CN110641400A - 一种双电池系统的车辆启动电源及其车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双电池系统的车辆启动电源以及使用双电池系统启动电源的车辆。本发明的启动电源的电池组由启动电池组和储能电池组构成。启动电池组只负责发动机的启动，不给车载用电装置供电，并且可以独立启动发动机。储能电池组一方面给车载用电装置供电，同时，在电量较充足的情况下，还可以辅助启动。本发明可以有效防止由于电池过度放电导致发动机无法启动的问题，以及冬季启动困难的问题。

Description

一种双电池系统的车辆启动电源及其车辆

技术领域

本发明涉及机动车辆的启动电源以及使用该启动电源的车辆，在电动汽车中称之为辅助电源或者叫辅助电池。

背景技术

各种机动车辆已经成为人们日常的交通和运输工具，如载人的轿车和客车，运输货物的卡车等。这些车辆的启动都是依靠主要由电池组成的启动电源来实现的，由启动电源驱动启动电机，再由电机驱动发动机工作。在车载发电机停止工作的状态下，启动电源还负责给车载用电装置供电，这些装置如车灯、音响、电动门窗等。在纯电动汽车和增程式电动汽车中，启动电源（也称辅助电池）启动的不是发动机，而是整车控制器，同样地，也肩负在某些情况下给车载用电负载供电的功能。

启动电源的核心部件是蓄电池组。现行的各类车辆的启动电源采用的技术方案中，都是采用一个蓄电池组同时完成和肩负车辆启动和给车载用电装置供电的两重功能，表现在启动电源中只有一个蓄电池组。在运行实践中，这种方案暴露出很大的问题：

其一，常常出现因为各种原因导致在车载发电机不工作的状况下（电动汽车中则是DC/DC单元不工作的状况），车载用电装置长时间用电的情况，这导致启动电源的核心部件——蓄电池组储电量不足，从而无法完成车辆的下次启动。出现这种情况时，将不得不请专业服务公司进行服务；或者备用一个应急电源帮助启动。

其二，启动电源的两种不同功能对电池性能要求差异很大，启动功能要求电池放电倍率性能优异，而给车载用电装置供电功能则要求电池容量大，倍率性能要求不高。这种情况导致启动电源核心部件的蓄电池组的选配的困难。如，目前绝大多数启动电源的蓄电池组都使用极板式铅酸电池，这往往导致低温下的启动困难，在北方地区这种情况尤为突出。而如果全部使用放电倍率高（尤其是低温放电性能优异）的卷绕式铅酸电池或者铅炭电池，则成本太高，而且占用体积过大。

本发明即是针对现有技术方案的不足，提出一种新的解决方案。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提出一种新的车辆启动电源方案，以及一种采用新的启动电源方案的车辆的技术方案。

本发明的启动电源的技术方案是：采用双电池系统作为启动电源，启动电源核心部件——蓄电池系统由启动电池组和储能电池组两个蓄电池组组成，其中启动电池组仅用于车辆的启动，不向车载用电装置供电，该电池组可以独立完成车辆的启动；储能电池组用于给车载用电装置提供电能及辅助启动电池组对车辆进行启动。所述的两个蓄电池组正极端通过单向二极管或者由多个单向二极管并联形成的单向二极管的阵列并联连接，电流只能由储能电池组向启动电池组方向单向流动，而不能由启动电池组向储能电池组方向流动。

鉴于常常发生储能电池放电过度情况，而发动机启动开关控制和动作及车载发电机启动时所需要的他励，都是从储能电池组输出端供电的，所以启动时也需要这一端提供电量。因而，本发明的技术方案中，在储能电池组正极端和启动电池组正极端之间再设置一个开关，该开关为常开型的，当出现储能电池放电过度而不能启动时，闭合该开关，让启动电池组给启动开关及发电机励磁绕组临时供电。该常开开关最好选用按钮型延时开关，接通后延时一段时间自动断开。

