CN106704073A - 一种发动机辅助启动装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明系一种发动机辅助装置及方法，涉及发动机的电源领域。本发明包括MCU控制器、超级电容、第一输出端Clip‑P、第二输出端Clip‑N，MCU控制器的第一信号接收端U1连接第一输出端Clip‑P；超级电容一端通过点火控制继电器K2连接第一输出端Clip‑P，超级电容的另一端接地，点火控制继电器K2受控连接于MCU控制器的第二控制端SW2，超级电容设有电压均衡电路，MCU控制器还连接有远程控制终端。本发明通过超级电容提供发动机启动所需的电压，超级电容的充放电次数可达数十万次，设有电压均衡电路，用于均衡超级电容的电压，使超级电容的寿命更长，从而进一步提高整体的寿命，此外，还设有远程控制终端，能够实施远程控制功能。

Description

一种发动机辅助启动装置及方法

技术领域

本发明涉及发动机的电源领域，具体公开了一种发动机辅助启动装置及方法。

背景技术

汽车的启动系统由蓄电池、点火开关、启动继电器、启动机等组成，主要是通过将蓄电池的电能转换成机械能，启动发动机运转，几乎所有的汽车发动机都需要电力启动系统。汽车发动机的启动电压大约为12V，汽车蓄电池的输出电压一般为13V-15V，蓄电池在高倍率放电或低温放电时，性能会变得很差，导致输出电压无法达到启动发动机的要求。

为应对汽车蓄电池无法启动发动机的情况，现有技术采用内置有铅酸电池或锂电池等电池的辅助启动装置，将其正负极连接汽车蓄电池的正负极，辅助启动装置配合汽车蓄电池共同启动发动机。但是铅酸电池体型笨重，需要专门的充电器进行维护和保养；采用锂电池，虽然可以解决铅酸电池笨重以及维护的问题，但此类动力锂电池高倍率放电的特性容易造成电池失效，甚至着火报废，存在安全问题。通常电池的寿命有2-3年，但实际使用过程中，由于忽略定期维护，导致辅助启动装置寿命无法达到2-3年，甚至有些用户还没有使用该装置，其寿命就已经终止，造成极大的资源浪费。

现有的辅助启动装置通常存在以下缺陷：需要定期维护、存在安全隐患、寿命短、充电时间过长，充电需要专用充电器。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种发动机辅助装置及方法，能够实现快速充电，无需定期维护，同时寿命长、无安全隐患。

为解决现有技术问题，本发明公开一种发动机辅助启动装置，包括MCU控制器、超级电容、第一输出端Clip-P、第二输出端Clip-N，MCU控制器的第一信号接收端U1连接第一输出端Clip-P，MCU控制器的接地端接地；超级电容一端通过点火控制继电器K2连接第一输出端Clip-P，超级电容的另一端接地，点火控制继电器K2受控连接于MCU控制器的第二控制端SW2，超级电容设有电压均衡电路；MCU控制器还连接有远程控制终端。

进一步的，电压均衡电路为辅助电流源、电阻或DC/DC变换器，电压均衡电路与超级电容并联。

进一步的，MCU控制器的第二信号接收端U2连接外部电源接口J1的阳极，外部电源接口J1的阴极接地，MCU控制器的第三信号接收端U3连接超级电容的非接地端，MCU控制器的第四信号接收端U4连接电压均衡电路的非接地端。

进一步的，超级电容的非接地端连接充电切换继电器K1的静触头，充电切换继电器K1的第一动触头连接外部电源接口J1的阳极，充电切换继电器K1的第二动触头连接第一输出端Clip-P，充电切换继电器K1受控连接于MCU控制器的第一控制端SW1。

进一步的，超级电容的非接地端与充电切换继电器K1之间还设有DC-DC升降压充电电路，DC-DC升降压充电电路受控于MCU控制器。

进一步的，MCU控制器连接有温度控制器、过载控制和蜂鸣器。

本发明一种发动机辅助启动装置通过设置超级电容给发动机的启动提供能量，能够通过汽车电池或者其他充电电源给超级电容充电，并且充电时DC-DC升降压充电电路能够调节充电电压，使充电电压能够适于给超级电容充电，此外超级电容外还设有电压均衡电路，用于调节超级电容的电压，能够有效延长超级电容的寿命，MCU控制器能够有效监测各项数据，同时能够控制整个装置的各个动作。

