CN209823457U - 一种车载锂电池低压储能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及汽车电气领域，公开了一种车载锂电池低压储能装置，该装置包括充放电管理设备、锂电池组和放电配电盒，充放电管理设备的正极功率输入端与正极公共端连接，其正极功率输出端与锂电池组的正极连接，锂电池组包括锂电池管理系统、单体锂电池串并联模组，锂电池管理系统与充放电管理设备连接，单体锂电池串并联模组串联有熔断器和电流传感器，电流传感器与锂电池管理系统连接，放电配电盒与锂电池组正极连接，放电配电盒内设串联的负载继电器和负载保险丝，负载继电器连接充放电管理设备，负载保险丝连接用电负载。本实用新型部件分工明确、策略集中可靠、满足各部件工作特性，可满足驾乘人员在使用车辆过程电能存储及用电安全等需求。

Description

一种车载锂电池低压储能装置

技术领域

本实用新型涉及汽车电气领域，尤其涉及一种车载锂电池低压储能装置。

背景技术

蓄电池作为汽车必不可少的一部分，当前一般使用传统的铅酸蓄电池和免维护蓄电池。在车辆实际使用过程中，其作用包括(1)为起动机提供电能，起动发动机；(2)发电机过载时为车载用电设备提供电能；(3)发电机输出功率大于用电设备功率时将电能转化为化学能存储；(4)发动机熄火后为用电设备提供电能。

汽车铅酸蓄电池一般由正极板、负极板、隔板、电解液、槽壳、连接条和极桩等组成，通过内部化学能到电能的相互转化实现充电及放电，其设计寿命一般为27个月，其在使用过程中受充放电深度、充放电电流、使用环境温度等影响较大。

某些特定车辆(如房车等)在日常使用过程中，通常有长时间停车取电的需求，如驾乘空间制冷制热、大功率单相220V交流电取电等。铅酸电池在实际供电过程中，其输出电流受剩余电量影响较大，由于其兼顾车辆起动功能，无法实现深度放电，且深度放电对电池寿命影响较大，同时铅酸电池由于其含重金属污染物，一定程度制约其应用与发展。无论低压还是高压发动机，实现机械能到电能的转化，其动力源一般为发动机，在实际使用过程中，噪声、振动、尾气污染等问题严重影响使用体验。锂电池作为一种日趋成熟的储能设备，由于其高能量密度、环保、高效等优势，越来越多受到重视。实际使用过程中锂电池寿命及安全性受充放电深度、充放电电流、使用环境温度等影响较大。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型旨在提供一种车载锂电池低压储能装置，该装置具有部件分工明确、策略集中可靠、满足各部件工作特性等特点，可实现最大程度上保证锂电池寿命及使用安全。该系统可适用于12V、24V、48V等不同车辆电压平台。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种车载锂电池低压储能装置，包括充放电管理设备、锂电池组和放电配电盒，所述充放电管理设备、锂电池组和放电配电盒的负极接地，所述充放电管理设备的正极功率输入端与整车正极公共端连接，所述充放电管理设备的正极功率输出端与所述锂电池组的正极连接。

所述充放电管理设备由电源及晶振、CAN通讯模块、开关量采集模块、模拟量采集模块、功率转化模块、功率驱动模块和电流采样模块组成。

所述电源及晶振为MCU等部件工作提供电能及基础频率。所述CAN通讯模块实现MCU与外部控制器之间的通讯。所述开关量采集模块采集开关量信号，用户操作状态采集，输入至MCU。所述模拟量采集模块采集模拟量信号，包括板内输入、输出电压采集等，输入至MCU。所述功率转化模块实现功率输入电压到功率输出电压的转化，实现功率升降压操作、限压、限流等操作。功率驱动模块实现MCU执行继电器等的控制。电流采样模块实现功率转化模块输入输出电流等的采集，输入至MCU。

所述锂电池组包括相互连接的锂电池管理系统、单体锂电池串并联模组，所述锂电池管理系统与所述充放电管理设备通讯连接，所述单体锂电池串并联模组串联有熔断器和电流传感器，所述电流传感器与所述锂电池管理系统连接。