本发明前述的置于储能电池组正极端和启动电池组正极端之间的常开开关闭合后，在启动电池组给启动开关器件和发电机励磁绕组供电的同时，不可避免地会给已经缺电的储能电池组供电。为减少这种效应，在前述的常开开关上串接一个限流电阻。

本发明启动电源前述的常开开关可以置于启动电源附近，在引擎盖打开的状态下操作。使用时，打开引擎盖，按下开关按钮，合上引擎盖。此时，电路会保持接通状态一段时间，回到驾驶室启动车辆；车辆启动后，到了一定时间按钮自动弹起，开关恢复到常开状态。

为操作方便，可以将本发明启动电源中所述的常开的开关置于驾驶室面板上。

更进一步方案是：将所述的常开的开关功能由车辆启动开关承担，只有在车辆启动开关位于“点火”及“启动”位置时，所述的常开的开关控制的线路处于接通状态，在车辆启动开关位于其它位置时，所述的常开的开关控制的线路处于断开状态。

本发明的启动电源所述的启动电池组的单体电池可以是极板式铅酸电池、卷绕式铅酸电池和铅碳电池中的其中一种。对于寒冷地区，冬季启动时需要很大的启动电流，可以选用铅炭电池或者卷绕式铅酸电池，它们的低温放电能力远远高于常规极板式铅酸电池。

本发明的启动电源所述的启动电池组的单体电池也可以选用锂离子电池。可以选用的锂离子电池包含但不限于：钛酸锂电池、磷酸铁锂电池、三元锂离子电池、钴酸锂电池、富锂锰基电池、锰酸锂电池、锂硫电池中的其中一种。

在选用锂离子电池作为本发明启动电源所述的启动电池时，所述的启动电池组要先串联一个单向二极管后再与具有充电保护功能的充电装置并联，再一起通过单向二极管与储能电池组并联。二极管的单向性可以保证启动电池组可以对外供电，但不能直接接受外来充电电流；与之并联的具有电池充电保护功能的充电装置不受二极管单向性的影响，可以接受对锂离子电池的充电。

在选用锂离子电池作为本发明启动电源所述的启动电池时，对于标称电压3.6—3.7V的锂离子电池，如三元锂离子电池，当使用四节串联时，充电装置需要有升压单元。对于磷酸铁锂（3.2V）和钛酸锂电池（2.3V），充电装置中可以不含升压单元。

本发明的启动电源标称电压可以是12V的，或者是24V的，当然，也可以是其它电压值。

本发明还提出了一种采用新的启动电源方案的车辆的技术方案，即：一种双电池系统启动电源的车辆，包含启动系统、车载发电机、车载用电负载及导电线缆，其特征是：所述的双电池系统由启动电池组和储能电池组的正极端通过单向二极管或者由多个单向二极管并联形成的单向二极管的阵列并联连接，所述的二极管电流流向只能由储能电池组向启动电池组方向单向流动；所述的储能电池组正极端只与车载用电负载和车载发电机输出端连接，所述的启动电池组的正极端一路与所述的启动系统的启动电机连接，另一路与所述的启动系统的继电器和所述的发电机的励磁绕组相连接。

本发明的车辆启动电源的蓄电池系统因为采用启动电池组和储能电池组双电池组，启动电池组只承担启动任务，不给车载用电装置供电，并且可以独立完成启动任务，储能电池组除了给车载装置供电外，还能辅助启动，因而可以有效克服现有技术的不足，防止因电池放电过度导致不能启动的情况。此外，因为采用双电池组，可以选择倍率性能及低温性能优异的电池作为启动电池，克服低温下的启动困难，又不太多的增加成本。

本发明的采用双电池系统启动电源的车辆，则对车辆的传统电气系统做了调整，使得本发明新的启动电源实施更便捷，效果更好。

【附图说明】图1是本发明的启动电源基本原理图，图2是两个正极端之间加上一个常开开关的本发明的启动电源原理图，图3是常开开关串联一个限流电阻的本发明的启动电源原理图，图4是启动电池组为锂离子电池组的本发明的启动电源原理图，图5是使用双电池系统启动电源的车辆的电气连接图。图中：

