一種基于鋰離子電容器的汽車啟動電源裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于鋰離子電容器的汽車啟動電源裝置，屬于電動車能源技術領域。
【背景技術】
[0002]現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生不可逆轉的影響，自放電能力也比較高。
[0003]由蓄電池的結構特性決定，在低溫狀態下，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。蓄電池內部直流內阻的大小隨著環境溫度以及使用環境的變化而產生變化。特別是在_25°C以下的低溫環境下，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。當環境溫度降至0°C以下，溫度每降低10°C，內阻約增大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。
[0004]在正常使用條件下，起動機在啟動的瞬間電流是正常運轉時額定電流的幾倍，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，重金屬鉛等對環境污染嚴重，限制了蓄電池的應用。
[0005]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。
[0006]為了改善汽車啟動電源的性能，使用超級電容器并聯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。
[0007]鋰離子電池與蓄電池相比，可以明顯發現其自放電率很低，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。
[0008]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。在此系統中，蓄電池的主要作用是為超級電容器充電和為車內負載供電。此系統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。【實用新型內容】
[0009]本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種新的汽車啟動電源裝置，該啟動電源裝置基于鋰離子電容器，使該汽車啟動電源裝置具有高電壓保持能力、使用壽命長、免維修、控制精確等優點。
[0010]鋰離子電容器采用鋰離子電池和超級電容器混合結構，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結構，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<5%;寬使用溫度范圍(-40°C~70°C)的運行安全性、可靠性。因此，鋰離子電容器可完全彌補蓄電池的缺點，直接替代蓄電池作為汽車啟動電源。
[0011]基于鋰離子電容器所具備的優良性能，本實用新型提出了基于鋰離子電容器的汽車啟動裝置，該汽車啟動電源裝置主要包括:
[0012]對汽車啟動起控制執行命令的控制執行模塊，該控制執行模塊包括鋰離子電容器模組，該鋰離子電容器模組通過點火開關與起動機可形成第一閉合回路;還包括單向直流電源，該單向直流電源連接二次電池與鋰離子電容器模組可形成第三閉合回路;二次電池還與發電機可形成第二閉合回路；
[0013]用于轉換所述二次電池電壓并對整個汽車啟動電源裝置中的電路板供電的電源模塊，包括與所述二次電池連接的電源輸入端和與電路板中其他耗電模塊連接的電源輸出端，即電源模塊將二次電池12伏電壓轉換為5伏電壓，除了電源模塊自身耗電所需外，還為下述的微處理器模塊、CAN接口供電；
[0014]用于讀取控制執行模塊中電壓、電流數據，根據所得電壓值對單向直流電源進行控制，處理系統異常事件、并對外部進行通訊的微處理器模塊;該微控制器模塊還根據需求設置有時鐘源，編程口，復位口，工作指示燈，系統電源，CAN收發信號接口，單向直流電源DC/DC的控制端口，電壓、電流、溫度信號輸入口，濾波電容。設置在鋰離子電容器模組里面的溫度采樣模塊的溫度信號、以及其他一些信號也會傳輸給該微處理器模塊進行處理。
[0015]將微處理器模塊檢測到的電壓、電流、溫度以及系統狀態等信號傳遞給整車控制器的CAN接口。
[0016]進一步地，所述控制執行模塊中分別設置有用于實時監測二次電池、鋰離子電容器模組電壓的兩個電壓檢測口以及用于導通或斷開單向直流電源的控制端口，所述電壓檢測口、用于導通或斷開單向直流電源的控制端口均連接至微處理器模塊相應接口。
[0017]進一步地，所述二次電池為蓄電池、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。
[0018]采用本實用新型的汽車啟動電源裝置對汽車啟動的啟動過程如下:
[0019](1)、收到汽車啟動信號，控制執行模塊中的點火開關閉合，接通第一閉合回路，鋰離子電容器模組為起動機提供瞬時大功率電流，使其帶動內燃機運轉，內燃機迅速轉動并達到發火點轉速后，內燃機啟動完成，進入正常運轉，點火開關斷開，第一閉合回路斷開；
[0020](2)、內燃機進入正常運轉狀態后，帶動發電機運轉，發電機發電，第二閉合回路接通，發電機二次電池充電至額定電壓后，繼續浮充至內燃機停止運轉，發電機停止發電，第二閉合回路斷開；
[0021](3)、微處理器模塊通過兩個電壓檢測口，分別實時監測二次電池和鋰離子電容器模組的電壓、電流，
[0022]當檢測到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，并且檢測到二次電池有充足的電壓對鋰離子電容器模組充電時，微處理器模塊通過控制端口使單向直流電源導通而接通第三閉合回路，二次電池輸出的低壓直流通過單向直流電源轉換成高壓直流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；
[0023]當檢測到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，并且檢測到二次電池已沒有能量繼續為鋰離子電容器模組充電至至少能滿足再多一次啟動汽車所需電壓時，微處理器模塊通過控制端口使單向直流電源斷開而斷開第三閉合回路；
[0024]或，當檢測到鋰離子電容器模組達到其額定電壓后，并且檢測到二次電池依舊有剩余的能量時，微處理器模塊通過控制端口使單向直流電源斷開而斷開第三閉合回路，鋰離子電容器模組處于自然狀態，待下一次汽車啟動。
[0025]本實用新型充分發揮了鋰離子電容器高功率密度、低溫充放電能力、長循環使用壽命以及高能量密度和高電壓保持能力的特性，彌補了蓄電池在作為汽車啟動電源時的缺點。
[0026]使用單向直流電源DC/DC可以使二次電池對鋰離子電容器模組進行低壓轉高壓的充電，有效增加了二次電池的使用壽命。
[0027]本裝置采用二次電池對鋰離子電容器供電，鋰離子電容器直接對起動機供電，啟動機帶動發電機發電，發電機對二次電池供電的模式，可以有效避免二次電池的瞬時大功率放電，尤其是低溫條件下的瞬時大功率的放電，對二次電池的使用要求相對低了很多。
[0028]由于鋰離子電容器具有高電壓保持能力，因此不必擔心幾個月沒有使用而導致無法啟動汽車。
[0029]又由于鋰離子電容器具有寬溫度范圍內的高安全性和高穩定性，因此該汽車啟動電源裝置可以免維護，而不必類似于蓄電池，一年維護一次。
[0030]又由于鋰離子電容器的高功率密度，其值遠高于蓄電池的功率密度，因此在滿足相同啟動使用條件下，鋰離子電容器所需的數量大幅度減少，進而使汽車啟動電源裝置的重量和體積有很大的節省。
[0031]采用微處理器模塊對二次電池和鋰離子電容器模組的電壓、電流和溫度進行實時監測，保證了整個系統的正常運轉，尤其是保證了第三回路閉合和斷開的精準控制，避免造成能量浪費。
[0032]本實用新型的汽車啟動電源裝置的控制系統與整車系統連接，保證了系統運行的穩定性。
【附圖說明】
[0033]圖1:本實用新型控制執行模塊的電路原理圖；
[0034]圖2:本實用新型電源模塊的電路電力原理圖；
[0035]圖3:本實用新型微控制器的電路原理圖；
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