CN108791118A - 基于燃油发动机的起动系统及汽车 - Google Patents

基于燃油发动机的起动系统及汽车 Download PDF

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Abstract

一种基于燃油发动机的起动系统及汽车，所述系统包括：超级电容、双向DC/DC变换器、发电机、起动机和起动系统控制器，所述起动系统控制器分别与所述超级电容及所述双向DC/DC变换器连接，根据起动所述起动机的起动信号，以及所述超级电容的输出电压，控制所述双向DC/DC变换器正向导通或反向导通，在所述双向DC/DC变换器正向导通时，所述双向DC/DC变换器对所述超级电容的输出电压进行电压转换后向所述起动机供电。本发明方案可以有效地管理超级电容存储的能量，有利于延长超级电容在起动机起动时的供电时间，减少蓄电池单独向起动机供电的机会，从而延长蓄电池的寿命。

Description

基于燃油发动机的起动系统及汽车
技术领域
本发明涉及汽车的起动技术领域，尤其是一种基于燃油发动机的起动系统及汽车。
背景技术
随着我国经济持续快速发展，汽车产业日益繁荣。目前市场上的汽车主要以燃油车为主，通过燃油发动机提供动力，包括汽油发动机和柴油发动机。
燃油发动机常用的起动方式为起动机起动，当起动机轴上的驱动齿轮与发动机飞轮周缘上的环齿啮合时，起动机旋转产生的电磁转矩通过飞轮传递给发动机的曲轴，使燃油发动机起动。
现有的起动机大都采用蓄电池作为能量供应单元，但是起动过程中的大电流冲击会对蓄电池本身造成伤害。这是因为，在起动初始瞬间，起动机不产生感生电势，导致起动瞬间电流极大，而蓄电池长期进行大电流放电，将导致蓄电池极板过度极化现象，进而使寿命大大缩短。
上述问题随着启停系统的开发更加凸显出来。具体而言，由于在汽车行驶中，发动机有相当部分时间处于怠速状态，约有5％的燃油消耗在怠速状态下，为降低燃油消耗和排放，启停系统被开发出来。具体而言，在汽车等待信号灯或者堵车时，自动关闭发动机；当要继续行驶时，踩下离合器踏板或是松开制动踏板，发动机立即重新起动。通过启停系统的调节，达到减少汽车怠速工况下所产生的燃油消耗和尾气排放。另外，汽车驾驶员在释放油门踏板或刹车使车辆减速时，将产生多余的能量，往往都变成热量消散在空气中，将制动能量回收，进而通过发电机对这部分能量重新利用，在汽车制动过程中向蓄电池充电，有助于提高汽车的燃油经济性。
由于启停系统的应用，汽车的起动次数、频率增加，导致蓄电池充放电的频率也相应地增加，更大程度上使蓄电池寿命减少。并且由于蓄电池的布置空间有限，非常紧凑，频繁的充放电使得热量发生积累，进而使蓄电池暴露在高温环境中造成高温失效。进一步地，当蓄电池向其它电气负载充电时，还将对其它电气负载和整车电气系统产生影响。
超级电容有望取代蓄电池作为另一种能量供应单元。这是因为超级电容具有充放电效率高(能够达到99％)、循环寿命长(可以达到100万次)、温度适用范围宽(-40℃～65℃)的优点，能够高效利用瞬态制动回馈的功率。但是与蓄电池相比，超级电容容量较小，单次充放电的能量有限，导致在面对持续大强度的制动能量回收时，能力受限。为了兼顾蓄电池和超级电容的优点，现有技术已有将二者共同使用的方案，例如在一种复合储能技术中将蓄电池和超级电容并联，从而实现为起动机提供起动能量来源，以及进行制动能量回收。
但是，在现有技术中，容易出现因为超级电容在汽车起动时供能不足，导致蓄电池单独向发动机进行大电流供电的情况，从而又发生上述影响蓄电池寿命的问题。这是因为在供应能量的过程中，超级电容的输出电压将逐渐降低，直至降低至工作电压下限值(例如8V)时，为了保护发动机、超级电容及其它电气负载不受低压影响，不得不停止超级电容对外供电。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种基于燃油发动机的起动系统及汽车，根据超级电容的输出电压控制双向DC/DC变换器导通或关断，可以有效地管理超级电容存储的能量，有利于延长超级电容在起动机起动时的供电时间，减少蓄电池单独向起动机供电的机会，从而延长蓄电池的寿命。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于燃油发动机的起动系统，其特征在于，包括超级电容、双向DC/DC变换器、发电机、起动机和起动系统控制器，其中所述超级电容的第一端连接所述起动机的第一端，所述超级电容的第二端与所述双向DC/DC变换器的第一端连接，所述双向DC/DC变换器的第二端连接所述起动机的第二端；所述发电机的第一端连接所述超级电容的第一端，所述发电机的第二端连接所述双向DC/DC变换器的第二端；所述起动系统控制器分别与所述超级电容及所述双向DC/DC变换器连接，根据起动所述起动机的起动信号以及所述超级电容的输出电压，控制所述双向DC/DC变换器正向导通或反向导通，在所述双向DC/DC变换器正向导通时，所述双向DC/DC变换器对所述超级电容的输出电压进行电压转换后向所述起动机供电，在所述双向DC/DC变换器反向导通时，所述发动机适于通过所述双向DC/DC变换器向所述超级电容充电。
