CN212518424U - 一种电子电瓶及其桥电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子电瓶及其桥电路，属于电子元器件领域，主要用于汽柴油发动机作为启动的电源，包括电瓶正极端和电瓶负极端，还包括电容模组、锂电池组及连接电容模组和锂电池组的桥电路；电容模组的正、负极分别与电瓶正极端、负极端连接；桥电路的电子元件包括降压模块、防反灌二极管、隔离二极管和限流电阻；隔离二极管的正极和防反灌二极管的负极连接并同时与锂电池组的正极连接，隔离二极管的负极与限流电阻的一端连接；降压模块包括IN⁺端、OUT⁺端、IN^‑端和OUT^‑端。本实用新型采用桥电路连接电容模组、锂电池组，能很好地发挥电容模组和锂电池组各自的优点，有效提高电瓶启动能力，能适应低温环境启动、安全环保、使用寿命长。

Description

一种电子电瓶及其桥电路

技术领域

本实用新型涉及电子元器件领域，特别是涉及一种电子电瓶及其桥电路。

背景技术

现今以汽柴油等为燃料机械设备所装载的发动机在启动时使用的电瓶几乎全是铅酸电瓶，铅酸电瓶属于液体电瓶，其中的铅和硫酸是有毒和腐蚀性化学原料，储能方式为化学储能。现有电瓶技术其原理、结构从未改变，由于没有新的产品和技术，自1859年发明铅酸蓄电池，已经历了近150 年的发展历程。

现有铅酸电瓶是化学储能，是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液。铅酸电池放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。一个单格铅酸电池的标称电压是2.0V,能放电到1.5V,能充电到2.4V；在应用中，经常用6个或12个单格铅酸电池串联起来组成标称是12V或24v的铅酸电瓶。充电是将外部直流电源连在蓄电池上进行充电，使电能转化成化学能储存起来。放电是电能从电池中释放出来去驱动外部设备，属于化学储能。

现有铅酸电瓶存在的缺陷有：

1、现有电瓶输出电流小，汽车启动能力受限，容易存在需多次操作才能启动的问题；

2、现有电瓶使用寿命短，铅酸电瓶完全充放电300-500次，使用寿命一般为3～5年。

3、现有铅酸电瓶含有大量有毒和腐蚀性物质铅和硫酸。

4、现有电瓶低温启动性能随温度下降而下降，温度较低时较难启动。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能提高启动机启动能力、能适应低温环境启动、安全环保、使用寿命长的电子电瓶及其桥电路，主要用于汽柴油发动机作为启动的电源,可用于汽车、船舶、工程机械、军事等领域，通常作为该领域机械设备发动机启动的电源。。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案如下：

