一种基于超级电容的车辆馈电状态辅助启动系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种基于超级电容的车辆馈电状态辅助启动系统，其包括ECU控制模块、DC

【技术实现步骤摘要】
一种基于超级电容的车辆馈电状态辅助启动系统


[0001]本技术涉及车辆起动
，具体涉及一种基于超级电容的车辆馈电状态辅助启动系统。

技术介绍

[0002]车辆发动机起动的方法很多，汽车发动机常用的起动机起动是用起动机作为机械动力，当将起动机轴上的齿轮与发动机飞轮周缘的齿圈啮合时，动力就传到飞轮和曲轴，使之旋转；起动机本身又用蓄电池作为能源，目前绝大多数汽车发动机都采用电动机起动。起动机起动方式一般是通过车辆蓄电池直接进行供电，或者通过车辆蓄电池配合超级电容一起对起动机进行供电，然而单独采用车辆蓄电池直接对起动机供电，会严重缩短车辆蓄电池的使用寿命，现如今大多数都是采用车辆蓄电池和超级电容配合共同对起动机进行供电。起动机正常工作时由车辆蓄电池组提供电流，同时通过充电电路，由车辆蓄电池向超级电容充电；当起动机启动或者负载突然增加时，这时起动机需要的电流是额定电流的几倍，而对于车辆蓄电池来讲，突然提供一个很大的电流将会使电池电压迅速降低，此时为了保证起动机的性能达到正常水平，通过超级电容来提供电流，以改善起动机的性能并减轻对车辆蓄电池使用寿命的影响。
[0003]一般车辆起动机无法启动主要有以下三种原因：
[0004](1)车辆蓄电池在寒冷天气里，尤其是北方地区，温度往往会下降到零下几度，甚至零下几十度，这个时候的车辆蓄电池可用容量就会大幅度下降且处于电量不足状态，无法对车辆起动机进行供电；
[0005](2)车辆长时间停放不开，车辆蓄电池的电量会不断流失，处于电量不足和供电电压很低的状态，无法对车辆起动机进行供电；
[0006](3)车辆蓄电池使用年限过长蓄电特性变差，且车辆蓄电池无论在高电量状态下，还是低电量状态下，超级电容都参与对起动机进行频繁供电，而超级电容瞬间释放电量较大，电量维持能力较弱，短时间内会失去供电能力，这样就造成超级电容储存的电量被过度浪费和消耗，一旦车辆蓄电池的电量出现不足，就无法对超级电容再进行充电，最终导致车辆蓄电池和超级电容同时出现电量不足的情况，进而无法给起动机进行正常供电。
[0007]上述三种情况下车辆蓄电池处在馈电状态，输出电压很低，正常状态下车辆蓄电池给超级电容提供的工作电压范围为18V～32V，但车辆蓄电池如果处在前述这三种馈电状态下时电压会低于18V，超级电容DC
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DC升压回路无法正常工作，即便车辆蓄电池中有剩余的电量也无法正常放出，更无法给超级电容进行充电，这样车辆蓄电池和超级电容同时处于馈电状态下的话，就根本无法给起动机正常供电，车辆无法实现起动，如果强行频繁起动起动机的话，会严重损害车辆蓄电池使用寿命，因此急需设计一种能够结合车辆蓄电池、超级电容及车辆使用工况，以实现车辆蓄电池和超级电容之间升压、充电、放电等工况进行逻辑控制的辅助启动系统。
[0008]鉴于此，在中国专利专利CN201420414641.7中公开了一种发动机上超级电容低温
快速启动装置，其通过六个的独立的超级电容串联起来后与普通蓄电池串联，串联的正极接入充放电管理装置1号端口，充放电管理装置的2号端口和充电模块的正极相连，充放电管理装置3号端口与启动马达的正极相连，超级电容、蓄电池、充电模块和启动马达的负极连接在一起。该专利虽然也能实现燃油发电机组在低温状态下起动，主要是采用超级电容在低温状态下的优良低温特性和瞬时大电流放电特性给车辆起动机供电，解决的是车辆蓄电池在低温状态下无法正常供电的问题，但是如果车辆蓄电池处在低温低压馈电状态，超级电容也处于馈电状态时，通过该启动装置是根本无法给车辆起动机供电，实现车辆起动的。
[0009]在另一中国专利CN201810548429.2中公开了一种车辆辅助启动装置,包括控制模块、锂电池模块、超级电容模块、均压保护模块、充电DC/DC模块、升压DC/DC模块、第一直流接触器K1、第二直流接触器K2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一连接器X1、第二连接器X2、第三连接器X3、第一接线端P1、第二接线端P2和第一温度传感器W1。该车辆辅助启动装置只能满足一般状态下的车辆起动机紧急起动需求，其设计思想主要是在车载铅酸蓄电池的电量不足时通过控制模块切换采用超级电容模块供电，在车辆蓄电池给超级电容充电完成后通过控制模块切换采用超级电容模块优先为车辆提供启动电流，实际上是通过控制模块来实时监控超级电容充电是否完成，让超级电容在充满电的状态下实现放电，来提高超级电容模块的使用寿命为目的，即没有详细的方案来解决车辆蓄电池在低温低温馈电状态下无法正常供电的问题，更没有详细的方案来解决车辆蓄电池和超级电容同处于馈电状态下无法正常供电的问题。
[0010]综上所述，有必要对现有技术作进一步改进。

技术实现思路