可选地，所述起动系统控制器包括：接收单元，适于接收所述起动信号；比较单元，适于接收所述超级电容的输出电压，并与预设电压下限值和预设电压阈值进行比较，所述预设电压阈值高于所述预设电压下限值；控制单元，根据所述比较单元的比较结果以及所述起动信号控制所述双向DC/DC变换器正向导通或反向导通。
可选地，在所述超级电容的输出电压高于所述预设电压下限值且低于所述预设电压阈值时，如果所述接收单元接收到所述起动信号，则所述控制单元控制所述双向DC/DC变换器正向导通，否则所述控制单元控制所述双向DC/DC变换器反向导通，其中，所述预设电压阈值高于所述预设电压下限值。
可选地，响应于所述超级电容输出的电压低于所述预设电压下限值，所述控制单元控制所述双向DC/DC变换器反向导通。
可选地，本发明实施例还包括第一开关，其第一端连接所述超级电容的第二端，其第二端连接所述起动机的第二端，所述第一开关的控制端由所述控制单元控制，响应于所述超级电容的输出电压高于所述预设电压阈值，所述控制单元控制所述第一开关导通，以使所述超级电容经由所述第一开关向所述起动机供电。
可选地，所述第一开关包括电子继电器。
可选地，本发明实施例还包括蓄电池，所述蓄电池的第一端连接所述发电机的第一端，所述蓄电池的第二端连接所述发电机的第二端。
可选地，本发明实施例还包括第二开关，所述起动机的第二端经由所述第二开关连接所述双向变换器的第二端，所述第二开关的第一端连接所述起动机与第一开关的第二端，所述第二开关的第二端连接所述发电机、双向DC/DC变换器与蓄电池的第二端，所述第二开关的控制端由所述控制单元控制，响应于所述超级电容的输出电压低于所述预设电压阈值，所述控制单元控制所述第一开关关断，在接收到所述起动信号时，所述控制单元控制所述第二开关导通并控制所述双向DC/DC变换器正向导通，所述超级电容经由所述双向DC/DC变换器后与所述蓄电池并联，并经由所述第二开关向所述起动机供电。
可选地，所述第二开关包括电子继电器。
可选地，本发明实施例还包括电气负载，所述电气负载的第一端连接所述起动机的第一端，所述电气负载的第二端连接所述起动机的第二端，响应于所述超级电容的输出电压高于所述预设电压阈值，所述控制单元控制所述第一开关导通，所述超级电容经由所述第一开关向所述电气负载供电。
为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种汽车，所述汽车包括上述的基于燃油发动机的起动系统。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明实施例提供一种基于燃油发动机的起动系统，所述起动系统可以包括超级电容、双向DC/DC变换器、发电机、起动机和起动系统控制器，其中，所述超级电容的第一端连接所述起动机的第一端，所述超级电容的第二端与所述双向DC/DC变换器的第一端连接，所述双向DC/DC变换器的第二端连接所述起动机的第二端；所述发电机的第一端连接所述超级电容的第一端，所述发电机的第二端连接所述双向DC/DC变换器的第二端；所述起动系统控制器分别与所述超级电容及所述双向DC/DC变换器连接，根据起动所述起动机的起动信号以及所述超级电容的输出电压，控制所述双向DC/DC变换器正向导通或反向导通，在所述双向DC/DC变换器正向导通时，所述双向DC/DC变换器对所述超级电容的输出电压进行电压转换后向所述起动机供电，在所述双向DC/DC变换器反向导通时，所述发动机适于通过所述双向DC/DC变换器向所述超级电容充电。采用本发明实施例，根据超级电容的输出电压控制双向DC/DC变换器导通或关断，可以管理超级电容存储的能量，有利于有效地延长超级电容在起动机起动时的供电时间，利用所述超级电容可以大电流快速充放电的优良性能，减少在起动机起动时，蓄电池单独向起动机供电的机会，从而避免大电流对蓄电池的冲击，延长蓄电池的寿命。
进一步，本发明实施例采用双向DC/DC变换器对所述超级电容的输出电压进行电压转换，使超级电容通过所述双向DC/DC变换器后实现对外供电，可以实现工作电压的稳定输出。具体而言，随着电能输出，超级电容的输出电压逐渐降低，为实现恒压保持，可以通过双向DC/DC变换器将可变的直流电压转换成为固定的直流电压，进而保护整车电气系统和电气负载。
进一步，本发明实时例通过控制双向DC/DC变换器与所述起动系统中的开关器件，可以根据超级电容的输出电压调节超级电容与蓄电池的供能比。在超级电容的输出电压较高时，通过优先使用超级电容，为汽车制动过程中的制动能量回收提供空间，增加整车的燃油经济性。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种基于燃油发动机的起动系统的示意性结构框图；
图2是本发明实施例中的另一种基于燃油发动机的起动系统的示意性结构框图；
图3是本发明实施例中的又一种基于燃油发动机的起动系统的示意性结构框图；
图4是本发明实施例中的再一种基于燃油发动机的起动系统的示意性结构框图；
图5是本发明实施例中的一种启停系统中控制发动机关闭的方法的流程图；
图6是本发明实施例中的一种启停系统中控制发动机启动的方法的流程图。
具体实施方式
