一种汽车电瓶启动系统的制作方法

1.本公开涉及汽车启动控制技术领域，具体涉及一种汽车电瓶启动系统。


背景技术：

2.汽车电瓶通常指汽车铅酸电池，用于供电启动发动机，汽车铅酸电池的工作温度区间为-20℃～50℃，在极寒，如-55℃的环境下无法正常工作供电。目前针对汽车电瓶极寒环境下无法工作的问题，主要有以下两种解决方式：
3.第一种方式是为汽车电瓶配置一个加热模块，在极寒环境下通过加热模块为汽车电瓶加热，使其升温至可工作的温度区间，但极寒环境下，汽车电源无法为加热模块提供充足的功率，且极寒环境下加热模块的加热效率极低，导致汽车电瓶的升温速度很慢，整个加热过程耗时非常长，无法达到立即启动车辆的效果。
4.第二种方式是使用超级电容为汽车电瓶供电，超级电容可在低温环境实现瞬时放电，可快速为汽车电瓶供电，但超级电容存在较严重的72小时自耗电问题，无法保持长时间储能，在启动汽车时需要对超级电容进行临时充电，且充电时间较长，同样无法做到全天候即时启动汽车。
5.综上所述，现有技术中，在极寒低温环境下，无法做到即时启动汽车，给汽车在极寒环境下的使用带来不便。


技术实现要素：

6.为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种汽车电瓶启动系统。本公开可实现极寒环境下瞬时启动汽车电瓶，可靠性和稳定性更高。
7.本公开所述的一种汽车电瓶启动系统，包括：启动模块、充放电管理模块、超级电容模块和蓄电池；
8.所述充放电管理模块分别与所述超级电容模块、所述蓄电池和汽车电瓶信号连接；
9.所述超级电容模块和所述蓄电池呈并接结构接入在所述启动模块的输入端，用于择一向所述启动模块放电，所述启动模块的输出端连接汽车电瓶的输入端，用于在接收到所述超级电容模块或所述蓄电池的放电电流时，向汽车电瓶输入启动信号，控制所述汽车电瓶启动；
10.所述超级电容模块的输入端分别连接外部电源、汽车电瓶和所述蓄电池，用于接入外部电压、汽车电瓶电压或蓄电池电压充电；所述充放电管理模块用于控制外部电源、汽车电瓶或所述蓄电池为所述超级电容模块充电。
11.优选地，所述汽车电瓶启动系统还包括：
12.温度检测模块，所述温度检测模块与所述充放电管理模块信号连接，所述温度检测模块用于获取环境温度并输入到所述充放电管理模块中，所述充放电管理模块中预设有第一温度阈值m，当所述环境温度高于所述第一温度阈值m时，所述充放电管理模块控制所
述蓄电池向所述启动模块放电；当所述环境温度等于或低于所述第一温度阈值m时，所述充放电管理模块控制所述超级电容模块向所述启动模块放电。
13.优选地，所述充放电管理模块计算所述超级电容模块的所需充电时间其中c表示所述超级电容模块的电容量，v1表示所述超级电容模块的充电功率；
14.所述充放电管理模块根据所述环境温度的变化曲线，获取当前时刻以前一定时间段内所述环境温度的变化趋势，当所述环境温度的变化趋势为下降时，获取环境温度的下降速率v2，并计算获得第二温度阈值n＝t1*v2+m；当所述环境温度下降至所述第二温度阈值n时，所述充放电管理模块控制外部电源、汽车电瓶或所述蓄电池为所述超级电容模块充电
15.优选地，所述充放电管理模块控制外部电源、汽车电瓶或所述蓄电池为所述超级电容模块充电时，首先检测是否连接外部电源，若是则控制外部电源为所述超级电容模块充电，否则进一步检测汽车电瓶和所述蓄电池的剩余电量并进行比较，选取其中剩余电量较多的一个为所述超级电容模块充电。
16.优选地，所述汽车电瓶启动系统还包括；
17.启动管理模块，所述启动管理模块与所述充放电管理模块通信连接，所述启动管理模块与所述启动模块信号连接。
