CN103256163B - 一种车辆起动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆起动控制装置，它在不改变车辆电池容量、起动机型号情况下，解决发动机低温环境下冷启动困难的问题。该装置包括车辆蓄电池、永磁起动机、DC/DC变流器、切换开关、控制器、环境温度传感器、门锁传感器和发动机转速传感器，DC/DC变流器包括提供250Hz的PWM控制信号的逆变器控制芯片、中间驱动电路、大功率开关管和控制变压器。永磁起动机通过切换开关连接车辆蓄电池，DC/DC变流器的输出端连接永磁起动机、输入端通过切换开关连接车辆蓄电池，切换开关实现车辆蓄电池直接对永磁起动机供电与车辆蓄电池通过DC/DC变流器对永磁起动机供电的切换。
Description
技术领域
本发明涉及车辆起动装置，尤其涉及一种用于汽车的起动机起动时的电源及其控制装置。
背景技术
在冬季尤其是在高寒地区的冬季，由于低温环境造成蓄电池内阻增加、发动机机油粘度加大等原因，致使发动机不能顺利启动，短短的几个月却让早出晚归的驾驶员有无尽的烦恼。若是驾驶员不慎持续发动引擎势必会进一步降低电池储能进而更难起动，严重时会烧毁起动机。若增大电池容量或改用大功率起动机以应付冬季严寒，严寒过后又会造成资源浪费，增加整车开发费用；此外在南方行驶的车辆不需要面对低温环境，这样同一款车辆配置不同又会造成车辆销售、使用的地域局限性。
公开日为2010年06月16日、公开号为CN 101734161A的专利文献公开了名称为一种车辆启动控制系统的技术方案，其包括供应电力的电源单元，与电源单元电性连接的主开关以及与主开关电性连接的启动开关，可经由主开关及启动开关开启的马达继电器及通电启动的马达，可被马达带动运转的引擎，受引擎带动而发电的发电机，以及对引擎进行点火控制的点火装置；其中还包括切换开关，该切换开关在主开关及启动开关开启导通后，暂时不向装设于车辆的车头灯、散热风扇等负载供电，以使电源单元有足够电力启动马达以发动引擎。该技术方案的不足之处在于，减掉的负载耗电量都较小，远不能弥补高寒环境下起动机启动时的电能需求。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的高寒地区由于低温环境造成蓄电池内阻增加、发动机机油粘度加大等原因致使发动机不能顺利启动等技术问题，提供一种车辆起动控制装置，它在不改变车辆电池容量、起动机型号情况下，解决发动机低温环境下冷启动困难的问题。
本发明针对现有技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的，一种车辆起动控制装置，包括车辆蓄电池、永磁起动机、DC/DC变流器和切换开关，永磁起动机通过切换开关连接车辆蓄电池，DC/DC变流器的输出端连接永磁起动机、输入端通过切换开关连接车辆蓄电池，切换开关实现车辆蓄电池直接对永磁起动机供电与车辆蓄电池通过DC/DC变流器对永磁起动机供电的切换。
该技术方案，将蓄电池的直流电转化为交流电，使用变压器来扩大蓄电池的供电电流，根据使用环境选择合适的变压器变比，使DC/DC变流器的输出电流是原蓄电池所能提供电流的一倍甚至更高。
