一种用于启动汽车的电源装置及其启动控制方法
【专利说明】一种用于启动汽车的电源装置及其启动控制方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种用于启动汽车的电源装置及其启动控制方法。
【背景技术】
[0003]现有技术中主要是以铅酸蓄电池作为汽车的启动电源，然而蓄电池却存在着自身无法弥补的缺陷:低温性能差，高倍率输出能力对自身产生不可逆转的影响，自放电能力也比较高。
[0004]由蓄电池的结构特性决定，在低温状态下，电池的充电接受能力，充电效率，容量都会下降，若电动车辆负载过大(大电流放电)，长时间大电流放电，电池的实际放电容量将会变得更小。这也是所有蓄电池在冬季使用中不够理想的原因。蓄电池内部直流内阻的大小随着环境温度以及使用环境的变化而产生变化。特别是在_25°C以下的低温环境下，蓄电池的充电接受能力严重下滑，甚至根本达不到其启动电压；另外，其放电容量将会随着温度的降低大幅度下降，甚至可能没用放电能力。当环境温度降至0°C以下，温度每降低10°C，内阻约增大15%左右，因为硫酸溶液粘度变大，所以增大了硫酸溶液电阻，而加重了电极极化影响，蓄电池容量会明显减小。
[0005]在正常使用条件下，起动机在启动的瞬间电流是正常运转时额定电流的几倍，故而导致蓄电池瞬时电压大幅下降，性能变差。且蓄电池作为启动电源在能量使用完毕后充电所需时间较长；且在蓄电池无法使用需要废弃时，重金属铅等对环境污染严重，限制了蓄电池的应用。
[0006]同时，蓄电池的月自放电率高达30%，因此，在长期未用的汽车，需要每三个月启动一次，为蓄电池充电一段时间。这同样对蓄电池的应用有所限制。
[0007]为了改善汽车启动电源的性能，使用超级电容器并联蓄电池的方式来启动汽车，例如专利CN202429148U。超级电容器具有容量大、功率高、寿命长、低温特性好和无污染等特点，可以与蓄电池并联使用。在汽车启动过程中利用超级电容器的瞬时大功率为起动机供电，这样使蓄电池的使用寿命大大增加；然而，超级电容器自身的自放电率极大，基本上3天就会放完，这就大大限制了超级电容器的使用。
[0008]锂离子电池与蓄电池相比，可以明显发现其自放电率很低，基本上放置一年，电量还可维持80% ;锂离子电池的循环使用寿命远高于蓄电池。因此，专利CN104037446A直接用锂离子电池替代蓄电池作为汽车启动电源，但是仍未彻底解决蓄电池作为汽车启动电源所存在的问题，主要涉及大功率瞬时放电的能力。
[0009]另外，还有另一种替换型启动电源装置是是利用超级电容器取代蓄电池，例如专利CN203827004U、CN202978396U。在此系统中，蓄电池的主要作用是为超级电容器充电和为车内负载供电。此系统依旧没有改变超级电容器自放电严重而导致大量能量损失的弊端，再次启动之前需要对超级电容器再次充电。
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的技术问题是，为了解决现有汽车启动电源技术中存在的缺点，而提供一种用于汽车启动的电源装置及其启动控制方法，可延长循环使用寿命，提高功率密度，优化低温放电特性等。
[0011 ] 锂离子电容器采用锂离子电池和超级电容器混合结构，其正极采用超级电容器的正极，负极采用锂离子电池的负极，兼具超级电容器的高功率密度(其功率密度远大于铅酸蓄电池)、长寿命特性和锂离子电池高能量密度的特性。本身具有很高的电压保持能力，常温25°C放置3个月，电压下降彡5% ;宽使用温度范围(-40°C -70°C )的运行安全性、可靠性。
[0012]为解决所提出的技术问题，并鉴于锂离子电容器的优异性能，本发明用于汽车启动的电源装置包括带动内燃机运转的起动机，该起动机的供电电源为锂离子电容器模组。
[0013]进一步地，该电源装置还设置有为锂离子电容器模组充电的二次电池。
[0014]进一步地，该电源装置还设置有为二次电池充电的发电机，所述发电机由内燃机带动运转。
[0015]进一步地，所述锂离子电容器模组通过点火开关连接起动机，形成放电闭合回路，所述起动机与汽车内燃机连接；
二次电池和锂离子电容器模组连接形成第一充电闭合回路，在二次电池和锂离子电容器模组之间设置有使二次电池向锂离子电容器模组单向充电的单向充电模块；
所述发电机与二次电池串联形成第二充电闭合回路。
[0016]进一步地，所述二次电池电压12V的二次电池，为蓄电池、锂离子电池、锂离子聚合物电池、镍镉电池或镍氢电池中的任意一种。
[0017]进一步地，所述单向充电模块为单向直流电源。
[0018]进一步地，所述锂离子电容器模组包括两个正极端和一个负极端，
所述锂离子电容器模组的第二正极端通过点火开关连接起动机一端，启动机的另一端连接锂离子电容器模组的负极端；
所述单向直流电源的正极端一端连接到二次电池的正极端，另一端连接到锂离子电容器模组的第一正极端，导通方向为二次电池正极端到锂离子电容器模组的第一正极端；单向直流电源的负极端始终导通二次电池的负极端和锂离子电容器模组的负极端。
[0019]进一步地，所述单向充电模块还可以为串联的单向二极管和限流电阻，限流电阻可以使二次电池对锂离子电容器模组充电电流比较小，有效增加了二次电池的使用寿命。
[0020]进一步地，所述锂离子电容器模组包括两个正极端和一个负极端，
所述锂离子电容器模组的第二正极端通过点火开关连接起动机一端，启动机的另一端连接锂离子电容器模组的负极端；
串联的单向二极管和限流电阻，一端连接到二次电池的正极端，另一端连接到锂离子电容器模组的第一正极端，所述单向二极管的导通方向为二次电池正极端到锂离子电容器模组的第一正极端。
[0021]本发明还公开了采用前述用于汽车启动的电源装置对汽车启动的控制方法，包括:
(I)、收到汽车启动信号，点火开关闭合，接通放电闭合回路，锂离子电容器模组为起动机提供瞬时大功率电流，使其带动内燃机运转，内燃机迅速转动并达到发火点转速后，内燃机启动完成，进入正常运转，点火开关断开，放电闭合回路断开；
(2 )、内燃机进入正常运转状态后，带动发电机运转，发电机发电，第二充电闭合回路接通，发电机对二次电池充电至额定电压后，继续浮充至内燃机停止运转，发电机停止发电，第二充电闭合回路断开；
(3)、当锂离子电容器模组的电压满足不了汽车启动一次所需的电压条件，并且二次电池有充足的电压对锂离子电容器模组充电时，单向充电模块导通第一充电闭合回路，二次电池对锂离子电容器模组充电至其额定电压或充电至能至少满足一次汽车启动所需电压条件；
或，当锂离子电容器模组的电压能至少满足一次汽车启动所需电压条件，并且二次电池已没有能量继续为锂离子电容器模组充电至能至少满足再多一次启动汽车所需电压时，单向充电模块第一充电闭合回路；
或，当锂离子电容器模组达到其额定电压后，并且二次电池依旧有剩余的能量时，单向充电模块断开第一充电闭合回路，锂离子电容器模组处于自然状态，待下一次汽车启动。
[0022]本