一種汽車啟動電源和汽車的制作方法
【專利摘要】本發明實施方式公開了一種汽車啟動電源和汽車。汽車啟動電源包括：包含多個串聯的單節鋰電池的鋰離子電池組；開關保護模塊，用于檢測鋰離子電池組的總電壓值，并當總電壓值大于預先設定的過充電門限值時，切斷鋰離子電池組的充電電路；或，當總電壓值小于預先設定的過放電門限值時，切斷鋰離子電池組的放電電路；或，用于檢測鋰離子電池組中每個單節鋰電池的電壓值，并當出現單節鋰電池的電壓值大于預先設定的單體電壓過充電門限值時，切斷鋰離子電池組的充電電路；或，當出現單節鋰電池的電壓值小于預先設定的單體電壓過放電門限值時，切斷鋰離子電池組的放電電路；均衡保護模塊，用于使能電壓值大于單體電壓過充電門限值的單節鋰電池放電。
【專利說明】
一種汽車啟動電源和汽車
技術領域
[0001] 本發明涉及汽車技術領域，更具體地，涉及一種汽車啟動電源和汽車。
【背景技術】
[0002] 目前，汽車基本采用鉛酸12V(24V)蓄電池充當啟動電源。啟動電源可以充當各個 電子設備的供電電源。啟動電源的作用主要包括：（1)啟動發動機時提供起動電流（一般 高達200~600A) ; (2)當車載發電機過載時，協助車載發電機向用電設備供電；（3)當發動 機處于怠速時，向用電設備供電；(4)保護汽車的用電器；（5)當車載發電機端電壓高于鉛 酸蓄電池的電動勢時，將一部分電能轉變為化學能儲存起來，也就是進行充電。
[0003] 鉛酸蓄電池由正負極板、隔板、殼體、電解液和接線粧頭等組成，其放電的化學反 應是依靠正極板活性物質和負極板活性物質在電解液（稀硫酸溶液）的作用下進行，其中 極板的柵架通常由鉛銻合金制造。
[0004] 鉛酸電池具有不需要電池管理系統、小范圍的過充過放不會造成損壞等優點。然 而，鉛酸電池同樣存在壽命短、體積大、具有污染等不良因素。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提出一種汽車啟動電源，從而提高電源的使用壽命并減少電源的 體積。
[0006] 本發明的另一個目的是提出一種汽車，從而提高電源的使用壽命并減少電源的體 積。
[0007] 根據本發明實施方式的一方面，提出一種汽車啟動電源，包括：
[0008] 鋰離子電池組，所述鋰離子電池組包含多個串聯的單節鋰電池；
[0009] 開關保護模塊，用于檢測所述鋰離子電池組的總電壓值，并當所述鋰離子電池組 的總電壓值大于預先設定的過充電門限值時，切斷所述鋰離子電池組的充電電路；或，當所 述鋰離子電池組的總電壓值小于預先設定的過放電門限值時，切斷所述鋰離子電池組的放 電電路；或，用于檢測所述鋰離子電池組中每個單節鋰電池的電壓值，并當出現單節鋰電池 的電壓值大于預先設定的單體電壓過充電門限值時，切斷所述鋰離子電池組的充電電路； 或，當出現單節鋰電池的電壓值小于預先設定的單體電壓過放電門限值時，切斷所述鋰離 子電池組的放電電路；
[0010] 均衡保護模塊，用于使能電壓值大于所述單體電壓過充電門限值的單節鋰電池放 電。
[0011] 優選地，所述均衡保護模塊包括：串聯在每個單節鋰電池的正電壓連接端子與負 電壓連接端子之間的穩壓二極管和電阻；
[0012] 所述穩壓二極管的反向電壓臨界值等于所述單體電壓過充電門限值。
[0013] 優選地，所述開關保護模塊包括電池保護芯片、第一場效應管和第二場效應管：
[0014] 第一場效應管的漏極與第二場效應管的漏極連接；第一場效應管的柵極與所述電 池保護芯片的充電控制用場效應管門極連接端子連接；第一場效應管的源極與所述鋰離子 電池組的負電壓連接端子連接；第二場效應管的柵極與所述電池保護芯片的放電控制用場 效應管門極連接端子連接；第二場效應管的源極與所述鋰離子電池組的末節單節鋰電池的 負電壓連接端子連接。
[0015] 優選地，還包括：
