本發(fā)明特別涉及一種汽車啟動電源的能量存儲及釋放方法。
背景技術：
：：移動電源應用廣泛，現有的移動電源一般采用鋰離子電池作為儲能模塊，鋰離子電池具有諸多缺點，如容易爆炸，安全性不高，充放電次數不多，使用壽命為300-500次(充電周期)，且一般使用2年后，電池性能會顯著下降；因此，需要設計一種新的用于汽車啟動電源的能量存儲及釋放方法。另外，現有的移動電源一般都是通過電源適配器接交流電源獲取電能，但是，在使用交流電不方便的場合，充電就變得很困難。技術實現要素：本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種汽車啟動電源的能量存儲及釋放方法，該汽車啟動電源的能量存儲及釋放方法可靠性高，安全性高。發(fā)明的技術解決方案如下：一種汽車啟動電源的能量存儲及釋放方法，采用充電輸入電路為儲能模塊充電；汽車蓄電池無法啟動汽車時，采用繼電器驅動電路控制儲能模塊輸出啟動電流為汽車放電；儲能模塊包括多個串聯的超級電容；每一個超級電容并聯有一個穩(wěn)壓支路，穩(wěn)壓支路由電阻和穩(wěn)壓管串聯而成。每一個超級電容的電容值的10～500F；作為優(yōu)選，電阻的阻值為1歐姆，穩(wěn)壓管的型號為MMSZS223BT1。超級電容為2～10個。作為優(yōu)選，超級電容為5個，每一個超級電容的電容值為350F。電容值在+20％，-10％范圍內均滿足要求。作為優(yōu)選，相鄰的超級電容的連接點處短接有一個插座。作為優(yōu)選，所述的插座為CON4P-600A型4引腳插座。儲能電路與充電輸入電路相連。充電輸入電路為干電池組電路或接汽車點煙器接口的取電電路。充電輸入電路為汽車蓄電池取電電路或交流電源適配器。充電輸入電路為干電池組電路、接汽車點煙器接口的取電電路、汽車蓄電池取電電路和交流電源適配器中的至少一種。繼電器驅動電路包括繼電器和第一驅動模塊；所述的第一驅動模塊包括第一控制信號輸入電路和2個N-MOS管Q9和Q13；第一控制信號輸入電路包括串聯的電阻R52和R19；電阻R52的第一端接控制信號CTL-START；電阻R52的第二端經電阻R19接地；2個N-MOS管Q9和Q13的G極均短接至電阻R52和R19的連接點；2個N-MOS管Q9和Q13的S極均接地；2個N-MOS管Q9和Q13的D極與儲能電源的正極BAT+之間接有繼電器的第一線圈。所述的用于移動電源的繼電器驅動電路還包括第二驅動模塊；所述的繼電器為雙輸入線圈型繼電器，具有第一線圈和第二線圈，并共用一對輸出觸點；所述的第二驅動模塊包括第二控制信號輸入電路和2個N-MOS管Q1和Q2；第二控制信號輸入電路包括串聯的電阻R2和R7；電阻R2的第一端接控制信號DAT；電阻R2的第二端經電阻R7接地；2個N-MOS管Q1和Q2的G極均短接至電阻R2和R7的連接點；2個N-MOS管Q1和Q2的S極均接地；2個N-MOS管Q1和Q3的D極與儲能電源的正極BAT+之間接有繼電器的第二線圈。所述的主控電路采用具有A/D轉換器的MCU。所述的儲能模塊包括多個串聯的超級電容，超級電容的個數為2-10個。升壓電路采用FP5139型集成芯片。干電池充電接口連接有干電池倉，干電池倉中能容納3～5節(jié)1.5V的干電池。汽車啟動電源還包括與主控電路相連的反電壓保護電路。3個控制端：CTL-CHG、CTL-INA和CTL-INB來自MCU的控制輸出端，具體來說，電路工作原理如下：CTL-INA：高電平時，經過Q3，CTL-A得到低電平，導致Q14導通，外部電壓直接經人電子對儲能模塊充電；此為充電的第一階段；CTL-INB：高電平時，經過Q7后CTL-B得到低電平，從而Q8導通，外部電壓接通U9；CTL-CHG：高電平時，經Q12后，在EN-19V得到低電平，U9d的CTL端電位被拉低，U9進入正常工作模式，輸出恒壓給儲能模塊充電。