一种超低功耗大电流蓄电池快速自动跨接系统及实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超低功耗大电流蓄电池快速自动跨接系统，其特征在于：该系统由跨接系统本体（1）、正接线柱（2）、负接线柱（3）组成，并一对一对应连接在蓄电池Bat2的正极和负极上，所述的跨接系统本体是整个系统功能实现的核心，其特征在于，跨接系统本体（1）由保护回路（18）、充电回路（13）、升压回路（12）、一级储能（11）、二级储能（19）、开路判断回路（14）、控制回路（15）、MOS元件器M1（16）、二极管D1（17）和告警指示（20）构成。本发明专利技术通过深入研究半导体材料及元器件工作特性，创造性设计并应用元器件的非常规工作区，建立了一种新型的低功耗、免维护、大电流的蓄电池开路自动跨接系统，解决现有对蓄电池不易管理的问题。

A Fast Automatic Spanning System for Ultra-Low Power and High Current Batteries and Its Implementation

The invention discloses a fast automatic spanning system for ultra-low power and large current storage battery, which is characterized by: the system consists of a spanning system body (1), a positive connection column (2), and a negative connection column (3), and is connected to the positive and negative poles of the storage battery Bat 2 one to one, and the spanning system body is the power of the whole system. The core of the system is that the main body (1) of the system is composed of protection circuit (18), charging circuit (13), boost circuit (12), primary energy storage (11), secondary energy storage (19), open circuit judgment circuit (14), control circuit (15), MOS element M1 (16), diode D1 (17) and alarm indication (20). Composition. By deeply studying the working characteristics of semiconductor materials and components, creatively designing and applying the unconventional working area of components, the invention establishes a new type of low-power, maintenance-free and high-current automatic open-circuit spanning system for storage battery, which solves the problem that the existing storage battery is not easy to manage.

【技术实现步骤摘要】
一种超低功耗大电流蓄电池快速自动跨接系统及实现方法
本专利技术涉及解决蓄电池开路问题的领域，也延伸到一种电子元器件应用领域，尤其是指一种超低功耗大电流蓄电池快速自动跨接系统及其实现方法，其主要在电力、交通、通信等蓄电池应用的行业中。
技术介绍
目前，蓄电池作为储能元件在电力、通信、金融行业的电源系统有广泛应用，并作为电源系统的最后一道后备能源供给系统，也直接决定了应用系统的可靠性和稳定性，所以，蓄电池的重要性已经不言而喻，是整个电源系统在事故应急应急时的核心，其稳定、可靠、安全运行对于保障信息安全、数据安全、交易安全以及人民日常生产生活都起到及其重要的作用。所以，如何更准确、更快速、在线的对蓄电池进行监测预警，以及使用蓄电池时确保蓄电池时刻可用不掉链子就显得尤为关键。目前，蓄电池大部分采用铅酸免维护阀控蓄电池，随着市场竞争的加剧，市场价格的下降以及原材料成本的提高，逼迫生产厂家不得不以蓄电池的质量换取利润，从而导致蓄电池寿命从根本上存在缺陷、不可靠，而且现实中因蓄电池质量问题造成的事故和损失已经越来越多，所以如何解决蓄电池的短板问题是解决整个电源系统可靠性的一个新问题。