如背景技术部分所述，在现有技术中，当将蓄电池和超级电容连接起来，为起动机提供起动能量来源时，频繁出现因为超级电容在汽车起动时供能不足，导致蓄电池单独向发动机进行大电流供电的情况，进而由于频繁的充放电使蓄电池寿命减少。
本发明的发明人经过研究发现，上述问题的关键是现有技术中没有对超级电容的供能情况和供能对象设限，也就无法在需要超级电容工作时确保超级电容的工作电压处于可工作范围。
本发明实施例提供一种基于燃油发动机的起动系统，所述起动系统可以包括超级电容、双向DC/DC变换器、发电机、起动机和起动系统控制器，其中，所述超级电容的第一端连接所述起动机的第一端，所述超级电容的第二端与所述双向DC/DC变换器的第一端连接，所述双向DC/DC变换器的第二端连接所述起动机的第二端；所述发电机的第一端连接所述超级电容的第一端，所述发电机的第二端连接所述双向DC/DC变换器的第二端；所述起动系统控制器分别与所述超级电容及所述双向DC/DC变换器连接，根据起动所述起动机的起动信号以及所述超级电容的输出电压，控制所述双向DC/DC变换器正向导通或反向导通，在所述双向DC/DC变换器正向导通时，所述双向DC/DC变换器对所述超级电容的输出电压进行电压转换后向所述起动机供电，在所述双向DC/DC变换器反向导通时，所述发动机适于通过所述双向DC/DC变换器向所述超级电容充电。采用本发明实施例，根据超级电容的输出电压控制双向DC/DC变换器导通或关断，可以在所述超级电容的工作电压降低至预设电压阈值时，限制所述超级电容可以在起动机起动的情况下仅对起动机供电，不对其它电器负载供电，并且在非起动机起动的情况下也不对外供电。从而管理超级电容存储的能量，有利于有效地延长超级电容在起动机起动时的供电时间，利用所述超级电容可以大电流快速充放电的优良性能，减少在起动机起动时，蓄电池单独向起动机供电的机会，从而避免大电流对蓄电池的冲击，延长蓄电池的寿命。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1是本发明实施例中的一种基于燃油发动机的起动系统的示意性结构框图。
如图1所示，本发明实施例提出的基于燃油发动机的起动系统10可以包括：超级电容101、双向DC/DC变换器102、起动机103、发电机104和起动系统控制器105。
其中，所述超级电容101的第一端连接所述起动机103的第一端，所述超级电容101的第二端与所述双向DC/DC变换器102的第一端连接，所述双向DC/DC变换器102的第二端连接所述起动机103的第二端。
在具体实施中，可以通过估算所需启动能量和回收的制动能量采用合适容量的超级电容101，作为一个非限制性的例子，可以采用6个超级电容101单体串联，其中每个单体电容量为1200F，组成200F的超级电容101。
所述双向DC/DC变换器102，也被称之为双向直流转直流(Direct Current/DirectCurrent，DC/DC)变换器、开关电源或开关调整器，导通时可以实现将输入端的直流电压在输出端转换成不同电压值的直流电压。在本发明实施例中，可以设定为电流从双向DC/DC变换器102的第一端流向第二端为正向导通，反之，则为反向导通。
在具体实施中，可以选择双方向、升降压的双向DC/DC变换器102。作为一个非限制性的例子，正向导通时，双向DC/DC变换器102可以在所述超级电容101的工作范围内，将超级电容101的输出电压(8V～15V)转换为恒定电压输出，有助于对起动机103、其它电气负载和整车电气系统的保护，例如对于恒定电压需求为13.8V的整车用电系统，可以设定通过双向DC/DC变换器102正向导通后转换得到的恒定电压为13.8V。反向导通时，双向DC/DC变换器102可以将13.8V的输入电压转换为16V的输出电压，有助于提高所述发电机104对超级电容101的充电效率。
所述发电机104的第一端连接所述超级电容101的第一端，所述发电机104的第二端连接所述双向DC/DC变换器102的第二端。
所述起动系统控制器105分别与所述超级电容101及所述双向DC/DC变换器102连接，根据起动所述起动机103的起动信号，以及所述超级电容101的输出电压，控制所述双向DC/DC变换器102正向导通或反向导通，在所述双向DC/DC变换器102正向导通时，所述双向DC/DC变换器102对所述超级电容101的输出电压进行电压转换后向所述起动机103供电，在所述双向DC/DC变换器102反向导通时，所述发动机适于通过所述双向DC/DC变换器102向所述超级电容101充电。
具体地，在所述双向DC/DC变换器102反向导通时，所述双向DC/DC变换器102对所述超级电容101的输出电压进行电压转换后向所述起动机103供电。在所述双向DC/DC变换器102反向导通时，所述发电机104适于通过所述双向DC/DC变换器102向所述超级电容101充电。优选地，在汽车制动减速时，所述发电机104可以利用制动回收的能量向所述超级电容101充电。
在具体实施中，所述超级电容101、双向DC/DC变换器102、发电机104和起动机103之间可以通过硬线连接。所述起动系统控制器105通过车载控制器局域网络(ControllerArea Network，CAN)与所述超级电容101及所述双向DC/DC变换器102连接，并且以车身CAN信号的形式获取到控制起动机103起动的起动信号、车速、超级电容101的电流与电压信号、双向DC/DC变换器102的信号、发电机104和起动机103的转速信号等。
