CN218449576U - 一种储能启动电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种储能启动电源系统，该系统包括有化学蓄电池、DC‑DC转换器以及超级电容器模组；化学蓄电池的输入端接入外部充电电源，其输出端接入DC‑DC转换器，DC‑DC转换器的输出端接入超级电容器模组；化学蓄电池的输出端与超级电容器模组的输出端还共同接入外部负载。相比于现有技术，在本实用新型当中提供的电源系统结构简洁，能量密度高、功率密度高、能在短时间内根据负载需要提供高达数百乃至数千安培的启动电流帮助外部用电设备启动，并在外部用电设备成功启动后持续为其提供电能。

Description

一种储能启动电源系统

技术领域

本实用新型属于能源技术领域，特别涉及一种应用于需要大电流启动的应用场景的电源系统。

背景技术

储能启动电源具备充电存储电能的能力，与其他普通的储能电源不同的是，储能启动电源一般应用于直升机、新能源电动车、重负载电机等大型用电场合中，在用电器由原先静止状态开始启动时，为用电器提供短时间内的较大电流供用电器平稳、顺利启动，在其启动后适当地为用电器后续的工作过程提供事先存储的电能。

现有技术中提供的储能启动电源往往以单一形式的储能电池构造而成，在大部分的储能启动电源中往往设置具体的锂电池，锂电池的能量密度高，同样体积下锂电池中存储的电能更多，且锂电池制造技术成熟，技术人员很容易购买获得，这样的设置方式在现有的储能启动电池中被广泛使用。而现有技术中通常存在小部分储能启动电源，这类电源中设置超级电容并以其作为能量载体，依靠超级电容功率密度高、寿命长、安全等特点，也能为与其连接的用电器提供理想的启动电流以平稳启动用电器。

应该指出，在某一指定的储能启动电源中设置单一形式的储能电池的技术方案应用到具体的用电器启动、用电器工作等场景中时，很难取得理想的供电效果：锂电池本身在具备能量密度较高的优点的同时，由于锂电池以化学能与电能之间相互转换实现充放电的本质原理，其也同样具有明显的安全性不足、对工作环境温度要求高、充电速度慢等显著缺陷；而超级电容本身虽耐寒抗热，充电速度快、功率密度高等优点，但应用在实际中的超级电容能量密度小、由于放电速度过快且控制困难等缺陷也十分明显，因此当用电器需求启动时供应短时大电流、启动后持续供应负载需求电流的效果，以单一形式构造的储能启动电源很难取得理想的供电效果。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种电源系统，该电源系统兼具能量密度高与功率密度高的特点，能在外部用电设备需要启动时提供短时间较大幅值的启动电流，帮助外部用电设备平稳、顺利地启动，也能在外部用电设备完成启动后为用电池持续提供幅值较小的工作电流，帮助外部用电设备长时间维持稳定的工作状态。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种储能启动电源系统，该系统包括有化学蓄电池、DC-DC转换器以及超级电容器模组；化学蓄电池的输入端接入外部充电电源，其输出端接入DC-DC转换器，DC-DC转换器的输出端接入超级电容器模组；化学蓄电池的输出端与超级电容器模组的输出端还共同接入外部负载。在本申请提供的储能启动电源系统中同时设置化学蓄电池以及超级电容器模组，并在二者之间设置DC-DC转换器，则外部充电电源接入化学蓄电池后将对该化学蓄电池充电，化学蓄电池将电能以化学能的形式存储起来。而由于化学蓄电池与超级电容之间还设置有DC-DC转换器，则化学蓄电池将能通过该DC-DC转换器对超级电容器模组充电。当外部用电设备需要启动时，化学蓄电池上输出稳定的直流电，而超级电容器模组由于其快速、高效的放电特性，将能在短时间内输出较大电流，供外部用电设备在启动时需求的短时间大电流，帮助外部用电设备平稳、顺利地启动；在外部用电设备完成启动后，超级电容器模组中原先存储的电量将近耗尽，而化学蓄电池仍保持稳定输出，带动外部用电设备在启动后持续为其供应电能，保证外部用电池持续正常工作。

进一步的，该系统还包括有AC-DC转换器，AC-DC转换器设置在化学蓄电池的前端，其输入端接入外部市电，其输出端接入化学蓄电池。外部市电往往为220V工频交流电，将其通过AC-DC模块转换后成为直流电，以便对化学蓄电池充电。

进一步的，该系统还包括有状态监控器，状态监控器对应化学蓄电池、DC-DC转换器与超级电容器模组一一对应设置检测端，每一个状态监控器中的检测端均与其对应的化学蓄电池或超级电容器模组交互。对每一个化学蓄电池和每一个超级电容器模组对应设置检测端，则状态监控器可方便监控每一个电池的实时工作状况，为进一步全面控制整个电源系统获得实时前端数据。