所述锂电池管理系统由电源及晶振、CAN通讯模块、单体电压采集电路、温度采集模块、电流采样模块和均衡电路组成。电源及晶振为MCU等部件工作提供电能及基础频率。CAN通讯模块实现MCU与外部控制器之间的通讯。单体电压采集电路实现单体锂电池串并联模组中单体锂电池电压的采集。温度采集模块采集单体锂电池串并联模组不同位置点的温度。电流采样模块实现锂电池串并联模组母线电流等的采集，输入至其MCU。均衡电路实现锂电池串并联模组内各个单体电压均衡控制

所述放电配电盒与所述锂电池组的正极连接，所述放电配电盒内设有串联的负载继电器和负载保险丝，所述负载继电器连接所述充放电管理设备，所述负载保险丝连接用电负载。

进一步的，所述充放电管理设备周边电路上设有使能唤醒开关、用电负载使能开关和负载继电器控制端，所述使能唤醒开关和所述用电负载使能开关用于向所述充放电管理设备输出使能信号，所述负载继电器控制端用于输出控制信号。

进一步的，所述单体锂电池串并联模组上串联有温度传感器，所述温度传感器连接所述锂电池管理系统。

进一步的，所述锂电池组还包括加热器，所述放电配电盒内设有锂电池加热供电继电器和锂电池加热继电器保险丝，所述锂电池加热供电继电器的输入端连接所述充放电管理系统，所述锂电池加热供电继电器的输出端连接所述加热器，所述锂电池加热继电器保险丝连接所述锂电池加热供电继电器。

进一步的，所述放电配电盒还包括锂电池组控制供电继电器、锂电池组控制供电保险丝，所述锂电池组控制供电继电器连接所述负载继电器控制端，所述锂电池组控制供电保险丝连接所述锂电池组控制供电继电器。

进一步的，充放电管理设备还连接有显示终端，所述显示终端分别与所述充放电管理设备、所述锂电池管理系统通过CAN总线通讯。

进一步的，所述串联的负载继电器和负载保险丝为多组。

本实用新型的有益效果:本实用新型的车载锂电池低压储能装置可以满足车辆在停车取电时长时间取电需求，使用锂电池具有能量密度高、安全可靠等特点；充放电管理设备就有较宽的升降压范围，可匹配不同电压等级的锂电池组；该装置能够实现整车常规用电设备与锂电池用电设备的隔离，停车长时间使用特定设备时不使用铅酸电池电能，因而不影响发动机起动及铅酸电池寿命；充放电管理设备根据输入端电压状态判断供电设备如发动机机载发电机的工作状态，无需添加传感器如电流传感器等，成本低、策略判断可靠；锂电池组内的电池管理系统功能仅为电池状态监控及评估，可最大程度提高锂电池组总成的可靠性；充放电管理设备接收驾驶员对用电负载的使用需求后，充放电管理设备根据锂电池实际情况控制放电配电盒内的负载继电器，避免锂电池组过放电或者过流放电。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型车辆适配电气原理图；

图3为充放电管理设备结构示意图；

图4为锂电池组结构示意图。

图中：1—充放电管理设备，11—使能唤醒开关，12—用电负载使能开关，13—负载继电器控制端，2—锂电池组，21—锂电池管理系统，22—单体锂电池串并联模组，23—熔断器，24—电流传感器，25—加热器，3—放电配电盒，31—负载继电器，32—负载保险丝，33—锂电池加热供电继电器，34—锂电池组加热继电器保险丝，35—锂电池组控制供电继电器、36—锂电池组控制供电保险丝，4—用电负载，5—铅酸蓄电池，6—主电源开关，7—车辆供电设备，8—整车负载，9—CAN总线，10—显示终端。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图，结合实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述：

实施例1：如图1-图4所示，一种车载锂电池低压储能装置，包括充放电管理设备1、锂电池组2和放电配电盒3，充放电管理设备1、锂电池组2和放电配电盒3的负极接地，充放电管理设备1的正极功率输入端与车辆供电设备连接，充放电管理设备1的正极功率输出端与所述锂电池组2的正极连接。锂电池组2的功率输出端与放电配电盒3通过功率线束相连。

