CN106329692A - 一种汽车应急启动电源及其启动控制方法 - Google Patents

一种汽车应急启动电源及其启动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车应急启动电源，包括连接汽车发动机的起动机、可与起动机形成放电闭合回路的锂离子电容器模组，设置于锂离子电容器模组两端的二次电池，可与二次电池形成供电闭合回路的负载，由汽车发动机带动运转且可为锂离子电容模组、二次电池以及负载供电的发电机；锂离子电容器模组的两端还设置有延时电路，延时电路通过一端的触发按钮与锂离子电容器模组的正极连接、另一端通过跨接开关与锂离子电容器模组的负极连接而构成闭合回路。本发明还公开了其启动控制方法。充分发挥了锂离子电容器的优点，避免低温难启动以及汽车长期不启动后二次电池没有电量而导致汽车无法启动的情况发生，为汽车提供了一种新的启动电源系统。

Description

一种汽车应急启动电源及其启动控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于汽车上的应急启动电源及其启动控制方法。
背景技术
随着社会的进步与发展，汽车成为越来越多人的代步工具，给人们带来了极大的便利。虽然汽车技术已经十分成熟，但在启动方面还是不尽如人意。目前，汽车多采用蓄电池直接启动，包括利用铅酸电池和锂离子电池。汽车启动时，启动电源需要提供比正常运转高出几倍的启动电流。铅酸电池的比功率低，利用铅酸电池直接启动容易出现输出电流不足而令启动机转矩降低，导致发动机启动时间增长，甚至启动失败；尤其在低温条件下，铅酸电池由于不能大倍率放电导致汽车无法启动；此外，长期大电流放电会缩短铅酸电池的寿命，给电池产生不可逆的影响；通常为了满足大电流汽车启动还会增加铅酸电池组，这不但增加启动电源装置成本，而且增大体积。锂离子电池作为启动电源虽然较铅酸电池具有比能量高，自放电率低，寿命长，绿色环保等优点，但是由于固有的化学反应特性，其最佳使用环境温度在10℃-30℃之间，在低温环境下，电池的放电容量会降低，在-10℃时，电池容量只有初始容量的70%，因此，并不能解决蓄电池低温启动中出现的问题。此外，单一蓄电池作为启动电源一旦出现电量不足或电量耗尽的情况，汽车将会无法启动，从而延误行程甚至影响交通。针对现有汽车启动方面的不足，人们采取两种改进措施：附带应急启动电源或者利用双启动系统作为启动电源装置。应急启动电源是一类汽车外协的蓄电池电源装置。由于蓄电池电量存在损耗，因此使用者需要随时检查电池中的剩余电量，避免使用过程中出现电量不足的情况，且对于不同规格的汽车，所需使用的应急启动电源也不同，这给使用者增添了麻烦。为此，人们采用双启动电源系统：将超级电容器与蓄电池结合。尽管超级电容器的比功率高，低温特性好，使用寿命长，可以给起动机提供大电流，但是超级电容器的自放电率高，基本3天就会放完，长期搁置后会导致汽车难以启动，因此要经常给超级电容器充电，增加了蓄电池的能耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种新的汽车应急启动电源及其启动控制方法，利用锂离子电容器，发挥锂离子电容器的优点，减少发动机启动时间的同时延长蓄电池的使用寿命，同时避免汽车长期不启动后二次电池没有电量而导致汽车无法启动的情况发生。
锂离子电容器采用锂离子电池和超级电容器混合结构，其正极采用超级电容器的正极，负极采用锂离子电池的负极结构，兼具超级电容器的高功率密度（其功率密度远大于铅酸蓄电池）、长寿命特性和锂离子电池高能量密度的特性。本身具有很高的电压保持能力，常温25℃放置3个月，电压下降≤5%；宽使用温度范围（-40℃~70℃）的运行安全性、可靠性。因此，锂离子电容器可完全弥补蓄电池的缺点，直接替代蓄电池作为汽车启动电源。
基于此，为解决以上技术问题，本发明公开了一种汽车应急启动电源，该启动电源包括连接汽车发动机的起动机、可与起动机形成放电闭合回路的锂离子电容器模组，设置于锂离子电容器模组两端的二次电池，可与二次电池形成供电闭合回路的负载，由汽车发动机带动运转且可为锂离子电容模组、二次电池以及负载供电的发电机；所述锂离子电容器模组的两端还设置有延时电路，延时电路通过一端的触发按钮与锂离子电容器模组的正极连接、另一端通过跨接开关与锂离子电容器模组的负极连接而构成闭合回路。
进一步地，所述锂离子电容器模组两端还连接有BMS板，BMS板上分别设置有防过放MOS管和防过充MOS管以及用于均衡锂离子电容器单体间电压的均衡电路。所述防过放MOS管控制起动机与锂离子电容器模组负极端的通断，用于防止锂离子电容过放；防过充MOS管控制锂离子电容器模组负极端与二次电池负极端的通断，用于防止二次电池对锂离子电容过充。
进一步地，所述延时电路通过继电器连通跨接开关。
进一步地，所述二次电池为铅酸电池、锂离子电池、镍镉电池或镍氢电池中的任意一种。
进一步地，所述负载包括电子控制单元，火花塞，汽车仪表盘以及其他用电设备。
