CN112606781A - 电子控制型超级起动电池及其控制和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子控制型超级起动电池及其控制和应用方法，包含三种不同控制方案，即高压辅助、电池赝电容提升和附加电池，分别由汽车蓄电池(1)与高压辅助型控制装置(2)、电池赝电容提升型控制装置(12)或附加电池型控制装置(17)组合而成，用于快速起动发动机和起动后稳定电器系统电压；还包括上述三种方案对应的控制和应用方法，以及一种蓄电池电子均衡控制方法；其目的是缩短发动机起动时间、减小起动时的抖动现象、延长汽车蓄电池的使用寿命，从而促进发动机自动启停控制功能的推广应用，同时也有利于那些没有自动启停功能但司机习惯于怠速关闭发动机的车辆；最终实现进一步降低发动机油耗和排放，以改善社会生态环境。
Description
技术领域
本发明属于汽车蓄电池技术领域，用于快速起动发动机和起动后辅助稳定汽车电器系统电压，特别适合配备自动启停发动机的汽车、或者车辆本身没有自动启停功能但司机习惯于等红灯时关闭发动机的汽车使用。
背景技术
现有的汽车起动电池，主要是铅酸蓄电池；根据汽车是否装备自动启停发动机，可简单分为普通蓄电池和启停蓄电池两大类。普通蓄电池根据是否需要定期维护（加注电解液），又分为加液型蓄电池和免维护蓄电池；启停蓄电池目前主要有EFB蓄电池、AGM蓄电池，也有用户选用卷绕电池或磷酸铁锂电池；以上这些蓄电池都属于化学电池范畴。
传统观点认为，蓄电池充放电有赖于极板上的化学反应，但通过分析蓄电池充满电后电池极板和电解液内部所发生的物理化学现象，以及通过示波器测得的发动机起动过程蓄电池瞬时电压变化曲线，发现汽车蓄电池充电和发动机起动过程的放电情况并非完全依靠电池极板上的化学反应，而是包含法拉第准电容（或赝电容）和化学反应两种充放电方式。
铅酸蓄电池充满电时开路电压约为12.6V，此时如果极板活性物质实现完全转化，正极板活性物质为PbO2、负极板活性物质为Pb；如果继续提高加在正负极板的电压，比如提高到13.8V，这时电解液中带正电荷的离子（如氢离子）将移动到负极表面附近、带负电荷的离子（如氧离子）将移动到正极表面附近，并以隔板为界在正负极板间形成电解液内部的带电离子和极板上的正负电荷的现象，类似双电层电容，同时在正负极板上仍然存在少量的氧化还原反应，这种现象又类似法拉第准电容；本发明称其为电池赝电容BPC（BatteryPseudo Capacitance），即隐含在蓄电池内部同时包含双电层电容和法拉第准电容性质且不全依靠化学反应即可实现初期瞬间大电流充放电的虚拟电容。电池赝电容是真实存在的又是虚拟的，其实际容量值无法准确获得，但可以通过即时测量充满电的电池电量和充满电静置一段时间后的电量之差来象征性获得电池赝电容容量大小。在起动发动机前，尽量保持和提高铅酸蓄电池的电压，有利于提高其赝电容容量，增强其起动能力。
通过示波器测量发动机起动过程蓄电池瞬时电压变化曲线，在起动机电磁开关接通的瞬间（示波器测得不足0.1秒的时间），蓄电池电压近似垂直下降至最低点，此即电池赝电容的大电流放电效应，紧接着发动机曲轴从静止开始转动，随后拖动发动机完成的起动过程以电池电化学反应放电为主，放电速度略慢。通过实车测量发动机自动启停时蓄电池电压，并感受发动机起动时间和抖动情况发现，蓄电池初始电压越高，电池赝电容放电能力越强，起动时间越短，抖动情况越小，蓄电池起动压降也越小，因此有必要提高蓄电池起动初始电压，增加其赝电容容量。
上述双电层电容和法拉第准电容（或赝电容）都统称为超级电容；超级电容分功率型和能量型（或储能型）；蓄电池都也分功率型和能量型，实际上也可以这样理解，功率型蓄电池就是通过选用合适的极板和电解液材料，以及制作工艺和尺寸方面的调整，来增加其赝电容容量，实现大电流充放电能力。
近年来市场上不时出现新的储能元件，比如锂离子超级电容器、超级铅酸电池（Ultra Battery）等，这些都属于化学电池，与本发明采用的以电子控制手段组合不同功能的化学电池，实现控制目的的方式有所不同。本发明是在发明专利“车载组合电池智能供电电器系统及供电方法” （专利号ZL2018100152303）和对铅酸起动电池和上述电池赝电容充放电机理全新认知的基础上，经过深入分析研究该发明专利在不同车型上应用情况，对控制方案进行创新性改进，最终形成了一种电子控制型超级起动电池及其控制和应用方法。
发明内容
本发明公开了一种电子控制型超级起动电池及其控制和应用方法，包含三种不同控制方案，即高压辅助、电池赝电容提升和附加电池，分别由汽车蓄电池(1)与高压辅助型控制装置(2)、电池赝电容提升型控制装置(12)或附加电池型控制装置(17)组合而成，用于快速起动发动机和起动后稳定电器系统电压；还包括上述三种方案对应的控制和应用方法，以及一种蓄电池电子均衡控制方法；其目的是缩短发动机起动时间、减小起动时的抖动现象、延长汽车蓄电池的使用寿命，从而促进发动机自动启停控制功能的推广应用，同时也有利于那些没有自动启停功能但司机习惯于怠速关闭发动机的车辆；最终实现进一步降低发动机油耗和排放，以改善社会生态环境。