18.优选地，所述蓄电池的输入端分别连接外部电源和汽车电瓶，用于接入外部电压或汽车电瓶电压充电。
19.优选地，所述超级电容模块包括主电容和至少一个与所述主电容单元并接的备用电容单元，所述充放电管理模块控制所述超级电容模块向所述启动模块放电时，判断所述主电容单元是否故障，若是则使用所述备用电容单元向所述启动模块放电，否则使用所述主电容单元向所述启动模块放电。
20.优选地，所述主电容单元包括p个逐个串联的放电电容，各个所述放电电容的两端压降分别为u1、u2...u
p
，选取其中的最大值和最小值分别记为u
max
和u
min
；所述充放电管理模块中预设有压降阈值ud，当u
max-u
min
≥ud时，判断所述主电容单元故障，否则判断所述主电容单元未故障。
21.优选地，所述充放电管理模块检测汽车电瓶和所述蓄电池的剩余电量，当汽车电瓶剩余电量小于预设的电瓶电量阈值，且所述蓄电池的剩余电量小于预设的蓄电池电量阈值时，所述蓄电池停止为所述超级电容模块充电，并显示低电量报警信息。
22.优选地，所述蓄电池为锂电池。
23.本公开所述的一种汽车电瓶启动系统，其优点在于，本公开通过设置超级电容模块与蓄电池并接在启动模块的结构，充放电管理模块可选用蓄电池或超级电容模块其中一路来向启动模块放电，如在常温环境下优先使用蓄电池来为启动模块供电，当处于极寒低温环境时，使用超级电容模块来为启动模块供电，利用超级电容的瞬时放电和耐低温特性，实现极寒环境下汽车电瓶瞬时启动。且超级电容模块具有多种充电方式，充放电管理模块在超级电容模块的剩余电容量小于预设的电容量阈值时，充放电管理模块控制各个模块及时为超级电容模块充电，使超级电容模块保持高电容量状态，以满足瞬时启动时的放电需求。本公开通过设置蓄电池和超级电容模块两个启动通道，充放电管理模块可选择其中一个启动通道来对启动模块放电启动，且可持续对超级电容模块进行充电，使其维持在高电
容量状态，满足汽车瞬时启动的要求，可靠性和稳定性更好，能良好地适用于极寒低温环境中，确保汽车在极寒低温环境中稳定启动。
附图说明
24.图1是本公开所述一种汽车电瓶启动系统的结构示意图。
25.附图标记说明：1-启动模块，2-充放电管理模块，3-超级电容模块，4-蓄电池，5-汽车电瓶，6-外部电源，7-启动管理模块。
具体实施方式
26.如图1所示，本公开所述的一种汽车电瓶启动系统，包括启动模块、充放电管理模块、超级电容模块和蓄电池。
27.充放电管理模块为常规的锂电池充放电管理单元，其分别与超级电容模块、蓄电池和汽车电瓶信号连接，用于监测超级电容模块、蓄电池、汽车电瓶的剩余电容量和蓄电量，以及对于超级电容模块、蓄电池和汽车电瓶进行充电管理。
28.超级电容模块和蓄电池呈并接结构接入在启动模块的输入端，用于择一向启动模块放电，具体的，蓄电池的电流输出端连接到启动模块的输入端，超级电容模块的输出端也连接到启动模块的输入端，使启动模块形成两条启动通路，分别为蓄电池启动通道和超级电容启动通道。启动模块的输出端连接汽车电瓶的输入端，用于在启动模块接收到超级电容模块或者蓄电池的放电电流时，向汽车电瓶输入启动信号，控制汽车电瓶启动，进而使得汽车的发动机启动。
29.超级电容模块的输入端分别连接外部电源、汽车电瓶和蓄电池，使得超级电容模块可以接入外部电压、汽车电瓶电压或蓄电池电压进行充电，充放电管理模块实时检测超级电容模块的剩余电容量，当超级电容模块的剩余电容量小于预设的电容量阈值，如75％时，超级电容模块控制外部电源、汽车电瓶或蓄电池为超级电容模块充电。
