重型装备应急启动电源的三重保护系统及装置的制作方法

本发明涉及重型装备应急启动电源的三重保护系统及装置，属移动应急电源技术领域。

背景技术：

目前一些大型载重车辆、工程机械等设备中，在使用、存放和管理过程中，由于设备老化、故障、外界低温恶劣环境等因素，均可能导致设备自备的电瓶出现亏电情况，从而严重影响了这类设备正常使用，针对这一问题，当前主要的解决方式，一种是通过为电瓶故障的设备更换电瓶，另一种是通过外接应急电源临时启动故障设备，而在实际使用中，由于临时更换电源操作复杂，因此往往主要是通过外接临时电源的方式来解决电瓶亏电故障，但在对外部临时应急电源的使用中发现，当前所使用的该类电源虽然可以一定程度满足使用需要，但同时存在着诸如：临时电源容量小，瞬时放电功率不足，难以满足大型设备及多台设备同时供电的需要；临时电源使用中自身安全防护能力，故障检测及排除能力弱，以及因自身故障或外部电路故障而导致临时电源损坏，以及当前的临时电源缺乏必要防护，无法有效满足高温及低温等极限温度条件下的正常运行作业的需要，严重时甚至出现临时电源因短路等故障而引发起火、爆炸等严重事故，因此导致当前的应急电源使用的可靠性、安全性及环境适应性均受到了极大的影响，难以有效满实际工作的需要，因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新的应急电源综合防护控制系统，以克服当前应急电源中存在的诸多不足，满足实际使用的需要。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供重型装备应急启动电源的三重保护系统及装置。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

重型装备应急启动电源的三重保护系统，包括主控电路单元、充放电管理电路单元、12v智能启动电路、24v智能启动电路、级联扩容电路、逆变输出电路、led照明电路、显示电路、综合保护电路、调温控制电路及蓄电池组，其中主控电路单元分别与12v智能启动电路、24v智能启动电路、逆变输出电路、led照明电路、显示电路、综合保护电路、调温控制电路及蓄电池组电气连接，综合保护电路另分别与充放电管理电路单元、显示电路及蓄电池组电气连接，蓄电池组至少两组，且各组蓄电池组间通过混联电路相互电气连接，每组蓄电池组中均包括至少两个通过混联电路连接的单体蓄电池，综合保护电路包括蓄电池单体保护子电路、蓄电池组保护子电路、主控电路保护子电路及数据处理电路，数据处理电路分别与蓄电池单体保护子电路、蓄电池组保护子电路、主控电路保护子电路、主控电路单元、充放电管理电路单元及显示电路电气连接，蓄电池单体保护子电路、蓄电池组保护子电路、主控电路保护子电路间相互并联，蓄电池单体保护子电路数量与蓄电池组中的单体蓄电池数量一致，且每个单体蓄电池均与一个蓄电池单体保护子电路电气连接，各蓄电池单体保护子电路间相互并联，蓄电池组保护子电路数量与蓄电池组数量一致，且每个电池组均与一个蓄电池组保护子电路电气连接，主控电路保护子电路与主控电路单元、充放电管理电路单元、12v智能启动电路、24v智能启动电路电气连接。

，所述的主控电路单元为基于stm8芯片为处理器的控制电路。

进一步的，所述的充放电管理电路单元包括充电识别管理单元、交流充电适配单元、车载直流充电适配单元及光伏充电适配单元，所述的充电识别管理单元分别与交流充电适配单元、车载直流充电适配单元及光伏充电适配单元电气连接，且交流充电适配单元、车载直流充电适配单元及光伏充电适配单元至少有一个。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

1、采用三重保护电路系统，使电源系统安全可靠，避免了因短路、高温等因素出现的电池起火、爆炸等严重后果；

2、采用了低温预加热控制系统，可让电源系统启动重装备时，不受低温因素的影响；

3、通过级联扩容和逆变系统，可为野外作业的220v交流电设备提供充足的电源。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明

图1为本发明系统构成原理示意图；

图2为主控电路单元电路结构示意图；

图3为主控电路单元数据处理逻辑关系图；

图4为综合保护电路构成原理示意图；

图5为蓄电池单体保护子电路工作原理示意图；

图6为蓄电池组保护子电路工作原理示意图；

图7为充放电管理电路单元电路结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

本发明的具体实施方法进行详细说明：

如图1、2和3所示，重型装备应急启动电源的三重保护系统，包括主控电路单元1、充放电管理电路单元2、12v智能启动电路3、24v智能启动电路4、级联扩容电路11、逆变输出电路5、led照明电路6、显示电路7、综合保护电路8、调温控制电路9及蓄电池组10，其中主控电路单元1分别与12v智能启动电路3、24v智能启动电路4、级联扩容电路11、逆变输出电路5、led照明电路6、显示电路7、综合保护电路8、调温控制电路9及蓄电池组10电气连接，综合保护电路8另分别与充放电管理电路单元2、显示电路7及蓄电池组10电气连接，蓄电池组10至少两组，且各组蓄电池组10间通过混联电路相互电气连接，每组蓄电池组10中均包括至少两个通过混联电路连接的单体蓄电池。

其中，主控电路单元电路1核心为微处理器u5，具有10路10位高精度的ad转换部件、4个定时器和多路数据端口，满足电源系统的电路检测与控制需要，nrst为微处理器系统复位引脚，gwyj为电池组的温度检测引脚，并连接一个温度传感器，当微处理器u5判断温度值超过一定阈值后，启动高温保护电路，保护电池的安全，dlcj为电池电量检测电路引脚，通过对电池电量的采样，准确的测试出电池当前电量，bhe、bhd和bhc为巡检电路引脚，采用微处理器的定时器周期性的检测大功耗器件的电流，在加载有不同负载时，自动调节电流大小，在没有负载时，控制大功耗器件处于漏极开路（od）状态，以减少控制电路的自放电，节省电量。其余引脚功能为按键检测、led指示和继电器控制。