本发明具体内容如下：
1.电子控制型超级起动电池
所述电子控制型超级起动电池，由汽车蓄电池(1)分别与高压辅助型控制装置(2)、电池赝电容提升型控制装置(12)或附加电池型控制装置(17)组合而成，用于快速起动发动机和起动后协助稳定汽车电器系统电压；
所述汽车蓄电池(1)，包括但不限于：1）没有配备自动启停发动机的汽车起动电池；2）配备自动启停发动机的汽车起动电池，包括EFB蓄电池或AGM蓄电池；
所述高压辅助型控制装置(2)，由超级电容模块(3)、高压辅助电子控制装置(4)和电子均衡控制单元（11）组成，其正负极并联连接在汽车蓄电池(1)正负极两端；超级电容模块(3)，由超级电容基体(5)和在其正极端串联的高位超级电容(7)组成；超级电容基体(5)由5节串联的高比功率超级电容组成；高位超级电容(7)由单节或2节串联的高比功率超级电容组成；
所述电池赝电容提升型控制装置(12)，由功能型电池(14)、电池赝电容电子控制装置(13)和电子均衡控制单元（11）组成，其正负极并联连接在汽车蓄电池(1)正负极两端；功能型电池(14)，包括高比功率型电池或高比能量型电池；高比功率型电池包括高比功率的磷酸铁锂电池、超级电容或其它类型的高比功率电池；高比能量型电池包括高比能量的磷酸铁锂电池或其它类型的高比能量电池；
所述附加电池型控制装置(17)，由功率型电池(16)和电子均衡控制单元（11）组成，其正负极并联连接在汽车蓄电池(1)正负极两端；功率型电池(16)，包括但不限于具备高比功率的磷酸铁锂电池、超级电容或其它类型的高比功率电池；
所述高压辅助电子控制装置(4)，包括但不限于核心控制单元（8）、高压电子开关(6)和组合电子开关（10）；高压电子开关(6)一端连接超级电容模块(3)正极、另一端连接汽车蓄电池(1)正极；组合电子开关（10）一端连接超级电容基体(5)正极、另一端连接汽车蓄电池(1)正极；
所述电池赝电容电子控制装置(13)，包括但不限于核心控制单元（8）、电池赝电容电子开关(15)；电池赝电容电子开关(15)一端连接功率型电池(16)正极、另一端连接汽车蓄电池(1)正极；
所述核心控制单元（8），包括但不限于稳压模块、升压控制模块和运算控制模块，通过调整内部元件和预设的参考电压，实现针对超级电容模块(3)或功能型电池(14)的充放电控制。
所述电子均衡控制单元（11），包括但不限于稳压模块、运算控制模块，以及连接超级电容模块(3)、功能型电池(14)或功率型电池(16)中每一单节电池正负极的外接均衡引线；
所述电子均衡控制单元（11）还包括一个输出控制信号线；针对高压辅助型控制装置(2)或电池赝电容提升型控制装置(12)，该输出控制信号线通过核心控制单元（8）对超级电容模块(3)或功能型电池(14)充电过程进行控制；针对附加电池型控制装置(17)，该输出控制信号线空置不用。
电子控制型超级起动电池的控制内容与步骤
针对所述高压辅助型控制装置(2)，在核心控制单元（8）内预设起动参考电压Vs和稳压参考电压Vc，所述控制和应用方法包括但不限于：1）起动和稳压控制 从汽车蓄电池(1)正极的电压信号通过分压电阻提取一个可调信号电压Vb，核心控制单元（8）通过可调信号电压Vb与起动参考电压Vs或与稳压参考电压Vc的比较，执行发动机起动和稳压控制；2）电子均衡控制 通过电子均衡控制单元（11）对超级电容模块(3)进行电子均衡控制；
针对所述电池赝电容提升型控制装置(12)，在核心控制单元（8）内预设充电参考电压Vh，所述控制和应用方法包括但不限于：1）起动和稳压控制 从汽车蓄电池(1)正极的电压信号通过分压电阻提取一个可调信号电压Vb，核心控制单元（8）通过可调信号电压Vb与充电参考电压Vh的比较，执行发动机起动和稳压控制；2）电子均衡控制 通过电子均衡控制单元（11）对功能型电池(14)进行电子均衡控制；
针对所述附加电池型控制装置(17)，所述控制和应用方法包括但不限于：1）起动和稳压控制 功率型电池(16)辅助汽车蓄电池(1)执行发动机起动和稳压控制；2）电子均衡控制 通过电子均衡控制单元（11）对功率型电池(16)进行电子均衡控制。
针对所述高压辅助型控制装置(2)，所述起动和稳压控制的步骤如下：
步骤一、发动机停机时，当可调信号电压Vb大于预设的起动参考电压Vs时，核心控制单元（8）使高压电子开关(6)和组合电子开关（10）都截止；当可调信号电压Vb小于预设的起动参考电压Vs时，核心控制单元（8）执行反馈控制，即通过使可调信号电压Vb相对起动参考电压Vs降低（1.0～2.0）V，促使高压电子开关(6)持续导通，同时使组合电子开关（10）截止；