所述充放电管理设备由电源及晶振、CAN通讯模块、开关量采集模块、模拟量采集模块、功率转化模块、功率驱动模块和电流采样模块组成。

所述电源及晶振为MCU等部件工作提供电能及基础频率。所述CAN通讯模块实现MCU与外部控制器之间的通讯。所述开关量采集模块采集开关量信号，用户操作状态采集，输入至MCU。所述模拟量采集模块采集模拟量信号，包括板内输入、输出电压采集等，输入至MCU。所述功率转化模块实现功率输入电压到功率输出电压的转化，实现功率升降压操作、限压、限流等操作。功率驱动模块实现MCU执行继电器等的控制。电流采样模块实现功率转化模块输入输出电流等的采集，输入至MCU。

锂电池组2包括相互连接的锂电池管理系统21和单体锂电池串并联模组22；锂电池管理系统21与充放电管理设备1通讯连接，单体锂电池串并联模组22依次串联有熔断器23和电流传感器24，电流传感器24优选LEM公司的HAH1DR-200型，电流传感器24与所述锂电池管理系统21连接。

锂电池管理系统21由电源及晶振、CAN通讯模块、单体电压采集电路、温度采集模块、电流采样模块和均衡电路组成。电源及晶振为MCU等部件工作提供电能及基础频率。CAN通讯模块实现MCU与外部控制器之间的通讯。单体电压采集电路实现单体锂电池串并联模组中单体锂电池电压的采集。温度采集模块采集单体锂电池串并联模组不同位置点的温度。电流采样模块实现锂电池串并联模组母线电流等的采集，输入至其MCU。均衡电路实现锂电池串并联模组内各个单体电压均衡控制

单体锂电池串并联模组22内设有温度传感器，所述温度传感器连接锂电池管理系统21。锂电池管理系统21通过线束与单体锂电池串并联模组22各个单体相连，采集单体锂电池串并联模组22的单体电压，锂电池管理系统21与布置在单体锂电池串并联模组22内部的温度传感器相连，采集单体锂电池串并联模组22的温度信息；锂电池管理系统21对电流传感器24信号进行电池管理策略运算。锂电池管理设备21优选通过CAN总线9进行信息上报，所述信息包括但不局限于电压、温度、电流、剩余电量、允许充放电电流值等。

锂电池组2内部的单体锂电池串并联模组22的正极端经过熔断器23和电流传感器24之后输出至锂电池组外侧，为锂电池组的正极。充放电管理设备1的前端连接有整车常规电气电路部分，包括铅酸蓄电池5、主电源开关6、车辆供电设备7和整车负载8，车辆供电设备7一般为发动机机载发电机或直流转换器等设备，在本实施例中，所述车辆供电设备为发动机机载发电机。

充放电管理设备1的正极功率输入端与整车正极公共端相连，其周边电路上设置有使能唤醒开关11、用电负载使能开关12和负载继电器控制端13，使能唤醒开关11和用电负载使能开关12用于向充放电管理设备1输出使能信号，负载继电器控制端13用于输出充放电管理设备发出的控制信号。使能唤醒开关11优选为船型开关，驾驶员闭合使能唤醒开关11后，充放电管理设备1对应引脚接收到使能信号，充放电管理设备1被唤醒；用电负载使能开关12优选为船型开关，驾驶员闭合用电负载使能开关12后，充放电管理设备1对应引脚接收到使能信号，充放电管理设备判断所述锂电池组2满足放电条件时，负载继电器控制端13输出控制信号。

放电配电盒3与锂电池组2的正极连接，放电配电盒3内设置有若干串联的负载继电器31和负载保险丝32，负载继电器31与充放电管理设备1相连，负载保险丝32连接用电负载4。

负载继电器31和负载保险丝32可设置多组，用于连接不同的用电负载4，多组负载继电器31和负载保险丝32并联。在本实施例中，负载继电器31和负载保险丝32为三组。充放电管理设备通过控制负载继电器实现各个回路下用电负载的供电通断控制，所述负载保险丝实现用电负载短路或过流保护。

锂电池组2还包括加热器25，放电配电盒3内设置有锂电池加热供电继电器33和锂电池组加热继电器保险丝34，锂电池加热供电继电器33的输入端与充放电管理设备1相连，其输出端与加热器25连接，锂电池组加热继电器保险丝34连接锂电池加热供电继电器33。