[0016] 在第一場效應管的源極與第一場效應管的漏極之間并聯的功率二極管。
[0017] 優選地，還包括
[0018] 在第二場效應管的源極與第二場效應管的漏極之間并聯的功率二極管。
[0019] 優選地，還包括：
[0020] 在鋰離子電池組的正電壓連接端子與首節單節鋰電池的正電壓連接端子之間串 聯的保險絲。
[0021] 優選地，所述電池保護芯片為S8205A芯片或S8205B芯片。
[0022] 優選地，所述單節鋰電池的數目為4或5。
[0023] 根據本發明實施方式的另一方面，還提出一種汽車，包括如上任一項所述的啟動 電源。
[0024] 優選地，所述汽車為純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車、汽油驅動汽車或 柴油驅動汽車。
[0025] 從上述技術方案可以看出，在本發明實施方式中，不同于現有技術中利用鉛酸蓄 電池充當啟動電源，而是利用鋰離子電池組充當啟動電源，因此可以提高電源的使用壽命 并減少電源的體積。
[0026] 另外，鑒于鋰離子電池組具有不能承受過充過放等缺陷，本發明對鋰離子電池組 進行相應的保護處理，使得鋰離子電池組具備過充過放的保護功能。
[0027] 而且，本發明實施方式沒有采用專用芯片，降低了成本，可以多個單節鋰電池同時 放電均衡。
【附圖說明】
[0028] 以下附圖僅對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。
[0029] 圖1為根據本發明汽車啟動電源的結構圖。
[0030] 圖2為根據本發明實施方式啟動電源的示范性電路結構圖。
[0031] 圖3為根據本發明實施方式允許充電和允許放電時的啟動電源的電路處理示意 圖。
[0032] 圖4為根據本發明實施方式不允許充電且允許放電時的啟動電源的電路處理示 意圖；
[0033] 圖5為根據本發明實施方式不允許放電且允許充電時的啟動電源的電路處理示 意圖。
【具體實施方式】
[0034] 為了對發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照【附圖說明】本發明 的【具體實施方式】，在各圖中相同的標號表不相同的部分。
[0035] 為了描述上的簡潔和直觀，下文通過描述若干代表性的實施方式來對本發明的方 案進行闡述。實施方式中大量的細節僅用于幫助理解本發明的方案。但是很明顯，本發明的 技術方案實現時可以不局限于這些細節。為了避免不必要地模糊了本發明的方案，一些實 施方式沒有進行細致地描述，而是僅給出了框架。下文中，"包括"是指"包括但不限于"，"根 據……"是指"至少根據……，但不限于僅根據……"。由于漢語的語言習慣，下文中沒有特 別指出一個成分的數量時，意味著該成分可以是一個也可以是多個，或可理解為至少一個。
[0036] 在本發明實施方式中，不同于現有技術中利用鉛酸蓄電池充當汽車啟動電源，而 是利用鋰離子電池組充當汽車啟動電源。另外，鑒于鋰離子電池組具有不能承受過充過放 等缺陷，本發明對鋰離子電池組進行相應的保護處理，使得鋰離子電池組具備過充過放的 保護功能。
[0037] 圖1為根據本發明汽車啟動電源的結構圖。
[0038] 如圖1所示：汽車啟動電源100包括：
[0039] 包含多個串聯的單節鋰電池的鋰離子電池組101 ;
[0040] 開關保護模塊102,用于檢測鋰離子電池組101的總電壓值，并當鋰離子電池組 101的總電壓值大于預先設定的過充電門限值時，切斷鋰離子電池組101的充電電路；或， 當鋰離子電池組101的總電壓值小于預先設定的過放電門限值時，切斷鋰離子電池組101 的放電電路；或，用于檢測所述鋰離子電池組101中每個單節鋰電池的電壓值，并當出現單 節鋰電池的電壓值大于預先設定的單體電壓過充電門限值時，切斷鋰離子電池組101的充 電電路；或，當出現單節鋰電池的電壓值小于預先設定的單體電壓過放電門限值時，切斷鋰 離子電池組101的放電電路；
