一种免维护便携式超级电容启动器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种免维护便携式超级电容启动器,超级电容模组一和超级电容模组二通过相应的充放电继电器连接，并通过控制相应的继电器动作来实现快速充电和启动控制。本发明专利技术具有如下的有益效果：在起动机工作之始，启动电池小电流放电，维持起动机运转；在发动机冷启动器介入后，首先由超级电容组提供峰值大电流，而后两者一起维持后续工作电流。这就做到了“扬长避短”，足以满足整个启动过程中起动机的电流需求，同时也避免了低温条件下启动电池大电流放电，很好地保护了发动机启动电池，提高了发动机低温冷启动的成功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃油发动机的低温冷启动
，包括各类汽车、发电机、工程设备、铁路机车等的燃油发动机启动，具体来说，涉及一种免维护便携式超级电容启动器及控制方法。
技术介绍
每逢严寒时节，包括汽车、发电机、铁路机车等燃油发动机车辆与设备的低温冷启动问题就会凸显出来。一方面，众多使用柴油发动机的重型车辆需要进行长时间的预热工作才能成功启动。通常，预热工作需要持续约30分钟至1小时，即使预热完成后可顺利完成启动，启动本身的效率也是极低的。对很多需要快速响应的汽车，比如工程车、消防车、抢险车、紧急备用发电机等，这样的启动效率往往是致命的。不仅如此，受多方面因素的影响，加装专业安全预热设备的车主尚在少数，多数车主惯于采用廉价的火焰喷灯来烤车预热。明火的出现，无疑给诸多货场、物流基地、工程现场等人、车、物聚集场所构成重大安全隐患，喷灯烤车引发的火灾安全事故时有发生。当然，喷灯烤车同样会危及汽车自身安全，稍不留意就会诱发车体自燃，其后果不堪设想。另一方面，低温启动对启动电池的损伤也不容忽视。众所周知，当前主流的汽车启动电池仍为铅酸蓄电池。在低温条件下，铅酸蓄电池的放电能力受到较大程度的抑制，不宜进行大电流放电，而恰恰在这时候的启动需要更大的启动电流来克服低温所形成的更大的启动阻力。于是，问题随之而来，不仅铅酸蓄电池无法保障车辆等装备低温冷启动的成功率，而且其自身寿命也会因为强制大电流放电而有所减损。可见，发动机冷启动器的研制有着巨大的现实意义。当前，已有很多针对汽车的发动机冷启动产品面市。然而，多数汽车冷启动器仍旧停留在单纯增加启动电池容量的层面上，低温启动效果并不理想。另外，许多汽车冷启动器十分笨重，搬运十分不便，使用起来很不灵活。为此，客观上需要一款经济、实用、轻便的便携式发动机冷启动器，让包括汽车在内的各种燃油发动机低温冷启动变得更轻松。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够实现极低温度条件下的无需预热即可启动，可以和12V、24V、36V、48V或者其他电压等级的发动机车载启动电池配合使用，使用寿命长、启动成功率高的免维护便携式超级电容启动器，以克服目前现有技术存在的低温启动需要预热、启动成功率低、使用时间短、需要定期维护等方面的不足。为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种免维护便携式超级电容启动器，所述的启动器的一端连接装置正极或启动电池的正极，所述的启动器的另一端连接装置负极或者启动电池的负极，所述的启动器与正极连接的一端包括超级电容模组一的一端、充电继电器一的一端和充电继电器二的一端，所述的超级电容模组一的另一端分别连接充电继电器四的一端、充电继电器三的一端和放电继电器的一端，所述的充电继电器三的另一端连接限流电阻二的一端，所述的充电继电器一的另一端连接限流电阻一的一端，所述的限流电阻一的另一端分别连接放电继电器的另一端、充电继电器二的另一端和超级电容模组二的一端，所述的启动器与负极连接的一端包括充电继电器四的另一端 、限流电阻二的另一端和超级电容模组二的另一端，所述的超级电容模组二的另一端接地。进一步的，所述的超级电容模组一和超级电容模组二均由若干相同型号的超级电容单体串联组成，且每个超级电容单体分别配设有独立电压平衡板。