新型汽車啟動蓄能裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于電源【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種在汽車啟動等領(lǐng)域應(yīng)用的超級電容與蓄電池混合啟動技術(shù)。提供一種將蓄電池與超級電容二者予以結(jié)合運用，充分發(fā)揮蓄電池與超級電容各自的特點，既能減少蓄電池大電流的放電次數(shù)、延長蓄電池使用壽命，又能滿足電動汽車頻繁啟動時對大電流需求的使用要求，且制造成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單，高兼容性的新型汽車啟動蓄能裝置。裝置中采用了超級電容器單體電壓均衡電路用于達(dá)到串聯(lián)超級電容器單體電壓保持一致，延長超級電容器的使用壽命，增加儲存能量，提高儲能系統(tǒng)的可靠性。采用微處理器檢測汽車蓄電池電壓，當(dāng)電池電壓低于設(shè)定值時將自動關(guān)閉有關(guān)車載用電設(shè)備，并發(fā)出警報，避免了汽車蓄電池的虧電。采用以AT89S52單片機(jī)為控制核心，利用新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量溫度值，實現(xiàn)超級電容器模組內(nèi)溫度的檢測、顯示和報警。
【專利說明】新型汽車啟動蓄能裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電源【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種在汽車啟動等領(lǐng)域應(yīng)用的超級電容與蓄電池混合啟動技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]蓄電池是汽車中的關(guān)鍵電器部件，其性能直接影響汽車的啟動?，F(xiàn)在的汽車啟動無一例外地采用電動機(jī)啟動方式。在啟動過程中特別是在啟動瞬間，由于啟動電動機(jī)轉(zhuǎn)速為零，不產(chǎn)生感生電勢，故啟動電流非常大。蓄電池的電壓在啟動瞬間下降非常厲害，如此高倍率放電對蓄電池的損傷也是非常明顯的。啟動過程的電壓劇烈變化也是極強(qiáng)的電磁干擾，可以造成車載電子設(shè)備掉電，迫使電子設(shè)備在發(fā)電機(jī)啟動過程結(jié)束后重新上電，車載計算機(jī)在這個過程中非常容易死機(jī)。因此，從改善汽車電氣設(shè)備的電磁環(huán)境、改善汽車的啟動性能和蓄電池性能或延長蓄電池使用壽命來考慮，改善汽車電源在啟動過程中的性能是必要的。
[0003]超級電容器是一種新型的儲能原件，由于它具有用途廣泛、充放電速度快、功率密度高、壽命長、免維護(hù)、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點，受到人們的廣泛關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述問題，本實用新型的目的在于克服上述技術(shù)的不足，而提供一種將蓄電池與超級電容二者予以結(jié)合運用，充分發(fā)揮蓄電池與超級電容各自的特點，既能減少蓄電池大電流的放電次數(shù)、延長蓄電池使用壽命，又能滿足汽車頻繁啟動時對大電流需求的使用要求，且制造成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單，高兼容性的新型汽車啟動蓄能裝置。
[0005]本實用新型為實現(xiàn)上述目`的，采用以下技術(shù)方案:新型汽車啟動蓄能裝置，其特征在于汽車蓄電池2的負(fù)極與超級電容器模組I的負(fù)極連接，超級電容器模組I的正極通過繼電器觸點16與汽車蓄電池2的正極連接；繼電器觸點16受控于控制繼電器15 ;超級電容器模組I內(nèi)部有溫度傳感器3，溫度信號送往溫度檢測單元4后輸入到微處理器7 ;電壓檢測單兀5檢測汽車蓄電池2的電壓并輸入到輸入到微處理器7 ;微處理器7輸出有電壓、溫度數(shù)值給顯示單元10予以顯示；輸出有報警信號給報警器6予以聲音報警；輸出兩路控制信號驅(qū)動第一控制繼電器8和第二控制繼電器9 ;第一控制繼電器觸點11和第二控制繼電器觸點12接受第一控制繼電器8和第二控制繼電器9的控制，第一控制繼電器觸點11和第二控制繼電器觸點12 —端接電源正極，一端通過連接器13與汽車電路中的用電設(shè)備14相連，控制例如大燈、音響。