步骤二、发动机起动时，当可调信号电压Vb小于起动参考电压Vs时，核心控制单元（8）执行反馈控制，促使高压电子开关(6)持续导通，同时使组合电子开关（10）截止，超级电容模块(3)通过高压电子开关(6)协助汽车蓄电池(1)快速起动发动机；
步骤三、发动机起动后正常运转时，如果可调信号电压Vb小于起动参考电压Vs时，核心控制单元（8）执行反馈控制，使高压电子开关(6)导通、组合电子开关（10）截止；当可调信号电压Vb大于起动参考电压Vs时，核心控制单元（8）使高压电子开关(6)和组合电子开关（10）都截止；当可调信号电压Vb大于稳压参考电压Vc时，核心控制单元（8）使高压电子开关(6)截止，并使组合电子开关（10）导通，此时核心控制单元（8）通过其内部包含的升压模块为高位超级电容(7)进行充电，同时超级电容基体(5)通过组合电子开关（10）稳定电器系统电压。
针对所述电池赝电容提升型控制装置(12)，功能型电池(14)选用高比功率电池，所述起动和稳压控制的步骤如下：
步骤一、发动机停机时，当可调信号电压Vb小于充电参考电压Vh时，核心控制单元（8）使电池赝电容电子开关(15)导通，功能型电池(14)通过电池赝电容电子开关(15)对汽车蓄电池(1)进行充电同时向汽车电器系统供电；
步骤二、发动机起动时，当可调信号电压Vb小于充电参考电压Vh时，核心控制单元（8）使电池赝电容电子开关(15)导通，电池赝电容提升型控制装置(12)协助汽车蓄电池(1)完成发动机起动过程；
步骤三、发动机正常运转时，当可调信号电压Vb小于稳压参考电压Vc时，核心控制单元（8）使电池赝电容电子开关(15)导通，电池赝电容提升型控制装置(12)协助稳定汽车电器系统电压；当可调信号电压Vb大于稳压参考电压Vc时，核心控制单元（8）使电池赝电容电子开关(15)截止，此时核心控制单元（8）通过其内部包含的升压模块为功能型电池(14)进行充电。
针对所述附加电池型控制装置(17)，所述起动和稳压控制的步骤如下：
所述功率型电池(16)并联连接在汽车蓄电池(1)正负极两端，且一起执行发动机停机、启动和正常运转时的相关控制内容。
针对所述电池赝电容提升型控制装置(12)，功能型电池(14)选用高比能量电池，在核心控制单元（8）内预设充电参考电压Vh、停止充电参考电压Vl和稳压参考电压Vc；包括如下电池赝电容提升控制步骤：
步骤一、发动机停机时，当可调信号电压Vb小于充电参考电压Vh时，核心控制单元（8）使电池赝电容电子开关(15)导通，功能型电池(14)通过电池赝电容电子开关(15) 向所述汽车蓄电池(1)充电以提升其赝电容；
步骤二、发动机起动时，当可调信号电压Vb小于停止充电参考电压Vl时，核心控制单元（8）使电池赝电容电子开关(15)截止；
步骤三、发动机正常运转时，当可调信号电压Vb小于稳压参考电压Vc时，核心控制单元（8）使电池赝电容电子开关(15)导通；当可调信号电压Vb大于稳压参考电压Vc时，核心控制单元（8）使电池赝电容电子开关(15)截止，同时核心控制单元（8）通过其内部包含的升压模块为功能型电池(14)进行充电。
针对所述高压辅助型控制装置(2)，起动参考电压Vs和稳压参考电压Vc对应于汽车蓄电池(1)端电压的对应值分别为（12.2～12.4）V和（13.4～13.6）V；
针对所述电池赝电容提升型控制装置(12)，停止充电参考电压Vl、充电参考电压Vh和稳压参考电压Vc，对应于汽车蓄电池(1)端电压的对应值分别为（12.1～12.3）V、（13.0～13.3）V和（13.4～13.6）V。
电子控制型超级起动电池的电子均衡控制方法
所述电子均衡控制，包括但不限于限压均衡、持续均衡和/或限压均衡保护, 适用于电子控制型超级起动电池或其它任何串联电池、超级电容的电子均衡控制；
所述限压均衡控制方法包括：针对超级电容模块(3)、功能型电池(14)或功率型电池(16)，在对超级电容模块(3)、功能型电池(14)或功率型电池(16)充电过程中，当其中任一单节电池电压超过预设值上限时，电子均衡控制单元（11）对该单节电池进行放电，待该单节电池电压低于预设值时停止放电；
所述持续均衡控制方法包括：在对超级电容模块(3)、功能型电池(14)或功率型电池(16)充电、放电或静置期间持续监测相邻两节电池的电压差，当相邻两节电池电压差超过限定值时，电子均衡控制单元（11）对具有较高电压的单节电池进行放电以求各单节电池电压随时保持一致；
所述限压均衡保护控制方法包括：
1）针对超级电容模块(3)、功能型电池(14)或功率型电池(16)：在对超级电容模块(3)、功能型电池(14)或功率型电池(16)充电过程中，当其中任一单节电池电压超过预设值上限时，电子均衡控制单元（11）对该单节电池进行放电，待该单节电池电压低于预设值时停止放电；
