一种用于高效启动汽车的超级电容模组的制作方法

1.本发明涉及电容技术领域，特别涉及一种用于高效启动汽车的超级电容模组。


背景技术：

2.超级电容模组主要用于蓄能机构，以汽车用超级电容模组为例，可将其集成在蓄电池运行系统中，因超级电容优越的低温性能、超长的循环寿命以及大电流快速充放电等性能，在蓄电池启停系统中起到低温启动、大功率瞬时放电和吸收蓄电池冲击负载、减小电磁干扰、保护蓄电池的作用。
3.由于超级电容模组配合蓄电池系统使用，其体积越小，集成度越高，则安装难度越小，越简单易用，因此，实际的应用情况对汽车启停用超级电容模组的体积和集成度提出了较高的要求。如何改善超级电容不足的布局和组装集成工艺，使其在较小体积下保持超级电容模组的密封性能和正常的工作性能，是需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种用于高效启动汽车的超级电容模组，用以解决超级电容不足的布局和组装集成工艺的情况。
5.一种用于高效启动汽车的超级电容模组，包括：电容器壳体；电容器壳体通过间隔设置螺栓固定其内部的超级电容；电容器壳体上表面斜对称设置有正极接线柱和负极接线柱；电容器壳体上表面设置有模组检测板。
6.作为一种可能的实施方式，所述电容器壳体包括6个挡位；第一挡位的电容量为：166.66f~169.44f；第二挡位的电容量为：169.44f~172.22f；第三挡位的电容量为：172.22f~175.00f；第四挡位的电容量为：175.00f~177.77f；第五挡位的电容量为：177.77f~180.55f；第六挡位的电容量为：180.55f~183.33f。
7.作为一种可能的实施方式，所述模组检测板上设置有pin信号线；pin信号线采用螺纹孔的防呆涉及；螺纹孔包括正极螺纹和负极螺纹，正极螺纹深度为20mm，负极螺纹深度为20mm。
8.作为一种可能的实施方式，所述超级电容模组的额定电压不超过48v；超级电容模组外接电压为51.3v，主动均衡电路开启，并在外接电压大于51.3时，超级电容模组停止供电；超级电容模组的工作温度范围为：-40℃~65℃；超级电容模组的存储温度范围为：-40℃~70℃。
9.作为一种可能的实施方式，所述模组检测板上设置有过压处理电路、温度检测电路、均衡模组控制电路，并连接有监控连接器，监控报连接器的报警信号为oc门。
10.作为一种可能的实施方式，所述oc门包括：第一引脚，为oc门的发射极，与外部电路的接地端，并和oc门的发射极和外部电路的接地端连接ntc热敏电阻；第二引脚，为oc门的集电极，用于上拉电阻，并在存在过压时，短路，将上拉电阻产生的高电平拉低为低电平；第三引脚，用于作为预设准备端口；第四引脚，连接ntc热敏电阻的另一端。
11.作为一种可能的实施方式，所述过压处理电路包括：电压信号产生模块，电压信号产生模块包括过压产生子模块和模组开关，过压信号产生子模块包括过压信号输出端，模组开关用于关闭和打开超级电容模组；第一电压检测模块，第一电压检测模块的信号接收端连接过压信号输出端；第二电压检测模块，第二电压检测模块的信号接收端连接第一电压检测模块的信号输出端，第二电压检测模块的控制端和检测端连接负载；电压调节模块，电压调节模块的信号接收端连接第一电压检测模块的控制端；过压控制模块，过压控制模块连接电压调节模块的控制端，过压控制模块的输出端和第二电压检测模块的信号接收端连接，过压控制模块还可第二电压检测模块的检测端连接，接收负载检测信号；可变电阻，可变电阻设置在超级电容模组和负载之间，可变电阻的输出端连接负载。
12.作为一种可能的实施方式，所述温度检测电路包括：温感信号处理电路、模组控制电路、模数转换器和温度传感器，其中，温感信号处理电路连接模组控制电路、模数转换器和温度传感器，模数转换器连接温度传感器；温感信号处理电路，用于处理温度传感器的温感信号，生成控制指令；其中，控制指令包括模组控制指令和电路静默指令；温度传感器还用于在过温状态时产生过温响应信号；模数转换器，用于将温度传感器的温感信号转换为数字信号；模组控制电路，用于根据温感信号处理电路的控制指令，关闭和打开超级电容模组。
