用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)，包括具有儲能模塊的儲能箱，以及具有用能模塊的用能箱，所述用能箱固設(shè)于車輛底盤上，并通過線路與車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板相連接，所述儲能箱可拆卸地固設(shè)于用能箱上，且儲能箱的電源端通過線路與用能箱的電源端相連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，體積小，啟動性能好。本實(shí)用新型適用于各種車輛。
【專利說明】用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于車輛用電子領(lǐng)域，涉及一種車輛用鋰電池，具體地說是一種用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，軍用車輛裝備中，蓄電池是必不可少的，所述蓄電池裝設(shè)在軍用車輛的底盤上，為車輛的用電設(shè)備提供電源?，F(xiàn)有的蓄電池大都為鉛酸或堿性蓄電池，而現(xiàn)有的鉛酸或堿性蓄電池具有以下的缺陷:
[0003](I)裝卸不方便:由于鉛酸或堿性蓄電池的單體容量比較小，而為了保證電池的供電容量，通常通過增大單體電池的數(shù)量保證電池的容量，因此，造成整體電池的體積大，相應(yīng)的電池重量也很重，而實(shí)際上電池的安裝空間有限(尤其是裝甲車底盤，安裝空間很小)，在安裝或拆卸時，安裝人員的勞動強(qiáng)度很大；
[0004]( 2 )啟動效果差:現(xiàn)有的鉛酸或堿性蓄電池在啟動時內(nèi)阻會很大，而在嚴(yán)寒條件下啟動時，溫度適應(yīng)性差；
[0005](3)使用壽命短:現(xiàn)有的鉛酸或堿性蓄電池即使嚴(yán)格維護(hù)，其使用壽命也不超過兩年，更換起來不僅麻煩，而且頻繁的更換造成電池垃圾的堆積，嚴(yán)重影響環(huán)境。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的實(shí)用新型目的，是提供一種用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)，它實(shí)現(xiàn)了持續(xù)功率系統(tǒng)和尖沖公路系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換，且同等電容量的體積比鉛酸或堿性蓄電池的體積小很多，因此裝卸方便，同時本實(shí)用新型電池的啟動效果好、使用壽命長。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)，包括具有儲能模塊的儲能箱，以及具有用能模塊的用能箱，所述用能箱固設(shè)于車輛底盤上，并通過線路與車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板相連接，所述儲能箱可拆卸地固設(shè)于用能箱上，且儲能箱的電源端通過線路與用能箱的電源端相連接。
[0009]作為對本實(shí)用新型的限定:所述用能箱上設(shè)有與儲能箱形狀、尺寸相匹配的凹槽，在凹槽的底面上設(shè)有安裝卡座，所述儲能箱通過安裝卡座可拆卸地設(shè)于所述凹槽內(nèi)。
[0010]作為對儲能模塊的限定:所述儲能模塊包括設(shè)于儲能箱內(nèi)的鋰電池、通過外部市電對鋰電池進(jìn)行充電的充電電路，所述充電電路的電壓輸入端在連接外部市電，充電電路的電壓輸出端連接鋰電池的充電輸入端。
[0011]作為對本實(shí)用新型的進(jìn)一步限定:鋰電池的回充電源輸入端還通過設(shè)于用能箱內(nèi)的回充模塊連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板。
[0012]作為對用能模塊的限定:所述用能模塊包括由若干個超級電容器構(gòu)成的超級電容器陣列，所述超級電容器陣列的相鄰兩個單體超級電容器之間設(shè)有用于均衡充放電量分配的均衡電路；還包括設(shè)于用能箱內(nèi)、用于控制令超級電容器陣維持足夠啟動電量的控壓模塊，所述控壓模塊的信號輸入端通過回充模塊連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板，控壓模塊的信號輸出端控制連接超級電容器陣列及均衡電路。
[0013]作為對充電電路的限定:所述充電電路包括開關(guān)電源電路、電壓調(diào)整電路，所述外部交流電源依次通過開關(guān)電源電路、電壓調(diào)整電路連接鋰電池的充電輸入端。
