CN102705128A - 发动机起动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发动机起动系统，包括：发动机、连接到所述发动机的起动机、具有第一电压电平的蓄电池、防反充二极管、具有第二电压电平的超级电容组、用以实现恒流充电和恒压保持的DC/DC升压电路、开关以及起动控制模块。所述超级电容组与所述防反充二极管串联后电性连接于所述蓄电池的两端，起动控制模块根据起动和充电的工况，控制所述开关的闭合和断开。本发明中的发动机起动系统利用超级电容容量大、寿命长，可以大电流快速充放电的优良性能，在起动瞬间给起动机供电，不仅可以避免大电流对蓄电池的冲击，延长其寿命，而且可以提供更大的起动功率和起动转矩，从而显著改善起动性能。
Description
技术领域
本发明属于车辆技术领域，尤其涉及一种发动机起动系统。
背景技术
现在车辆都采用起动电动机起动方式，在起动过程中，由蓄电池给起动机供电，但由于起动初始瞬间起动电动机不产生感生电势，导致起动瞬间电流极大，因此，尽管车用蓄电池可以高倍率放电，但长期的大电流冲击，将导致蓄电池极板过度极化现象，减少蓄电池寿命，同时起动过程中蓄电池剧烈的电压变化还会产生强烈的电磁干扰和造成电气设备短时掉电，因此改善车辆电源在起动过程中的性能十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机起动系统，以延长蓄电池的寿命，提高起动机的起动性能。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：一种发动机起动系统，包括：
发动机；
连接到所述发动机的起动机，所述起动机可操作用于选择地起动所述发动机；
具有第一电压电平的蓄电池；
防反充二极管；
具有第二电压电平的超级电容组，所述超级电容组与所述防反充二极管串联后电性连接于所述蓄电池的两端，所述超级电容组包括多个串联的超级电容器；
DC/DC升压电路，连接于所述蓄电池和超级电容组之间，用于升高来自所述蓄电池的第一电压电平，以提供在所述超级电容组中的第二电压电平，所述第二电压电平高于所述第一电压电平；
开关，与所述起动机串联后电性连接于所述超级电容组的两端；
起动控制模块，控制所述开关的闭合和断开。
优选的，在上述发动机起动系统中，所述DC/DC升压电路为反激式DC/DC升压电路。
优选的，在上述发动机起动系统中，所述第二电压电平为所述第一电压电平的125%。
优选的，在上述发动机起动系统中，所述第一电压电平为24V，所述第二电压电平为30V。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明中的发动机起动系统利用超级电容容量大、寿命长，可以大电流快速充放电的优良性能，在起动瞬间给起动机供电，不仅可以避免大电流对蓄电池的冲击，延长其寿命，而且可以提供更大的起动功率和起动转矩，从而显著改善起动性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明具体实施例中发动机起动系统的原理图；
图2所示为图1中DC/DC升压电路的示意图。
具体实施方式
超级电容和普通的电容相同，电容量也取决于于电极间距离和电极表面积,为了得到尽量大的电容量,要尽可能缩小超级电容器电极间距离,增加电极表面积，所以采用双电层结构、活性炭多孔化电极。即如图所示的双电层超级电容，它是靠极化电解液来储存电能的一种新型储能装置。当向电极充电时，处于理想化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附于电极表面形成双电荷层，构成双电层电容。
由于超级电容与传统电容相比，储存电荷的面积大得多，电荷被隔离的距离小得多，因此一个超级电容单元的电容量就高达几法至数万法。由于采用了特殊的工艺，超级电容的等效电阻很低，电容量大且内阻小，使得超级电容可以有很高的尖峰电流，放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率高于90%，功率密度可达到300W/KG到5000W/KG之间，是蓄电池的5到10倍。
超级电容具有极其优良的充、放电性能，在额定电压范围内，可以以极快的速度充电至任一电压值，放电时则可以放出所存储的全部电能，而且没有蓄电池快速充电和放电的损坏问题。因此超级电容非常适合于短时大功率的应用场合。
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本发明实施例公开了一种发动机起动系统，包括：
发动机；
连接到所述发动机的起动机，所述起动机可操作用于选择地起动所述发动机；
具有第一电压电平的蓄电池；
防反充二极管；
具有第二电压电平的超级电容组，所述超级电容组与所述防反充二极管串联后电性连接于所述蓄电池的两端，所述超级电容组包括多个串联的超级电容器；