[0006]其特征還在于:所述超級電容器模組中包括超級電容器單體電壓均衡電路，用于達(dá)到串聯(lián)超級電容器單體電壓保持一致，延長超級電容器的使用壽命，增加儲存能量，提高儲能系統(tǒng)的可靠性。
[0007]其特征還在于采用以AT89S52微處理器為控制核心，利用新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量溫度值，實現(xiàn)超級電容器模組內(nèi)溫度的檢測、顯示和報警。[0008]本實用新型的有益效果是:
[0009]1、由車鑰匙控制繼電器Kl的通斷，從而實現(xiàn)超級電容器與蓄電池連接的通斷。
[0010]2、在汽車放置期間，車鑰匙取下后，控制繼電器Kl自行斷開，它的觸點隨之?dāng)嚅_，從而使得超級電容器與蓄電池的連接斷開，避免了蓄電池電量的消耗。
[0011]3、超級電容器模塊與蓄電池共同為汽車啟動提供能量，延長了蓄電池的使用壽命，提高了汽車啟動和運行能力。
[0012]4、超級電容器模塊帶有先進(jìn)的電壓均衡電路，減少了超級電容器模塊充電不均衡的問題，增加儲存能量，提高儲能系統(tǒng)的可靠性。
[0013]5、采用微處理器檢測汽車蓄電池電壓，當(dāng)電池電壓低于設(shè)定值時將自動關(guān)閉有關(guān)車載用電設(shè)備，并發(fā)出警報，避免了汽車蓄電池的虧電。
[0014]【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1:系統(tǒng)框圖
[0016]圖2:蓄電池均壓電路
[0017]圖3:蓄電池電壓采樣電路
[0018]圖4:顯示及報警電路
[0019]圖5:溫度檢測電路
[0020]圖6:汽車電器外控電路`
[0021]【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖及較佳實施例詳細(xì)說明本實用新型的【具體實施方式】。如圖1所示，一種汽車啟動輔助裝置，包括蓄電池I以及與其并聯(lián)的超級電容器2，還包括串聯(lián)在蓄電池和超級電容器中的控制繼電器觸點16，所述控制繼電器觸點16受控于與汽車點火鑰匙開關(guān)連接的控制繼電器15。當(dāng)汽車點火鑰匙插入點火開關(guān)后，蓄電池電壓經(jīng)汽車點火鑰匙開關(guān)流經(jīng)控制繼電器15使得繼電器得電吸合，繼電器觸點16閉合，將超級電容器模組I的正極與蓄電池2的正極連接起來，共同為汽車啟動提供電源。
[0023]圖2為超級電容器模組單體電壓均衡電路，由于同一型號規(guī)格的超級電容器在電壓、內(nèi)阻、容量等參數(shù)上存在著差異，當(dāng)這些單體的超級電容器串聯(lián)使用時，就會導(dǎo)致串聯(lián)超級電容器單體上電壓值不一致，電容量小的電容器將會出現(xiàn)過壓，過壓工作將會引起超級電容器內(nèi)部的電解質(zhì)分解，致使電容器損壞。因此，通過合適的均衡電路達(dá)到串聯(lián)超級電容器單體電壓保持一致具有重要意義。
[0024]本實用新型發(fā)明對此問題的解決基本原理為:超級電容器電壓經(jīng)R5、R6分壓送到ICl的R端，這個分壓值在2.5V以下時，ICl的K端相當(dāng)于開路(有約400uA的漏電流)在Rl上基本不產(chǎn)生附加壓降，這樣，由Rl、R2、R3在BGl基極上的分壓不是以使BGl導(dǎo)通，因此BG2不導(dǎo)通，電路處于靜止(高阻)狀態(tài)；當(dāng)1?5，R6分壓點等于2.5V時由于BGl內(nèi)部較放大器的作用。使BGl的K端電壓下降(可拉電流IOOmA以上)將在Rl上產(chǎn)生最大值為Vcc_2V的壓差，通常這時對應(yīng)的Vcc為2.7V，使BGl導(dǎo)通進(jìn)入放大狀態(tài)。