2）针对超级电容模块(3)或功能型电池(14)：在对超级电容模块(3)或功能型电池(14) 充电过程中，当其中任一单节电池电压超过预设值上限时，电子均衡控制单元（11）对该单节电池进行放电，同时，电子均衡控制单元（11）输出控制信号到核心控制单元（8），停止对超级电容模块(3)或功能型电池(14)充电，待该单节电池电压下降到预设值以下再继续对超级电容模块(3)或功能型电池(14)进行充电。
电子控制型超级起动电池的装车应用方法
1）整体式装车应用：所述高压辅助型控制装置(2)、电池赝电容提升型控制装置(12)或附加电池型控制装置(17)的正负极，并联连接在汽车蓄电池(1)的正负极两端并与其组成一个整体，用于取代车上原有的汽车起动电池。
2）分体式装车应用：所述高压辅助型控制装置(2)、电池赝电容提升型控制装置(12)或附加电池型控制装置(17)安置在车上原起动电池附近或其它任何可以并联接入汽车电器系统的地方，其正极连接汽车蓄电池(1)正极到起动机接线柱的任一连接点上，其负极连接汽车蓄电池(1)负极或车体任一接地点上。
3）分体移动式装车应用：所述电池赝电容提升型控制装置(12)，用作移动式控制装置，通过家用充电电源或车上电源充电，并通过驾驶室内的点烟器接口或其它12V电源接口接入汽车电器系统，用于提升汽车蓄电池(1)的赝电容。
本发明提出的背景原因：
前期发明专利“车载组合电池智能供电电器系统及供电方法”（专利号ZL2018100152303）内容广泛，其中可以独立使用的控制装置就有启动稳压电源、双电池并联供电装置、双电池串联供电装置和多电池串并联供电装置等，另外还区分漏电防护型和非防护型两类供电装置。该发明专利适合市场上绝大多数在发动机起动后即由发电机向整车提供约13.5～14.5V供电电压的车型。但对于少数配备制动能量回收的车型，比如近年来马自达汽车公司推出的系列车型，包括昂科塞拉、阿特兹、CX4、CX5等，其发电机并非一直向汽车电器系统供电，这种情况与上述发明专利的智能供电系统存在一定冲突。
马自达系列车型的顶配车型包含制动能量回收系统（即i-eloop），通过一个可变电压发电机回收制动能量并储存在一个电压高达25V的超级电容模块内，汽车加速时利用这部分回收的能量向电器系统供电，而发电机不需工作，从而提高汽车的加速能力，同时配合其自动启停系统（即i-stop）以进一步降低油耗；而大量非顶配车型不含i-eloop系统，其发电机在车辆运行期间并非一直提供电力，经常出现加速时发电机不工作、电器系统电压小于12.0V情况，这虽有助于提高汽车加速能力，但会影响蓄电池的使用寿命，进而影响其i-stop系统工作；这种现象容易造成上述发明专利控制模块出现故障，因此必需找出解决方法，这也促成了本发明专利的推出。
实际使用中，发明专利（ZL2018100152303）要求改动原车电路，需要从原车电路中引出两根控制线，一根用于发动机起动控制，另一根用于发动机运转中的稳压控制；漏电防护控制对原车电路改动更大；这势必会影响其推广应用。本发明专利从适合大规模快速推广应用的角度考虑，以不改动原车电路为原则，不考虑漏电防护控制这一项，同时针对起动和稳压控制提出了不同的改进型控制策略。
本发明与前期发明专利相关控制装置的对比：
本发明与前期发明专利（ZL2018100152303）中功能相近的控制装置包括两组，其一为本发明包含的“高压辅助电子控制型超级起动电池“与前者包含的“多电池串并联供电装置”；其二是本发明包含的“电池赝电容提升型控制装置(12)”与前者包含的“启动稳压电源(11)”；分别说明如下：
1）“多电池串并联供电装置”与“高压辅助电子控制型超级起动电池”的对比
前期发明包含的“多电池串并联供电装置”需要通过接线端(9)向控制单元(8)提供发动机停机、启动和运转电压信号或其它控制信号，执行起动和稳压控制；其中的稳压控制是利用发动机运转时的接线端(9)提供的高电位信号，当电器系统电压Vg＜13.6V时，高压电子开关(6)导通，此时是通过高压电池放电来弥补电器系统的电压下降。这种控制方法，用于上述马自达系列车型时，可能会因为电器系统持续的低电压造成高压电子开关(6)持续导通而过热。本发明包含的高压辅助电子控制型超级起动电池不需改动原车电路，取消了外置接线端（9），采用独特的反馈控制方式实现快速起动控制；发动机运转时的稳压功能通过选用拥有适当电压的超级电容从超级电容模块(3)中的超级电容基体(5)的正极端来获得稳压控制效果；因超级电容容量比电池小很多，可以避免高压电子开关(6)在非起动期间持续导通而过热的现象发生。
2）“启动稳压电源(11)”与“电池赝电容提升型控制装置(12)”的对比
前期发明包含的“启动稳压电源(11)”含有应急开关(10)和接线端(9)，作为固定式或移动式供电电源，用于发动机应急起动；本发明包含的“电池赝电容提升型控制装置(12)”不需改动原车电路，通过提高原车蓄电池的赝电容实现发动机快速起动和稳压，其用途和控制机理与前者不同。