13.作为一种可能的实施方式，所述均衡模组控制电路包括：逻辑控制模块、第一高压晶体管、第二高压晶体管、可变电阻、第一模组供电模块和第二模组供电模块；第一模组供电模块的正极连接充电端，负极连接第二模组供电模块的正极；第二模组供电模块的负极接地；第一高压晶体管的源极连接第一模组供电模块的负极，漏极经由可变电阻连接第一模组供电模块和第二模组供电模块的连接节点，栅极接收第一控制信号；第二高压晶体管的源极连接第二模组供电模块的负极和第一高压晶体管的漏极，
第二高压晶体管的漏极连接负载，栅极接收第二控制信号；逻辑控制模块通过第一模组供电模块和第二模组供电模块的正极电压产生第一控制信号和第二控制信号；第一模组供电模块的电量大于第二模组供电模块的电量时，基于第一控制信号关断第一高压晶体管，基于第二控制信号导通第二高压晶体管；当第一模组供电模块的电量小于第二模组供电模块的电量时，基于第一控制信号导通第一高压晶体管，基于第二控制信号导通第二高压晶体管；当第一模组供电模块和第二模组供电模块的电量差值大于设定值时控制第一模组供电模块和第二模组供电模块停止充电。
14.作为一种可能的实施方式，所述监控连接器还设置有故障诊断电路，包括：缓冲延时电路、汽车供电总线和判断电路；其中，超级电容模组正极端与缓冲延时电路的输出连接，超级电容模组的负极端与汽车供电总线的负极端连接；缓冲延时电路的输入与汽车供电总线的正极端连接；判断电路分别与汽车供电总线的正极端和负极端连接，并与缓冲延时电路的输出端连接；判断电路用于监测汽车供电总线经由缓冲延时电路向超级电容模组连接中缓冲延时电路的实时电流、实时电压和实时电阻，以诊断缓冲延时电路对应的充电异常。
15.本发明的有益效果在于：本发明的超级电容模组能够具有低内阻、高功率的效果，本发明能够控制温度过低，能够满足额定电压的多次重复循环。本发明能够实现模组过压模组温度检测，能够以主动均衡的方式进行模组的控制调节。
16.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
17.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
18.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明实施例中一种用于高效启动汽车的超级电容模组的结构图；图2为本发明实施例中超级电容模组的正面图；图3为本发明实施例中的模组第一连接图；图4为本发明实施例中的模组第二连接图；图5为本发明实施例中的模组爆炸图；图6为本发明实施例中的过压处理电路的组成图；图7为本发明实施例中的温度检测电路的组成图。
具体实施方式
19.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
20.本发明公开了一种用于高效启动汽车的超级电容模组，包括：电容器壳体1；电容器壳体1通过间隔设置螺栓5固定其内部的超级电容30；电容器壳体1上表面斜对称设置有正极接线柱4和负极接线柱3；电容器壳体上表面设置有模组检测板2。
21.上述技术方案中，如附图1所示，本发明的通过电容器壳体内设置多个超级电容单体，生成超级电容模组，本发明的超级电容模组能够具有低内阻、高功率的效果，本发明能够进行温度检测，能够满足额定电压的多次重复循环。本发明能够实现模组过压模组温度检测，能够以主动均衡的方式进行模组的控制调节。
