CN204243846U - 一种大功率一体化锂电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种大功率一体化锂电池，包括直流供电接口、交流供电接口、第一比较器、第二比较器、第三比较器、功率开关、控制开关、信号处理电路、可变恒流/限压直流充电器、14.4V锂电池及管理电路、电压检测电路、反相器和恒流/限压交流充电器。本实用新型提供的大功率一体化锂电池中，包括有功率开关，所述功率开关的输入端与直流供电接口和14.4V锂电池及管理电路连接，因而具有直流供电直接输出和14.4V大容量锂电池输出的功能，且直流供电直接输出优先，同时还具有交流充电和直流充电功能，且交流充电优先，所以可作为在汽车上使用的大容量蓄电池，可供用户选择的功能余地较多。

Description

一种大功率一体化锂电池

技术领域

本实用新型属于锂电池领域，具体涉及一种大功率一体化锂电池。

背景技术

目前，在汽车上使用的电器设备越来越多，功率也越来越大，当汽车电瓶不能支持这些电器设备的使用时间时，就需要使用其它大容量的蓄电池来支持。但是，本实用新型的发明人经过研究发现，到目前为止，能在汽车上使用的大容量蓄电池不多，因而可供用户选择的余地较小。

实用新型内容

针对现有技术存在的到目前为止，能在汽车上使用的大容量蓄电池不多，因而可供用户选择的余地较小的技术问题，本实用新型提供一种大功率一体化锂电池。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种大功率一体化锂电池，包括直流供电接口、交流供电接口、第一比较器、第二比较器、第三比较器、功率开关、控制开关、信号处理电路、可变恒流/限压直流充电器、14.4V锂电池及管理电路、电压检测电路、反相器和恒流/限压交流充电器；所述直流供电接口的输出端与功率开关的一个输入端连接，功率开关的输出端连接被供电负载，第一比较器连接于所述直流供电接口的输出端与功率开关的控制端之间，可变恒流/限压直流充电器的输入端与所述直流供电接口的输出端连接，输出端经14.4V锂电池及管理电路后与功率开关的另一个输入端连接，信号处理电路的一个输入端与所述直流供电接口的输出端连接，输出端经控制开关后与可变恒流/限压直流充电器的第一控制端连接，第三比较器的一个输入端与所述直流供电接口的输出端连接，输出端与控制开关的控制端连接，所述交流供电接口的输出端经电压检测电路、第二比较器和反相器后与可变恒流/限压直流充电器的第二控制端连接，恒流/限压交流充电器的输入端与所述交流供电接口的输出端连接，输出端连接于可变恒流/限压直流充电器和14.4V锂电池及管理电路之间，且恒流/限压交流充电器的控制端连接于第二比较器和反相器之间。

本实用新型提供的大功率一体化锂电池中，包括有功率开关，所述功率开关的输入端与直流供电接口和14.4V锂电池及管理电路连接，因而具有直流供电直接输出和14.4V大容量锂电池输出的功能，且直流供电直接输出优先，同时还具有交流充电和直流充电功能，且交流充电优先，所以可作为在汽车上使用的大容量蓄电池，可供用户选择的功能余地较多。

进一步，所述功率开关包括H输入端、L输入端、控制端和输出端，所述H输入端与直流供电接口的输出端连接，所述L输入端与14.4V锂电池及管理电路的输出端连接，所述控制端与第一比较器的输出端连接，所述输出端连接被供电负载。

进一步，所述第一比较器包括正输入端、负输入端和输出端，所述正输入端连接直流供电接口的输出端，所述负输入端与设置的12V直流供电欠压保护电压连接，所述输出端与功率开关的控制端连接。

进一步，所述可变恒流/限压直流充电器包括输入端、第一控制端、第二控制端和输出端，所述输入端连接直流供电接口的输出端，所述第一控制端与控制开关的输出端连接，所述第二控制端与反相器的输出端连接，所述输出端与14.4V锂电池及管理电路的输入端连接。

进一步，所述第三比较器包括正输入端、负输入端和输出端，所述正输入端连接直流供电接口的输出端，所述负输入端与设置的自适应工作阀值电压连接，所述输出端与控制开关的控制端连接。

进一步，所述控制开关包括H输入端、L输入端、控制端和输出端，所述H输入端与直流最大充电电流的设置电压连接，所述L输入端与信号处理电路的输出端连接，所述控制端与第三比较器的输出端连接，所述输出端与可变恒流/限压直流充电器的第一控制端连接。

