一种汽车驻车启动用锂离子电池电路及汽车

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种汽车驻车启动用锂离子电池电路及汽车。

背景技术

现阶段，驻车使用蓄电池时电容量损耗极大。一般情况下，在行车过程中，发动机会带动发电机给电瓶充电，但是在驻车情况下，发电机是停止工作的，此时它是单一的放电状态。

在寻求驻车电池时，铅酸蓄电池因能量密度低(仅为锂离子电池的1/3左右)，循环寿命短(循环次数约为锂离子电池的1/3)，已不能满足以上电池的技术要求。

而锂电池的体积比能和重量比能都比铅酸电池高3倍以上，并且锂电池体积更小，重量更轻，循环寿命更长，完全适用以上电池要求。

驻车电池主要在驻车时为汽车空调、汽车电器提供能源，并适合汽车启动大电流的要求(一般货车启动电流大于1000A-1500A，启动时间3-5s)。货车驻车时，启动用铅酸蓄电池，但是铅酸蓄电池不能满足启动的大电流放电和驻车电流长时间放电的要求，所以为了确保空调等汽车电器供电，一般增大启动铅酸蓄电池容量，但启动用铅酸蓄电池作为驻车蓄电池使用时，放电方式使得蓄电池寿命大大缩短，一般使用年限不超过一年，超过一年以后铅酸蓄电池极板会脱粉短路而报废。

随着这几年锂电池价格快速下降，安全性能也越来越好，大家开始把目光投向了驻车空调锂电池。

锂电池通常由三大部分组成：电芯、BMS(就是保护板)、外壳，驻车空调锂电池是装在货车上充电的，电池环境复杂，BMS非常容易损坏。而且驻车、启动锂离子电池的BMS，在使用MOSFET作为开关时，启动瞬间的大电流，会损坏MOSFET。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种汽车驻车启动用锂离子电池电路及汽车，利用电容模块给发动机提供启动用的大电流，解决铅酸蓄电池不能满足启动的大电流放电和驻车电流长时间放电的问题，和/或锂离子电池给发动机提供启动用的大电流可能损坏MOSFET的问题。

根据本发明的第一个方面，提供了汽车驻车启动用锂离子电池电路，包括：

电池模块，所述电池模块与发动机并联连接；

多个电容模块，每个所述电容模块与所述电池模块并联连接，每个所述电容模块包括并联电容模块和串联电容模块，所述并联电容模块与所述串联电容模块并联连接；

多个开关模块，每个所述开关模块连接于所述电池模块与每个所述电容模块之间；

控制模块，所述控制模块与多个所述开关模块连接，所述控制模块在启动所述发电机时，通过控制多个所述开关模块依次使每个所述电容模块与所述电池模块连通，给所述发动机提供启动电流。

本发明的汽车驻车启动用锂离子电池电路，通过电容模块来给发动机提供启动用的大电流，以及通过依次使每个电容模块与电池模块连通来实现长时间给发动机提供启动用的大电流，以此解决铅酸蓄电池不能满足启动的大电流放电和驻车电流长时间放电的问题，和/或锂离子电池给发动机提供启动用的大电流可能损坏MOSFET的问题。

在一些实施方式中，前后连通的两个所述电容模块与所述电池模块开始连通的间隔时间等于前后连通的两个所述电容模块中前一个所述电容模块的放电时间加上第一预设值时间。

在一些实施方式中，所述并联电容模块的放电时间T

在一些实施方式中，所述电容模块的放电时间为T

在一些实施方式中，所述并联电容模块的放电电流I

在一些实施方式中，所述电池模块还与发电机并联连接，所述发动机带动所述发电机转动，在所述发动机正常工作时，所述发电机给多个所述电容模块充电，所述控制模块在第二预设值时间断开多个所述电容模块与所述电池模块的连接。