一方面，本实用新型提供一种电子电瓶，包括电瓶正极端和电瓶负极端，还包括电容模组、锂电池组及连接所述电容模组和锂电池组的桥电路；

所述电容模组的正、负极分别与所述电瓶正极端、负极端连接；

所述桥电路的电子元件包括降压模块、防反灌二极管、隔离二极管和限流电阻；

所述隔离二极管的正极和防反灌二极管的负极连接并同时与所述锂电池组的正极连接；

所述降压模块包括IN⁺端、OUT⁺端、IN^-端和OUT^-端；

所述隔离二极管的负极与限流电阻的一端连接，所述限流电阻的另一端与所述IN⁺端连接，并同时与电瓶正极端和电容模组的正极连接；

所述OUT⁺端与防反灌二极管的正极连接；

所述IN^-端分别与电容模组的负极和电瓶负极端连接；

所述OUT^-端与锂电池组的负极连接。

进一步地，所述电容模组为超级电容模组。

进一步地，所述超级电容模组的容量为：500F/16.2V，电容模组为6 个超级电容单体串连组成。

进一步地，所述锂电池组为三元锂电池组，锂电池组为3个锂电池单体串连组成，所述三元锂电池组规格为：12.6V/40Ah。

进一步地，所述三元锂电池组还包括3串三元锂电池保护板。

进一步地，所述降压模块为直流非同步整流非隔离降压可调恒流恒压模块。

进一步地，所述防反灌二极管和隔离二极管均为低压降肖特基二极管。

进一步地，所述限流电阻为铝壳电阻。

另一方面，提供一种所述的电子电瓶的桥电路，所述桥电路的电子元件包括降压模块、防反灌二极管、隔离二极管和限流电阻；

所述隔离二极管的正极和防反灌二极管的负极连接，并同时用于与所述锂电池组的正极连接；

所述降压模块包括IN⁺端、OUT⁺端、IN^-端和OUT^-端；

所述隔离二极管的负极与限流电阻的一端连接，所述限流电阻的另一端与所述IN⁺端连接，并同时用于与电瓶正极端和电容模组的正极连接；

所述OUT⁺端与防反灌二极管的正极连接；

所述IN^-端用于分别与电容模组的负极和电瓶负极端连接；

所述OUT^-端用于与锂电池组的负极连接。

采用这样的设计后，本实用新型至少具有以下优点：

(1)本实用新型的电瓶输出电流大，能提高启动机启动能力，提高启动成功率，如对于汽车发动机的启动，由于采用电容模组作为电能输出元件，在实际应用中当加装500F/16.2V超级电容模组时，当电瓶电压在12V 时，测试仪测试电瓶输出电流的CCA值能达到1800A，,这个值已达到普通汽车铅酸电瓶的三倍以上。采用超级电容和三元锂电池作为电能的输出和存储元件可使该电瓶具有更强的电流输出能力和更长的使用寿命。超级电容完全充放电100万次，锂电池完全充放电达1000次，使用寿命预计可达到10年以上，而现有的铅酸电瓶完全充放电循环300-500次。且本实用新型的电瓶绿色环保，属于环保型电瓶，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。同时本实用新型的电瓶采用电容模组，对高低温适应性强，可以在-20℃--60℃的环境下使用，甚至在-40℃--70℃也可以正常启动发动机。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型的电子电瓶的桥电路连接示意图；其中：

V-电瓶电压、

-电容模组、M-降压模块、D1-防反灌二极管、D2-隔离二极管、R-限流电阻、E-锂电池组。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域技术人员。

本实用新型提供一种电子电瓶的实施例，其电路连接如图1所示，电子电瓶包括电瓶正极端(+)和电瓶负极端(-)，还包括电容模组(C)、锂电池组(E)及连接电容模组(C)和锂电池组(E)的桥电路；电容模组(C) 分别的正、负极与电瓶正极端、负极端连接；桥电路的电子元件包括降压模块(M)、防反灌二极管(D1)，隔离二极管(D2)和限流电阻(R)；隔离二极管(D2)的正极和防反灌二极管(D1)的负极连接，并同时与锂电池组(E)的正极连接；降压模块M包括IN⁺端、OUT⁺端、IN^-端和OUT^-端：隔离二极管D2的负极与限流电阻R的一端连接，限流电阻R的另一端与IN⁺端连接，并同时与电瓶正极端(+)和电容模组C的正极连接；OUT⁺端与防反灌二极管D1的正极连接；IN^-端分别与电容模组C的负极和电瓶负极端(-)连接；OUT^-端与锂电池组E的负极连接。

具体的工作原理为：

1、本实用新型在使用时的放电原理：在启动机启动时电容模组(C) 输出电流，电流从电容模组正极流出，进入机械设备的启动机，启动机回流从电瓶负极回到电容模组负极，完成一次启动。在整个启动过程中(启动大约2秒)电容模组电压下降约1V左右，由于电容模组电压下降，致使锂电池组(E)输出电流，这个电流经二极管(D2)并降压约0.6V；经限流电阻(R)并降压约0.4V，进入启动机，这个电流大约4A左右，回流又从启动机回到电瓶负极，再经降压模块(M)的IN^-端及OUT^-端回到锂电池组负极。

2、本实用新型在使用时的充电原理：本电子电瓶充电电压为13v-16.8v，通常充电器或发动机机载发电机输出电压为14.4左右。充电时电流从电瓶正极端进入电瓶内，从电容模组正极进入电容模组，回流从电容模组负极、电瓶负极端回到充电器或发电机的负极，直至电瓶电压上升到充电器或发电机输出电压相同时充电结束，同时在这个过程中当电瓶电压达到或超过锂电池组实际电压1.6v左右(降压模块(M)输入输出最小压差1v+二极管(D1)压降0.6v左右)时，降压模块(M)开始对锂电池组(E)充电，从充电器或发电机来的电流经电瓶正极、降压模块(M)IN+、OUT+、防倒灌二极管(D1)进入锂电池组(E)，回电流又从锂电池组(E)负极、降压模组(M)OUT^-端、IN^-端、电瓶负极回到充电器或发电机负极。降压模块(M)设定输出恒电流8A，输出电压13.2V，输出电压经二极管(D1) 降压后电压约为12.6v给锂电池组充电，当锂电池组(E)电压上升到12.6V 时充电结束。

