一種用于啟動汽車的電源裝置及其啟動控制方法
【專利說明】一種用于啟動汽車的電源裝置及其啟動控制方法
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及一種用于啟動汽車的電源裝置及其啟動控制方法。
【背景技術】
[0003]現(xiàn)有技術中主要是以鉛酸蓄電池作為汽車的啟動電源，然而蓄電池卻存在著自身無法彌補的缺陷:低溫性能差，高倍率輸出能力對自身產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響，自放電能力也比較高。
[0004]由蓄電池的結(jié)構特性決定，在低溫狀態(tài)下，電池的充電接受能力，充電效率，容量都會下降，若電動車輛負載過大(大電流放電)，長時間大電流放電，電池的實際放電容量將會變得更小。這也是所有蓄電池在冬季使用中不夠理想的原因。蓄電池內(nèi)部直流內(nèi)阻的大小隨著環(huán)境溫度以及使用環(huán)境的變化而產(chǎn)生變化。特別是在_25°C以下的低溫環(huán)境下，蓄電池的充電接受能力嚴重下滑，甚至根本達不到其啟動電壓；另外，其放電容量將會隨著溫度的降低大幅度下降，甚至可能沒用放電能力。當環(huán)境溫度降至0°C以下，溫度每降低10°C，內(nèi)阻約增大15%左右，因為硫酸溶液粘度變大，所以增大了硫酸溶液電阻，而加重了電極極化影響，蓄電池容量會明顯減小。
[0005]在正常使用條件下，起動機在啟動的瞬間電流是正常運轉(zhuǎn)時額定電流的幾倍，故而導致蓄電池瞬時電壓大幅下降，性能變差。且蓄電池作為啟動電源在能量使用完畢后充電所需時間較長；且在蓄電池無法使用需要廢棄時，重金屬鉛等對環(huán)境污染嚴重，限制了蓄電池的應用。
[0006]同時，蓄電池的月自放電率高達30%，因此，在長期未用的汽車，需要每三個月啟動一次，為蓄電池充電一段時間。這同樣對蓄電池的應用有所限制。
[0007]為了改善汽車啟動電源的性能，使用超級電容器并聯(lián)蓄電池的方式來啟動汽車，例如專利CN202429148U。超級電容器具有容量大、功率高、壽命長、低溫特性好和無污染等特點，可以與蓄電池并聯(lián)使用。在汽車啟動過程中利用超級電容器的瞬時大功率為起動機供電，這樣使蓄電池的使用壽命大大增加；然而，超級電容器自身的自放電率極大，基本上3天就會放完，這就大大限制了超級電容器的使用。
[0008]鋰離子電池與蓄電池相比，可以明顯發(fā)現(xiàn)其自放電率很低，基本上放置一年，電量還可維持80% ;鋰離子電池的循環(huán)使用壽命遠高于蓄電池。因此，專利CN104037446A直接用鋰離子電池替代蓄電池作為汽車啟動電源，但是仍未徹底解決蓄電池作為汽車啟動電源所存在的問題，主要涉及大功率瞬時放電的能力。
[0009]另外，還有另一種替換型啟動電源裝置是是利用超級電容器取代蓄電池，例如專利CN203827004U、CN202978396U。在此系統(tǒng)中，蓄電池的主要作用是為超級電容器充電和為車內(nèi)負載供電。此系統(tǒng)依舊沒有改變超級電容器自放電嚴重而導致大量能量損失的弊端，再次啟動之前需要對超級電容器再次充電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術問題是，為了解決現(xiàn)有汽車啟動電源技術中存在的缺點，而提供一種用于汽車啟動的電源裝置及其啟動控制方法，可延長循環(huán)使用壽命，提高功率密度，優(yōu)化低溫放電特性等。
[0011 ] 鋰離子電容器采用鋰離子電池和超級電容器混合結(jié)構，其正極采用超級電容器的正極，負極采用鋰離子電池的負極，兼具超級電容器的高功率密度(其功率密度遠大于鉛酸蓄電池)、長壽命特性和鋰離子電池高能量密度的特性。本身具有很高的電壓保持能力，常溫25°C放置3個月，電壓下降彡5% ;寬使用溫度范圍(-40°C -70°C )的運行安全性、可靠性。
