一种油电混联式超级电容管理系统及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种油电混联式超级电容管理系统及控制方法。该系统包括主控芯片MCU模块，整车控制器，充电机，CAN通讯模块，电源电路模块，开关控制模块，以及继电器及控制电路模块。当汽车启动时，利用相应的继电器，实现电容供电；当达到一定速度时，切换为汽油发动机作为动力源，断开相应继电器，停止电动机；当汽车要进行非紧急制动时，打开发电机，将汽车动能回收，供电容充电，电容电压不足时，充电机作为后备充电源。与现有技术相比，本发明降低了汽车油耗，减轻了对环境的污染，同时把汽车制动时的能量回收到电容中，提高了能源利用率。
【专利说明】一种油电混联式超级电容管理系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及车辆能源的【技术领域】，具体地说是一种油电混联式超级电容管理系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]降低汽车尾气对环境的污染是21世纪亟待解决的问题之一，由于纯电动汽车续航里程较短，目前较难推广，有汽车厂商提出了油电混合式解决方案。其中的电源部分目前有汽车厂商用锂电池，也有厂商提出用超级电容。超级电容具有充放电快、充电次数多等特点，具有锂电池无法比拟的优势。
[0003]目前有汽车厂商提出了汽油发动机和超级电容配合的混联式方案，这就需要一种能够对发动机、电动机、发电机、超级电容等部件进行优化匹配，保障其在复杂工况下能量利用最优的电容管理系统。但目前超级电容和汽油发动机的配合技术还不成熟，特别是超级电容管理系统还没有成熟的方案。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是:提供一种油电混联式超级电容管理系统及控制方法，对发动机、电动机、发电机、超级电容等部件进行优化匹配，保障其在复杂工况下能量利用最优。
[0005]为了解决上述问题，本发明提出一种油电混联式超级电容管理系统，包括主控芯片MCU模块，用于处理输入数据，以及汽车的监控；
整车控制器，接收来自主控芯片MCU模块的信号并发送控制信号至汽车；
充电机，用于当电容电压不足时辅助以充电。
[0006]CAN通讯模块，连接在主控芯片MCU模块与整车控制器、充电机之间，用来进行主控芯片MCU模块与整车控制器之间、主控芯片MCU模块与充电机之间的信息交换和传输；
电源电路模块，用于转换合适的工作电压给各模块；
开关控制模块，用来连接外部供电电源至电源电路模块，以及各模块的用电控制，启动超级电容进入充电模式的所有开关的总和；
继电器及控制电路模块，包含多个继电器，接收相应命令进行闭合与断开，控制多个回路的工作。
[0007]优选的，还包括外部显示设备，用于显示超级电容状态信息；
串口通讯模块，连接在主控芯片MCU模块与外部显示设备之间，用于主控芯片MCU模块与外部显不设备之间的信息交换和传输；
检测模块，与超级电容相连，用于检测超级电容各状态信息；
模拟量输入模块，与主控芯片MCU模块相连，用于采集检测模块输出的模拟量；
隔离转换模块，与检测模块相连，对检测模块检测到的信息进行隔离和转换；
故障报警模块，与主控芯片MCU模块相连，用于当主控芯片MCU模块检测到异常信号时，发出故障报警.优选的，所述检测模块包括用于检测电容电压的电压检测模块，用于检测电容温度的温度检测模块，用于检测回路电流的电流检测模块，用于防止触电的绝缘检测模块。
[0008]优选的，所述隔离转换模块包括用于隔离的隔离器件，以及用于模/数转换的模/数转换器。
[0009]优选的，还包括用于监控主控芯片MCU，保护主控芯片MCU正常工作的硬件看门狗模块。
[0010]本发明还提出一种油电混联式超级电容管理系统的控制方法，该方法包含以下步骤:
S1.汽车启动时，启动的钥匙信号发送给整车控制器，整车控制器通过CAN通讯模块发送电容放电请求。
[0011]S2.超级电容管理系统接到命令后，闭合相应的继电器，把电容系统接入放电回路，保证汽车在启动时由超级电容提供动力源。
[0012]S3.当汽车速度达到预设速度一时，利用开关控制模块启动汽油发动机，由超级电容管理系统控制相应的继电器断开，使高压回路停止电力输出，并关断电动机，由发动机提供动力源。
