CN116587889A - 一种新能源车启动供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源车启动供电电路，包括：电池模块、PWM信号发生模块、MOSFET驱动电路模块及超级电容模块；超级电容模块和电池模块并联并共同用于给负载进行供电，超级电容模块和电池模块连接间设有充电开关模块；PWM信号发生模块与MOSFET驱动电路模块连接，以产生PWM信号对MOSFET驱动电路模块进行驱动，MOSFET驱动电路模块与充电开关模块连接，使充电开关模块交替开关以实现电池模块对超级电容模块进行周期性充电；电池模块分别与MOSFET驱动电路模块、PWM信号发生模块连接以进行供电。本发明电路中，全部采用常规元器件即可实现超级电容模块的充电，成本低且可靠性高，在保障车辆启动供电效果的同时，避免了现有新能源车启动时供电上的不足。

Description

一种新能源车启动供电电路

技术领域

本发明涉及新能源车供电技术领域，尤其是一种新能源车启动供电电路。

背景技术

随着低碳生活的推行，电动汽车、电动摩托车产业也得到了高速发展。蓄电池作为电动汽车、电动摩托车的关键配件，其具有能量密度高而功率密度低的特性，故不允许经常瞬间释放大电流，这点与车子启动时需要较大电流的需求相矛盾，所以要有超级电容器进行配合，超级电容器恰好与蓄电池性能相反，其能量密度低而功率密度高，可以瞬间释放几百上千安培的电流。

然而，市面上往往采用增加预充电阻实现对超级电容器的充电，即在电池和超级电容模块之间串联一个大功率电阻进行限流充电，这种方案充电时在电阻上会消耗大量的功率，导致电阻严重发热，虽然加大电阻阻值可以降低温升，但充电时间又会延长，达不到较佳的效果。且功率电阻因工作时的温度问题需着重考虑安装位置，带来了很大的不便。

发明内容

鉴于上述情况，有必要提供一种新能源车启动供电电路，以解决现有新能源车启动时供电电路效果达不到较佳状态的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种新能源车启动供电电路，包括：电池模块、PWM信号发生模块、MOSFET驱动电路模块及超级电容模块；

超级电容模块和电池模块并联并共同用于给负载进行供电，超级电容模块和电池模块连接间设有充电开关模块；

PWM信号发生模块与MOSFET驱动电路模块连接，以产生PWM信号对MOSFET驱动电路模块进行驱动，MOSFET驱动电路模块与充电开关模块连接，使充电开关模块交替开关以实现电池模块对超级电容模块进行周期性充电；

电池模块分别与MOSFET驱动电路模块、PWM信号发生模块连接以进行供电。

在本发明新能源车启动供电电路中，还包括第一供电模块和第二供电模块，第一供电模块和第二供电模块分别与电池模块连接以获取电源；

第一供电模块与PWM信号发生模块连接以进行供电，第二供电模块与MOSFET驱动电路模块连接以进行供电。

在本发明新能源车启动供电电路中，充电开关模块包括开关管Q8、开关管Q9及开关管Q10；

开关管Q8、所开关管Q9及开关管Q10三者的栅极相连并连接到MOSFET驱动电路模块上，漏极相连并连接到超级电容模块上，源极相连并与电池模块连接。

在本发明新能源车启动供电电路中，MOSFET驱动电路模块包括开关管Q4和开关管Q5；

开关管Q5的基极与PWM信号发生模块连接， 开关管Q5的发射极接地，开关管Q5的集电极与开关管Q4的基极连接；

开关管Q4的集电极与第二供电模块的输出端连接，开关管Q4发射极分别与充电开关模块和开关管Q5的发射极连接；

开关管Q4的发射极与开关管Q5的发射极之间还连接有电容C9。

在本发明新能源车启动供电电路中，PWM信号发生模块包括PWM芯片U3和震荡电路，第一供电模块与PWM芯片U3连接以进行供电；

震荡电路包括电阻R10、电阻R11及电容C6，电阻R10的两端分别连接在PWM芯片U3的DISCH引脚和VCC引脚上，电阻R11的两端分别连接在PWM芯片U3的DISCH引脚和THRES引脚上，电容C6的一端分别与电阻R11、PWM芯片U3的THRES引脚及TRIG引脚连接，另一端与PWM芯片U3的CONT引脚及GND引脚连接。

