CN220615736U - 低压锂电池启动电源和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种低压锂电池启动电源和车辆。低压锂电池启动电源包括稳压模块、车载充电机以及储能电池模块，稳压电容与储能电池模块并联连接；车载充电机通过通电电路与储能电池模块连接形成充电回路，车载充电机通过通电电路与稳压模块连接形成稳压回路；稳压回路在充电回路断开前的预设时间内导通，稳压回路的导通使车载充电机向稳压电容充电。本申请的低压锂电池启动电源，能够有效避免电量充满的瞬间充电回路断开时车载充电机两端的端电压突然升高，对车载用电器造成损坏。

Description

低压锂电池启动电源和车辆

技术领域

本申请涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种低压锂电池启动电源和车辆。

背景技术

传统燃油车或新能源车的启动一般需要采用低压电源对燃油车发动机或新能源车的高压电源进行启动，低压电一般采用12V或24V，家庭乘用车一般采用12V低压电，货车、卡车、重载工程车辆等则一般采用24V，传统低压电源一般采用铅酸蓄电池，但铅酸蓄电池存在循环寿命较短，需要定期进行更换等缺陷。

近年来，锂电池由于其循环寿命长、在未放空电的情况下可随时充放电、使用维护简单，电池容量大、重量轻、能量密度高，工作温度范围宽，可在-20℃～60℃之间正常工作等优点，逐渐代替传统铅酸蓄电池用作低压启动电源对车辆进行启动。

传统燃油车，尤其是以24V电池为启动电源的货车、卡车、房车或重载工程车辆等，随着电气化程度越来越高，车载电器也越来越多，比如车载空调、车载冰箱等，这些车载电器都需要外部储能电池进行供电或车载充电机进行供电，车辆行驶过程中，车载充电机给储能电池充电的同时也会给车载电器进行供电。

车载充电机的充电电压一般高于锂电池组的标称电压；以货车24V启动电源为例：车载充电机的充电电压范围一般为28V-32V，传统的24V锂电池启动电源多数采用8串磷酸铁锂电池串联而成；满充电压为3.65V*8＝29.2V，但是一般磷酸铁锂电芯末端电压增长很快，实际电压为28.5V左右时就可以充满，在充满的一瞬间，电池管理系统(BatteryManagement System，BMS)会进行满充保护，防止过充或过放造成的损坏。但是，在断开充电MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体)的一瞬间，车载电器两端的电压会变突然升高至32V(即车载充电机两端的电压)，电压的突变容易对车载电器造成损坏。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种低压锂电池启动电源和车辆，能够有效避免储能电池单元电量充满的瞬间充电回路断开时车载充电机两端的端电压突然升高，对车载用电器造成的损坏。

本申请的第一方面提供了一种低压锂电池启动电源，包括稳压模块、车载充电机以及储能电池模块；其中，

稳压模块包括稳压电容，稳压电容与储能电池模块并联连接；

车载充电机通过通电电路与储能电池模块连接形成充电回路，车载充电机通过通电电路与稳压模块连接形成稳压回路；

稳压回路在充电回路断开前的预设时间内导通，稳压回路的导通使车载充电机向稳压电容充电。

在一些实施方式中，稳压模块还包括电控开关，稳压电容和电控开关串联后与储能电池模块并联。

在一些实施方式中，电控开关为MOS管。

在一些实施方式中，储能电池模块包括储能电池单元和保护控制系统，储能电池单元包括串联和/或并联连接的多个电池；

保护控制系统与电控开关控制连接，保护控制系统在储能电池单元充满前的预设时间内控制电控开关闭合，使稳压回路导通。

在一些实施方式中，储能电池单元通过若干磷酸铁锂电池串联而成。

在一些实施方式中，保护控制系统包括电压采集单元，电压采集单元通过多个电压采样线分别连接储能电池模块中的单个电池，电压采集单元用于采集储能电池模块中单个电池和/或储能电池模块的电压。

在一些实施方式中，保护控制系统包括温度采集单元，温度采集单元通过多个温度采样线分别连接储能电池模块中的单个电池，温度采集单元用于采集储能电池模块中单个电池和/或储能电池模块的温度。

在一些实施方式中，保护控制系统包括BMS控制芯片，BMS控制芯片与电压采集单元信号连接，电压采集单元将采集到的电压信号传递给BMS控制芯片，BMS控制芯片与电控开关控制连接，BMS控制芯片根据接收到的电压信号通过控制电控开关的断开或闭合以用于控制充电回路断开与否。