在具体实施中，所述起动系统控制器105可以包括接收单元(图未示)、比较单元(图未示)和控制单元(图未示)。其中，所述接收单元适于接收所述起动信号。所述比较单元适于接收所述超级电容101的输出电压，并与预设电压下限值和预设电压阈值进行比较，所述预设电压阈值高于所述预设电压下限值。所述控制单元适于根据所述比较单元的比较结果以及所述起动信号控制所述双向DC/DC变换器102正向导通或反向导通。
其中，所述比较单元可以采用比较器，所述控制单元可以采用微控制器105、可编程逻辑器件等。本发明实施例不对接收单元、比较单元和控制单元的具体实施方式进行特殊限制。
进一步地，在所述超级电容101的输出电压高于预设电压下限值且低于预设电压阈值时，如果所述接收单元接收到所述起动信号，则所述控制单元控制所述双向DC/DC变换器102正向导通，否则所述控制单元控制所述双向DC/DC变换器102反向导通。
具体地，所述预设电压阈值是为限制所述超级电容101的供电对象而设置的，当超级电容101的输出电压在预设电压阈值以上时，所述超级电容101可以向整车电气系统和其它电气负载供电。当超级电容101的输出电压降低至预设电压阈值以下时，所述超级电容101将保留剩余电量，暂停对外供电，以确保当需要超级电容101向起动机103供电时，超级电容101的工作电压处于可工作范围。
可以理解的是，如果预设电压阈值设置的过高，将致使超级电容101保留电量过多，在电量充足的情况下却不能向整车电气系统和其它电气负载供电，将无法充分利用超级电容101充放电效率高的特性，从而导致资源浪费。如果预设电压阈值设置的过低，将致使超级电容101保留电量过少，当电量少至无法供应起动机103进行起动时，仍然不得不采用蓄电池(图未示)向起动机103供电，从而起不到保护蓄电池免受大电流冲击的作用。
作为一个非限制性的例子，对于要求恒定电压为13.8V的整车用电系统，预设电压阈值可以设置为10V。
所述预设电压下限值即为所述超级电容101的工作范围下限值，是为了限制超级电容101在工作范围之外对外供电而设置的。作为一个非限制性的例子，对于恒定电压需求为13.8V的整车用电系统，预设电压下限值可以设置为8V。
当所述超级电容101的输出电压高于预设电压下限值且低于预设电压阈值时时，所述超级电容101可以仅在起动机103起动的情况下对起动机103供电，但是不对其它电器负载供电。从而有效地延长超级电容101在起动机103起动时的供电时间，利用所述超级电容101可以大电流快速充放电的优良性能，减少蓄电池单独向起动机103供电的机会，从而避免大电流对蓄电池的冲击，延长蓄电池的寿命。
更进一步地，响应于所述超级电容101输出的电压低于预设电压下限值，所述控制单元控制所述双向DC/DC变换器102反向导通。
具体地，当超级电容101的输出电压降至工作范围下限值时，为了保护整车电气系统和其它电气负载，限制超级电容101对外供电。
采用本发明实施例，可以在所述超级电容101的工作电压降低至预设电压阈值时，限制所述超级电容101可以在起动机103起动的情况下仅对起动机103供电，不对其它电器负载供电，并且在非起动机103起动的情况下也不对外供电。从而有效地延长超级电容101在起动机103起动时的供电时间，利用所述超级电容101可以大电流快速充放电的优良性能，减少在起动机103起动时，蓄电池单独向起动机103供电的机会，从而避免大电流对蓄电池的冲击，延长蓄电池的寿命。
图2为本发明实施例中的另一种基于燃油发动机的起动系统的示意性结构框图。如图2所示，本发明实施例提出的基于燃油发动机的起动系统20可以包括：超级电容201、双向DC/DC变换器202、起动机203、发电机204、起动系统控制器205和第一开关206。
其中，所述第一开关206的第一端连接所述超级电容201的第二端，其第二端连接所述起动机203的第二端，所述第一开关206的控制端由所述控制单元控制，响应于所述超级电容201的输出电压高于预设电压阈值，所述控制单元控制所述第一开关206导通，以使所述超级电容201经由所述第一开关206向所述起动机203供电。
具体地，可以通过第一开关206的导通使所述超级电容201直接向起动机203供电，以提高供电效率。这是因为，虽然双向DC/DC变换器202可以起到使所述超级电容201恒压输出的作用，但是电流流过双向DC/DC变换器202会导致能量损耗，通过第一开关206的关断调整所述超级电容201直接向起动机203供电有助于实现更大的电流，起动更快，效率更高。
进一步地，将第一开关206设置为在超级电容201的输出电压高于预设电压阈值时导通，有助于避免在超级电容201电量不足时对外直接供电，致使整车电气系统和电气负载受损。
更进一步地，所述发电机204可以通过第一开关206向超级电容201供电，有助于降低供电期间由于电流反向流过双向DC/DC变换器202导致的能量损耗。
其中，所述第一开关206可以采用电子继电器、光电耦合器、可控硅开关等。
更进一步地，所述起动系统20还可以包括蓄电池207，所述蓄电池207的第一端连接所述发电机204的第一端，所述蓄电池207的第二端连接所述发电机204的第二端。