一种发动机辅助启动方法，应用于以上任一项发动机辅助启动装置，包括以下步骤：

A、将第一输出端Clip-P连接汽车电池的正极，将第二输出端Clip-N连接汽车电池的负极；

B、MCU控制器通过第一信号接收端U1接收到来自于汽车电池的第一信号，从第一信号判断出汽车电池的电压大于等于10V且小于13.2V，进入自动点火控制状态，闭合发动机启动继电器K3启动汽车发动机，汽车电池的电压变化量大于2V/10ms，MCU控制器控制闭合点火开关继电器K2，储存有能量的超级电容与汽车电池连接辅助启动；

C、远程控制终端通过MCU控制器的第一信号接收端U1接收到汽车电池的第一信号，从第一信号判断出汽车电池的电压大于等于10V且小于13.2V，再执行步骤B；

D、远程控制终端通过MCU控制器的第一信号接收端U1接收到汽车电池的第一信号，从第一信号判断出汽车电池的电压小于10V，MCU控制器控制闭合点火开关继电器K2，储存有能量的超级电容与汽车电池连接，闭合发动机启动继电器K3启动汽车发动机；

E、MCU控制器通过第一信号接收端U1接收到来自于汽车电池的第一信号，从第一信号判断出汽车电池的电压小于10V，进入10秒倒计时，闭合点火开关继电器K2，储存有能量的超级电容与汽车电池连接，闭合发动机启动继电器K3启动汽车发动机。

进一步的，F、MCU控制器通过第三信号接收端U3接收到来自超级电容的第三信号，从第三信号判断出超级电容储存的能量不足以供汽车发动机启动时：

将外部电源接口J1连接充电电源，MCU控制器通过第二信号接收端U2接收到来自外部电源接口J1的第二信号，从第二信号判断出充电电源无法给超级电容充电时，MCU控制器发出信号提示更换充电电源，直至充电电源能够给超级电容充电，MCU控制器控制点火控制继电器K2弹开，同时控制充电开关切换节电器K1接通静触头和第一动触头，外部电源接口J1的电压通过DC-DC升降压充电电路给超级电容充电；

或者，MCU控制器通过第一信号接收端U1识别到汽车电池的电压大于或等于10V，MCU控制器控制充电开关切换节电器K1接通静触头和第二动触头，汽车电池通过DC-DC升降压充电电路给超级电容充电。

进一步的，G、MCU控制器通过第四信号接收端U4接收到来自电压均衡电路的第四信号，从第四信号判断出超级电容的电压不均衡时，MCU控制器发出信号提示重新给超级电容充电。

进一步的，H、MCU控制器通过第三信号接收端U3接收到来自超级电容的第三信号，从第三信号判断出超级电容充电完成，MCU控制器发出信号提示充电完成。

本发明一种发动机辅助启动方法，基于上文所述的发动机辅助启动装置，利用超级电容、MCU控制器、继电器连接汽车电池，安全高效地为发动机启动提供能量，通过使用MCU控制器设置好监控各项数据的程序，在监测到不同的触发条件时，MCU控制器控制不同的电路作出相应的动作，整个方法严谨安全，能够远程控制MCU的同时还能够利用不同的方式给超级电容充电。

本发明的有益效果为：本发明公开一种发动机辅助启动装置及方法，通过超级电容提供发动机启动所需的电压，超级电容的充放电次数可达数十万次，设有电压均衡电路，用于均衡超级电容的电压，使超级电容的寿命更长，从而进一步提高整体的寿命，此外，还设有远程控制终端，能够实施远程控制功能。

