CN1622423A - 便携式锂离子电池能源箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种便携式锂离子电池能源箱，其特征在于有由2～14只锂离子电池组成的7.2V至50.4V的电池组，电池组的负极分别与充电器的负极和电流检测器、转换器和逆变装置的负极连接，电池组的正极分别与充电器的正极、熔断器、电源开关和转换器和逆变装置的正极连接，电池组的每只电池的正、负极引出两根测量线与安全监控装置输入端的连接，输出端分别与充电器、报警灯、转换器、逆变装置、剩余电量显示器和电流检测器连接，该能源箱具有可均衡充电，安全性好，重量轻，体积小，对环境无污染的优点及效果。

Description

便携式锂离子电池能源箱
技术领域
本发明涉及一种能源箱，特别是便携式锂离子电池能源箱，可用作小型储能型电源、储藏风力发电、太阳能发电和水力发电的电能，也可用作城市电网临时停电或夜间廉价电力的储藏装置及家庭生活的照明、通风换气家用电器的能源，属应急能源领域。
背景技术
随着工业建设的发展和人们生活水平不断提高，用电范围和用电量不断扩大，能源断缺的矛盾日益突出，造成电力供应日趋紧张，拉闸限电的情况时有发生；另外一些自然灾害如飓风、洪水也造成许多地方电网被迫停止供电，给生产和生活带来了诸多困难；还有一些长途跋涉的车辆以及野外宿营的人们也很需要有种备用应急电源，满足室内外的应急照明、通风、故障车辆启动、通讯供电方面的需求，而目前的应急能源设备，采用的电池体积大，重量重，而且使用范围窄，电量低、寿命短。
发明内容
本发明的目的正是为了克服上述己有技术的缺点与不足而设计一种体积小、重量轻、用途广的便携式锂离子电池能源箱，从而解决了能源紧缺和拉闸限电带来的各种不便。
本发明的目的是通过下列技术方案实现的：
便携式锂离子电池能源箱，它包括上箱体(1)、下箱体(22)、电池组(13)、照明灯(3、4)、照明灯开关(15、16)、直流电插座(19)、交流电插座(7)、充电器(9)、断路器电源开关(8)、安全监控装置(6)、手提拉手和背肩带，其特征在于：
在下箱体底面上固定有2-14只锂离子电池，每只电池的正、负极串联组成7.2～50.4V的电池组，电池组上面用绝缘板隔离，在下箱体的下隔板(2)上装有充电器、逆变装置(10)、DC/DC转换器(11)和安全监控装置，在上隔板(21)上装有剩余电量显示器(5)、报警灯(17)、交流电插座和直流电插座，电池组的负极分别与充电器负极和电流检测器(14)和DC/DC转换器和逆变装置的负极连接，电池组的正极分别与充电器的正极、熔断器(18)、断路器电源开关和DC/DC转换器和逆变装置的正极连接，DC/DC转换器的输出端负极连接安装在上箱体内壁上的两照明灯、照明灯开关和与直流电插座连接的直流电接口(26)负端连接，正端连接断熔器(20)与直流电接口的另端连接，逆变装置一输出端与熔断器(23)和与交流电插座连接的交流电接口(27)连接，另一输出线与交流电插座连接的交流电接口另端连接，电池组的每只电池的正、负极引出两根测量线(24、25)与安全监控装置输入端的连接，输出端分别与充电器、DC/DC转换器、逆变装置、剩余电量显示器和报警灯的输出端连接，电池组外侧底部还装有与充电器连接的散热风机(12)。
所述的安全监控装置由电压监控器、电流检测器、温度检测器和输出控制部分组成，电压监控器由光电继电器(32)、线性光电耦合器(31)和通道选择器(34)组成，每只电池输出电压输入端连接光电继电器输入端6脚、8脚，其输出口5脚、7脚分别连接线性光电耦合器的2脚、1脚，3脚接地，4脚连接单片机(35)的模数转换器A/D输入端，线性光电耦合器所有的1脚、3脚并联接+5V电源，2脚、4脚并联输出端依次连接内部有2-14路的通道选择器的驱动端CS1、CS2、CS10)，通道选择器与单片机的片选信号RB5接反向器(28)输入端连接，输出端与通道选择器15脚连接，单片机RD0-RD3通道分别与通道选择器10-13脚连接，通道选择另端接地；电流