在本发明实施例中，可以采用输出电压恒定的发电机204(例如输出电压为13.8V)，从而为一直与其连接的蓄电池207提供充电电压，有助于对蓄电池207提供保护。
在具体实施中，所述蓄电池207可以一直连接在所述起动机203上，为起动机203供电。这是因为，通过所述控制单元对双向DC/DC变换器202与所述第一开关206的控制，可以控制所述超级电容201在起动机203起动时与蓄电池207并联向起动机203供电，也即避免蓄电池207单独向起动机203供电，从而减少了发生大电流冲击蓄电池207的可能性。
在具体实施中，所述超级电容201、双向DC/DC变换器202、起动机203、发电机204、第一开关206和蓄电池207之间可以通过硬线连接。所述起动系统控制器205通过CAN与所述超级电容201及所述双向DC/DC变换器202连接，并且以车身CAN信号的形式获取到控制起动机203起动的起动信号、车速、超级电容201的电流与电压信号、双向DC/DC变换器202的信号、发电机204和起动机203的转速信号、第一开关206的信号等。
如图3所示的又一种基于燃油发动机的起动系统30可以包括：超级电容301、双向DC/DC变换器302、起动机303、发电机304、起动系统控制器305、第一开关306、蓄电池307和第二开关308。
其中，所述起动机303的第二端经由所述第二开关308连接所述双向DC/DC变换器302的第二端，所述第二开关308的第一端连接所述起动机303与第一开关306的第二端，所述第二开关308的第二端连接所述发电机304、双向DC/DC变换器302与蓄电池307的第二端，所述第二开关308的控制端由所述控制单元控制；响应于所述超级电容301的输出电压低于所述预设电压阈值，所述控制单元控制所述第一开关306关断，在接收到所述起动信号时，所述控制单元控制所述第二开关308导通并控制所述双向DC/DC变换器302正向导通，所述超级电容301经由所述双向DC/DC变换器302后与所述蓄电池307并联，并经由所述第二开关308向所述起动机303供电。
具体地，第一开关306在超级电容301的输出电压低于预设电压阈值时关断，超级电容301可以通过双向DC/DC变换器302升压后与蓄电池307并联向起动机303供电，相比于仅由超级电容301供电的情况，本发明实施例能够提供更多的能量，促使起动机303起动地更快。
在另一具体实施例中，响应于所述超级电容301的输出电压高于所述预设电压阈值，所述控制单元控制所述第一开关306导通，在所述第二开关308关断，且所述双向DC/DC变换器302反向导通时，所述蓄电池307经由所述双向DC/DC变换器302后，和超级电容301并联经由第一开关306向所述起动机303供电。
具体地，第一开关306在超级电容301的输出电压高于预设电压阈值时导通，蓄电池307可以通过反向导通的双向DC/DC变换器302，与超级电容301并联向起动机303供电，供能更足，能够促使起动机303起动地更快。
在又一具体实施例中，响应于所述超级电容301的输出电压高于所述预设电压阈值，所述控制单元控制所述第一开关306导通，在所述第二开关308也导通时，所述蓄电池307通过所述第二开关308向所述起动机303供电。
具体地，第一开关306在超级电容301的输出电压高于预设电压阈值时导通，蓄电池307直接与超级电容301并联向起动机303供电，可以避免在电流经由双向DC/DC变换器302过程中产生能量损耗，从而提供更多的能量，促使起动机303起动地更快。
更进一步地，所述发电机304可以通过第一开关306和第二开关308向超级电容301供电，有助于降低供电期间由于电流反向流过双向DC/DC变换器302导致的能量损耗。
其中，所述第二开关308可以采用电子继电器、光电耦合器、可控硅开关等。
在具体实施中，所述超级电容301、双向DC/DC变换器302、起动机303、发电机304、第一开关306、蓄电池307和第二开关308之间可以通过硬线连接。所述起动系统控制器305通过CAN与所述超级电容301及所述双向DC/DC变换器302连接，并且以车身CAN信号的形式获取到控制起动机303起动的起动信号、车速、超级电容301的电流与电压信号、双向DC/DC变换器302的信号、发电机304和起动机303的转速信号、蓄电池307的电流电压信号、第一开关306和第二开关308的信号等。
如图4所示的再一种基于燃油发动机的起动系统40可以包括：超级电容401、双向DC/DC变换器402、起动机403、发电机404、起动系统控制器405、第一开关406和电气负载407。
其中，所述电气负载407的第一端连接所述起动机403的第一端，所述电气负载407的第二端连接所述起动机403的第二端，响应于所述超级电容401的输出电压高于所述预设电压阈值，所述控制单元控制所述第一开关406导通，所述超级电容401经由所述第一开关406向所述电气负载407供电。
在具体实施中，在超级电容401电量充足的情况下，经由所述第一开关406向所述电气负载407供电，有助于通过优先使用超级电容401，增加整车的燃油经济性。
