一种超低温启动电源装置论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种超低温启动电源装置，包括壳体，设置在壳体内的控制电路，与控制电路连接的充电电路、超低温启动电池、充放电电池、放电电路以及加热装置；充电电路，用于接入外部电源对超低温启动电池进行快速充电和\/或对充放电电池进行充电；放电电路，用于通过充放电电池对外部终端进行放电；加热装置与超低温启动电池连接，设置在充放电电池外侧，超低温启动电池用于给加热装置供电进而对充放电电池进行加热。本实用新型超低温启动电源装置能够通过超低温启动电池给加热装置进行加热，进而使得充放电电池升温进而可以给外部终端进行充电，大大拓宽了该电源装置适应更低的温度范围，尤其是超低温环境。

主设计要求

1.一种超低温启动电源装置，其特征在于，包括壳体(100)，设置在所述壳体(100)内的控制电路(10)、与所述控制电路(10)均连接的充电电路(20)、超低温启动电池(40)、充放电电池(50)、放电电路(80)以及加热装置(70)；所述充电电路(20)与所述超低温启动电池(40)及充放电电池(50)均连接，用于接入外部电源对所述超低温启动电池(40)进行快速充电和\/或对所述充放电电池(50)进行充电；所述放电电路(80)与所述充放电电池(50)连接，用于通过所述充放电电池(50)对外部终端进行放电；所述加热装置(70)与所述超低温启动电池(40)连接，设置在所述充放电电池(50)外侧，所述超低温启动电池(40)用于给所述加热装置(70)供电对所述充放电电池(50)进行加热进而启动所述充放电电池(50)对所述外部终端进行放电。

设计方案

1.一种超低温启动电源装置，其特征在于，包括壳体(100)，设置在所述壳体(100)内的控制电路(10)、与所述控制电路(10)均连接的充电电路(20)、超低温启动电池(40)、充放电电池(50)、放电电路(80)以及加热装置(70)；

所述充电电路(20)与所述超低温启动电池(40)及充放电电池(50)均连接，用于接入外部电源对所述超低温启动电池(40)进行快速充电和\/或对所述充放电电池(50)进行充电；所述放电电路(80)与所述充放电电池(50)连接，用于通过所述充放电电池(50)对外部终端进行放电；

所述加热装置(70)与所述超低温启动电池(40)连接，设置在所述充放电电池(50)外侧，所述超低温启动电池(40)用于给所述加热装置(70)供电对所述充放电电池(50)进行加热进而启动所述充放电电池(50)对所述外部终端进行放电。

2.根据权利要求1所述的超低温启动电源装置，其特征在于，还包括与所述控制电路(10)连接的温度传感器(71)及开关按键(91)，所述温度传感器(71)设置在所述充放电电池(50)外侧，用于检测所述充放电电池(50)的工作环境温度；

所述开关按键(91)开启后，所述控制电路(10)启动所述温度传感器(71)检测所述充放电电池(50)的工作环境温度，当所述工作环境温度低于第一温度阈值时，控制所述超低温启动电池(40)开始给所述加热装置(70)供电进而对所述充放电电池(50)进行加热；当所述工作环境温度高于第二温度阈值时，控制所述超低温启动电池(40)停止给所述加热装置(70)供电进而对所述充放电电池(50)停止加热，并控制启动所述充放电电池(50)给所述外部终端进行放电。

3.根据权利要求2所述的超低温启动电源装置，其特征在于，还包括设置在所述壳体(100)内的电池壳体(101)，所述电池壳体(101)内设置有隔热层，用于对所述电池壳体(101)进行保温；

所述充放电电池(50)、加热装置(70)以及温度传感器(71)均设置在所述电池壳体(101)内。

4.根据权利要求3所述的超低温启动电源装置，其特征在于，所述加热装置(70)为散热片或电阻丝。

5.根据权利要求1所述的超低温启动电源装置，其特征在于，所述充电电路(20)包括依次连接的充电接口(21)和充电保护电路(22)，所述充电接口(21)与所述外部电源连接，所述充电保护电路(22)与所述超低温启动电池(40)及充放电电池(50)均连接；

