CN111725878A - 一种装甲车辆用复合启动电源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种装甲车辆用复合启动电源，该复合启动电源包括超级电容器、锂离子电池、电源控制器；电源控制器，接收外部输入的装甲车启动指令，控制超级电容器给装甲车提供足够的启动功率以完成启动；装甲车启动之后，控制锂离子电池为装甲车上仪器仪表持续供电以及控制锂离子电池为超级电容器充电。本装甲车辆用复合启动电源，相较以前以铅酸电池作为应急启动电源，具有体积轻巧、循环寿命长、充电速度快，瞬间放电电流大等特点，同时产品可在‑45℃‑70℃温度大范围内使用，彻底解决了在低温环境下军用车辆蓄电池失效导致的启动困难问题，可满足坦克、装甲车辆、军队物资车和轮式车辆等大型军用装备大电流启动的需要。

Description

一种装甲车辆用复合启动电源
技术领域
本发明涉及一种装甲车辆用复合启动电源，特别涉及到一种装甲车辆用复合启动电源在大型军用装备大电流启动的应用。
背景技术
目前装甲车辆用启动电源全部使用的是铅酸电池作为启动电源，该形式作为装甲车启动的电源具有低温启动失效的现象，无法满足在极寒地带的使用；且装甲车辆运输负载有限，而在相同能量下，铅酸电池体积较大，重量较重，无法满足装甲车轻巧型设计要求。铅酸电池循环寿命不超过500次，放电倍率较低，维护效率较低，在铅酸电池制作时对环境也有污染，不利于环境的保护。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种装甲车辆用复合启动电源，解决了在低温环境下军用车辆蓄电池失效导致的启动困难问题。
本发明解决技术的方案是：一种装甲车辆用复合启动电源，该电源包括超级电容器、锂离子电池、电源控制器；
其中电源控制器，接收外部输入的装甲车启动指令，控制超级电容器给装甲车提供足够的启动功率以完成启动；装甲车启动之后，控制锂离子电池为装甲车上仪器仪表持续供电以及控制锂离子电池为超级电容器充电。
所述电源控制器包括单片机、第一断路器、第二断路器、第三断路器、第四断路器、电阻；
第一断路器跨接在超级电容器正极和锂离子电池正极之间；第三断路器一端连接在连接至单片机通用IO管脚上，另一端连接至锂离子电池正极；第二断路器一端连接至单片机通用IO管脚上，另一端连接超级电容器的正极，超级电容器负极和锂离子电池负极连接至装甲车辆启动电源的负端；电阻与第四断路器组成预充电路，预充电路的一端连接至单片机通用IO管脚，另一端连接至装甲车辆启动电源的正端；
单片机收到外部输入的装甲车启动指令之后，控制第二断路器闭合、第一断路器、第三断路器、第四断路器断开，超级电容器给甲车辆用启动电源供电，随着供电时间加长，电流趋于稳定之后，单片机控制第四断路器闭合，将电阻短路，之后，将第二断路器断开，第一断路器、第三断路器闭合，此时锂离子电池为装甲车上仪器仪表持续供电以及控制锂离子电池为超级电容器充电。
优选地，上述电源控制器还包括保险丝，通过保险丝，连接在单片机普通IO管脚与预充电路之间，用于在电流过大时，切换供电电路，保护装甲车辆用启动电源。
优选地，上述电源控制器还包括均衡器，单片机通过均衡器监测超级电容器和锂离子电池的电压，并控制均衡器均衡装甲车辆启动电源的电压。
优选地，上述电源控制器还包括霍尔传感器，用于采集充放电电流。
优选地，所述超级电容器包括N个超级电容器单体、连接片、导热绝缘橡胶垫、上下支架和拉杆紧固装置；
超级电容器单体通过连接n个一组并联之后，再L组串联连接成超级电容器模组，超级电容器模组四周经绝缘处理后，上下表面采用导热绝缘橡胶垫覆盖进行减振缓冲，最后超级电容器模组放置在上下支架之间，上下支架通过拉杆紧固装置锁紧，n大于等于2，L大于等于1。
优选地，所述锂离子电池包括M个锂离子电池单体、电池模块安装托盘、电芯固定架和连接片；
锂离子电池单体通过连接片m个一组并联之后，R组串联连接成锂离子电池组，锂离子电池组通过安装托盘及电芯固定架固定，m大于等于2，R大于等于1。