本发明包含的电子均衡保护方法与传统方法的对比：
锂离子电池或超级电容串联使用时必须带均衡保护装置，传统的均衡保护方法通常是在充电时当某节电池电压达到最大限值时停止充电同时对该节电池放电，而在非充电状态，电池组无法进行均衡控制；本发明包含的电子均衡保护方法在充电时可以实现上述同样均衡保护外，在电池组放电和静置期间可以根据相邻单节电池的压差对电压较高的单节电池进行放电均衡控制，以实现串联电池组的全程均衡保护，获得更好的均衡效果。
本发明包含的不同控制方案说明：
本发明包含三类不同控制方案，即高压辅助、电池赝电容提升和附加电池，由汽车蓄电池(1)分别与高压辅助型控制装置(2)、电池赝电容提升型控制装置(12)或附加电池型控制装置(17)组合成三种电子控制型超级起动电池，其中，电池赝电容提升法其内部电池类型又分为功率型和能量型，分别对应发动机室和驾驶室内两种不同应用场景。
本发明不同锂电池或超级电容的实际装车应用情况：
1、高压辅助法：高压辅助型控制装置(2)中的超级电容模块(3)选用6节串联的3.0V350F功率型超级电容组成，其中5节作为超级电容基体(5)、1节作为高位超级电容(7)。
2、电池赝电容提升法：电池赝电容提升型控制装置(12)中的功能型电池(14)分功率型和能量型：功率型电池选用8节按2并4串形式组合的高比功率26650磷酸铁锂电池或选用6节串联的2.7V350F功率型超级电容；能量型电池选用4节串联的8AH能量型磷酸铁锂电池；当功能型电池(14)选用高比功率电池时，电池赝电容提升型控制装置(12)安置在汽车蓄电池(1)附近，并配合汽车蓄电池(1)完成发动机起动过程；当功能型电池(14)选用高比能量电池时，电池赝电容提升型控制装置(12)可通过驾驶室内的点烟器接口或其它12V电源接口接入汽车电器系统，主要用于提升汽车蓄电池(1)的赝电容容量。
3、附加电池法：附加电池型控制装置(17)中的功率型电池(16)选用8节按2并4串形式组合的高比功率26650磷酸铁锂电池，或选用6节串联的2.7V350F高比功率超级电容；这些附加的功率型电池或超级电容，其充满电的电压均高于汽车蓄电池(1)，实际上也提升了汽车蓄电池(1)的赝电容容量。
本发明对应产品名称：
超级起动电池SSB（Super-Start Battery）：当上述控制装置(2)、(12)和(17)分别与汽车蓄电池(1)组成一个整体，用于取代原车起动电池时，其对应产品分别命名为高压辅助型超级起动电池SSB（HVA）、电池赝电容提升型超级起动电池SSB（PCL）和附加电池型超级起动电池SSB（AB）。命名为超级起动电池的主要原因除了发动机起动速度“超级快”以外，还有就是三种控制方案在发动机起动初期都是依靠超级电容或电池赝电容的快速放电效应，且每种方案都可以装备超级电容。
辅助起动充电电源ASCB（Assist-Start Charging Battery）：当电池赝电容提升型控制装置(12)中的功能型电池(14)选用能量型电池，且通过驾驶室内的点烟器接口或其它12V电源接口接入汽车电器系统时，其对应产品命名为辅助起动充电电源ASCB。
附图说明
附图1为高压辅助型起动控制电路结构简图。
如附图1所示，高压辅助电子控制型超级起动电池，由超级电容模块(3)、高压辅助电子控制装置(4)和电子均衡控制单元（11）组成；超级电容模块(3)由超级电容基体(5)和在其正极端串联的高位超级电容(7)组成；超级电容基体(5)由5节串联的高比功率超级电容组成；高位超级电容(7)由单节或2节串联的高比功率超级电容组成。
附图2为电池赝电容提升型起动控制电路结构简图。
如附图2所示，电池赝电容提升电子控制型超级起动电池由汽车蓄电池(1)与电池赝电容提升型控制装置(12)组合而成；电池赝电容提升型控制装置(12)，由功能型电池(14)、电池赝电容电子控制装置(13)和电子均衡控制单元（11）组成。电池赝电容提升型控制装置(12)如果内置高比功率电池可安置在车上原有汽车起动电池附近任何地方或与汽车蓄电池(1)组成一个整体，如果内置高比能量电池，可通过驾驶室内的点烟器接口或其它12V电源接口接入汽车电器系统。
附图3为附加电池控制电路结构简图。
如附图3所示，附加电池电子控制型超级起动电池，由汽车蓄电池(1)与附加电池型控制装置(17)组合而成；附加电池型控制装置(17)由功率型电池(16)和电子均衡控制单元（11）组成。
具体实施方式
在一辆1.6L手动档雪铁龙世嘉轿车(原车装有统一56093 60AH蓄电池,非自动启停发动机)和一辆2.0L马自达阿特兹次顶配轿车(原车装有汤浅Q85 EFB蓄电池,配备i-stop自动启停系统，无i-eloop制动能量回收系统)上，分别装配高压辅助型控制装置(2)、电池赝电容提升型控制装置(12)和附加电池型控制装置(17)进行使用试验并测量相关实验数据。