永磁起动机起动力矩 ，其中K是与转子线圈结构有关的常数，Φ是线圈所处位置的磁通，I是车辆蓄电池所能提供的电流。对于一台已经给定的永磁起动机，转子线圈结构已经固定，起动机内部的永久磁铁所能提供的磁通也是固定的，起动力矩T是电流I的一次函数，电流I扩大到一倍，起动机的输出力矩也会扩大一倍。因此，通过增加输入电流I，能够有效克服发动机的起动阻力矩。比如起动机非低温环境下电流是300A时输出起动力矩12N·m，此时即可成功起动发动机，当低温环境下，成功起动发动机需要20 N·m的起动力矩，蓄电池提供至少500A的电流，受环境限制，蓄电池有可能提供不了如此大的电流，所以发动机无法顺利起动；使用DC/DC变流器后，只需要蓄电池提供250A的电流，起动机就可获得500A的电流，从而使发动机正常起动。
从起动力矩T的表达式可见，为提高起动机起动力矩也可以通过提高参数K、Φ来实现，增加线圈匝数可以增加K，增加磁铁面积可以使更多的磁通通过线圈进而增加Φ，这两种方案都会在一定程度上增加起动机的体积和重量，体积增加不利于整车布置，而且需要改变起动机的结构设计。提高蓄电池容量可以提高电流I，但是大体积的蓄电池更不利于布置，同时重量增加也会增大整车油耗。使用本技术方案的DC/DC变流器可以克服上述问题，而且可以根据需要选择加装或不加装变流器，不需要改变原车结构，配置灵活使用方便。
作为优选，DC/DC变流器包括逆变器控制芯片、中间驱动电路、大功率开关管、控制变压器和整流管，逆变器控制芯片通过中间驱动电路连接大功率开关管控制极，大功率开关管输出极连接控制变压器的初级线圈，控制变压器的次级线圈连接整流管，控制变压器是降压变压器。该DC/DC变流器由降压式逆变器、整流器等构成，用于输入端和输出端都是几百安培的大电流，因此，开关管需要大功率型而且需并联使用，所设置的中间驱动电路将PWM信号增强后驱动并联的开关管；同样整流管在单管电流不能满足设计需要时也可采用并联方式。
作为优选，DC/DC变流器的工作频率高于工频频率。提高DC/DC转换过程中的工作频率，能够减小控制变压器的体积，并且能够提高DC/DC转换的工作效率。
作为优选，DC/DC变流器的输出端设置有滤波电容。利用电容器储能作用，在起动机工作时减小输出电压波动。
作为优选，所述起动控制装置还包括控制器、环境温度传感器、门锁传感器和发动机转速传感器，控制器分别连接环境温度传感器、发动机转速传感器、门锁传感器和切换开关。控制器在检测到门锁解锁后，同时检测环境温度和发动机转速，当判定为高寒低温环境并且车辆处于泊车状态时，自动将切换开关切换到DC/DC变流器，驾驶员直接操作点火开关即可起动车辆。从而避免驾驶员忘记操作切换开关使用车辆蓄电池直接起动失败造成的电能损耗，并且提高了操作的方便性。
作为优选，控制器还连接车上CAN总线。控制器可以从车上CAN总线获得发动机转速、发动机温度以及车门锁状态的信息，因此，可简化装置结构。
本发明带来的有益效果是，通过增加DC/DC变流装置，将蓄电池的直流电转化为交流电后再转换为直流电，使用合适变比的变压器扩大蓄电池电流，使起动机具有足够的起动力矩来克服发动机起动时的阻力矩，从而实现在高寒低温环境下顺利起动车辆。并且具有结构简单、通用性强等优点，能够根据车主意图安装或不安装此装置。
附图说明
图1是本发明的一种原理框图；
图2是本发明DC/DC变流器的一种原理示意图。
图中：1是车辆蓄电池，2是切换开关，3是DC/DC变流器，4是点火开关，5是永磁起动机，6是控制器，7是环境温度传感器，8是发动机转速传感器，9是门锁传感器，10是车上CAN总线，11是逆变器控制芯片，12是中间驱动电路。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体说明。
