一種發動機輔助啟動裝置及方法與流程

本發明涉及發動機的電源領域，具體公開了一種發動機輔助啟動裝置及方法。

背景技術：

汽車的啟動系統由蓄電池、點火開關、啟動繼電器、啟動機等組成，主要是通過將蓄電池的電能轉換成機械能，啟動發動機運轉，幾乎所有的汽車發動機都需要電力啟動系統。汽車發動機的啟動電壓大約為12V，汽車蓄電池的輸出電壓一般為13V-15V，蓄電池在高倍率放電或低溫放電時，性能會變得很差，導致輸出電壓無法達到啟動發動機的要求。

為應對汽車蓄電池無法啟動發動機的情況，現有技術采用內置有鉛酸電池或鋰電池等電池的輔助啟動裝置，將其正負極連接汽車蓄電池的正負極，輔助啟動裝置配合汽車蓄電池共同啟動發動機。但是鉛酸電池體型笨重，需要專門的充電器進行維護和保養；采用鋰電池，雖然可以解決鉛酸電池笨重以及維護的問題，但此類動力鋰電池高倍率放電的特性容易造成電池失效，甚至著火報廢，存在安全問題。通常電池的壽命有2-3年，但實際使用過程中，由于忽略定期維護，導致輔助啟動裝置壽命無法達到2-3年，甚至有些用戶還沒有使用該裝置，其壽命就已經終止，造成極大的資源浪費。

現有的輔助啟動裝置通常存在以下缺陷：需要定期維護、存在安全隱患、壽命短、充電時間過長，充電需要專用充電器。

技術實現要素：

基于此，有必要針對現有技術問題，提供一種發動機輔助裝置及方法，能夠實現快速充電，無需定期維護，同時壽命長、無安全隱患。

為解決現有技術問題，本發明公開一種發動機輔助啟動裝置，包括MCU控制器、超級電容、第一輸出端Clip-P、第二輸出端Clip-N，MCU控制器的第一信號接收端U1連接第一輸出端Clip-P，MCU控制器的接地端接地；超級電容一端通過點火控制繼電器K2連接第一輸出端Clip-P，超級電容的另一端接地，點火控制繼電器K2受控連接于MCU控制器的第二控制端SW2，超級電容設有電壓均衡電路；MCU控制器還連接有遠程控制終端。

進一步的，電壓均衡電路為輔助電流源、電阻或DC/DC變換器，電壓均衡電路與超級電容并聯。

進一步的，MCU控制器的第二信號接收端U2連接外部電源接口J1的陽極，外部電源接口J1的陰極接地，MCU控制器的第三信號接收端U3連接超級電容的非接地端，MCU控制器的第四信號接收端U4連接電壓均衡電路的非接地端。

進一步的，超級電容的非接地端連接充電切換繼電器K1的靜觸頭，充電切換繼電器K1的第一動觸頭連接外部電源接口J1的陽極，充電切換繼電器K1的第二動觸頭連接第一輸出端Clip-P，充電切換繼電器K1受控連接于MCU控制器的第一控制端SW1。

進一步的，超級電容的非接地端與充電切換繼電器K1之間還設有DC-DC升降壓充電電路，DC-DC升降壓充電電路受控于MCU控制器。

進一步的，MCU控制器連接有溫度控制器、過載控制和蜂鳴器。

本發明一種發動機輔助啟動裝置通過設置超級電容給發動機的啟動提供能量，能夠通過汽車電池或者其他充電電源給超級電容充電，并且充電時DC-DC升降壓充電電路能夠調節充電電壓，使充電電壓能夠適于給超級電容充電，此外超級電容外還設有電壓均衡電路，用于調節超級電容的電壓，能夠有效延長超級電容的壽命，MCU控制器能夠有效監測各項數據，同時能夠控制整個裝置的各個動作。

一種發動機輔助啟動方法，應用于以上任一項發動機輔助啟動裝置，包括以下步驟：

A、將第一輸出端Clip-P連接汽車電池的正極，將第二輸出端Clip-N連接汽車電池的負極；

B、MCU控制器通過第一信號接收端U1接收到來自于汽車電池的第一信號，從第一信號判斷出汽車電池的電壓大于等于10V且小于13.2V，進入自動點火控制狀態，閉合發動機啟動繼電器K3啟動汽車發動機，汽車電池的電壓變化量大于2V/10ms，MCU控制器控制閉合點火開關繼電器K2，儲存有能量的超級電容與汽車電池連接輔助啟動；

C、遠程控制終端通過MCU控制器的第一信號接收端U1接收到汽車電池的第一信號，從第一信號判斷出汽車電池的電壓大于等于10V且小于13.2V，再執行步驟B；

D、遠程控制終端通過MCU控制器的第一信號接收端U1接收到汽車電池的第一信號，從第一信號判斷出汽車電池的電壓小于10V，MCU控制器控制閉合點火開關繼電器K2，儲存有能量的超級電容與汽車電池連接，閉合發動機啟動繼電器K3啟動汽車發動機；