所述放电电路(80)包括依次连接的放电保护电路(81)和放电接口(82)，所述放电保护电路(81)与所述充放电电池(50)连接，所述放电接口(82)与所述外部终端连接；

所述充电接口(21)及放电接口(82)均设置在所述壳体(100)外侧。

6.根据权利要求5所述的超低温启动电源装置，其特征在于，还包括与所述控制电路(10)连接的检测电路(60)；

所述检测电路(60)与所述超低温启动电池(40)及充放电电池(50)均连接，用于实时检测所述超低温启动电池(40)及充放电电池(50)的电量；

所述超低温启动电池(40)与所述充放电电池(50)连接；

当所述检测电路(60)检测到所述超低温启动电池(40)的电量低于第一电量阈值时，所述控制电路(10)控制所述充放电电池(50)给所述超低温启动电池(40)进行充电。

7.根据权利要求6所述的超低温启动电源装置，其特征在于，还包括与所述控制电路(10)连接的第一切换开关(30)，所述第一切换开关(30)的输入端与所述充电保护电路(22)连接、输出端与所述超低温启动电池(40)及充放电电池(50)连接；

当所述检测电路(60)检测到所述超低温启动电池(40)的电量低于第二电量阈值时，所述控制电路(10)控制所述第一切换开关(30)与所述超低温启动电池(40)连接，控制所述充电电路(20)与所述超低温启动电池(40)连接给其充电；

当所述检测电路(60)检测到所述超低温启动电池(40)的电量高于第三电量阈值时，所述控制电路(10)控制切换所述第一切换开关(30)与所述充放电电池(50)连接，控制所述充电电路(20)与所述充放电电池(50)连接给其充电。

8.根据权利要求5所述的超低温启动电源装置，其特征在于，所述充电接口(21)为MiniUSB接口、Micro USB接口、USB Type-C接口或Lighting接口，所述放电接口(82)包括至少一个USB接口。

9.根据权利要求1所述的超低温启动电源装置，其特征在于，还包括与所述控制电路(10)连接的至少一个LED灯(90)、显示屏(92)以及LED手电筒(93)，所述LED灯(90)显示屏(92)及LED手电筒(93)均设置在所述壳体(100)外侧。

10.根据权利要求1-9任一项所述的超低温启动电源装置，其特征在于，所述超低温启动电池(40)为钛酸锂电池或固态锂电池；所述充放电电池(50)为锰酸锂电池、钴酸锂电池、镍酸锂电池、磷酸铁锂电池、聚合物锂电池或三元锂电池。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种超低温启动电源装置。

背景技术

随着电池技术的发展，锂离子电池由于其高比能，高电压以及低污染的特性逐渐成为现在的主流产品。锂离子电池的负极材料主要有碳基材料、氮化物、硅基材料、锡基材料、各种新型合金等，其中已经实际应用的主要是碳基材料，其他材料多处于实验室研究阶段。

钛酸锂电池(Li4Ti5O12，LTO)是一种用作锂离子电池负极材料-钛酸锂，可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成2.4V或1.9V的锂离子二次电池。此外，它还可以用作正极，与金属锂或锂合金负极组成1.5V的锂二次电池。钛酸锂电池优势：①安全性高，在极端情况下(针刺、挤压、跌落、火烧等)电池不起火不爆炸；②高低温特性好，在低温充放电性能优异，意味着它的使用温度范围更宽-45～+60℃；③循环寿命超长，循环寿命50000次以上；④充放电快，最高可达60C倍率充放电。