并驅(qū)動BG2導(dǎo)通進(jìn)入放大狀態(tài)；即，由于該電路的Uk端電壓BG2集電極電流的跨導(dǎo)非常大，當(dāng)ICl的R端的所接的分壓網(wǎng)絡(luò)與BG2集電極所接的電阻R9連于同一點時，電路的特性類似穩(wěn)壓二極管特性，在一定程度上將端電壓限制在穩(wěn)壓值以下，保證了超級電容器在充電時不會過電壓，隨著BG2集電極電流的上升，使R9電壓等于Vcc-Vce2，達(dá)到后使得BG2維持在飽和狀態(tài)下。[0025]圖中ICl是德州儀器公司(TI )生產(chǎn)的TL431，是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。他的輸出電壓用兩個電阻就可以任意的設(shè)置到從Verf (2.5V)到36V范圍內(nèi)的任何值。
[0026]圖3:蓄電池電壓采樣電路
[0027]蓄電池在汽車的使用過程中作用很大，它不僅是汽車每次啟動時的電源，還負(fù)責(zé)為汽車全車的電器供電(如:空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)，車內(nèi)車外的照明燈/指示燈/信號燈，CD/DVD及收音機(jī)等)。所以一旦蓄電池虧電，將會為汽車的正常使用帶來嚴(yán)重的影響。首要的影響就是汽車發(fā)動機(jī)無法啟動。
[0028]蓄電池虧電是由于使用的電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于儲存的電量，例如經(jīng)常短途行車、警報器用電量過大、經(jīng)常停車使用用電設(shè)備、經(jīng)常夜間中慢速行駛并且使用大燈、停車的時候，用電器(如大燈、內(nèi)頂燈等)沒有全部關(guān)閉，或者停車后冷卻風(fēng)扇延遲關(guān)閉(由于發(fā)動機(jī)溫度超過了設(shè)定溫度96 ° C)，等等行為都會使蓄電池或充電不足或過度放電。
[0029]如何避免蓄電池虧電？本實用新型發(fā)明對此問題的解決方法就是實時監(jiān)測蓄電池電量，圖3是蓄電池電壓采樣檢測電路，此電路由單片機(jī)、AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片和電阻采集部分組成。為使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使系統(tǒng)整體精度得以保障，本電路使用了 TLC549數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片，單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計采用AT89S52單片機(jī)作為主控芯片程序每執(zhí)行周期耗時縮到最短，這樣保證了系統(tǒng)的實時性。TLC549是以8位開工電容主次逼近A/D轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)而改造的CMOS A/D轉(zhuǎn)換器。通過三態(tài)數(shù)據(jù)輸出和模擬輸入與微處理器或外圍設(shè)備串接口。僅用輸入/輸出是鐘(I/O CLOCK)和芯片選擇輸入數(shù)據(jù)控制。其I/O CLOCK輸入頻率最高可達(dá)
1.1MHZ0
[0030]Rl、RW、R2組成電阻分壓電路，采樣電壓通過電位器RW中間滑動端輸入到IC2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片TLC549的IN端，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量通過IC2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片TLC549的CLK、D0、CS三個腳相連分別送往微處理器IC3的AD CLK,AD DATA,AD CS三個腳，由微處理器中的軟件程序?qū)Σ杉男铍姵仉娏啃盘栠M(jìn)行分析處理后送往顯示及報警電路和汽車電器外控電路進(jìn)行顯示、報警、執(zhí)行。