优选地，所述锂离子电池单体为二次电池体系锂离子电池单体，相比较铅酸电池，锂电池具有比能量大、工作范围宽、放电倍率高和循环寿命长的特点，相比较一次锂电池，二次锂电池具有重复使用的特点。
优选地，所述锂离子电池单体均可在-45℃～70℃的环境温度下进行供电。
优选地，上述装甲车辆用复合启动电源还包括机箱，机箱内部分为电源舱和电路舱，电源舱用于安装超级电容器和锂离子电池；电路舱用于安装电源控制器；电源舱和电路舱之间安装有走线槽，走线槽中放置控制线束，该控制线束使电源控制系统与超级电容器、锂离子电池进行电气连接。
所述机箱采用合金材料加工成型，机箱安装有提手和对外输出的电连接器。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)、本发明由于采用超级电容器与锂离子电池组作为装甲车复合启动电源，实现了在低温环境下，可满足使用。相比现有技术中的铅酸电池作为启动电源的方法，在满足装甲车启动的前提下，重量较低，体积较小，维护方便，循环寿命较长。
(2)、本发明电源控制系统通过对锂离子电池组和超级电容器的电池电压、电流、温度等信息的监测，保证了装甲车启动过程和行驶时的电源使用状态，增加了使用的可靠性和安全性，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明实施例的一种装甲车辆用复合启动电源的电路原理图。
图2为本发明实施例电源控制器原理图。
图3为本发明实施例超级电容器结构框图。
图4为本发明实施例锂离子电池结构框图。
图5为本发明实施例装甲车辆用复合启动电源总体结构框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明针对一种装甲车辆用复合启动电源，设计出的复合启动电源，具有体积轻巧、循环寿命长、充电速度快，瞬间放电电流大等特点，同时产品可在-45℃ˉ70℃温度大范围内使用，彻底解决了在低温环境下军用车辆蓄电池失效导致的启动困难问题，可满足坦克、装甲车辆、军队物资车和轮式车辆等大型军用装备大电流启动的需要。
如图1所示，本发明提供的一种装甲车辆用复合启动电源包括超级电容器2、锂离子电池4、电源控制器3；电源控制器3对装甲车启动电源信息进行收集和统筹管理。
其中电源控制器3，接收外部输入的装甲车启动指令，控制超级电容器2给装甲车提供足够的启动功率以完成启动；装甲车启动之后，控制锂离子电池4为装甲车上仪器仪表持续供电以及控制锂离子电池4为超级电容器2充电。
如图2所示，所述电源控制器2包括单片机18、第一断路器26、第二断路器24、第三断路器25、第四断路器21、霍尔传感器23、保险丝22、电阻20和均衡器19；各断路器与单片机18共同作用，完成系统控制功能以及对复合启动电源的保护、均衡等功能。
第一断路器26跨接在超级电容器2正极和锂离子电池4正极之间；第三断路器25一端连接在连接至单片机18通用IO管脚上，另一端连接至锂离子电池4正极；第二断路器24一端连接至单片机18通用IO管脚上，另一端连接超级电容器2的正极，超级电容器2负极和锂离子电池4负极连接至装甲车辆启动电源的负端；电阻20与第四断路器21组成预充电路，在启动瞬间装甲车辆启动电流过大，预充电路用于保护装甲车辆启动电源；预充电路的一端通过保险丝22连接至单片机通用IO管脚，另一端连接至装甲车辆启动电源的正端；
单片机18收到外部输入的装甲车启动指令之后，控制第二断路器24闭合、第一断路器26、第三断路器25、第四断路器21断开，超级电容器2给甲车辆用启动电源供电，随着供电时间加长，电流趋于稳定之后，单片机18控制第四断路器21闭合，将电阻20短路，之后，将第二断路器24断开，第一断路器26、第三断路器25闭合，此时锂离子电池4为装甲车上仪器仪表持续供电以及控制锂离子电池4为超级电容器2充电。这样，装甲车启动电源充电速度快，瞬间放电电流大。