进一步地，防过充MOS管与锂离子电容器模组之间设置有串联的单向二极管和限流电阻，所述单向二极管导通方向为锂离子电容器模组的负极向二次电池负极，可以防止锂离子电容向二次电池充电。所述限流电阻用于限制电路中充电电流过大。
本发明还公开了一种前述汽车应急启动电源的启动控制方法，包括：
当电路中二次电池有剩余电量时，
（1）汽车收到启动信号，二次电池为负载提供直流电，同时锂离子电容器模组为起动机提供瞬时大功率电流，完成启动，汽车发动机开始运转；
（2）发动机运转进入正常状态后，带动发电机运转发电，使其为负载，二次电池以及锂离子电容模组充电，当二次电池与锂离子电容器模组充电至额定电压后，继续浮充；
当汽车长期不启动，二次电池没有剩余电量时，
（1）闭合电路中的触发按钮，延时电路收到信号后控制继电器使跨接开关闭合，锂离子电容器模组的负极端与二次电池的负极端连接，锂离子电容器模组可以为负载短时供电；
（2）锂离子电容器模组提供瞬时大电流给起动机，启动机与负载同时工作，使汽车发动机启动；
（3）汽车发动机正常运转后带动发电机运转，使其为二次电池，锂离子电容器模组以及负载供电，二次电池满电，保证下次启动时为负载供电，锂离子电容器模组充满电，保证下次汽车启动为启动机提供大电流；
（4）启动完成后，跨接开关自动断开，可以防止锂离子电容器模组给负载过放电。
本发明充分发挥了锂离子电容器的高功率密度，高电压保持能力，强低温充放电能力以及长循环寿命等特性。采用锂离子电容模组直接给启动机供电的模式，弥补了二次电池尤其在低温情况下大电流放电性能差，自放电率高的缺陷，从而避免低温难启动以及汽车长期不启动后二次电池没有电量而导致汽车无法启动的情况发生，为汽车提供了一种新的启动电源系统。
附图说明
图1为电路原理图。
图中：1-锂离子电容器模组；2-起动机；3-BMS板；4-发电机；5-负载；6二次电池；7-延时电路；8跨接开关；9-限流电阻；10-防过充MOS管；11-防过放MOS管；12-触发按钮；13-继电器。
具体实施方式
下面结合实施例，更具体地阐述本发明的内容。本发明的实施并不限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通或改变都应在本发明的保护范围内。
实施例1
如图1所示，本发明主要包括连接汽车发动机的起动机2，给起动机2提供大电流的锂离子电容器模组(LIC)1，锂离子电容器模组1的电池管理系统BMS板3，负载5，为负载5提供直流电的二次电池6，可对负载5、二次电池6以及锂离子电容器模组1充电的发电机4，延时电路7、跨越开关8、限流电阻9、防过充MOS管10、防过放MOS管11、出发开关12和继电器13。
其中，锂离子电容器模组1可与起动机2形成放电闭合回路，BMS板3设置于锂离子电容器模组1的两端，且在BMS板3上分别设置有防过放MOS管11和防过充MOS管10以及用于均衡锂离子电容器单体间电压的均衡电路。所述防过放MOS管11控制起动机2与锂离子电容器模组1负极端的通断，用于防止锂离子电容过放；防过充MOS管10控制锂离子电容器模组1负极端与二次电池6负极端的通断，用于防止二次电池6对锂离子电容过充。
二次电池6也设置于锂离子电容器模组1的两端，负载5、发电机4设置于二次电池6的两端，二次电池6和负载5形成供电闭合回路。
发电机4由汽车发动机带动运转，且可为锂离子电容模组1、二次电池6以及负载5供电。
所述锂离子电容器模组1的两端还设置有延时电路7，延时电路7通过一端的触发按钮12与锂离子电容器模组1的正极连接、另一端通过跨接开关8与锂离子电容器模组1的负极连接而构成闭合回路，延时电路7通过继电器13连通跨接开关8。
防过充MOS管11与锂离子电容器模组1之间设置有串联的单向二极管和限流电阻9，所述单向二极管导通方向为锂离子电容器模组1的负极向二次电池负极，可以防止锂离子电容向二次电池充电。所述限流电阻9用于限制电路中充电电流过大。
二次电池6为铅酸电池、锂离子电池、镍镉电池或镍氢电池中的任意一种。
负载5包括电子控制单元（ECU），火花塞，汽车仪表盘以及其他用电设备。
本发明所述的汽车应急启动电源的启动控制方法，包括：
当电路中二次电池有剩余电量时，
（1）汽车收到启动信号，二次电池为负载提供直流电，同时锂离子电容器模组为起动机提供瞬时大功率电流，完成启动，汽车发动机开始运转；
（2）发动机运转进入正常状态后，带动发电机运转发电，使其为负载，二次电池以及锂离子电容模组充电，当二次电池与锂离子电容器模组充电至额定电压后，继续浮充；
当汽车长期不启动，二次电池没有剩余电量时，
（1）闭合电路中的触发按钮，延时电路收到信号后控制继电器使跨接开关闭合，锂离子电容器模组的负极端与二次电池的负极端连接，锂离子电容器模组可以为负载短时供电；
（2）锂离子电容器模组提供瞬时大电流给起动机，启动机与负载同时工作，使汽车发动机启动；
（3）汽车发动机正常运转后带动发电机运转，使其为二次电池，锂离子电容器模组以及负载供电，二次电池满电，保证下次启动时为负载供电，锂离子电容器模组充满电，保证下次汽车启动为启动机提供大电流；
（4）启动完成后，跨接开关自动断开，可以防止锂离子电容器模组给负载过放电。