[0041] 均衡保護模塊103,用于使能電壓值大于預先設定的單體電壓過充電門限值的單 節鋰電池放電。
[0042] 鋰離子電池組101可以包含多個串聯的單節鋰電池。基于具體應用環境的需求， 單節鋰電池的數目可以相應調整。
[0043] 比如，小型車一般使用12V的啟動電源，而大型車一般使用24V的啟動電源。當單 節鋰電池的電壓為3. 6V時，小型車采用的鋰離子電池組101可以包含4個單節鋰電池，大 型車采用的鋰離子電池組101可以包含8個單節鋰電池。
[0044] 以上以單節鋰電池的示范性電壓為實例描述了鋰離子電池組101可以包含的單 節鋰電池數，本領域技術人員可以意識到，這種描述是示范性的，并不用于限定本發明的保 護范圍。
[0045] 開關保護模塊102檢測鋰離子電池組101的電壓異常，并當發生電壓異常時斷開 鋰離子電池組101。具體地，開關保護模塊102執行下列動作中的至少一個：
[0046] (1)、當鋰離子電池組101的總電壓值大于預先設定的過充電門限值時，開關保護 模塊102判定鋰離子電池組101發生過壓，切斷鋰離子電池組101的充電電路。
[0047] (2)、當鋰離子電池組101的總電壓值小于預先設定的過放電門限值時，開關保護 模塊102判定鋰離子電池組101發生欠壓，切斷鋰離子電池組101的放電電路。
[0048] (3)、當出現單節鋰電池的電壓值大于預先設定的單體電壓過充電門限值時，開關 保護模塊102判定鋰離子電池組101中有單節鋰電池發生過壓，切斷鋰離子電池組101的 充電電路。
[0049] (4)、當出現單節鋰電池的電壓值小于預先設定的單體電壓過放電門限值時，開關 保護模塊102判定鋰離子電池組101中有單節鋰電池發生欠壓，切斷鋰離子電池組101的 放電電路。
[0050] 均衡保護模塊103檢測每個單節鋰電池的電壓值，當檢測到有單節鋰電池的電壓 值超于單體電壓過充電門限值時，使能該單節鋰電池開始放電，從而實現各個單節鋰電池 之間的均衡保護。
[0051] 可以將圖1所示的啟動電源應用到各種類型的汽車中。具體地，汽車可以實施為 純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車、汽油驅動汽車或柴油驅動汽車，等等。
[0052] 圖2為根據本發明實施方式啟動電源的示范性電路結構圖。
[0053] 由圖2可見，鋰離子電池組101包含4個串聯的單節鋰電池，分別為單節鋰電池 A1、單節鋰電池A2、單節鋰電池A3和單節鋰電池A4。
[0054] 均衡保護模塊103包括串聯在每個單節鋰電池的正電壓連接端子與負電壓連接 端子之間的穩壓二極管和電阻。
[0055] 具體地，均衡保護模塊103包括：串聯在單節鋰電池A1的正電壓連接端子與負電 壓連接端子之間的穩壓二極管D1和電阻R12 ;串聯在單節鋰電池A2的正電壓連接端子與 負電壓連接端子之間的穩壓二極管D2和電阻R13 ;串聯在單節鋰電池A3的正電壓連接端 子與負電壓連接端子之間的穩壓二極管D3和電阻R14 ;串聯在單節鋰電池A4的正電壓連 接端子與負電壓連接端子之間的穩壓二極管D4和電阻R15。
[0056] 舉例，電阻R12、電阻R13、電阻R14和電阻R15的阻值為33歐姆。穩壓二極管D1、 穩壓二極管D2、穩壓二極管D3和穩壓二極管D4的反向電壓臨界值等于單體電壓過充電門 限值。假定單體電壓過充電門限值為3. 6V，則穩壓二極管D2、穩壓二極管D3和穩壓二極管 D4的反向電壓臨界值為3. 6V。
[0057] 當鋰離子電池組101中某個單節鋰電池的電壓大于3. 6V時，與該單節鋰電池相 連接的穩壓二極管導通，電流經過33歐姆的電阻被分壓，所以該單節鋰電池的電壓將會降 低，從而可以避免單節鋰電池發生過壓。