在本发明新能源车启动供电电路中，超级电容模块包括若干串联的超级电容器单体，每组超级电容器单体两端均并联有均衡内阻。

在本发明新能源车启动供电电路中，还包括过压保护控制电路模块，过压保护控制电路模块分别与超级电容模块、PWM信号发生模块及充电开关模块连接；

过压保护控制电路模块包括放电控制电路和PWM关断电路，放电控制电路用于控制超级电容模块进行放电，PWM关断电路用于断开PWM信号发生模块的工作。

在本发明新能源车启动供电电路中，放电控制电路包括光藕P1、开关管Q6及开关管Q7，开关管Q6为PNP三极管，开关管Q7为NPN三极管；

开关管Q7的集电极与开关管Q6的基极连接，开关管Q7的发射极与第二供电模块的输入端连接，开关管Q7的基极通过RC滤波模块后连接到开关管Q7的发射极上；

开关管Q6的发射极与基极连接后与第二供电模块的输出端连接，开关管Q6的集电极与充电开关模块连接。

光藕P1输入端与超级电容模块连接，光藕P1输出端的发射极与开关管Q7的发射极连接，光藕P1输出端的集电极与开关管Q7的集电极连接。

在本发明新能源车启动供电电路中，PWM关断电路包括开关管Q1和开关管Q2；

开关管Q2的基极与开关管Q6的集电极连接，开关管Q2的发射极接地，开关管Q2的集电极与开关管Q1的基极连接；

开关管Q1的发射极与第一供电模块的输入端连接，开关管Q1的集电极与电池模块连接，开关管Q1的基极与集电极连接。

在本发明新能源车启动供电电路中，PWM芯片U3采用NA555芯片。

通过以上技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过PWM信号发生模块对MOSFET驱动电路模块进行驱动，从而控制充电开关模块的交替开关，以实现电池模块对超级电容模块进行周期性充电。在新能源车子启动瞬间，电池模块与超级电容模块共同供电，由于超级电容模块的特性，电流绝大多数由超级电容模块提供，车子平稳后，电池模块会对超级电容模块进行充电，为车辆的下次启动做准备；

2、本发明电路中，全部采用常规元器件即可实现超级电容模块的充电，成本低且可靠性高，在保障车辆启动供电效果的同时，避免了现有新能源车启动时供电上的不足，大大提高了新能源车的整体性能。

附图说明

图1是本发明实施例的原理框图；

图2是本发明实施例的电路示意图。

100、电池模块；110、第一供电模块；120、第二供电模块；200、PWM信号发生模块；300、MOSFET驱动电路模块；400、超级电容模块；500、充电开关模块；600、过压保护控制电路模块；610、放电控制电路；620、PWM关断电路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明一种新能源车启动供电电路进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、 “下”、 “内”、 “外”“前端”、 “后端”、 “两端”、 “一端”、 “另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、 “第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1-2，一种新能源车启动供电电路，包括：电池模块100、PWM信号发生模块200、MOSFET驱动电路模块300及超级电容模块400；

超级电容模块400和电池模块100并联并共同用于给负载进行供电，超级电容模块400和电池模块100连接间设有充电开关模块500；PWM信号发生模块200与MOSFET驱动电路模块300连接，以产生PWM信号对MOSFET驱动电路模块300进行驱动，MOSFET驱动电路模块300与充电开关模块500连接，使充电开关模块500交替开关以实现电池模块100对超级电容模块400进行周期性充电。可了解的，PWM（Pulse Width Modulation）信号是一种脉冲信号，由一个固定的周期和一个变化的占空比组成，通过改变占空比，PWM信号可以调节输出电压或电流的大小，从而实现对MOSFET驱动电路模块300进行驱动。

电池模块100分别与MOSFET驱动电路模块300、PWM信号发生模块200连接以进行供电。具体的，本发明中的电池模块100指的是低压蓄电池模块，用于给系统控制进行供电。新能源车子内部还设有高压蓄电池，通过电压转换器把高压电转换成低压电供给低压蓄电池。

本发明通过PWM信号发生模块200对MOSFET驱动电路模块300进行驱动，从而控制充电开关模块500的交替开关，以实现电池模块100对超级电容模块400进行周期性充电。在新能源车子启动瞬间，电池模块100与超级电容模块400共同供电，由于超级电容模块400的特性，电流绝大多数由超级电容模块400提供，车子平稳后，电池模块100会对超级电容模块400进行充电，为车辆的下次启动做准备。

