一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，包括有裝置盒體，所述的裝置盒體上設置有防塵蓋，其特點是：裝置盒體內設置有電池容納組件，電池容納組件的正極端口連接有數字電路控制組件的輸入端，數字電路控制組件的輸出端設置有電流方向控制組件連接有負載接口。同時，負載接口通過場效應輔助組件連接有直流升壓組件的輸入端，直流升壓組件的輸出端連接穩(wěn)壓組件的輸入端，其輸出端通過電流方向控制組件然后連接至超級電容器以回收能量。由此，能夠讓超級電容組件與鋰離子電池各自的優(yōu)勢將這兩種不同性能特點的電源結合在一起，可以根據需要分別輸出大電流小電流。
【專利說明】一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種控制裝置，尤其涉及一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置。
【背景技術】
[0002]現代許多應用中，比如可移動電子設備、通訊裝備、航空航天電源系統(tǒng)以及電動車輛等等，他們的負載都有一個共同特征一峰值功率明顯大于平均功率。在現有的電池電源當中，鉛酸電池能量密度較低、污染嚴重。燃料電池雖然能量密度高，但是它需要很長啟動時間已經響應速度緩慢所以應用受制約。另外兩種新型電池電源一鋰離子電池與超級電容，前者有較高的能量密度，后者有很高的功率密度、長壽命。但是，目前沒有一種裝置能夠將上述各種電池設備進行較佳的整合。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明的目的就是為了解決現有技術中存在的上述問題，提供一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置。
[0004]本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現:
[0005]一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，包括有裝置盒體，所述的裝置盒體上設置有防塵蓋，其中:所述的裝置盒體內設置有電池容納組件，所述電池容納組件的正極端口連接有數字電路控制組件的輸入端，所述數字電路控制組件的輸出端設置有電流方向控制組件連接有負載端口，所述負載接口通過場效應輔助組件連接有直流升壓組件的輸入端，所述直流升壓組件的輸出端連接穩(wěn)壓組件的輸入端，所述穩(wěn)壓組件的輸出端通過電流方向控制組件然后連接至超級電容器以回收能量，所述數字電路控制組件設置有輔助控制端口，所述的輔助控制端口通過超級電容組件連接電池容納組件的負極端口。
[0006]進一步地，上述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中:所述的數字電路控制組件包括有能源供給端口，所述的能源供給端口 一側與電池容納組件相連，所述的能源供給端口另一側連接有電路控制模塊的輸入端，所述電路控制模塊的輸出端連入數字電路控制組件的輸出端，所述的電路控制模塊包括有電流調節(jié)組件，所述電流調節(jié)組件上連接有N型金屬氧化物場效應管。
[0007]更進一步地，上述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中:所述的數字電路控制組件內設置有輔助電流方向控制模塊。
[0008]更進一步地，上述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中:所述的超級電容組件由單體超級電容串聯(lián)組成，或是由單體超級電容并聯(lián)所組成。
[0009]再進一步地，上述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中:所述的電池容納組件包括有電池容納盒，所述的電池容納盒內設置有單體電池串聯(lián)構成的鋰離子電池組；或是所述的電池容納盒內設置有單體電池并聯(lián)構成的鋰離子電池組。
[0010]更進一步地，上述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中:所述的裝置盒體側面設置有通風孔。
[0011]更進一步地，上述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中:所述的裝置盒體內設置有散熱組件。