[0012]為解決所提出的技術問題，并鑒于鋰離子電容器的優(yōu)異性能，本發(fā)明用于汽車啟動的電源裝置包括帶動內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)的起動機，該起動機的供電電源為鋰離子電容器模組。
[0013]進一步地，該電源裝置還設置有為鋰離子電容器模組充電的二次電池。
[0014]進一步地，該電源裝置還設置有為二次電池充電的發(fā)電機，所述發(fā)電機由內(nèi)燃機帶動運轉(zhuǎn)。
[0015]進一步地，所述鋰離子電容器模組通過點火開關連接起動機，形成放電閉合回路，所述起動機與汽車內(nèi)燃機連接；
二次電池和鋰離子電容器模組連接形成第一充電閉合回路，在二次電池和鋰離子電容器模組之間設置有使二次電池向鋰離子電容器模組單向充電的單向充電模塊；
所述發(fā)電機與二次電池串聯(lián)形成第二充電閉合回路。
[0016]進一步地，所述二次電池電壓12V的二次電池，為蓄電池、鋰離子電池、鋰離子聚合物電池、鎳鎘電池或鎳氫電池中的任意一種。
[0017]進一步地，所述單向充電模塊為單向直流電源。
[0018]進一步地，所述鋰離子電容器模組包括兩個正極端和一個負極端，
所述鋰離子電容器模組的第二正極端通過點火開關連接起動機一端，啟動機的另一端連接鋰離子電容器模組的負極端；
所述單向直流電源的正極端一端連接到二次電池的正極端，另一端連接到鋰離子電容器模組的第一正極端，導通方向為二次電池正極端到鋰離子電容器模組的第一正極端；單向直流電源的負極端始終導通二次電池的負極端和鋰離子電容器模組的負極端。
[0019]進一步地，所述單向充電模塊還可以為串聯(lián)的單向二極管和限流電阻，限流電阻可以使二次電池對鋰離子電容器模組充電電流比較小，有效增加了二次電池的使用壽命。
[0020]進一步地，所述鋰離子電容器模組包括兩個正極端和一個負極端，
所述鋰離子電容器模組的第二正極端通過點火開關連接起動機一端，啟動機的另一端連接鋰離子電容器模組的負極端；
串聯(lián)的單向二極管和限流電阻，一端連接到二次電池的正極端，另一端連接到鋰離子電容器模組的第一正極端，所述單向二極管的導通方向為二次電池正極端到鋰離子電容器模組的第一正極端。
[0021]本發(fā)明還公開了采用前述用于汽車啟動的電源裝置對汽車啟動的控制方法，包括:
(I)、收到汽車啟動信號，點火開關閉合，接通放電閉合回路，鋰離子電容器模組為起動機提供瞬時大功率電流，使其帶動內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)，內(nèi)燃機迅速轉(zhuǎn)動并達到發(fā)火點轉(zhuǎn)速后，內(nèi)燃機啟動完成，進入正常運轉(zhuǎn)，點火開關斷開，放電閉合回路斷開；
(2 )、內(nèi)燃機進入正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)后，帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)，發(fā)電機發(fā)電，第二充電閉合回路接通，發(fā)電機對二次電池充電至額定電壓后，繼續(xù)浮充至內(nèi)燃機停止運轉(zhuǎn)，發(fā)電機停止發(fā)電，第二充電閉合回路斷開；
(3)、當鋰離子電容器模組的電壓滿足不了汽車啟動一次所需的電壓條件，并且二次電池有充足的電壓對鋰離子電容器模組充電時，單向充電模塊導通第一充電閉合回路，二次電池對鋰離子電容器模組充電至其額定電壓或充電至能至少滿足一次汽車啟動所需電壓條件；
或，當鋰離子電容器模組的電壓能至少滿足一次汽車啟動所需電壓條件，并且二次電池已沒有能量繼續(xù)為鋰離子電容器模組充電至能至少滿足再多一次啟動汽車所需電壓時，單向充電模塊第一充電閉合回路；
或，當鋰離子電容器模組達到其額定電壓后，并且二次電池依舊有剩余的能量時，單向充電模塊斷開第一充電閉合回路，鋰離子電容器模組處于自然狀態(tài)，待下一次汽車啟動。
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