在本实施例中，还包括第一供电模块110和第二供电模块120，第一供电模块110和第二供电模块120分别与电池模块100连接以获取电源；第一供电模块110和第二供电模块120用于将电池模块100的电压进行升降，以匹配PWM信号发生模块200和MOSFET驱动电路模块300中电子元件所需的电压。第一供电模块110与PWM信号发生模块200连接以进行供电，第二供电模块120与MOSFET驱动电路模块300连接以进行供电。优选的，第一供电模块110和第二供电模块120采用WR0515芯片，WR0515是一款高效、低成本的DC-DC降压转换器芯片，具有超低的静态电流，能够显著减少能源浪费和热损耗，提高整体性能。优选的，第一供电模块110、第二供电模块120的输入、输出端与接地端之间均设有电容，如图中电容C7、电容C8、电容C2、电容C3所示，可以起到滤波作用，过滤掉一些高频噪声，使输入和输出的电压更加稳定。

在本实施例中，充电开关模块500包括开关管Q8、开关管Q9及开关管Q10；开关管Q8、所开关管Q9及开关管Q10三者的栅极相连并连接到MOSFET驱动电路模块300上，漏极相连并连接到超级电容模块400上，源极相连并与电池模块100连接。如图所示，充电开关模块500中还设有稳压管Z1，起到保护MOSFET栅极不被瞬间过高电压击穿的作用。通过充电开关模块500的交替开关，即可实现电池模块100对超级电容模块400进行周期性充电。

在本实施例中，MOSFET驱动电路模块300包括开关管Q4和开关管Q5；开关管Q5的基极与PWM信号发生模块200连接， 开关管Q5的发射极接地，开关管Q5的集电极与开关管Q4的基极连接；开关管Q4的集电极与第二供电模块120的输出端连接，开关管Q4发射极分别与充电开关模块500和开关管Q5的发射极连接；开关管Q4的发射极与开关管Q5的发射极之间还连接有电容C9，电容 C9可以起到滤波的作用。可了解的，开关管Q4和开关管Q5上连接有若干电阻，如图中电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16等，可以起到提供三极管电压偏置、限流保护等作用。

PWM信号发生模块200产生低频小占空比PWM信号驱动开关管Q5，导致开关管Q4输出反相的功率PWM信号去驱动充电开关模块500进行工作。具体的，当PWM信号发生模块200输出高电平驱动开关管Q5导通时，开关管Q4截止，因而开关管Q4的发射极输出低电平，充电开关模块500处于关断状态；当PWM信号发生模块200输出低电平驱动开关管Q5截止时，开关管Q4导通，因而开关管Q4的发射极输出高电平，充电开关模块500处于开启状态，从而实现电池模块100给超级电容模块400进行周期性充电。

在本实施例中，PWM信号发生模块200包括PWM芯片U3和震荡电路，第一供电模块110与PWM芯片U3连接以进行供电。具体的，PWM芯片U3可以产生相应的高低电平信号来控制MOSFET驱动电路模块300中开关管Q4、开关管Q5的工作状态，从而实现对充电开关模块500的开关进行控制。

震荡电路包括电阻R10、电阻R11及电容C6，电阻R10的两端分别连接在PWM芯片U3的DISCH引脚和VCC引脚上，电阻R11的两端分别连接在PWM芯片U3的DISCH引脚和THRES引脚上，电容C6的一端分别与电阻R11、PWM芯片U3的THRES引脚及TRIG引脚连接，另一端与PWM芯片U3的CONT引脚及GND引脚连接。将触发输入连接到阈值输入，使定时器自触发并作为多谐振荡器运行。电阻R10、电阻R11给电容C6充电，而电容C6通过电阻R11放电，因此，整个周期由R10、R11、C6进行控制。

在本实施例中，超级电容模块400包括若干串联的超级电容器单体，每组超级电容器单体两端均并联有均衡内阻。优选的，电池模块100的额定电压24Vdc，充满电最高电压28Vdc。超级电容器单体设有十二个，如图中UC1-UC12所示。额定参数2.7V，典型内阻≤1.4mΩ，因此十二个串联的超级电容器单体总额定耐压为2.7V*12=32.4V，大于电池的最高电压28V。

在本实施例中，还包括过压保护控制电路模块600，过压保护控制电路模块600分别与超级电容模块400、PWM信号发生模块200及充电开关模块500连接；

过压保护控制电路模块600包括放电控制电路610和PWM关断电路620，放电控制电路610用于控制超级电容模块400进行放电，通过对充电开关模块500进行控制，使其电压在短时间放电到达电池模块100的电压水平，避免电压过高而造成损坏。PWM关断电路620用于断开PWM信号发生模块的工作，从而不会输出PWM驱动信号去驱动充电开关模块500，导致工作逻辑错误。