E、MCU控制器通過第一信號接收端U1接收到來自于汽車電池的第一信號，從第一信號判斷出汽車電池的電壓小于10V，進入10秒倒計時，閉合點火開關繼電器K2，儲存有能量的超級電容與汽車電池連接，閉合發動機啟動繼電器K3啟動汽車發動機。

進一步的，F、MCU控制器通過第三信號接收端U3接收到來自超級電容的第三信號，從第三信號判斷出超級電容儲存的能量不足以供汽車發動機啟動時：

將外部電源接口J1連接充電電源，MCU控制器通過第二信號接收端U2接收到來自外部電源接口J1的第二信號，從第二信號判斷出充電電源無法給超級電容充電時，MCU控制器發出信號提示更換充電電源，直至充電電源能夠給超級電容充電，MCU控制器控制點火控制繼電器K2彈開，同時控制充電開關切換節電器K1接通靜觸頭和第一動觸頭，外部電源接口J1的電壓通過DC-DC升降壓充電電路給超級電容充電；

或者，MCU控制器通過第一信號接收端U1識別到汽車電池的電壓大于或等于10V，MCU控制器控制充電開關切換節電器K1接通靜觸頭和第二動觸頭，汽車電池通過DC-DC升降壓充電電路給超級電容充電。

進一步的，G、MCU控制器通過第四信號接收端U4接收到來自電壓均衡電路的第四信號，從第四信號判斷出超級電容的電壓不均衡時，MCU控制器發出信號提示重新給超級電容充電。

進一步的，H、MCU控制器通過第三信號接收端U3接收到來自超級電容的第三信號，從第三信號判斷出超級電容充電完成，MCU控制器發出信號提示充電完成。

本發明一種發動機輔助啟動方法，基于上文所述的發動機輔助啟動裝置，利用超級電容、MCU控制器、繼電器連接汽車電池，安全高效地為發動機啟動提供能量，通過使用MCU控制器設置好監控各項數據的程序，在監測到不同的觸發條件時，MCU控制器控制不同的電路作出相應的動作，整個方法嚴謹安全，能夠遠程控制MCU的同時還能夠利用不同的方式給超級電容充電。

本發明的有益效果為：本發明公開一種發動機輔助啟動裝置及方法，通過超級電容提供發動機啟動所需的電壓，超級電容的充放電次數可達數十萬次，設有電壓均衡電路，用于均衡超級電容的電壓，使超級電容的壽命更長，從而進一步提高整體的壽命，此外，還設有遠程控制終端，能夠實施遠程控制功能。

附圖說明

圖1為本發明一種發動機輔助啟動裝置以及發動機部分的結構示意圖。

圖2為本發明一種發動機輔助啟動裝置的結構示意圖。

具體實施方式

為能進一步了解本發明的特征、技術手段以及所達到的具體目的、功能，下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述。

本法明的以下實施例中的發動機啟動電壓一般為12V，蓄電池的輸出電壓為13-15V，本發明采用超級電容作為發動機啟動的輔助啟動裝置的電源，在蓄電輸出電壓無法啟動發動機時，將輔助啟動裝置連接發動機的蓄電池，與其共同啟動發動機；超級電容，又名電化學電容、黃金電容、雙電層電容、法拉電容，是通過極化電解質來儲能的一種電化學元件，它不同于傳統的化學電源，是一種介于傳統電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能，但其儲能的過程并不發生化學反應，這種儲能是可逆的，也正因為此，超級電容可以反復充放電數十萬次；具有功率密度高、充放電時間段、循環壽命長、工作溫度范圍寬的優點。

請參閱圖1至圖2：

本發明的實施例一提供了一種發動機輔助啟動裝置，包括MCU控制器、超級電容、第一輸出端Clip-P、第二輸出端Clip-N，第一輸出端Clip-P和第二輸出端Clip-N分別都連接有鱷魚夾，優選地，超級電容由5個串聯的超級電容C1、C2、C3、C4、C5組成，單個超級電容的電壓通常為2.5V～2.7V，這里的超級電容整體能儲存12.5V以上的電壓；MCU控制器的第一信號接收端U1連接第一輸出端Clip-P，MCU控制器的接地端接地；超級電容一端通過點火控制繼電器K2連接第一輸出端Clip-P，超級電容的另一端接地，點火控制繼電器K2受控連接于MCU控制器的第二控制端SW2；由于制造誤差、自放電率等因素，超級電容單體之間是有差異的，在制造時和整個產品壽命周期內，電容值的變化和泄露電流影響電容器電壓的分布，因而在超級電容設有電壓均衡電路，MCU控制器的第四信號接收端U4連接電壓均衡電路的非接地端；MCU控制器還連接有遠程控制終端；MCU控制器連接有溫度控制器、過載控制和蜂鳴器。

