CN107800180A - 一种车用启动装置、应急启动电源和车用启动电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用启动装置、应急启动电源和车用启动电源，可以解决利用超级电容启动车辆时，超级电容容量衰减和漏电的问题，同时解决了超级电容和可充式电池直接并联可能出现的大电流冲击危险。所述车用启动装置，用于与超级电容模块和可充式电池组连接后启动车辆，包括：控制器、第一开关电路和第二开关电路，其中：控制器用于向第一开关电路发出使能信号；以及用于判断当可充式电池组与超级电容模块的电压差小于预设安全值时，向第二开关电路发送闭合信号；第一开关电路用于根据控制器发送的使能信号使超级电容模块和可充式电池组并联，以及用于调整所述超级电容模块和可充式电池组并联电路的电流。

Description

一种车用启动装置、应急启动电源和车用启动电源

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别涉及一种车用启动装置、应急启动电源和车用启动电源。

背景技术

目前车辆的启动电源基本上是铅酸蓄电池。车辆在启动时需要大的启动电流，然而蓄电池在高倍率放电和低温放电时性能变得很差。

超级电容器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赝电容电荷储存电能。超级电容具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽的优点。超级电容器配合蓄电池应用于内燃机发动机电启动系统，能有效的保护蓄电池，延长蓄电池寿命，减少蓄电池配置容量，特别是在低温和蓄电池亏电的情况下，确保可靠启动。蓄电池在低温环境放电能力明显下降，会造成战车无法启动，严重影响军事行动。超级电容的工作温度范围宽，可在-43℃环境下工作，保证了电启动系统的正常供电，而且电压下降小，启动电流大，发动机启动转速高，使战车一次启动成功。

目前有方案提出用蓄电池并联超级电容来充当启动电源。但申请人发现超级电容与蓄电池长期直接并联用于启动车辆时，存在超级电容漏电导致的蓄电池过放问题，当长时间不使用时，超级电容持续放电，可将蓄电池的电量放空，导致无法作为启动电源使用。此外，申请人还发现当超级电容与蓄电池长期直接并联用于启动车辆时，超级电容老化快，容量衰减严重。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种车用启动装置、应急启动电源和车用启动电源，可以解决利用超级电容启动车辆时超级电容容量衰减和漏电问题，同时避免了超级电容和可充式电池直接并联可能出现的大电流冲击危险。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种车用启动装置，用于与超级电容模块和可充式电池组连接后启动车辆，所述车用启动装置包括：控制器、第一开关电路和第二开关电路，其中：

所述控制器，用于向所述第一开关电路发出使能信号；以及用于判断当可充式电池组与超级电容模块的电压差小于预设安全值时，向所述第二开关电路发送闭合信号；

所述第一开关电路，用于根据所述控制器发送的使能信号使所述超级电容模块和可充式电池组并联，以及用于调整所述超级电容模块和可充式电池组并联电路的电流；

所述第二开关电路，用于根据所述控制器发送的闭合信号使所述超级电容模块和可充式电池组直接并联。

进一步地，所述第一开关电路包括储能开关驱动电路和储能开关电路，其中：

所述储能开关驱动电路，用于根据所述控制器发送的使能信号使所述储能开关电路处于导通状态，以及用于调整所述储能开关电路的电流；

所述储能开关电路，分别与所述超级电容模块和可充式电池组连接，当所述储能开关电路处于导通状态时，可充式电池组与超级电容模块通过所述储能开关电路并联，使可充式电池组通过所述储能开关电路对超级电容模块进行恒流充电。

进一步地，所述控制器还用于判断当所述可充式电池组的电压值低于第一电压阈值或者高于第二电压阈值时，向所述第一开关电路发送去使能信号或者向所述第二开关电路发送断开信号，并发出故障信号，所述第一电压阈值＜第二电压阈值。

进一步地，所述控制器还用于在所述可充式电池组对超级电容模块进行充电时进行计时，当充电时间超过预设时间值时，向所述第一开关电路发送去使能信号或者向所述第二开关电路发送断开信号，并发出故障信号。