进一步地，在本实施例中，放电控制电路610包括光藕P1、开关管Q6及开关管Q7，开关管Q6为PNP三极管，开关管Q7为NPN三极管；

开关管Q7的集电极与开关管Q6的基极连接，开关管Q7的发射极与第二供电模块120的输入端连接，开关管Q7的基极通过RC滤波模块后连接到开关管Q7的发射极上；开关管Q6的发射极与基极连接后与第二供电模块120的输出端连接，开关管Q6的集电极与充电开关模块500连接。光藕P1输入端与超级电容模块400连接，光藕P1输出端的发射极与开关管Q7的发射极连接，光藕P1输出端的集电极与开关管Q7的集电极连接。如图所示，放电控制电路610还包括有TL431芯片及其周边元器件电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电阻R4等元器件实现过压检测；

具体的，当超级电容模块400过压时，光藕P1输出端导通，致使开关管Q7集电极和发射极之间电压被拉低，因而导致开关管Q6工作，输出高电平去驱动充电开关模块500导通，使超级电容模块400上的电压短时间内放电到电池模块100电压水平，从而保护超级电容模块400不会因为过压而损坏。

在本实施例中，PWM关断电路620包括开关管Q1和开关管Q2；开关管Q2的基极与开关管Q6的集电极连接，开关管Q2的发射极接地，开关管Q2的集电极与开关管Q1的基极连接；开关管Q1的发射极与第一供电模块110的输入端连接，开关管Q1的集电极与电池模块连接，开关管Q1的基极与集电极连接。当超级电容模块400过压时，开关管Q6工作输出高电平，从而导致开关管Q2导通，把开关管Q1的基极电压拉低，使开关管Q1截止，因而第一供电模块110不能工作，PWM信号发生模块200无法工作输出PWM驱动信号去驱动充电开关模块500，避免了出现放电控制电路610和PWM关断电路620同时工作造成逻辑错误的问题发生。

优选的，在本实施例中，PWM芯片U3采用NA555芯片。NA555芯片的工作稳定，抗干扰能力强，不易受外界干扰影响，且其成本非常低廉，可以用较少的成本实现各种信号产生的需求。当然，根据需要也可以采用其它PWM芯片，这里并不对PWM芯片U3的具体型号进行限制。

综上，本发明提供了一种新能源车启动供电电路，包括：电池模块100、PWM信号发生模块200、MOSFET驱动电路模块300及超级电容模块400；

超级电容模块400和电池模块100并联并共同用于给负载进行供电，超级电容模块400和电池模块100连接间设有充电开关模块500；PWM信号发生模块200与MOSFET驱动电路模块300连接，以产生PWM信号对MOSFET驱动电路模块300进行驱动，MOSFET驱动电路模块300与充电开关模块500连接，使充电开关模块500交替开关以实现电池模块100对超级电容模块400进行周期性充电。

具体的，当PWM信号发生模块200输出高电平驱动开关管Q5导通时，开关管Q4截止，因而开关管Q4的发射极输出低电平，充电开关模块500处于关断状态；当PWM信号发生模块200输出低电平驱动开关管Q5截止时，开关管Q4导通，因而开关管Q4的发射极输出高电平，充电开关模块500处于开启状态，充电开关模块500不断交替开关，从而实现电池模块100给超级电容模块400进行周期性充电。

本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种新能源车启动供电电路，其特征在于，包括：电池模块（100）、PWM信号发生模块（200）、MOSFET驱动电路模块（300）及超级电容模块（400）；

所述超级电容模块（400）和所述电池模块（100）并联并共同用于给负载进行供电，所述超级电容模块（400）和所述电池模块（100）连接间设有充电开关模块（500）；

所述PWM信号发生模块（200）与所述MOSFET驱动电路模块（300）连接，以产生PWM信号对所述MOSFET驱动电路模块（300）进行驱动，所述MOSFET驱动电路模块（300）与所述充电开关模块（500）连接，使所述充电开关模块（500）交替开关以实现所述电池模块（100）对所述超级电容模块（400）进行周期性充电；

