CN207542814U - 一种应急启动电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及储能系统技术领域，具体公开了一种应急启动电源，设有电池组、超级电容矩阵、电源管理系统，还设有第一开关、第二开关、第三开关、限流电阻、电力输出正极端及电力输出负极端。实施本实用新型提供的一种应急启动电源，限制了充电电流同时避免了电池组欠压或过充，保护了电池组及超级电容矩阵，避免其被损坏，保证了电池组的循环寿命和容量；使用电池组进行电量存储，使用超级电容矩阵进行瞬间大倍率放电，实现在应急启动待启动设备时进行相互弥补，极大地减少了电池组中串联的电池数量，缩减了成本，实现待启动设备的瞬间大倍率放电应急启动，同时还减小了该应急启动电源的体积和重量，性价比高，具有较强的市场竞争力。

Description

一种应急启动电源

技术领域

本实用新型涉及储能系统技术领域，尤其涉及一种应急启动电源。

背景技术

市场上的应急启动电源多采用锂电池作为储能装置，锂电池具有大电流放电的能力，且能量密度高，能够满足启动电源体积和重量的要求。

在使用直流电瓶进行启动的装备中，会发生因电瓶亏电或者损坏而导致设备无法启动的情况。目前的常规做法为：将多串的锂电池组并接以减小电池组的内阻从而提高大电流的输出能力以确保正常启动设备，但该做法导致应急启动电源体积重量变大、携带不便。

改进地，通过并联超级电容矩阵在上述锂电池组的两端虽能减小锂电池组的串联数量，但因超级电容矩阵正负极两端电压无法突变，当电池组与超级电容矩阵正负极存在压差并且电池组直接接至超级电容矩阵正负极时，充电电流接近无穷大，实际使用中这个电流会对功率器件及电池组、超级电容造成损坏。并且，在这种连接方式下，电池组充电时容易发生电池组过压从而被损坏或当电池组因多次启动装备而无电量时，电池组因欠压而被损坏。

应急启动电源属于一种应急启动装置，在设备亏电或者其他原因无法启动时给予应急启动，特别是在涉及军事国防的特种装备的应急启动时，所以应急启动电源在发生上述情况时能够进行应急启动就显得十分重要。

实用新型内容

本实用新型提供一种应急启动电源，解决的技术问题是，实时监测电池组温度和超级电容矩阵温度，以限制充电电流，避免电池组欠压或过充。

为解决以上技术问题，本实用新型提供了一种应急启动电源，设有电池组、超级电容矩阵和电源管理系统，还设有第一开关、第二开关、第三开关、限流电阻、电力输出正极端及电力输出负极端；

所述第一开关的输入端作为充电输入端，用于充电时接通外部充电电源，所述第一开关的输出端连接所述电池组的正极端和所述第二开关的输入端，所述第二开关的输出端串联所述限流电阻后连接所述超级电容矩阵的正极端和所述第三开关的输入端，所述第三开关的输出端作为所述电力输出正极端；

所述电池组的负极端与所述超级电容矩阵的负极端共同连接作为所述电力输出负极端，同时也作为充电时接通所述外部充电电源的充电输出端；

所述电池组的各个单体电池之间的连接点与电池电压采集均衡线连接，所述超级电容矩阵的各个超级电容之间的连接点与超级电容电压采集均衡线连接，所述电池电压采集均衡线和所述超级电容电压采集均衡线独立连接在所述电源管理系统上；所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端、所述第三开关的控制端分别连接所述电源管理系统的第一开关控制输出端、第二开关控制输出端、第三开关控制输出端。

具体地，所述电池组中包括多个以串联、并联或串并结合的方式连接的所述单体电池。

具体地，所述超级电容矩阵中包括多个以串联、并联或串并结合的方式连接的所述超级电容。

具体地，所述电源管理系统设有电池温度监测端，所述电池温度监测端上连接有电池温度采集线。

更具体地，所述电池温度采集线上连接有第一热敏电阻组。

更具体地，所述第一热敏电阻组的安装位置对应于所述电池组的安装位置。

具体地，所述电源管理系统设有超级电容温度监测端，所述超级电容温度监测端上连接有超级电容温度采集线。

更具体地，所述超级电容温度采集线上连接有第二热敏电阻组。

更具体地，所述第二热敏电阻组的安装位置对应于所述超级电容矩阵的安装位置。

本实用新型提供的一种应急启动电源，设置了三个开关及限流电阻在电池组、超级电容矩阵所在的充放电电路中，并同时设置了热敏电阻组来实时监控电池组及超级电容矩阵的温度，结合电源管理系统对开关的控制，限制了充电电流同时避免了电池组欠压或过充，保护了电池组及超级电容矩阵，避免其被损坏，保证了电池组的循环寿命和容量。