在一些实施方式中，所述并联电容模块包括多个并联的第一电容，所述串联电容模块包括多个串联的第二电容。

在一些实施方式中，所述控制模块包括：

多个驱动模块，每个所述驱动模块与每个所述开关模块连接；

控制芯片，所述控制芯片与多个所述驱动模块连接，所述控制芯片通过多个所述驱动模块控制多个所述开关模块依次使每个所述电容模块与所述电池模块连通。

在一些实施方式中，所述开关模块为双线圈继电器，所述驱动模块包括第一MOS管、第一二极管、第二二极管和第二MOS管，所述第一MOS管的漏极与所述双线圈继电器的第一端连接，所述第一MOS管的源极接地，所述第一MOS管的源极、栅极分别通过第三电阻、第四电容连接，所述第一MOS管的栅极通过串联的第二电阻、第一电阻与所述控制芯片的第一端连接，所述第二电阻、所述第一电阻之间通过第三电容接地，所述第二二极管的第一端与所述双线圈继电器的第一端连接，所述第二二极管的第二端与所述双线圈继电器的第二端连接，所述第一二极管的第二端与所述第二二极管的第二端连接，所述第一二极管的第一端与所述双线圈继电器的第三端连接，所述第二MOS管的漏极与所述双线圈继电器的第三端连接，所述第二MOS管的源极接地，所述第二MOS管的源极、栅极分别通过第六电阻、第六电容连接，所述第二MOS管的栅极通过串联的第五电阻、第四电阻与所述控制芯片的第二端连接，所述第五电阻、所述第四电阻之间通过第五电容接地。

根据本发明的第二个方面，提供一种汽车，该汽车包括上述的汽车驻车启动用锂离子电池电路。

与现有技术相比，本发明的汽车驻车启动用锂离子电池电路及汽车，通过电容模块来给发动机提供启动用的大电流，以及通过依次使每个电容模块与电池模块连通来实现长时间给发动机提供启动用的大电流，以此解决铅酸蓄电池不能满足启动的大电流放电和驻车电流长时间放电的问题，和/或锂离子电池给发动机提供启动用的大电流可能损坏MOSFET的问题。

附图说明

图1为本发明一实施方式的汽车驻车启动用锂离子电池电路的示意图；

图2为本发明一实施方式的汽车驻车启动用锂离子电池电路的控制模块与开关模块的连接示意图；

图3为本发明一实施方式的汽车驻车启动用锂离子电池电路的电容模块的放电时间与峰值电流关系图。

附图标号说明：电池模块100，多个电容模块200，并联电容模块210，串联电容模块220，多个开关模块300，控制模块400，驱动模块410，控制芯片420，发动机500，发电机600。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

根据本发明的第一个方面，图1-2示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的汽车驻车启动用锂离子电池电路。如图1-2所示，该汽车驻车启动用锂离子电池电路包括电池模块100、多个电容模块200、多个开关模块300和控制模块400，电池模块100与发动机500并联连接；每个电容模块200与电池模块100并联连接，每个电容模块200包括并联电容模块210和串联电容模块220，并联电容模块210与串联电容模块220并联连接；每个开关模块300连接于电池模块100与每个电容模块200之间；控制模块400与多个开关模块300连接，控制模块400在启动发电机500时，通过控制多个开关模块300依次使每个电容模块200与电池模块100连通，给发动机500提供启动电流。

如图1所示，电池模块100可以是磷酸铁锂电芯8串1并，对应的电池模块100的电压8*3.2＝25.6V，当然，对于电池模块100的电压而言，还可以根据实际需要进行调整，使电池模块100的电压值满足实际需求；此外，电池模块100的负极与发动机500之间还依次串联有放电MOS管Q1和充电MOS管Q2，当然，电池模块100的负极与发动机500之间还可以不串联连接放电MOS管Q1和充电MOS管Q2，即电池模块100的负极直接与发动机500连接。