监控器它采用非接触式霍尔元件集电流，将霍尔元件主电路电压信号Ui连接到电池组的主回路与连接电容C11、C12、并联电阻R11、R12的运算放大器(36)ICI正输入端连接，其输出与单片机中A/D转换器输入口连接；温度监控器它选用Lm74传感器(30)贴在电池外侧，U+和GND连接并串联电容C21分别连接串联二极管(29)、+5V电源的正、负端，SI/O为采集施密特触发器的串行数据输入/输出端，SC为串行时钟输入端，SC接单片机的同步串行时钟口SCK，SI/O与单片机SDI与SDO串联电阻R21连接，单片机的CS脚与LM74的/C连接；输出控制部分的单片机RA输入、输出I/O口的0～4通道，分别连接光电耦合器(33)输出P1～P5五路开关量信号，P1和报警灯的输出端接口连接，P2与DC/DC转换器的紧急输出停止接口连接，P3与剩余电量显示器接口连接，P4与逆变装置的紧急停止接口连接，P5与充电器急停接口连接，单片机RB输入、输出I/O口的0～4通道分别连接报警灯和剩余电量显示器。
所述安全监控装置还设有液晶显示器接口；所述的线性光电耦合器为PC817，数字通道选择器为CD4067，运算放大器为ICL7650；所述的温传感器LM74为1m74cim-3。
由于采取上述技术方案使本发明与已有技术相比具有如下优点及效果：
(a)可均衡充电，保证每只电池充饱电，快速充电并可满足浮充要求，
(b)可恒定输出～220V或～110V单相交流电和恒定的12V的直流电，
(c)体积小、重量轻，使用方便，操作简单，安全性好，对环境无污染，
(d)可用作小型储能型电源、储藏风力发电、太阳能发电和水力发电的电能，也可用作城市电网临时停电或夜间廉价电力的储藏装置及家庭生活的照明、通风换气家用电器的能源。
附图说明：
图1为本发明能源箱的结构示意图
图2为本发明能源箱的原理图
图3为安全监控装置的电压监控器、电流检测器原理图
图4为安全监控装置的温度检测器与输出控制原理图
具体实施方式
便携式锂离子电池能源箱，由图1、2所示，它包括上箱体(1)、下箱体(22)、电池组(13)、照明灯(3、4)、照明灯开关(15、16)、直流电插座(19)、交流电插座(7)、充电器(9)、断路器电源开关(8)、安全监控装置(6)、手提拉手和背肩带(图中未示)，其中上、下箱体采用铝合金及彩色防火板制作，在下箱体底面上固定有2～14只锂离子电池，每只电池的正、负极串联组成7.2～50.4V的电池组，要求单体电池化学性能一致性好，用酚醛树脂绝缘板制作的隔离板(图中未示)将电池组隔离，在下箱体的下隔板(2)上装有充电器、逆变装置(10)、DC/DC转换器(11)和安全监控装置，在上隔板(21)上装有剩余电量显示器(5)、报警灯(17)、交流电插座和直流电插座，电池组的负极分别与充电器负极和电流检测器(14)和DC/DC转换器和逆变装置的负极连接，电池组的正极分别与充电器的正极、熔断器(18)、断路器电源开关和DC/DC转换器和逆变装置的正极连接，DC/DC转换器的输出端负极连接安装在上箱体内壁上的两照明灯、照明灯开关和与直流电插座连接的直流电接口(26)负端连接，正端连接断熔器(20)与直流电接口的另端连接，逆变装置一输出端与熔断器(23)和与交流电插座连接的交流电接口(27)连接，另一输出线与交流电插座连接的交流电接口另端连接，，可使电池组输出恒定的直流+12V电源，供照明灯及其它用电器使用，逆变装置一输出线与熔断器(23)和交流电插座的交流电接口(27)一端连接，另一输出线与交流电插座的交流电接口另端连接，可将电池组的直流电压DC12V通过逆变装置转换成220V或者110V交流电源，可用作小型储能型电源、储藏风力发电、太阳能发电和水力发电的电能，也可用作城市电网临时停电或夜间廉价电力的储藏装置及家庭生活的照明、通风换气家用电器的能源，电池组的每只电池的正、负极引出两根测量线(24、25)与安全监控装置输入端的连接，输出端分别与充电器、DC/DC转换器、逆变装置、剩余电量显示器(5)和报警灯(17)的输出端连接，安全监控装置对每只电池的电压、电流和温度进行监控，出现异常进行安全保护，电池组外侧底部还装有与充电器连接的散热风机(12)，用于充电时通风散热。