[0058] 比如，當單節鋰電池 A1的電壓大于3. 6V時，穩壓二極管D1導通。由于穩壓二極 管D1導通，導致電流流經電阻R12產生電能消耗，最終單節鋰電池A1的電壓降低為單體電 壓過充電門限值及以下。
[0059] 再比如，當單節鋰電池 A2的電壓大于3. 6V時，穩壓二極管D2導通。由于穩壓二 極管D2導通，導致電流流經電阻R13產生電能消耗，最終單節鋰電池A2的電壓降低為單體 電壓過充電門限值及以下。
[0060] 而且，當多個單節鋰電池的電壓大于3. 6V時，這些大于3. 6V的單節鋰電池可以同 時放電均衡。
[0061] EB+和EB-是鋰離子電池組101的正負端子。
[0062] 如圖2所示，開關保護模塊102包括電池保護芯片U1、第一場效應管Q1和第二場 效應管Q2。
[0063] 電池保護芯片U1可以具體實施為S8205A芯片或S8205B芯片。
[0064] 下面以電池保護芯片U1實施為S8205A芯片為例進行詳細說明。
[0065] 表1為S8205A芯片的引腳不意表。
[0066]
[0067] 表 1
[0068] 由圖2及表1可見，第一場效應管Q1的漏極與第二場效應管Q2的漏極連接；第一 場效應管Q1的柵極與電池保護芯片U1的充電控制用場效應管門極連接端子（C0)連接；第 一場效應管Q1的源極與鋰離子電池組101的負電壓連接端子連接。
[0069] 第二場效應管Q2的柵極與電池保護芯片U1的放電控制用場效應管門極連接端子 (D0)連接；第二場效應管Q2的源極與鋰離子電池組101的末節單節鋰電池（A5)的負電壓 連接端子連接。
[0070] EB-經由電阻R1與VSS-VM間的電壓檢測端子（VM)連接；Q1的柵極與源級之間具 有下拉電阻R2。
[0071] 第二場效應管Q2的柵極與電池保護芯片U1的放電控制用場效應管門極連接端子 (D0)之間串聯有電阻R3。VSS-VINI間的電壓檢測端子（VINI)經電阻R4串聯到第二場效 應管Q2的源極。
[0072] S8205A芯片可以起到過充和過放保護作用。
[0073] 假定過鋰離子電池組101的充電門限值為14. 4V ;過放電門限值為10V ;單體電壓 過充電門限值為3. 6V ;單體電壓過放電門限值為2. 5V。
[0074] 示范性地：S8205A芯片的工作過程包括：
[0075] 當鋰離子電池組101的總電壓（即單節鋰電池A1、單節鋰電池A2、單節鋰電池A3 和單節鋰電池A4的電壓和）在10~14. 4V之間以及每個單節鋰電池的電壓在2. 5~3. 6V 之間時，S8205A芯片控制第一場效應管Q1和第二場效應管Q2都導通，鋰離子電池組101的 放電電路和充電電路都處于導通狀態，鋰離子電池組101既可以放電也可以充電。
[0076] 在鋰離子電池組101的充電過程中，鋰離子電池組101的總電壓逐漸增大，當鋰離 子電池組101的總電壓大于過充電門限值（14. 4V)時，電池保護芯片U1判定發生過充，電 池保護芯片U1控制第一場效應管Q1關閉，切斷充電回路，禁止充電。
[0077] 在鋰離子電池組101的放電過程中，鋰離子電池組101的總電壓逐漸減小，當鋰離 子電池組101的總電壓低于過放電門限值（10V)時，電池保護芯片U1判定發生過放，電池 保護芯片U1控制第二場效應管Q2關閉，切斷放電回路，禁止放電。
[0078] 當單節鋰電池A1、單節鋰電池A2、單節鋰電池A3和單節鋰電池A4中至少有一個 單節鋰電池的電壓大于單體電壓過充電門限值（3. 6V)時，電池保護芯片U1判定發生過充， 電池保護芯片U1控制第一場效應管Q1關閉，切斷充電回路，禁止充電。
[0079] 當單節鋰電池A1、單節鋰電池A2、單節鋰電池A3和單節鋰電池A4中至少有一個 單節鋰電池的電壓低于單體電壓過放電門限值（2. 5)V時，電池保護芯片U1判定發生過放， 電池保護芯片U1控制第一場效應管Q2關閉，切斷放電回路，禁止放電。