上述雪铁龙世嘉轿车在发明专利“车载组合电池智能供电电器系统及供电方法”（ZL201810015230.3）也曾使用，安置本发明专利包含的三种快速起动控制模块，配合原车60AH蓄电池进行实车实验，实验数据与前述发明专利的实验结果基本一致。
在马自达阿特兹次顶配轿车应用前期发明专利（ZL201810015230.3）时控制装置出现故障；应用本发明专利时，选用6节串联的3.0V350F功率型超级电容来制作高压辅助型控制装置(2)、或用高比功率26650磷酸铁锂电池按2并4串形式组合制作的电池赝电容提升型控制装置(12)和附加电池型控制装置(17)，控制装置未出现任何问题，获得了与配备i-eloop制动能量回收系统的马自达阿特兹顶配车型相当的实际使用效果。
实施例中，本发明的控制单元(8)与发明专利（ZL201810015230.3）采用类似元器件制作；实施例涉及的两种车型中，汽车蓄电池(1)均选用原车起动电池； 实车实验中涉及的高压电子开关(6)或电池赝电容电子开关(15)包含多个P沟道场效应管IRF4905；组合电子开关（10）由多个IRF4905与一个电磁式继电器组合而成；电子均衡控制单元（11）由放电电阻、放电开关管、运算放大器、比较器，以及相关电阻、二极管等电子元件组成。
利用上述控制单元(8)、高压电子开关(6)、电池赝电容电子开关(15)、组合电子开关（10）、电子均衡控制单元（11），以及分别由超级电容或磷酸铁锂电池组成的超级电容模块(3)、功能型电池(14)或功率型电池(16)等部件，按照图1、2和3分别制作高压辅助型控制装置(2)、电池赝电容提升型控制装置(12)和附加电池型控制装置(17)，并进行装车试验；利用元征汽车蓄电池系统检测仪BST460和一个包含数据记录仪功能的虚拟示波器来测量并记录发动机起动过程中蓄电池端电压随时间的变化，并获得发动机最低起动电压和起动时间，试验和测试结果表明本发明专利达到了预期控制目标。
本发明中所出现的电池相关词语，如电池、起动电池、蓄电池、串联电池等，都是指可充电电池。
依据本发明所阐述的内容，具备一般电子电路和蓄电池知识的专业人员或业余爱好者很容易完成相关控制系统的设计和制作，且设计方案可以有许多种不同的形式；凡根据本发明或借鉴本发明所进行的一切设计和产品开发都在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电子控制型超级起动电池，其特征在于：
所述电子控制型超级起动电池，由汽车蓄电池(1)分别与高压辅助型控制装置(2)、电池赝电容提升型控制装置(12)或附加电池型控制装置(17)组合而成，用于快速起动发动机和起动后协助稳定汽车电器系统电压；
所述汽车蓄电池(1)，包括但不限于：1）没有配备自动启停发动机的汽车起动电池；2）配备自动启停发动机的汽车起动电池，包括EFB蓄电池或AGM蓄电池；
所述高压辅助型控制装置(2)，由超级电容模块(3)、高压辅助电子控制装置(4)和电子均衡控制单元（11）组成，其正负极并联连接在所述汽车蓄电池(1)正负极两端；所述超级电容模块(3)，由超级电容基体(5)和在其正极端串联的高位超级电容(7)组成；所述超级电容基体(5)由5节串联的高比功率超级电容组成；所述高位超级电容(7)由单节或2节串联的高比功率超级电容组成；
所述电池赝电容提升型控制装置(12)，由功能型电池(14)、电池赝电容电子控制装置(13)和电子均衡控制单元（11）组成，其正负极并联连接在所述汽车蓄电池(1)正负极两端；所述功能型电池(14)，包括高比功率型电池或高比能量型电池；所述高比功率型电池包括高比功率的磷酸铁锂电池、超级电容或其它类型的高比功率电池；所述高比能量型电池包括高比能量的磷酸铁锂电池或其它类型的高比能量电池；
所述附加电池型控制装置(17)，由功率型电池(16)和电子均衡控制单元（11）组成，其正负极并联连接在所述汽车蓄电池(1)正负极两端；所述功率型电池(16)，包括但不限于具备高比功率的磷酸铁锂电池、超级电容或其它类型的高比功率电池；
所述高压辅助电子控制装置(4)，包括但不限于核心控制单元（8）、高压电子开关(6)和组合电子开关（10）；所述高压电子开关(6)一端连接所述超级电容模块(3)正极、另一端连接所述汽车蓄电池(1)正极；所述组合电子开关（10）一端连接所述超级电容基体(5)正极、另一端连接所述汽车蓄电池(1)正极；
所述电池赝电容电子控制装置(13)，包括但不限于核心控制单元（8）、电池赝电容电子开关(15)；所述电池赝电容电子开关(15)一端连接所述功率型电池(16)正极、另一端连接所述汽车蓄电池(1)正极；
所述核心控制单元（8），包括但不限于稳压模块、升压控制模块和运算控制模块，通过调整内部元件和预设的参考电压，实现针对所述超级电容模块(3)或所述功能型电池(14)的充放电控制。