本实施例中，所述的主控电路单元为基于stm8芯片为处理器的控制电路。

如图4所示，本实施例中所述的综合保护电路包括蓄电池单体保护子电路、蓄电池组保护子电路、主控电路保护子电路及数据处理电路，数据处理电路分别与蓄电池单体保护子电路、蓄电池组保护子电路、主控电路保护子电路、主控电路单元、充放电管理电路单元及显示电路电气连接，蓄电池单体保护子电路、蓄电池组保护子电路、主控电路保护子电路间相互并联，蓄电池单体保护子电路数量与蓄电池组中的单体蓄电池数量一致，且每个单体蓄电池均与一个蓄电池单体保护子电路电气连接，各蓄电池单体保护子电路间相互并联，蓄电池组保护子电路数量与蓄电池组数量一致，且每个电池组均与一个蓄电池组保护子电路电气连接，主控电路保护子电路与主控电路单元、充放电管理电路单元、12v智能启动电路、24v智能启动电路电气连接。

如图5所示，本实施例中所述的蓄电池单体保护子电路工作原理简要表述如下：bt1为一组电池，由三节3.7v锂电池串联，b1+和b1-为电池组的正负极。该电路由保护芯片u9、充放电mos管q10、q11、信号驱动开关q36、q37、q38、大功率mos管q39、q40、q41、q60、q61、q62以及必要的电阻和电容等组成。其中u9的21、23、25、27脚实时检测电池组1内的3节电池电压。正常情况下，[a2]21与23、23与25、25与27之间的电压相互平衡一致，维持在2.8v-4.2v之间，这时u9的co(11脚)与do(12脚)输出9.8v左右的高电平，驱动充电开关q10与放电开关q11导通，实现正常的充放电。同时，高电平的do(图中的标签为bhsb1)信号通过r171，输入至q36的g极，使q36截止，则其d极为高电平，其d极通过r175与q37和q38的b极相连，因此，q37导通而q38截止，故q37、q38的公共端e极为高电平，从而使图中q39、q40、q41、q60、q61、q62六个mos管同时导通，电池组1的负极通过这6个mos管连接至功率负载的负极。本电源系统共使用4组电池组，每组电池组的保护均相同。

vcc与gnd为整个电源系统的控制电路供电，当电源系统内部短路时，vcc与gnd之间等效短路，功率电阻r76上的电流变大，r75上的电压升高，也即是u9的vin引脚输入电压升高，当电压升高到额定阈值时，芯片u9判定为过流或外部短路，此时do脚输出低电平，后续过程等同于电池组间保护，从而实现了电源系统的整体保护。

如图6所示，本实施例中所述的蓄电池组保护子电路工作原理如下：当各组电池组中的一组电池出现异常（蓄电池组内的一节或多节出现过放或者0v）时，u9的do脚输出低电平，q11截止，切断该组电池的充放电回路，使该组电池不能充放电，从而实现了电池单元保护。

同时，do脚的低电平信号使q36导通，q36的d极为低电平，则q37截止q38导通，故q37、q38的公共端e极为低电平，使q39等六个mos同时截止，从而使该组电池与负载和其他组电池的回路全部断开，避免因一组电池的故障导致所有电池组全部形成短路等严重后果，实现了电池组间保护。

如图7所示，本实施例中所述的充放电管理电路单元包括充电识别管理单元、交流充电适配单元、车载直流充电适配单元及光伏充电适配单元，所述的充电识别管理单元分别与交流充电适配单元、车载直流充电适配单元及光伏充电适配单元电气连接，且交流充电适配单元、车载直流充电适配单元及光伏充电适配单元至少有一个。

该电路主要由专用充电管理芯片u3、功率电感l1、肖特基二极管d1、肖特基二极管d2、精密取样电阻r16以及电阻、电容、连接插件等组成。u3为dc-dc降压型开关充电器芯片，采用qfn16封装，适合3芯锂离子电池组供电，具有充电状态指示和可编程定时功能，内部集成了高功率mosfet，可以输出高达2a的充电电流，输出±0.75％精度，高达90％的充电效率，其内部固定频率600khz，它还具有峰值电流、周期电流限制和热关机功能。

该电路的工作原理简要表述如下：充电器输入电压由j3输入，经电容c8滤波后，输出分为两路。一路连接至芯片u3的引脚vcc，并经过芯片内部电路处理，在芯片u3引脚vref输出3.3v电源，为充电状态、温度检测等提供精准的电源。另一路连接至芯片u3的引脚vin，为芯片内功率转换电路提供电源。正常充电时，在芯片u3的引脚sw输出开关脉冲电压，并经电感l1处理后输出12.6v的充电电压，充电过程中芯片u3的15引脚chgok置低，表示处于充电状态。芯片u3的15引脚csp和batt通过检测电阻r16，采集电压和电流信号，当电池电压升至12.6v且充电电流下降至1/10正常充电电流时，芯片u3的引脚chgok置高，停止充电。

与现有技术相比，本发明一方面采用三重保护电路系统，使电源系统安全可靠，避免了因短路、高温等因素出现的电池起火、爆炸等严重后果；另一方面采用了低温预加热控制系统，可让电源系统启动重装备时，不受低温因素的影响，同时通过级联扩容和逆变系统，可为野外作业的220v交流电设备提供充足的电源。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。