CTL-CHG高電平時，要求CTL-INA處于低電平，采用交替工作模式。有益效果：本發(fā)明的汽車啟動電源的能量存儲及釋放方法，完全不同于采用鋰離子電池的儲能模塊，采用超級電容安全性高，沒有爆炸的風險，且使用壽命長；汽車啟動電源的能量存儲及釋放方法具有以下特點：(1)充電速度快，充電10秒～10分鐘可達到其額定容量的95％以上；(2)循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數可達1～50萬次，沒有“記憶效應”；(3)大電流放電能力超強，能量轉換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90％；(4)功率密度高，可達300W/KG～5000W/KG，相當于電池的5～10倍；(5)產品原材料構成、生產、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源；(6)充放電線路簡單，無需充電電池那樣的充電電路，安全系數高，長期使用免維護；(7)超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃；(8)檢測方便，剩余電量可直接讀出；總而言之，這種汽車啟動電源的能量存儲及釋放方法的突出優(yōu)點是采用超級電容，功率密度高、充放電時間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬，且安全性高。具有基于超級電容的儲能模塊的汽車啟動電源具有以下特點：(1)采用一個超級電容或多個串聯的超級電容作為儲能模塊；(2)采用多種可選的接口為儲能模塊充電；充電輸入接口配置有汽車電瓶取電接口、USB充電接口、干電池充電接口和汽車點煙器接口；靈活性強，實用性強。(3)采用帶A/D轉換器的MCU作為主控電路芯片對整個充電過程進行控制，結構緊湊，能顯著簡化電路設計；(4)具有雙色指示燈和照明燈；(5)通過預充電控制開關電路和主充電控制開關電路控制充電進程；(6)具有過流保護、過壓保護、溫度保護和電壓反接保護功能。另外，采用外部控制端與升壓保護芯片結合實現充電控制，能實現充電的完全可控，安全可靠性高；用于移動電源的雙輸入供電電路，采用2個電源輸入端，一個接汽車電池(如通過點煙器接口接電池)，一個接干電池組，特別適合車載使用，無線交流電即可為移動電源的儲能模塊充電。另外，采用BAT54CW型肖特基勢壘二極管，正向壓降低(由于肖特基勢壘高度低于PN結勢壘高度，故其正向導通門限電壓和正向壓降都比PN結二極管低(約低0.2V))，由于SBD(肖特基勢壘二極管)是一種多數載流子導電器件，不存在少數載流子壽命和反向恢復問題。SBD的反向恢復時間只是肖特基勢壘電容的充、放電時間，完全不同于PN結二極管的反向恢復時間。由于SBD的反向恢復電荷非常少，故開關速度非常快，開關損耗也特別小，尤其適合于高頻應用。SBD的結構及特點使其適合于在低壓、大電流輸出場合用作高頻整流。更進一步，穩(wěn)壓器采用的ME6119A33PG型穩(wěn)壓器為輸入電壓可調的高手LDO穩(wěn)壓器(400mAAdjustableVoltageHighSpeedLDORegulators)，輸出電壓精確，輸入電壓范圍為2.5～18V；應用在此處特別適合，不但可以通過升壓電路為儲能模塊充電，還能作為基準電壓用于溫度檢測電路中。因此，這種用于移動電源的雙輸入供電電路能兼容性寬范圍的輸入電壓，應用廣泛，且無需交流電即可充電，電路工作穩(wěn)定，實用性強。