保险丝22连接在单片机18普通IO管脚与预充电路之间，用于在电流过大时，切换供电电路，保护装甲车辆用启动电源；霍尔传感器23用于采集充放电电流；均衡器19用于均衡复合启动电源电压，保证启动电源电压使用寿命；第二断路器24是控制超级电容器2的闭合和断开输出；第一断路器26是锂离子电池4的闭合和断开输出。上述的所有控制均来自单片机18的主动控制，提高工作效率。
另外，上述装甲车辆用复合启动电源还集成了应急启动电源所有的保护功能，包括：过充保护、过放保护、反接保护、超温保护、低温保护共5项主要的保护功能，以及均衡充电模块，解决了锂电池在长期存放时，不同单体电芯之间由于自放电率不完全一致造成的容量和单体电压差异的问题。
其中过充保护是单片机18普通IO管脚采集超级电容器2或者锂离子电池4上的电压信号，当充电时所采集到电压信号超过单片机18程序中设定的标称电压时，单片机18自动发送指令，控制第一断路器26断开，切断充电回路，防止过充；过放保护是单片机18普通IO管脚采集超级电容器2或者锂离子电池4上的电压信号，当放电时所采集到电压信号低于单片机18程序中设定的标称电压时，单片机18自动发送指令，控制第四断路器21断开，切断放电回路，防止过放；反接保护是单片机18普通IO管脚采集超级电容器2或者锂离子电池4上的正负极极性，当出现正负极反接时，单片机18自动发送指令，控制第一断路器26和第四断路器21断开，切断充电回路和放电回路；超温保护是单片机18普通IO管脚采集超级电容器2或者锂离子电池上4的温度信号，当放电时所采集到温度信号高于单片机18程序中设定的标称温度时，单片机18自动发送指令，控制第一断路器26和第四断路器21断开，切断充电回路和放电回路，防止电源受到破坏；低温保护是单片机18普通IO管脚采集超级电容器2或者锂离子电池4上的温度信号，当放电时所采集到温度信号低于单片机18程序中设定的标称温度时，单片机18自动发送指令，控制第一断路器26和第四断路器21断开，切断充电回路和放电回路，防止电源受到破坏。
单片机18通过均衡器19监测超级电容器2和锂离子电池4的电压，当监测的超级电容器2或者锂离子电池4电压与设定的电压超过一定电压差值时，控制均衡器19中电阻20，对电压高的超级电容器2单体或者锂离子电池4单体进行放电，使所有的单体电压控制在一定的范围之内，达到均衡的效果。
其中电阻20的阻值选择是根据装甲车启动功率和复合启动电源的实际电压来确定；保险丝22的选择是根据装甲车启动的过载电流和最大工作温度等指标综合选择。如图3所示，所述超级电容器2包括N个超级电容器单体7、连接片8、导热绝缘橡胶垫11、上下支架10和拉杆紧固装置9；
超级电容器单体2通过连接片n个一组并联之后，再L组串联连接成超级电容器2模组，超级电容器2模组四周经绝缘处理后，上下表面采用导热绝缘橡胶垫11覆盖进行减振缓冲，最后超级电容器2模组放置在上下支架10之间，上下支架10通过拉杆紧固装置9锁紧，n大于等于2，L大于等于1。在本发明的某一具体实施例中，n为2，L为7。超级电容器单体与连接片之间由激光焊接方式连接，为了增加过载能力，保证了大电流放电时单体受热均匀。
如图4所示，所述锂离子电池4包括M个锂离子电池单体14、电池模块安装托盘17、电芯固定架12和连接片13；
锂离子电池单体通过连接片m个一组并联之后，R组串联连接成锂离子电池组，锂离子电池组通过安装托盘17及电芯固定架12固定，m大于等于2，R大于等于1。在本发明的某一具体实施例中，m＝15，R为7。采用合理布局、走线和安装固定，可以保证锂离子电池系统的绝对强度的同时，实现轻量化设计。锂离子电池单体与连接片之间也由激光焊接方式连接，为了增加过载能力，保证了大电流放电时单体受热均匀。
所述锂离子电池单体14均可再-45℃～70℃的环境温度下进行供电，保证装甲车辆用复合启动电源具有良好的环境适应性，在低温低气压和高温高气压均可使用。
如图5所示，本发明提供的装甲车辆用复合启动电源还包括机箱6，机箱6内部分为电源舱和电路舱，电源舱用于安装超级电容器2和锂离子电池4；电路舱用于安装电源控制器3；电源舱和电路舱之间安装有走线槽，走线槽中可放置由控制线束，该控制线束使电源控制系统3与超级电容器2、锂离子电池4进行电气连接。