在具体实施中，所述超级电容401、双向DC/DC变换器402、起动机403、发电机404、第一开关406和电气负载407之间可以通过硬线连接。所述起动系统控制器405通过CAN与所述超级电容401及所述双向DC/DC变换器402连接，并且以车身CAN信号的形式获取到控制起动机403起动的起动信号、车速、超级电容401的电流与电压信号、双向DC/DC变换器402的信号、发电机404和起动机403的转速信号、第一开关406的信号等。
通过搭建仿真模型对图1至图4所述基于燃油发动机的起动系统10、20、30和40进行仿真，获得的结果表明：采用本发明实施例后，油耗最高降低了5.34％。
本发明实施例还公开了一种汽车，所述汽车包括图1至图4所述基于燃油发动机的起动系统10、20、30和40中的任一项。
本领域技术人员应当理解，所述基于燃油发动机的起动系统的结构不限于图1、2、3和4中示出的上述四种起动系统10、20、30和40的具体结构，还可以做各种等同的变换。
进一步地，图1至图4所述基于燃油发动机的启动系统10、20、30和40可以应用于启停系统。具体而言，在汽车处于怠速工况时，视车辆状态自动关闭发动机；当要继续行驶时，根据驾驶员的操作，立即重新启动发动机。通过启停系统的调节，达到减少汽车怠速工况下所产生的燃油消耗和尾气排放，节约能源的目的。
具体地，应当对车辆的状态进行综合判断，以确定是否能够关闭或启动发动机。具体而言，当驾驶员具有启停意图，且车辆满足启停限制条件时，可以控制发动机关闭或启动。所述启停意图可以通过车辆的档位状态、方向盘状态、制动踏板开度状态、油门踏板开度状态获得；所述启停限制条件包括：主开关信号、启停开关信号、车速信号、发动机状态信号、水温信号、超级电容状态信号、电池状态信号、电气需求状态信号、汽车安全信号等。
参照图5，图5是本发明实施例中的一种启停系统中控制发动机关闭的方法的流程图。所述控制发动机关闭的方法可以包括以下步骤S501至S510：
步骤S501：检测车辆状态。
在具体实施中，所述车辆状态包括发动机状态、车辆档位状态、制动踏板开度、车速、发动机水温、正在使用的电气负载的功率和蓄电池荷电状态(State of Charge，SOC)。
其中，所述发动机状态用于指示发动机处于怠速工况或者非怠速工况。具体而言，发动机处于怠速工况是指发动机与传动系统分离且油门踏板完全松开，发动机仅克服自身阻力运转，没有对外输出功。
所述车辆档位状态用于指示车辆处于空档或者非空档。
所述制动踏板开度用于指示制动踏板的踩踏深度，例如可以用一个0～100％的信号来表述制动踏板开度，0代表未踩下制动踏板，100％代表踩到制动踏板最大开度。
所述发动机水温用于指示发动机的温度。具体而言，当发动机温度较低时，冷启动发动机能耗较大，且对发动机损伤也较大。这种情况下，不建议关闭发动机。
所述正在使用的电气负载的功率用于指示是否汽车内部有正在工作的大功率用电器。具体而言，当正在使用的电气负载的功率较大时，所述蓄电池与超级电容将无法满足用电需求。这种情况下，不建议关闭发动机。
所述蓄电池SOC用于指示蓄电池的剩余电量。具体而言，当蓄电池剩余电量过低时，为了避免电池过放电的危害，不建议关闭发动机。
步骤S502：判断发动机是否处于怠速。当判断结果为是时，可以执行步骤S503；反之，则可以执行步骤S501。
在具体实施中，当发动机处于怠速工况时，满足启停系统中关闭发动机的先决条件，并且可以进行下一步检测。反之，当发动机并未处于怠速工况时，应当返回检测车辆状态的步骤，重新进行检测。
步骤S503：判断车辆档位是否为空档。当判断结果为是时，可以执行步骤S504；反之，则可以执行步骤S501。
在具体实施中，当车辆档位为空档时，也即变速箱与驱动轮处于完全分离，发动机不会对驱动轮输出功，满足关闭发动机的条件，并且可以进行下一步检测。反之，当车辆档位未处于空档时，应当返回检测车辆状态的步骤，重新进行检测。
步骤S504：判断制动踏板开度是否大于第一预设开度阈值。当判断结果为是时，可以执行步骤S505；反之，则可以执行步骤S501。
在具体实施中，当制动踏板开度大于第一预设开度阈值时，也即制动踏板被踩下，代表驾驶员有意愿控制车辆减慢车速或者停止运动，满足关闭发动机的条件，并且可以进行下一步检测。反之，当制动踏板未被踩下时，应当返回检测车辆状态的步骤，重新进行检测。
作为一个非限制性例子，可以设定制动踏板的第一预设开度阈值为95％。
步骤S505：判断车速是否低于第一预设车速阈值。当判断结果为是时，可以执行步骤S506；反之，则可以执行步骤S501。
在具体实施中，当车速低于第一预设车速阈值时，代表车辆减慢车速或者停止运动，满足关闭发动机的条件，并且可以进行下一步检测。反之，当车速仍然较高时，应当返回检测车辆状态的步骤，重新进行检测。
作为一个非限制性例子，可以设定第一预设车速阈值为0。
步骤S506：判断发动机水温是否超过预设温度阈值。当判断结果为是时，可以执行步骤S507；反之，则可以执行步骤S501。
在具体实施中，通过发动机水温检测发动机温度，当发动机温度较高时，启动发动机的能耗较小，且对发动机损伤也较小，满足关闭发动机的条件，并且可以进行下一步检测。反之，当发动机温度较低时，应当返回检测车辆状态的步骤，重新进行检测。
作为一个非限制性例子，可以设定预设温度阈值为46℃。
