CN111200174B - 一种车辆及其锂离子电池启动电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆及其锂离子电池启动电源系统，涉及车辆设备的技术领域，包括：锂离子电池组，第一开关组，启动电路，控制器和加热电路；控制器检测出工作状态为开启和温度低于或等于第一预设温度时，向第一开关组发送第一控制指令，以使第一开关断开、第二开关闭合，以使锂离子电池组为加热电路供电，以使加热电路加热锂离子电池组；控制器确定出温度大于或等于第二预设温度之后，向第一开关组发送第二控制指令，以使第一开关闭合；并向第二开关组发送第三控制指令，以使第三开关和第四开关闭合，以使锂离子电池组为超级电容供电，以使超级电容为车辆的发动机供电，解决了现有技术中锂电池在低温条件下无法为车辆的发动机供电的技术问题。

Description

一种车辆及其锂离子电池启动电源系统

技术领域

本发明涉及车辆设备技术领域，尤其是涉及一种车辆及其锂离子电池启动电源系统。

背景技术

在柴油机上，启动电源是启动发动机必需的储能装置，也是在发动机启动前为发动机，ECU(Electronic Control Unit电子控制单元)，控制盒及其他直流用电器供电。发动机启动后，启动电源可以作为辅助供电设备。尤其在商用车上，可以在不启动发动机的情况下，为驻车空调提供电源，为司机提供舒适的休息环境。

目前，大多数车辆采用铅酸电池作为启动电源，成熟的技术及较低的成本使其在启动电源市场占较大的份额。然而，铅酸电池寿命短，体积大，且充放电效率低，自放电率高，电池容易亏电，造成车辆无法去启动，给客户带来困扰。

锂离子电池高能量密度的特性，具有很高的电保持能力，相对于铅酸电池，锂电池体积小，充放电能力大，循环寿命长，从而可以大幅降低因亏电造成发动机不能启动的风险，减少客户后期的使用及维护成本。在商用车上，在不启动发动机的情况下，可以延长驻车空调的使用时间。

但是，由于锂离子电池在低温下的功率输出特性下降，因此，在低温条件下锂离子电池存在无法向车辆发动机供电的风险。

针对上述问题，还未提出有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种车辆及其锂离子电池启动电源系统，以缓解了现有技术中锂电池在低温条件下无法为车辆的发动机供电的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池启动电源系统，包括：锂离子电池组，第一开关组，启动电路，控制器和加热电路，其中，所述启动电路包括：第二开关组和超级电容；所述锂离子电池组、所述第一开关组和所述加热电路依次串联连接，所述锂离子电池组与所述启动电路相连接，且所述启动电路与所述加热电路和所述第一开关组并联连接；所述控制器，用于采集所述锂离子电池组的属性数据，并检测车辆启动开关的工作状态；所述属性数据包括以下至少之一：电压，电量，温度；所述控制器，还用于在检测出所述工作状态为开启，且确定出所述温度低于或等于第一预设温度时，向所述第一开关组发送第一控制指令，以使所述第一开关组中的第一开关断开、第二开关闭合；所述锂离子电池组，用于在所述第一开关断开、所述第二开关闭合之后，为所述加热电路供电，以使所述加热电路加热所述锂离子电池组；所述控制器，还用于在确定出所述温度大于或等于第二预设温度之后，向所述第一开关组发送第二控制指令，以使所述第一开关组中的第一开关闭合；并向所述第二开关组发送第三控制指令，以使所述第二开关组中的第三开关和第四开关闭合；所述锂离子电池组在所述第一开关、所述第三开关和第四开关闭合之后，为所述超级电容供电，以使超级电容为所述车辆的发动机供电。

进一步地，所述第一开关组还包括：第五开关，其中，第五开关与所述第一开关和第二开关并联连接；所述控制器还用于在检测出所述工作状态为闭合之后，向所述第一开关组发送第四控制指令，以使所述第一开关和所述第五开关断开；所述车辆的车载充电机，用于在所述第一开关和所述第五开关断开之后，为所述加热电路供电。