附图说明

图1为本发明一种发动机辅助启动装置以及发动机部分的结构示意图。

图2为本发明一种发动机辅助启动装置的结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本法明的以下实施例中的发动机启动电压一般为12V，蓄电池的输出电压为13-15V，本发明采用超级电容作为发动机启动的辅助启动装置的电源，在蓄电输出电压无法启动发动机时，将辅助启动装置连接发动机的蓄电池，与其共同启动发动机；超级电容，又名电化学电容、黄金电容、双电层电容、法拉电容，是通过极化电解质来储能的一种电化学元件，它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能，但其储能的过程并不发生化学反应，这种储能是可逆的，也正因为此，超级电容可以反复充放电数十万次；具有功率密度高、充放电时间段、循环寿命长、工作温度范围宽的优点。

请参阅图1至图2：

本发明的实施例一提供了一种发动机辅助启动装置，包括MCU控制器、超级电容、第一输出端Clip-P、第二输出端Clip-N，第一输出端Clip-P和第二输出端Clip-N分别都连接有鳄鱼夹，优选地，超级电容由5个串联的超级电容C1、C2、C3、C4、C5组成，单个超级电容的电压通常为2.5V～2.7V，这里的超级电容整体能储存12.5V以上的电压；MCU控制器的第一信号接收端U1连接第一输出端Clip-P，MCU控制器的接地端接地；超级电容一端通过点火控制继电器K2连接第一输出端Clip-P，超级电容的另一端接地，点火控制继电器K2受控连接于MCU控制器的第二控制端SW2；由于制造误差、自放电率等因素，超级电容单体之间是有差异的，在制造时和整个产品寿命周期内，电容值的变化和泄露电流影响电容器电压的分布，因而在超级电容设有电压均衡电路，MCU控制器的第四信号接收端U4连接电压均衡电路的非接地端；MCU控制器还连接有远程控制终端；MCU控制器连接有温度控制器、过载控制和蜂鸣器。

第一输出端Clip-P和第二输出端Clip-N分别连接汽车电池的正负极，MCU控制器通过第一信号接收端U1接收到来自于汽车电池的第一信号，判断出汽车电池的电压大于10V且小于13.2V时，MCU控制器控制点火控制继电器K2闭合，接通超级电容和汽车电池，超级电容和汽车电池共同启动发动机，同时蜂鸣器启动；倒数10秒后，蜂鸣器关闭，或者MCU控制器通过第四信号接收端U4接收到来自电压均衡电路的第四信号，第四信号可以为电流信号或者电压信号，从第四信号判断出超级电容放电完成，蜂鸣器关闭。以上动作还可以通过远程控制终端操作MCU控制器实现。

电压均衡电路为辅助电流源，电压均衡电路与超级电容并联，即5个辅助电流源分别并联在5个超级电容C1、C2、C3、C4、C5上，辅助电流源调节超级电容的充放电电流，根据充放电时超级电容的电压，从而确定均衡电流，进而使各个模块的电压一致，在充放电的时候超级电容更稳定，能够有效延长整体的寿命。

MCU控制器的第三信号接收端U3连接超级电容的非接地端，MCU控制器的第二信号接收端U2连接外部电源接口J1的阳极，外部电源接口J1的阴极接地；超级电容的非接地端连接充电切换继电器K1的静触头，充电切换继电器K1的第一动触头连接外部电源接口J1的阳极，充电切换继电器K1的第二动触头连接第一输出端Clip-P，充电切换继电器K1受控连接于MCU控制器的第一控制端SW1；超级电容的非接地端与充电切换继电器K1之间还设有DC-DC升降压充电电路，DC-DC升降压充电电路受控于MCU控制器。MCU控制器通过第三信号接收端U3接收到来自超级电容的第三信号，第三信号可以为电流信号或者电压信号，从第三信号判断出超级电容储存电量不足时，可根据需要使用汽车电池或其他电源对超级电容充电。