步骤S507：判断是否正在使用的电气负载的功率低于第一预设功率阈值。当判断结果为是时，可以执行步骤S508；反之，则可以执行步骤S501。
在具体实施中，当汽车内部没有正在工作的大功率用电器时，可以判断所述蓄电池与超级电容有可能满足车辆的用电需求，进而认为其满足关闭发动机的条件，并且可以进行下一步检测。反之，应当返回检测车辆状态的步骤，重新进行检测。
作为一个非限制性例子，可以设定第一预设功率阈值为100W。
步骤S508：判断蓄电池SOC是否大于第一预设电量阈值。当判断结果为是时，可以执行步骤S509；反之，则可以执行步骤S501。
在具体实施中，当蓄电池剩余电量较多时，可以判断所述蓄电池与超级电容有可能满足车辆的用电需求，进而认为其满足关闭发动机的条件，并且可以进行下一步检测。反之，应当返回检测车辆状态的步骤，重新进行检测。
作为一个非限制性例子，可以设定第一预设电量阈值为蓄电池SOC是0.5。
步骤S509：判断在预设等待时间内，驾驶员是否未对车辆进行操作。当判断结果为是时，可以执行步骤S510；反之，则可以执行步骤S501。
在具体实施中，如果驾驶员具有关闭发动机的意图，并且在预设时间内对车辆没有任何操作，可以认为其满足关闭发动机的条件，并且可以进行下一步检测。反之，应当返回检测车辆状态的步骤，重新进行检测。
作为一个非限制性例子，可以设定预设等待时间为3s。这是因为在城市路况下，拥堵现象比较普遍，设定预设等待时间可以避免启停过于频繁，对启停系统零部件造成损坏及影响驾驶体验。
步骤S510：关闭发动机。
在本发明实施例中，当驾驶员具有关闭发动机的意图，且车辆满足关闭发动机的限制条件时，控制发动机关闭，可以显著地降低燃油消耗和排放。
参照图6，图6是本发明实施例中的一种启停系统中控制发动机启动的方法的流程图。所述控制发动机启动的方法可以包括以下步骤S601至S611：
步骤S601：检测车辆状态。
在具体实施中，所述车辆状态包括制动踏板开度、车辆档位状态、方向盘状态、正在使用的电气负载的功率、蓄电池SOC和车速。
其中，所述制动踏板开度用于指示制动踏板的踩踏深度，例如可以用一个0～100％的信号来表述制动踏板开度，0代表未踩下制动踏板，100％代表踩到制动踏板最大开度。
所述车辆档位状态用于指示车辆处于空档或者非空档。
所述方向盘状态用于指示是否检测到方向盘转动，其代表驾驶员有意向启动发动机。
所述正在使用的电气负载的功率用于指示是否汽车内部有正在工作的大功率用电器。具体而言，当正在使用的电气负载的功率较大时，所述蓄电池与超级电容将无法满足用电需求。这种情况下，应当启动发动机。
所述蓄电池SOC用于指示蓄电池的剩余电量。具体而言，当蓄电池剩余电量过低时，为了避免电池过放电的危害，应当启动发动机。
步骤S602：判断制动踏板开度是否小于第二预设开度阈值。当判断结果为是时，可以执行步骤S608；反之，则可以执行步骤S603。
在具体实施中，当制动踏板开度小于第二预设开度阈值时，也即制动踏板松开，代表驾驶员有意愿启动发动机，应当直接进行启动发动机前的准备工作。反之，当制动踏板未被松开时，可以继续检测其它车辆状态。
作为一个非限制性例子，可以设定制动踏板的第二预设开度阈值为5％。
步骤S603：判断车辆档位是否为空档。当判断结果为是时，可以执行步骤S604；反之，则可以执行步骤S608。
在具体实施中，当车辆档位为空档时，也即变速箱与驱动轮处于完全分离，发动机不会对驱动轮输出功，这种情况不代表驾驶员有意愿启动发动机，可以继续检测其它车辆状态。反之，当车辆档位未处于空档时，代表驾驶员有意愿启动发动机，应当直接进行启动发动机前的准备工作。
步骤S604：判断方向盘转动角度是否大于预设角度阈值。当判断结果为是时，可以执行步骤S608；反之，则可以执行步骤S605。
当检测到方向盘转动时，代表驾驶员有意愿控制车辆运动，需要启动发动机，应当直接进行启动发动机前的准备工作。反之，并未检测到方向盘转动时，可以继续检测其它车辆状态。
作为一个非限制性例子，可以设定预设角度阈值为3度。
步骤S605：判断正在使用的电气负载的功率是否高于第二预设功率阈值。当判断结果为是时，可以执行步骤S608；反之，则可以执行步骤S606。
在具体实施中，当汽车内部存在正在工作的大功率用电器时，可以判断所述蓄电池与超级电容有可能满足不了车辆的用电需求，进而认为其需要发动机启动，并且应当直接进行启动发动机前的准备工作。反之，并未检测到正在工作的大功率用电器，可以继续检测其它车辆状态。
作为一个非限制性例子，可以设定第二预设功率阈值为100W。
步骤S606：判断蓄电池SOC是否小于第二预设电量阈值。当判断结果为是时，可以执行步骤S608；反之，则可以执行步骤S607。
在具体实施中，当蓄电池剩余电量较少时，可以判断所述蓄电池与超级电容有可能满足不了车辆的用电需求，进而认为其需要发动机启动，并且应当直接进行启动发动机前的准备工作。反之，可以继续检测其它车辆状态。
作为一个非限制性例子，可以设定第二预设电量阈值为蓄电池SOC是0.3。
步骤S607：判断车速是否高于第二预设车速阈值。当判断结果为是时，可以执行步骤S608；反之，则可以执行步骤S601。