[0012]再進一步地，上述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中:所述的散熱組件包括有散熱片，所述的散熱片上設置有散熱風扇。
[0013]再進一步地，上述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其中:所述的裝置盒體內設置有加強筋。
[0014]本發(fā)明技術方案的優(yōu)點主要體現在:依托于電池容納組件與超級電容組件之間的配合，能夠讓超級電容組件與鋰離子電池各自的優(yōu)勢將這兩種不同性能特點的電源結合在一起，可以根據需要分別輸出大電流小電流。同時，不同放電深度滿足最大輸出功率的穩(wěn)定性。再者，本實用型新構造簡單，易于推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】[0015]本發(fā)明的目的、優(yōu)點和特點，將通過下面優(yōu)選實施例的非限制性說明進行圖示和解釋。這些實施例僅是應用本發(fā)明技術方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求保護的范圍之內。這些附圖當中，
[0016]圖1是本適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置的構造示意圖；
[0017]圖2是實施例一中按照設定電流輸出時電流方向控制組件電壓(UCVoltage)隨時間關系圖；
[0018]圖3是實施例一中按照設定電流輸出時鋰離子電池組電壓(Li Voltage)隨時間關系圖；
[0019]圖4是實施例二中系統(tǒng)不同放電深度(Depth of Discharge)下系統(tǒng)輸出的最大功率(Power)值；
[0020]圖5是本適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置的原理示意圖。
[0021]I裝置盒體2電池容納組件
[0022]3數字電路控制組件 4電流方向控制組件
[0023]5穩(wěn)壓組件6直流升壓組件
[0024]7場效應輔助組件 8負載接口
[0025]9超級電容組件10電流調節(jié)組件
[0026]11 N型金屬氧化物場效12輔助電流方向控應管制模塊
[0027]13通風孔14散熱片
[0028]15散熱風扇16加強筋
【具體實施方式】
[0029]如圖1~5所示的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，包括有裝置盒體1，裝置盒體上設置有防塵蓋，其與眾不同之處在于:本實用型新所采用的裝置盒體I內設置有電池容納組件2?？紤]到能夠配合后續(xù)的超級電容組件9與電池容納組件2混合匹配作為電源，提供較佳的電子控制，在所述電池容納組件2的正極端口連接有數字電路控制組件3的輸入端。同時，數字電路控制組件3的輸出端設置有電流方向控制組件4的輸入端，電流方向控制組件4的輸出端連接有穩(wěn)壓組件5 (linear voltage regulater)的輸入端。并且，考慮到制動能量回收的需要，穩(wěn)壓組件5的輸出端連接有直流升壓組件6 ((DCbooster)的輸入端，直流升壓組件6的輸出端通過場效應輔助組件7連接有負載接口 8。為了有效實現超級電容組件9 (supercapacitors)與電池容納組件2的相互配合,數字電路控制組件3設置有輔助控制端口，輔助控制端口通過超級電容組件9連接電池容納組件2的負極端口。
[0030]就本發(fā)明一較佳的實施方式來看，為了便于配合電池容納組件2的工作，數字電路控制組件3包括有能源供給端口，能源供給端口 一側與電池容納組件2相連，能源供給端口另一側連接有電路控制模塊的輸入端。同時，在電路控制模塊的輸出端連入數字電路控制組件3的輸出端。具體來說，為了提高整體的調節(jié)效果，電路控制模塊包括有電流調節(jié)組件10，在電流調節(jié)組件10上連接有N型金屬氧化物場效應管11，既NMOS場效應管。采用NMOS場效應管作為開關元件的目的是可以實現小電流控制大流量，可以連接實現數字控制本實用型新中的相關電路。