进一步地，所述控制器，还用于在所述车载充电机为所述加热电路供电之后，若确定出所述温度大于或等于第三预设温度，则向所述第一开关组发送第五控制指令，以使所述第一开关闭合；所述车载充电机，还用于在所述第一开关闭合之后，为所述锂离子电池组充电。

进一步地，所述加热电路包括：热敏电阻和第一继电器，所述热敏电阻与所述第一继电器串联连接；所述热敏电阻，用于在所述锂离子电池组或所述车载充电机为所述加热电路供电的情况下，加热所述锂离子电池组；所述第一继电器，用于在所述温度小于第三预设温度的情况下关闭，以及在所述温度大于或等于第三预设温度的情况下开启。

进一步地，所述系统还包括：第二继电器，其中，所述第二继电器与所述加热电路并联连接；所述控制器，还用于在确定出所述剩余电量小于预设电量的情况下，向所述第二继电器发送第六控制指令，以使所述第二继电器断开，以使所述锂离子电池组停止向所述车辆供电。

进一步地，所述系统还包括：电流传感器，其中，所述电流传感器串联在所述锂离子电池组和所述第一开关组之间；所述电流传感器，用于检测所述锂离子电源启动系统内的电流值，并将所述电流值发送给所述控制器。

进一步地，所述控制器还用于将所述属性数据和所述电流值发送给所述车辆的显示设备。

进一步地，所述第一开关组还包括：第一二极管，第二二极管和第一电阻，其中，所述第一二极管与第一开关并联连接，所述第二二极管与所述第二开关并联连接，所述第一电阻与所述第五开关串联连接。

进一步地，所述第二开关组还包括：第六开关，第三二极管，第四二极管和第二电阻，其中，所述第六开关与所述第三开关和第四开关并联连接，所述第三二极管与所述第三开关并联连接，所述四二极管与所述第四开关并联，所述第二电阻与所述第六开关串联连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种车辆，包括上述第一方面所述的锂离子电池启动电源系统，还包括车辆本体，所述锂离子电池启动电源系统用于为所述车辆本体供电。

在本发明实施例中，控制器用于在检测出工作状态为开启，且确定出温度低于或等于第一预设温度时，向第一开关组发送第一控制指令，以使第一开关组中的第一开关断开、第二开关闭合；锂离子电池组，用于在第一开关断开、第二开关闭合之后，为加热电路供电，以使加热电路加热锂离子电池组；控制器，还用于在确定出温度大于或等于第二预设温度之后，向第一开关组发送第二控制指令，以使第一开关组中的第一开关闭合；并向第二开关组发送第三控制指令，以使第二开关组中的第三开关和第四开关闭合；锂离子电池组在第一开关、第三开关和第四开关闭合之后，为超级电容供电，以使超级电容为车辆的发动机供电。

在本发明实施例所中，由于锂电池在低温条件下存在功率输出特性下降的情况，导致无法为车辆的发动机供电，车辆无法启动，本申请提供的锂离子电池启动电源系统，在低温条件下，控制器控制锂离子电池组为加热电路供电，以使加热电路对锂离子电池组进行加热，达到了保证锂离子电池组的输出功率的目的，进而解决了现有技术中锂电池在低温条件下无法为车辆的发动机供电的技术问题，从而实现了在低温条件下，锂离子电池组能够为车辆的发动机稳定供电的技术效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种锂离子电池启动电源系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种锂离子电池启动电源系统的示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种锂离子电池启动电源系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。

实施例一：

根据本发明实施例，提供了一种锂离子电池启动电源系统的实施例，图1是根据本发明实施例的一种锂离子电池启动电源系统的示意图。

如图1所示，该系统包括：锂离子电池组10，第一开关组20，启动电路30，控制器40和加热电路50，其中，所述锂离子电池组10、所述第一开关组20和所述加热电路50依次串联连接，所述锂离子电池组10与所述启动电路30相连接，且所述启动电路30与所述加热电路50和所述第一开关组20并联连接；所述启动电路30包括：第二开关组31和超级电容32；

所述控制器40，用于采集所述锂离子电池组10的属性数据，并检测车辆启动开关的工作状态；所述属性数据包括以下至少之一：电压，电量，温度；

所述控制器40，还用于在检测出所述工作状态为开启，且确定出所述温度低于或等于第一预设温度时，向所述第一开关组20发送第一控制指令，以使所述第一开关组20中的第一开关21断开、第二开关22闭合；