22.本发明的模组，具体结构如附图5所示，超级电容模组具有带螺孔的底板35，底板35上设置有下盖绝缘垫34，具有较大体积电阻率和耐电击穿，能够防止超级电容模组漏电，绝缘垫是pc材质，具有阻燃性和抗氧化性。下盖绝缘垫34上是下栅板33，下栅板上是由热缩套管套住的加长的支撑柱32，因为热缩套管，使得本发明具有低热阻，具有量高的高低温特性和高安全性，自然寿命也延长；然后通过多个超级电容单体36构成模组，生成集成模组，模组上设置有单体负极防水垫31和单体正极防水垫29，模组上还扣有上栅板28，上栅板28上设置电极连接片27，电极连接片27上设置mi6异形螺母26紧固超级电容单体，mi6异形螺母26上设置电极绝缘片25，电极绝缘片25上铺设整体的上盖绝缘垫24，上盖绝缘垫24上设置无排气阀的上盖23，上盖23上设置模组标签22，模组标签包括模组分档标签和模组条码标签，然后由沉头螺丝20固定整个上盖23；上盖23上设置的正极接线柱4和负极接线柱3的正极柱18和负极柱17是通过o型密封圈21和30
°
柱塞19固定在上盖23上。正极接线柱4和负极接线柱3上还设置由正极电极护套16和负极电极护套15，对于模组检测板2也是模组的上盖，pcb材质，模组检测板2由pcb盒盖防水垫14、pcb绝缘片13并通过pcba组合件12进行固定。正极接线柱4和负极接线柱3上还通过组合螺丝11进行固定，组合螺丝上具有螺丝组件10，第一螺丝组件10和第二螺丝组件9，第一螺丝组件10和第二螺丝组件9包括外锯齿弹垫圈、平垫圈和螺丝构成。模组检测板2上还设置有标签7，包括撕毁无效标签和中英文警示标签。
23.作为一种可能的实施方式，所述电容器壳体包括6个挡位；第一挡位的电容量为：166.66f~169.44f；第二挡位的电容量为：169.44f~172.22f；第三挡位的电容量为：172.22f~175.00f；第四挡位的电容量为：175.00f~177.77f；第五挡位的电容量为：177.77f~180.55f；第六挡位的电容量为：180.55f~183.33f。
24.因为本发明的电容量存在六个挡位，所以可以进行挡位调节，从而适应不同类型和不同启动功率的汽车。六个挡位可以通过模组检测板2进行自动调节，也可以进行人工调节。
25.作为一种可能的实施方式，所述模组检测板上设置有pin信号线；pin信号线采用螺纹孔的防呆设计，防呆设计是一种预防矫正的行为约束手段，运用避免产生错误的限制方法，让操作者不需要花费注意力、也不需要经验与专业知识即可直接无误地完成正确的操作。
26.螺纹孔包括正极螺纹和负极螺纹，正极螺纹深度为20mm，负极螺纹深度为20mm。本发明限定了螺纹的深度，20mm可以有更多的开刀距离，从而能够使得模组固定的更加固定。
27.作为一种可能的实施方式，所述超级电容模组的额定电压不超过48v；超级电容模组外接电压为51.3v，主动均衡电路开启，并在外接电压大于51.3时，超级电容模组停止供电；超级电容模组的工作温度范围为：-40℃~65℃；超级电容模组的存储温度范围为：-40℃~70℃。
28.上述技术方案中，本发明限定了超级电容模组的额定电压不超过48v，电动车的标定电池的电压是不超过48v的，可以防止出现事故，而且，本发明设定了主动均衡电路，主动均衡电路作为异常判定的电路，设置再51.3v是因为超级电容模组过压电压的界限值为51.3v，对于工作温度范围和存储温度范围，是为了保证超级电容模组不回因为温度导致内部出现化学反应，从而出现事故。
29.作为一种可能的实施方式，所述模组检测板上设置有过压处理电路、温度检测电路、均衡模组控制电路，并连接有监控连接器，监控报连接器的报警信号为oc门。
30.本发明的超级电容模组可以实现过压监测、温度监测、均衡控制多种功能，直接基于超级电容模组就可以进行监控报警，而且监控报警的方式是oc门，即集电极开路门，是一种线与逻辑的与非门电路，相对于现有技术中的数字化模组控制电路可以实现更快速的超级电容模组断电控制，不用采用熔断器这类不稳定，且难更换的设备，但是具有熔断器相同的。