进一步的，所述的启动器包括控制单元，所述的控制单元的输入端连接启动器的供电电源、启动电池和超级电容模组一、超级电容模组二的电压检测信号和起动机工作电流检测信号，所述的控制单元的输出端分别连接充电继电器一、充电继电器二、充电继电器三、充电继电器四和放电继电器的控制线圈。进一步的，所述的控制单元包括由滞回电压比较器组成的充电截止控制电路、由可控滞回电压比较器和延时电路组成的放电控制电路、充电继电器的驱动电路及放电继电器的驱动电路，放电继电器分别与所述的充电继电器一、充电继电器二、充电继电器三和充电继电器四采用互锁控制，充电继电器的驱动电路中充电继电器一和充电继电器三采用连锁驱动控制，充电继电器二和充电继电器四采用连锁驱动控制。进一步的，所述的控制单元还包括超级电容模组一和超级电容模组二的电量指示电路。本专利技术还提供一种免维护便携式超级电容启动器的控制方法，包括如下步骤：S0：采集超级电容模组一和超级电容模组二的电压、启动电池的电压、起动机工作电流，所述的单个超级电容模组电压和启动电池电压使用运算放大器所构成的电压跟随器来完成，起动机的工作电流由卡环式霍尔感应器件检测；可单独采集启动电池电压信号或起动机工作电流信号来提供放电信号；S1：放电阶段：超级电容模组一和超级电容模组二放电提供汽车起动机峰值大电流；S2：充电模式一：充电继电器一和充电继电器三闭合，充电继电器二、充电继电器四和放电继电器断开时，启动电池一路通过充电继电器三和大功率限流电阻二给超级电容模组一充电，另一路通过充电继电器一和大功率限流电阻一给超级电容模组二充电。S3：充电模式二：充电继电器一、充电继电器二、充电继电器三和充电继电器四闭合，放电继电器断开时，启动电池一路通过充电继电器一、充电继电器二和大功率限流电阻一给超级电容模组二充电，另一路通过充电继电器三、充电继电器四和大功率限流电阻二给超级电容模组一充电。进一步的，S0中提到的检测方式也可以采用装置外所连接的启动电池电压检测来提供信号。进一步的，在S1中，如果超级电容启动器的两端分别连接装置正极和装置负极，则放电继电器闭合，超级电容模组一和超级电容模组二串联在装置正极和装置负极的两端放电提供车辆起动机峰值大电流。进一步的，在S1中，如果超级电容启动器的两端分别连接启动电池的正负极，如果起动机工作电流超出Ist_up且电容模组电压高于U1时，滞回比较器输出电平翻转，则放电继电器闭合，超级电容模组一和超级电容模组二串联在车载启动电池两端提供起动机峰值大电流，当超级电容模组一和超级电容模组二的电压与启动电池电压一致时，超级电容模组一、超级电容模组二和启动电池共同放电提供起动机启动电流，如果起动机工作电流低于Ist_dn时，滞回比较器输出电平翻转，则放电继电器断开，同时闭合充电继电器，完成启动过程，其中，Ist_up为放电开始时起动机开始工作电流，Ist_dn为放电结束时起动机结束工作电流。进一步的， S1中，发动机启动过程完成后，开始采用S2或S3的充电模式对超级电容模组一和超级电容模组二进行充电，如果启动电池电压与超级电容模组一或者超级电容模组二电压之间的电压差大于Vdif，则执行S2；如果启动电池与超级电容模组一或者超级电容模组二的电压差小于Vdif，则执行S3，其中，Vdif 为启动电池与超级电容模组压差参考信号。进一步的，在S2或S3中，如果超级电容模组一和超级电容模组二电压大于Umax，而滞回电压比较器输出信号不变，则S2或S3中相应的充电继电器继续闭合，对超级电容模组一和超级电容模组二充电；如果超级电容模组一和超级电容模组二电压大于Umax，而滞回电压比较器输出信号翻转，则S2或S3中相应的充电继电器断开，停止对超级电容模组一和超级电容模组二的充电；停止充电后，如果超级电容模组一和超级电容模组二电压低于Uchg_dn时，比较器输出电平改变，则重新闭合S2或S3中相应的充电继电器实现对超级电容模组一和超级电容模组二的充电，其中，Umax本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种免维护便携式超级电容启动器，其特征在于，所述的启动器的一端连接装置正极（2）或车载启动电池（1）的正极，所述的启动器的另一端连接装置负极（12）或车载启动电池（1）的负极，所述的启动器与正极连接的一端包括超级电容模组一（3）的一端、充电继电器一（4）的一端和充电继电器二（5）的一端，所述的超级电容模组一（3）的另一端分别连接充电继电器四（11）的一端、充电继电器三（9）的一端和放电继电器（7）的一端，所述的充电继电器三（9）的另一端连接大功率限流电阻二（10）的一端，所述的充电继电器一（4）的另一端连接大功率限流电阻一（6）的一端，所述的大功率限流电阻一（6）的另一端分别连接放电继电器（7）的另一端、充电继电器二（5）的另一端和超级电容模组二（8）的一端，所述的启动器与负极连接的一端包括充电继电器四（11）的另一端 