30.本公开通过设置超级电容模块与蓄电池并接在启动模块的结构，充放电管理模块可选用蓄电池或超级电容模块其中一路来向启动模块放电，如在常温环境下优先使用蓄电池来为启动模块供电，当处于极寒低温环境时，使用超级电容模块来为启动模块供电，利用超级电容的瞬时放电和耐低温特性，实现极寒环境下汽车电瓶瞬时启动。且超级电容模块具有多种充电方式，充放电管理模块在超级电容模块的剩余电容量小于预设的电容量阈值时，充放电管理模块控制各个模块及时为超级电容模块充电，使超级电容模块保持高电容量状态，以满足瞬时启动时的放电需求。本公开通过设置蓄电池和超级电容模块两个启动通道，充放电管理模块可选择其中一个启动通道来对启动模块放电启动，且可持续对超级电容模块进行充电，使其维持在高电容量状态，满足汽车瞬时启动的要求，可靠性和稳定性更好，能良好地适用于极寒低温环境中，确保汽车在极寒低温环境中稳定启动。
31.进一步的，本实施例中，所述汽车电瓶启动系统还包括：
32.温度检测模块，温度检测模块可选用温度传感器，设置在汽车的车身上，用于检测获取环境温度。温度检测模块与充放电管理模块2信号连接，用于将检测的温度信号输入到充放电管理模块2中。充放电管理模块2中预设有第一温度阈值m，在具体的实施例中，第一温度阈值m可以设置为-20℃，当环境温度高于-20℃时，代表汽车当前所处环境温度下蓄电
池4可以正常执行放电动作，因而充放电管理模块2控制蓄电池4向启动模块1放电，以节省系统电耗。当环境温度等于或低于-20℃时，代表汽车当前所处环境的温度较低，为了保证汽车启动的稳定性，充放电管理模块2控制超级电容模块3向启动模块1放电，利用超级电容在低温环境下稳定的特性，使放电启动过程稳定进行。通过设置第一温度阈值m，在环境温度较高时使用蓄电池4正常放电，可节省系统电耗，在低温环境下使用超级电容模块3放电启动，确保放电启动工作稳定进行。
33.为节省系统电耗，超级电容模块3在温度较高的环境下为关闭状态，而超级电容模块3的充电需要一定时间，为满足汽车即时启动的使用需求，需要根据环境温度预先对超级电容模块3充电。
34.为了解决超级电容模块3的提前充电问题，本实施例中，充放电管理模块2计算超级电容模块3的所需充电时间其中c表示所述超级电容模块3的电容量，v1表示所述超级电容模块3的充电功率，充电时间t1表示超级电容模块3从空电量到充满所需的时间。
35.所述充放电管理模块2根据所述环境温度的变化曲线，获取当前时刻以前一定时间段内所述环境温度的变化趋势，如，当前时刻以前60min内的环境温度变化趋势，这一变化趋势主要反映环境温度在该时间段内是升温或降温，该变化趋势可以通过当前时间点温度减去起始时刻时间点温度的差值来获得，当差值为正数时，表示环境温度呈上升趋势，当差值为0时，表示环境温度大致不变，当差值为负数时，表示环境温度呈下降趋势。
36.仅当所述环境温度的变化趋势为下降时，获取环境温度的下降速率v2，该下降速率v2可以通过当前时间点温度减去起始时刻时间点温度的差值除以该时间段来获得，以获取该时间段内温度下降的平均速率。
37.然后计算获得第二温度阈值n＝t1*v2+m；当所述环境温度下降至所述第二温度阈值n时，所述充放电管理模块2控制外部电源6、汽车电瓶5或所述蓄电池4为所述超级电容模块3充电。
38.根据超级电容模块3的充电时间t1，预估如环境温度继续保持下降速率v2下降，则至少要在环境温度为第二温度阈值n时开始为超级电容模块3充电，才能确保当环境温度下降至第一温度阈值m时，超级电容模块3为充满状态，使其能够稳定地完成放电启动动作。
39.通过上述过程，可保持环境温度较高时使超级电容模块3关闭以降低系统电耗，而当环境温度下降至第二温度阈值n时自动为超级电容模块3充电，确保当环境温度下降至第一温度阈值m时，超级电容模块3为充满状态。在节省系统电耗的同时可满足汽车即时启动的需求。