所述锂离子电池组，用于在所述第一开关21断开、所述第二开关22闭合之后，为所述加热电路50供电，以使所述加热电路50加热所述锂离子电池组10；

所述控制器40，还用于在确定出所述温度大于或等于第二预设温度之后，向所述第一开关组20发送第二控制指令，以使所述第一开关组中的第一开关21闭合；并向所述第二开关组31发送第三控制指令，以使所述第二开关组中的第三开关311和第四开关312闭合；

所述锂离子电池组在所述第一开关21、所述第三开关311和第四开关闭合312之后，为所述超级电容32供电，以使所述超级电容32为所述车辆的发动机供电。

在本发明实施例所中，由于锂电池在低温条件下存在功率输出特性下降的情况，导致无法为车辆的发动机供电，车辆无法启动，本申请提供的锂离子电池启动电源系统，在低温条件下，控制器控制锂离子电池组为加热电路供电，以使加热电路对锂离子电池组进行加热，达到了保证锂离子电池组的输出功率的目的，进而解决了现有技术中锂电池在低温条件下无法为车辆的发动机供电的技术问题，从而实现了在低温条件下，锂离子电池组能够为车辆的发动机稳定供电的技术效果。

需要说明的是，上述的第一预设温度和第二预设温度可以由工作人员根据实际情况自行设定，在本发明实施例中不做具体限定，一般情况下，第一预设温度为零下40℃，第二预设温度为零下20℃。

另外，还需要说明的是，对于上述的启动开关的工作状态，控制器可以通过检测车辆的钥匙信号来确定，如图1所示，该启动开关并联在上述的锂离子电池启动电源系统。

上述的控制器采用的是BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统)控制器。

在本发明实施例中，如图2所示，所述第一开关组20还包括：第五开关23，其中，所述第五开关23与所述第一开关21和第二开关22并联连接；

所述控制器还用于在检测出所述工作状态为闭合之后，向所述第一开关组发送第四控制指令，以使所述第一开关和所述第五开关断开；

所述车辆的车载充电机，用于在所述第一开关和所述第五开关断开之后，为所述加热电路供电。

在本发明实施例中，控制器还用于在检测出工作状态为闭合之后(相当于车辆的发动机已经启动)，控制器控制第一开关和第五开关断开，从而使得车载充电机为加热电路供电，以使加热电路继续对锂离子电池组进行加热，从而保证了锂离子电池组的温度，进而保证锂离子电池组能够正常为车辆供电。

另外，在本发明实施例中，在车载充电机开始为加热电路供电之后，控制器检测出锂离子电池组的温度大于第三预设温度，那么控制器则控制第一开关闭合。

在第一开关闭合之后，车载充电机将为锂离子电池充电。

另外，当锂离子电池组严重亏电，将对锂离子电池组实施断路保护，且控制器关机状态下，只需按照通常的并联外接应急电源的方式实现电机启动，然后按下锂离子电池组启动开关即可。如果是在库存状态下严重亏电，只需外接一个充电电源(例如，上述的车载充电机)，然后按下电池启动开关即可使车载充电机为锂离子电池组充电，充电10-20分钟，锂离子电池组即可恢复正常充放电。

在本发明实施例中，如图2所示，加热电路还包括：热敏电阻51和第一继电器52，所述热敏电阻51与所述第一继电器52串联连接；

热敏电阻用于锂离子电池组或车载充电机为加热电路供电的情况下，加热锂离子电池组。

在本发明实施例中，上述的热敏电阻采用PTC(Positive TemperatureCoefficient)热敏电阻，由于PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。

因此，采用PTC热敏电阻能够快速的为锂离子电池进行加热，以使锂离子电池能够快速升温至正常工作所需的温度。

第一继电器用于在温度小于第三预设温度的情况下关闭，以及在温度大于或等于第三预设温度的情况下开启。

在本发明实施例中，当控制器检测到锂离子电池组的温度升高至第三预设温度之后，控制器将控制第一继电器断开，从而使得锂离子电池组或出车载充电机不再为热敏电阻供电(即，不再对锂离子电池组进行加热)。