进一步的，该系统还包括有通讯模块，通讯模块与状态监控器交互。该电源系统应用到实际场景中时，技术人员可视具体应用场景需求，选用合适的蓝牙通讯器、WiFi通讯器，有线网关通讯器等应用其中，通讯模块自身内部结构及其通讯原理均为现有技术，并非本申请的保护核心，不在本申请要求保护的范围内。

进一步的，该系统还包括有低温加热器，低温加热器连接外部电源，且低温加热与化学蓄电池之间保持热导通，低温加热器在正常环境温度中不工作，仅在工作环境温度下降至一定程度、化学蓄电池无法正常启动或工作时，低温加热器才启动，发出热量并将热量传导至化学蓄电池处，保证化学蓄电池正常启动及工作运行。

进一步的，该系统还包括有低温加热器，低温加热器包括有上膜、加热丝以及下膜；上膜与下膜相对粘连，加热丝设置在上膜与下膜所夹空间中，加热丝与外部电源保持电连接，下膜盖合在化学蓄电池的其中一个电极上。化学蓄电池对工作环境的温度要求较高，较高温度环境或较低温度环境中化学蓄电池均无法正常工作，考虑到该电源系统往往应用于自然环境下，少见极端高温环境，因此为保证该电源系统中的化学蓄电池能在更广泛的环境温度范围内正常工作，本申请提供的技术方案中还设置低温加热器，该低温加热器独立接入外部电源，以电热原理产生热量，在极端低温环境中为化学蓄电池加热，保证工作环境温度达到其要求。本领域技术人员在具体实施本申请中提供的技术方案时，可视具体情况，一方面可在低温加热器与化学蓄电池之间额外增设用于更好地绝缘的绝缘麦拉片以及用于更好地导热的导热铝片，另一方面可对应化学蓄电池的两电极设置两片低温加热片，将两片低温加热片分别紧贴化学蓄电池的两极，以便在超范围的环境低温情况下可以快速加热升温，保证化学蓄电池正常工作。

进一步的，DC-DC变换器包括有DC-DC控制芯片、DC-DC电感、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管； DC-DC控制芯片的具体型号为PL5501；第一MOS管的漏极连接化学蓄电池的输出正端，其源极连接第二MOS管的漏极，第二MOS 管的源极接地；第一MOS管与第二MOS管的公共端连接DC-DC电感的其中一端；第四MOS管的漏极连接超级电容器模组正极，其源极连接第三MOS管的漏极，第三MOS管的源极接地，第四MOS管与第三MOS管的公共端还连接DC-DC电感的另一端；第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管的栅极分别连接DC-DC 控制芯片。当设置在前端的化学蓄电池正极的电压高于设置在后端的超级电容器模组正极的电压时，DC-DC控制芯片控制第一MOS管、第二MOS管、第四MOS管以及DC-DC电感等共同组成降压型 DC-DC转换器，向超级电容器模组充电；而当设置在前端的化学蓄电池正极的电压低于设置在后端的超级电容器模组正极的电压时， DC-DC控制芯片控制第一MOS管、第三MOS管、第四MOS管以及DC-DC电感等共同组成升压型DC-DC转换器向超级电容器模组充电，将化学蓄电池与超级电容器模组连接起来。总之，无论是当设置在前端的化学蓄电池正极的电压高于设置在后端的超级电容器模组正极的电压还是当设置在前端的化学蓄电池正极的电压低于设置在后端的超级电容器模组正极的电压的情况，本申请中提供的技术方案都能通过DC-DC变换器，让超级电容器模组上的电压达到需要的值，以储存足够的能量供启动时输出大电流使用。

本实用新型的优势在于：相比于现有技术，在本实用新型当中提供的电源系统结构简洁，能量密度高、功率密度高、能在短时间内提供较大幅值的启动电流帮助外部用电设备启动，并在外部用电设备成功启动后持续为其提供电能。

附图说明

图1是具体实施方式中提供的储能启动电源系统的系统框图。

图2是具体实施方式中提供的储能启动电源系统中化学蓄电池、 DC-DC转换器以及超级电容器模组连接的电路原理图。

图3是具体实施方式中提供的储能启动电源系统中低温加热器与化学蓄电池接合的结构示意图，图中，A为低温加热器，B为化学蓄电池。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

请参阅图1-3。

在本具体实施方式中提供一种储能启动电源系统，该系统包括有化学蓄电池、DC-DC转换器以及超级电容器模组；化学蓄电池的输入端接入外部充电电源，其输出端接入DC-DC转换器，DC-DC转换器的输出端接入超级电容器模组；化学蓄电池的输出端与超级电容器模组的输出端还共同接入外部负载。