为了更好的说明，本实施方式以电容模块200的数量为三个进行说明，当然，对于电容模块200而言，上述数量只是为了更好的说明，对于电容模块200的数量还可以根据实际需要进行调整，其中，三个电容模块200的电路一致，对应的，每个电容模块200中的并联电容模块210和串联电容模块220的电路也一致，其中，并联电容模块210包括多个串联的第一电容C1，具体的，第一电容C1的数量可以是四个或五个，第一电容C1的规格可以是4700uF35V，对应的，并联电容模块210的电容容量为0.0188F或0.0235F，串联电容模块220包括多个串联的第二电容C2，具体的，第二电容C2的数量可以是十个或十一个，第二电容C2的规格可以是30F3V，对应的，串联电容模块220的电容容量为3F/2.7273F，当然，对于第一电容C1和第二电容C2的数量还可以根据实际需要进行调整，第一电容C1和第二电容C2的规格也可以根据实际需要进行调整。

如图1和2所示，开关模块300的数量与电容模块200的数量一致，开关模块300为双线圈继电器，对于三个双线圈继电器的编号可以依次为S1、S2和S3，双线圈继电器的型号可以选择HFE19-90-12HT22(445),该型号的双线圈继电器可承受2400A10ms触点不会熔焊。

如图2所示，控制模块400包括多个驱动模块410和控制芯片420，其中，驱动模块410的数量与开关模块300的数量一致，每个驱动模块410与每个开关模块300连接；控制芯片420与多个驱动模块410连接，控制芯片420通过多个驱动模块410控制多个开关模块410依次使每个电容模块200与电池模块100连通，控制芯片420的型号可以为NANO100单片机，当然，控制芯片420还可以是可以起到控制开关模块300作用的其他型号的芯片。

由于多个驱动模块410的电路一致，只是每个驱动模块410与控制芯片420的不用引脚连接，因此，本实施方式对其中一个驱动模块410的具体电路进行说明，其他的驱动模块410可参考该驱动模块410，其中，不同的驱动模块410中的电子元器件的编号不同以便区分，具体的，驱动模块410包括第一MOS管Q101、第一二极管D101、第二二极管D102和第二MOS管Q102，第一MOS管Q101的漏极与双线圈继电器S1的第一端连接，第一MOS管Q101的源极接地，第一MOS管Q101的源极、栅极分别通过第三电阻R103、第四电容C104连接，第一MOS管Q101的栅极通过串联的第二电阻R102、第一电阻R101与控制芯片420的第一端(PC0)连接，第二电阻R102、第一电阻R101之间通过第三电容C103接地，第二二极管D102的第一端与双线圈继电器S1的第一端连接，第二二极管D102的第二端与双线圈继电器S1的第二端连接，第一二极管D101的第二端与第二二极管D102的第二端连接，第一二极管D101的第一端与双线圈继电器S1的第三端连接，第二MOS管Q102的漏极与双线圈继电器S1的第三端连接，第二MOS管Q102的源极接地，第二MOS管Q102的源极、栅极分别通过第六电阻R106、第六电容C106连接，第二MOS管Q102的栅极通过串联的第五电阻C105、第四电阻R104与控制芯片420的第二端(PC1)连接，第五电阻R105、第四电阻R104之间通过第五电容C105接地。需要说明的是，控制双线圈继电器S2的驱动模块410与控制芯片420的引脚PB0和引脚PB1连接，控制双线圈继电器S3的驱动模块410与控制芯片420的引脚PA10和引脚PA11连接，对于电子元器件的前缀第一、第二等只是为了区分不同的电子元器件，并不是对其顺序进行限制。

前后连通的两个电容模块200与电池模块100开始连通的间隔时间等于前后连通的两个电容模块200中前一个电容模块200的放电时间加上第一预设值时间，即在前一个电容模块200与电池模块100连通后，后一个电容模块200必须在前一个电容模块200放电完成后再延迟一个第一预设值时间后再连通后一个电容模块200，其中，第一预设值时间为0.5ms。

并联电容模块210的放电时间T

以电池模块100的电压值为25.6V，第一电容C1的数量为四个，第二电容C2的数量为十一个为例，其中，电池模块100的内阻为8×0.4mΩ，对应的，电容模块200放电前的电压值为25.6V，电容模块200放电后的最终电压为18V，即Vt的最终电压值为18V，对应的，T