所述的安全监控装置由电压监控器、电流检测器、温度检测器和输出控制部分组成，电压监控器由光电继电器(32)、线性光电耦合器(31)和通道选择器(34)组成，每只电池输出电压输入端连接光电继电器输入端6脚、8脚，其输出口5脚、7脚分别连接线性光电耦合器的2脚、1脚，3脚接地，4脚连接单片机(35)的模数转换器A/D输入端，线性光电耦合器所有的1脚、3脚并联接+5V电源，2脚、4脚并联输出端依次连接内部有2-14路的通道选择器的驱动端CS1、CS2、CS10)，通道选择器与单片机的片选信号RB5接反向器(28)输入端连接，输出端与通道选择器15脚连接，单片机RD0-RD3通道分别与通道选择器10-13脚连接，通道选择另端接地，通道选择器选用CD4067，选用内部有2-14路数据通道选择器CD4067，可根据单片机控制其选择端导通或关断不同的光电继电器，将电池的单只的电压值经进光电藕合器传给单片机A/D输入端进行数据处理，因为电池电压是逐个按顺序的取，又通过光电藕合器进行隔离，解决了与单片机共模地的问题，同时解决了可直接读取每一个电池电压的问题，减少了测量电流误差，电压监控器用于充电器充电的每只电池电压监控，当充满到额定值时，P5发出信号，停止充电，当电压不足时，P3和P4发出信号，停止输出，允许充电。
电流监控器它采用非接触式霍尔元件集电流，将霍尔元件主电路电压信号Ui连接到电池组的主回路与连接电容C11、C12、并联电阻R11、R12的运算放大器(36)ICI正输入端连接，其输出与单片机中A/D转换器输入口连接，R11、R12与放大器组成比例放大器C11、C12为消光电容，它采用非接触式霍尔元件集电流，不消耗电池能量，且输出标准毫伏电压，运算放大器选择ICL7650，ICL7650为低零漂，单电源+5V即可工作，当电流大于规定的最大放电和充电的额定值，将迅速中断充电或放电。
温度监控器和输出监控器，如图4所示，温度监控器它选用Lm74传感器(30)贴在电池外侧，U+和GND连接并串联电容C21分别连接串联二极管(29)、+5V电源的正、负端，二极管可使5V电压降低到3.6V，SI/O为采集施密特触发器的串行数据输入/输出端，SC为串行时钟输入端，SC接单片机的同步串行时钟口SCK，SI/O与单片机SDI与SDO串联电阻R21连接，R21为了通讯口的要求而加的电阻，单片机的CS脚与LM74的/C连接，温度传感器自身将温度信号通过SI/O脚传给单片机，选用数字温度传感器它能输出温度数据既相关温度控制量，适配各种微控制器，并能最简方式构成高性价比多功能的智能温度监控，选用Im74cim-3传感器是美国半导体公司生产，它内含温度传感器和13位∑-Δ式A/D传感器，测温范围是一55℃～+125℃。当温度过高时，通过P3、P4和P5发出信号，停止放电、充电；输出控制器，单片机RA输入、输出I/O口的0～4通道，分别连接光电耦合器(33)输出P1～P5五路开关量信号，P1和报警灯的输出端接口连接，P2与DC/DC的紧急输出停止接口连接，P3与剩余电量显示器接口连接，P4与逆变装置的紧急停止接口连接，P5与充电器急停接口连接，单片机RB输入、输出I/O口的0～4通道分别连接报警灯和剩余电量显示器，用于控制充电、放电、报警、剩余电量显示。
本发明的安全监控装置还设有液晶显示接口，选KS0108B/HD61202图形液晶显示器，观察各参数情况。
工作过程：利用市电充电，充电器将市电～220V转换成低压直流电输送到锂离子电池组正、负极对电池组进行充电，同时散热风机工作，从电流测量器取得电流信号，从温度传感器得到电池的温度信号，当单体电池的电压达到允许充电上限时，由开始的恒流工作状态转到恒压工作状态，完成充电。当发现电池温度或电压异常时，通过p5线路，输出信号停止充电器充电。