进一步，所述第二比较器包括正输入端、负输入端和输出端，所述正输入端连接电压检测电路的输出端，所述负输入端与设置的交流供电欠压保护电压连接，所述输出端与反相器的输入端和恒流/限压交流充电器的控制端连接。

进一步，所述恒流/限压交流充电器包括输入端、输出端和控制端，所述输入端与交流供电接口的输出端连接，所述输出端连接于可变恒流/限压直流充电器和14.4V锂电池及管理电路之间，所述控制端连接于第二比较器和反相器之间。

进一步，所述信号处理电路包括第一加法器、第二加法器和比例放大器，第一加法器的正输入端与设置的自适应工作阀值电压连接，第一加法器的负输入端与所述直流供电接口的输出端连接，第一加法器的输出端与第二加法器的负输入端连接，第二加法器的正输入端与设置的自适应控制灵敏度电压连接，第二加法器的输出端与比例放大器的输入端连接，比例放大器的输出端与控制开关的L输入端连接。

进一步，所述设置的自适应控制灵敏度电压为0.5～1.2V。

附图说明

图1是本实用新型提供的大功率一体化锂电池原理结构示意图。

图2是图1中信号处理电路的原理结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

请参考图1所示，一种大功率一体化锂电池，包括直流供电接口(即12V直流供电)、交流供电接口(即220V交流供电)、第一比较器(即A1)、第二比较器(即A2)、第三比较器(即A3)、功率开关(即K1)、控制开关(即K2)、信号处理电路、可变恒流/限压直流充电器、14.4V锂电池及管理电路、电压检测电路(即电压检测)、反相器(即N1)和恒流/限压交流充电器；所述直流供电接口的输出端与功率开关的一个输入端连接，功率开关的输出端连接被供电负载，第一比较器连接于所述直流供电接口的输出端与功率开关的控制端之间，可变恒流/限压直流充电器的输入端与所述直流供电接口的输出端连接，输出端经14.4V锂电池及管理电路后与功率开关的另一个输入端连接，信号处理电路的一个输入端与所述直流供电接口的输出端连接，输出端经控制开关后与可变恒流/限压直流充电器的第一控制端连接，第三比较器的一个输入端与所述直流供电接口的输出端连接，输出端与控制开关的控制端连接，所述交流供电接口的输出端经电压检测电路、第二比较器和反相器后与可变恒流/限压直流充电器的第二控制端连接，恒流/限压交流充电器的输入端与所述交流供电接口的输出端连接，输出端连接于可变恒流/限压直流充电器和14.4V锂电池及管理电路之间，且恒流/限压交流充电器的控制端连接于第二比较器和反相器之间。