DC/DC升压电路，连接于所述蓄电池和超级电容组之间，用于升高来自所述蓄电池的第一电压电平，以提供在所述超级电容组中的第二电压电平，所述第二电压电平高于所述第一电压电平；
开关，与所述起动机串联后电性连接于所述超级电容组的两端；
起动控制模块，控制所述开关的闭合和断开。
在上述发动机起动系统中，DC/DC升压电路优选为反激式DC/DC升压电路；所述第二电压电平为所述第一电压电平的约125%；所述第一电压电平为24V，所述第二电压电平为30V。起动控制模块可根据起动和充电的工况，控制开关的闭合和断开，具体为：在起动瞬间，车辆内的点火开关工作，并将信号传输至起动控制模块，起动控制模块控制开关闭合，并由超级电容组完成对起动机的供电；在超级电容需要充电时，可通过起动控制模块控制开关的断开。
通过将超级电容组与蓄电池并联，起动过程可分两个阶段，第一阶段是由超级电容组提供能量输出起动电流的阶段，第二阶段是由蓄电池提供能量输出起动电流的阶段。第一阶段占整个起动过程的1/10左右。本发明技术方案中的发动机起动系统利用超级电容组容量大、寿命长，可以大电流快速充放电的优良性能，在起动瞬间给起动机供电，不仅可以避免大电流对蓄电池的冲击，延长其寿命，而且可以提供更大的起动功率和起动转矩，从而显著改善起动性能。
参图1所示，发动机起动系统10包括发动机（图未示）、起动机11、蓄电池12、超级电容组13、DC/DC升压电路14、开关15、起动控制模块16以及防反充二极管17。
发动机驱动地连接到变速器（图未示），用于推进车辆行走。
起动机11，例如本领域内公知类型的常规DC电动机，可操作用于选择地起动发动机。
开关15与起动机11串联后连接于超级电容组13的两端，该开关15响应于起动控制模块16施加的控制信号而施加或移除起动机11上的电力，起动控制模块16的电力由蓄电池12提供。
超级电容组13包括多个串联的超级电容器131，其充完电后具有第二电压电平。
为了防止超级电容组13对蓄电池12放电，在蓄电池12和超级电容组13之间设有防反充二极管17，以防止电流回流损坏蓄电池12，从而达到保护蓄电池12的目的。蓄电池12具有第一电压电平。
在较佳实施例中，蓄电池12中的第一电压电平为24V，超级电容组13中的第二电压电平优选为第一电压电平的125%，即30V。
DC/DC升压电路14，优选为反激式DC/DC升压电路，其连接于蓄电池12和超级电容组13之间，用于升高来自蓄电池12的第一电压电平，以提供在超级电容组13中的第二电压电平。DC/DC升压电路14用以实现恒流充电和恒压保持。
反激式DC/DC升压电路简单，输入电压在很大的范围内波动时，仍可有较稳定的输出，无需切换而达到稳定输出的要求且转换效率高，损失小，变压器匝数比值也可做的较小。参图2所示，反激式DC/DC升压电路14主要包括功率开关141、二极管VD、反激变压器T、滤波电容C，PWM控制电路142、反馈控制电路143和采样电阻R1、R2。
发动机起动系统10的原理可以说明如下：闭合开关15，可以使得蓄电池12和超级电容组13并联，并将蓄电池12和超级电容组13连接到起动机11，此时，超级电容组13排他地提供第二电压电平至起动机11，当超级电容组13的电压低于24V时，则由蓄电池12给起动机11供电。
综上所述，本发明中的发动机起动系统利用超级电容容量大、寿命长，可以大电流快速充放电的优良性能，在起动瞬间给起动机供电，不仅可以避免大电流对蓄电池的冲击，延长其寿命，而且可以提供更大的起动功率和起动转矩，从而显著改善起动性能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种发动机起动系统，其特征在于，包括：
发动机；
连接到所述发动机的起动机，所述起动机可操作用于选择地起动所述发动机；
具有第一电压电平的蓄电池；
防反充二极管；
具有第二电压电平的超级电容组，所述超级电容组与所述防反充二极管串联后电性连接于所述蓄电池的两端，所述超级电容组包括多个串联的超级电容器；
DC/DC升压电路，连接于所述蓄电池和超级电容组之间，用于升高来自所述蓄电池的第一电压电平，以提供在所述超级电容组中的第二电压电平，所述第二电压电平高于所述第一电压电平；
开关，与所述起动机串联后电性连接于所述超级电容组的两端；
起动控制模块，控制所述开关的闭合和断开。
2.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其特征在于，所述DC/DC升压电路为反激式DC/DC升压电路。
3.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其特征在于，所述第二电压电平为所述第一电压电平的125%。
4.根据权利要求1所述的发动机起动系统，其特征在于，所述第一电压电平为24V，所述第二电压电平为30V。
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