1————启动电池组

2————储能电池组

3————单向二极管（或二极管阵列）

4————储能电池组正极端，连接车载用电负载、车载发电机输出、发电机的励磁绕组、启动电路控制及继电器等

5————启动电池组正极端，连接发动机的启动电机；对于没有发动机的电动汽车，则该端与整车控制器连接

6————常开开关

7————限流电阻

8————锂离子电池组充电装置

9————单向二极管

10————启动电机

11————车载用电负载

12————车载发电机

13————发电机控制单元

14————启动开关单元

下面结合附图并以内燃机汽车为例进一步阐述本发明的技术方案。

单向二极管（或二极管阵列）3的作用是保证启动电池组1只能够向启动电机10供电，而不能向车载用电装置11以及储能电池组2供电，这就有效防止启动电池组1用电过度导致不能进行后续的启动的问题。单向二极管（二极管阵列）3允许储能电池组2向启动电机10供电，实现辅助启动功能；同时，单向二极管（单向二极管阵列）3还允许车载发电机12给启动电池组1充电。启动时，闭合启动开关14，启动电池组1向启动电机10放电，同时，在电量较充分时，储能电池组2经过单向二极管3向启动电机10放电，辅助启动电池组1实现启动功能。

启动完成后，启动开关14断开，同时车载发电机12开始向车载用电装置11供电，并且给启动电池组1和储能电池组2充电。当发电机12停止工作时，若车载用电装置11继续工作，则此时所需电能完全由储能电池组2提供，单向二极管3阻止启动电池组1放电，从而保证即使储能电池组放电过度，启动电池组1也能够继续进行以后的启动。

当储能电池组过度放电情况下，通过闭合常开开关6使得启动电池组1临时给连接在储能电池组2正极端4上的发电机励磁绕组和启动电路控制及继电器供电，从而保证启动的实现。当然，这时候免不了发生启动电池组给储能电池组充电的情况，为减少这一效应，加上限流电阻7.

对于启动电池组1是锂离子电池的情况，需要加设一个单向二极管9和一个具有充电保护功能的充电器8.当锂离子电池组充电电压高于车载发电机12输出电压时，充电器8还需要有升压功能模块。

以上是以内燃机车辆为例的情况，对于没有发动机的电动汽车，启动电池组1向整车控制器供电，DC/DC单元给车载用电负载11供电，并且给储能电池组2和启动电池组1供电。电动汽车中没有发电机因而不需要启动时的励磁。

【具体实施方式】下面举例说明本发明的实施方式。

实施例一

对于一个1.5L排量的家用轿车，采用12V的车辆启动电源，其中启动电池组为容量10Ah、标称电压12V的卷绕式铅酸电池组，储能电池组采用容量45Ah、标称电压12V的极板式铅酸电池组。选用过流200A的单向二极管。按照说明书附图2的连接方式进行连接，即可实现本发明的目的。

实施例二

将储能电池组换成20Ah、标称电压12V的铅炭电池组，储能电池组选用35AH12V的常规极板式铅酸电池组，其余同实施例一。

实施例三

对于载货卡车，采用24V的车辆启动电源，其中启动电池组为容量20Ah、标称电压24V的卷绕式铅酸电池组，储能电池组采用80AH、标称电压24V的极板式铅酸电池组。选用12个过流50A的单向二极管并联构成单向二极管阵列。按照说明书附图2的连接方式进行连接，即可实现本发明的目的。

实施例四

对于一个1.5L排量的家用轿车，采用12V的车辆启动电源，其中启动电池组为容量10Ah、标称电压12V的钛酸锂电池组（单体2.4V），储能电池组采用容量45Ah、标称电压12V的极板式铅酸电池组。选用过流200A的单向二极管3和过流300A的单向二极管9。按照说明书附图4的连接方式进行连接，即可实现本发明的目的。