电容模块200的放电时间为T

并联电容模块210的放电电流I

电池模块100还与发电机600并联连接，发动机500带动发电机600转动，在发动机500正常工作时，发电机600给多个电容模块200充电，控制模块400在第二预设值时间断开多个电容模块200与电池模块100的连接，即在发动机500正常工作时，发动机500带动发电机600转动进行发电，发电机600所发的电可以给电容模块200以及电池模块100进行充电，对于充电的时间(第二预设值时间)可以根据电容模块200放电前的电压值为25.6V，电容模块200放电后的最终电压为18V，以及发电机600的的发电参数计算得到，一般第二预设值时间大致为10ms左右。

本实施方式的汽车驻车启动用锂离子电池电路的控制过程为：

(1)控制芯片420的PC0引脚为高电平时，第一MOS管Q101导通，双线圈继电器S1的启动线圈获电继电器吸合(通电后即使启动线圈断电，仍可保持继电器在吸合状态)；双线圈继电器S1吸合后将第一个电容模块200并入电池模块100启动发动机500，并联电容模块210与串联电容模块220同时放电，并联电容模块210在0.021ms放电完毕，串联电容模块220在3.077ms放电完毕，以上电容模块200放电时间为3.077ms。

(2)双线圈继电器S1吸合3.577ms后，控制芯片420的PB0引脚输出高电平，第二个电容模块200中的第一MOS管Q201(由于各个驱动模块410的电路一致，为了区分不同的驱动模块410中的第一MOS管，故用不同的编号进行区分)导通，双线圈继电器S2的启动线圈获电继电器吸合，将第二个电容模块200并入电池模块100，第二个电容模块200的放电时间也为3.077ms。

(3)双线圈继电器S2吸合3.577ms后，控制芯片420的PA10引脚输出高电平，第三个电容模块200中的第一MOS管Q301(由于各个驱动模块410的电路一致，为了区分不同的驱动模块410中的第一MOS管，故用不同的编号进行区分)导通，双线圈继电器S3的启动线圈获电继电器吸合，将第三个电容模块200并入电池模块100，第三个电容模块200的放电时间也为3.077ms。

(4)以上三个电容模块200完成放电后，电池模块100继续为汽车发动机500提供大电流启动，3-5s后发动机500被启动，开始正常工作；发动机500正常工作后，发动机500带动发电机600工作为电池模块100和电容模块200充电，电容模块200在10ms左右即充电完毕，此时控制芯片420的PC1、PB1、PA11引脚输出高电平，第一个电容模块200中的第二MOS管Q102、第二个电容模块200中的第二MOS管Q202和第三个电容模块200中的第二MOS管Q302导通(由于各个驱动模块410的电路一致，为了区分不同的驱动模块410中的第二MOS管，故用不同的编号进行区分)，双线圈继电器S1、双线圈继电器S2、双线圈继电器S3复位线圈获电，分别断开第一个电容模块200、第二个电容模块200和第三个电容模块200与电池模块100的连接，实现一次完整的控制过程。

本发明的汽车驻车启动用锂离子电池电路，通过电容模块200来给发动机500提供启动用的大电流，以及通过依次使每个电容模块200与电池模块100连通来实现长时间给发动机500提供启动用的大电流，以此解决铅酸蓄电池不能满足启动的大电流放电和驻车电流长时间放电的问题，和/或锂离子电池给发动机提供启动用的大电流可能损坏MOSFET的问题。

根据本发明的第二个方面，提供一种汽车，如图1所示，该汽车包括上述的汽车驻车启动用锂离子电池电路、发动机500和发电机600，其中发动机500与电池模块100并联连接，发电机600与电池模块100并联连接，发动机500带动发电机600转动；电池模块100的负极与发动机500之间还依次串联有放电MOS管Q1和充电MOS管Q2。当然，电池模块100的负极与发动机500之间还可以不串联连接放电MOS管Q1和充电MOS管Q2，即电池模块100的负极直接与发动机500连接。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。