CN211166519U - 一种汽车用镍锌启动电池管理模块 - Google Patents

一种汽车用镍锌启动电池管理模块 Download PDF

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Abstract

一种汽车用镍锌启动电池管理模块，本实用新型涉及汽车电池管理技术领域，主功率电路包含调理电路、滤波电路和DC‑DC变换并联电路；上述控制回路为采样电路；发电机输入端与滤波电路连接，滤波电路与DC‑DC变换并联电路连接，DC‑DC变换并联电路与电池端连接，上述采样电路连接在DC‑DC变换并联电路与电池端之间，且采样电路与调理电路连接，调理电路与DC‑DC变换并联电路连接；上述放电回路连接在发电机输入端与电池端之间。充电速率更快，充电峰值电流可达18A左右；充电截止电压控制精度更高，静态功耗更好，实用性更强。

Description

一种汽车用镍锌启动电池管理模块
技术领域
本实用新型涉及汽车电池管理技术领域，具体涉及一种汽车用镍锌启动电池管理模块。
背景技术
传统汽车启动电池使用铅酸蓄电池，随着近两年国家环保政策越来越收紧，铅酸蓄电池将逐步被市场淘汰，急需使用新型环保材料电池来代替传统铅酸电池，现在有一种新型环保材料电池—镍锌电池。镍锌电池使用材料主要为镍和锌，相对于重金属铅来说原材料相对环保。
目前该镍锌启动电池已应用于摩托车领域，并配备相应镍锌电池管理系统。该管理系统通过反馈控制电路调节功率电源芯片，实现单通道双功能（即既可充电又能放电的目的），如专利号：ZL201620818361.1中所公开的一种镍锌启动电池管理系统，汽车启动电池使用12V电压平台，因为镍锌单体标称电压为1.6V，所以需要7只单体电压串联，但是由于镍锌电池电压平台与铅酸电池有所不同，车载发电机输出电压稳定在14.5V-25V，而镍锌电池单电芯标称电压为1.6V，组成PACK后额定电压为11.2V，充电截止电压为13.2-13.3V，所以需要加装电池管理模块，调理发电机输出电压，防止镍锌启动电池过充，镍锌电池过充后会降低使用寿命。并且汽车用镍锌启动电池容量是摩托车启动电池容量的8至10倍，所以摩托车用镍锌电池管理模块并不适用于汽车启动电池，所以汽车镍锌启动电池的充电速率是急需解决的问题。目前摩托车镍锌电池管理系统主要存在以下几个问题：
1、充电速率和放电速率太低。针对小容量电池可以，相对于大容量电池影响正常使用；
2、充电截止电压精度不高，控制在±0.5V范围内；
3、静态功耗太大。由于管理模块功率芯片、调理芯片都存在较大静态功耗，摩托车闲置几天时间，启动电池就存在亏电情况。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种设计合理的汽车用镍锌启动电池管理模块，充电速率更快，充电峰值电流可达18A左右；充电截止电压控制精度更高，静态功耗更好，实用性更强。
为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：它包含主功率电路、控制回路和放电回路；其中主功率电路包含调理电路、滤波电路和DC-DC变换并联电路；上述控制回路为采样电路；发电机输入端与滤波电路连接，滤波电路与DC-DC变换并联电路连接，DC-DC变换并联电路与电池端连接，上述采样电路连接在DC-DC变换并联电路与电池端之间，且采样电路与调理电路连接，调理电路与DC-DC变换并联电路连接；上述放电回路连接在发电机输入端与电池端之间。
进一步地，所述的控制回路由一号电阻、二号电阻、三号电阻、四号电阻、一号二极管、一号电容、二号电容、三号电容和运算放大器构成；运算放大器通过其引脚4和引脚8并联在电池端的正负极上，运算放大器总的引脚7与采样电路连接；所述的一号电容并联在电池端的正负极上；所述的一号电阻的正极与电池端正极连接，一号电阻的负极分别与运算放大器中的引脚6、一号二极管的正极、二号电容的正极、二号电阻的负极以及三号电阻的正极连接；上述二号电阻的正极与电池端正极连接，上述三号电阻的负极与四号电阻的正极连接，四号电阻的负极、二号电容的负极、一号二极管的负极均与电池端负极连接；上述三号电容的正极分别与运算放大器的引脚5和一号二极管的正极连接，三号电容的负极与电池端负极连接。
进一步地，所述的主功率电路由两个开关三极管、四号电容、五号电容、六号电容、七号电容、八号电容和五号电阻组成；两个开关三极管并联后的输入引脚与输入端负极连接，两个开关三极管并联后的负极与电池端负极连接，采样电路与两个开关三极管并联后的正极以及五号电阻的负极连接；五号电阻的正极与电池端正极连接；上述四号电容、五号电容、六号电容、七号电容和八号电容由左至右依次并联在输入端正极与输入端负极之间。
