电源系统技术方案

电源系统包括：逻辑继电系统包含逻辑继电器和信号采集处理模块，逻辑继电器的公共端子与外部电路连接，外部电路具有外部电源和外部负载，外部电源与外部负载共用与电源系统连接的端口；整流系统，与逻辑继电器的常开端子连接；电池充电系统，与整流系统连接；电池组，由若干个电池电连接组成，电池组与电池充电系统的输出端连接；电池放电系统，与电池组连接，电池放电系统的输出端与逻辑继电器的常闭端子连接，为外部用电器提供电能；超级电容组，由若干个超级电容电连接组成，超级电容组分别与逻辑继电器的公共端子和外部电路连接；当外部电路有电流流入逻辑继电系统时，逻辑继电器将外部电路切换至常开端子与整流系统导通。

【技术实现步骤摘要】
电源系统
本专利技术涉及电气
，特别适用于车载电池,具体涉及一种包含常规电池和超级电容的电源系统。
技术介绍
在当前的电气
，应用最为广泛的是铅酸电池和锂离子电池。铅酸电池虽对充放电条件不敏感，且具有大电流输出特性，但能量密度低、使用寿命短，一般1至3年必须更换。更为严重的是，铅酸电池含有极高含量的重金属铅，可造成严重生态灾难。而锂离子电池有能量密度高和无记忆效应等优点，但锂离子电池对充放电条件非常敏感，不适合于非稳态充放电条件。特别是在大电流充放电时，发热量较大，且极易在电芯内部造成不可逆的锂偏析，对电池性能造成不可逆负面影响的同时也缩短了电池使用寿命。严重时，偏析的锂枝晶会刺破电池内部的隔膜，造成电池内部短路引起燃烧和爆炸。另外，大容量纯电容系统具有一定的带电量后虽具备大电流放电的性能，但其能量密度低，不具备持续稳定电能输出性能，也就是不可作为电池使用。在现有技术中，还有将电池和超级电容结合起来的方案，如专利CN2017206482.94.8将电池和超级电容直接并联，使电池作为超级电容的充电装置，但未解决电池和超级电容工作时的兼容问题。如在超级电容组大电流放电时，电池的分流作用，使得电池与超级电容组成的电池系统内部出现自充电，明显降低电池系统大电流输出的效果。同时，分流至电池的大电流作为电池的充电电流，会显著降低电池使用寿命，甚至引起燃烧爆炸。又如专利CN201620200837.5中，电池与大功率二极管串联后再与超级电容并联。但作为汽车电源电池无法充电补能，且二极管的单向导通性避免了电池自充电的问题，但是大功率二极管的分压作用会降低有效输出电压，不仅降低超级电容的输出性能，产生的热量对电源系统也是重要危险源。再者,在外部负载和外部电源使用相同线路(如内燃机的启动机/发电机)，即放电和充电共用相同的接口时，电源系统的充放电系统集成至同路难以稳定地兼顾两种情形，且集成难度较大，成本较高。因此，亟待提供一种技术方案，兼容电池和超级电容的充放电特性，使得电源既能持续输出稳定电流，又能进行大电流输出，并且兼顾电源的充放电功能，使电源充放电均在安全稳定的条件下进行，延长电源的使用寿命。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种基于常规电池和超级电容的复合电源系统，电源系统既能持续输出稳定电流，又能进行脉冲大电流输出。电池系统的充放电在非常安全的范围内进行，可极大延长电池使用寿命。本专利技术提供的电源系统，具体包括逻辑继电系统，包含逻辑继电器，信号采集处理模块等，逻辑继电器的公共端子与外部电路连接，外部电路具有外部电源和外部负载，外部电源与外部负载共用与电源系统连接的端口；整流系统，与逻辑继电器的常开端子连接；电池充电系统，与整流系统连接，电流经整流系统流入电池充电系统；电池组，由若干个电池电连接组成，电池组与电池充电系统的输出端连接；电池放电系统，与电池组连接，电流由电池组流入电池放电系统，电池放电系统的输出端与逻辑继电器的常闭端子连接；超级电容组，由若干个超级电容电连接组成，超级电容组分别与逻辑继电器的公共端子和外部电路连接；当外部电路有电流流入逻辑继电系统时，逻辑继电器将外部电路切换至与整流系统导通。通过以上电气连接结构，本专利技术提供的电源系统通过同一个端口分别与外部电源和外部负载连接，既是输入端口又是输出端口，能够适配于输入输出同端口的电源/负载。电源系统外接端口统一的同时，将内部电池组的充放电系统分开，通过逻辑继电系统选择性的导通内部电路。当逻辑继电电路中有电流流入(即外部电源可为电源系统充电)时，逻辑继电器将外部电路与整流系统导通，进而实现电池组充电；否则逻辑继电器将外部电路与电池放电系统导通，电池组为外部电路和超级电容组供电。整流系统先将外部电源输入的交流/直流电转化为所需的直流电，再通过电池充电系统对电池组进行直流充电，可使电池组在稳定的充电条件下进行充电。电池组通过电池放电系统对超级电容组进行充电，使得超级电容组随时处于对外工作的系统最佳状态，能够随时进行大电流输出，并且因为电池放电系统只能进行单向充放电，超级电容组在进行大电流输出时不会对电池组进行系统自充电。电池放电系统的输出端和超级电容组均与外部负载连接，使得电源系统既能持续输出稳定电流，又能进行脉冲大电流输出。