实施例五

将12V的钛酸锂电池组换成14.4V的三元锂离子电池组，在充电单元8中加上一个14.4/17V的升压单元，其它同实施例四。

实施例六

对于一辆三厢型纯电动轿车型汽车，采用12V的车辆启动电源（也称辅助电源），其中启动电池组为容量10Ah、标称电压12V的极板式铅酸电池组，储能电池组采用容量45Ah、标称电压12V的极板式铅酸电池组。选用过流50A的单向二极管3，按照说明书附图1的方式连接，即可实现本发明的目的。

实施例七

对于一个1.5L排量的家用轿车，采用12V的车辆启动电源，其中启动电池组1为容量10Ah、标称电压12V的卷绕式铅酸电池组，储能电池组2采用容量45Ah、标称电压12V的极板式铅酸电池组。选用过流200A的单向二极管4。车辆的电气系统采用三根线，一路连接车载用电负载11、发电机12的输出端和储能电池组2输出端4，另外一路连接启动开关14、发电机励磁绕组13和启动电池组1输出端5，第三路连接启动电机10（通过启动开关14）和启动电池组1的输出端5.按照附图5的方式连接，即可实现本发明的目的。

Claims (10)

1.一种双电池系统的车辆启动电源，在电动汽车中常常称之为辅助电源，用于车辆启动和给车载用电装置提供电能，主要由蓄电池系统和导电线缆组成，其特征是：所述的蓄电池系统由启动电池组和储能电池组两个蓄电池组组成，所述的两个蓄电池组正极端通过单向二极管或者由多个单向二极管并联形成的单向二极管的阵列并联连接，所述的二极管电流流向只能由储能电池组向启动电池组方向单向流动，而不能由启动电池组向储能电池组方向流动。

2.如权利要求1所述的车辆启动电源，其特征是：所述的两个蓄电池组正极端之间再连接一个常开的开关，当所述的常开的开关闭合时，所述的两个蓄电池组正极端之间处在导通状态。

3.如权利要求1和2所述的车辆启动电源，其特征是：所述的常开的开关置于启动电源附近，在引擎盖打开的状态下操作。

4.如权利要求1和2所述的车辆启动电源，其特征是：所述的常开的开关置于驾驶室面板上。

5.如权利要求1和2所述的车辆启动电源，其特征是：所述的常开的开关是由车辆启动开关

承担，只有在车辆启动开关位于“点火”及“启动”位置时，所述的常开的开关控制的线路处于接通状态，在车辆启动开关位于其它位置时，所述的常开的开关控制的线路处于断开状态。

6.如权利要求1和2所述的车辆启动电源，其特征是：所述的常开的开关是具有接通延时功能的按钮开关，按下接通后可以保持一段时间再弹起断开，恢复到常开状态。

7.如权利要求1和2所述的车辆启动电源，其特征是：所述的启动电池组的单体电池是极板式铅酸电池、卷绕式铅酸电池和铅碳电池中的其中一种。

8.如权利要求1和2所述的车辆启动电源，其特征是：所述的启动电池组的单体电池是锂离子电池，包含但不限于：钛酸锂电池、磷酸铁锂电池、三元锂离子电池、钴酸锂电池、富锂锰基电池、锰酸锂电池、锂硫电池中的其中一种。

9.如权利要求1和8所述的车辆启动电源，其特征是：所述的启动电池组先串联一个单向二极管后再与具有充电保护功能的充电装置并联，再一起通过单向二极管与储能电池组并联。

10.一种双电池系统启动电源的车辆，包含启动系统、车载发电机、车载用电负载及导电线缆，其特征是：所述的双电池系统由启动电池组和储能电池组的正极端通过单向二极管或者由多个单向二极管并联形成的单向二极管的阵列并联连接，所述的二极管电流流向只能由储能电池组向启动电池组方向单向流动；所述的储能电池组正极端只与车载用电负载和车载发电机输出端连接，所述的启动电池组的正极端一路与所述的启动系统的启动电机连接，另一路与所述的启动系统的继电器和所述的发电机的励磁绕组相连接。

Images