[0080] 在圖2中，R5是電流采樣電阻，當電流流經電阻R5時，在電阻R5兩端產生端電壓， 電池保護芯片U1采樣此端電壓，當端電壓超過預先設定的門限值時，可以判定發生過流或 者短路，電池保護芯片U1控制第一場效應管Q1和第二場效應管Q2切斷，從而保證鋰離子 電池組101安全。
[0081] 在第一場效應管Q1的源極與第一場效應管Q1的漏極之間并聯有D5。在第二場效 應管Q2的源極與第二場效應管Q2的漏極之間并聯有功率二極管D6。
[0082] 在欠壓保護時，第二場效應管Q2關閉，但是由于功率二極管D6導通，鋰離子電池 組101可以正常充電。
[0083] 在過壓保護時，第一場效應管Q1關閉，但是由于功率二極管D5導通，鋰離子電池 組101可以正常放電。
[0084] 在鋰離子電池組101的正電壓連接端子與首節單節鋰電池A1的正電壓連接端子 之間串聯的保險絲F1。當電池保護芯片U1失效情況下，如果電流超過其額定值后，保險絲 F1恪斷，從而起到進一步的過流保護作用。
[0085] 圖3為根據本發明實施方式允許充電和允許放電時的啟動電源的電路處理示意 圖。
[0086] 由圖3可見：
[0087] 當鋰離子電池組的總電壓（即單節鋰電池A1、單節鋰電池A2、單節鋰電池A4和單 節鋰電池A4的電壓和）在10~14. 4V之間以及每個單節鋰電池的電壓在2. 5~3. 6V之 間時，即鋰離子電池組101的總電壓不大于過充電門限值（14. 4V)也不低于過放電門限值 (10V)，而且每個單節鋰電池的電壓不大于單體電壓過充電門限值（3. 6V)也不低于單體電 壓過放電門限值（2. 5V)時，S8205A芯片U1控制第一場效應管Q1和第二場效應管Q2都導 通，鋰離子電池組的放電電路和充電電路都處于導通狀態，鋰離子電池組既可以放電也可 以充電。
[0088] 圖4為根據本發明實施方式不允許充電且允許放電時的啟動電源的電路處理示 意圖。
[0089] 由圖4可見：
[0090] 當鋰離子電池組的總電壓大于過充電門限值（14. 4V)或出現單節鋰電池的電壓 大于單體電壓過充電門限值（3. 6V)時，S8205A芯片U1判定發生過充，S8205A芯片U1控制 第一場效應管Q1關閉，切斷鋰離子電池組的充電回路，禁止鋰離子電池組充電。
[0091] 第一場效應管Q1被關閉后，由于功率二極管D5導通，因此鋰離子電池組可以正常 放電。
[0092] 圖5為根據本發明實施方式不允許放電且允許充電時的啟動電源的電路處理示 意圖。
[0093] 由圖5可見：
[0094] 當鋰離子電池組的總電壓低于過放電門限值（10V)或出現單節鋰電池的電壓低 于單體電壓過充電門限值（3. 6V)時，S8205A芯片U1判定發生過放，S8205A芯片U1控制第 二場效應管Q2關閉，切斷鋰離子電池組的放電回路，禁止鋰離子電池組放電。
[0095] 第二場效應管Q2被關閉后，由于功率二極管D6導通，因此鋰離子電池組可以正常 充電。
[0096] 綜上所述，本發明實施方式中，不同于現有技術中利用鉛酸蓄電池充當啟動電源， 而是利用鋰離子電池組充當啟動電源，因此可以提高電源的使用壽命并減少電源的體積。
[0097] 另外，鑒于鋰離子電池組具有不能承受過充過放等缺陷，本發明對鋰離子電池組 進行相應的保護處理，使得鋰離子電池組具備過充過放的保護功能。
[0098] 而且，本發明實施方式沒有采用專用芯片，降低了成本，可以多個單節鋰電池同時 放電均衡。