在一些实施方式中，保护控制系统包括BMS控制芯片，BMS控制芯片与温度采集单元信号连接，温度采集单元将采集到的温度信号传递给BMS控制芯片，BMS控制芯片与电控开关控制连接，BMS控制芯片根据接收到的温度信号通过控制电控开关的断开或闭合以用于控制充电回路断开与否。

在一些实施方式中，在充电回路中设置有熔断器。

在一些实施方式中，低压锂电池启动电源还包括负载模块，车载充电机通过通电电路与负载模块形成供电回路。

在一些实施方式中，负载模块包括多个并联的车载电器。

本申请的第二方面提供了一种车辆，该车辆包括上述第一方面提供的低压锂电池启动电源。

本申请中的低压锂电池启动电源，通过在储能电池单元充满前的预设时间内，通过保护控制系统控制电控开关闭合，使稳压回路导通，使充电回路断开，能够很好的对车载充电机两端的端电压进行稳压。在车辆行驶过程中，车载充电机对储能电池单元进行充电，在停止对储能电池单元充电的时段，本申请的稳压模块能起到良好的稳定车载充电机两端电压的作用，有效防止车载充电机停止对储能电池单元充电的瞬间造成的电压突变对车载电器的损坏同时不会造成电能的损耗。

附图说明

图1为本申请一实施例中的低压锂电池启动电源的示意图。

图2为本申请另一实施例中的低压锂电池启动电源的示意图。

图3为本申请一实施例中的低压锂电池启动电源保护控制系统的示意图

附图标记说明

1、车载充电机；2、稳压模块；21、稳压电容；22、电控开关；3、储能电池模块；31、储能电池单元；32、保护控制系统；321、电压采集单元；322、BMS控制芯片；323、放电继电器；324、充电继电器；33、熔断器；4、负载模块；51、充电回路；52、稳压回路；53、供电回路。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

本申请的第一方面提供了一种低压锂电池启动电源，参阅图1，图1示出了本申请一实施例中的低压锂电池启动电源的示意图。具体地，低压锂电池启动电源包括储能电池模块3、稳压模块2以及车载充电机1。其中，稳压模块2包括稳压电容21，该稳压电容21与储能电池模块3并联连接。

本申请中的低压锂电池启动电源是指启动电源的电压为12V、24V或者其它低压直流电源，本申请以24V为例进行说明。

车载充电机1通过通电电路与储能电池模块3连接形成车载充电机1的充电回路51；车载充电机1通过充电回路51的导通或断开向储能电池模块3进行充电或停止充电；车载充电机1通过通电电路与稳压模块2连接形成车载充电机1的稳压回路52；车载充电机1通过稳压回路52在充电回路51断开的瞬间稳定车载充电机1外供给负载的电压，起到保护外部供电回路53的作用，外部供电回路53是指车载充电机向空调、冰箱、收音机、电视机等车载电器供电的电路。

稳压回路53在充电回路51断开前的预设时间内导通，稳压回路53的导通使车载充电机1向稳压电容21充电。

在一些实施方式中，稳压模块2还包括电控开关22，该电控开关22与稳压电容21串联后与储能电池模块3并联；通过电控开关22的导通或断开实现稳压回路52的导通或断开。

如图1-3所示，储能电池模块3包括储能电池单元31和保护控制系统32。其中，储能电池单元31包括串联和/或并联连接的多个电池。保护控制系统32用于保护储能电池单元的充电或放电，以用于防止储能电池单元的过充或过放。具体地，保护控制系统32包括充电继电器324和放电继电器323，保护控制系统32通过控制充电继电器324的导通使充电回路51导通，充电继电器324的断开使充电回路51断开。并且，保护控制系统32与稳压模块2中的电控开关22控制连接，通过保护控制系统32控制电控开关22的导通使稳压回路52导通，使稳压电容21并联到车载充电机1两端，车载充电机1向稳压电容21供电；在储能电池单元31充满前的预设时间内，通过保护控制系统32控制电控开关22闭合，使稳压回路52导通。

预设时间可以为1s、0.5s、0.1s或者更短的时间，对预设时间在此不做特别限定。预设时间的设定以充电回路51断开的瞬间，不会造成车载空调、冰箱、电视机、收音机等负载两端的电压突然升高为准，可以根据具体情况选择合适的预设时间的具体数值。