在本专利技术提供的技术方案中，电源系统的电池组由m*n(m≥1，n≥1)个电池串并联组成。与单个大容量电池相比，多个电池串并联构成的电池组可根据需要组合至所需的系统电压和电容量、且充放电时产生的热量更少更分散，有着更稳定的充放电状态，电池组的使用寿命也更长。在本专利技术提供的技术方案中，电源系统的超级电容组由p*q(p≥1，q≥1)个超级电容串并联组成。多个超级电容串并联构成的超级电容组能够在保证超级电容充放电的电压和电量的同时，提高超级电容充放电的速度，降低超级电容充放电时产生的热量。超级电容能够在短时间内进行大电流的充放电，且大电流的充放电不会对超级电容本身的性能和寿命产生影响。优选地，在本专利技术提供的技术方案中，电源系统还具备电池均衡保护系统。电池均衡保护系统与电池组并联，均衡电池组中的每个电池，使每个电池工作在相同的电压状态，防止因内阻较小电池单体过充或内阻较大电池单体欠充而导致电池系统的快速老化。优选地，在本专利技术提供的技术方案中，电源系统还具备电容均衡保护系统。电容均衡保护系统与超级电容组并联，均衡超级电容组中的每个电容，使每个电容工作在相同的电压状态，防止单个电容发生过电压或者过载而影响整个超级电容组进行稳定地充放电，延长电容组使用寿命。进一步地，在本专利技术提供较优的技术方案中，电容均衡保护系统包含电容防过充模块和电容防溃压模块。电容防过充模块能够在超级电容组充电时、为防止内阻较小的超级电容单体的电量过饱和，而停止对其进行充电，以防止持续充电使特定超级电容单体过压被击穿并引发连锁反应。电容防溃压模块能够在超级电容组放电达到极限值时，停止超级电容组对外放电，防止持续放电导致放电电压崩溃。在本专利技术提供较优的技术方案中，整流系统包含整流模块、限压模块和充电限流模块。其中，整流模块将外部电路输入的交流/直流电转化为所需的直流电，再由限压模块和充电限流模块共同作用，控制流入电池充电系统的充电电流的电压值和电流值，防止充电电流的电压值或电流值过大，对电池组产生过大的负荷，影响电池组中电池的使用寿命。在本专利技术提供较优的技术方案中，电池充电系统包含电池防过充模块，电池防过充模块能够在电池组的电量饱和后停止对电池组充电，防止持续充电使电池组中的电池内压升高，电池的性能也会显著降低和损坏，甚至发生电池变形、漏液等情况。在本专利技术提供较优的技术方案中，电池放电系统包含放电限流模块和电池防溃压模块。其中，放电限流模块能够限制电池放电电流的电流值，防止电池组放电电流的电流值过大，使电池内部出现不可逆负面影响；电池防溃压模块能够在电池组放电达到极限值时，停止电池组对外放电，防止持续放电导致放电电压崩溃，并且电池过放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电源系统，其特征在于，具备：/n逻辑继电系统，包含逻辑继电器和信号采集处理模块，所述逻辑继电器的公共端子与外部电路连接，/n所述外部电路具有外部电源和外部负载，所述外部电源与所述外部负载共用与所述电源系统连接的端口；/n整流系统，与所述逻辑继电器的常开端子连接；/n电池充电系统，与所述整流系统连接，电流经所述整流系统流入所述电池充电系统；/n电池组，由若干个电池电连接组成，所述电池组与所述电池充电系统的输出端连接；/n电池放电系统，与所述电池组连接，电流由所述电池组流入所述电池放电系统，所述电池放电系统的输出端与所述逻辑继电器的常闭端子连接；/n超级电容组，由若干个超级电容电连接组成，所述超级电容组分别与所述逻辑继电器的公共端子和外部电路连接；/n当外部电路有电流流入所述逻辑继电系统时，所述逻辑继电器将外部电路切换至与所述整流系统导通。/n

【技术特征摘要】
1.一种电源系统，其特征在于，具备：
逻辑继电系统，包含逻辑继电器和信号采集处理模块，所述逻辑继电器的公共端子与外部电路连接，
所述外部电路具有外部电源和外部负载，所述外部电源与所述外部负载共用与所述电源系统连接的端口；
整流系统，与所述逻辑继电器的常开端子连接；
电池充电系统，与所述整流系统连接，电流经所述整流系统流入所述电池充电系统；
电池组，由若干个电池电连接组成，所述电池组与所述电池充电系统的输出端连接；
电池放电系统，与所述电池组连接，电流由所述电池组流入所述电池放电系统，所述电池放电系统的输出端与所述逻辑继电器的常闭端子连接；
超级电容组，由若干个超级电容电连接组成，所述超级电容组分别与所述逻辑继电器的公共端子和外部电路连接；
当外部电路有电流流入所述逻辑继电系统时，所述逻辑继电器将外部电路切换至与所述整流系统导通。


2.如权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述电池组由一个或多个电池串并联组成。


3.如权利要求1所述的电源系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄国平，
申请(专利权)人：黄国平，
类型：发明
国别省市：北京;11