3、本实用新型在待机状态时工作原理：该电子电瓶在待机状态时由于机械设备通常都有外围电子设备，如防盗锁，车载音响待机电路，ECU待机电路等系统的耗电，及电瓶中电容模组C)自然放电(一般小于50ma)，随着时间的推移电瓶电压及电瓶中锂电池组(E)电压会缓慢下降，直到电瓶电压下降到低于锂电池组(E)电压0.6v左右(约等于隔离二极管D2压降)，从这时开始锂电池组(E)作为电源为发动机外围电子设备及电容模组(C) 提供电能。

锂电池组(E)的电流经隔离二极管(D2)、限流电阻(R)进入电容模组(C)和发动机外围电子设备：电容模组(C)及发动机外围电子设备的回流电流经降压模块(M)IN-、OUT-回流到锂电池组(E)负极，这个过程可一直持续到锂电池组(E)低压保护(约8v左右)断电为止，至此以后只有电容模组(C)为汽车电子系统供电，这个过程电容模组(C)电压继续下降直至耗尽。电瓶在机械设备待机状态电能支持时间取决于锂电池组的容量和机械设备的耗电量大小。由于电容模组具有超强的电流输出能力，在整个待机过程中当电瓶电压在9v以上时(实际测试家用轿车)可以随时启动发动机，低于9V将难以启动。

上述实施例中，限流电阻的阻值0.1欧。

上述实施例中，电容模组C可以为超级电容模组，规格参数可以为：

电容模组：500F/16.2V，电容模组为6个超级电容单体串连组成。

1)、电容单体:型号：BCAP3000 P270

工作温度：-40℃～+65℃

储存温度：-40℃～+70℃

额定容量：3000F

容量偏差：+20％/-5％

额定电压：2.7V

浪涌电压：3.0V

內阻：AC 0.24mΩ DC 0.29mΩ

尺寸：61.3mm(Φ)×166mm

重量：0.55kg

2)、电容模组装有电压均衡板，均衡板规格参数为：

均衡方式：被动均衡

均衡电压：2.7v

均衡电流：0.7A

静态电流：60微安

上述实施例中，锂电池组可以为三元锂电池组，具体规格参数可以为：

12.6V/40Ah，三元锂电池组为3个三元锂电池单体串连组成。

1)、单体锂电池规格参数：

标称电压:3.7V

内阻:0.6mΩ

放电电流：80A

充电电流:40A

最高充电电压:(4.25V)

持续放电电流:80A(2C)

最大放电电流:120A(3C)

最低放电电压:2.75V

重量：0.85KG尺寸:148MMx91MMx27MM

2)、锂电池还设有保护板，保护板的规格参数为：

12.6V/40Ah，3串三元锂电池保护板。

单体电池规格参数：

标称电压:3.7V

内阻:0.6mΩ

持续放电电流(上限)：40A

持续充电电流(上限)：20A

瞬间限流保护(上限)：120A

单体最高充电电压:(4.25V)

单体最低放电电压:2.75V

适用范围：标称电压为3.7V的锂电池

产品尺寸：42*55*3.4mm

产品重量：8.8g

充电电压：12.6V-13.6V

上述实施例中，降压模块可以为直流非同步整流非隔离降压可调恒流恒压模块，具体规格参数可以为：

恒流恒压降压模块:输出设定13.2V

模块性质：直流非同步整流非隔离降压可调恒流恒压模块CC CV充电模块

输入电压：7-40V

输出电压：连续可调(1.25-35V)

输出电流：.大10A长时间8A

恒流范围：0.3-10A(调节)

.低压差：1V

转换效率：.高约95％

工作频率:300KHZ

输出纹波:纹波50mV左右

工作温度：工业级(-40℃到+85℃)

空载电流：典型20mA(24V转12V)

负载调整率：±1％(恒压)

电压调整率：±1％

输出短路保护：有，

输入反接保护：无，

输出防反灌流：无，用于充电池需要外加二极管！

模块尺寸：65*47*23.5MM

重量:85g。

上述实施例中，防反灌二极管和隔离二极管可以均为低压降肖特基二极管，具体规格参数可以为：

型号：SBT60L100DC

封装：TO263

规格：60A100V

品牌：XL

封装类型：插件/铁封

芯片材质：SI/硅

正向导通电压:0.6V。

进一步地，限流电阻可以为铝壳电阻，R＝0.1欧/50W。

另一方面，提供一种上述的电子电瓶的桥电路，桥电路的电子元件包括降压模块M、防反灌二极管D1和隔离二极管D2，降压模块包括IN⁺端、 OUT⁺端、IN^-端和OUT^-端；IN⁺端与限流电阻连接，还分别用于与电瓶正极端、电容模组