另外，需要说明的是，上述的第三预设温度可以由工作人员自行设定，在本发明实施例中不做具体限定，一般情况下，第三预设温度为10℃。

在本发明实施例中，如图2所示，所述第一开关组20还包括：第一二极管24，第二二极管25和第一电阻26，其中，所述第一二极管24与第一开关21并联连接，所述第二二极管25与所述第二开关22并联连接，所述第一电阻26与所述第五开关23串联连接。

在本发明实施例中，如图2所示，所述第二开关组还包括：第六开关313，第三二极管314，第四二极管315和第二电阻316，其中，所述第六开关313与所述第三开关311和第四开关312并联连接，所述第三二极管314与所述第三开关311并联连接，所述四二极管315与所述第四开关312并联，所述第二电阻316与所述第六开关313串联连接。

在本发明实施例中，如图3所示，所述系统还包括：第二继电器60，其中，所述第二继电器60与所述加热电路50并联连接；

在控制器，还用于在确定出所述剩余电量小于预设电量的情况下，向所述第二继电器发送第六控制指令，以使所述第二继电器断开，以使所述锂离子电池组停止向所述车辆供电。

在本发明实施例中，当控制器检测出锂离子电池组中的剩余电量小于预设电量时，控制器将控制第二继电器断开，使得锂离子电池组不再向车辆供电。

需要说明的是，上述的预设电量可以由工作人员根据实际情况自行设定，在本发明实施例中不做具体限定，一般情况下，预设电量设置为锂离子电池组总电量的10％。

另外，还需要说明的是，在预设电量小于锂离子电池组总电量的10％之后，可以通过外接电源或车载充电机为锂离子电池组充电，当锂离子电池组的剩余电量大于或等于锂离子电池组总电量的12％之后，驾驶员能够通过设置在车辆上的锂离子电池组启动按键，启动锂离子电池对车辆的供电功能。

在本发明实施例中，如图3所示，所述系统还包括：电流传感器70，其中，所述电流传感器串联在所述锂离子电池组10和所述第一开关组20之间；

所述电流传感器，用于检测所述锂离子电源启动系统内的电流值，并将所述电流值发送给所述控制器。

需要说明的是，控制器在获取到电流值和锂离子电池组的属性数据之后，控制器通过CAN线将电流值和属性数据发送给车辆的显示设备，以使显示设备将电流值和属性数据显示给驾驶员，从而使得驾驶员能够了解到上述的信息，及时对本系统进行维护。

实施例二：

在本申请实施例中提供了一种车辆，该车辆包括实施例一中所描述的锂离子电池启动电源系统，该车辆还包括车辆本体，锂离子电池启动电源系统用于为车辆本体供电。

本申请实施例提供了一种车辆，包括车辆本体和锂离子电池启动电源系统，该锂离子电池启动电源系统包括：锂离子电池组，第一开关组，启动电路，控制器和加热电路，其中，启动电路包括：第二开关组和超级电容；锂离子电池组、第一开关组和加热电路依次串联连接，锂离子电池组与启动电路相连接，且启动电路与加热电路和第一开关组并联连接；控制器用于在检测出工作状态为开启，且确定出温度低于或等于第一预设温度时，向第一开关组发送第一控制指令，以使第一开关组中的第一开关断开、第二开关闭合；锂离子电池组，用于在第一开关断开、第二开关闭合之后，为加热电路供电，以使加热电路加热锂离子电池组；控制器，还用于在确定出温度大于或等于第二预设温度之后，向第一开关组发送第二控制指令，以使第一开关组中的第一开关闭合；并向第二开关组发送第三控制指令，以使第二开关组中的第三开关和第四开关闭合；锂离子电池组在第一开关、第三开关和第四开关闭合之后，为超级电容供电，以使超级电容为车辆的发动机供电。