传统的电源装置一般采用锂离子电池来做能源储存，其充放电倍率都是在3C范围内，同时，锂离子电池一般工作温度范围为-10～+55℃，当其工作环境温度更低时，电池就开始缩减，甚至暂停放电等。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种超低温启动电源装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种超低温启动电源装置，包括壳体，设置在壳体内的控制电路、与控制电路均连接的充电电路、超低温启动电池、充放电电池、放电电路以及加热装置；所述充电电路与超低温启动电池及充放电电池均连接，用于接入外部电源对超低温启动电池进行快速充电和\/或对充放电电池进行充电；所述放电电路与充放电电池连接，用于通过充放电电池对外部终端进行放电；所述加热装置与超低温启动电池连接，设置在充放电电池外侧，超低温启动电池用于给加热装置供电进而对充放电电池进行加热进而启动充放电电池对外部终端进行放电。

优选的，还包括与控制电路连接的温度传感器及开关按键，温度传感器设置在充放电电池外侧，用于检测充放电电池的工作环境温度；

所述开关按键开启后，控制电路启动温度传感器检测充放电电池的工作环境温度，当工作环境温度低于第一温度阈值时，控制超低温启动电池开始给加热装置供电进而对充放电电池进行加热；当工作环境温度高于第二温度阈值时，控制超低温启动电池停止给加热装置供电进而对充放电电池停止加热，并控制启动充放电电池给外部终端进行放电。

优选的，还包括设置在壳体内的电池壳体，电池壳体内设置有隔热层，用于对电池壳体进行保温；所述充放电电池、加热装置以及温度传感器均设置在电池壳体内。所述加热装置为散热片或电阻丝。

优选的，充电电路包括依次连接的充电接口和充电保护电路，充电接口与外部电源连接，充电保护电路与超低温启动电池及充放电电池均连接；

放电电路包括依次连接的放电保护电路和放电接口，放电保护电路与充放电电池连接，放电接口与外部终端连接；充电接口及放电接口均设置在壳体外侧。

优选的，还包括与控制电路连接的检测电路；检测电路与超低温启动电池及充放电电池均连接，用于实时检测超低温启动电池及充放电电池的电量；超低温启动电池与充放电电池连接；

当检测电路检测到超低温启动电池的电量低于第一电量阈值时，控制电路控制充放电电池给超低温启动电池进行充电。

优选的，还包括与控制电路连接的第一切换开关，第一切换开关的输入端与充电保护电路连接、输出端与超低温启动电池及充放电电池连接；当检测电路检测到超低温启动电池的电量低于第二电量阈值时，控制电路控制第一切换开关与超低温启动电池连接，控制充电电路与超低温启动电池连接给其充电；

当检测电路检测到超低温启动电池的电量高于第三电量阈值时，控制电路控制切换第一切换开关与充放电电池连接，控制充电电路与充放电电池连接给其充电。

优选的，充电接口为Mini USB接口、Micro USB接口、USB Type-C接口或Lighting接口，放电接口包括至少一个USB接口。

优选的，还包括与控制电路连接的至少一个LED灯、开关按键、显示屏以及LED手电筒，LED灯、开关按键、显示屏及LED手电筒均设置在壳体外侧。

优选的，超低温启动电池为钛酸锂电池或固态锂电池；充放电电池为锰酸锂电池、钴酸锂电池、镍酸锂电池、磷酸铁锂电池、聚合物锂电池或三元锂电池。

实施本实用新型超低温启动电源装置的技术方案，具有以下优点或有益效果：本实用新型超低温启动电源装置能够通过超低温启动电池给加热装置进行加热，进而使得充放电电池升温进而可以给外部终端进行充电，大大拓宽了该电源装置适应更低的温度范围，尤其是超低温环境。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：

图1是本实用新型超低温启动电源装置实施例的电路第一示意图；

图2是本实用新型超低温启动电源装置实施例的电路第二示意图；

图3是本实用新型超低温启动电源装置实施例的电路第三示意图；

图4是本实用新型超低温启动电源装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了实施例的一部分，其中描述了实现本实用新型可能采用的各种实施例。应明白，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本实用新型的范围和实质。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