[0014]作為對回充模塊的限定:所述回充模塊包括升壓電路，所述升壓電路的信號輸入端連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板，信號輸出端連接鋰電池。
[0015]作為對控壓模塊的限定:所述控壓模塊包括穩(wěn)壓電路和比較控制電路，所述穩(wěn)壓電路的電源輸入端連接鋰電池的電源輸出端，電源輸出端連接比較控制電路的電源輸入端，比較控制電路的輸出端控制連接超級電容器陣列的正負(fù)端。
[0016]作為對本實(shí)用新型的另一種限定:它還包括用于顯示測量電壓值的數(shù)顯模塊，所述數(shù)顯模塊設(shè)于用能箱內(nèi)，其電源端連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板。
[0017]由于采用了上述的技術(shù)方案，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的技術(shù)進(jìn)步在于:
[0018]( I)本實(shí)用新型中的儲能模塊設(shè)于儲能箱內(nèi)，用能模塊設(shè)于用能箱內(nèi)，且儲能箱與用能箱為可拆卸式設(shè)計(jì)，因此，在安裝時只需要將用能箱固設(shè)于車輛底盤上，儲能箱安裝到用能箱上即可，如需外部市電對儲能箱進(jìn)行充電，或者儲能模塊出現(xiàn)問題時，工作人員只需要將儲能箱從用能箱上拆卸下來即可，無需繁瑣的操作步驟；
[0019](2)本實(shí)用新型的用能箱設(shè)有與儲能箱形狀、尺寸相匹配的凹槽，儲能箱設(shè)于該凹槽內(nèi)，令整體的結(jié)構(gòu)更為緊湊，體積相對較??；
[0020](3)車輛底盤發(fā)動機(jī)通過回充模塊為儲能模塊的鋰電池進(jìn)行充電，保證了為鋰電池充電的電壓；
[0021](4)本實(shí)用新型的用能模塊包括超級電容器陣列，在超級電容器陣列的每個單體超級電容器之間設(shè)有均衡電路，保證了每個單體超級電容器充放電時電量均衡分配，延長了超級電容器陣列的使用壽命，令整體電池機(jī)構(gòu)的使用壽命增長；
[0022](5)本實(shí)用新型的儲能模塊采用鋰電池，在車輛啟動瞬間鋰電池幾乎不參與啟動電路，因此相較原有的鉛酸或堿性蓄電池的啟動內(nèi)阻小，且在嚴(yán)寒條件下也能保證電池機(jī)構(gòu)的啟動性能。
[0023]綜上所述，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，體積小，性能好。
[0024]本實(shí)用新型適用于各種車輛。
[0025]本實(shí)用新型下面將結(jié)合說明書附圖與具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施儲能箱I與用能箱2的拆分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的原理框圖；
[0029]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例中充電電路的電路原理圖；
[0030]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例中回充模塊的電路原理圖；
[0031]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施中控壓模塊的電路原理圖；
[0032]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例中超級電容器陣列的原理圖；
[0033]圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例中均衡電路的等效電路模型圖；
[0034]圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例中數(shù)顯模塊的原理框圖。
[0035]圖中:1?儲能箱,2?用能箱,3?凹槽,4?安裝卡座,5?航空插座,6?充電插座，7?電極。

【具體實(shí)施方式】
[0036]實(shí)施例用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)