锂电池加热供电继电器33通过充放电管理设备1的负载继电器控制端13控制，该继电器实现为锂电池组1内部的加热器25供电，为锂电池组1加热，锂电池加热继电器保险丝34实现加热回路过流及短路保护。

实施例2：如图1-图4所示，一种车载锂电池低压储能装置，包括充放电管理设备1、锂电池组2和放电配电盒3，充放电管理设备1、锂电池组2和放电配电盒3的负极接地，充放电管理设备1的正极功率输入端与车辆供电设备连接，充放电管理设备1的正极功率输出端与所述锂电池组2的正极连接。锂电池组2的功率输出端与放电配电盒3通过功率线束相连。

所述充放电管理设备由电源及晶振、CAN通讯模块、开关量采集模块、模拟量采集模块、功率转化模块、功率驱动模块和电流采样模块组成。

锂电池组2包括相互连接的锂电池管理系统21和单体锂电池串并联模组22；锂电池管理系统21与充放电管理设备1通讯连接，单体锂电池串并联模组22依次串联有熔断器23和电流传感器24，电流传感器24与所述锂电池管理系统21连接。

锂电池管理系统21由电源及晶振、CAN通讯模块、单体电压采集电路、温度采集模块、电流采样模块和均衡电路组成。

单体锂电池串并联模组22内设有温度传感器，所述温度传感器连接锂电池管理系统21。锂电池管理系统21通过线束与单体锂电池串并联模组22各个单体相连，采集单体锂电池串并联模组22的单体电压，锂电池管理系统21与布置在单体锂电池串并联模组22内部的温度传感器相连，采集单体锂电池串并联模组22的温度信息；锂电池管理系统21对电流传感器24信号进行电池管理策略运算。

锂电池组2内部的单体锂电池串并联模组22的正极端经过熔断器23和电流传感器24之后输出至锂电池组外侧，为锂电池组的正极。

充放电管理设备1的前端连接有整车常规电气电路部分，包括铅酸蓄电池5、主电源开关6、车辆供电设备7和整车负载8。

充放电管理设备1的正极功率输入端与整车正极公共端相连，其周边电路上设置有使能唤醒开关11、用电负载使能开关12和负载继电器控制端13。

放电配电盒3与锂电池组2的正极连接，放电配电盒3内设置有若干串联的负载继电器31和负载保险丝32，负载继电器31与充放电管理设备1相连，负载保险丝32连接用电负载4。负载继电器31和负载保险丝32并联。

锂电池组2还包括加热器25，放电配电盒3内设置有锂电池加热供电继电器33和锂电池组加热继电器保险丝34，锂电池加热供电继电器33的输入端与充放电管理设备1相连，其输出端与加热器25连接，锂电池组加热继电器保险丝34连接锂电池加热供电继电器33。

锂电池加热供电继电器33通过充放电管理设备1的负载继电器控制端13控制，该继电器实现为锂电池组1内部的加热器25供电，为锂电池组1加热，锂电池加热继电器保险丝34实现加热回路过流及短路保护。

锂电池组2还可包括适配电池热管理所需的部件，如冷却风扇、加热薄膜等。

放电配电盒3还包括锂电池组控制供电继电器35、锂电池组控制供电保险丝36，锂电池组控制供电继电器35连接负载继电器控制端13，锂电池组控制供电保险丝36串联锂电池组控制供电继电器35。

锂电池组控制供电继电器35通过充放电管理设备1的负载继电器控制端13控制，该继电器闭合后实现锂电池组2内部的控制电路供电，锂电池组控制供电保险丝36实现供电回路过流及短路保护；负载继电器31为对应的用电负载5回路进行供电控制，负载保险丝32对对应回路进行过流及短路保护。

充放电管理设备1还连接有显示终端10，显示终端10分别与充放电管理设备1和锂电池组2内的锂电池管理设备通过CAN总线进行信息交互，包括锂电池管理设备上报的温度、电压、电流、剩余电量、允许充放电电流值，以及充放电管理设备上报的电流、用电负载使能状态、负载继电器控制状态。

锂电池组2内的锂电池管理系统采集单体锂电池串并联模组的温度传感器和电流传感器的信息，进行锂电池状态评估，包括但不局限于温度评估、荷电荷数评估、允许充放电电流评估。