40.进一步的，本实施例中，充放电管理模块2控制外部电源6、汽车电瓶5或蓄电池4为超级电容模块3充电时，首先检测是否连接外部电源6，若是则控制外部电源6为超级电容模块3充电，否则进一步检测汽车电瓶5和蓄电池4的剩余电量并进行比较，选取其中剩余电量较多的一个为超级电容模块3充电。在为超级电容模块3充电时，优先使用外部电源6进行充电，当未连接外部电源6时，则选取剩余电量高的进行充电，以避免其余模块出现低电量现象。在具体的实施例中，当汽车电瓶5和蓄电池4的剩余电量相等时，则优先使用汽车电瓶5进行充电。
41.进一步的，本实施例中，所述汽车电瓶启动系统还包括：
42.启动管理模块，启动管理模块与充放电管理模块通信连接，启动管理模块与启动模块信号连接，启动管理模块与充放电管理模块进行通讯，根据通信信号，对启动模块的运行进行控制，以使启动模块的控制稳定、响应迅速。
43.进一步的，本实施例中，蓄电池的输入端分别连接外部电源和汽车电瓶，用于接入外部电压或汽车电瓶电压充电，使蓄电池具有多种充电方式。
44.进一步的，本实施例中，超级电容模块包括主电容和至少一个与主电容并接的备用电容，当充放电管理模块检测到主电容损坏或故障时，且此时需要使用超级电容模块为启动模块供电启动时，充放电管理模块切换到备用电容为启动模块放电，使启动模块及时放电使汽车电瓶启动。备用电容可提高超级电容模块的稳定性，进而提高系统整体的稳定性和可靠性。
45.进一步的，本实施例中，主电容单元包括p个逐个串联的放电电容，各个所述放电电容的两端压降分别为u1、u2...u
p
，选取其中的最大值和最小值分别记为u
max
和u
min
；所述充放电管理模块2中预设有压降阈值ud，当u
max-u
min
≥ud时，判断所述主电容单元故障，否则判断主电容单元未故障。在具体的实施例中，压降阈值ud可设置为0.5v。每个放电电容在蓄电时，其两端均会产生压降，各个放电电容的压降分布可反映主电容单元工作的稳定性，因而本实施例中，通过检测压降的最大值与最小值之差，当该差值大于0.5v时，判断主电容单元出现故障现象，否则判断主电容单元未故障，可正常使用。上述过程可便于判断主电容单元是否故障，在主电容单元故障时及时启动备用电容单元放电，以确保放电启动过程的稳定性。
46.进一步的，本实施例中，充放电管理模块检测汽车电瓶和蓄电池的剩余电量，当汽车电瓶剩余电量小于预设的电瓶电量阈值，如10％，且蓄电池的剩余电量小于预设的蓄电池电量阈值时，如20％，蓄电池停止为超级电容模块充电，并显示低电量报警信息。该过程可在蓄电池和汽车电瓶低电量下减少充电损耗，并及时进行报警。
47.进一步的，本实施例中，蓄电池为锂电池，锂电池具有充放电稳定，低温性能良好的优点。
48.在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
49.对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种汽车电瓶启动系统，其特征在于，包括：启动模块、充放电管理模块、超级电容模块和蓄电池；所述充放电管理模块分别与所述超级电容模块、所述蓄电池和汽车电瓶信号连接；所述超级电容模块和所述蓄电池呈并接结构接入在所述启动模块的输入端，用于择一向所述启动模块放电，所述启动模块的输出端连接汽车电瓶的输入端，用于在接收到所述超级电容模块或所述蓄电池的放电电流时，向汽车电瓶输入启动信号，控制所述汽车电瓶启动；所述超级电容模块的输入端分别连接外部电源、汽车电瓶和所述蓄电池，用于接入外部电压、汽车电瓶电压或蓄电池电压充电；所述充放电管理模块用于控制外部电源、汽车电瓶或所述蓄电池为所述超级电容模块充电。2.