[0099] 上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施方式的具體說 明，而并非用以限制本發明的保護范圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方案或 變更，如特征的組合、分割或重復，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種汽車啟動電源（100)，其特征在于，包括： 鋰離子電池組（101)，所述鋰離子電池組（101)包含多個串聯的單節鋰電池； 開關保護模塊（102)，用于檢測所述鋰離子電池組（101)的總電壓值，并當所述鋰離子 電池組（101)的總電壓值大于預先設定的過充電門限值時，切斷所述鋰離子電池組（101) 的充電電路；或，當所述鋰離子電池組（101)的總電壓值小于預先設定的過放電門限值時， 切斷所述鋰離子電池組（101)的放電電路；或，用于檢測所述鋰離子電池組（101)中每個單 節鋰電池的電壓值，并當出現單節鋰電池的電壓值大于預先設定的單體電壓過充電門限值 時，切斷所述鋰離子電池組（101)的充電電路；或，當出現單節鋰電池的電壓值小于預先設 定的單體電壓過放電門限值時，切斷所述鋰離子電池組（101)的放電電路； 均衡保護模塊（103)，用于使能電壓值大于所述單體電壓過充電門限值的單節鋰電池 放電。2. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于， 所述均衡保護模塊（103)包括：串聯在每個單節鋰電池的正電壓連接端子與負電壓連 接端子之間的穩壓二極管（Dl，D2, D3, D4)和電阻（R12, R13, R14, R15); 所述穩壓二極管（D1，D2，D3，D4)的反向電壓臨界值等于所述單體電壓過充電門限值。3. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述開關保護模塊（102)包括電池保護芯 片（Ul)、第一場效應管（Ql)和第二場效應管（Q2): 第一場效應管（Ql)的漏極與第二場效應管（Q2)的漏極連接；第一場效應管（Ql)的柵 極與所述電池保護芯片（Ul)的充電控制用場效應管門極連接端子（CO)連接；第一場效應 管（Ql)的源極與所述鋰離子電池組（101)的負電壓連接端子連接；第二場效應管（Q2)的 柵極與所述電池保護芯片（Ul)的放電控制用場效應管門極連接端子（DO)連接；第二場效 應管（Q2)的源極與所述鋰離子電池組（101)的末節單節鋰電池的負電壓連接端子連接。4. 根據權利要求3所述的系統，其特征在于，還包括： 在第一場效應管（Ql)的源極與第一場效應管（Ql)的漏極之間并聯的功率二極管 (D5) 〇5. 根據權利要求3所述的系統，其特征在于，還包括 在第二場效應管（Q2)的源極與第二場效應管（Q2)的漏極之間并聯的功率二極管 (D6) 〇6. 根據權利要求3所述的系統，其特征在于，還包括： 在鋰離子電池組（101)的正電壓連接端子與首節單節鋰電池的正電壓連接端子之間 串聯的保險絲（Fl)。7. 根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述電池保護芯片（Ul)為S8205A芯片或 S8205B 芯片。8. 根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述單節鋰電池的數目為4或5。9. 一種汽車，其特征在于，包括如權利要求1-8中任一項所述的啟動電源。10. 根據權利要求9所述的汽車，其特征在于，所述汽車為純電動汽車、混合動力汽車、 燃料電池汽車、汽油驅動汽車或柴油驅動汽車。
【文檔編號】B60L11/18GK105896641SQ201510589692
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年9月16日
【發明人】王克堅, 張青嶺
【申請人】北京長城華冠汽車科技股份有限公司