采用汽车电池对超级电容充电时，第一输出端Clip-P和第二输出端Clip-N分别连接汽车电池的正负极，MCU控制器控制点火控制继电器K2闭合，同时控制充电切换继电器K1的静触头接通第二动触头，汽车电池通过DC-DC升降压充电电路调节充电电压之后给超级电容充电，MCU控制器通过第三信号接收端U3接收到来自超级电容的第三信号，判断出超级电容的电压大于12.5V，同时MCU控制器通过第四信号接收端U4接收到来自电压均衡电路的第四信号，从第四信号判断出各超级电容的电压均衡，MCU控制器控制显示出充电完成的信号，否则显示出再次充电的信号。

采用其他电源充电时，将外部电源接口J1连接外部电源，外部电源可以为点烟器、USB等充电，MCU控制器通过第二信号接收端U2接收到来自外部电源接口J1的第二信号，第二信号为电压信号，判断出第二信号小于4.5V，则外部电源无法给超级电容充电，MCU控制器控制显示出无法充电的信号，判断出第二信号大于4.5V时，MCU控制器控制充电切换继电器K1的静触头接通第一动触头，外部电源通过DC-DC升降压充电电路调节充电电压之后给超级电容充电，MCU控制器通过第三信号接收端U3接收到来自超级电容的第三信号，判断出超级电容的电压大于12.5V，同时MCU控制器通过第四信号接收端U4接收到来自电压均衡电路的第四信号，从第四信号判断出各超级电容的电压均衡，MCU控制器控制显示出充电完成的信号，否则显示出再次充电的信号。

本发明一种发动机辅助启动装置，有不同的充电途径，能够适应各种特殊情况，利用有限的资源对其进行充电，且充电速度快，一般只需要2～5分钟，装置连接汽车电池，并辅助其启动发动机，装置整体轻便、安全、寿命长，几乎不需要维护，寿命一般也可达10年，同时拥有温度和过载监控，能够进一步提高整体的安全性能，同时远程控制功能能够更方便用户操作使用。

本发明的实施例二提供了一种发动机辅助启动装置，除电压均衡电路外的具体结构及充放电判断操作过程如实施例一中所述，在此不赘述。

其中电压均衡电路为电阻，电压均衡电路与超级电容并联，即5个电阻分别并联在5个超级电容5个超级电容C1、C2、C3、C4、C5上，超级电容在充电过程中，内阻决定充电电流的大小以及最终电压，电阻的阻值比超级电容的内阻大许多，使公差很小的电阻强制单个超级电容的电压一致，同时抑制泄露电流，实现超级电容单体之间的电压均衡。

此外，每个电阻上都可以串联一个开关，当单体电压高于预先设置的电压值时，开关接通，当单体电压低于预先设置的电压值时，开关关闭，实现电压均衡。

本发明的实施例三提供了一种发动机辅助启动装置，除电压均衡电路外的具体结构及充放电判断操作过程如实施例一中所述，在此不赘述。

其中电压均衡电路为DC/DC变换器，电压均衡电路与超级电容并联，即在相邻的超级电容单体之间接入DC/DC变换器，DC/DC变换器控制调整超级电容单体之间的电压，实现超级电容单体之间的电压均衡。

本发明的实施例四提供一种发动机辅助启动方法，应用于实施例一、二、或三的发动机辅助启动装置，包括以下步骤：

A、汽车发动机无法启动时，将第一输出端Clip-P通过鳄鱼夹连接汽车电池的正极，将第二输出端Clip-N通过鳄鱼夹连接汽车电池的负极。

B、MCU控制器通过第一信号接收端U1接收到来自于汽车电池的第一信号，第一信号为电压信号或电流信号，的电压大于等于10V且小于13.2V，进入自动点火控制状态，闭合发动机启动继电器K3，汽车电池的电压变化量大于2V/10ms，MCU控制器控制闭合点火开关继电器K2，储存有能量的超级电容与汽车电池连接，汽车发动机利用超级电容和汽车电池提供的电压点火，同时蜂鸣器启动，汽车发动机点火启动之后，蜂鸣器停止，此时即可将第一输出端Clip-P和第二输出端Clip-N拔离汽车电池。