第一輸出端Clip-P和第二輸出端Clip-N分別連接汽車電池的正負極，MCU控制器通過第一信號接收端U1接收到來自于汽車電池的第一信號，判斷出汽車電池的電壓大于10V且小于13.2V時，MCU控制器控制點火控制繼電器K2閉合，接通超級電容和汽車電池，超級電容和汽車電池共同啟動發動機，同時蜂鳴器啟動；倒數10秒后，蜂鳴器關閉，或者MCU控制器通過第四信號接收端U4接收到來自電壓均衡電路的第四信號，第四信號可以為電流信號或者電壓信號，從第四信號判斷出超級電容放電完成，蜂鳴器關閉。以上動作還可以通過遠程控制終端操作MCU控制器實現。

電壓均衡電路為輔助電流源，電壓均衡電路與超級電容并聯，即5個輔助電流源分別并聯在5個超級電容C1、C2、C3、C4、C5上，輔助電流源調節超級電容的充放電電流，根據充放電時超級電容的電壓，從而確定均衡電流，進而使各個模塊的電壓一致，在充放電的時候超級電容更穩定，能夠有效延長整體的壽命。

MCU控制器的第三信號接收端U3連接超級電容的非接地端，MCU控制器的第二信號接收端U2連接外部電源接口J1的陽極，外部電源接口J1的陰極接地；超級電容的非接地端連接充電切換繼電器K1的靜觸頭，充電切換繼電器K1的第一動觸頭連接外部電源接口J1的陽極，充電切換繼電器K1的第二動觸頭連接第一輸出端Clip-P，充電切換繼電器K1受控連接于MCU控制器的第一控制端SW1；超級電容的非接地端與充電切換繼電器K1之間還設有DC-DC升降壓充電電路，DC-DC升降壓充電電路受控于MCU控制器。MCU控制器通過第三信號接收端U3接收到來自超級電容的第三信號，第三信號可以為電流信號或者電壓信號，從第三信號判斷出超級電容儲存電量不足時，可根據需要使用汽車電池或其他電源對超級電容充電。

采用汽車電池對超級電容充電時，第一輸出端Clip-P和第二輸出端Clip-N分別連接汽車電池的正負極，MCU控制器控制點火控制繼電器K2閉合，同時控制充電切換繼電器K1的靜觸頭接通第二動觸頭，汽車電池通過DC-DC升降壓充電電路調節充電電壓之后給超級電容充電，MCU控制器通過第三信號接收端U3接收到來自超級電容的第三信號，判斷出超級電容的電壓大于12.5V，同時MCU控制器通過第四信號接收端U4接收到來自電壓均衡電路的第四信號，從第四信號判斷出各超級電容的電壓均衡，MCU控制器控制顯示出充電完成的信號，否則顯示出再次充電的信號。

采用其他電源充電時，將外部電源接口J1連接外部電源，外部電源可以為點煙器、USB等充電，MCU控制器通過第二信號接收端U2接收到來自外部電源接口J1的第二信號，第二信號為電壓信號，判斷出第二信號小于4.5V，則外部電源無法給超級電容充電，MCU控制器控制顯示出無法充電的信號，判斷出第二信號大于4.5V時，MCU控制器控制充電切換繼電器K1的靜觸頭接通第一動觸頭，外部電源通過DC-DC升降壓充電電路調節充電電壓之后給超級電容充電，MCU控制器通過第三信號接收端U3接收到來自超級電容的第三信號，判斷出超級電容的電壓大于12.5V，同時MCU控制器通過第四信號接收端U4接收到來自電壓均衡電路的第四信號，從第四信號判斷出各超級電容的電壓均衡，MCU控制器控制顯示出充電完成的信號，否則顯示出再次充電的信號。

本發明一種發動機輔助啟動裝置，有不同的充電途徑，能夠適應各種特殊情況，利用有限的資源對其進行充電，且充電速度快，一般只需要2～5分鐘，裝置連接汽車電池，并輔助其啟動發動機，裝置整體輕便、安全、壽命長，幾乎不需要維護，壽命一般也可達10年，同時擁有溫度和過載監控，能夠進一步提高整體的安全性能，同時遠程控制功能能夠更方便用戶操作使用。

本發明的實施例二提供了一種發動機輔助啟動裝置，除電壓均衡電路外的具體結構及充放電判斷操作過程如實施例一中所述，在此不贅述。

其中電壓均衡電路為電阻，電壓均衡電路與超級電容并聯，即5個電阻分別并聯在5個超級電容5個超級電容C1、C2、C3、C4、C5上，超級電容在充電過程中，內阻決定充電電流的大小以及最終電壓，電阻的阻值比超級電容的內阻大許多，使公差很小的電阻強制單個超級電容的電壓一致，同時抑制泄露電流，實現超級電容單體之間的電壓均衡。