[0031]圖4顯示及報警電路
[0032]本電路主要是用于實時顯示蓄電池的電量和超級電容器模組內(nèi)的實時溫度，當(dāng)蓄電池電量低于設(shè)定值后將發(fā)出報警聲予以提示；當(dāng)超級電容器模組內(nèi)溫度高于于設(shè)定值后將發(fā)出報警聲予以提示。電路采用共陰極四位一體LED數(shù)碼管顯示。微處理器IC3的端口Pl.0?Pl.7的輸出信號經(jīng)過排阻接到數(shù)碼管的上，微處理器端口 P2.0、P2.1和P2.2作為四個數(shù)碼管的位選信號直接接到IC4芯片74LS138譯碼器上，再通過74LS138譯碼器控制LED數(shù)碼管引腳。
[0033]報警電路由一個自我震蕩型蜂鳴器組成，當(dāng)溫度越限時，IC3微處理器端口 p3.7口輸出低電平，通過晶體管BG推動蜂鳴器Y蜂鳴，報警電路開始工作，晶體管BG的基極加上一只限流電阻，防止晶體管因輸入電流過大而損壞。
[0034]圖5是溫度檢測電路，用以實時檢測超級電容器模組內(nèi)的溫度，電路以IC3微處理器AT89S52為控制核心，利用IC5新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量溫度值，實現(xiàn)超級電容器模組內(nèi)溫度的檢測、顯示和報警。系統(tǒng)測溫范圍為_40°C—+85°C，測量精度為0.5°C。自定義報警上、下限，一旦溫度超過極限值，單片機(jī)便啟動聲光報警。精度高、測溫范圍廣、報警及時。
[0035]DS18B20采集被控對象的實時溫度從DQ腳輸出到IC3微處理器的P3.5 口輸入，Ra為上拉電阻。電路采用數(shù)字信號輸出可提高信號抗干擾能力和溫度測量精度。電路工作電壓使用范圍為3.0?5.5V,米用外部供電方式。
[0036]圖6是汽車電器外控電路，當(dāng)檢測到蓄電池的電量低于設(shè)定值后，IC3微處理器P3.1和P3.2 口將輸出高電平信號，這兩個高電平信號通過電阻Ral、Ra2加到晶體管BG3、BG42的基極使其導(dǎo)通，電源VCC經(jīng)第一繼電器Ka和第二繼電器Kb流經(jīng)晶體管BG3、BG4到地，第一繼電器繼電器Ka和第二繼電器Kb吸合，它們的觸點Ka-UKb-1由常閉變?yōu)槌ｉ_。觸點Ka-UKb-1串聯(lián)在汽車電器回路中，當(dāng)其變?yōu)槌ｉ_后使得串聯(lián)在此回路上的電器設(shè)備失去電源而自行停止工作，保證了蓄電池的電量不會消耗到設(shè)定值以下，提高了蓄電池使用壽命和汽車運行的安全性。
【權(quán)利要求】
1.一種新型汽車啟動蓄能裝置，其特征在于:汽車蓄電池(2)的負(fù)極與超級電容器模組(I)的負(fù)極連接，汽車蓄電池(2)的正極通過繼電器觸點(16)與超級電容器模組(I)的正極連接；繼電器觸點(16)受控于控制繼電器(15);超級電容器模組(I)內(nèi)部有溫度傳感器(3)，溫度信號送往溫度檢測單元(4)后輸入到微處理器(7);電壓檢測單元(5)檢測汽車蓄電池(2)的電壓并輸入到輸入到微處理器(7);微處理器(7)輸出有電壓、溫度數(shù)值給顯示單元(10)予以顯示；輸出有報警信號給報警器(6)予以聲音報警；輸出兩路控制信號驅(qū)動第一控制繼電器(8)和第二控制繼電器(9);第一控制繼電器觸點(11)和第二控制繼電器觸點(12) —端接電源正極，一端通過連接器(13)與汽車電路中的用電設(shè)備(14)相連，控制例如大燈、音響。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述一種新型汽車啟動蓄能裝置，其特征在于:采用以AT89S52微處理器為控制核心，利用新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20測量溫度值，實現(xiàn)超級電容器模組內(nèi)溫度的檢測、顯示和報警。
【文檔編號】H02J7/00GK203381507SQ201320306052
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月30日
【發(fā)明者】蔣學(xué)軍, 許祝 申請人:重慶市星海電子有限公司