LED驅動電路，采用開關器件(MOS管)控制LED照明燈的開啟和關閉，耗能小，采用緊湊型的雙色LED燈作為紅綠指示燈，結構緊湊，占用空間小，另外，供電電路能提供穩(wěn)定的3.3V直流電壓，能保證LED燈穩(wěn)定工作，發(fā)光均勻，避免光的明暗變化和閃爍。因此，這種LED驅動電路電路簡潔，所用元件少，易于控制。繼電器驅動電路，采用2個并行的驅動模塊驅動繼電器，可靠性高，安全性高，另外，且每一驅動模塊也具有2個N-MOS管，即采用冗余設計，切換時時滯小，即使一個開關器件損壞，仍然可以正常工作，因而可靠性高，能保障汽車啟動電源的正常放電。啟動電源的檢測電路，采用多輸入通道的A/D轉換器對多路電壓信號進行檢測，還能實現溫度監(jiān)控以便后續(xù)實現過熱保護，加之集成度高，電路簡潔，易于實施，檢測精度高，能為汽車啟動電源的安全工作提供技術上的保障。綜上所述，這種啟動電源功能完善，集成度高，安全性高，適合推廣實施。附圖說明圖1為汽車啟動電源的電原理框圖；圖2為汽車啟動電源的升壓電路部分的原理圖；圖3為USB插口部分的電路原理圖；圖4為控制端CTL-CHG、CTL-INA和CTL-INB部分的原理圖。圖5為用于移動電源的雙輸入供電電路的電路原理圖；圖6為移動電源的儲能電路的原理圖；圖7為LED驅動電路的原理圖。圖8為用于移動電源的繼電器驅動電路的電路原理圖；圖9為檢測支路的原理圖；圖10為A/D轉換器的原理圖。具體實施方式為了便于理解本發(fā)明，下文將結合說明書附圖和較佳的實施例對本文發(fā)明做更全面、細致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于一下具體實施例。除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術語與本領域技術人員通常理解含義相同。本文中所使用的專業(yè)術語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。實施例1：如圖6，一種汽車啟動電源的能量存儲及釋放方法，采用充電輸入電路為儲能模塊充電；汽車蓄電池無法啟動汽車時，采用繼電器驅動電路控制儲能模塊輸出啟動電流為汽車放電；儲能模塊包括多個串聯的超級電容；每一個超級電容并聯有一個穩(wěn)壓支路，穩(wěn)壓支路由電阻和穩(wěn)壓管串聯而成。如圖1，一種汽車啟動電源，包括主控電路、充電輸入接口、穩(wěn)壓電路、升壓電路、儲能模塊和輸出電路；充電輸入接口經穩(wěn)壓電路為主控電路供電；充電輸入接口經升壓電路為儲能模塊充電；升壓電路受控于主控電路；輸出電路包括輸出接口和受控于主控電路的繼電器；儲能模塊通過繼電器與輸出接口相連；所述的儲能模塊為基于超級電容的儲能模塊。所述的汽車啟動電源還包括預充電控制開關電路和主充電控制開關電路；充電輸入接口經預充電控制開關電路接儲能模塊；充電輸入接口經主充電控制開關電路接升壓電路。所述的汽車啟動電源還包括與主控電路相連的指示燈電路和照明燈電路。所述的汽車啟動電源還包括與主控電路相連的過壓保護電路、過流保護電路和過溫保護電路中的至少一種。充電輸入接口為汽車電瓶取電接口、USB充電接口、干電池充電接口和汽車點煙器接口中的至少一種。所述的主控電路采用具有A/D轉換器的MCU。所述的儲能模塊包括多個串聯的超級電容，超級電容的個數為2-10個。升壓電路采用FP5139型集成芯片。干電池充電接口連接有干電池倉，干電池倉中能容納3～5節(jié)1.5V的干電池。汽車啟動電源還包括與主控電路相連的反電壓保護電路。