进一步地，所述的放电回路由二号二极管、三号二极管、四号二极管组成，上述二号二极管、三号二极管、四号二极管三者并联后串联在输入端负极与电池端负极之间。
采用上述结构后，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种汽车用镍锌启动电池管理模块，充电速率更快，充电峰值电流可达18A左右；充电截止电压控制精度更高，静态功耗更好，实用性更强。
附图说明：
图1是本实用新型的模块框图。
图2是本实用新型中主功率电路的电路图。
图3是本实用新型中控制回路的电路图。
图4是本实用新型中放电回路的电路图。
附图标记说明：
调理电路1、滤波电路2、DC-DC变换并联电路3、采样电路4、放电回路5、电池端6、发电机输入端7、一号电阻R1、二号电阻R2、三号电阻R3、四号电阻R4、五号电阻R5、一号二极管D1、二号二极管D2、三号二极管D3、四号二极管D4、一号电容C1、二号电容C2、三号电容C3、四号电容C4、五号电容C5、六号电容C6、七号电容C7、八号电容C8、开关三极管Q1、输入端正极IN+、输入端负极IN-、电池端正极B+、电池端负极B-。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1-图4所示，本具体实施方式采用如下技术方案：它包含主功率电路、控制回路和放电回路5；其中主功率电路包含调理电路1、滤波电路2和DC-DC变换并联电路3；上述控制回路为采样电路4；发电机输入端与滤波电路2连接，滤波电路2与DC-DC变换并联电路3连接，DC-DC变换并联电路3与电池端6连接，上述采样电路4连接在DC-DC变换并联电路3与电池端6之间，且采样电路4与调理电路1连接，调理电路1与DC-DC变换并联电路3连接；上述放电回路5连接在发电机输入端7与电池端6之间。
进一步地，所述的控制回路由一号电阻R1、二号电阻R2、三号电阻R3、四号电阻R4、一号二极管D1、一号电容C1、二号电容C2、三号电容C3和运算放大器构成；运算放大器通过其引脚4和引脚8并联在电池端的正负极上，运算放大器总的引脚7与采样电路4连接；所述的一号电容C1并联在电池端的正负极上；所述的一号电阻R1的正极与电池端正极B+连接，一号电阻R1的负极分别与运算放大器中的引脚6、一号二极管D1的正极、二号电容C2的正极、二号电阻R2的负极以及三号电阻R3的正极连接；上述二号电阻R2的正极与电池端正极B+连接，上述三号电阻R3的负极与四号电阻R4的正极连接，四号电阻R4的负极、二号电容C2的负极、一号二极管D1的负极均与电池端负极B-连接；上述三号电容C3的正极分别与运算放大器的引脚5和一号二极管D1的正极连接，三号电容C3的负极与电池端负极B-连接。
进一步地，所述的主功率电路由两个开关三极管Q1、四号电容C4、五号电容C5、六号电容C6、七号电容C7、八号电容C8和五号电阻R5组成；两个开关三极管Q1并联后的输入引脚与输入端负极IN-连接，两个开关三极管Q1并联后的负极与电池端负极B-连接，采样电路4与两个开关三极管Q1并联后的正极以及五号电阻R5的负极连接；五号电阻R5的正极与电池端正极B+连接；上述四号电容C4、五号电容C5、六号电容C6、七号电容C7和八号电容C8由左至右依次并联在输入端正极IN+与输入端负极IN-之间。
进一步地，所述的放电回路5由二号二极管D2、三号二极管D3、四号二极管D4组成，上述二号二极管D2、三号二极管D3、四号二极管D4三者并联后串联在输入端负极IN-与电池端负极B-之间。
本具体实施方式的工作原理：
现有的管理模块的功率电路设计主要采用高频开关电源芯片，配合控制电路，实现DC/DC变换电路的功能，而本具体实施方式中的管理模块采用改进型BUCK电路，通过功率开关管（开关三极管Q1）并联和调理电路1，实现大功率DC-DC变换并联电路3的功能。，高精度的采样电路4采样后，采样信号输入调理电路1与基准进行比较，调理信号再控制开关三极管Q1，实现电压降压斩波的功能。前端多组电容（四号电容C4、五号电容C5、六号电容C6、七号电容C7、八号电容C8）并联进行滤波，确保车载发电机输入电压平滑稳定，无冲击电压，以免影响车载用电负载使用寿命；
原高频开关电源芯片充电时电流最大为4A，而本具体实施方式中DC-DC变换并联电路3充电最大电流（理论上）可达到18A（电流值取决于车载发电机功率的大小），并且新型功率电路的成本更低，静态功耗更小；