实施例： 如图1所示，本发明是一种车辆起动控制装置。切换开关2为二选一开关，公共端连接车辆蓄电池1的正极，一个触点直连永磁起动机5的电源输入端a，另一触点连接DC/DC变流器3输入端，DC/DC变流器3输出端连接永磁起动机5的电源输入端a，永磁起动机5的控制端b连接点火开关4，本例中切换开关2采用大功率继电器，常闭触点连接在车辆蓄电池1正极与永磁起动机5的a端之间，常开触点连接在车辆蓄电池1正极与DC/DC变流器输入端之间，大功率继电器的控制线圈连接控制器6；控制器6还分别连接温度传感器7、发动机转速传感器8、门锁传感器9和车上CAN总线10。
图2所示为DC/DC变流器原理示意图。逆变器控制芯片11提供250Hz的PWM控制信号，该工作频率既能保证大功率开关管可靠关断，又能够有效减小控制变压器T的体积；为提高控制变压器工作效率、获得大的输出功率，拓补结构采用推挽式电路，PWM控制信号由三极管构成的中间驱动电路12增强后，驱动MOSFET开关管（额定电流100A）BG1、BG2和BG3、BG4，BG1、BG2连接控制变压器T初级线圈的一边，BG3、BG4连接控制变压器T初级线圈的另一边，初级线圈的中心抽头连接车辆蓄电池1的正极；控制变压器T的次级线圈连接整流桥（二极管D1至D4额定电流300A），整流输出端连接大容量滤波电容C，初次级变比约为2:1。该DC/DC变流器能够满足输入电流300A、输出电流600A 的需求。
在非低温环境下，车辆蓄电池1所能提供的电能足以使永磁起动机5克服发动机的起动阻力矩正常起动，此时控制器6使切换开关2直连车辆蓄电池1到永磁起动机5，与原起动线路完全相同。在寒冷低温环境下，电池内阻增加、发动机润滑油粘度增加，永磁起动机5拖动发动机困难，甚至无法起动，此时控制器6通过环境温度传感器7检测到规定低温，同时检测到发动机转速为0并且检测到车门锁解锁后，使切换开关2切换（继电器吸合），DC/DC变流器3通电，输出直流电到永磁起动机5，按动点火开关4即可正常起动车辆。
所以本发明具有以下特征：通过增加DC/DC变流装置，将蓄电池的直流电转化为交流电后再转换为直流电，使用合适变比的变压器扩大蓄电池电流，使起动机具有足够的起动力矩来克服发动机起动时的阻力矩，从而实现在高寒低温环境下顺利起动车辆。并且具有结构简单、通用性强等优点，能够根据车主意图安装或不安装此装置。
Claims (4)
1.一种车辆起动控制装置，包括车辆蓄电池、永磁起动机，其特征在于：还包括DC/DC变流器和切换开关，所述永磁起动机通过所述切换开关连接车辆蓄电池，所述DC/DC变流器的输出端连接永磁起动机、输入端通过所述切换开关连接车辆蓄电池，所述切换开关实现车辆蓄电池直接对永磁起动机供电与车辆蓄电池通过DC/DC变流器对永磁起动机供电的切换；所述DC/DC变流器包括逆变器控制芯片、中间驱动电路、大功率开关管、控制变压器和整流管，所述逆变器控制芯片通过中间驱动电路连接大功率开关管控制极，所述大功率开关管输出极连接控制变压器的初级线圈，所述控制变压器的次级线圈连接整流管，所述控制变压器是降压变压器；逆变器控制芯片为提供250Hz的PWM控制信号的逆变器控制芯片，所述DC/DC变流器的拓补结构采用推挽式电路；所述车辆起动控制装置还包括控制器、环境温度传感器、门锁传感器和发动机转速传感器，所述控制器分别连接环境温度传感器、发动机转速传感器、门锁传感器和所述切换开关。
2.根据权利要求1所述一种车辆起动控制装置，其特征在于：所述DC/DC变流器的工作频率高于工频频率。
3.根据权利要求1或2所述一种车辆起动控制装置，其特征在于：所述DC/DC变流器的输出端设置有滤波电容。
4.根据权利要求1所述一种车辆起动控制装置，其特征在于：所述控制器还连接车上CAN总线。
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