如图1-4示出了本实用新型超低温启动电源装置实施例提供的示意图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。本实用新型超低温启动电源装置，包括壳体100，设置在壳体100内的控制电路10，与控制电路10连接的充电电路20、超低温启动电池40、充放电电池50、放电电路80 以及加热装置70；其中，所述充电电路20与超低温启动电池40及充放电电池50均连接，用于接入外部电源对超低温启动电池40进行快速充电和\/或对充放电电池50进行充电；所述放电电路80与充放电电池50连接，用于通过充放电电池50对外部终端进行放电；所述加热装置70与超低温启动电池40 连接，设置在充放电电池50外侧，超低温启动电池40用于给加热装置70供电进而对充放电电池50进行加热进而启动充放电电池50对外部终端进行放电。具体的，控制电路10包括控制芯片及其外围电路，优选的，控制芯片可以为STM32F1系列芯片，也可以是MPS的MP2637、致尚微的ZS6300、英集芯的IP5209S等等不同公司不同系列的芯片，在此不做具体限制。

具体的，充放电倍率是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数据值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C表示。超低温启动电池40的充放电倍率为5C以上，充放电电池50的充放电倍率为 3C以下。优选的，超低温启动电池40的容量为500-4000mAh，充放电电池 50的容量为5000mAh以上。电池荷电状态(State ofCharge，SOC)，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余可放电电量与其完全充电状态的电量的比值，常用百分数表示。其一般用一个字节也就是两位的十六进制表示(取值范围为0～100)，含义是剩余电量为0％～100％，当 SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝100％时表示电池完全充满。

在本实施例中，超低温启动电池40为钛酸锂电池或固态锂电池，也可以是其他具有超低温放电的电池。钛酸锂电池，是一种锂离子二次电池，负极材料选用钛酸锂，正极材料选用三元、磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂和镍酸锂等，组成电压2.4V或1.9V的锂离子二次电池。由于超低温启动电池40的高低温特性好，在低温充放电性能优异，使用温度范围更宽-45～+60℃，可以在更低的环境温度下工作。充放电电池50为锰酸锂电池、钴酸锂电池、镍酸锂电池、磷酸铁锂电池、聚合物锂电池或三元锂电池等等，固态锂电池，是一种锂离子二次电池。正极材料选用三元、磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂和镍酸锂等，负极材料选用石墨或钛酸锂，电解质选用固体电解质，组成的锂离子二次电池。在此不做具体限制。

在本实施例中，还包括与控制电路10连接的温度传感器71，温度传感器 71设置在充放电电池50外侧，用于检测充放电电池50的工作环境温度；具体的，当温度传感器71检测到充放电电池50的工作环境温度低于第一温度阈值(如可以为-10℃、0℃等，也可以是其他温度，如充放电电池50不能启动的温度等)时，控制电路10控制超低温启动电池40开始给加热装置70供电进而对充放电电池50开始加热；当温度传感器71检测到充放电电池50的工作环境温度高于第二温度阈值(如可以为0℃、+10℃等，也可以是其他温度，如充放电电池50可以启动的温度等)时，控制电路10控制超低温启动电池40停止给加热装置70供电进而对充放电电池50停止加热，进而充放电电池50持续给外部终端放电。

在本实施例中，还包括与控制电路10连接的开关按键91；具体的，当开关按键91开启后，所述控制电路10启动温度传感器71检测充放电电池50 的工作环境温度，当工作环境温度低于第一温度阈值时，控制超低温启动电池40开始给加热装置70供电进而对充放电电池50进行加热；当工作环境温度高于第二温度阈值(如可以为0℃、+10℃等，也可以是其他温度，如充放电电池50可以启动的温度等)时，控制超低温启动电池40停止给加热装置 70供电进而对充放电电池50停止加热，并控制启动充放电电池50给外部终端进行放电。