C、远程控制终端通过MCU控制器的第一信号接收端U1接收到汽车电池的第一信号，从第一信号判断出汽车电池的电压大于等于10V且小于13.2V，再执行步骤B。

D、远程控制终端通过MCU控制器的第一信号接收端U1接收到汽车电池的第一信号，从第一信号判断出汽车电池的电压小于10V，MCU控制器控制闭合点火开关继电器K2；储存有能量的超级电容与汽车电池连接，闭合发动机启动继电器K3启动汽车发动机。

E、MCU控制器通过第一信号接收端U1接收到来自于汽车电池的第一信号，从第一信号判断出汽车电池的电压小于10V，进入10秒倒计时，闭合点火开关继电器K2，储存有能量的超级电容与汽车电池连接，闭合发动机启动继电器K3并共同启动汽车发动机。

F、MCU控制器通过第三信号接收端U3接收到来自超级电容的第三信号，第三信号为电压信号或电流信号，从第三信号判断出超级电容储存的能量不足以供汽车发动机启动时，MCU控制显示出电量不足的信号：

将外部电源接口J1连接外部充电电源，充电电源可为USB充电、点烟器充电等，MCU控制器通过第二信号接收端U2接收到来自外部电源接口J1的第二信号，第二信号为电压信号或电流信号，从第二信号判断出充电电源无法给超级电容充电时，MCU控制器显示出无法充电的信号，这时更换充电电源，直至MCU控制器显示出充电电源能够给超级电容充电的信号，MCU控制器控制点火控制继电器K2弹开，同时控制充电开关切换节电器K1接通静触头和第一动触头，外部电源接口J1的电压通过DC-DC升降压充电电路调节之后给超级电容充电；或者，MCU控制器通过第一信号接收端U1识别到汽车电池的电压大于或等于10V，MCU控制器控制充电开关切换节电器K1接通静触头和第二动触头，汽车电池通过DC-DC升降压充电电路调节之后给超级电容充电。

G、MCU控制器通过第四信号接收端U4接收到来自电压均衡电路的第四信号，第四信号为电压信号或电流信号，从第四信号判断出超级电容的电压不均衡时，重新给超级电容充电，

H、判断出超级电容的电压均衡时，MCU控制器通过第三信号接收端U3接收到来自超级电容的第三信号，第三信号为电压信号或电流信号，从第三信号判断出超级电容充电完成，MCU控制器显示出充电完成的信号，对应拔掉第一输出端Clip-P、第二输出端Clip-N，或断开外部电源接口J1与外部充电电源的连接。

本发明一种发动机辅助启动方法，利用超级电容的特性，形成一种安全的辅助启动发动机的方法，不需要定期进行维护，整个方法步骤严谨且安全，充电方式多样化，能够适应不同的条件，增加远程控制功能，使应用范围更广。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种发动机辅助启动装置，其特征在于，包括MCU控制器、超级电容、第一输出端Clip-P、第二输出端Clip-N，所述MCU控制器的第一信号接收端U1连接第一输出端Clip-P，所述MCU控制器的接地端接地；所述超级电容一端通过点火控制继电器K2连接所述第一输出端Clip-P，所述超级电容的另一端接地，所述点火控制继电器K2受控连接于所述MCU控制器的第二控制端SW2，所述超级电容设有电压均衡电路；所述MCU控制器还连接有远程控制终端。

2.根据权利要求1所述的一种发动机辅助启动装置，其特征在于，所述电压均衡电路为辅助电流源、电阻或DC/DC变换器，所述电压均衡电路与所述超级电容并联。

3.根据权利要求1所述的一种发动机辅助启动装置，其特征在于，所述MCU控制器的第二信号接收端U2连接外部电源接口J1的阳极，所述外部电源接口J1的阴极接地，所述MCU控制器的第三信号接收端U3连接所述超级电容的非接地端，所述MCU控制器的第四信号接收端U4连接所述电压均衡电路的非接地端。

4.根据权利要求3所述的一种发动机辅助启动装置，其特征在于，所述超级电容的非接地端连接充电切换继电器K1的静触头，所述充电切换继电器K1的第一动触头连接所述外部电源接口J1的阳极，所述充电切换继电器K1的第二动触头连接所述第一输出端Clip-P，所述充电切换继电器K1受控连接于所述MCU控制器的第一控制端SW1。