的正极连接；隔离二极管D2的正极用于与锂电池组E的正极连接；OUT⁺端与防反灌二极管D1的正极连接，防反灌二极管D1的负极用于与锂电池组E的正极及隔离二极管D2的正极连接；IN^-端用于分别与电容模组

的负极和电瓶负极端连接；OUT^-端用于与锂电池组E的负极连接。

进一步地，还包括限流电阻R，限流电阻连接在IN⁺端与隔离二极管的负极之间。

本实用新型采用桥电路连接电容模组、锂电池组连接起来，能很好地发挥电容模组和锂电池组各自的优点，起到扬长避短的效果，有效提高电瓶启动能力，同时更能适应低温环境启动、安全环保、使用寿命长。

本实用新型通过桥电路将超级电容模组和锂电池组连接起来装配成电子电瓶，具有以下优点：

1、解决现有电瓶输出电流小问题。本电瓶以超级电容模组作为电流输出元件，超级电容模组内阻5豪欧左右，具有输出大电流能力。在加装500F/16.2V电容模组时，当电瓶电压在12V时，测试仪测电瓶电流CCA值达到1800A。

2、解决现有电瓶寿命短问题。本电瓶采用超级电容和三元锂电池，从而延长了电瓶使用寿命。

3、解决现有电瓶环保问题。本电瓶绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质

4、解决现有电瓶低温启动性能随温度下降而下降问题，本电瓶采用超级电容模组作为电能输出元件，高低温适应性强，可以在-20℃--60℃的环境下使用，可以在-40℃--70℃正常启动发动机。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电子电瓶，包括电瓶正极端和电瓶负极端，其特征在于，还包括电容模组、锂电池组及连接所述电容模组和锂电池组的桥电路；

所述电容模组的正、负极分别与所述电瓶正极端、负极端连接；

所述桥电路的电子元件包括降压模块、防反灌二极管、隔离二极管和限流电阻；

所述隔离二极管的正极和防反灌二极管的负极连接并同时与所述锂电池组的正极连接；

所述降压模块包括IN⁺端、OUT⁺端、IN^-端和OUT^-端；

所述隔离二极管的负极与限流电阻的一端连接，所述限流电阻的另一端与所述IN⁺端连接，并同时与电瓶正极端和电容模组的正极连接；

所述OUT⁺端与防反灌二极管的正极连接；

所述IN^-端分别与电容模组的负极和电瓶负极端连接；

所述OUT^-端与锂电池组的负极连接。

2.根据权利要求1所述的电子电瓶，其特征在于，所述电容模组为超级电容模组。

3.根据权利要求2所述的电子电瓶，其特征在于，所述超级电容模组的容量为：500F/16.2V，电容模组为6个超级电容单体串连组成。

4.根据权利要求1至3任一所述的电子电瓶，其特征在于，所述电容模组装有电压均衡板。

5.根据权利要求1至3任一所述的电子电瓶，其特征在于，所述锂电池组为三元锂电池组，锂电池组为3个三元锂电池单体串连组成，所述三元锂电池组规格为：12.6V/40Ah。

6.根据权利要求5所述的电子电瓶，其特征在于，所述三元锂电池组还包括3串三元锂电池保护板。

7.根据权利要求1至3任一所述的电子电瓶，其特征在于，所述降压模块为直流非同步整流非隔离降压可调恒流恒压模块。

8.根据权利要求1至3任一所述的电子电瓶，其特征在于，所述防反灌二极管和隔离二极管均为低压降肖特基二极管。

9.根据权利要求1至3任一所述的电子电瓶，其特征在于，所述限流电阻为铝壳电阻。

10.一种权利要求1至9任一所述的电子电瓶的桥电路，其特征在于，所述桥电路的电子元件包括降压模块、防反灌二极管、隔离二极管和限流电阻；

所述隔离二极管的正极和防反灌二极管的负极连接，并同时用于与所述锂电池组的正极连接；

所述降压模块包括IN⁺端、OUT⁺端、IN^-端和OUT^-端；

所述隔离二极管的负极与限流电阻的一端连接，所述限流电阻的另一端与所述IN⁺端连接，并同时用于与电瓶正极端和电容模组的正极连接；

所述OUT⁺端与防反灌二极管的正极连接；

所述IN^-端用于分别与电容模组的负极和电瓶负极端连接；

所述OUT^-端用于与锂电池组的负极连接。

Images