进一步的，在本具体实施方式中，该系统还包括有AC-DC转换器，AC-DC转换器设置在化学蓄电池的前端，其输入端接入外部市电，其输出端接入化学蓄电池。

进一步的，在本具体实施方式中该系统还包括有状态监控器，状态监控器对应化学蓄电池、DC-DC转换器与超级电容器模组一一对应设置检测端，每一个状态监控器中的检测端均与其对应的化学蓄电池或超级电容器模组交互。对每一个化学蓄电池和每一个超级电容器模组对应设置检测端，则状态监控器可方便监控每一个电池的实时工作状况，为进一步全面控制整个电源系统获得实时前端数据。

进一步的，在本具体实施方式中该系统还包括有通讯模块，通讯模块与状态监控器交互。

进一步的，在本具体实施方式中该系统还包括有低温加热器，低温加热器连接外部电源，且低温加热与化学蓄电池之间保持热导通。

进一步的，在本具体实施方式中该系统还包括有低温加热器，低温加热器包括有上膜、加热丝以及下膜；上膜与下膜相对粘连，加热丝设置在上膜与下膜所夹空间中，加热丝与外部电源保持电连接，下膜盖合在化学蓄电池的其中一个电极上。

进一步的，在本具体实施方式中DC-DC变换器包括有DC-DC 控制芯片IC、DC-DC电感L1、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3以及第四MOS管Q4；DC-DC控制芯片IC的具体型号为PL5501；第一MOS管Q1的漏极连接化学蓄电池的输出端，其源极连接第二MOS管Q2的漏极，第二MOS管Q2的源极接地；第一MOS管Q1与第二MOS管Q2的公共端连接DC-DC电感L1的其中一端；第四MOS管Q4的漏极连接超级电容器模组，其源极连接第三MOS管Q3的漏极，第三MOS管Q3的源极接地，第四MOS 管Q4与第三MOS管Q3的公共端还连接DC-DC电感L1的另一端；第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3以及第四MOS 管Q4的栅极分别连接DC-DC控制芯片IC。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种储能启动电源系统，其特征在于，该系统包括有化学蓄电池、DC-DC转换器以及超级电容器模组；所述化学蓄电池的输入端接入外部充电电源，其输出端接入所述DC-DC转换器，所述DC-DC转换器的输出端接入所述超级电容器模组；所述化学蓄电池的输出端与所述超级电容器模组的输出端还共同接入外部负载。

2.如权利要求1所述的储能启动电源系统，其特征在于，该系统还包括有AC-DC转换器，所述AC-DC转换器设置在所述化学蓄电池的前端，其输入端接入外部市电，其输出端接入所述化学蓄电池。

3.如权利要求2所述的储能启动电源系统，其特征在于，该系统还包括有状态监控器，所述状态监控器对应所述化学蓄电池、所述DC-DC转换器与所述超级电容器模组一一对应设置检测端，每一个所述状态监控器中的检测端均与其对应的所述化学蓄电池或所述超级电容器模组交互。

4.如权利要求3所述的储能启动电源系统，其特征在于，该系统还包括有通讯模块，所述通讯模块与所述状态监控器交互。

5.如权利要求4所述的储能启动电源系统，其特征在于，该系统还包括有低温加热器，所述低温加热器连接外部电源，且所述低温加热器与所述化学蓄电池之间保持热导通。

6.如权利要求5所述的储能启动电源系统，其特征在于，该系统还包括有低温加热器，所述低温加热器包括有上膜、加热丝以及下膜；所述上膜与所述下膜相对粘连，所述加热丝设置在所述上膜与所述下膜所夹空间中，所述加热丝与外部电源保持电连接，所述下膜盖合在所述化学蓄电池的其中一个电极上，在低温加热器和化学蓄电池的电极之间放置绝缘麦拉片和导热铝片，化学蓄电池的两端各放置一个低温加热器以便低温时可以快速加热升温。

7.如权利要求1所述的储能启动电源系统，其特征在于，所述DC-DC变换器包括有DC-DC控制芯片、DC-DC电感、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管；所述DC-DC控制芯片的具体型号为PL5501；所述第一MOS管的漏极连接所述化学蓄电池的正极，其源极连接所述第二MOS管的漏极，所述第二MOS管的源极接地；所述第一MOS管与所述第二MOS管的公共端连接所述DC-DC电感的其中一端；所述第四MOS管的漏极连接超级电容器模组的正极，其源极连接所述第三MOS管的漏极，所述第三MOS管的源极接地，所述第四MOS管与所述第三MOS管的公共端还连接所述DC-DC电感的另一端；所述第一MOS管、所述第二MOS管、所述第三MOS管以及所述第四MOS管的栅极分别连接所述DC-DC控制芯片。

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