[0037]本實(shí)施例為一種用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)，參考圖1、圖2，它包括具有儲能模塊的儲能箱1，以及具有用能模塊的用能箱2，所述用能箱2固設(shè)于車輛底盤上，并通過線路與車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板相連接，所述儲能箱I可拆卸地固設(shè)于用能箱2上，且儲能箱I的電源端通過線路與用能箱2的電源端相連接。
[0038]為了能夠盡量的減小本實(shí)施例的體積，本實(shí)施例分別將儲能箱I與用能箱2做成規(guī)整的長方體狀，且儲能箱I的寬度與用能箱2的寬度相等，在用能箱2的一端設(shè)有一與儲能箱I形狀、尺寸均相同的缺口，該缺口形成容納儲能箱I的凹槽3。在凹槽3的底面上設(shè)有安裝卡座4，所述儲能箱I通過安裝卡座4與用能箱2可拆卸設(shè)置在一起。
[0039]而儲能箱I與用能箱2之間的電連接參考圖1、2:其中儲能箱I的頂部設(shè)有充電插座6，在儲能箱I與用能箱2分離時(如圖2)用于連接外部市電，為儲能箱I內(nèi)的儲能模塊充電；而儲能箱I上還通過導(dǎo)線引出航空插座5，在用能箱2上同樣設(shè)有航空插座5，與儲能箱I的航空插座5相匹配，通過兩個航空插座5將儲能箱I與用能箱2電連接在一起。同時，用能箱2上還設(shè)有兩個電極7，分別作為正負(fù)電極，與車輛底座發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板對應(yīng)連接。
[0040]而本實(shí)施例的具體電路模塊構(gòu)成如圖3所示:
[0041](I)儲能箱I中的儲能模塊包括所鋰電池和充電電路，其中鋰電池為現(xiàn)有技術(shù)中的鋰電充電電池，充電電路則通過外部市電對鋰電池進(jìn)行充電，具體電連接為:充電電路的電壓輸入端連接充電插座6，充電電路的電壓輸出端連接鋰電池的充電輸入端。
[0042]而充電電路的具體構(gòu)成如圖4所示:包括開關(guān)電源電路、電壓調(diào)整電路，所述外部交流電源依次通過開關(guān)電源電路、電壓調(diào)整電路連接鋰電池的充電輸入端。本實(shí)施例中的開關(guān)電源電路是基于芯片UC3842與其外圍的電容、電阻等器件構(gòu)成的典型開關(guān)電源電路；而電壓調(diào)整電路是基于三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431與其外圍電阻，以及第一三極管Q1、第二三極管Q2構(gòu)成的常用電路。當(dāng)儲能箱I與外部市電連接時，外部市電首先經(jīng)過開關(guān)電源電路進(jìn)行A/D電源的轉(zhuǎn)換，即由交流電變?yōu)橹绷麟?，然后?jīng)過電壓調(diào)整電路的調(diào)整，最終得到穩(wěn)定的36V直流電為鋰電池進(jìn)行充電。
[0043]由于本實(shí)施例應(yīng)用于車輛底盤，大部分是通過車輛底盤發(fā)動機(jī)對鋰電池進(jìn)行充電的，而車輛底盤發(fā)動機(jī)的正常發(fā)電電壓為26-30V，需要升壓后才能對鋰電池進(jìn)行充電，因此，需要在車輛底盤發(fā)動機(jī)與鋰電池之間設(shè)置具有升壓功能的回充模塊，具體如圖3所示。而本實(shí)施例中的回充模塊為一升壓電路，所述升壓電路的信號輸入端連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板，信號輸出端連接鋰電池。所述回充模塊的升壓電路如圖5所示，是基于芯片SX1328與其外圍電容、電阻、電感等構(gòu)成的常用升壓電路，其中芯片SX1328芯片的輸入端VIN通過電極7的一個極片連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的正極板，地端GND通過電極7的另一個極片連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的負(fù)極板，而芯片SX1328的第三管腳SW串接穩(wěn)壓管Dl與第五管腳FB串接第一電阻Rl連接到一起后共同輸出36V直流電壓。
[0044](2)本實(shí)施例的用能箱2內(nèi)如圖3所示:設(shè)有上述的回充模塊，同時還設(shè)有用能模塊，所述用能模塊包括由若干個超級電容器構(gòu)成的超級電容器陣列，所述超級電容器陣列的相鄰兩個單體超級電容器之間設(shè)有用于均衡充放電量分配的均衡電路；還包括設(shè)于用能箱內(nèi)、用于控制令超級電容器陣維持足夠啟動電量的控壓模塊，所述控壓模塊的信號輸入端通過回充模塊連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板，控壓模塊的信號輸出端控制連接超級電容器陣列及均衡電路。