本实用新型提供的大功率一体化锂电池中，包括有功率开关，所述功率开关的输入端与直流供电接口和14.4V锂电池及管理电路连接，因而具有直流供电直接输出和14.4V大容量锂电池输出的功能，且直流供电直接输出优先，同时还具有交流充电和直流充电功能，且交流充电优先，所以可作为在汽车上使用的大容量蓄电池，可供用户选择的功能余地较多。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述功率开关K1包括H输入端、L输入端、控制端和输出端，所述H输入端与直流供电接口的输出端连接，所述L输入端与14.4V锂电池及管理电路的输出端连接，所述控制端与第一比较器的输出端连接，所述输出端连接被供电负载。具体地，为了在直流供电输出和14.4V大容量锂电池输出之间进行供电选择或切换，因而在被供电负载之前设置了所述功率开关K1。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述第一比较器A1包括正输入端、负输入端和输出端，所述正输入端连接直流供电接口的输出端，所述负输入端与设置的12V直流供电欠压保护电压连接，所述输出端与功率开关的控制端连接。具体地，为了让所述功率开关K1在所述直流供电接口和14.4V锂电池及管理电路之间进行切换，本实施在所述功率开关K1的控制端设置了第一比较器A1，以防止所述直流供电接口输出的电压过低时可自动切换至所述14.4V锂电池及管理电路供电。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述可变恒流/限压直流充电器包括输入端、第一控制端、第二控制端和输出端，所述输入端连接直流供电接口的输出端，所述第一控制端与控制开关的输出端连接，所述第二控制端与反相器的输出端连接，所述输出端与14.4V锂电池及管理电路的输入端连接。具体地，为了能够对所述14.4V锂电池及管理电路中的大容量锂电池充电，以防止该大容量锂电池由于输出电压过多而导致电压不足的问题，本实施例在所述14.4V锂电池及管理电路之前设置了该可变恒流/限压直流充电器，以实现对大容量锂电池恒流/限压充电。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述第三比较器A3包括正输入端、负输入端和输出端，所述正输入端连接直流供电接口的输出端，所述负输入端与设置的自适应工作阀值电压连接，所述输出端与控制开关的控制端连接。具体地，为了让所述控制开关K2在所述直流最大充电电流的设置电压和信号处理电路的输出电压之间进行切换，本实施在所述控制开关K2的控制端设置了第三比较器A3。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述控制开关K2包括H输入端、L输入端、控制端和输出端，所述H输入端与直流最大充电电流的设置电压连接，所述L输入端与信号处理电路的输出端连接，所述控制端与第三比较器的输出端连接，所述输出端与可变恒流/限压直流充电器的第一控制端连接。具体地，为了在直流最大充电电流的设置电压和信号处理电路的输出电压之间进行电压选择或切换，因而在所述可变恒流/限压直流充电器的第一控制端之前设置了控制开关K2。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述第二比较器A2包括正输入端、负输入端和输出端，所述正输入端连接电压检测电路的输出端，所述负输入端与设置的交流供电欠压保护电压连接，所述输出端与反相器的输入端和恒流/限压交流充电器的控制端连接。具体地，为了让所述14.4V锂电池及管理电路在所述可变恒流/限压直流充电器和恒流/限压交流充电器之间进行切换，本实施在所述可变恒流/限压直流充电器和恒流/限压交流充电器之前设置了第二比较器A2，以用于当交流供电不正常使所述恒流/限压交流充电器停止工作时，可切换至所述可变恒流/限压直流充电器工作。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述恒流/限压交流充电器包括输入端、输出端和控制端，所述输入端与交流供电接口的输出端连接，所述输出端连接于可变恒流/限压直流充电器和14.4V锂电池及管理电路之间，所述控制端连接于第二比较器和反相器之间。在本实施例中，在所述14.4V锂电池及管理电路之前设置该恒流/限压交流充电器，由此可实现对所述14.4V锂电池及管理电路中的大容量锂电池按恒流/限压方式充电，即实现交流充电。

作为具体实施例，请参考图2所示，所述信号处理电路包括第一加法器AD1、第二加法器AD2和比例放大器P，第一加法器的正输入端与设置的自适应工作阀值电压连接，第一加法器的负输入端与所述直流供电接口的输出端连接，第一加法器的输出端与第二加法器的负输入端连接，第二加法器的正输入端与设置的自适应控制灵敏度电压连接，第二加法器的输出端与比例放大器的输入端连接，比例放大器的输出端与控制开关的L输入端连接。采用本实施例中提供的具体信号处理电路结构，可以有效对直流供电接口输出功率进行检测判断，以确认其是否能同时满足对负载供电功率和对锂电池充电功率的要求。

作为优选实施例，所述设置的自适应控制灵敏度电压为0.5～1.2V，由此可以更好地控制自适应电路开始工作和停止工作。

为了使本领域的技术人员对本实用新型的供电和充电原理有更加清楚的认识和了解，以下将结合附图1和附图2详细说明不同供电和充电模式下的工作过程。

一、12V直流供电：

12V直流供电由12V汽车电瓶提供，提供的电压为VDC1，当功率开关K1掷H时，VDC1经功率开关K1连接至负载，负载上的直流电压VO＝VDC1。

二、14.4V大容量锂电池供电：

14.4V大容量锂电池供电由14.4V锂电池及管理电路中的14.4V大容量锂电池提供，提供的电压为VDC2，当功率开关K1掷L时，负载上的直流电压VO＝VDC2。具体地，14.4V锂电池及管理电路中除含有14.4V大容量锂电池外，还有充电过压保护电路、充电过流保护电路、充电均衡电路、放电欠压保护电路、放电过流保护电路及放电均衡电路，这些电路统称为电池管理电路，与14.4V大容量锂电池密不可分。

其中，在12V直流供电和14.4V大容量锂电池供电之间以12V直流供电为优先，VS1为设置的12V直流供电欠压保护电压。当VDC1＞VS1时，第一比较器A1输出高电平，该高电平控制功率开关K1掷H，VO＝VDC1，整机输出由12V直流供电提供；当VDC1降低到VDC1＜VS1时，第一比较器A1输出低电平，该低电平使功率开关K1掷L，VO＝VDC2，整机输出由14.4V大容量锂电池提供。