在具体实施中，当车速高于第二预设车速阈值时，代表车辆开始运动或者滑行速度加快，满足启动发动机的条件，并且可以进行启动发动机前的准备工作。反之，当车速仍然较低时，应当返回检测车辆状态的步骤，重新进行检测。
作为一个非限制性例子，可以设定第二预设车速阈值为0。
步骤S608：判断是否存在安全问题。当判断结果为是时，代表不适合启动发动机，流程结束；反之，则可以执行步骤S609。
在具体实施中，安全问题用于指示启动发动机会否影响驾驶安全，例如可以包括驾驶员是否在位或发动机舱盖是否关闭。
步骤S609：判断超级电容输出电压是否大于预设电压阈值。当判断结果为是时，可以执行步骤S610；反之，则可以执行步骤S611。
步骤S610：超级电容启动发动机。
步骤S611：蓄电池启动发动机。
有关超级电容和蓄电池向起动机供电以启动发动机的更多描述，请参照图1至图4所述基于燃油发动机的起动系统10、20、30和40，此处不再赘述。
在本发明实施例中，当驾驶员具有启动发动机的意图，且车辆满足启动发动机的限制条件时，应当控制发动机及时启动，可以避免引起不方便的驾驶感受。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于以计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种基于燃油发动机的起动系统，其特征在于，包括超级电容、双向DC/DC变换器、发电机、起动机和起动系统控制器，其中：
所述超级电容的第一端连接所述起动机的第一端，所述超级电容的第二端与所述双向DC/DC变换器的第一端连接，所述双向DC/DC变换器的第二端连接所述起动机的第二端；
所述发电机的第一端连接所述超级电容的第一端，所述发电机的第二端连接所述双向DC/DC变换器的第二端；
所述起动系统控制器分别与所述超级电容及所述双向DC/DC变换器连接，根据起动所述起动机的起动信号以及所述超级电容的输出电压，控制所述双向DC/DC变换器正向导通或反向导通，在所述双向DC/DC变换器正向导通时，所述双向DC/DC变换器对所述超级电容的输出电压进行电压转换后向所述起动机供电，在所述双向DC/DC变换器反向导通时，所述发动机适于通过所述双向DC/DC变换器向所述超级电容充电。
2.根据权利要求1所述的基于燃油发动机的起动系统，其特征在于，所述起动系统控制器包括：
接收单元，适于接收所述起动信号；
比较单元，适于接收所述超级电容的输出电压，并与预设电压下限值和预设电压阈值进行比较，所述预设电压阈值高于所述预设电压下限值；
控制单元，根据所述比较单元的比较结果以及所述起动信号控制所述双向DC/DC变换器正向导通或反向导通。
3.根据权利要求2所述的基于燃油发动机的起动系统，其特征在于，在所述超级电容的输出电压高于所述预设电压下限值且低于预设电压阈值时，如果所述接收单元接收到所述起动信号，则所述控制单元控制所述双向DC/DC变换器正向导通，否则所述控制单元控制所述双向DC/DC变换器反向导通。
4.根据权利要求2所述的基于燃油发动机的起动系统，其特征在于，响应于所述超级电容输出的电压低于所述预设电压下限值，所述控制单元控制所述双向DC/DC变换器反向导通。
5.根据权利要求2所述的基于燃油发动机的起动系统，其特征在于，还包括：第一开关，其第一端连接所述超级电容的第二端，其第二端连接所述起动机的第二端，所述第一开关的控制端由所述控制单元控制，响应于所述超级电容的输出电压高于所述预设电压阈值，所述控制单元控制所述第一开关导通，以使所述超级电容经由所述第一开关向所述起动机供电。
6.根据权利要求5所述的基于燃油发动机的起动系统，其特征在于，所述第一开关包括电子继电器。
7.根据权利要求5所述的基于燃油发动机的起动系统，其特征在于，还包括：蓄电池，所述蓄电池的第一端连接所述发电机的第一端，所述蓄电池的第二端连接所述发电机的第二端。
8.根据权利要求7所述的基于燃油发动机的起动系统，其特征在于，还包括：第二开关，所述起动机的第二端经由所述第二开关连接所述双向DC/DC变换器的第二端，所述第二开关的第一端连接所述起动机与第一开关的第二端，所述第二开关的第二端连接所述发电机、双向DC/DC变换器与蓄电池的第二端，所述第二开关的控制端由所述控制单元控制；
响应于所述超级电容的输出电压低于所述预设电压阈值，所述控制单元控制所述第一开关关断，在接收到所述起动信号时，所述控制单元控制所述第二开关导通并控制所述双向DC/DC变换器正向导通，所述超级电容经由所述双向DC/DC变换器后与所述蓄电池并联，并经由所述第二开关向所述起动机供电。
9.根据权利要求8所述的基于燃油发动机的起动系统，其特征在于，所述第二开关包括电子继电器。
10.根据权利要求5所述的基于燃油发动机的起动系统，其特征在于，还包括：电气负载，所述电气负载的第一端连接所述起动机的第一端，所述电气负载的第二端连接所述起动机的第二端；
响应于所述超级电容的输出电压高于所述预设电压阈值，所述控制单元控制所述第一开关导通，所述超级电容经由所述第一开关向所述电气负载供电。
11.一种汽车，其特征在于，包括权利要求1～10任一项所述的基于燃油发动机的起动系统。
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