在本实施例中，还包括设置在壳体100内的电池壳体(图未示出)，电池壳体内设置有隔热层(图未示出)，用于对电池壳体进行保温；具体的，充放电电池50、加热装置70以及温度传感器71均设置在电池壳体内。优选的，所述加热装置70为散热片或电阻丝，也可以是其他可以给充放电电池50进行加热的加热装置，在此不做具体限制。

如图2-3所示，在本实施例中，所述充电电路20包括依次连接的充电接口21和充电保护电路22，充电接口21与外部电源连接，充电保护电路22与超低温启动电池40及充放电电池50均连接；其中，充电保护电路22用于进行温度保护、输入过压保护、输入过流保护、短路保护以及电池过充保护，可以采用现有的保护电路或自行设计的电路，在此不做具体限制。所述放电电路80包括依次连接的放电保护电路81和放电接口82，放电保护电路81与超低温启动电池40及充放电电池50均连接，放电接口82与外部终端连接；其中，放电保护电路81用于输出过压保护、输出过流保护以及电池过放保护等，可以采用现有的保护电路或自行设计的电路，在此不做具体限制。所述充电接口21及放电接口82均设置在壳体100外侧。更为具体的，所述充电接口21为Mini USB接口、Micro USB接口、USB Type-C接口或Lighting接口，所述放电接口82包括至少一个USB接口。充电接口21还可以为其他能充电的接口，如圆形接头等等，放电接口82也可以为其他放电的接口，具体在此不做限制。

如图2-3所示，超低温启动电源装置还包括与控制电路10连接的检测电路60，检测电路60与超低温启动电池40及充放电电池50均连接，用于实时检测超低温启动电池40及充放电电池50的电量；超低温启动电池40与充放电电池50连接；当检测电路60检测到超低温启动电池40的电量低于第一电量阈值时，且没有外部电源连接时，控制电路10控制充放电电池50给超低温启动电池40进行充电。

如图2-3所示，超低温启动电源装置还包括与控制电路10连接的第一切换开关30，第一切换开关30的输入端与充电保护电路22连接、输出端与超低温启动电池40及充放电电池50连接；优选的，所述第一切换开关30为单刀双掷开关，或者具有等同功能的电子开关等等。

具体的，在充电电路20连接有外部电源时，当检测电路60检测到超低温启动电池40的电量低于第二电量阈值时，控制电路10控制第一切换开关 30与超低温启动电池40连接，控制充电电路20与超低温启动电池40连接给其充电；当检测电路60检测到超低温启动电池40的电量高于第三电量阈值时(即超低温启动电池充满)，控制电路10控制切换第一切换开关30与充放电电池50连接，控制充电电路20与充放电电池50连接给其充电。即外部电源优先默认给超低温启动电池40充电，当超低温启动电池40充满后，切换对充放电电池50充电。具体的，第一电量阈值、第二电量阈值和第三电量阈值均为SOC，第一电量阈值、第二电量阈值具体可以为0-15％，第三电量阈值具体可以为85％-100％。

如图4所示，在本实施例中，超低温启动电源装置还包括与控制电路10 连接的至少一个LED灯90、开关按键91、显示屏92以及LED手电筒93，所述LED灯90、开关按键91以及LED手电筒93均设置在壳体100外侧。

本实施例超低温启动电源装置可以为快速充放电移动电源。外部终端可以为智能手机、平板电脑、3C电子产品等等，还可以为汽车启动电源等等，在此不做具体限制。

本实用新型超低温启动电源装置能够通过超低温启动电池给加热装置进行加热，进而使得充放电电池升温进而可以给外部终端进行充电，大大拓宽了该电源装置适应更低的温度范围，尤其是超低温环境。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型的保护范围。

设计图

一种超低温启动电源装置论文和设计

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主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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