CN205059486U - 一种微混汽车怠速启停电源系统 - Google Patents

Abstract

一种微混汽车怠速启停电源系统，包括蓄电池、发动机、发电机、启动电机、发电机ECU、双向DC-DC转换器、超级电容模组，蓄电池通过双向DC-DC转换器与超级电容模组连接，超级电容模组与发电机连接，超级电容模组还通过启动开关与启动电机连接，发动机分别与发电机、启动电机和发动机ECU连接，发动机ECU通过CAN总线与超级电容模组和双向DC-DC转换器连接；使用超级电容模组作为启动电源和使用双向DC-DC转换器进行连接控制，通过双向DC-DC转换器连接超级电容模组和蓄电池，承担能量转换和平衡控制功能，可以根据蓄电池状态、超级电容状态及整车其它信息进行综合判断，控制蓄电池和超级电容模组的充放电，使得发动机怠速时不再损耗，节省能源与降低排放。

Description

一种微混汽车怠速启停电源系统

技术领域

本实用新型涉及汽车控制技术领域，具体涉及一种微混汽车怠速启停电源系统。

背景技术

当今世界能源问题日益严重，人们都在寻找各种解决办法，开发新能源、提高能源利用率；其中微混汽车行业方兴未艾，具有节能、环保等特点，受到广泛的关注；其中的动力系统是微混动力汽车的核心，提高动力系统的能源利用率、延长其使用寿命、节能环保。正是我们关注的核心焦点。

我国现有的微混动力汽车以及相应方案一般采取了纯电池或者纯电容存储电能的方法；汽车行驶在拥挤的城市交通道路中，总免不了停车等红灯，而发动机怠速消耗的能源是毫无意义的，会增加燃油的损耗。

目前启停电源系统主要包括蓄电池、增强型启动电机和带启停控制程序的电喷控制管理系统三个部件；其中，蓄电池通过启动开关与增强型启动电机连接，增强型启动电机带动发动机启动，带启停控制程序的电喷控制管理系统根据当前工况判断是否启停发动机，并通过启动开关和喷油点火装置控制发动机的启动和停止；而由于汽车在城市内行驶经常会频繁地启动、加速和制动，需要启动蓄电池经常进行大电流放电，而现有启停系统的电源基本上都使用AGM蓄电池，它是一种采用玻璃纤维隔板的阀控式密封铅蓄电池，放电电流比普通铅酸电池大，但是AGM蓄电池的成本和体积够过大，而且由于经常大电流充放电，电池容量下降很快，导致电池寿命变短；而且铅酸电池在低温时容量会大幅降低，放电电流大幅减少，导致车辆很难启动；汽车启动时瞬间电池电压下降，特别是电量不充足的情况下，电池电压会下降到7V以下，影响车辆其他低压电器的正常工作；而且怠速停车控制中是通过检测电池电压来判断电池容量，非常不准确，会出现电池电量耗尽时仍然停止发动机而无法再启动的情况，增加行车风险。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了提供减少发动机怠速时燃油的损耗，避免能源的浪费，同时能节省能源与减低排放的一种微混汽车怠速启停电源系统。

本实用新型通过以下技术方案实现：一种微混汽车怠速启停电源系统，包括蓄电池、发动机、发电机、启动电机、发电机ECU、双向DC-DC转换器、超级电容模组，所述蓄电池通过双向DC-DC转换器与超级电容模组连接，所述超级电容模组与发电机连接，所述超级电容模组还通过启动开关与启动电机连接，所述发动机分别与发电机、启动电机和发动机ECU连接，所述发动机ECU通过CAN总线与超级电容模组和双向DC-DC转换器连接；所述双向DC-DC转换器包括辅助电源模块、控制模块、通讯模块、正向升降压变换模块、反向升降压变换模块，所述控制模块分别连接辅助电源模块、通讯模块、正向升降压变换模块、反向升降压变换模块，所述正向升降压变换模块、反向升降压变换模块、辅助电源模块连接蓄电池，所述辅助电源模块还分别连接正向升降压变换模块、反向升降压变换模块，所述正向升降压变换模块连接超级电容模组，所述反向升降压变换模块也连接超级电容模组；所述超级电容模组由超级电容单体通过串并联组合而成，并配有电容管理系统CMS。