采样电路4通过电池两端电压采样，与基准信号同时输入调理电路1进行比较，其输出信号控制功率器件工作，控制其充电截止电压；调理芯片和基准芯片均选用高精度、超低功耗芯片，有效降低镍锌电池管理模块的充电截止电压精度问题和静态功耗问题。基准芯片选用5V信号基准，其精度可达±0.02V，充电截止电压精度可达±0.1V；对于静态功耗方面，经测试上一代产品的瞬时功耗电流为3.3mA，而新的拓扑电路加上超低功耗器件，目前测试镍锌电池管理模块的瞬时静态功耗为0.27-0.3mA，相对于上一代产品来说，性能有质的提升；
镍锌电池管理模块串联在车载发电机和电池中间，需要实现单通道双功能的作用，即同一接线端子实现充电和放电两种功能，所以需要电池管理模块对镍锌电池进行动态双向的能量转换。汽车镍锌启动电池瞬间放电电流很大，瞬时电流在120-150A左右，对电路器件冲击很大，需选用大功率快速恢复二极管进行放电，将充电电路和放电电路分开，且双方互不干扰，因为存在充电和放电瞬时转换的情况。放电回路5如4图所示，由于电路拓扑发生改变，放电回路的器件选型及连接方式都发生了改变。
采用上述结构后，本具体实施方式的有益效果是：
1、充电速率更快，充电峰值电流可达18A左右；
2、充电截止电压控制精度更高，±0.1V；
3、管理模块静态功耗更好，瞬时功耗电流为0.27-0.3mA。
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种汽车用镍锌启动电池管理模块，其特征在于：它包含主功率电路、控制回路和放电回路(5)；其中主功率电路包含调理电路(1)、滤波电路(2)和DC-DC变换并联电路(3)；上述控制回路为采样电路(4)；发电机输入端与滤波电路(2)连接，滤波电路(2)与DC-DC变换并联电路(3)连接，DC-DC变换并联电路(3)与电池端(6)连接，上述采样电路(4)连接在DC-DC变换并联电路(3)与电池端(6)之间，且采样电路(4)与调理电路(1)连接，调理电路(1)与DC-DC变换并联电路(3)连接；上述放电回路(5)连接在发电机输入端(7)与电池端(6)之间。
2.根据权利要求1所述的一种汽车用镍锌启动电池管理模块，其特征在于：所述的控制回路由一号电阻(R1)、二号电阻(R2)、三号电阻(R3)、四号电阻(R4)、一号二极管(D1)、一号电容(C1)、二号电容(C2)、三号电容(C3)和运算放大器构成；运算放大器通过其引脚4和引脚8并联在电池端的正负极上，运算放大器总的引脚7与采样电路(4)连接；所述的一号电容(C1)并联在电池端的正负极上；所述的一号电阻(R1)的正极与电池端正极(B+)连接，一号电阻(R1)的负极分别与运算放大器中的引脚6、一号二极管(D1)的正极、二号电容(C2)的正极、二号电阻(R2)的负极以及三号电阻(R3)的正极连接；上述二号电阻(R2)的正极与电池端正极(B+)连接，上述三号电阻(R3)的负极与四号电阻(R4)的正极连接，四号电阻(R4)的负极、二号电容(C2)的负极、一号二极管(D1)的负极均与电池端负极(B-)连接；上述三号电容(C3)的正极分别与运算放大器的引脚5和一号二极管(D1)的正极连接，三号电容(C3)的负极与电池端负极(B-)连接。
3.根据权利要求1所述的一种汽车用镍锌启动电池管理模块，其特征在于：所述的主功率电路由两个开关三极管(Q1)、四号电容(C4)、五号电容(C5)、六号电容(C6)、七号电容(C7)、八号电容(C8)和五号电阻(R5)组成；两个开关三极管(Q1)并联后的输入引脚与输入端负极(IN-)连接，两个开关三极管(Q1)并联后的负极与电池端负极(B-)连接，采样电路(4)与两个开关三极管(Q1)并联后的正极以及五号电阻(R5)的负极连接；五号电阻(R5)的正极与电池端正极(B+)连接；上述四号电容(C4)、五号电容(C5)、六号电容(C6)、七号电容(C7)和八号电容(C8)由左至右依次并联在输入端正极(IN+)与输入端负极(IN-)之间。
4.根据权利要求1所述的一种汽车用镍锌启动电池管理模块，其特征在于：所述的放电回路(5)由二号二极管(D2)、三号二极管(D3)、四号二极管(D4)组成，上述二号二极管(D2)、三号二极管(D3)、四号二极管(D4)三者并联后串联在输入端负极(IN-)与电池端负极(B-)之间。
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