[0011]针对上述
技术介绍
中存在的问题，本技术提出了一种结构设计合理，供电能力稳定、可靠，车辆蓄电池和超级电容的电能利用率高，能有效避免电能浪费，车辆蓄电池和超级电容使用寿命长，车辆蓄电池和超级电容在馈电状态下能对车辆起动机正常供电，实现车辆正常起动的基于超级电容的车辆馈电状态辅助启动系统。
[0012]为解决上述技术问题，本技术提供的一种基于超级电容的车辆馈电状态辅助启动系统，包括ECU控制模块、DC
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DC电源控制模块、继电器电源控制模块、车辆蓄电池、电流环采样电路、电流环反馈放大电路、超级电容升压主回路、超级电容器、电容并联状态指示灯和电容充满状态指示灯；所述ECU控制模块的信号输出端分别与所述DC
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DC电源控制模块、所述继电器电源控制模块、所述电容并联状态指示灯和所述电容充满状态指示灯电连接；所述DC
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DC电源控制模块包括DC
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DC控制电路和DC
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DC供电电源升压电路；所述DC
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DC控制电路的信号输入端电连接所述ECU控制模块，所述DC
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DC控制电路的电源输入端与所述DC
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DC供电电源升压电路的电源输出端电连接，所述DC
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DC供电电源升压电路的电源输入端与所述车辆蓄电池电连接；所述继电器电源控制模块包括继电器电源升压电路和继电器控制电路；所述继电器电源升压电路的电源输入端电连接所述车辆蓄电池，所述继电器电源升压电路的电源输出端电连接所述继电器控制电路的电源输入端，所述继电器控制电路的信号输入端与所述ECU控制模块电连接；所述电流环采样电路一端与所述DC
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DC控制电路双向电连接，所述电流环采样电路另一端与所述超级电容升压主回路的信号输入端电连接；
所述电流环反馈放大电路一端与所述DC
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DC控制电路双向电连接，所述电流环反馈放大电路另一端与所述超级电容升压主回路的信号输入端电连接；所述电流环采样电路还与所述电流环反馈放大电路电连接；所述超级电容升压主回路的电源输出端电连接所述超级电容器的电源输入端，所述超级电容器的电源输出端电连接车辆发动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超级电容的车辆馈电状态辅助启动系统，其特征在于：所述启动系统包括ECU控制模块、DC
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DC电源控制模块、继电器电源控制模块、车辆蓄电池、电流环采样电路、电流环反馈放大电路、超级电容升压主回路、超级电容器、电容并联状态指示灯和电容充满状态指示灯；所述ECU控制模块的信号输出端分别与所述DC
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DC电源控制模块、所述继电器电源控制模块、所述电容并联状态指示灯和所述电容充满状态指示灯电连接；所述DC
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DC电源控制模块包括DC
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DC控制电路和DC
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DC供电电源升压电路；所述DC
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DC控制电路的信号输入端电连接所述ECU控制模块，所述DC
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DC控制电路的电源输入端与所述DC
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DC供电电源升压电路的电源输出端电连接，所述DC