[0013]S4.汽车停止行驶前，且处于非紧急制动情况下，当汽车速度大于预设速度二时，利用开关控制模块打开发电机，超级电容管理系统启动充电模式，利用停车过程中回收的动能对电容充电。
[0014]S5.当主控芯片MCU接收到欠压信号时，利用充电机对电容补充充电，以备下一次启动汽车时使用。
[0015]与现有技术相比，本发明具有如下优点:一、降低了汽车油耗，减轻了对环境的污染；二、把汽车制动时的能量回收到电容中，提高了能源利用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例一的油电混联式超级电容管理系统示意图。
[0017]图2为本发明实施例二的油电混联式超级电容管理系统示意图。
[0018]图3为本发明实施的油电混联式超级电容管理系统控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0019]为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
[0020]本发明的具体实施例一如图1所示,一种油电混联式超级电容管理系统,包括主控芯片MCU模块1，用于处理输入数据，以及汽车的监控；
整车控制器2，接收来自主控芯片MCU模块I的信号并发送控制信号至汽车；
充电机3，用于当电容电压不足时辅助以充电。
[0021]CAN通讯模块4，连接在主控芯片MCU模块I与整车控制器2、充电机3之间，用来进行主控芯片MCU模块I与整车控制器2之间、主控芯片MCU模块I与充电机3之间的信息交换和传输； 电源电路模块5,用于转换合适的工作电压给各模块；
开关控制模块，用来连接外部供电电源至电源电路模块5，以及各模块的用电控制，启动超级电容进入充电模式的所有开关的总和；
继电器及控制电路模块6，包含多个继电器，接收相应命令进行闭合与断开，控制多个回路的工作。
[0022]本发明的具体实施例二如图2所示，除实施例一包含的各个模块外，还包括外部显示设备7，用于显示超级电容状态信息；
串口通讯模块8，连接在主控芯片MCU模块I与外部显示设备7之间，用于主控芯片MCU模块I与外部显示设备7之间的信息交换和传输；在实施例二中，该串口选用RS-232 ；
检测模块9，与超级电容相连，用于检测超级电容各状态信息；
模拟量输入模块10，与主控芯片MCU模块I相连，用于采集检测模块输出的模拟量； 隔离转换模块11，与检测模块9相连，对检测模块9检测到的信息进行隔离和转换；
硬件看门狗模块12，用于监控主控芯片MCU，保护主控芯片MCU正常工作；
故障报警模块13，与主控芯片MCU模块I相连，用于当主控芯片MCU模块I检测到异常信号时，发出故障报警。
[0023]其中，检测模块9包括用于检测电容电压的电压检测模块91，用于检测电容温度的温度检测模块92，用于检测回路电流的电流检测模块93，用于防止触电的绝缘检测模块94。
[0024]其中，隔离转换模块11包括用于隔离的隔离器件111，以及用于模/数转换的模/数转换器112。隔离转换模块11分别位于各个检测模块中。
[0025]本实施例二增加上述模块的目的主要是出于对安全性能方面的考虑。
[0026]该系统的控制方法流程图如图3所示，包含以下步骤:
(SOI)汽车启动时，启动的钥匙信号发送给整车控制器，整车控制器通过CAN通讯模块发送电容放电请求。
[0027](S02)超级电容管理系统接到命令后，闭合相应的继电器，把电容系统接入放电回路，保证汽车在启动时由超级电容提供动力源。
[0028](S03)当汽车速度达到预设速度一时，利用开关控制模块启动汽油发动机，由超级电容管理系统控制相应的继电器断开，使高压回路停止电力输出，并关断电动机，由发动机提供动力源。
[0029](S04)汽车停止行驶前，且处于非紧急制动情况下，当汽车速度大于预设速度二时，利用开关控制模块打开发电机，超级电容管理系统启动充电模式，利用停车过程中回收的动能对电容充电。
[0030](S05)当主控芯片MCU接收到欠压信号时，利用充电机对电容补充充电，以备下一次启动汽车时使用。
[0031]由实施例二的结构图中可知，该超级电容管理系统还具有温度检测功能。通过在电容模组表面和极柱上分布设计温度传感器，与其连接的相应继电器和模/数转换器共同组成温度检测电路。继电器和主控芯片MCU中的缓存器配合对温度传感器总线进行切换，把不同的温度传感器按顺序依次与模/数转换器接通，模/数转换器对温度传感器进行A/D采样，通过MCU检测出电容的温度值，从而对超级电容系统进行全面的温度监控。[0032]该超级电容管理系统还具有单体电压和总电压检测功能。通过在每个单体电容上安装电压采集端子，电压采集线与MCU相连，从而读取每个电容的电压。总电压是由每个单体电压累加而得。通过在总回路中串入分流器，从而检测超级电容系统的电流值，达到实时监控电路电流的目的。