圖1～3，一種汽車啟動電源的充電控制電路，包括升壓保護芯片U9、充電輸出電路和3個控制端：CTL-CHG、CTL-INA和CTL-INB；升壓保護芯片U9為FP5139芯片；(1)控制端CTL-CHG經依次串聯的電阻R34和R33接地，電阻R34和R33的連接點接NMOS管Q12的G極；Q12的S極接地，Q12的D極為EN-19V端；(2)控制端CTL-INB經依次串聯的電阻R91和R90接地，電阻R91和R90的連接點接NMOS管Q7的G極；Q7的S極接地，Q7的D極為CTL-B端；(3)控制端CTL-INA經依次串聯的電阻R14和R13接地，電阻R14和R13的連接點接NMOS管Q3的G極；Q3的S極接地，Q7的D極為CTL-A端；(4)直流電源VBOUT+接PMOS管Q14的S極，Q14的D極經熱敏電阻RT4接儲能模塊的正輸入端BAT+；Q14的G極和S極之間跨接有電阻R29，Q14的G極接CTL-A端；(5)直流電源VBOUT+接PMOS管Q8的S極，Q8的D極經依次串接的電感L4和二極管D6接儲能模塊的正輸入端BAT+；Q8的D極接升壓保護芯片U9的供電端VCC；Q8的G極和S極之間跨接有電阻R30，Q8的G極接CTL-B端；(6)EN-19V端經電阻R57接升壓保護芯片U9的控制端CTL；(7)充電輸出電路：升壓保護芯片U9的GATE端經電阻R15接NPN型三極管Q19的B極和PNP型三極管Q20的B極；Q19的E極和Q20的C極短接；Q19的C極經電阻R16接電源VCC-BAT；Q19的E極經電阻R43接NMOS管Q10的G極，Q10的D極接電感L4與二極管D6的連接點；Q10的S極和Q20的E極均接地。USB接口的正輸入端USB_IN經二極管D17接Q8的S極。儲能模塊的正端BAT1+經二極管D16接Q8的S極。一種過流保護電路涉及括運算放大器U1-B、測量電阻R18和升壓保護芯片U9；測量電阻R18串接在汽車啟動電源的前端供電回路中；測量電阻R18的第一端經電阻R39接運算放大器的同相輸入端；測量電阻R18的第二端經電阻R36接運算放大器的反相輸入端；運算放大器的輸出端與反相輸入端之間跨接有電阻R40；運算放大器的輸出端與升壓保護芯片U9的反饋端FB相接。運算放大器的輸出端通過二極管D20與升壓保護芯片U9的反饋端FB相接；且反饋端FB接二極管D20的負極。所述的前端供電回路為USB供電回路(通過USB接口為啟動電源的儲能模塊充電)；測量電阻R18的第一端接地(SGND)；測量電阻R18的第二端接USB充電接口J4的負端BAT1-。運算放大器的型號為LM258ADR，升壓保護芯片U9的型號為FP5139，電阻R18、R39、R36和R40的阻值分別為0.01歐姆、1K歐姆、1K歐姆和20K歐姆。過流保護電路采用的運算放大器的電路為反相放大電路，放大倍數約為20倍；增加二極管D20起到防止電流倒灌的作用，即保障單向導通；另外升壓保護芯片本身具有短路保護功能，以及升壓放電功能，并且能調節(jié)輸出電流和電壓的大小，功能豐富，放大電路和保護IC相結合，能實現電路的過流保護，可靠性高。圖5，一種用于移動電源的雙輸入供電電路，包括第一電源輸入端(VBOUT+)、第二電源輸入端(VCC-BAT)、二極管、穩(wěn)壓器和電源輸出端(5V-VDD)；第一電源輸入端用于與汽車電池的正極相接；第二電源輸入端用于接干電池組的正極；干電池組包括三節(jié)干電池，每節(jié)1.5V，輸出為4.5V；第一電源輸入端經二極管接穩(wěn)壓器的輸入端；第二電源輸入端經二極管接穩(wěn)壓器的輸入端；穩(wěn)壓器的輸出端為電源輸出端；穩(wěn)壓器的輸出端輸出3.3～5V的直流電壓。所述的二極管為BAT54CW型肖特基勢壘二極管。