进一步地，所述装置还包括电压检测电路，其用于检测所述超级电容模块和可充式电池组的电压，并将检测到的电压发送至所述控制器。

进一步地，所述装置还包括温度检测电路，所述温度检测电路用于检测所述第一开关电路和/或超级电容模块的温度，并将检测到的温度发送至所述控制器；

所述控制器还用于判断当所述温度检测电路检测到的温度高于第一温度阈值时，向所述第一开关电路发送减小电流信号，使所述第一开关电路减小所述超级电容模块和可充式电池组并联电路的电流；以及用于判断所述温度检测电路检测到的温度高于第二温度阈值时，向所述第一开关电路发送去使能信号或者向所述第二开关电路发送断开信号，并发出故障信号，所述第一温度阈值小于第二温度阈值。

进一步地，所述储能开关电路包括串联的电流监测子电路和储能开关子电路，所述电流监测子电路和储能开关子电路分别与所述储能开关驱动电路相连；所述电流监测子电路用于获取所述储能开关电路的电流值，并将所述电流值的变化趋势发送给所述储能开关驱动电路；

所述储能开关驱动电路用于根据所述电流监测子电路发送的电流值的变化趋势驱动储能开关子电路以调整所述储能开关电路的电流，使可充式电池组通过所述储能开关电路对超级电容模块进行恒流充电。

进一步地，所述电流监测子电路包括电流取样电阻和并联在所述电流取样电阻上的比较电路，其中，所述电流取样电阻一端与所述储能开关子电路连接，另一端与超级电容模块或者可充式电池组连接，所述比较电路与所述储能开关驱动电路相连；所述比较电路用于将从所述电流取样电阻获取的电流值与基准值进行比较，将比较结果发送给所述储能开关驱动电路，所述储能开关驱动电路根据所述比较结果调整所述储能开关电路的电流。

进一步地，所述储能开关子电路包括开关管；所述储能开关驱动电路与所述开关管相连，通过所述开关管调整所述储能开关电路的电流。

进一步地，所述开关管为N-MOS管，所述储能开关驱动电路与所述开关管的栅极相连。

进一步地，所述储能开关电路还包括防倒流二极管，所述防倒流二极管与所述电流监测子电路和储能开关子电路串联。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种应急启动电源，包括超级电容模块、可充式电池组和上述车用启动装置。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种车用启动电源，包括超级电容模块和上述车用启动装置。

本发明实施例利用超级电容的低内阻、宽温、大电流输出特性好、安全的功率型储能特性，与可充式电池组(蓄电池或锂电池等)荷电能量高、等效内阻低的优势互补。本实施例中接通电源后，超级电容和可充式电池组先通过第一开关电路并接，可充式电池组对超级电容进行恒流充电，在超级电容能允许的范围内，以尽可能大的电流为超级电容充电，在应急启动初始阶段提供大电流输出，缩短充电时间，保证了急启动成功率，极大地提升了启动可靠性能、延长了超级电容的使用寿命。另一方面，仅在可充式电池组与超级电容模块的电压差小于预设安全值时，控制器才控制第二开关电路闭合，而当可充式电池组与超级电容模块的电压差大于预设安全值，或者控制电源未接通时，第二开关电路均处于断开状态，即使用状态并联，非使用状态断开，避免了超级电容的漏电问题，同时避免了超级电容长期高电位荷电引起的电容量持续降低和超级电容内阻增大的弊端。

本发明实施例通过恒流预充电设计，成功避免了可充式电池组和超级电容模块分离状态转换到并联状态时，由于电池组和超级电容之间数十V压差、超级电容几个mΩ等效电阻小所造成的数千A电流冲击所造成的安全隐患。解决了业界一直存在的超级电容与电池组并联时出现的大电流充、放电引起的设备损坏的共同难题。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例1一种车用启动装置结构图；