2.根据权利要求1所述的电子控制型超级起动电池，其特征在于：
所述电子均衡控制单元（11），包括但不限于稳压模块、运算控制模块，以及连接所述超级电容模块(3)、所述功能型电池(14)或所述功率型电池(16)中每一单节电池正负极的外接均衡引线；
所述电子均衡控制单元（11）还包括一个输出控制信号线；针对所述高压辅助型控制装置(2)或电池赝电容提升型控制装置(12)，该输出控制信号线通过所述核心控制单元（8）对所述超级电容模块(3)或所述功能型电池(14)充电过程进行控制；针对所述附加电池型控制装置(17)，该输出控制信号线空置不用。
3.一种如权利要求1所述电子控制型超级起动电池的控制和应用方法，其特征在于：
针对所述高压辅助型控制装置(2)，在所述核心控制单元（8）内预设起动参考电压Vs和稳压参考电压Vc，所述控制和应用方法包括但不限于：
1）起动和稳压控制 从所述汽车蓄电池(1)正极的电压信号通过分压电阻提取一个可调信号电压Vb，所述核心控制单元（8）通过所述可调信号电压Vb与所述起动参考电压Vs或与所述稳压参考电压Vc的比较，执行发动机起动和稳压控制；
2）电子均衡控制 通过所述电子均衡控制单元（11）对所述超级电容模块(3)进行电子均衡控制；
针对所述电池赝电容提升型控制装置(12)，在所述核心控制单元（8）内预设充电参考电压Vh，所述控制和应用方法包括但不限于：
1）起动和稳压控制 从所述汽车蓄电池(1)正极的电压信号通过分压电阻提取一个可调信号电压Vb，所述核心控制单元（8）通过所述可调信号电压Vb与所述充电参考电压Vh的比较，执行发动机起动和稳压控制；
2）电子均衡控制 通过所述电子均衡控制单元（11）对所述功能型电池(14)进行电子均衡控制；
针对所述附加电池型控制装置(17)，所述控制和应用方法包括但不限于：
1）起动和稳压控制 所述功率型电池(16)辅助所述汽车蓄电池(1)执行发动机起动和稳压控制；
2）电子均衡控制 通过所述电子均衡控制单元（11）对所述功率型电池(16)进行电子均衡控制。
4.根据权利要求3所述的控制和应用方法，其特征在于：
针对所述高压辅助型控制装置(2)，所述起动和稳压控制的步骤如下：
步骤一、发动机停机时，当所述可调信号电压Vb大于预设的起动参考电压Vs时，所述核心控制单元（8）使所述高压电子开关(6)和组合电子开关（10）都截止；当所述可调信号电压Vb小于预设的起动参考电压Vs时，所述核心控制单元（8）执行反馈控制，即通过使所述可调信号电压Vb相对所述起动参考电压Vs降低（1.0～2.0）V，促使所述高压电子开关(6)持续导通，同时使所述组合电子开关（10）截止；
步骤二、发动机起动时，当所述可调信号电压Vb小于所述起动参考电压Vs时，所述核心控制单元（8）执行所述反馈控制，促使所述高压电子开关(6)持续导通，同时使所述组合电子开关（10）截止，所述超级电容模块(3)通过所述高压电子开关(6)协助所述汽车蓄电池(1)快速起动发动机；
步骤三、发动机起动后正常运转时，如果所述可调信号电压Vb小于所述起动参考电压Vs时，所述核心控制单元（8）执行所述反馈控制，使所述高压电子开关(6)导通、组合电子开关（10）截止；当所述可调信号电压Vb大于所述起动参考电压Vs时，所述核心控制单元（8）使所述高压电子开关(6)和组合电子开关（10）都截止；当所述可调信号电压Vb大于所述稳压参考电压Vc时，所述核心控制单元（8）使所述高压电子开关(6)截止，并使所述组合电子开关（10）导通，此时所述核心控制单元（8）通过其内部包含的升压模块为所述高位超级电容(7)进行充电，同时所述超级电容基体(5)通过所述组合电子开关（10）稳定电器系统电压；
针对所述电池赝电容提升型控制装置(12)，所述功能型电池(14)选用高比功率电池，所述起动和稳压控制的步骤如下：
步骤一、发动机停机时，当所述可调信号电压Vb小于所述充电参考电压Vh时，所述核心控制单元（8）使所述电池赝电容电子开关(15)导通，所述功能型电池(14)通过所述电池赝电容电子开关(15)对所述汽车蓄电池(1)进行充电同时向汽车电器系统供电；
步骤二、发动机起动时，当所述可调信号电压Vb小于所述充电参考电压Vh时，所述核心控制单元（8）使所述电池赝电容电子开关(15)导通，所述电池赝电容提升型控制装置(12)协助所述汽车蓄电池(1)完成发动机起动过程；
步骤三、发动机正常运转时，当所述可调信号电压Vb小于所述稳压参考电压Vc时，所述核心控制单元（8）使所述电池赝电容电子开关(15)导通，所述电池赝电容提升型控制装置(12)协助稳定汽车电器系统电压；当所述可调信号电压Vb大于所述稳压参考电压Vc时，所述核心控制单元（8）使所述电池赝电容电子开关(15)截止，此时所述核心控制单元（8）通过其内部包含的升压模块为所述功能型电池(14)进行充电；
针对所述附加电池型控制装置(17)，所述起动和稳压控制的步骤如下：