充放电管理设备1其功率输出的电压和电流可调，可根据锂电池组内电池管理系统上报的锂电池组的允许充放电电流、电流传感器上报电流值，执行输出电压及电流的控制，实现锂电池组恒流-恒压及其他充电策略。

充放电管理设备1通过判断正极功率输入端电压确定车辆供电设备及电源总开关的状态，决策是否为锂电池组2及用电负载供电或充电。当发电机工作时，其根据锂电池管理系统通过CAN总线上报的电池状态信息进行电池充电操作，所述的电池状态信息包括电池电压、温度、单体压差、剩余电量、实时充电电流等；充放电管理设备1具备升压、限流等功能，充电过程包括恒流-恒压-浮充等过程。

充放电管理设备1接收驾驶员的用电负载供电请求，根据锂电池组2的实际状态断开或闭合放电配电盒3内的负载供电继电器。当驾驶员闭合使能唤醒开关11时，锂电池组2控制供电继电器闭合，锂电池管理系统上电自检并工作，此时充放电管理设备根据用电负载使能开关的实时状态及电池状态信息控制用电负载供电继电器，以及对应的用电负载回路进行供电控制。

充放电管理设备1根据电池温度信息控制电池加热供电继电器，当温度过低，充放电管理设备控制该电池加热供电继电器闭合时，加热器工作，将电能转化为热能，提升锂电池组的温度。

充放电管理设备1在用电负载工作时，判断锂电池管理系统上报的实时充放电电流、实时允许充放电电流、剩余电量、单体温度、单体电压等，当过流放电、过放电、温度异常、压差异常等情况时，主动断开优先级较低的负载继电器，甚至全部断开，直至满足锂电池放电需求。

上述实施例只是对本实用新型技术方案的举例说明或解释，而不应理解为对本实用新型技术方案的限制，显然，本领域的技术人员可对本实用新型进行各种修改和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也包含这些修改和变型在内。

Claims (8)

1.一种车载锂电池低压储能装置，其特征在于，包括充放电管理设备、锂电池组和放电配电盒，所述充放电管理设备、锂电池组和放电配电盒的负极接地，所述充放电管理设备的正极功率输入端与整车正极公共端连接，所述充放电管理设备的正极功率输出端与所述锂电池组的正极连接，所述锂电池组包括相互连接的锂电池管理系统、单体锂电池串并联模组，所述锂电池管理系统与所述充放电管理设备通讯连接，所述单体锂电池串并联模组串联有熔断器和电流传感器，所述电流传感器与所述锂电池管理系统连接，所述放电配电盒与所述锂电池组的正极连接，所述放电配电盒内设有串联的负载继电器和负载保险丝，所述负载继电器连接所述充放电管理设备，所述负载保险丝连接用电负载。

2.如权利要求1所述的一种车载锂电池低压储能装置，其特征在于:所述充放电管理设备周边电路上设有使能唤醒开关、用电负载使能开关和负载继电器控制端。

3.如权利要求1所述的一种车载锂电池低压储能装置，其特征在于:所述单体锂电池串并联模组上串联有温度传感器，所述温度传感器连接所述锂电池管理系统。

4.如权利要求1所述的一种车载锂电池低压储能装置，其特征在于：所述锂电池组还包括加热器。

5.如权利要求4所述的一种车载锂电池低压储能装置，其特征在于：所述放电配电盒内设有锂电池加热供电继电器和锂电池加热继电器保险丝，所述锂电池加热继电器保险丝连接所述锂电池加热供电继电器，所述锂电池加热供电继电器的输入端连接所述充放电管理系统，所述锂电池加热供电继电器的输出端连接所述加热器。

6.如权利要求1所述的一种车载锂电池低压储能装置，其特征在于：所述放电配电盒还包括锂电池组控制供电继电器和锂电池组控制供电保险丝，所述锂电池组控制供电继电器连接所述负载继电器控制端，所述锂电池组控制供电保险丝连接所述锂电池组控制供电继电器。

7.如权利要求1所述的一种车载锂电池低压储能装置，其特征在于：所述充放电管理设备还连接有显示终端，所述显示终端分别与所述充放电管理设备、所述锂电池管理系统通过CAN总线通讯。

8.如权利要求1－7中任一项所述的一种车载锂电池低压储能装置，其特征在于：所述串联的负载继电器和负载保险丝为多组。