所述电池模块（100）分别与所述MOSFET驱动电路模块（300）、所述PWM信号发生模块（200）连接以进行供电。

2.根据权利要求1所述的一种新能源车启动供电电路，其特征在于，还包括第一供电模块（110）和第二供电模块（120），所述第一供电（110）和所述第二供电模块（120）分别与所述电池模块（100）连接以获取电源；

所述第一供电模块（110）与所述PWM信号发生模块（200）连接以进行供电，所述第二供电模块（120）与所述MOSFET驱动电路模块（300）连接以进行供电。

3.根据权利要求1所述的一种新能源车启动供电电路，其特征在于，所述充电开关模块（500）包括开关管Q8、开关管Q9及开关管Q10；

所述开关管Q8、所述开关管Q9及所述开关管Q10三者的栅极相连并连接到所述MOSFET驱动电路模块（300）上，漏极相连并连接到所述超级电容模块（400）上，源极相连并与所述电池模块（100）连接。

4.根据权利要求2所述的一种新能源车启动供电电路，其特征在于，所述MOSFET驱动电路模块（300）包括开关管Q4和开关管Q5；

所述开关管Q5的基极与所述PWM信号发生模块连接，所述开关管Q5的发射极接地，所述开关管Q5的集电极与所述开关管Q4的基极连接；

所述开关管Q4的集电极与所述第二供电模块（120）的输出端连接，所述开关管Q4发射极分别与所述充电开关模块（500）和所述开关管Q5的发射极连接；

所述开关管Q4的发射极与所述开关管Q5的发射极之间还连接有电容C9。

5.根据权利要求2所述的一种新能源车启动供电电路，其特征在于，所述PWM信号发生模块（200）包括PWM芯片U3和震荡电路，所述第一供电模块（110）与所述PWM芯片U3连接以进行供电；

所述震荡电路包括电阻R10、电阻R11及电容C6，所述电阻R10的两端分别连接在所述PWM芯片U3的DISCH引脚和VCC引脚上，所述电阻R11的两端分别连接在所述PWM芯片U3的DISCH引脚和THRES引脚上，所述电容C6的一端分别与所述电阻R11、所述PWM芯片U3的THRES引脚及TRIG引脚连接，另一端与所述PWM芯片U3的CONT引脚及GND引脚连接。

6.根据权利要求1所述的一种新能源车启动供电电路，其特征在于，所述超级电容模块（400）包括若干串联的超级电容器单体，每组所述超级电容器单体两端均并联有均衡内阻。

7.根据权利要求2所述的一种新能源车启动供电电路，其特征在于，还包括过压保护控制电路模块（600），所述过压保护控制电路模块（600）分别与所述超级电容模块（400）、所述PWM信号发生模块（200）及所述充电开关模块（500）连接；

所述过压保护控制电路模块（600）包括放电控制电路（610）和PWM关断电路（620），所述放电控制电路（610）用于控制所述超级电容模块（400）进行放电，所述PWM关断电路（620）用于断开PWM信号发生模块（200）的工作。

8.根据权利要求7所述的一种新能源车启动供电电路，其特征在于，所述放电控制电路（610）包括光藕P1、开关管Q6及开关管Q7，所述开关管Q6为PNP三极管，所述开关管Q7为NPN三极管；

所述开关管Q7的集电极与所述开关管Q6的基极连接，所述开关管Q7的发射极与所述第二供电模块（120）的输入端连接，所述开关管Q7的基极通过RC滤波模块后连接到所述开关管Q7的发射极上；

所述开关管Q6的发射极与基极连接后与所述第二供电模块（120）的输出端连接，所述开关管Q6的集电极与所述充电开关模块（500）连接；

所述光藕P1输入端与所述超级电容模块（400）连接，所述光藕P1输出端的发射极与所述开关管Q7的发射极连接，所述光藕P1输出端的集电极与所述开关管Q7的集电极连接。

9.根据权利要求8所述的一种新能源车启动供电电路，其特征在于，所述PWM关断电路（620）包括开关管Q1和开关管Q2；

所述开关管Q2的基极与所述开关管Q6的集电极连接，所述开关管Q2的发射极接地，所述开关管Q2的集电极与所述开关管Q1的基极连接；

所述开关管Q1的发射极与所述第一供电模块（110）的输入端连接，所述开关管Q1的集电极与所述电池模块（100）连接，所述开关管Q1的基极与集电极连接。

10.根据权利要求5所述的一种新能源车启动供电电路，其特征在于，所述PWM芯片U3采用NA555芯片。