车用启动锂电池系统的制作方法

1.本实用新型实施例涉及车用电池领域，具体涉及一种24v工程车用启动锂电池系统以及12v普通乘用车启动锂电池系统。


背景技术：

2.传统铅酸蓄电池用作汽车启动电瓶在业内已经有一段时间，作为汽车传统的用电来源，铅酸电池正面临一系列的挑战，比如汽车停放期间，车载电子设备包括gps、电子防盗系统、行车记录仪等的使用过程会消耗电池电量，从而导致蓄电池电压偏低，再次使用汽车时造成汽车无法启动。此时通常只能采用应急启动的方式，例如使用备用电源来完成启动，这个过程中对电池寿命损耗很高，对于一些特殊车辆，如网约车、出租车，启动电源寿命很短，有的甚至达不到一年。备用电源需要额外购买并且长期携带，存放一定的时间还需要再充满电，这样显得非常费事、麻烦。进一步的，在北方地区，由于冬季室外温度很低，传统铅酸蓄电池衰减严重，这样也很难启动汽车。此外，动力锂电池通过合理的材料工艺设计可以支持零下40度正常工作。
3.传统铅酸电池除了汽车启动难以外，汽车行驶过程中还需要使用空调等车载设备。由于车载空调功率很大，行驶中虽然有发电机提供大部分电能，但是在汽车熄火后仍需空调风机工作的时候，就得启动电池来提供持续的电流。启动电池具备短时提供大电流的能力，但却不具备持续提供较大电流的能力。
4.鉴于传统铅酸电池存在的缺陷，目前业界已经使用锂电池来替换传统铅酸电池。现在使用的锂电池实测电池使用寿命已经超过10年，预计继续使用寿命不低于10年，锂电池的使用寿命远远超过传统铅酸电池。也就是说，和过去平均三年更换一组电瓶相比，未来的车辆终身无需更换电池。与传统的汽车所采用的铅酸电池相比，锂电池拥有更低的内阻(约为铅酸电池的1/30)，其电流释放能力更好，充放电效率高，点火效率更高，更加节能。而且，采用低温锂电池，可以支持零下40度点火，车辆将具有更好的耐候能力。此外，锂电池没有反向记忆效应。就是说铅酸电池在寿命终止的时候具有突然死亡特征，没有应急点火功能，车辆抛锚后只能依赖道路救援。而锂电池支持强制点火。同时，锂电池还支持微混动力车辆，在一些应用场景，如：启停应用、微混动力等，具有更好的适配性。
5.但是，锂电池和传统铅酸电池相比，其需要解决安全性管理、充放电保护以及强制启动的问题。在安全管理上，锂电池与传统铅酸电池最大的差异在于其必须接受安全性管理，该问题在实际设计中需要充分考虑并予以解决，同时还要解决电池在长期浮充状态下的动态一致性。而在充放电保护上，目前为止制约锂电池在汽车内启动电瓶应用的最大障碍在于保护开关及其能耗。汽车启动电瓶峰值电流达到400a，汽车起动机的反罐电压瞬间值超过450伏。传统半导体开关(如mosfet)不能胜任，从应用场景来说，用igbt进行管理更不现实，而传统继电器有能耗，会导致电池亏电。
6.现有比较成熟的启动保护是采用双桥开关(亦称双脱桥保护开关)设计，其是专门为电池保护设计的双保持机械开关。它利用机械触点的瞬间浪涌和高压耐受力实现电池保
护的同时，满足汽车点火的需求。例如图1为采用双桥开关的电池电路。电池的正极和负极连接车载用电器和车辆起动机，在采用钥匙或者开关点火启动时，电池产生峰值启动电流，为了保护电池，在正极一侧设置并联的保护二极管，反罐的大电流被二极管截止以实现对电池保护，这种二极管比较典型的例如采用tvs(瞬态电压抑制二极管)。但是这种设计无法避免车载负载对电池电量的消耗。