、限流电阻二（10）的另一端和超级电容模组二（8）的另一端，所述的超级电容模组二（8）的另一端接地。

【技术特征摘要】
1.一种免维护便携式超级电容启动器，其特征在于，所述的启动器的一端连接装置正极（2）或车载启动电池（1）的正极，所述的启动器的另一端连接装置负极（12）或车载启动电池（1）的负极，所述的启动器与正极连接的一端包括超级电容模组一（3）的一端、充电继电器一（4）的一端和充电继电器二（5）的一端，所述的超级电容模组一（3）的另一端分别连接充电继电器四（11）的一端、充电继电器三（9）的一端和放电继电器（7）的一端，所述的充电继电器三（9）的另一端连接大功率限流电阻二（10）的一端，所述的充电继电器一（4）的另一端连接大功率限流电阻一（6）的一端，所述的大功率限流电阻一（6）的另一端分别连接放电继电器（7）的另一端、充电继电器二（5）的另一端和超级电容模组二（8）的一端，所述的启动器与负极连接的一端包括充电继电器四（11）的另一端 、限流电阻二（10）的另一端和超级电容模组二（8）的另一端，所述的超级电容模组二（8）的另一端接地。2.根据权利要求1所述的一种免维护便携式超级电容启动器，其特征在于，所述的超级电容模组一（3）和超级电容模组二（8）均由若干相同型号的超级电容单体（13）串联组成，且每个超级电容单体（13）分别配设有独立电压平衡板。3.根据权利要求1所述的一种免维护便携式超级电容启动器，其特征在于，所述的启动器包括控制单元，所述的控制单元的输入端连接启动器的供电电源、启动电池（1）和超级电容模组一（3）、超级电容模组二（8）的检测信号和起动机工作电流检测信号，所述的控制单元的输出端分别连接充电继电器一（4）、充电继电器二（5）、充电继电器三（9）、充电继电器四（11）和放电继电器（7）的控制线圈。4.根据权利要求3所述的一种免维护便携式超级电容启动器，其特征在于，所述的控制单元包括由滞回电压比较器组成的充电截止控制电路、由可控滞回电压比较器和延时电路组成的放电控制电路、充电继电器的驱动电路及放电继电器的驱动电路，放电继电器（7）分别与所述的充电继电器一（4）、充电继电器二（5）、充电继电器三（9）和充电继电器四（11）采用互锁控制，充电继电器的驱动电路中充电继电器一（4）和充电继电器三（9）采用连锁驱动控制，充电继电器二（5）和充电继电器四（11）采用连锁驱动控制。5.根据权利要求4所述的一种免维护便携式超级电容启动器，其特征在于，所述的控制单元还包括超级电容模组一（3）和超级电容模组二（8）的电量指示电路。6.一种免维护便携式超级电容启动器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S0：采集超级电容模组一（3）和超级电容模组二（8）的电压、启动电池（1）电压和起动机工作电流，所述的单个超级电容模组电压和启动电池电压使用运算放大器所构成的电压跟随器来完成，起动机的工作电流由卡环式霍尔感应器件检测；可单独采集启动电池（1）电压信号或起动机工作电流信号来提供放电信号；S1：放电阶段：超级电容模组一（3）和超级电容模组二（8）放电提供汽车起动机峰值大电流；S2：充电模式一：充电继电器一（4）和充电继电器三（9）闭合，充电继电器二（5）、充电继电器四（11）和放电继电器（7）断开时，启动电池（1）一路通过充电继电器三（9）和限流电阻二（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大志，张泽忠，
申请(专利权)人：北京合众汇能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11