所述的穩(wěn)壓器為ME6119A33PG型穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓器的輸入端設有電解電容(C40)；穩(wěn)壓器的輸入端和輸出端處還各接有一個非電解電容(C37和C51)；所述的電解電容的電容值為47uF，所述的非電解電容的電容值為0.1uF。如圖6，移動電源的儲能模塊包括串聯5個超級電容(C1，C2，C3，C4和C7)；每一個超級電容的電容值為350F；完全不同于采用鋰離子電池的儲能模塊，采用超級電容安全性高，沒有爆炸的風險，且使用壽命長；電路中的4個插座(J45，J11，J11，J18)的作用在于加粗導電回路；因為該電源的典型應用在于提供汽車啟動電流，電流大，加粗導電回路能有效保護器件和電路板。每一個超級電容并聯有一個穩(wěn)壓支路，穩(wěn)壓支路由電阻和穩(wěn)壓管串聯而成，電阻的阻值為1歐姆，穩(wěn)壓管的型號為MMSZS223BT1。如圖7，LED驅動電路包括照明型LED燈(D15)、紅色LED指示燈、綠色LED指示燈和開關器件(Q5)；照明型LED燈的正極經第一限流電阻接直流電源正極(5V-VDD)；照明型LED燈的負極經開關器件接地；開關器件的控制端經電阻R11接LED控制端口(CTL-LED)；紅色LED指示燈和綠色LED指示燈的正極短接后經第二限流電阻(R53)接直流電源正極(5V-VDD)；紅色LED指示燈和綠色LED指示燈的負極分別接紅色LED燈控制端口(LED-R)和綠色LED燈控制端口(LED-G)。所述的開關器件為N-MOS管；N-MOS管的D極接照明型LED燈的負極；N-MOS管的S極接地(SGND)；N-MOS管的G極接電阻R11。N-MOS管的型號為2N7002K。紅色LED指示燈和綠色LED指示燈采用雙色LED燈(D4)；第一限流電阻為50歐姆(圖中為R48和R20并聯)，第二限流電阻(R53)為2.4K歐姆，電阻R11為1K歐姆；直流電源正極為3.3V。LED控制端口為MCU的IO端口或按鍵電路的輸出端，紅色LED燈控制端口(LED-R)和綠色LED燈控制端口(LED-G)為MCU的IO端口。工作原理說明：(1)CTL-LED為高電平時，Q5導通，D15導通發(fā)光；(2)LED-G為低電平時，綠色LED燈導通發(fā)光；(3)LED-R為低電平時，紅色LED燈導通發(fā)光。如圖8，用于移動電源的繼電器驅動電路，包括繼電器和第一驅動模塊；所述的第一驅動模塊包括第一控制信號輸入電路和2個N-MOS管Q9和Q13；第一控制信號輸入電路包括串聯的電阻R52和R19；電阻R52的第一端接控制信號CTL-START；電阻R52的第二端經電阻R19接地；2個N-MOS管Q9和Q13的G極均短接至電阻R52和R19的連接點；2個N-MOS管Q9和Q13的S極均接地；2個N-MOS管Q9和Q13的D極與儲能電源的正極BAT+之間接有繼電器的第一線圈。所述的用于移動電源的繼電器驅動電路還包括第二驅動模塊；所述的繼電器為雙輸入線圈型繼電器，具有第一線圈和第二線圈，并共用一對輸出觸點；所述的第二驅動模塊包括第二控制信號輸入電路和2個N-MOS管Q1和Q2；第二控制信號輸入電路包括串聯的電阻R2和R7；電阻R2的第一端接控制信號DAT；電阻R2的第二端經電阻R7接地；2個N-MOS管Q1和Q2的G極均短接至電阻R2和R7的連接點；2個N-MOS管Q1和Q2的S極均接地；2個N-MOS管Q1和Q3的D極與儲能電源的正極BAT+之間接有繼電器的第二線圈。電阻R52和電阻R2均為1K歐姆；電阻R19和電阻R7均為20K歐姆。