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DC供电电源升压电路的电源输入端与所述车辆蓄电池电连接；所述继电器电源控制模块包括继电器电源升压电路和继电器控制电路；所述继电器电源升压电路的电源输入端电连接所述车辆蓄电池，所述继电器电源升压电路的电源输出端电连接所述继电器控制电路的电源输入端，所述继电器控制电路的信号输入端与所述ECU控制模块电连接；所述电流环采样电路一端与所述DC
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DC控制电路双向电连接，所述电流环采样电路另一端与所述超级电容升压主回路的信号输入端电连接；所述电流环反馈放大电路一端与所述DC
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DC控制电路双向电连接，所述电流环反馈放大电路另一端与所述超级电容升压主回路的信号输入端电连接；所述电流环采样电路还与所述电流环反馈放大电路电连接；所述超级电容升压主回路的电源输出端电连接所述超级电容器的电源输入端，所述超级电容器的电源输出端电连接车辆发动机起动机；所述超级电容升压主回路还分别电连接所述车辆蓄电池和所述DC
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DC控制电路。2.如权利要求1所述的基于超级电容的车辆馈电状态辅助启动系统，其特征在于：所述ECU控制模块的电路由芯片U1、程序烧写端口JP2、电阻R2、电阻R9、电阻R10、电阻R14、电阻R90、晶振Y1、极性电容C2、电容C7～C9、电容C15连接组成；所述芯片U1的型号为MC9S08SG16
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20pin，其通过管脚VDD接电源VCC2
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5V，通过管脚VSS接地；所述程序烧写端口JP2的型号为BDM，其通过2号管脚接地，通过6号管脚接电源VCC2
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5V，通过1号管脚连接所述芯片U1的管脚BKGD，通过4号管脚连接所述芯片U1的管脚RESET；所述电阻R14一端连接电源VCC2
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5V，另一端连接所述程序烧写端口JP2的4号管脚；所述电容C15一端接地，另一端连接所述程序烧写端口JP2的4号管脚；所述电阻R2一端连接电源VCC1
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5V，另一端连接所述芯片U1的管脚VDD；所述电容C7一端连接所述芯片U1的管脚VDD，另一端接地；所述极性电容C2的阳极连接电源VCC2
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5V，阴极接地；所述电容C8一端接地，另一端连接所述电阻R9并通过所述电阻R9连接所述芯片U1的管脚XTAL；所述电容C9一端接地，另一端连接所述芯片U1的管脚EXTAL；所述电阻R10一端连接所述芯片U1的管脚EXTAL，另一端连接所述电阻R9并通过所述电阻R9连接所述芯片U1的管脚XTAL；所述晶振Y1的一端连接所述芯片U1的管脚EXTAL，另一端连接所述电阻R9并通过所述电阻R9连接所述芯片U1的管脚XTAL；所述电阻R90连接于所述芯片U1的管脚PTC0。3.如权利要求2所述的基于超级电容的车辆馈电状态辅助启动系统，其特征在于：所述继电器电源升压电路由芯片UX30、极性电容CX50、电容CX60、电容CX70、极性电容CX80、电感LX20、肖特基二极管DX50、电阻RX170、电阻R180、电阻R190和电阻RX200连接组成；所述芯片
UX30的型号为LM2577，其通过管脚VIN连接所述车辆蓄电池的正极B+，通过管脚GND接地；所述极性电容CX50的阳极连接所述车辆蓄电池的正极B+，阴极接地；所述电容CX60一端连接所述车辆蓄电池的正极B+，另一端接地；所述电容CX70一端连接所述芯片UX30的管脚COMP，另一端连接所述电阻RX170并通过所述电阻RX170接地；所述电感LX20一端连接所述车辆蓄电池的正极B+，另一端连接所述芯片UX30的管脚SW；所述肖特基二极管DX50的1号和3号管脚均连接所述芯片UX30的管脚SW，所述肖特基二极管DX50的2号管脚输出电源VCC
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25V；所述电阻R180一端连接所述肖特基二极管DX50的2号管脚，另一端连接所述芯片UX30的管脚FB；所述电阻R190一端接地，另一端连接所述芯片UX30的管脚FB；所述极性电容CX80的阳极连接电源VCC