5.根据权利要求4所述的一种发动机辅助启动装置，其特征在于，所述超级电容的非接地端与所述充电切换继电器K1之间还设有DC-DC升降压充电电路，所述DC-DC升降压充电电路受控于所述MCU控制器。

6.根据权利要求1所述的一种发动机辅助启动装置，其特征在于，所述MCU控制器连接有温度控制器、过载控制和蜂鸣器。

7.一种发动机辅助启动方法，应用于权利要求1～6任一项所述的发动机辅助启动装置，其特征在于，包括以下步骤：

A、将第一输出端Clip-P连接汽车电池的正极，将第二输出端Clip-N连接所述汽车电池的负极；

B、MCU控制器通过第一信号接收端U1接收到来自于所述汽车电池的第一信号，从所述第一信号判断出所述汽车电池的电压大于等于10V且小于13.2V，进入自动点火控制状态，闭合发动机启动继电器K3启动汽车发动机，所述汽车电池的电压变化量大于2V/10ms，所述MCU控制器控制闭合点火开关继电器K2，储存有能量的超级电容与所述汽车电池连接辅助启动；

C、远程控制终端通过所述MCU控制器的第一信号接收端U1接收到所述汽车电池的第一信号，从所述第一信号判断出所述汽车电池的电压大于等于10V且小于13.2V，再执行步骤B；

D、所述远程控制终端通过所述MCU控制器的第一信号接收端U1接收到所述汽车电池的第一信号，从所述第一信号判断出所述汽车电池的电压小于10V，所述MCU控制器控制闭合所述点火开关继电器K2，储存有能量的所述超级电容与所述汽车电池连接，闭合所述发动机启动继电器K3启动所述汽车发动机；

E、所述MCU控制器通过所述第一信号接收端U1接收到来自于所述汽车电池的第一信号，从所述第一信号判断出汽车电池的电压小于10V，进入10秒倒计时，闭合所述点火开关继电器K2，储存有能量的所述超级电容与汽车电池连接，闭合发动机启动继电器K3启动汽车发动机。

8.根据权利要求7所述的一种发动机辅助启动方法，其特征在于，还包括以下步骤：

F、所述MCU控制器通过所述第三信号接收端U3接收到来自所述超级电容的第三信号，从所述第三信号判断出超级电容储存的能量不足以供所述汽车发动机启动时：

将所述外部电源接口J1连接充电电源，所述MCU控制器通过所述第二信号接收端U2接收到来自所述外部电源接口J1的第二信号，从所述第二信号判断出充电电源无法给所述超级电容充电时，所述MCU控制器发出信号提示更换所述充电电源，直至所述充电电源能够给所述超级电容充电，所述MCU控制器控制所述点火控制继电器K2弹开，同时控制所述充电开关切换节电器K1接通所述静触头和所述第一动触头，所述外部电源接口J1的电压通过所述DC-DC升降压充电电路给所述超级电容充电；

或者，所述MCU控制器通过所述第一信号接收端U1识别到汽车电池的电压大于或等于10V，所述MCU控制器控制所述充电开关切换节电器K1接通所述静触头和所述第二动触头，所述汽车电池通过DC-DC升降压充电电路给所述超级电容充电。

9.根据权利要求8所述的一种发动机辅助启动方法，其特征在于，还包括以下步骤：

G、所述MCU控制器通过所述第四信号接收端U4接收到来自所述电压均衡电路的第四信号，从所述第四信号判断出所述超级电容的电压不均衡时，所述MCU控制器发出信号提示重新给所述超级电容充电。

10.根据权利要求9所述的一种发动机辅助启动方法，其特征在于，还包括以下步骤：

H、所述MCU控制器通过所述第三信号接收端U3接收到来自所述超级电容的第三信号，从所述第三信号判断出所述超级电容充电完成，所述MCU控制器发出信号提示充电完成。