在其中一些实施方式中，低压锂电池启动电源还包括负载模块4。具体地，负载模块4包括多个并联的车载电器，比如，车载空调、车载冰箱、车载电视机、车载屏幕、车载收音机等，车载电器一般为低压直流电器，与本申请中的低压锂电池启动电源的电压一致，车载充电机1通过通电电路与负载模块4连接形成车载充电机1的供电回路53。当车辆发动机正常工作时，供电回路53导通，由车载充电机1向车载电器进行供电，当发电机停止工作后则有储能电池模块3向负载模块4进行供电。

进一步地，车载电器包括车灯负载、雨刮负载、玻璃升降器负载、电动门锁负载、音响负载以及车载冰箱负载中的一种或多种。

在一些实施方式中，如图2所示，储能电池模块3中的储能电池单元31采用8串磷酸铁锂电池串联而成，串联后的总电压为3.65V*8＝29.2V。

保护控制系统32采用电池管理系统(Battery Management System，BMS)，进一步地，保护控制系统32还包括电压采集单元321，具体地，电压采集单元321通过多个电压采样线分别连接储能电池模块3中的单个电池，该电压采集单元321用于采集储能电池单元31中单个电池和/或储能电池单元31的电压。

在一些实施方式中，保护控制系统32还包括温度采集单元(在图中未示出)，具体地，温度采集单元通过多个温度采样线分别连接储能电池模块3中的单个电池，该温度采集单元用于采集储能电池单元31中单个电池以及储能电池单元31的温度。

在一些实施方式中，保护控制系统32还包括BMS控制芯片322，该BMS控制芯片322与电压采集单元321信号连接，电压采集单元321将采集到的电压信号传递给BMS控制芯片322，BMS控制芯片322与稳压模块2中的电控开关22控制连接，BMS控制芯片322根据接收到的电压信号控制电控开关22的断开或闭合，以用于控制充电回路51断开与否。

在一些实施方式中，BMS控制芯片322与温度采集单元信号连接，温度采集单元将采集到的温度信号传递给BMS控制芯片322，BMS控制芯片322与稳压模块2中的电控开关22控制连接，BMS控制芯片322根据接收到的温度信号控制电控开关22的断开或闭合，以用于控制充电回路51断开与否。

在一些实施方式中，BMS控制芯片3223与充电继电器324和放电继电器323信号连接，BMS控制芯片322控制充电继电器324和放电继电器323信号的导通与否控制储能电池单元31的充电和放电。充电继电器324串联在充电回路51中，放电继电器323串联在放电回路中(图中未示出放电回路)，充电继电器324和放电继电器323与BMS控制芯片322以及储能电池单元31的连接关系为储能系统中常见的连接关系。储能电池单元31的正极连接到车载充电机1的正极，储能电池单元31的负极连接到保护控制系统32的输出端B-，保护控制系统32的输出端B-与保护控制系统32的输入端P-进行连接，保护控制系统32的输入端P-连接车载充电机1的负极。如图2所示，输出端和输入端都有两个，输出端和输入端一一对应分成两组，其中一组串联充电继电器324，另一组串联放电继电器323。

在其中一些实施方式中，在充电回路51中设置有熔断器33。具体地，在储能电池单元31的正极与车载充电机1的正极连接的电路中串联有起到保护作用的熔断器33。

在其中一些实施方式中，稳压模块2中的电控开关22为MOS管，MOS管和稳压电容21经串联连接后与车载充电机1并联，通过MOS管的开启和关闭控制车载充电机1是否向稳压电容21进行充电。MOS管和稳压电容21集成在保护控制系统32内，通过保护控制系统32控制MOS管的开启和关闭，即保护控制系统32控制车载充电机1向储能电池组进行充电或者车载充电机1向稳压电容21充电。MOS管是一种场效应管，它的导电性能受栅极电压的控制；当栅极电压为零时，MOS管处于截止状态，不导电；当栅极电压为正时，MOS管处于放大状态，导通电流增大。通过改变MOS管的栅极电压，可以实现对电路的控制MOS管控制技术被用于控制开关管的导通和截止。当控制信号为高电平时，MOS管导通，电源输出电压；当控制信号为低电平时，MOS管截止，电源不输出电压，具有高效、可靠、稳定的特点。