根据权利要求1所述汽车电瓶启动系统，其特征在于，还包括：温度检测模块，所述温度检测模块与所述充放电管理模块信号连接，所述温度检测模块用于获取环境温度并输入到所述充放电管理模块中，所述充放电管理模块中预设有第一温度阈值m，当所述环境温度高于所述第一温度阈值m时，所述充放电管理模块控制所述蓄电池向所述启动模块放电；当所述环境温度等于或低于所述第一温度阈值m时，所述充放电管理模块控制所述超级电容模块向所述启动模块放电。3.根据权利要求2所述汽车电瓶启动系统，其特征在于，所述充放电管理模块计算所述超级电容模块的所需充电时间其中c表示所述超级电容模块的电容量，v1表示所述超级电容模块的充电功率；所述充放电管理模块根据所述环境温度的变化曲线，获取当前时刻以前一定时间段内所述环境温度的变化趋势，当所述环境温度的变化趋势为下降时，获取环境温度的下降速率v2，并计算获得第二温度阈值n＝t1*v2+m；当所述环境温度下降至所述第二温度阈值n时，所述充放电管理模块控制外部电源、汽车电瓶或所述蓄电池为所述超级电容模块充电。4.根据权利要求3所述汽车电瓶启动系统，其特征在于，所述充放电管理模块控制外部电源、汽车电瓶或所述蓄电池为所述超级电容模块充电时，首先检测是否连接外部电源，若是则控制外部电源为所述超级电容模块充电，否则进一步检测汽车电瓶和所述蓄电池的剩余电量并进行比较，选取其中剩余电量较多的一个为所述超级电容模块充电。5.根据权利要求1所述汽车电瓶启动系统，其特征在于，还包括；启动管理模块，所述启动管理模块与所述充放电管理模块通信连接，所述启动管理模块与所述启动模块信号连接。6.根据权利要求1所述汽车电瓶启动系统，其特征在于，所述蓄电池的输入端分别连接外部电源和汽车电瓶，用于接入外部电压或汽车电瓶电压充电。7.根据权利要求1所述汽车电瓶启动系统，其特征在于，所述超级电容模块包括主电容和至少一个与所述主电容单元并接的备用电容单元，所述充放电管理模块控制所述超级电容模块向所述启动模块放电时，判断所述主电容单元是否故障，若是则使用所述备用电容单元向所述启动模块放电，否则使用所述主电容单元向所述启动模块放电。8.根据权利要求7所述汽车电瓶启动系统，其特征在于，所述主电容单元包括p个逐个串联的放电电容，各个所述放电电容的两端压降分别为u1、u2...u
p
，选取其中的最大值和最
小值分别记为u
max
和u
min
；所述充放电管理模块中预设有压降阈值u
d
，当u
max-u
min
≥u
d
时，判断所述主电容单元故障，否则判断所述主电容单元未故障。9.根据权利要求1所述汽车电瓶启动系统，其特征在于，所述充放电管理模块检测汽车电瓶和所述蓄电池的剩余电量，当汽车电瓶剩余电量小于预设的电瓶电量阈值，且所述蓄电池的剩余电量小于预设的蓄电池电量阈值时，所述蓄电池停止为所述超级电容模块充电，并显示低电量报警信息。10.根据权利要求1所述汽车电瓶启动系统，其特征在于，所述蓄电池为锂电池。

技术总结
本公开涉及一种汽车电瓶启动系统，包括启动模块、充放电管理模块、超级电容模块和蓄电池；所述充放电管理模块分别与所述超级电容模块、所述蓄电池和汽车电瓶信号连接；所述超级电容模块和所述蓄电池呈并接结构接入在所述启动模块的输入端，用于择一向所述启动模块放电，所述启动模块的输出端连接汽车电瓶的输入端，用于在接收到所述超级电容模块或所述蓄电池的放电电流时，向汽车电瓶输入启动信号，控制所述汽车电瓶启动。本公开可实现极寒环境下瞬时启动汽车电瓶，可靠性和稳定性更高。可靠性和稳定性更高。可靠性和稳定性更高。


技术研发人员：刘时雨 郭兵 赵世兴 覃锦军 胡兵华 黎曾权
受保护的技术使用者：深圳市格瑞普电池有限公司
技术研发日：2022.03.11
技术公布日：2023/9/20