[0033]MCU通过和串口 RS-232通讯模块8相连，可以和PC或其它外部显示设备7进行通讯，从而实现利用外设中的上位机对超级电容管理系统进行控制，并显示超级电容状态信息的目的。
[0034]当主控芯片MCU模块I检测到单个电容电压、总体电容电压、电容温度、回路电流超过一定的数值时，或者发现电容管理系统出现短路时，启动故障报警模块13，并将故障信息显示在外部显示设备7上，供操作人员参考，有利于操作人员做出正确的判断与选择。
[0035]以上为本发明较佳的实现方式，需要说明的是，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种油电混联式超级电容管理系统，包括主控芯片MCU模块(1)，用于处理输入数据，以及汽车的监控； 整车控制器(2)，接收来自主控芯片MCU模块(I)的信号并发送控制信号至汽车； 充电机(3)，用于当电容电压不足时辅助以充电； CAN通讯模块(4)，连接在主控芯片MCU模块(I)与整车控制器(2 )、充电机(3 )之间，用来进行主控芯片MCU模块(I)与整车控制器(2 )之间、主控芯片MCU模块(I)与充电机(3 )之间的信息交换和传输； 电源电路模块(5),用于转换合适的工作电压给各模块； 其特征在于:还包括开关控制模块，用来连接外部供电电源至电源电路模块(5)，以及各模块的用电控制，启动超级电容进入充电模式的所有开关的总和； 继电器及控制电路模块(6)，包含多个继电器，接收相应命令进行闭合与断开，控制多个回路的工作。
2.根据权利要求1所述的油电混联式超级电容管理系统，其特征在于，还包括外部显示设备(7)，用于显示超级电容状态信息； 串口通讯模块(8)，连接在主控芯片MCU模块(I)与外部显示设备(7)之间，用于主控芯片MCU模块(I)与外部显不设备(7)之间的信息交换和传输； 检测模块(9 )，与超级电容相连，用于检测超级电容各状态信息； 模拟量输入模块(10)，与主控芯片MCU模块(I)相连，用于采集检测模块输出的模拟量; 隔离转换模块(11 )，与检测模块(9)相连，对检测模块(9)检测到的信息进行隔离和转换； 故障报警模块(13)，与主控芯片MCU模块(I)相连，用于当主控芯片MCU模块(I)检测到异常信号时，发出故障报警。
3.根据权利要求2所述的油电混联式超级电容管理系统，其特征在于，所述检测模块(9)包括用于检测电容电压的电压检测模块(91)，用于检测电容温度的温度检测模块(92)，用于检测回路电流的电流检测模块(93)，用于防止触电的绝缘检测模块(94)。
4.根据权利要求3所述的油电混联式超级电容管理系统，其特征在于，所述隔离转换模块(11)包括用于隔离的隔离器件(111)，以及用于模/数转换的模/数转换器(112)。
5.根据权利要求4所述的油电混联式超级电容管理系统，其特征在于，还包括用于监控主控芯片MCU，保护主控芯片MCU正常工作的硬件看门狗模块(12)。
6.一种油电混联式超级电容管理系统的控制方法，其特征在于，该方法包含以下步骤: S1.汽车启动时，启动的钥匙信号发送给整车控制器，整车控制器通过CAN通讯模块发送电容放电请求； S2.超级电容管理系统接到命令后，闭合相应的继电器，把电容系统接入放电回路，保证汽车在启动时由超级电容提供动力源； S3.当汽车速度达到预设速度一时，利用开关控制模块启动汽油发动机，由超级电容管理系统控制相应的继电器断开，使高压回路停止电力输出，并关断电动机，由发动机提供动力源；s4.汽车停止行驶前，且处于非紧急制动情况下，当汽车速度大于预设速度二时，利用开关控制模块打开发电机，超级电容管理系统启动充电模式，利用停车过程中回收的动能对电容充电； s5.当主控芯片MCU接收到欠压信号时，利用充电机对电容补充充电，以备下一次启动汽车时使用。
【文档编号】B60W10/06GK103612630SQ201310630400
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】刘飞, 文锋, 阮旭松, 程兵富 申请人:惠州市亿能电子有限公司