[0045]其中，控壓模塊如圖6所示:包括穩(wěn)壓電路和比較控制電路，所述穩(wěn)壓電路的電源輸入端連接鋰電池的電源輸出端，電源輸出端連接比較控制電路的電源輸入端，比較控制電路的輸出端控制連接超級電容器陣列的正負(fù)端。
[0046]本實(shí)施例中采用的穩(wěn)壓電路為穩(wěn)壓器7815和穩(wěn)壓器587構(gòu)成的，比較控制電路由運(yùn)算放大器Ul與繼電器Jl構(gòu)成，具體電連接關(guān)系如圖6，穩(wěn)壓器7815的第一管腳通過第二電阻如、第三電阻R3、第一電容器Cl構(gòu)成的濾波電路連接鋰電池的正極(同時也為回充模塊的正極輸出端)，第二管腳接地，第三管腳連接穩(wěn)壓器587的第二管腳，穩(wěn)壓器的第六管腳為基準(zhǔn)電壓輸出端連接運(yùn)算放大器Ul的同向輸入端，運(yùn)算放大器的反向輸入端連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的正極板；運(yùn)算放大器的輸出端通過繼電器Jl的線圈連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的負(fù)極板(負(fù)極板同時也為回充模塊的接地端，以及鋰電池的負(fù)極)，而繼電器的常開觸點(diǎn)Kl串接于鋰電池正極與車輛發(fā)動機(jī)正極板。
[0047]本實(shí)施例中控壓模塊的作用是:用于使超級電容器陣列維持足夠的啟動電量，即當(dāng)經(jīng)過一次使用后，超級電容器陣列的電壓會迅速降低，控壓模塊馬上為其充電，以備第二次使用。其具體控制原理為:剛開始，當(dāng)?shù)妆P發(fā)動機(jī)正、負(fù)極板之間的電壓低于28V時，經(jīng)第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6組成的測量電路，測點(diǎn)電壓低于基準(zhǔn)電壓10V，運(yùn)算放大器Ul輸出高電平，即15V，繼電器Jl線圈通電，Jl常開開關(guān)Kl閉合，鋰電池給車輛底盤發(fā)動機(jī)的正極板充電；當(dāng)車輛底盤發(fā)動機(jī)的正極板電壓高于28V時，經(jīng)第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6組成的測量電路，測點(diǎn)電壓高于基準(zhǔn)電壓10V，運(yùn)算放大器Ul輸出低電平，即0V，繼電器Jl的線圈斷電，Jl的常開觸點(diǎn)斷開，停止充電，防止電壓過大而損壞元器件。
[0048]由于單個的超級電容器儲能有限，且耐壓不高，為了保證本實(shí)施例的性能，本實(shí)施如圖7所示，將若干個超級電容器串聯(lián)、并聯(lián)后構(gòu)成超級電容器陣列，實(shí)現(xiàn)用能模塊的擴(kuò)容。而為了保證每個單體超級電容器在充放電時，電量能夠均衡分配，本實(shí)施例中在相鄰兩個單體超級電容器之間還設(shè)有均衡電路，該均衡電路采用現(xiàn)有技術(shù)中的DC-DC均衡電路來實(shí)現(xiàn)，所述均衡電路的等效電路如圖8所示，構(gòu)成一電容與一電阻并聯(lián)后，再與一電阻串聯(lián)的模式，電流具體流向是首先流經(jīng)單個電阻，然后流經(jīng)電容與電阻的并聯(lián)電路，最終輸出。
[0049]而上述超級電容器陣列的容量及單體超級電容器的數(shù)量選擇，主要受超級電容器充電時間、車輛底盤啟動時間，以及控制策略設(shè)計(jì)的超級電容器輸出功率的限制，在選擇時需要滿足下述公式:I擬Cdl—i(超級電容器陣列由m個串聯(lián)，η組并聯(lián)的方式構(gòu)成)
[0050]式中:
[0051]Ii^i,—超級電容輸出功率設(shè)計(jì)閾值，單位為kM ；
[0052]Cc——單體超級電容器額定容量，單位為F ；
[0053]ta——發(fā)電機(jī)啟動時間，單位為s ;
[0054]Umax——超級電容器陣列充電完成的電壓值，單位為V;
[0055]Umin——超級電容器陣列的最低工作電壓，單位為V。
[0056]通過上述計(jì)算，可以算出混連超級電容器陣列的一些基本參數(shù)，再在調(diào)試過程中對其誤差進(jìn)行調(diào)整。
[0057]此外，為了完善本實(shí)施例，還設(shè)有用于顯示測量電壓值的數(shù)顯模塊，所述數(shù)顯模塊也設(shè)于用能箱2內(nèi)，其電源端連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板。