此外，每個電阻上都可以串聯一個開關，當單體電壓高于預先設置的電壓值時，開關接通，當單體電壓低于預先設置的電壓值時，開關關閉，實現電壓均衡。

本發明的實施例三提供了一種發動機輔助啟動裝置，除電壓均衡電路外的具體結構及充放電判斷操作過程如實施例一中所述，在此不贅述。

其中電壓均衡電路為DC/DC變換器，電壓均衡電路與超級電容并聯，即在相鄰的超級電容單體之間接入DC/DC變換器，DC/DC變換器控制調整超級電容單體之間的電壓，實現超級電容單體之間的電壓均衡。

本發明的實施例四提供一種發動機輔助啟動方法，應用于實施例一、二、或三的發動機輔助啟動裝置，包括以下步驟：

A、汽車發動機無法啟動時，將第一輸出端Clip-P通過鱷魚夾連接汽車電池的正極，將第二輸出端Clip-N通過鱷魚夾連接汽車電池的負極。

B、MCU控制器通過第一信號接收端U1接收到來自于汽車電池的第一信號，第一信號為電壓信號或電流信號，的電壓大于等于10V且小于13.2V，進入自動點火控制狀態，閉合發動機啟動繼電器K3，汽車電池的電壓變化量大于2V/10ms，MCU控制器控制閉合點火開關繼電器K2，儲存有能量的超級電容與汽車電池連接，汽車發動機利用超級電容和汽車電池提供的電壓點火，同時蜂鳴器啟動，汽車發動機點火啟動之后，蜂鳴器停止，此時即可將第一輸出端Clip-P和第二輸出端Clip-N拔離汽車電池。

C、遠程控制終端通過MCU控制器的第一信號接收端U1接收到汽車電池的第一信號，從第一信號判斷出汽車電池的電壓大于等于10V且小于13.2V，再執行步驟B。

D、遠程控制終端通過MCU控制器的第一信號接收端U1接收到汽車電池的第一信號，從第一信號判斷出汽車電池的電壓小于10V，MCU控制器控制閉合點火開關繼電器K2；儲存有能量的超級電容與汽車電池連接，閉合發動機啟動繼電器K3啟動汽車發動機。

E、MCU控制器通過第一信號接收端U1接收到來自于汽車電池的第一信號，從第一信號判斷出汽車電池的電壓小于10V，進入10秒倒計時，閉合點火開關繼電器K2，儲存有能量的超級電容與汽車電池連接，閉合發動機啟動繼電器K3并共同啟動汽車發動機。

F、MCU控制器通過第三信號接收端U3接收到來自超級電容的第三信號，第三信號為電壓信號或電流信號，從第三信號判斷出超級電容儲存的能量不足以供汽車發動機啟動時，MCU控制顯示出電量不足的信號：

將外部電源接口J1連接外部充電電源，充電電源可為USB充電、點煙器充電等，MCU控制器通過第二信號接收端U2接收到來自外部電源接口J1的第二信號，第二信號為電壓信號或電流信號，從第二信號判斷出充電電源無法給超級電容充電時，MCU控制器顯示出無法充電的信號，這時更換充電電源，直至MCU控制器顯示出充電電源能夠給超級電容充電的信號，MCU控制器控制點火控制繼電器K2彈開，同時控制充電開關切換節電器K1接通靜觸頭和第一動觸頭，外部電源接口J1的電壓通過DC-DC升降壓充電電路調節之后給超級電容充電；或者，MCU控制器通過第一信號接收端U1識別到汽車電池的電壓大于或等于10V，MCU控制器控制充電開關切換節電器K1接通靜觸頭和第二動觸頭，汽車電池通過DC-DC升降壓充電電路調節之后給超級電容充電。

G、MCU控制器通過第四信號接收端U4接收到來自電壓均衡電路的第四信號，第四信號為電壓信號或電流信號，從第四信號判斷出超級電容的電壓不均衡時，重新給超級電容充電，

H、判斷出超級電容的電壓均衡時，MCU控制器通過第三信號接收端U3接收到來自超級電容的第三信號，第三信號為電壓信號或電流信號，從第三信號判斷出超級電容充電完成，MCU控制器顯示出充電完成的信號，對應拔掉第一輸出端Clip-P、第二輸出端Clip-N，或斷開外部電源接口J1與外部充電電源的連接。

本發明一種發動機輔助啟動方法，利用超級電容的特性，形成一種安全的輔助啟動發動機的方法，不需要定期進行維護，整個方法步驟嚴謹且安全，充電方式多樣化，能夠適應不同的條件，增加遠程控制功能，使應用范圍更廣。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。