图2为本发明实施例1另一种车用启动装置结构图；

图3为本发明实施例2车用启动装置结构图；

图4为本发明实施例5车用启动装置结构图；

图5为本发明实施例6储能开关电路142示意图；

图6为本发明实施例6中电流监测子电路1421电路示意图；

图7为本发明实施例6中储能开关子电路1422电路示意图；

图8为本发明实施例6中包含防倒流二极管的储能开关电路142示意图；

图9为本发明应用示例应急启动电源立体图一；

图10为本发明应用示例应急启动电源立体图二；

图11为本发明应用示例车用启动装置工作流程图；

图12为本发明应用示例车用启动电源立体图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

申请人经过研究后发现，造成超级电容老化快，容量衰减严重的原因是：当超级电容电压很低或者为零时，蓄电池与超级电容并联后直接给超级电容充电，由于此时超级电容内阻很低，不加以控制的大电流充电会引起超级电容发热，过热会造成超级电容的实际容量下降，输出能力降低。并且由于可充式电池组(蓄电池或锂电池等)待机状态下一直处于并联状态，长期在高电位作用下，由于电容的电极表面或多或少具有一定的官能团，电解液也或多或少具有杂质，在高电压电场作用下电极的官能团或电解液中的杂质会产生法拉第副反应，这些副反应的产物会吸附在多孔碳上或造成多孔碳局部微观失去活性，造成可利用比表面积的下降造成容量损失。同时副反应产物也会造成离子吸附/脱附速度的减慢，增加超级电容内阻。此外由于超级电容器电极为活性炭附着在铝箔集流体上，因此超级电容在充电一定电压时，正极铝箔集流体会发生氧化反应，电压越高，保持高压时间越长氧化程度越大，内阻越大。以上多次失控的大电流充电，长期高电位作用下导致电容容量下降、内阻增加、电解液分解产生气体蒸发、寿命缩短以及漏电等问题。

为了解决超级电容漏电和容量衰减问题，本发明提出以下方案：

实施例一

本实施例车用启动装置应用于与超级电容模块11和可充式电池组12启动车辆，如图1所示，所述装置包括控制器13、第一开关电路14和第二开关电路15，其中：

所述控制器13，用于向所述第一开关电路14发出使能信号；以及用于判断当可充式电池组12与超级电容模块11的电压差小于预设安全值时，向所述第二开关电路15发送闭合信号；

所述第一开关电路14，用于根据所述控制器13发送的使能信号使所述超级电容模块11和可充式电池组12并联，以及用于调整所述超级电容模块11和可充式电池组12并联电路的电流；

所述第二开关电路15，用于根据所述控制器13发送的闭合信号使所述超级电容模块11和可充式电池组12直接并联。

其中：第一开关电路14使超级电容模块11和可充式电池组12并联，是指：所述第一开关电路14分别与超级电容模块11和可充式电池组12相连，当第一开关电路14收到使能信号后，使超级电容模块11和可充式电池组12通过第一开关电路14并联，第一开关电路14可以控制该并联电路的电流。

上述第二开关电路15使超级电容模块11和可充式电池组12直接并联，是指：所述第二开关电路15分别与超级电容模块11和可充式电池组12连接，当第二开关电路15收到闭合信号后，使超级电容模块11和可充式电池组12直接并联。

上述控制器13向第一开关电路14发出使能信号，包括以下情况：控制器13判断当可充式电池组12与超级电容模块11的电压差大于等于预设安全值时，向所述第一开关电路14发出使能信号，或者，控制器13在接通电源后即向第一开关电路14发出使能信号。

第一开关电路14根据控制器13的使能信号使可充式电池组12与超级电容模块11并联，第二开关电路15根据控制器13的闭合信号使可充式电池组12与超级电容模块11并联，换言之，没有控制器13发送控制信号，第一开关电路14和第二开关电路15不会使可充式电池组12与超级电容模块11并联。

上述电源即图1中电源可以是一个DC/DC转换电路，起稳定电压和转换电压的作用，为整个车用启动装置提供电源，其可以集成在车用启动装置内部，也可以使用外部已有电源。

上述方案，仅在可充式电池组12与超级电容模块11的电压差小于预设安全值时，才使二者通过第二开关电路15直接并联，从而使可充式电池组12直接对超级电容模块11进行充电。当可充式电池组12与超级电容模块11的电压差大于等于预设安全值时，通过第一开关电路14并联，由第一开关电路14控制该并联电路的电流，保证超级电容模块11不会因为充电电流过大而导致容量衰减。同时，由控制器13分别控制第一开关电路14和第二开关电路15的导通，从而不会出现因长时间导通而出现的漏电问题。另外，控制器13上电后向第一开关电路14发送使能信号使可充式电池组12与超级电容模块11自动并联，当控制器13断电后，第一开关电路14和第二开关电路15均断开。