使用电池组进行电量存储，使用超级电容矩阵进行瞬间大倍率放电，实现在应急启动待启动设备时进行相互弥补，极大地减少了电池组中串联的电池数量，缩减了成本，实现待启动设备的瞬间大倍率放电应急启动，同时还减小了该应急启动电源的体积和重量，性价比高，具有较强的市场竞争力。

所述电源管理系统维持所述电池组及超级电容矩阵的电压均衡，以能够存储更多电能、进一步在应急启动时释放更多电能，提高了应急启动电源的有效使用率，保证了其优良的性能。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种应急启动电源的电路原理图；

图2是本实用新型实施例提供的图1中的电池组、超级电容矩阵、开关与限流电阻之间的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下元器件的选型仅为较佳实施例，不构成对本实用新型保护范围的限制。

参见图1，是本实用新型实施例提供的一种应急启动电源的原理图。在本实施例中，所述的一种应急启动电源，设有电池组B、超级电容矩阵C和电源管理系统BMS，还设有第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、限流电阻R、电力输出正极端P+及电力输出负极端P-。其连接方式为：所述第一开关SW1的输入端SW1_PIN1(“SW1_PIN”中，“SW1”代表开关名称，“PIN”代表引脚，“1”代表引脚编号，下同)作为充电输入端C+，用于充电时接通外部充电电源，所述第一开关SW1的输出端SW1_PIN2连接所述电池组B的正极端和所述第二开关SW2的输入端SW2_PIN1，所述第二开关SW2的输出端SW2_PIN2串联所述限流电阻R后连接所述超级电容矩阵C的正极端和所述第三开关SW3的输入端SW3_PIN1，所述第三开关SW3的输出端SW3_PIN2作为所述电力输出正极端P+。

所述电池组B的负极端与所述超级电容矩阵C的负极端共同连接作为所述电力输出负极端P-，同时也作为充电时接通所述外部充电电源的充电输出端C-。

所述电池组B中的各个单体电池之间的连接点连接在电池电压采集均衡线B-Line上，所述超级电容矩阵C中的各个超级电容之间的连接点连接在超级电容电压采集均衡线C-Line上，所述电池电压采集均衡线B-Line和所述超级电容电压采集均衡线C-Line独立连接在所述电源管理系统BMS上；所述第一开关SW1的控制端SW1_PIN3、所述第二开关SW2的控制端SW2_PIN3、所述第三开关SW3的控制端SW3_PIN3分别连接所述电源管理系统BMS的第一开关控制输出端P1、第二开关控制输出端P2、第三开关控制输出端P3。

参见图2，本实用新型实施例提供的图1中的电池组、超级电容矩阵、开关与限流电阻之间的电路原理图。

其中，所述电池组B中包括多个以串并结合、串联或并联的方式连接的所述单体电池，本实施例提供的图1中，多个所述单体电池以串并结合的方式连接而依次组成串联(或并联)的第一电池小组B₁、第二电池小组B₂……第P电池小组B_P，P取不为零的自然数。在图1中，电池小组与电池小组之间采用串联的方式连接，并且，每个(或部分)电池小组内的单体电池之间采用并联的方式连接，所以整个电池组B采用的是串并结合的连接方式。所述电池组B的电池容量由每个电池小组中的超级电容的串并联连接方式和单体电池的数量P共同决定。对应地，所述电池组B的正极端即为所述电池B₁的正极端，所述电池组B的负极端即为所述电池B_P的负极端。

其中，与所述电池组B相匹配的是，所述超级电容矩阵C中包括多个以串并结合、串联或并联的方式连接的所述超级电容，本实施例提供的图1中，多个所述超级电容以串并结合的方式连接而依次组成串联(或并联)的第一超级电容单元C₁、第二超级电容单元C₂……第Q超级电容单元C_Q，超级电容的数量Q取不为零的自然数。在图1中，超级电容单元与超级电容单元之间采用串联的方式连接，并且，每个(或部分)超级电容单元内的超级电容之间采用并联的方式连接，所以整个超级电容矩阵C采用的是串并结合的连接方式。所述超级电容矩阵C的储能容量由所述电池组B的电池容量、每个超级电容单元中的所述超级电容的串并联连接方式和超级电容的数量Q共同决定。对应地，所述超级电容矩阵C的正极端即为所述第一超级电容单元C₁的正极端，所述超级电容矩阵C的负极端即为所述第Q超级电容单元C_Q的负极端。

再次参见图1，所述电源管理系统BMS设有电池温度监测端T_B，所述电池温度监测端T_B上连接有电池温度采集线BT-Line，所述电池温度采集线BT-Line上连接有第一热敏电阻组RT1，所述第一热敏电阻组RT1的安装位置对应于所述电池组B的安装位置。