当放电时，安全监控装置测得每只电池的电压值，当发现个别电池已达到电池Vdis值时，或者温度超过电池允许温度时或电池低于允许值Idis值，只要满足三者之一条件时，输出线路P3、P4输出开关量信号，而DC/DC转换器和逆变装置检测到该信号时，立刻终止工作输出。

Claims (5)

1、便携式锂离子电池能源箱，它包括上箱体(1)、下箱体(22)、电池组(13)、照明灯(3、4)、照明灯开关(15、16)、直流电插座(19)、交流电插座(7)、充电器(9)、断路器电源开关(8)、安全监控装置(6)、手提拉手和背肩带，其特征在于：
在下箱体底面上固定有2-14只锂离子电池，每只电池的正、负极串联组成7.2～50.4V的电池组，电池组上面用绝缘板隔离，在下箱体的下隔板(2)上装有充电器、逆变装置(10)、DC/DC转换器(11)和安全监控装置，在上隔板(21)上装有剩余电量显示器(5)、报警灯(17)、交流电插座和直流电插座，电池组的负极分别与充电器负极和电流检测器(14)和DC/DC转换器和逆变装置的负极连接，电池组的正极分别与充电器的正极、熔断器(18)、断路器电源开关和DC/DC转换器和逆变装置的正极连接，DC/DC转换器的输出端负极连接安装在上箱体内壁上的两照明灯、照明灯开关和与直流电插座连接的直流电接口(26)负端连接，正端连接断熔器(20)与直流电接口的另端连接，逆变装置一输出端与熔断器(23)和与交流电插座连接的交流电接口(27)连接，另一输出线与交流电插座连接的交流电接口另端连接，电池组的每只电池的正、负极引出两根测量线(24、25)与安全监控装置输入端的连接，输出端分别与充电器、DC/DC转换器、逆变装置、剩余电量显示器和报警灯的输出端连接，电池组外侧底部还装有与充电器连接的散热风机(12)。
2、根据权利要求1所述的便携式锂离子电池能源箱，其特征在于所述的安全监控装置由电压监控器、电流检测器、温度检测器和输出控制部分组成，电压监控器由光电继电器(32)、线性光电耦合器(31)和通道选择器(34)组成，每只电池输出电压输入端连接光电继电器输入端6脚、8脚，其输出口5脚、7脚分别连接线性光电耦合器的2脚、1脚，3脚接地，4脚连接单片机(35)的模数转换器A/D输入端，线性光电耦合器所有的1脚、3脚并联接+5V电源，2脚、4脚并联输出端依次连接内部有2-14路的通道选择器的驱动端CS1、CS2、CS10)，通道选择器与单片机的片选信号RB5接反向器(28)输入端，输出端与通道选择器15脚连接，单片机RD0-RD3通道分别与通道选择器10-13脚连接，通道选择另端接地；电流监控器它采用非接触式霍尔元件集电流，将霍尔元件主电路电压信号Ui连接到电池组的主回路与连接电容C11、C12、并联电阻R11、R12的运算放大器(36)ICI正输入端连接，其输出与单片机中A/D转换器输入口连接；温度监控器它选用Lm74传感器(30)贴在电池外侧，U+和GND连接并串联电容C21分别连接串联二极管(29)、+5V电源的正、负端，SI/O为采集施密特触发器的串行数据输入/输出端，SC为串行时钟输入端，SC接单片机的同步串行时钟口SCK，SI/O与单片机SDI与SDO串联电阻R21连接，单片机的CS脚与LM74的/C连接；输出控制部分的单片机RA输入、输出I/O口的0～4通道，分别连接光电耦合器(33)输出P1～P5五路开关量信号，P1和报警灯的输出端接口连接，P2与DC/DC转换器的紧急输出停止接口连接，P3与剩余电量显示器接口连接，P4与逆变装置的紧急停止接口连接，P5与充电器急停接口连接，单片机RB输入、输出I/O口的0～4通道分别连接报警灯和剩余电量显示器。
3、根据权利要求1所述的电池能源箱，其特征在于所述安全监控装置还设有液晶显示器接口。
4、根据权利要求1所述的电池能源箱，其特征在于所述的光电耦合器为PC817，通道选择器为CD4067，运算放大器为ICL7650。
5、根据权利要求1所述的电池能源箱，其特征在于所述的温度传感器LM74为1m74cim-3。
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