[0058]本實(shí)施例中數(shù)顯模塊如圖9所示，采用現(xiàn)有技術(shù)中的PLK5135C-DC-V4-DCV5-R型號的數(shù)顯模塊，其通過車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板經(jīng)穩(wěn)壓器7805為數(shù)顯模塊提供5V工作電壓。
【權(quán)利要求】
1.一種用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)，其特征在于:包括具有儲能模塊的儲能箱，以及具有用能模塊的用能箱，所述用能箱固設(shè)于車輛底盤上，并通過線路與車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板相連接，所述儲能箱可拆卸地固設(shè)于用能箱上，且儲能箱的電源端通過線路與用能箱的電源端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述用能箱上設(shè)有與儲能箱形狀、尺寸相匹配的凹槽，在凹槽的底面上設(shè)有安裝卡座，所述儲能箱通過安裝卡座可拆卸地設(shè)于所述凹槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述儲能模塊包括設(shè)于儲能箱內(nèi)的鋰電池、通過外部市電對鋰電池進(jìn)行充電的充電電路，所述充電電路的電壓輸入端連接外部市電，充電電路的電壓輸出端連接鋰電池的充電輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述鋰電池的回充電源輸入端還通過設(shè)于用能箱內(nèi)的回充模塊連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述用能模塊包括由若干個超級電容器構(gòu)成的超級電容器陣列，所述超級電容器陣列的相鄰兩個個單體超級電容器之間設(shè)有用于均衡充放電量分配的均衡電路；還包括設(shè)于用能箱內(nèi)、用于控制令超級電容器陣維持足夠啟動電量的控壓模塊，所述控壓模塊的信號輸入端通過回充模塊連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板，控壓模塊的信號輸出端控制連接超級電容器陣列及均衡電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述充電電路包括開關(guān)電源電路、電壓調(diào)整電路，所述外部交流電源依次通過開關(guān)電源電路、電壓調(diào)整電路連接鋰電池的充電輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述回充模塊包括升壓電路，所述升壓電路的信號輸入端連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板，信號輸出端連接鋰電池。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述控壓模塊包括穩(wěn)壓電路和比較控制電路，所述穩(wěn)壓電路的電源輸入端連接鋰電池的電源輸出端，電源輸出端連接比較控制電路的電源輸入端，比較控制電路的輸出端控制連接超級電容器陣列的正負(fù)端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4、5、6、8中任一項(xiàng)所述的用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)，其特征在于:它還包括用于顯示測量電壓值的數(shù)顯模塊，所述數(shù)顯模塊設(shè)于用能箱內(nèi)，其電源端連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于車輛底盤的儲、用分離式鋰電池機(jī)構(gòu)，其特征在于:它還包括用于顯示測量電壓值的數(shù)顯模塊，所述數(shù)顯模塊設(shè)于用能箱內(nèi)，其電源端連接車輛底盤發(fā)動機(jī)的正、負(fù)極板。
【文檔編號】H02J7/04GK204020772SQ201420446110
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】袁占杰, 于貴波, 王書海, 汪偉, 蘇續(xù)軍, 曹立軍, 支建莊, 馬喬, 欒軍英, 鄧士杰 申請人:中國人民解放軍軍械工程學(xué)院