所述电源管理系统BMS还设有超级电容温度监测端T_C，所述超级电容温度监测端T_C上连接有超级电容温度采集线CT-Line，所述超级电容温度采集线CT-Line上连接有第二热敏电阻组RT2，所述第二热敏电阻组RT2的安装位置对应于所述超级电容矩阵C的安装位置。

所述第一热敏电阻组RT1包括热敏电阻R1、R2……R_X，X≥1，当X＝P时，即是分别检测各个电池小组，当然在不影响温度监测的准确性的前提下，可以设置更少的热敏电阻如R1、R2……R_0.5P(每两个电池小组设置一个)，也可以唯一地设置一个如R₁(X＝1)，热敏电阻的设置个数根据其采样精度和电路需求而定。所述第二热敏电阻组RT2包括热敏电阻R_X+1、R_X+2……R_X+Y，Y≥1，当Y＝Q时，即为分别检测各个超级电容单元。在不影响温度监测的准确性的前提下，也可以设置更少的热敏电阻如R_X+1、R_X+2……R_X+0.5Q(每两个超级电容单元设置一个)，也可以唯一地设置一个如R_X+1(Y＝1)，热敏电阻的设置个数根据其采样精度和电路需求而定。

所述电池温度采集线BT-Line连接在所述电源管理系统BMS的电池温度监测端T1；所述超级电容温度采集线线CT-Line连接在所述电源管理系统BMS的超级电容温度监测端T2。

需要说明的是，所述电池温度采集线BT-Line与超级电容温度采集线线CT-Line为特征相同的电气连接线，所述电池电压采集均衡线B-Line与所述超级电容电压采集均衡线C-Line为特征相同的电气连接线，所述电池温度监测端T1与所述超级电容温度监测端T2为特征相同的电气连接端。

从图2来说明，本实施例提供的一种应急启动电源的具体工作原理如下：

初始状态时，所述第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3均处于断开状态。

当所述电池组B无压时，此时闭合所述第一开关SW1、断开所述第二开关SW2，并且接通所述外部充电电源对所述电池组B进行充电，当所述电池组B充电至发生电池组B过压时，断开所述第一开关SW1，防止所述电池组B因进一步过充电而被损坏。

当应急启动电源需要对待启动设备进行放电时，先闭合所述第二开关SW2、断开所述第一开关SW1及第三开关SW3，所述电池组B经过所述第二开关SW2、限流电阻R向所述超级电容矩阵C进行充电，此时的充电电流I由所述电池组B与所述超级电容矩阵C之间的压差ΔB以及所述限流电阻R的大小决定，即I＝ΔB/R，当充电至所述超级电容矩阵C的总电压与所述电池组B电压相等时，所述充电电流I＝0，充电停止，即可认为所述超级电容矩阵C的充电过程结束。其中，所述限流电阻R的作用是限制所述电池组B对所述超级电容矩阵C的充电电流I，因为所述超级电容矩阵C的正极端、负极端之间的电压无法突变，所以当所述电池组B的正极端、负极端是直接连接在所述超级电容矩阵C的正极端和负极端时，所述电池组B的正极端、负极端与所述超级电容矩阵C的正极端、负极端之间存在压差，因R＝0，根据I＝ΔB/R可知，所述充电电流I＝∞(无穷大)，实际使用中这个电流会对功率器件及所述电池组B、超级电容矩阵C造成损坏。

当所述超级电容矩阵C充满电后，所述电源管理系统BMS控制断开所述第二开关SW2及第一开关SW1、闭合所述第三开关SW3，并将所述电力输出正极端P+、电力输入负极端P-接至待启动设备的启动电力输入端，则可以进行启动操作，启动的瞬间，所述超级电容矩阵C进行瞬间大倍率放电，启动完毕后，将所述电力输出正极端P+、电力输出负极端P-从所述待启动设备的启动电力输入端移除。当所述电池组B电量充足且需要再次启动待启动设备时，再次接通所述待启动设备的启动电力输入端，所述电池组B对超级电容矩阵C充电，所述超级电容矩阵C对所述待启动设备放电。

当所述电池组B因多次启动所述待启动设备而无电量时，为了防止电池组B因电池组B欠压而损坏，所述电源管理系统BMS始终断开所述第二开关SW2，所述电池组B不会再次向所述超级电容矩阵C充电，所述电池组B得到保护。此时所述电源管理系统BMS可以闭合所述第一开关SW1，并且接通所述外部充电电源对所述电池组B进行充电，当所述电池组B充电至发生电池组B过压时，此时断开所述第一开关SW1，防止所述电池组B因进一步过充电而被损坏。