所述功率型电池(16)并联连接在所述汽车蓄电池(1)正负极两端，且一起执行发动机停机、启动和正常运转时的相关控制内容。
5.根据权利要求3所述的控制和应用方法，其特征在于：
针对所述电池赝电容提升型控制装置(12)，所述功能型电池(14)选用高比能量电池，在所述核心控制单元（8）内预设充电参考电压Vh、停止充电参考电压Vl和稳压参考电压Vc；包括如下电池赝电容提升控制步骤：
步骤一、发动机停机时，当所述可调信号电压Vb小于所述充电参考电压Vh时，所述核心控制单元（8）使所述电池赝电容电子开关(15)导通，所述功能型电池(14)通过所述电池赝电容电子开关(15)向所述汽车蓄电池(1)充电以提升其赝电容；
步骤二、发动机起动时，当所述可调信号电压Vb小于所述停止充电参考电压Vl时，所述核心控制单元（8）使所述电池赝电容电子开关(15)截止；
步骤三、发动机正常运转时，当所述可调信号电压Vb小于所述稳压参考电压Vc时，所述核心控制单元（8）使所述电池赝电容电子开关(15)导通；当所述可调信号电压Vb大于所述稳压参考电压Vc时，所述核心控制单元（8）使所述电池赝电容电子开关(15)截止，同时所述核心控制单元（8）通过其内部包含的升压模块为所述功能型电池(14)进行充电。
6.根据权利要求3、4或5所述的控制和应用方法，其特征在于：
针对所述高压辅助型控制装置(2)，所述起动参考电压Vs和稳压参考电压Vc对应于所述汽车蓄电池(1)端电压的对应值分别为（12.2～12.4）V和（13.4～13.6）V；
针对所述电池赝电容提升型控制装置(12)，所述停止充电参考电压Vl、充电参考电压Vh和稳压参考电压Vc，对应于所述汽车蓄电池(1)端电压的对应值分别为（12.1～12.3）V、（13.0～13.3）V和（13.4～13.6）V。
7.根据权利要求3所述的控制和应用方法，其特征在于：
所述电子均衡控制，包括但不限于限压均衡、持续均衡和/或限压均衡保护, 适用于所述电子控制型超级起动电池或其它任何串联电池、超级电容的电子均衡控制；
所述限压均衡控制方法包括：针对所述超级电容模块(3)、功能型电池(14)或功率型电池(16)，在对所述超级电容模块(3)、功能型电池(14)或功率型电池(16)充电过程中，当其中任一单节电池电压超过预设值上限时，所述电子均衡控制单元（11）对该单节电池进行放电，待该单节电池电压低于预设值时停止放电；
所述持续均衡控制方法包括：在对所述超级电容模块(3)、功能型电池(14)或功率型电池(16)充电、放电或静置期间持续监测相邻两节电池的电压差，当相邻两节电池电压差超过限定值时，所述电子均衡控制单元（11）对具有较高电压的单节电池进行放电以求各单节电池电压随时保持一致；
所述限压均衡保护控制方法包括：
1）针对所述超级电容模块(3)、功能型电池(14)或功率型电池(16)：在对所述超级电容模块(3)、功能型电池(14)或功率型电池(16)充电过程中，当其中任一单节电池电压超过预设值上限时，所述电子均衡控制单元（11）对该单节电池进行放电，待该单节电池电压低于预设值时停止放电；
2）针对所述超级电容模块(3)或功能型电池(14)：在对所述超级电容模块(3)或功能型电池(14) 充电过程中，当其中任一单节电池电压超过预设值上限时，所述电子均衡控制单元（11）对该单节电池进行放电，同时，所述电子均衡控制单元（11）输出控制信号到所述核心控制单元（8），停止对所述超级电容模块(3)或功能型电池(14)充电，待该单节电池电压下降到预设值以下再继续对所述超级电容模块(3)或功能型电池(14)进行充电。
8.根据权利要求3或4所述的控制和应用方法，其特征在于：
所述控制和应用方法包括整体式装车应用，即所述高压辅助型控制装置(2)、电池赝电容提升型控制装置(12)或附加电池型控制装置(17)的正负极，并联连接在所述汽车蓄电池(1)的正负极两端并与其组成一个整体，用于取代车上原有的汽车起动电池。
9.根据权利要求3或4所述的控制和应用方法，其特征在于：
所述控制和应用方法包括分体式装车应用，即所述高压辅助型控制装置(2)、电池赝电容提升型控制装置(12)或附加电池型控制装置(17)安置在车上原起动电池附近或其它任何可以并联接入汽车电器系统的地方，其正极连接所述汽车蓄电池(1)正极到起动机接线柱的任一连接点上，其负极连接所述汽车蓄电池(1)负极或车体任一接地点上。
10.根据权利要求3或5所述的控制和应用方法，其特征在于：
所述控制和应用方法包括分体移动式装车应用，即所述电池赝电容提升型控制装置(12)，用作移动式控制装置，通过家用充电电源或车上电源充电，并通过驾驶室内的点烟器接口或其它12V电源接口接入汽车电器系统，用于提升所述汽车蓄电池(1)的赝电容。
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