具体地，首先，车载充电机1通过保护控制系统32控制输入端P-和输出端B-导通从而实现车载充电机1向储能电池单元31充电，此时与稳压电容21串联的电控开关22处于开启状态，车载充电机1的电流并不会流向稳压电容21。然后，当储能电池单元31临近充满状态时，比如在储能电池单元31即将充满前的1s、0.5s、0.1s，甚至更短的时间内，保护控制系统32控制电控开关22闭合，此时，车载充电机1向稳压电容21充电，稳压回路52导通，充电回路断开；车载充电机1停止向储能锂电池单元充电。即在储能电池单元31充满电之前的预设时间内，通过控制系统断开车载充电机1与储能锂电池单元的充电回路51的瞬间，车载充电机1与稳压电容21之间的稳压回路52导通，有效的避免了车载充电机1两端电压发生突变对车载电器造成的损坏。

在车辆发动机正常工作时，车辆发动机向车载充电机1提供动力，车载充电机1将车辆发动机提供的动力转换成电能然后供给储能锂电池单元以及车载电器；在车辆发动机熄火时，改由储能锂电池单元向车载电器进行供电。

本申请提供的低压锂电池启动电源，在锂电池作为车辆的低压启动电源时，能够有效避免在储能电池单元31电量即将充满的瞬间充电回路51断开时车载充电机1两端的端电压突然升高，从而避免了对车载用电器造成的冲击损坏。

本申请的第二方面提供了一种车辆，该车辆包括上述第一方面提供的低压锂电池启动电源。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种低压锂电池启动电源，其特征在于，包括稳压模块、车载充电机以及储能电池模块；其中，

所述稳压模块包括稳压电容，所述稳压电容与所述储能电池模块并联连接；

所述车载充电机通过通电电路与所述储能电池模块连接形成充电回路，所述车载充电机通过通电电路与所述稳压模块连接形成稳压回路；

所述稳压回路在所述充电回路断开前的预设时间内导通，所述稳压回路的导通使所述车载充电机向所述稳压电容充电。

2.根据权利要求1所述的低压锂电池启动电源，其特征在于，所述稳压模块还包括电控开关，所述电控开关和所述稳压电容串联后与所述储能电池模块并联。

3.根据权利要求2所述的低压锂电池启动电源，其特征在于，所述储能电池模块包括储能电池单元和保护控制系统，所述储能电池单元包括串联和/或并联连接的多个电池；

所述保护控制系统与所述电控开关控制连接，所述保护控制系统在所述储能电池单元充满前的预设时间内控制所述电控开关闭合，使所述稳压回路导通。

4.根据权利要求3所述的低压锂电池启动电源，其特征在于，所述保护控制系统包括电压采集单元，所述电压采集单元通过多个电压采样线分别连接所述储能电池模块中的单个电池，所述电压采集单元用于采集所述储能电池模块中单个电池和/或所述储能电池模块的电压。

5.根据权利要求3所述的低压锂电池启动电源，其特征在于，所述保护控制系统包括温度采集单元，所述温度采集单元通过多个温度采样线分别连接所述储能电池模块中的单个电池，所述温度采集单元用于采集所述储能电池模块中单个电池和/或所述储能电池模块的温度。

6.根据权利要求4所述的低压锂电池启动电源，其特征在于，所述保护控制系统包括BMS控制芯片，所述BMS控制芯片与所述电压采集单元信号连接，所述电压采集单元将采集到的电压信号传递给所述BMS控制芯片，所述BMS控制芯片与所述电控开关控制连接，所述BMS控制芯片根据接收到的电压信号控制所述电控开关的断开或闭合，以用于控制所述充电回路断开与否。

7.根据权利要求5所述的低压锂电池启动电源，其特征在于，所述保护控制系统包括BMS控制芯片，所述BMS控制芯片与所述温度采集单元信号连接，所述温度采集单元将采集到的温度信号传递给所述BMS控制芯片，所述BMS控制芯片与所述电控开关控制连接，所述BMS控制芯片根据接收到的温度信号控制所述电控开关的断开或闭合，以用于控制所述充电回路断开与否。

8.根据权利要求1-7任一项所述的低压锂电池启动电源，其特征在于，所述低压锂电池启动电源还包括负载模块，所述车载充电机通过通电电路与所述负载模块形成供电回路。

9.根据权利要求8所述的低压锂电池启动电源，其特征在于，所述负载模块包括多个并联的车载电器。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的低压锂电池启动电源。