模块和升压通路模块可以有多种实现方案，但是由于存在恒流恒压的功能，因此当降压通路模块、升压通路模块、铅酸电池以及锂电池的电路不能够“共地信号”，因此利用同步三刀双掷开关S1进行切换。
如图3所示，降压通路的工作流程为：7节串联锂电池的24V左右电压加在“LiDischarge_24V”信号线上，此时锂电池接入的放电地信号线为“GND2”，而锂电池的能量经过DC-DC降压电源芯片XL4016及其周边电路后最终通过“VOUT_14V_5A”信号线及“GND_SLe”地信号实现对铅酸电池正负段的恒压恒流的充电操作。
如图4所示，升压通路的工作流程为：铅酸电池的12V左右电压加在“Vin_12V”信号线上，此时铅酸电池接入的放电地信号为“GND1”，对于铅酸电池的能量，经过DC-DC升压电源芯片LM3478和放大器芯片LM321及它们周边电路后最终通过“ChargeLi_28.8V_2A”信号线及“GND_SLi”地信号线以实现对锂电电池正负段的恒压恒流的充电操作。
根据本发明的双向互充系统，能够实现车载铅酸电池与电动车锂电池之间的双向互充，从而解决了电动汽车充电不便的问题，方便了用户的使用，增加了电动汽车的适用性，从而提升了汽车与电动车的功能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则的内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明权利要求的保护范围的内。
Claims (2)
1.一种用于24V锂电池与车载12V铅酸电池的双向互充系统，其特征在于，汽车点烟器接口引出车载12V铅酸电池12V电压信号线，所述铅酸电池12V电压信号线接外置适配器，所述外置适配器上的开关实现两个通道的选择，第一通道为所述铅酸电池给所述锂电池充电的通道，第二通道为所述锂电池给所述铅酸电池充电的通道；第一通道的充电由所述铅酸电池升压到29V/2A进行先恒流再恒压给所述锂电池进行充电，第二通道的充电由所述锂电池降压到14V/5A进行先恒流再恒压给铅酸电池进行充电；
所述外置适配器与所述锂电池电池箱之间通过三根线进行连接，所述三根线分别为充铅酸线、充锂电线、地线；
所述锂电池箱通过一梅花插座对应的三芯插头与所述外置适配器一端相连，所述三芯插头的第1脚连接到所述外置适配器中降压通路模块的“LiDischarge_24V”信号线，所述三芯插头的第3脚连接到第三同步三刀双掷开关中的第2脚，所述三芯插头的第2脚连接到所述外置适配器中升压通路模块的“ChargeLi_28.8V_2A”信号线；
所述车载铅酸电池通过与左端点烟器插口对应的点烟器插头与所述外置适配器另外一端相连，其中所述点烟器插头的正极第2脚连接到第一同步三刀双掷开关的第2脚，所述点烟器插头的负极第1脚连接到第二同步三刀双掷开关的第2脚；
所述第一同步三刀双掷开关的第3脚连接到降压通路模块输出端“VOUT_24V_5A”信号线，所述第一同步三刀双掷开关的第1脚连接到升压通路模块输入端“Vin_12V”信号线；所述第二同步三刀双掷开关的第3脚连接到降压通路模块的“GND_SLe”信号线，所述第二同步三刀双掷开关的第1脚连接到升压通路模块的“GND1”信号线；所述第三同步三刀双掷开关的第3脚连接到降压通路模块的“GND2”信号线，所述第三同步三刀双掷开关的第1脚连接到升压通路模块的“GND_SLi”信号线；三个同步三刀双掷开关中的三刀是同步的，当操作开关时，三个同步三刀双掷开关的公共端第2脚分别同时接通对应开关的接触端的第3脚或者第1脚，从而实现在“铅酸充锂电”和“锂电充铅酸”之间的功能切换。
2.根据权利要求1所述的双向互充系统，其特征在于：所述降压通路模块的功能是：将7节串联的锂电池提供的24V电压，按照先以5安培恒流方式再14伏特恒压的方式，对铅酸电池进行充电；所述升压通路模块的功能是：将铅酸电池提供的12V电压，按照先以2安培恒流方式再29伏特恒压的方式，对7节串联的锂电池进行充电；
所述降压通道的工作流程为：锂电池采取7节串联，提供24V的电压连接到“LiDischarge_24V”信号线上，此时锂电池接入的放电地信号为“GND2”，对于锂电池的能量，经过DC-DC降压电源芯片XL4016后最终通过“VOUT_14V_5A”信号及“GND_SLe”地信号实现对铅酸电池正负段的恒压恒流的充电操作；
所述升压通道的工作流程为：铅酸电池提供12V的电压连接到“Vin_12V”信号线上，此时铅酸电池接入的放电地信号为“GND1”，对于铅酸电池的能量，经过DC-DC升压电源芯片LM3478后最终通过“ChargeLi_28.8V_2A”信号线及“GND_SLi”地信号线以实现对锂电电池正负段的恒压恒流的充电操作。
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