在本发明实施例中，由于锂电池在低温条件下存在功率输出特性下降的情况，导致无法为车辆的发动机供电，车辆无法启动，本申请提供的锂离子电池启动电源系统，在低温条件下，控制器控制锂离子电池组为加热电路供电，以使加热电路对锂离子电池组进行加热，达到了保证锂离子电池组的输出功率的目的，进而解决了现有技术中锂电池在低温条件下无法为车辆的发动机供电的技术问题，从而实现了在低温条件下，锂离子电池组能够为车辆的发动机稳定供电的技术效果。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种锂离子电池启动电源系统，其特征在于，包括：锂离子电池组，第一开关组，启动电路，控制器和加热电路，其中，所述启动电路包括：第二开关组和超级电容；所述锂离子电池组、所述第一开关组和所述加热电路依次串联连接，所述锂离子电池组与所述启动电路相连接，且所述启动电路与所述加热电路和所述第一开关组并联连接；

所述控制器，用于采集所述锂离子电池组的属性数据，并检测车辆启动开关的工作状态；所述属性数据包括以下至少之一：电压，剩余电量，温度；

所述控制器，还用于在检测出所述工作状态为开启，且确定出所述温度低于或等于第一预设温度时，向所述第一开关组发送第一控制指令，以使所述第一开关组中的第一开关断开、第二开关闭合；

所述锂离子电池组，用于在所述第一开关断开、所述第二开关闭合之后，为所述加热电路供电，以使所述加热电路加热所述锂离子电池组；

所述控制器，还用于在确定出所述温度大于或等于第二预设温度之后，向所述第一开关组发送第二控制指令，以使所述第一开关组中的第一开关闭合；并向所述第二开关组发送第三控制指令，以使所述第二开关组中的第三开关和第四开关闭合；

所述锂离子电池组在所述第一开关、所述第三开关和第四开关闭合之后，为所述超级电容供电，以使所述超级电容为所述车辆的发动机供电；

其中，所述第一开关与所述第二开关串联连接，所述第三开关与所述第四开关串联连接；

其中，所述第一开关组还包括：第五开关，其中，所述第五开关与所述第一开关和第二开关并联连接；

所述控制器还用于在检测出所述工作状态为闭合之后，向所述第一开关组发送第四控制指令，以使所述第一开关和所述第五开关断开；

所述车辆的车载充电机，用于在所述第一开关和所述第五开关断开之后，为所述加热电路供电；

其中，所述控制器，还用于在所述车载充电机为所述加热电路供电之后，若确定出所述温度大于或等于第三预设温度，则向所述第一开关组发送第五控制指令，以使所述第一开关闭合；

所述车载充电机，还用于在所述第一开关闭合之后，为所述锂离子电池组充电；

其中，所述第一开关组还包括：第一二极管，第二二极管和第一电阻，其中，所述第一二极管与第一开关并联连接，所述第二二极管与所述第二开关并联连接，所述第一电阻与所述第五开关串联连接；

所述第二开关组还包括：第六开关，第三二极管，第四二极管和第二电阻，其中，所述第六开关与所述第三开关和第四开关并联连接，所述第三二极管与所述第三开关并联连接，所述四二极管与所述第四开关并联，所述第二电阻与所述第六开关串联连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加热电路包括：热敏电阻和第一继电器，所述热敏电阻与所述第一继电器串联连接；

所述热敏电阻，用于在所述锂离子电池组或所述车载充电机为所述加热电路供电的情况下，加热所述锂离子电池组；

所述第一继电器，用于在所述温度小于第三预设温度的情况下关闭，以及在所述温度大于或等于第三预设温度的情况下开启。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第二继电器，其中，所述第二继电器与所述加热电路并联连接；

所述控制器，还用于在确定出所述剩余电量小于预设电量的情况下，向所述第二继电器发送第六控制指令，以使所述第二继电器断开，以使所述锂离子电池组停止向所述车辆供电。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：电流传感器，其中，所述电流传感器串联在所述锂离子电池组和所述第一开关组之间；

所述电流传感器，用于检测锂离子电源启动系统内的电流值，并将所述电流值发送给所述控制器。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于将所述属性数据和所述电流值发送给所述车辆的显示设备。

6.一种车辆，其特征在于，包括上述权利要求1-5中任意一项所述的锂离子电池启动电源系统，还包括车辆本体，所述锂离子电池启动电源系统用于为所述车辆本体供电。

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