采用本发明实施例技术方案可以同时解决超级电容漏电和容量衰减问题，为车用启动电源提供一种优化方案。本发明实施例的车用启动装置可以用于应急启动电源产品中。作为应急启动电源时，所述电源包括超级电容模块、可充式电池组和上述车用启动装置。采用本实施例车用启动装置实现的应急启动电源可以长时间免维护待机和存放。本发明实施例的车用启动装置还可以安装在汽车电路中，作为车用启动电源时，所述电源包括超级电容模块和上述车用启动装置，可充式电池组可以使用车载蓄电池实现。采用本实施例车用启动装置实现的车用启动电源不仅可以实现快速启动，而且可以保证整车用电的稳定性。

此外，本发明实施例的启动装置不仅可以用于家用汽车，还可以应用于工程车辆、军用车辆的应急启动。由于工程车辆、军用车辆需要的启动电流更大，可充式电池组的设计电压较高，例如可用于12v电压的汽油车，以及24v或48v电压的柴油车，更能体现出本发明实施例的优点。

本实施例图1中控制器可以集成有检测超级电容模块和可充式电池组电压的功能，在其他实施例中，控制器也可以从其他仪器、设备处获得超级电容模块和可充式电池组的电压。例如，在一个可选方案中，可以由一个单独的电压检测电路16负责检测超级电容模块11和可充式电池组12的电压，并将检测到的电压发送至所述控制器13，如图2所示。

以上所述可充式电池组12可以为容量型或功率型铅酸电池组，或者为容量型或功率型锂电池组，或者其它可充式电池组。所述超级电容模块11可以为超级电容器或超级电池组或为具有大电流充放电能力的功率型电池组。所述第二开关电路15可以是继电器或者为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。

实施例二

在一个可选方案中，第一开关电路14包括储能开关驱动电路141和储能开关电路142，如图3所示，其中：

所述储能开关驱动电路141，用于根据所述控制器13发送的使能信号使所述储能开关电路142处于导通状态，以及用于调整所述储能开关电路142的电流；

所述储能开关电路142，分别与所述超级电容模块11和可充式电池组12连接，当所述储能开关电路142处于导通状态时，可充式电池组12与超级电容模块11通过所述储能开关电路142并联，使可充式电池组12通过所述储能开关电路142对超级电容模块11进行恒流充电。

可选地，所述控制器13还用于判断当可充式电池组12与超级电容模块11的电压差小于预设安全值时，向所述第一开关电路14发送去使能信号，所述第一开关电路14根据所述控制器13发送的去使能信号断开所述超级电容模块11和可充式电池组12的并联电路；具体地，该控制器13向储能开关驱动电路141发送去使能信号，所述储能开关驱动电路141用于根据所述控制器13发送的去使能信号使所述储能开关电路142处于断开状态。

当第二开关电路15收到闭合信号时，超级电容模块11和可充式电池组12通过第二开关电路15直接并联。由于第二开关电路15电阻很小，可充式电池组12的电流将通过第二开关电路15为超级电容模块11充电。此时，为了避免在第二开关电路15断开后，可充式电池组12与超级电容模块11之间的通路导致超级电容模块漏电，控制器13可以向第一开关电路14发送去使能信号，通过储能开关驱动电路141使储能开关电路142处于断开状态。

通过设置储能开关驱动电路141和储能开关电路142，当可充式电池组12与超级电容模块11压差过大(超过预设安全值)时，储能开关驱动电路141使储能开关电路142处于导通状态。可充式电池组12通过储能开关电路142为超级电容模块11进行恒流预充电。储能开关驱动电路141例如可以是一个PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度变调)电路，通过控制占空比使储能开关电路142间歇导通，以实现恒流充电。避免直接并联后压差过大导致超级电容模块11受损。当可充式电池组12与超级电容模块11的电压差在安全范围内(小于预设安全值)时，控制器13发送使第二开关电路15闭合的信号，使可充式电池组12与超级电容模块11直接并联。通过满足条件的直接并联，避免可充式电池组12与超级电容模块11长时间并联在一起导致的超级电容模块11漏电问题。另外，设置恒流充电，预充电电压逐步增加一方面保证充电安全，另一方面可以加快充电速度，缩短充电时间。