技术实现要素：

7.为此，本实用新型提供了一种车用启动锂电池系统，以解决现有技术中存在的各种问题。
8.为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种车用启动锂电池系统，其包括极柱1、极柱2和极柱3，其中极柱2和极柱3分别连接锂电池组的一极，且极柱2和极柱3之间采用开关保护单元连接；极柱1连接锂电池组的另一极；所述锂电池组由若干个锂电池单元串联而成，并且每个锂电池单元两个电极都与电池组总线单元连接，从而通过电池组总线单元对每个电池组进行监控和管理，所述锂电池组总线单元还与极柱2、极柱3之间的开关保护单元连接；所述电池组总线单元可以根据对锂电池组中每一个锂电池单元的监控，从而控制开关保护单元的开启或闭合，所述开关单元为脱桥式双保持专用机械开关，其可有效承受点火瞬间的浪涌电流及起动机反向高压。
9.其中，极柱1和极柱3直接连接车辆起动机，当点采用火钥匙或者点火开关对车辆进行点火时，锂电池组被接通产生高压大电流，从而启动车辆；进一步地，在极柱3与锂电池组的一极上并联一个高压二极管，以防止反罐的高压和大电流对锂电池组造成损害，同时保证异常过压保护条件下的正常点火功能和用电续流，以确保电池充分自均衡。
10.进一步地，所述锂电池组的电压为24v或12v。
11.进一步地，车用启动锂电池系统还包括开关保护单元，所述开关保护单元包括过放续流单元、过充续流单元和限流单元，过放续流单元和第一开关并联，过充续流单元与第二开关并联；过放续流单元和第一开关组成一个整体与过充续流单元和第二开关组成的整体以及限流单元串联，第三开关并联接入在过放续流单元的第一端和限流单元的第二端。
附图说明
12.为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
13.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
14.图1为现有的双桥保护设计的锂电池系统。
15.图2为本实用新型提出的一种采用三极柱结构的车用或启动锂电池系统。
16.图3为本实用新型提出的三极柱结构电池系统的局部结构图。
17.图4为本实用新型提出的24v工程车用三极柱结构的启动锂电池系统。
18.图5为本实用新型提出的12v普通乘用车用三极柱结构的启动锂电池系统。
具体实施方式
19.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。
20.具体实施例
21.参见图2，其示出了本实用新型一个实施例的系统结构。图2是采用三极柱结构的车用启动锂电池系统，其包括极柱1、极柱2和极柱3，其中极柱2和极柱3分别连接锂电池组的正极，且极柱2和极柱3之间采用开关保护单元连接。极柱1连接锂电池组的负极。对于锂电池组来说，其由若干个锂电池单元串联而成，并且每个锂电池单元的正负极都与电池组总线单元连接，从而通过电池组总线单元对每个电池组进行监控和管理。电池组总线单元还与极柱2、极柱3之间的开关保护单元连接。电池组总线单元可以根据对锂电池组中每一个锂电池单元的监控，从而控制开关保护单元的开启或闭合。
22.在三极柱结构的车用启动锂电池系统中，极柱1和极柱3(即锂电池的负极和正极)直接连接车辆起动机，当点采用火钥匙或者点火开关对车辆进行点火时，锂电池组被接通产生高压大电流，从而启动车辆。同样的，为了保护锂电池组，可以在极柱3与锂电池组的正极上并联一个二极管，以防止反罐的高压和大电流对锂电池组造成损害。
23.在三极柱结构的车用启动锂电池系统中，锂电池组的正极通过开关保护单元连接极柱2，并且极柱1(连接锂电池组的负极)与极柱2用于连接车辆充电机和车上的负载。由于锂电池组的电压通常较高(比如24v)，而一般车用负载的工作电压为12v。因此实际上，极柱1和2还需要通过变压装置(图中未示出)对锂电池组的电压进行变压，以满足车用负载的用电需求。而为了在充电或者放电的过程中对锂电池组进行有效的保护，通常还需要设置过充电保护装置和过放电保护装置(图中未示出)。继续参见图2，在本实施例的三极柱结构的车用启动锂电池系统中，车辆除启动机器以外的负载均纳入电池电量保护，即锂电池组、开关保护单元、极柱1、极柱2以及负载均纳入电池电量保护。当锂电池组在放电的过程中出现过放现象时，电池电量保护即可及时介入切断电池向负载的供电，从而为锂电池组保留下足够启动车辆的电量。正是因为车辆起动机独立一个电路回路出来，即极柱1、极柱3和锂电池组作为一个独立的回路，其目的仅仅用于点火，即启动车辆，因此即使出现汽车漏电的现象，由于电池保存了足够点火的电量，独立的启动回路即可实现对车辆的点火启动。因此，对于普通设计的车辆出现电瓶亏电时，一般情况下都是通过道路救援，航路强制点火等方案解决。而三极柱结构的启动锂电池系统，由于锂电池组保存有足够的启动电量，并且启动回路独立出来，因而具备自救能力。此外，对于电池电量保护，在此可以采用本领域常规的形式即可，为了本说明书的简洁，在此不做详细说明。
24.参见图3，其示出了一种车用三极柱结构电池系统的局部结构。其中电池组可以根
据实际需要自由组合，例如可以构成24v电池组，也可以构成12v电池组。极柱1连接电池组的正极，极柱3连接电池组的负极，极柱2先连接开关保护单元后接入电池组的负极。开关保护单元包括过放续流单元、过充续流单元和限流单元，过放续流单元和第一开关并联，过充续流单元与第二开关并联。过放续流单元和第一开关组成一个整体与过充续流单元和第二开关组成的整体以及限流单元串联，第三开关并联接入在过放续流单元的第一端和限流单元的第二端。开关保护单元可以在电池组异常亏电的情况下能够及时切断电路，从而为电池组保留足够启动车辆的电量。
25.参见图4，其示出了24v工程车用三极柱结构的启动锂电池系统。该24v工程车用三极柱结构的启动锂电池系统实际上是图3所示电池系统在工程车辆上个的实际应用。为了描述的简便，三极柱电池内部结构不再叙述，仅需特别说明的是，电池系统的电池组为24v锂电池组。继续参见图4，极柱1和极柱3分别连接车辆起动机的两端，点火钥匙作为开关来实现车辆的点火启动。极柱1和极柱2连接车载用电器，通过汽车钥匙作为开关来实现对车载用电器的供电和断电。在这里，虽然将点火钥匙和汽车钥匙分开叙述，但实际上点火钥匙和汽车钥匙可以为同一把钥匙，将钥匙插入钥匙孔后拧到相应的位置即可实现车载供电或者点火启动，这跟本领域常见的钥匙并无二致。
26.参见图5，其示出了12v普通乘用车用三极柱结构的启动锂电池系统。该12v普通乘用车用三极柱结构的启动锂电池系统实际上是图3所示电池系统在工程车辆上个的实际应用。为了描述的简便，三极柱电池内部结构不再叙述，仅需特别说明的是，电池系统的电池组为12v锂电池组。继续参见图5，极柱1和极柱3分别连接车辆起动机的两端，通过汽车钥匙作为开关来实现车辆的点火启动。极柱1和极柱2为车载用电器提供车载辅助用电，通过汽车钥匙作为开关来实现对车载用电器的供电和断电。
27.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。