所述机箱6采用合金材料加工成型，机箱6安装有提手1和对外输出的电连接器5。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种装甲车辆用复合启动电源，其特征在于包括超级电容器、锂离子电池、电源控制器；
其中电源控制器，接收外部输入的装甲车启动指令，控制超级电容器给装甲车提供足够的启动功率以完成启动；装甲车启动之后，控制锂离子电池为装甲车上仪器仪表持续供电以及控制锂离子电池为超级电容器充电。
2.根据权利要求1所述的一种装甲车辆用复合启动电源，其特征在于所述电源控制器包括单片机、第一断路器、第二断路器、第三断路器、第四断路器、电阻；
第一断路器跨接在超级电容器正极和锂离子电池正极之间；第三断路器一端连接在连接至单片机通用IO管脚上，另一端连接至锂离子电池正极；第二断路器一端连接至单片机通用IO管脚上，另一端连接超级电容器的正极，超级电容器负极和锂离子电池负极连接至装甲车辆启动电源的负端；电阻与第四断路器组成预充电路，预充电路的一端连接至单片机通用IO管脚，另一端连接至装甲车辆启动电源的正端；
单片机收到外部输入的装甲车启动指令之后，控制第二断路器闭合、第一断路器、第三断路器、第四断路器断开，超级电容器给甲车辆用启动电源供电，随着供电时间加长，电流趋于稳定之后，单片机控制第四断路器闭合，将电阻短路，之后，将第二断路器断开，第一断路器、第三断路器闭合，此时锂离子电池为装甲车上仪器仪表持续供电以及控制锂离子电池为超级电容器充电。
3.根据权利要求2所述的一种装甲车辆用复合启动电源，其特征在于还包括保险丝，保险丝连接在单片机普通IO管脚与预充电路之间，用于在电流过大时，切换供电电路，保护装甲车辆用启动电源。
4.根据权利要求2所述的一种装甲车辆用复合启动电源，其特征在于还还包括均衡器，单片机通过均衡器监测超级电容器和锂离子电池的电压，当监测的超级电容器或者锂离子电池电压与设定的电压超过一定电压差值时，控制均衡器中电阻，对电压高的超级电容器单体或者锂离子电池单体进行放电，使所有的单体电压控制在一定的范围之内，达到均衡的效果。
5.根据权利要求2所述的一种装甲车辆用复合启动电源，其特征在于还还包括霍尔传感器，用于采集充放电电流。
6.根据权利要求1所述的一种装甲车辆用复合启动电源，其特征在于所述超级电容器包括N个超级电容器单体、连接片、导热绝缘橡胶垫、上下支架和拉杆紧固装置；
超级电容器单体通过连接n个一组并联之后，再L组串联连接成超级电容器模组，超级电容器模组四周经绝缘处理后，上下表面采用导热绝缘橡胶垫覆盖进行减振缓冲，最后超级电容器模组放置在上下支架之间，上下支架通过拉杆紧固装置锁紧，n大于等于2，L大于等于1。
7.根据权利要求1所述的一种装甲车辆用复合启动电源，其特征在于所述锂离子电池包括M个锂离子电池单体、电池模块安装托盘、电芯固定架和连接片；
锂离子电池单体通过连接片m个一组并联之后，R组串联连接成锂离子电池组，锂离子电池组通过安装托盘及电芯固定架固定，m大于等于2，R大于等于1。
8.根据权利要求1所述的一种装甲车辆用复合启动电源，其特征在于所述锂离子电池单体为二次电池体系锂离子电池单体，相比较铅酸电池，锂电池具有比能量大、工作范围宽、放电倍率高和循环寿命长的特点，相比较一次锂电池，二次锂电池具有重复使用的特点。
9.根据权利要求1所述的一种装甲车辆用复合启动电源，其特征在于所述锂离子电池单体均可在-45℃～70℃的环境温度下进行供电。
10.根据权利要求1所述的一种装甲车辆用复合启动电源，其特征在于还包括机箱，机箱内部分为电源舱和电路舱，电源舱用于安装超级电容器和锂离子电池；电路舱用于安装电源控制器；电源舱和电路舱之间安装有走线槽，走线槽中放置控制线束，该控制线束使电源控制系统与超级电容器、锂离子电池进行电气连接。
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