实施例三

在一个可选实施例中，所述车用启动装置还可具有过电压保护功能。所述控制器13用于判断当所述可充式电池组12的电压值低于第一电压阈值或者高于第二电压阈值时，向所述第一开关电路14发送去使能信号或者向所述第二开关电路15发送断开信号，并发出故障信号，所述第一电压阈值＜第二电压阈值。

对于如图3所示车用启动装置，向所述第一开关电路14发送去使能信号，具体为向储能开关驱动电路141发送去使能信号。如果处于恒流预充电模式，则向储能开关驱动电路141发送去使能信号，如果处于直接并联充电模式，则向第二开关电路15发送断开信号。所述第一开关电路14根据所述控制器13发送的去使能信号断开所述超级电容模块11和可充式电池组12的并联电路。对于如图3所示车用启动装置，所述储能开关驱动电路141根据所述控制器13发送的去使能信号使储能开关电路142处于断开状态。

例如，在充电过程中，控制器13如果检测到输入电压低于第一电压阈值(例如20V)或者高于第二电压阈值(30V)，则断开电路、停止充电并输出故障信号。上述充电过程包括可充式电池组12通过第一开关电路14(储能开关电路142)对超级电容模块11进行恒流充电的过程，或者可充式电池组12通过第二开关电路15对超级电容模块11进行直接充电的过程。

实施例四

在一个可选实施例中，所述车用启动装置还可具有充电异常保护功能。所述控制器13用于在所述可充式电池组12对超级电容模块11进行充电时进行计时，当充电时间超过预设时间值时，向所述第一开关电路14发送去使能信号或者向所述第二开关电路15发送断开信号，并发出故障信号。

对于如图3所示车用启动装置，向所述第一开关电路14发送去使能信号，具体为向储能开关驱动电路141发送去使能信号。如果处于恒流预充电模式，则向储能开关驱动电路141发送去使能信号，如果处于直接并联充电模式，则向第二开关电路15发送断开信号。所述第一开关电路14根据所述控制器13发送的去使能信号断开所述超级电容模块11和可充式电池组12的并联电路。对于如图3所示车用启动装置，所述储能开关驱动电路141根据所述控制器13发送的去使能信号使储能开关电路142处于断开状态。

例如，在充电过程中，控制器13进行计时，如果充电时间超过设计充电时间的2倍，则停止充电并输出故障信号。上述充电过程包括可充式电池组12通过第一开关电路14(储能开关电路142)对超级电容模块11进行恒流充电的过程，或者可充式电池组12通过第二开关电路15对超级电容模块11进行直接充电的过程。

实施例五

本实施例车用启动装置具有二级过热保护功能。在上述实施例的基础上，所述装置还可包括温度检测电路17，如图4所示。

对于图1或图2所示车用启动装置，所述温度检测电路17用于检测所述第一开关电路14和/或超级电容模块11的温度，并将检测到的温度发送至所述控制器13；

所述控制器13还用于判断当所述温度检测电路17检测到的温度高于第一温度阈值时，向所述第一开关电路14发送减小电流信号，使所述第一开关电路14减小所述超级电容模块11和可充式电池组12并联电路的电流；以及用于判断所述温度检测电路17检测到的温度高于第二温度阈值时，向所述第一开关电路14发送去使能信号或者向所述第二开关电路15发送断开信号(如果处于恒流预充电模式，则向第一开关电路14发送去使能信号，如果处于直接并联充电模式，则向第二开关电路15发送断开信号)，并发出故障信号，所述第一温度阈值小于第二温度阈值；