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25V，阴极接地；所述电阻RX200一端连接电源VCC
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25V，另一端接地；所述继电器控制电路由电阻R47、电阻R51、电阻R60、三极管Q10、功率晶体管Q8和二极管D12连接组成；所述三极管Q10为NPN型三极管，所述功率晶体管Q8的型号为TIP127，所述二极管D12的型号为1N5404；所述电阻R60一端接地，另一端连接所述芯片U1的管脚PTB4；所述三极管Q10的基极连接所述电阻R51并通过所述电阻R51连接所述芯片U1的管脚PTB4，集电极连接所述电阻R47并通过所述电阻R47连接所述功率晶体管Q8的1号管脚，发射极接地；所述二极管D12的阳极端接地，阴极端连接主回路继电器线圈；所述功率晶体管Q8的2号管脚连接所述二极管D12的阴极端，3号管脚连接电源VCC
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25V。4.如权利要求2所述的基于超级电容的车辆馈电状态辅助启动系统，其特征在于：所述DC
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DC供电电源升压电路的电路由芯片UX3、芯片U4、芯片U2、肖特基二极管DX5、电阻RX17、电阻RX18、电阻RX19、电阻RX20、电阻R5、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R62、电阻R66、极性电容CX5、电容CX6、电容CX7、电容C10、极性电容CX8、极性电容C11、极性电容C12、极性电容C13、电容C14、发光二极管DS1和电感LX2连接组成；所述芯片UX3的型号为LM2577，其通过管脚VIN连接所述车辆蓄电池的正极B+，通过管脚GND接地；所述极性电容CX5的阳极连接所述车辆蓄电池的正极B+，阴极接地；所述电容CX6一端连接所述车辆蓄电池的正极B+，另一端接地；所述电容CX7一端连接所述芯片UX3的管脚COMP，另一端连接所述电阻RX17并通过所述电阻RX17接地；所述电感LX2一端连接所述车辆蓄电池的正极B+，另一端连接所述芯片UX3的管脚SW；所述肖特基二极管DX5的1号和3号管脚均连接所述芯片UX3的管脚SW，所述肖特基二极管DX5的2号管脚输出电源24Vin_22V；所述电阻RX18一端连接所述肖特基二极管DX5的2号管脚，另一端连接所述芯片UX3的管脚FB；所述电阻RX19一端接地，另一端连接所述芯片UX3的管脚FB；所述极性电容CX8的阳极连接电源24Vin_22V，阴极接地；所述电阻RX20一端连接电源24Vin_22V，另一端接地；所述电阻R13一端连接电源24Vin_22V，另一端连接所述发光二极管DS1的阳极端；所述发光二极管DS1的阴极端接地；所述电阻R5和电阻R11均一端连接电源24Vin_22V，另一端连接所述芯片U4的管脚Input；所述极性电容C12的阳极连接所述芯片U4的管脚Input，阴极接地；所述芯片U4的型号为LM317，其通过管脚Ouput输出电源VCC
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12V，通过管脚Adj连接所述电阻R66并通过所述电阻R66接地；所述电阻R62一端连接所述芯片U4的管脚Adj，另一端连接电源VCC
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12V；所述电容C14一端接地，另一端连接电源VCC
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12V；所述极性电容C13的阳极连接电源VCC
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12V，阴极接地；所述电阻R12一端连接电源VCC
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12V，另一端连接所述芯片U2的管脚IN；所述芯片U2的型号为L7805，其通过管脚GND接地，通过管脚OUT输出电源VCC1
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5V；所述电容C10一端接地，另一端连接所述芯片U2的管脚OUT；所述极性电容C11的阳极连接所述
芯片U2的管脚OUT，阴极接地；所述DC
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗清涛，梅建伟，明磊，
申请(专利权)人：十堰浩达新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：