为了更好确保蓄电池的性能和寿命，现行的方法是在采用人工巡检、加装在线监测装置以及安装蓄电池跨接模块等方式来解决蓄电池的安全隐患，但是依然存在一系列问题：1、人工巡检方式采用的盲目的、周期的、没有针对性的对蓄电池进行巡视检查，仅局限在对蓄电池表象如是否漏夜、鼓包等方面的查看，无法对蓄电池的实际性能情况做深入的检查和评估，依然存在蓄电池在使用时直接开路造成整个电源系统失电的隐患；2、加装在线监测方式是对蓄电池运行状况进行实时的、在线的监测和预警的好的方式之一，大大解决了人工巡检耗费人财物力并不深入的问题，但是，依然存在监测预警不准确、误报警以及整组蓄电池在使用时会因单节电池直接接开路造成整个电源系统失电的隐患；3、安装蓄电池跨接模块方式是防止蓄电池开路的最好的办法，可以解决整组蓄电池中任一节蓄电池开路造成整组失电的问题。但是，目前的产品及技术实现方式采用的是二极管作为核心元件实现，即其正向导通反向截止的工作原理，存在一些问题，二极管导通压降在0.7V，在大电流100A时工作时二极管压降功耗达到70瓦，所以，该方式的使用要么不能承载大的跨接电流，要么就必须采取强制风冷方式解决散热问题，并且模块体积大，不易安装和更换，成本也高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超低功耗大电流蓄电池快速自动跨接系统及其实现方法，通过深入研究半导体材料及元器件工作特性，创造性设计并应用元器件的非常规工作区，建立了一种新型的低功耗、免维护、大电流的蓄电池开路自动跨接系统，解决现有对蓄电池不易管理的问题，更重要的是采取了新的技术方案解决了常规二极管工作方式的蓄电池开路跨接不能解决的功耗问题，建立了一种新型的MOS管导通反向应用的新方法，从而使得蓄电池开路跨接的实现可以低功耗、大电流、长期工作、免维护，根本解决蓄电池开路问题，确保电源及储能系统的可靠性，使得跨接工作电流在100A时跨接系统本体的功耗由原来的70W降低到5W，降低了13倍，即使环境温度达到极限175℃时，其跨接系统本体的功耗由原来的70W降低到10W，可以以更低功耗、更小体积的批量化应用到电源系统中，保证了电源系统及蓄电池组工作的可靠性。实现本专利技术的目的所采取的技术方案是：一种超低功耗大电流蓄电池快速自动跨接系统，该系统由跨接系统本体、正接线柱、负接线柱组成，并一对一对应连接在蓄电池正极和负极后即可使用；所述的跨接系统本体是整个系统功能实现的核心，其由保护回路、充电回路、升压回路、一级储能、二级储能、开路判断回路、控制回路、MOS元件器M1、二极管D1和告警指示构成。一种超低功耗大电流蓄电池快速自动跨接系统的实现方法是：MOS元件器M1和二极管D1直接并接在正接线柱和负接线柱之间，跨接系统本体中的开路判断回路实时监测蓄电池Bat2是否开路，当检测到蓄电池Bat2正常时其两端电压为正常+2V，开路判断回路与升压回路、一级储能、二级储能共同作用于控制回路使之一直输出0V低电平并作用到MOS元器件M1的G极，从而使MOS元器件M1可靠截止不导通不进行跨接，此时二极管D1也反向截止不工作，跨接系统本体不工作，所有电流流过蓄电池Bat2；当检测到蓄电池Bat2开路时其两端电压反转为负，开路判断回路判断后与升压回路、一级储能、二级储能共同作用于控制回路使之一直输出+16V高电平并作用到MOS元器件M1的G极，从而使MOS元器件M1可靠动作而导通以启动跨接，在MOS元器件M1的Vgs在16V时其导通压降Vds为0.05V，而二极管D1的导通压降为0.7V，此时所有电流流过MOS元器件M1并且电流由MOS元器件的S极流向D极，而不流经二极管D1，从而建立了一个比二极管D1更低导通压降的跨接电流回路；一级储能和二级储能是在电池开路后充电回路不再工作时为了更长时间的对外放电以维持控制回路输出+16V高电平并作用到MOS元器件M1的G极，以实现低导通压降0.05V的低功耗跨接电流回路，当一级储能和二级储能放完电不再工作时MOS元器件M1因G极电压变低电平而导致截止不工作，此时二极管D1正向导通以形成新的高导通压降0.7V的高功耗跨接电流回路，以继续保持跨接系统本体的跨接功能，如此形成了跨接电流100A时跨接系统本体在环境温度25℃时其跨接功耗仅5W，环境温度在极限175℃时其跨接系统本体的跨接功耗仅为10W的低功耗、大电流蓄电池快速自动跨接系统，比传统二极管方式的跨接功耗降低7-13倍。所述的充电回路由电阻R1和串联二极管D2构成，在蓄电池未开路时为一级储能、二级储能进行充电，在蓄电池开路时，充电回路停止工作；所述的升压回路由电阻R2与并接的二极管D5、电容C3连接到升压芯片GS1662，以及电感L1、二极管D3、二极管D4、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C4、电容C6串并联构成升压回路，其实现将蓄电池的2V电压升高到16V并连接到控制回路中的MOS管M2的D极。所述的一级储能由电容C1构成，其为大容量的超级电容，在电池开路造成充电回路失效时对外放电经升压回路升压到16V，以维持MOS管M2的D极、MOS元器件M1的G极的高电平，C1选型为5.5V/1F规格，可以保证跨接系统本体在低功耗跨接回路工作10个小时以上。