对于图3所示车用启动装置，所述温度检测电路17用于检测储能开关电路142和/或超级电容模块11的温度，并将检测到的温度发送至所述控制器13；

所述控制器13还用于判断当所述温度检测电路17检测到的温度高于第一温度阈值时，向所述储能开关驱动电路14发送减小电流信号，使所述储能开关驱动电路141减小所述储能开关电路142的电流；以及用于判断所述温度检测电路17检测到的温度高于第二温度阈值时，向所述储能开关驱动电路141发送去使能信号或者向所述第二开关电路15发送断开信号(如果处于恒流预充电模式，则向储能开关驱动电路141发送去使能信号，如果处于直接并联充电模式，则向第二开关电路15发送断开信号)，并发出故障信号，所述第一温度阈值小于第二温度阈值。

通过二级过热保护，灵活控制电流，一方面可以监测恒流预充电模式下的储能开关电路142和/或超级电容模块11的温度是否在安全范围内。根据检测对象的温度随时调整对超级电容模块11的预充电电流，安全快速充电，缩短预充电时间。在温度略高时减小电流，避免温度持续升高同时兼顾充电需要，在温度过高时停止充电，避免电路由于温度过高受到损害。另一方面还可以监测直接并联充电模式下超级电容模块11的温度是否在安全范围内。

上述温度检测电路17可以为热敏电阻。例如，控制器13在充电工作过程中通过热敏电阻实时监测储能开关电路142的温度，当温度超过约80℃时，可设置将输出电流降低至一半左右，如果温度继续升高至超过90℃，则立刻关闭电路、停止充电过程并输出故障信号。

在一个可选实施例中，上述各实施例中的车用启动装置还可以设置显示模块，可以显示以下内容的一种或多种：车用启动装置的输出电压、荷电量、可充式电池组电压、超级电容电压、充放电电流、温度、超级电容容量指示等参数。

实施例六

本实施例描述上述实施例中的储能开关电路142，如图5所示，储能开关电路142包括串联的电流监测子电路1421和储能开关子电路1422，所述电流监测子电路1421和储能开关子电路1422分别与所述储能开关驱动电路141相连；所述电流监测子电路1421用于获取所述储能开关电路142的电流值，并将所述电流值的变化趋势发送给所述储能开关驱动电路141；

所述储能开关驱动电路141用于根据所述电流监测子电路1421发送的电流值的变化趋势驱动储能开关子电路1422以调整所述储能开关电路142的电流，使可充式电池组12通过所述储能开关电路142对超级电容模块11进行恒流充电。

如图6所示，上述电流监测子电路1421例如可以包括电流取样电阻和并联在所述电流取样电阻上的比较电路，其中，所述电流取样电阻与所述储能开关子电路1422串联，所述比较电路与所述储能开关驱动电路141相连；所述比较电路用于将从所述电流取样电阻获取的电流值与基准值进行比较，将比较结果发送给所述储能开关驱动电路141，所述储能开关驱动电路141根据所述比较结果调整所述储能开关电路142的电流，所述储能开关驱动电路141根据电流监控子电路1421的输入，负反馈控制占空比，从而保持所述储能开关子电路1422电流的恒定。

在本实施例附图中，电流监测子电路1421与可充式电池组12相连，储能开关子电路1422与超级电容模块11相连，在其他实施例中，电流监测子电路1421与储能开关子电路1422的位置可以互换，即电流监测子电路1421与超级电容模块11相连，储能开关子电路1422与可充式电池组12相连。具体地，电流取样电阻的一端与所述储能开关子电路连接，另一端可与超级电容模块或者可充式电池组连接。

如图7所示，上述储能开关子电路1422包括开关管；所述储能开关驱动电路141与所述开关管相连，通过所述开关管调整所述储能开关电路142的电流。

可选的，所述开关管为N-MOS管，所述储能开关驱动电路141所述开关管的栅极相连。储能开关驱动电路141通过控制占空比，保证N-MOS管的负载电流处于恒定状态。储能开关驱动电路141可以采用现有技术实现。

可选的，如图8所示，所述储能开关电路142还包括防倒流二极管，所述防倒流二极管与所述电流监测子电路1421和储能开关子电路1422串联。

以上各实施例以及实施例中的各可选实施方式可以互相结合使用。

上述实施例方案车用启动装置可以位于车辆内部，与超级电容和车载蓄电池连接后用于启动车辆。车辆启动后，可以使用超级电容与车载蓄电池为当前车辆供电。当上述车用启动装置位于车辆内部作为车用启动电源时，电路设计成控正极(共负极)，即储能开关电路、储能开关驱动电路等控制电路连接在正极上。该装置还可以独立于车辆，与超级电容和可充式电池组连接后作为应急启动电源即移动应急电源使用。当上述车用启动装置作为移动应急电源时，电路设计成控负极(共正极)，即储能开关电路、储能开关驱动电路等控制电路连接在负极上。