[0031]并且，考慮到能夠有效控制電流的流動方向，提升應用的品質，數字電路控制組件3內設置有輔助電流方向控制模塊12。當然，為了生產組裝的便利，電流方向控制組件4與輔助電流方向控制模塊12均可以采用二極管(DIODE)。
[0032]進一步來看，考慮到整體實施的便利，可以適應不同的應用需要，滿足不同放電深度的是使用需求，提升傳輸功率，超級電容組件9由單體超級電容串聯(lián)組成?；蚴牵蓡误w超級電容并聯(lián)所組成。
[0033]同樣的，為了提升電池容納組件2的充電放電儲能效果，本實用型新所采用的電池容納組件2包括有電池容納盒，在電池容納盒內設置有單體電池串聯(lián)構成的鋰離子電池組。或是，所述的電池容納盒內設置有單體電池并聯(lián)構成的鋰離子電池組。
[0034]再進一步來看，本發(fā)明采用的各種組件模塊在處理對應的超級電容組件9與鋰離子電池組工作狀態(tài)時，容易產生熱量，造成元器件的工作疲勞，為了進行有效的散熱，裝置盒體I側面設置有通風孔13。當然，為了更好的提升散熱效果，裝置盒體I內設置有散熱組件。具體來說，本實用型新所采用的散熱組件包括有散熱片14，在散熱片14上設置有散熱風扇15。有此，可以提聞空氣交換效率，降溫的同時，提升壽命。
[0035]再者，為了提升本發(fā)明的整體強度，適應不同的安裝工位需要，防止跌落或者出現意外開裂，能夠提高裝置盒體I抗應力的能力，在裝置盒體I內設置有加強筋16。這樣，可以有效提升裝置盒體I牢固程度。再者，依托于加強筋16的存在，能夠對裝置盒體I內的組件進行適當的定位，防止出現震動位移，提高使用壽命。
[0036]結合本發(fā)明的實際使用情況來看:
[0037]實施例一:
[0038]離子電池單體標稱電壓為4.2V，采用3節(jié)串聯(lián)然后與另外3節(jié)并聯(lián)，初始實際電壓總和約12.4V。超級電容器單體標稱電壓為2.5V，采用5節(jié)串聯(lián)，初始實際電壓在12.5V左右。負載接口連接Arbin測試儀器。由Arbin測試儀器控制,系統(tǒng)對其輸出大電流小電流模式，并且Arbin測試儀器測試電壓電流值。
[0039]圖2和圖3分別為按照設定電流輸出時電流方向控制組件電壓(UCVoltage)和鋰離子電池組電壓(Li Voltage)隨時間關系圖。從O?14s電流為0A，從14s開始系統(tǒng)對外輸出-20A大電流(負值表不放電)，持續(xù)時間為10s ;隨后一直到593s時間內系統(tǒng)對外輸出-2A小電流(負值表示放電)；從5938~603s內，系統(tǒng)對外輸出-20A大電流；從6038~1168s內，系統(tǒng)對外輸出-2A小電流；1168s之后放電結束，電流值為0A。圖2中，從O~14s為系統(tǒng)靜置階段，此時電流方向控制組件電壓穩(wěn)定在12.5V左右；14s~24s內由超級電容器組對外輸出大電流，可以看到超級電容器組電壓降低很明顯。大電流放電結束后，通過系統(tǒng)控制使鋰離子電池組對超級電容器組進行充電，可以從圖2中24s~593s看到超級電容器組電壓緩慢上升，當充電至超級電容器組電壓等于鋰離子電池組電壓(約11.2V)時，充電結束并電壓穩(wěn)定；593s~603s內由超級電容器在對外輸出大電流,其電壓降低明顯；從603s~1168s，通過系統(tǒng)控制使鋰離子電池組對超級電容器組進行充電，其電壓緩慢上升，當充電至超級電容器組電壓等于鋰離子電池組電壓(約11V)時，充電結束并電壓穩(wěn)定。圖3中，從O~24s為鋰離子電池組靜置階段，其電壓穩(wěn)定在12.4V左右；從248~593s，通過系統(tǒng)控制使鋰離子電池組對超級電容器組進行充電并且鋰離子電池組對外輸出小電流，可以從圖3中看到鋰離子電池組電壓很緩慢降低；593s~603s內鋰離子電池不工作，可以看到其電壓由IIV恢復至11.4V ;從603s~1168s，通過系統(tǒng)控制使鋰離子電池組對超級電容器組進行充電并且鋰離子電池組對外輸出小電流，其電壓很緩慢降低；1168s之后為系統(tǒng)放電終止，此時鋰離子電池組電壓由Iiv恢復至11.2V。
[0040]控制過程如下:
[0041]從O~14s為系統(tǒng)靜置階段;從14s~24s,參照圖5中的所不,對第一輸入端輸入高電平，使NMOS I開啟導通工作，超級電容器組對Arbin測試儀器輸出大電流;從24s~593s，對第一輸入端輸入低電平使其截止不導通，對第二輸入端輸入高電平使NMOS 2開啟導通工作，鋰離子電池組對Arbin測試儀器輸出小電流，同時對第三輸入端輸入高電平使NMOS 3開啟導通工作，使鋰離子電池組在輸出小電流同時對超級電容器組進行充電。從593s~603s,對第一輸入端輸入高電平，使NMOS I開啟導通工作，超級電容器組對Arbin測試儀器輸出大電流，同時對第二輸入端和3輸入低電平使NMOS 2和NMOS 3截止不導通。從603s~1168s，對第一輸入端輸入低電平使其截止不導通，對第二輸入端輸入高電平使NMOS 2開啟導通工作，鋰離子電池組對Arbin測試儀器輸出小電流，同時對第三輸入端輸入高電平使NMOS 3開啟導通工作，使鋰離子電池組在輸出小電流同時對超級電容器組進行充電。1168s之后為系統(tǒng)放電終止。
[0042]實施例二:
[0043]鋰離子電池單體標稱電壓為4.2V，采用3節(jié)串聯(lián)，初始實際電壓總和約12.5V。超級電容器單體標稱電壓為2.5V，采用5節(jié)串聯(lián)，放電后控制其初始實際電壓在9V左右。先對鋰離子電池組進行恒流充電至12.6V，然后恒壓充電一段時間，然后對鋰離子電池組進行恒流(-2A)放電至9V，測出總電量，記錄不同放電深度下的鋰離子電池組電壓值，如下表所示。
[0044]
【權利要求】
1.一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，包括有裝置盒體，所述的裝置盒體上設置有防塵蓋，其特征在于:所述的裝置盒體內設置有電池容納組件，所述電池容納組件的正極端口連接有數字電路控制組件的輸入端，所述數字電路控制組件的輸出端設置有電流方向控制組件連接有負載端口，所述負載接口通過場效應輔助組件連接有直流升壓組件的輸入端，所述直流升壓組件的輸出端連接穩(wěn)壓組件的輸入端，所述穩(wěn)壓組件的輸出端通過電流方向控制組件然后連接至超級電容器以回收能量，所述數字電路控制組件設置有輔助控制端口，所述的輔助控制端口通過超級電容組件連接電池容納組件的負極端口。
2.根據權利要求1所述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于:所述的數字電路控制組件包括有能源供給端口，所述的能源供給端口 一側與電池容納組件相連，所述的能源供給端口另一側連接有電路控制模塊的輸入端，所述電路控制模塊的輸出端連入數字電路控制組件的輸出端，所述的電路控制模塊包括有電流調節(jié)組件，所述電流調節(jié)組件上連接有N型金屬氧化物場效應管。
3.根據權利要求2所述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于:所述的數字電路控制組件內設置有輔助電流方向控制模塊。
4.根據權利要求1所述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于:所述的超級電容組件由單體超級電容串聯(lián)組成，或是由單體超級電容并聯(lián)所組成。
5.根據權利要求1所述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于:所述的電池容納組件包括有電池容納盒，所述的電池容納盒內設置有單體電池串聯(lián)構成的鋰離子電池組；或是所述的電池容納盒內設置有單體電池并聯(lián)構成的鋰離子電池組。
6.根據權利要求1所述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于:所述的裝置盒體側面設置有通風孔。
7.根據權利要求1所述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于:所述的裝置盒體內設置有散熱組件。
8.根據權利要求7所述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于:所述的散熱組件包括有散熱片，所述的散熱片上設置有散熱風扇。
9.根據權利要求1所述的一種適用于鋰電池超級電容復合電源控制裝置，其特征在于:所述的裝置盒體內設置有加強筋。
【文檔編號】H02J7/00GK103887833SQ201210556097
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月20日 優(yōu)先權日:2012年12月20日
【發(fā)明者】高立軍, 王永琛 申請人:蘇州能斯特新能源有限公司