所述的二级储能由电容C2构成，其由小容量的钽电容实现，C2选型为5.5V/4.7uF，可以保证跨接系统本体在低功耗跨接回路工作200ms以上，是对一级储能的补充；所述的开路判断回路由电阻R6、NPN型三极管N1构成，三极管N1的上端N极与控制回路的MOS管M2的G极连接，三极管基极经电阻R6连接连接到电池正极Bat+，当蓄电池未开路时，NPN型三极管N1导通，上端N极被拉到低电平0V，当蓄电池开路时，NPN型三极管N1截止，上端N极因与控制回路中的电阻R7与升压回路的输出连接，被拉为高电平16V；所述的控制回路由MOS管M2、电阻R7、电阻R8、电容C5构成，电阻R7分别与升压回路的输出端、开路判断回路中的NPN型三极管N1的上端N极以及MOS管M2的D极和G极相连，电阻R8和电容C5并联与MOS管M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超低功耗大电流蓄电池快速自动跨接系统，其特征在于：该系统由跨接系统本体（1）、正接线柱（2）、负接线柱（3）组成，并一对一对应连接在蓄电池Bat2的正极和负极上，所述的跨接系统本体是整个系统功能实现的核心，其特征在于，跨接系统本体（1）由保护回路（18）、充电回路（13）、升压回路（12）、一级储能（11）、二级储能（19）、开路判断回路（14）、控制回路（15）、MOS元件器M1（16）、二极管D1（17）和告警指示（20）构成。

【技术特征摘要】
1.一种超低功耗大电流蓄电池快速自动跨接系统，其特征在于：该系统由跨接系统本体（1）、正接线柱（2）、负接线柱（3）组成，并一对一对应连接在蓄电池Bat2的正极和负极上，所述的跨接系统本体是整个系统功能实现的核心，其特征在于，跨接系统本体（1）由保护回路（18）、充电回路（13）、升压回路（12）、一级储能（11）、二级储能（19）、开路判断回路（14）、控制回路（15）、MOS元件器M1（16）、二极管D1（17）和告警指示（20）构成。2.一种超低功耗大电流蓄电池快速自动跨接系统的实现方法，其特征在于：MOS元件器M1（16）和二极管D1（17）直接并接在正接线柱（2）和负接线柱（3）之间，跨接系统本体（1）中的开路判断回路（14）实时监测蓄电池Bat2是否开路，当检测到蓄电池Bat2正常时其两端电压为正常+2V，开路判断回路（14）与升压回路（12）、一级储能（11）、二级储能（19）共同作用于控制回路（15）使之一直输出0V低电平并作用到MOS元器件M1（16）的G极，从而使MOS元器件M1（16）可靠截止不导通不进行跨接，此时二极管D1（17）也反向截止不工作，跨接系统本体（1）不工作，所有电流流过蓄电池Bat2；当检测到蓄电池Bat2开路时其两端电压反转为负，开路判断回路（15）判断后与升压回路（12）、一级储能（11）、二级储能（19）共同作用于控制回路（15）使之一直输出+16V高电平并作用到MOS元器件M1（16）的G极，从而使MOS元器件M1（16）可靠动作而导通以启动跨接，在MOS元器件M1（16）的Vgs在16V时其导通压降Vds为0.05V，而二极管D1的导通压降为0.7V，此时所有电流流过MOS元器件M1（16）并且电流由MOS元器件（16）的S极流向D极，而不流经二极管D1（17），从而建立了一个比二极管D1（17）更低导通压降的跨接电流回路，此时MOS元器件M1（16）工作状态点因环境温度不同可工作在25℃低功耗跨接工作状态点（21）和极限到175℃低功耗跨接工作状态点（22），一级储能（11）和二级储能（19）是在电池开路后充电回路（13）不再工作时为了更长时间的对外放电以维持控制回路（15）输出+16V高电平并作用到MOS元器件M1（16）的G极，以实现低导通压降0.05V的低功耗跨接电流回路，当一级储能（11）和二级储能（19）放完电不再工作时MOS元器件M1（16）因G极电压变低电平而导致截止不工作，此时二极管D1（17）正向导通以形成新的高导通压降0.7V的高功耗跨接电流回路，以继续保持跨接系统本体（1）的跨接功能，如此形成了跨接电流100A时跨接系统本体（1）在环境温度25℃时其跨接功耗仅5W，环境温度在极限175℃时其跨接系统本体（1）的跨接功耗仅为10W的低功耗、大电流蓄电池快速自动跨接系统，比传统二极管方式的跨接功耗降低7到13倍。3.按照权利要求2所述的超低功耗大电流蓄电池快速自动跨接系统的实现方法，其特征在于：所述的充电回路（13）由电阻R1和串联二极管D2构成，在蓄电池未开路时为一级储能（11）、二级储能（19）进行充电，在蓄电池开路时，充电回路（13）停止工作。4.按照权利要求2所述的超低功耗大电流蓄电池快速自动跨接系统的实现方法，其特征在于：所述的升压回路（12）由电阻R2与并接的二极管D5、电容C3连接到升压芯片GS1662，以及电感L1、二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓亚军，
申请(专利权)人：邓亚军，
类型：发明
国别省市：山东,37