当上述车用启动装置作为应急启动电源使用时，还可以具有反向充电功能，在车辆启动后，当车载发电机的电压高于车用启动装置的电压时，会产生反向电流对应急启动电源补充电。

应用示例

本示例提供一个具体应用示例，本示例中应急启动电源包括超级电容、可充式电池组和上述车用启动装置，见图9和图10，其中，超级电容模块11为超级电容器(以下简称超级电容)，可充式电池组12为锂电池，也可以为铅酸蓄电池，控制器13和第一开关电路14(包括储能开关驱动电路和储能开关电路)集成在一块电路板上，控制器13采用MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)实现，第二开关电路15采用直流真空继电器实现。

未工作时，继电器处于断开状态，超级电容和锂电池没有并联。启动流程如图11所示，包括以下步骤：

步骤1，闭合电路总开关，接通控制电源，超级电容、锂电池负极搭铁，启动电路闭锁；

此时，电压检测电路会实时检测超级电容和锂电池的电压，并将检测到的电压上报MCU；

步骤2，储能开关电路处于导通状态，锂电池对超级电容自动恒流预充电；

预充电电流的设置除了考虑超级电容额定电压之外，还可以参考超级电容与锂电池之间的电压差和/或锂电池温度值。保持一个基本稳定的电流对超级电容充电；锂电池温度值越高，预充电电流越小。

步骤3，MCU判断锂电池与超级电容之间的电压差是否小于预设安全值，如果是，执行步骤4，如果否，返回步骤2；

电压差大于预设安全值说明此时超级电容和锂电池不宜直接并联，故继电器仍处于断开状态。预设安全值是会严重导致超级电容缩短寿命的电压差。

步骤4，MCU向继电器发送闭合信号，使超级电容与锂电池直接并联，为起动车辆做好准备；

步骤5，按启动开关(例如拧车钥匙或按启动按钮)，超级电容和蓄电池为车辆供电，车辆启动。

超级电容充电完毕，超级电容与锂电池直接并联后可通过指示灯、显示器或报警音等方式通知用户。用户启动车辆成功后，继电器继续处于闭合状态，继而超级电容与锂(蓄)电池的并联、共同对车载电器供电，应对车辆电器的突发大电流需要、稳定供电电路的电压。当用户关断车辆电路总开关的时候，以上控制电路断电、继电器断开，继而超级电容与锂(蓄)电池的断开。此外，如果出现锂(蓄)电池电压低于第一电压阈值或者高于第二电压阈值，或者锂(蓄)电池温度高于第二温度阈值，或者充电时间超过预设时间值，则MCU会断开继电器。例如，如果用户忘记断开电源，当MCU检测到锂(蓄)电池电压低于预设第一电压阈值时，则MCU断开继电器，锂(蓄)电池停止输出电流，从而保护锂(蓄)电池和超级电容。

为了在极端气温(例如-20～-43℃)的条件下，作为应急启动电源使用时还可以设置加热装置，启动加热装置后确保可充式电池组仍能够高倍率的电流输出。

另外，当应急启动电源多次启动车辆发动机后，导致电量降低，可利用车载的发电机为锂电池和超级电容进行补充性反充电。锂电池获得充电后，就可以连续启动其他车辆，保障高效、快捷启动其它待援车辆。除了采用车辆启动后给锂电池快速反充电的方式外，还可以通过充电器用外部市电为锂电池充电。

图12所示为车用启动电源，包括超级电容和前述车用启动装置。

本发明实施例车用启动电源能够满足12V乘用车、24V商用车，24V或48V装甲、履带重型车辆等所有车辆使用。

本发明实施例车用启动电源具有大功率、高能量、小型、轻量化、超低自放电损耗等优点，使用环境温度范围宽达-43℃～+55℃，能满足军方的宽温使用要求，适宜在全军各类车辆动力应急外启动需要。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种车用启动装置，用于与超级电容模块和可充式电池组连接后启动车辆，其特征在于，所述车用启动装置包括：控制器、第一开关电路和第二开关电路，其中：