需要说明的是，在本实用新型中，所述电池组B与所述超级电容矩阵C需要根据实际中所述待启动设备的有关参数而进行选型，并且确定实施电池组B、所述超级电容矩阵C的容量及其内部的单体电池、超级电容的串并联连接方式。

从图1来说明，所述电源管理系统BMS的作用及工作原理如下：

作用：实时监测每个单体电池的电压、每个超级电容的电压及每个热敏电阻的温度，以控制所述第一开关SW1、第二开关SW1、第三开关SW1及维持所述电池组B与所述超级电容矩阵C的电压均衡。

工作原理：当需要进行启动放电时，所述电源管理系统BMS断开所述第三开关SW3，闭合所述第二开关SW2(此时所述第一开关SW1也断开)，使所述电池组B向所述超级电容矩阵C充电，检测到所述超级电容矩阵C充电完成后，再闭合所述第三开关SW3向需要启动的装备进行放电；当监测到所述单体电池的电芯电压较低或者发生欠压时，所述电源管理系统BMS控制所述第二开关SW2断开，并闭合所述第一开关SW1等待外部充电设备对所述电池组B进行充电，进一步地当监测发生充电过压时，所述电源管理系统BMS控制所述第一开关SW1断开，禁止继续充电。同样，当检测到所述超级电容的电压被充电至较高电压时，所述电源管理系统BMS控制所述第二开关SW2断开，防止超级电容过充电；当监测到所述热敏电阻获取的温度过高或者过低时，所述电源管理系统BMS控制所述第二开关SW2和所述第一开关SW1断开，禁止充放电。

并且，当监测到所述单体电池之间的电芯电压不均衡时，所述电源管理系统BMS启动其内部的均衡模块进行电芯电压均衡，使单体电池之间的电芯电压保持相对较好的一致性；当监测到超级电容之间电压不均衡时，所述电源管理系统BMS启动其内部的所述均衡模块进行超级电容电压均衡，使超级电容之间电压保持相对较好的一致性，以使得所述电池组B及超级电容矩阵C能够存储更多电能，进一步在应急启动时释放更多电能。

综上所述，使用本实用新型提供的技术方案，可以实现对待启动设备的瞬间大倍率放电应急启动，同时极大地减少了电池组中串联的电池数量，减小了该应急启动电源的体积和重量，性价比高、实用性强。所述电源管理系统维持所述电池组及超级电容矩阵的电压均衡，以能够存储更多电能、进一步在应急启动时释放更多电能，提高了应急启动电源的有效使用率，保证了其优良的性能。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种应急启动电源，设有电池组、超级电容矩阵和电源管理系统，其特征在于，还设有第一开关、第二开关、第三开关、限流电阻、电力输出正极端及电力输出负极端；

所述第一开关的输入端作为充电输入端，用于充电时接通外部充电电源，所述第一开关的输出端连接所述电池组的正极端和所述第二开关的输入端，所述第二开关的输出端串联所述限流电阻后连接所述超级电容矩阵的正极端和所述第三开关的输入端，所述第三开关的输出端作为所述电力输出正极端；

所述电池组的负极端与所述超级电容矩阵的负极端共同连接作为所述电力输出负极端；

所述电池组的各个单体电池之间的连接点与电池电压采集均衡线连接，所述超级电容矩阵的各个超级电容之间的连接点与超级电容电压采集均衡线连接，所述电池电压采集均衡线和所述超级电容电压采集均衡线独立连接在所述电源管理系统上；所述第一开关的控制端、所述第二开关的控制端、所述第三开关的控制端分别连接所述电源管理系统的第一开关控制输出端、第二开关控制输出端、第三开关控制输出端。

2.如权利要求1所述的一种应急启动电源，其特征在于：所述电池组中包括多个以串联、并联或串并结合的方式连接的所述单体电池。

3.如权利要求1所述的一种应急启动电源，其特征在于：所述超级电容矩阵中包括多个以串联、并联或串并结合的方式连接的所述超级电容。

4.如权利要求1所述的一种应急启动电源，其特征在于：所述电源管理系统设有电池温度监测端，所述电池温度监测端上连接有电池温度采集线。

5.如权利要求4所述的一种应急启动电源，其特征在于：所述电池温度采集线上连接有第一热敏电阻组。

6.如权利要求5所述的一种应急启动电源，其特征在于：所述第一热敏电阻组的安装位置对应于所述电池组的安装位置。

7.如权利要求1所述的一种应急启动电源，其特征在于：所述电源管理系统设有超级电容温度监测端，所述超级电容温度监测端上连接有超级电容温度采集线。

8.如权利要求7所述的一种应急启动电源，其特征在于：所述超级电容温度采集线上连接有第二热敏电阻组。

9.如权利要求8所述的一种应急启动电源，其特征在于：所述第二热敏电阻组的安装位置对应于所述超级电容矩阵的安装位置。