Claims (7)

1.一种汽车应急启动电源，其特征在：该启动电源包括连接汽车发动机的起动机、可与起动机形成放电闭合回路的锂离子电容器模组，设置于锂离子电容器模组两端的二次电池，可与二次电池形成供电闭合回路的负载，由汽车发动机带动运转且可为锂离子电容模组、二次电池以及负载供电的发电机；所述锂离子电容器模组的两端还设置有延时电路，延时电路通过一端的触发按钮与锂离子电容器模组的正极连接、另一端通过跨接开关与锂离子电容器模组的负极连接而构成闭合回路。
2.根据权利要求1所述汽车应急启动电源，其特征在于：所述锂离子电容器模组两端还连接有BMS板，BMS板上分别设置有防过放MOS管和防过充MOS管以及用于均衡锂离子电容器单体间电压的均衡电路。
3.根据权利要求1所述汽车应急启动电源，其特征在于：所述延时电路通过继电器连通跨接开关。
4.根据权利要求1所述汽车应急启动电源，其特征在于：所述二次电池为铅酸电池、锂离子电池、镍镉电池或镍氢电池中的任意一种。
5.根据权利要求1所述汽车应急启动电源，其特征在于：所述负载包括电子控制单元，火花塞，汽车仪表盘以及其他用电设备。
6.根据权利要求1所述汽车应急启动电源，其特征在于：防过充MOS管与锂离子电容器模组之间设置有串联的单向二极管和限流电阻，所述单向二极管导通方向为锂离子电容器模组的负极向二次电池负极。
7.一种如权利要求1-6任意一项权利要求所述汽车应急启动电源的启动控制方法，其特征在于该方法包括：
当电路中二次电池有剩余电量时，
（1）汽车收到启动信号，二次电池为负载提供直流电，同时锂离子电容器模组为起动机提供瞬时大功率电流，完成启动，汽车发动机开始运转；
（2）发动机运转进入正常状态后，带动发电机运转发电，使其为负载，二次电池以及锂离子电容模组充电，当二次电池与锂离子电容器模组充电至额定电压后，继续浮充；
当汽车长期不启动，二次电池没有剩余电量时，
（1）闭合电路中的触发按钮，延时电路收到信号后控制继电器使跨接开关闭合，锂离子电容器模组的负极端与二次电池的负极端连接，锂离子电容器模组可以为负载短时供电；
（2）锂离子电容器模组提供瞬时大电流给起动机，启动机与负载同时工作，使汽车发动机启动；
（3）汽车发动机正常运转后带动发电机运转，使其为二次电池，锂离子电容器模组以及负载供电，二次电池满电，锂离子电容器模组充满电，；
（4）启动完成后，跨接开关自动断开。
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