三、交流充电：

由220V交流供电端输入VAC的交流电至恒流/限压交流充电器，恒流/限压交流充电器对14.4V锂电池及管理电路中的大容量锂电池按恒流/限压方式充电，恒流值为IC1，限压值为VC1。恒流/限压交流充电器是否工作受VE1控制，VE1为高电平时充电器工作，VE1为低电平时充电器不工作。

四、直流充电：

由12V直流供电端输入VDC1的直流电至可变恒流/限压直流充电器，可变恒流/限压直流充电器对大容量锂电池充电，充电电流为IC2，IC2受VCC控制，IC2与VCC成正比例关系，限压值为VC2。可变恒流/限压直流充电器是否工作受VE2控制，VE2为高电平时充电器工作，VE2为低电平时充电器停止工作。

其中，在交流充电与直流充电之间以交流充电为优先，VAC经电压检测电路得到与VAC大小成正比例的直流电压VM1，VS2为设置的交流供电欠压保护电压。当VM1＞VS2时，表明交流供电正常，第二比较器A2输出的VE1为高电平，VE1控制交流充电器工作，反相器N1输出的VE2为低电平，VE2使直流充电器停止工作。当VM1＜VS2时，表明交流供电不正常，第二比较器A2输出的VE1为低电平，VE1使交流充电器停止工作，反相器N1输出的VE2为高电平，VE2使直流充电器工作。

直流充电功率的自适应原理：

直流供电对锂电池充电时，当直流供电电压下降到接近欠压保护值时，应减小锂电池的充电电流，当直流供电电压低于欠压保护值时，应停止对锂电池充电。直流供电同时对负载供电和对锂电池充电时，由于直流供电的输出功率有限，在负载供电功率与锂电池充电功率之间，应优先保证负载供电功率。本实用新型通过直流充电电流自适应直流供电电压来完成以上要求。VS3为设置的自适应工作阀值电压：VDC1＞VS3时，自适应电路不工作；VDC1＜VS3时，自适应电路开始工作。VS4为设置的自适应控制灵敏度电压，VS4＝0.5～1.2V。

根据图2中信号处理电路的组成框图可得：第一加法器AD1输出为：VS3-VDC1；第二加法器AD2输出为：VS4-(VS3-VDC1)；比例放大器P输出为：VCC2＝P×(VS4-(VS3-VDC1))。具体设计中，应当保证在VDC1＝VS3时，P×VS4＝VCC1；设计中，还应当要保证VS4＝VS3-VS1。

当VDC1＞VS3时，表明直流供电输出电压较高，且直流供电输出功率能同时满足对负载供电功率和对锂电池充电功率的要求，直流充电器按设置的最大充电电流向锂电池充电。此时，第三比较器A3输出高电平，该高电平使控制开关K2掷H，VCC＝VCC1，VCC1为直流最大充电电流的设置电压，自适应电路不工作。

当VDC1＜VS3时，表明直流供电输出电压较低，或直流供电输出功率不能同时满足负载功率和充电功率的需要。VS3-VDC1的差值越大，表示VDC1低于VS3的幅度越大或表示负载功率引起VDC1电压跌落的幅度越大，此时应减小对锂电池的充电电流以减小对锂电池的充电功率。当VS3-VDC1的差值增大到VS3-VDC1＝VS4时，根据设计条件VS4＝VS3-VS1可知VDC1＝VS1，表明此时VDC1已下降到欠压保护值，对锂电池的充电电流应减小至0。

当VDC1＜VS3时，第三比较器A3输出低电平，该低电平使控制开关K2掷L，VCC＝VCC2，自适应电路开始工作。由VCC2＝P×(VS4-(VS3-VDC1))和P×VS4＝VCC1可知：当VDC1下降到VDC1＝VS3时，VCC2＝P×VS4＝VCC1，即VCC＝VCC1，表明自适应电路刚开始工作时，直流充电电流是VCC1设置的值。VDC1继续下降，VS3-VDC1的差值变大，VCC2变小，VCC变小，直流充电电流变小。当VDC1下降到使VS3-VDC1的差值增大到VS3-VDC1＝VS4时，VCC2＝0，VCC＝0，直流充电电流IC2＝0。

本实用新型提供的大功率一体化锂电池，具有直流供电直接输出和14.4V大容量锂电池输出的功能，且直流供电直接输出优先；具有交流充电和直流充电功能，且交流充电优先。在直流充电时，具有直流充电功率自适应功能：在直流供电输出电压下降到欠压值附近或负载供电功率增大到使直流供电输出电压跌落到欠压值附近时，直流充电电流随直流供电输出电压的下降而快速减小；在直流供电输出电压下降或跌落到欠压值时，直流充电电流减小为0。