本实用新型使用了超级电容模组作为启动电源和使用双向DC-DC转换器进行连接控制，通过双向DC-DC转换器连接超级电容模组和蓄电池，承担能量转换和平衡控制功能，可以根据蓄电池状态、超级电容状态及整车其它信息进行综合判断，控制蓄电池和超级电容模组的充放电，使得发动机怠速时不再损耗，节省了能源与降低排放。

本实用新型的有益之处在于：1）超级电容模组瞬间输出电流大，能提供启动电机启动时的大电流；2）采用超级电容模组和双向DC-DC转换器，无需蓄电池经常大电流放电，使得蓄电池寿命提高；3）在发动机启动时不用再提供大电流，蓄电池电压不会大幅下降，不影响整车低压电器的正常工作；4）超级电容模组能快速吸收发电机发送的电能，再经过双向DC-DC转换器慢速给蓄电池充电，保护蓄电池不受大电流充电，增加蓄电池寿命。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型双向DC-DC转换器的结构示意图。

图3为本实用新型的系统框图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本实用新型作进一步描述。

见图1至图3，一种微混汽车怠速启停电源系统，包括蓄电池、发动机、发电机、启动电机、发电机ECU、双向DC-DC转换器、超级电容模组，所述蓄电池通过双向DC-DC转换器与超级电容模组连接，所述超级电容模组与发电机连接，所述超级电容模组还通过启动开关与启动电机连接，所述发动机分别与发电机、启动电机和发动机ECU连接，所述发动机ECU通过CAN总线与超级电容模组和双向DC-DC转换器连接；所述双向DC-DC转换器包括辅助电源模块、控制模块、通讯模块、正向升降压变换模块、反向升降压变换模块，所述控制模块分别连接辅助电源模块、通讯模块、正向升降压变换模块、反向升降压变换模块，所述正向升降压变换模块、反向升降压变换模块、辅助电源模块连接蓄电池，所述辅助电源模块还分别连接正向升降压变换模块、反向升降压变换模块，所述正向升降压变换模块连接超级电容模组，所述反向升降压变换模块也连接超级电容模组；所述超级电容模组由超级电容单体通过串并联组合而成，并配有电容管理系统CMS。

本实施方式中，使用蓄电池通过双向DC-DC转换器与超级电容模组进行连接，超级电容模组直接与发电机连接，并通过启动开关与启动电机连接，发动机ECU通过CAN总线与双向DC-DC转换器连接，获取电源系统的状态供启停判断程序使用；采用超级电容模组作为启动电源和使用双向DC-DC转换器进行连接控制；超级电容模组可瞬间输出电流大，能提供启动电机启动时的大电流，放电电流可达到电池的100倍以上；而且使用双向DC-DC转换器防止蓄电池大电流放电又能通过超级电容模组快速吸收发电机发送的电能，再通过双向DC-DC转换器慢速给蓄电池充电，保护蓄电池不受大电流充电，提高了蓄电池的使用寿命；还在启动时蓄电池不用提供大电流，蓄电池电压不会大幅下降，不会再影响整车低压电器的正常工作；使用了超级电容模组提高了车辆在低温时启动的性能，不会导致无法启动。

本实施方式中，超级电容模组的存储能量以0.5CU2进行计算，检测超级电容模组的电压即可判断其容量，减少误判。

本实施方式中，双向DC-DC转换器的正向升降压变换模块将蓄电池的能量转换给超级电容模组充电，可以将超级电容模组的电压从0V充到高于蓄电池的指定值，例如蓄电池电压12V，超级电容模组指定值为14V，双向DC-DC转换器设有正向升降压变换模块和反向升降压变换模块，正向升降压变换模块设有正向BUCK降压电路、正向BOOST升压电路，反向升降压变换模块设有反向BUCK降压电路、反向BOOST升压电路，在超级电容模组电压低于12V时使用反向BUCK降压电路充电，在超级电容模组等于高于12V时使用正向BOOST升压电路充电；当发动机在运行中且超级电容模组电压低于发电机输出电压，则发电机也同时向超级电容模组充电，直到其电压等于发电机输出电压；当蓄电池电量不足时，双向DC-DC转换器只使用反向BUCK降压电路给超级电容模组充电，则超级电容模组长期略低于电池电压，发电机其余能量则由发电机输出给超级电容模组。