31.作为一种可能的实施方式，所述oc门包括：第一引脚，为oc门的发射极，与外部电路的接地端，并和oc门的发射极和外部电路的接地端连接ntc热敏电阻；第二引脚，为oc门的集电极，用于上拉电阻，并在存在过压时，短路，将上拉电阻产生的高电平拉低为低电平；第三引脚，用于作为预设准备端口；第四引脚，连接ntc热敏电阻的另一端。
32.上述技术方案中，本发明的oc门设置有四个引脚，第一引脚可以用于温度监测，而且与热敏电阻电连接，实现快速的4监测和低温检测。第二引脚可以进行过压短路控制，通过电平的改变，判断不是存在过压现象，实现电压检测。第三引脚是预留接口，可以用于进行超级电容模组的检测，或者外接其它设备。第四引脚接热敏电阻的另一端，便于进行温度判定。
33.作为一种可能的实施方式，如附图6所述过压处理电路包括：电压信号产生模块，电压信号产生模块包括过压产生子模块和模组开关，过压信号产生子模块包括过压信号输出端，模组开关用于关闭和打开超级电容模组；模组开关为功率型开关；
第一电压检测模块，第一电压检测模块的信号接收端连接过压信号输出端；第二电压检测模块，第二电压检测模块的信号接收端连接第一电压检测模块的信号输出端，第二电压检测模块的控制端和检测端连接负载；电压调节模块，所述电压调节模块的信号接收端连接第一电压检测模块的控制端；过压控制模块，过压控制模块连接电压调节模块的控制端，过压控制模块的输出端和第二电压检测模块的信号接收端连接，过压控制模块还可第二电压检测模块的检测端连接，接收负载检测信号；可变电阻，可变电阻设置在超级电容模组和负载之间，可变电阻的输出端连接负载。
34.上述技术方案中，为了实现过压检测，本发明设置了与常规过压检测不同的过压处理电路，因为超级电容模组是一种汽车电池设备，所以，在进行过压检测的时候，超级电容模组的电量是不断的改变。而在汽车运行的过程中，可能因为自然温度的变换或者出现撞车爆炸产生的高热量，都会对超级电容模组造成很大的影响，因为电池。
35.因此本发明设置了上述过压处理电路，上述过压处理电路，不仅可以进行过压检测，过压检测可以同时检测超级电容模组和负载设备是不是同时处于过压状态，如果超级电容模组一般只有在充电状况下，存在，还可以实现过压调节，过压调节包括负载的过压调节和，首先本发明设置了电压信号产生模块，电压信号产生模块是设置在模组检测板2上，而且直接和超级电容模组的输出端连接，获取第一电压检测信号，为超级电容模组的直接输出的电压信号。第一电压检测模块的信号接收端接收过压检测信号，然后其控制端和电压调节模块的接收端连接，向电压调节模块输出一个控制信号，这个控制信号包括了降压的参数，这个控制信号是让电压调节模块，生成电压调节的控制信号，通过可变电阻进行降压。第二电压检测模块的信号接收端和过压控制控制模块连接，过压控制模块连接第二电压检测模块的检测端，还接收负载的检测信号，判断在可变电阻调节后，负载是不是还是处于过压状态，从而可以让第二电压检测模块关闭负载设备，或者关闭供电，如果不是处于过压状态，就可以不关闭负载设备。
36.作为一种可能的实施方式，如附图7所示，所述温度检测电路包括：温感信号处理电路、模组控制电路、模数转换器和温度传感器，其中，温感信号处理电路连接模组控制电路、模数转换器和温度传感器，模数转换器连接温度传感器；温感信号处理电路，用于处理温度传感器的温感信号，生成控制指令；其中，控制指令包括模组控制指令和电路静默指令；温度传感器还用于在过温状态时产生过温响应信号；模数转换器，用于将温度传感器的温感信号转换为数字信号；模组控制电路，用于根据温感信号处理电路的控制指令，关闭和打开超级电容模组。
37.上述技术方案中，温感信号处理电路分别连接模组控制电路、模数转换器，确定同一时间的温度信号，并将温度信号传输给模组控制电路。模组控制电路是一种基于mcu控制芯片的自动电路，模组控制电路和模组开关连接，可以控制模组供电的打开和关闭。温感信