以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本实用新型的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大功率一体化锂电池，其特征在于，包括直流供电接口、交流供电接口、第一比较器、第二比较器、第三比较器、功率开关、控制开关、信号处理电路、可变恒流/限压直流充电器、14.4V锂电池及管理电路、电压检测电路、反相器和恒流/限压交流充电器；所述直流供电接口的输出端与功率开关的一个输入端连接，功率开关的输出端连接被供电负载，第一比较器连接于所述直流供电接口的输出端与功率开关的控制端之间，可变恒流/限压直流充电器的输入端与所述直流供电接口的输出端连接，输出端经14.4V锂电池及管理电路后与功率开关的另一个输入端连接，信号处理电路的一个输入端与所述直流供电接口的输出端连接，输出端经控制开关后与可变恒流/限压直流充电器的第一控制端连接，第三比较器的一个输入端与所述直流供电接口的输出端连接，输出端与控制开关的控制端连接，所述交流供电接口的输出端经电压检测电路、第二比较器和反相器后与可变恒流/限压直流充电器的第二控制端连接，恒流/限压交流充电器的输入端与所述交流供电接口的输出端连接，输出端连接于可变恒流/限压直流充电器和14.4V锂电池及管理电路之间，且恒流/限压交流充电器的控制端连接于第二比较器和反相器之间。

2.根据权利要求1所述的大功率一体化锂电池，其特征在于，所述功率开关包括H输入端、L输入端、控制端和输出端，所述H输入端与直流供电接口的输出端连接，所述L输入端与14.4V锂电池及管理电路的输出端连接，所述控制端与第一比较器的输出端连接，所述输出端连接被供电负载。

3.根据权利要求1所述的大功率一体化锂电池，其特征在于，所述第一比较器包括正输入端、负输入端和输出端，所述正输入端连接直流供电接口的输出端，所述负输入端与设置的12V直流供电欠压保护电压连接，所述输出端与功率开关的控制端连接。

4.根据权利要求1所述的大功率一体化锂电池，其特征在于，所述可变恒流/限压直流充电器包括输入端、第一控制端、第二控制端和输出端，所述输入端连接直流供电接口的输出端，所述第一控制端与控制开关的输出端连接，所述第二控制端与反相器的输出端连接，所述输出端与14.4V锂电池及管理电路的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的大功率一体化锂电池，其特征在于，所述第三比较器包括正输入端、负输入端和输出端，所述正输入端连接直流供电接口的输出端，所述负输入端与设置的自适应工作阀值电压连接，所述输出端与控制开关的控制端连接。

6.根据权利要求1所述的大功率一体化锂电池，其特征在于，所述控制开关包括H输入端、L输入端、控制端和输出端，所述H输入端与直流最大充电电流的设置电压连接，所述L输入端与信号处理电路的输出端连接，所述控制端与第三比较器的输出端连接，所述输出端与可变恒流/限压直流充电器的第一控制端连接。

7.根据权利要求1所述的大功率一体化锂电池，其特征在于，所述第二比较器包括正输入端、负输入端和输出端，所述正输入端连接电压检测电路的输出端，所述负输入端与设置的交流供电欠压保护电压连接，所述输出端与反相器的输入端和恒流/限压交流充电器的控制端连接。

8.根据权利要求1所述的大功率一体化锂电池，其特征在于，所述恒流/限压交流充电器包括输入端、输出端和控制端，所述输入端与交流供电接口的输出端连接，所述输出端连接于可变恒流/限压直流充电器和14.4V锂电池及管理电路之间，所述控制端连接于第二比较器和反相器之间。

9.根据权利要求1所述的大功率一体化锂电池，其特征在于，所述信号处理电路包括第一加法器、第二加法器和比例放大器，第一加法器的正输入端与设置的自适应工作阀值电压连接，第一加法器的负输入端与所述直流供电接口的输出端连接，第一加法器的输出端与第二加法器的负输入端连接，第二加法器的正输入端与设置的自适应控制灵敏度电压连接，第二加法器的输出端与比例放大器的输入端连接，比例放大器的输出端与控制开关的L输入端连接。

10.根据权利要求1所述的大功率一体化锂电池，其特征在于，所述设置的自适应控制灵敏度电压为0.5～1.2V。