本实施方式中，在蓄电池电量不足的情况下，当超级电容模组被发电机充到高于蓄电池电压时，双向DC-DC转换器使用反向BUCK降压电路将超级电容模组的能量输送给蓄电池为蓄电池补充能量；在此过程中由于能量被源源不断地从超级电容模组转换给蓄电池，因此超级电容模组电压在蓄电池充满前无法达到指定值，发电机就会一直输出电能，直到蓄电池充满和超级电容模组电压达到指定值。

本实施方式中，双向DC-DC转换器获取蓄电池和超级电容模组的电压值并通过CAN总线发送给发动机ECU，发动机ECU通过CAN总线发送发动机、启动电机、发电机的状态信息给双向DC-DC转换器；当发动机在运行中，则检测超级电容模组的电压是否低于指定值，没有低于指定值则结束流程，低于指定值则检测超级电容模组的电压是否低于蓄电池电压，低于蓄电池电压则双向DC-DC转换器的正向BUCK降压电路给超级电容模组充电，直到超级电容模组的电压达到蓄电池电压，没有低于蓄电池电压则双向DC-DC转换器启动正向BOOST升压电路给超级电容模组充电，直到超级电容模组达到指定值；而在发动机没有运行中，则检测超级电容模组的电压是否低于指定值，没有低于指定值则超级电容模组达到指定值结束流程，低于指定值则发电机直接向超级电容模组充电直到超级电容模组的电压达到指定值，发电机无法充电则检测蓄电池电量是否高于90%，没有高于90%则双向DC-DC转换器通过反向BUCK降压电路给蓄电池充电，直到蓄电池电量满超级电容模组达到指定值结束流程，高于90%则检测超级电容模组的电压是否低于蓄电池电压，没有低于蓄电池电压则双向DC-DC转换器启动正向BOOST升压电路给超级电容模组充电，直到超级电容模组的电压达到指定值，低于蓄电池电压则双向DC-DC转换器启动正向BUCK降压电路给超级电容模组充电，直到超级电容模组的电压接近蓄电池电压，再用双向DC-DC转换器启动正向BOOST升压电路给超级电容模组充电直到超级电容模组的电压达到指定值。

本实施方式中，将蓄电池能量密度高和超级电容模组功率密度高的优点结合，并通过双向DC-DC转换器的控制减少了发动机怠速时燃油的损耗，避免能源的浪费，同时能节省能源与减低排放。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种微混汽车怠速启停电源系统，包括蓄电池、发动机、发电机、启动电机、发电机ECU，其特征在于：还包括双向DC-DC转换器、超级电容模组，所述蓄电池通过双向DC-DC转换器与超级电容模组连接，所述超级电容模组与发电机连接，所述超级电容模组还通过启动开关与启动电机连接，所述发动机分别与发电机、启动电机和发动机ECU连接，所述发动机ECU通过CAN总线与超级电容模组和双向DC-DC转换器连接。

2.根据权利要求1所述的一种微混汽车怠速启停电源系统，其特征在于：所述双向DC-DC转换器包括辅助电源模块、控制模块、通讯模块、正向升降压变换模块、反向升降压变换模块，所述控制模块分别连接辅助电源模块、通讯模块、正向升降压变换模块、反向升降压变换模块，所述正向升降压变换模块、反向升降压变换模块、辅助电源模块连接蓄电池，所述辅助电源模块还分别连接正向升降压变换模块、反向升降压变换模块，所述正向升降压变换模块连接超级电容模组，所述反向升降压变换模块也连接超级电容模组。

3.根据权利要求1所述的一种微混汽车怠速启停电源系统，其特征在于：所述超级电容模组由超级电容单体通过串并联组合而成，并配有电容管理系统CMS。