号处理电路有具有处理能力的数字处理器或者处理芯片构成，用于接收模数转换器转换得到的温感信号，模数转换器将温度传感器感应得到的模拟信号转换为数字信号，上传到温感信号处理电路，温感信号处理电路生成模组控制指令。模组控制指令是控制模组的打开或者关闭，电路静默指令是电路处于静默状态，只有在温度传感器产生过温响应信号的时候，触发温感信号处理电路，温感信号处理电路启动，然后接收模数转换器的温度检测的数字化信息。这是为了让温度检测有快速的机制，而且温度检测的功能能够实现静默，降低检测处理过程中的消耗。
38.作为一种可能的实施方式，所述均衡模组控制电路包括：逻辑控制模块、第一高压晶体管、第二高压晶体管、可变电阻、第一模组供电模块和第二模组供电模块；第一模组供电模块的正极连接充电端，负极连接第二模组供电模块的正极；第二模组供电模块的负极接地；第一高压晶体管的源极连接第一模组供电模块的负极，漏极经由所述可变电阻连接第一模组供电模块和第二模组供电模块的连接节点，栅极接收第一控制信号；第二高压晶体管的源极连接第二模组供电模块的负极和第一高压晶体管的漏极，第二高压晶体管的漏极连接负载，栅极接收第二控制信号；逻辑控制模块通过第一模组供电模块和第二模组供电模块的正极电压产生所述第一控制信号和第二控制信号；第一模组供电模块的电量大于第二模组供电模块的电量时，基于第一控制信号关断第一高压晶体管，基于第二控制信号导通第二高压晶体管；当第一模组供电模块的电量小于第二模组供电模块的电量时，基于第一控制信号导通第一高压晶体管，基于第二控制信号导通所述第二高压晶体管；当第一模组供电模块和第二模组供电模块的电量差值大于设定值时控制第一模组供电模块和第二模组供电模块停止充电。
39.上述技术方案中，为了均衡控制超级电容模组的充电和放电。我们设置了第一高压晶体管、第二高压晶体管，可以控制第一模组供电模块的第二模组供电模块的供电状态；第一模组供电模块的正极连接充电端，负极连接第二模组供电模块的正极；在充电时，第一模组供电模块可以给第二模组供电模块充电。以达到两者都可以进行充电，而且不同单独设置线路为第二供电模组供电。降低成本的同时能够加强控制方式。第一高压晶体管的源极也就是电流进入的一极，其在导通的时候，可以对第一供电模组进行充电，其在关断的时候，第一供电模组无法进行充电。第二高压晶体管的源极连接第二模组供电模块的负极和第一高压晶体管的漏极，其在导通的情况下可以单独对第一模组供电模块进行供电，或者单独对第二模组供电模块进行连接，其在关断的情况下，第一模组供电模块和第二模组供电模块都不能供电。逻辑控制模块可以调节不同控制信号，实现只对第一模组供电模块进行供电或者只对第二模组供电模块进行供电，最后在两者的差值太大的时候，可以控制两者均停止充电，因为过高的电压差，会导致充电的时候，烧毁任意的供电模组。上述方式实现了不同子模组之间的单独可控充电和放电。
40.作为一种可能的实施方式，所述监控连接器还设置有故障诊断电路，包括：缓冲延时电路、汽车供电总线和判断电路；其中，
超级电容模组正极端与缓冲延时电路的输出连接，超级电容模组的负极端与汽车供电总线的负极端连接；缓冲延时电路的输入与汽车供电总线的正极端连接；判断电路分别与汽车供电总线的正极端和负极端连接，并与缓冲延时电路的输出端连接；判断电路用于监测汽车供电总线经由缓冲延时电路向超级电容模组连接中缓冲延时电路的实时电流、实时电压和实时电阻，以诊断缓冲延时电路对应的充电异常。
41.上述技术方案中，缓冲延时电路是一个时钟延时电路，具有时钟芯片，在充电的时候，汽车供电总线的电流在缓冲延时电路中会停留一段时间，在停留的这一段时间，判断电路会判断电流是否异常，判断电路时有电路检测器构成，包括电压检测器、电流检测器和控制开关，分别检测电路中供电总线的输出电压和缓冲延时电路的输出电压是否存在不同，从而判断是不是存在供电故障。如果存在故障的时候，会控制汽车供电总线，停止供电。
42.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。