N-MOS管的型號為2N7002K，N-MOS管的G極與地之間接有陶瓷電容C5和C6，每一個陶瓷電容的電容值為0.1uF，BAT+與N-MOS管Q9的D極之間接有一個二極管D7，BAT+與N-MOS管Q1的D極之間接有一個二極管D10。CTL-START和DAT分別是正?？刂菩盘柡彤惓？刂?；正常控制為用戶主動開啟放電開關，切換繼電器實現放電；異常控制是指下列5種情況其中之一發(fā)生：1.夾子端電壓過低(低于11VDC)2.夾子端電壓過高(高于15VDC)3.夾子接反4.夾子短路5.內部線路溫度過高；以上情況有相關檢測電路檢測。參見圖2，用于汽車啟動電源的過流保護電路，包括運算放大器U1-B、測量電阻R18和升壓保護芯片U9；測量電阻R18串接在汽車啟動電源的前端供電回路中；測量電阻R18的第一端經電阻R39接運算放大器的同相輸入端；測量電阻R18的第二端經電阻R36接運算放大器的反相輸入端；運算放大器的輸出端與反相輸入端之間跨接有電阻R40；運算放大器的輸出端與升壓保護芯片U9的反饋端FB相接。運算放大器的輸出端通過二極管D20與升壓保護芯片U9的反饋端FB相接；且反饋端FB接二極管D20的負極。所述的前端供電回路為USB供電回路(通過USB接口為啟動電源的儲能模塊充電)；測量電阻R18的第一端接地(SGND)；測量電阻R18的第二端接USB充電接口J4的負端BAT1-。運算放大器的型號為LM258ADR，升壓保護芯片U9的型號為FP5139，電阻R18、R39、R36和R40的阻值分別為0.01歐姆、1K歐姆、1K歐姆和20K歐姆。另有一個過流保護電路用于對儲能模塊的輸出電流進行監(jiān)控，如圖2，該電路以運放U1-A為核心；以并聯的R31和R32為測量電阻(R31和R32均為0.01歐姆，并聯后為0.005歐姆)；檢測原理同基于運放U1-B的過流保護電路的原理相同。圖9～10，一種啟動電源的檢測電路，包括溫度檢測支路、電源電壓檢測支路和A/D轉換器；所述的A/D轉換器為多通道A/D轉換器；A/D轉換器的輸出端輸出檢測結果數據；溫度檢測支路中，熱敏電阻RT1與電源電壓(5V-VDD)相連，熱敏電阻RT1與電阻R22串聯，電阻R22接地；熱敏電阻RT1與電阻R22的連接點(V07)接A/D轉換器的第一模擬信號輸入端口(AN1)；電源電壓檢測支路中，電源電壓Vbout+(用于接汽車電池)經依次串接的電阻R66和R67接地；電阻R66和R67的連接點(V06)接A/D轉換器的第二模擬信號輸入端口(AN2)。所述的啟動電源的檢測電路還包括儲能模塊電壓檢測支路；儲能模塊電壓檢測支路中，儲能模塊電壓BAT+(用于接儲能模塊的正極端)經依次串接的電阻R74和R75接地；電阻R74和R75的連接點(V08)接A/D轉換器的第三模擬信號輸入端口(AN0)。所述的啟動電源的檢測電路還包括開關檢測支路；開關檢測支路中，電源電壓(5V-VDD)經依次串接的電阻R89、開關SW1和電阻R21接地；電阻R89和開關SW1的連接點(CLK)接A/D轉換器的時鐘信號端(CLK/P2.1)。所述的A/D轉換器的型號為SC8F2712；熱敏電阻RT1的電阻為10K歐姆；電阻R22、R66、R67、R74、R75、R89和R21的電阻值分別為10K、100K、100K、301K、100K、1M和100K，單位為歐姆。SW1按下后CLK電壓將產生跟轉，這個高低電平變化信號直接傳遞到MCU，執(zhí)行特定的功能，如觸發(fā)繼電器實現放電等，芯片內部的時鐘信號由芯片自己生成或外部其他引腳提供。U4本身就是MCU，因此，ADC的轉換結果通過內部電路(或寄存器)提供給U4中的MCU模塊。當前第1頁1 2 3 當前第1頁1 2 3