所述控制器，用于向所述第一开关电路发出使能信号；以及用于判断当可充式电池组与超级电容模块的电压差小于预设安全值时，向所述第二开关电路发送闭合信号；

所述第一开关电路，用于根据所述控制器发送的使能信号使所述超级电容模块和可充式电池组并联，以及用于调整所述超级电容模块和可充式电池组并联电路的电流；

所述第二开关电路，用于根据所述控制器发送的闭合信号使所述超级电容模块和可充式电池组直接并联。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述第一开关电路包括储能开关驱动电路和储能开关电路，其中：

所述储能开关驱动电路，用于根据所述控制器发送的使能信号使所述储能开关电路处于导通状态，以及用于调整所述储能开关电路的电流；

所述储能开关电路，分别与所述超级电容模块和可充式电池组连接，当所述储能开关电路处于导通状态时，可充式电池组与超级电容模块通过所述储能开关电路并联，使可充式电池组通过所述储能开关电路对超级电容模块进行恒流充电。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，

所述控制器还用于判断当所述可充式电池组的电压值低于第一电压阈值或者高于第二电压阈值时，向所述第一开关电路发送去使能信号或者向所述第二开关电路发送断开信号，并发出故障信号，所述第一电压阈值＜第二电压阈值。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，

所述控制器还用于在所述可充式电池组对超级电容模块进行充电时进行计时，当充电时间超过预设时间值时，向所述第一开关电路发送去使能信号或者向所述第二开关电路发送断开信号，并发出故障信号。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，

所述装置还包括电压检测电路，其用于检测所述超级电容模块和可充式电池组的电压，并将检测到的电压发送至所述控制器。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，

所述装置还包括温度检测电路，所述温度检测电路用于检测所述第一开关电路和/或超级电容模块的温度，并将检测到的温度发送至所述控制器；

所述控制器还用于判断当所述温度检测电路检测到的温度高于第一温度阈值时，向所述第一开关电路发送减小电流信号，使所述第一开关电路减小所述超级电容模块和可充式电池组并联电路的电流；以及用于判断所述温度检测电路检测到的温度高于第二温度阈值时，向所述第一开关电路发送去使能信号或者向所述第二开关电路发送断开信号，并发出故障信号，所述第一温度阈值小于第二温度阈值。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述储能开关电路包括串联的电流监测子电路和储能开关子电路，所述电流监测子电路和储能开关子电路分别与所述储能开关驱动电路相连；所述电流监测子电路用于获取所述储能开关电路的电流值，并将所述电流值的变化趋势发送给所述储能开关驱动电路；

所述储能开关驱动电路用于根据所述电流监测子电路发送的电流值的变化趋势驱动储能开关子电路以调整所述储能开关电路的电流，使可充式电池组通过所述储能开关电路对超级电容模块进行恒流充电。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述电流监测子电路包括电流取样电阻和并联在所述电流取样电阻上的比较电路，其中，所述电流取样电阻一端与所述储能开关子电路连接，另一端与超级电容模块或者可充式电池组连接，所述比较电路与所述储能开关驱动电路相连；所述比较电路用于将从所述电流取样电阻获取的电流值与基准值进行比较，将比较结果发送给所述储能开关驱动电路，所述储能开关驱动电路根据所述比较结果调整所述储能开关电路的电流。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述储能开关子电路包括开关管；所述储能开关驱动电路与所述开关管相连，通过所述开关管调整所述储能开关电路的电流。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述开关管为N-MOS管，所述储能开关驱动电路与所述开关管的栅极相连。

11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述储能开关电路还包括防倒流二极管，所述防倒流二极管与所述电流监测子电路和储能开关子电路串联。

12.一种应急启动电源，其特征在于，包括超级电容模块、可充式电池组，以及如权利要求1-11中任一项所述的车用启动装置。

13.一种车用启动电源，其特征在于，包括超级电容模块，以及如权利要求1-11中任一项所述的车用启动装置。