CN203381507U - 新型汽车启动蓄能装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电源技术领域，特别涉及一种在汽车启动等领域应用的超级电容与蓄电池混合启动技术。提供一种将蓄电池与超级电容二者予以结合运用，充分发挥蓄电池与超级电容各自的特点，既能减少蓄电池大电流的放电次数、延长蓄电池使用寿命，又能满足电动汽车频繁启动时对大电流需求的使用要求，且制造成本低廉，结构简单，高兼容性的新型汽车启动蓄能装置。装置中采用了超级电容器单体电压均衡电路用于达到串联超级电容器单体电压保持一致，延长超级电容器的使用寿命，增加储存能量，提高储能系统的可靠性。采用微处理器检测汽车蓄电池电压，当电池电压低于设定值时将自动关闭有关车载用电设备，并发出警报，避免了汽车蓄电池的亏电。采用以AT89S52单片机为控制核心，利用新型数字温度传感器DS18B20测量温度值，实现超级电容器模组内温度的检测、显示和报警。
Description
技术领域
本实用新型属于电源技术领域，特别涉及一种在汽车启动等领域应用的超级电容与蓄电池混合启动技术。
背景技术
蓄电池是汽车中的关键电器部件，其性能直接影响汽车的启动。现在的汽车启动无一例外地采用电动机启动方式。在启动过程中特别是在启动瞬间，由于启动电动机转速为零，不产生感生电势，故启动电流非常大。蓄电池的电压在启动瞬间下降非常厉害，如此高倍率放电对蓄电池的损伤也是非常明显的。启动过程的电压剧烈变化也是极强的电磁干扰，可以造成车载电子设备掉电，迫使电子设备在发电机启动过程结束后重新上电，车载计算机在这个过程中非常容易死机。因此，从改善汽车电气设备的电磁环境、改善汽车的启动性能和蓄电池性能或延长蓄电池使用寿命来考虑，改善汽车电源在启动过程中的性能是必要的。
超级电容器是一种新型的储能原件，由于它具有用途广泛、充放电速度快、功率密度高、寿命长、免维护、节约能源和绿色环保等特点，受到人们的广泛关注。
发明内容
鉴于上述问题，本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种将蓄电池与超级电容二者予以结合运用，充分发挥蓄电池与超级电容各自的特点，既能减少蓄电池大电流的放电次数、延长蓄电池使用寿命，又能满足汽车频繁启动时对大电流需求的使用要求，且制造成本低廉，结构简单，高兼容性的新型汽车启动蓄能装置。
本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案: 新型汽车启动蓄能装置，其特征在于汽车蓄电池2的负极与超级电容器模组1的负极连接，超级电容器模组1的正极通过继电器触点16与汽车蓄电池2的正极连接；继电器触点16受控于控制继电器15；超级电容器模组1内部有温度传感器3，温度信号送往温度检测单元4后输入到微处理器7；电压检测单元5检测汽车蓄电池2的电压并输入到输入到微处理器7；微处理器7输出有电压、温度数值给显示单元10予以显示；输出有报警信号给报警器6予以声音报警；输出两路控制信号驱动第一控制继电器8和第二控制继电器9；第一控制继电器触点11和第二控制继电器触点12接受第一控制继电器8和第二控制继电器9的控制，第一控制继电器触点11和第二控制继电器触点12一端接电源正极，一端通过连接器13与汽车电路中的用电设备14相连，控制例如大灯、音响。
其特征还在于: 所述超级电容器模组中包括超级电容器单体电压均衡电路，用于达到串联超级电容器单体电压保持一致，延长超级电容器的使用寿命，增加储存能量，提高储能系统的可靠性。
其特征还在于采用以 AT89S52微处理器为控制核心，利用新型数字温度传感器 DS18B20测量温度值，实现超级电容器模组内温度的检测、显示和报警。
本实用新型的有益效果是:
1、由车钥匙控制继电器K1的通断，从而实现超级电容器与蓄电池连接的通断。
2、在汽车放置期间，车钥匙取下后，控制继电器K1自行断开，它的触点随之断开，从而使得超级电容器与蓄电池的连接断开，避免了蓄电池电量的消耗。
3、超级电容器模块与蓄电池共同为汽车启动提供能量，延长了蓄电池的使用寿命，提高了汽车启动和运行能力。
4、超级电容器模块带有先进的电压均衡电路，减少了超级电容器模块充电不均衡的问题，增加储存能量，提高储能系统的可靠性。
5、采用微处理器检测汽车蓄电池电压，当电池电压低于设定值时将自动关闭有关车载用电设备，并发出警报，避免了汽车蓄电池的亏电。
附图说明
图1：系统框图
图2：蓄电池均压电路
图3：蓄电池电压采样电路
图4：显示及报警电路
图5：温度检测电路
图6：汽车电器外控电路
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。如图1所示，一种汽车启动辅助装置，包括蓄电池1以及与其并联的超级电容器2，还包括串联在蓄电池和超级电容器中的控制继电器触点16,所述控制继电器触点16受控于与汽车点火钥匙开关连接的控制继电器15。当汽车点火钥匙插入点火开关后，蓄电池电压经汽车点火钥匙开关流经控制继电器15使得继电器得电吸合，继电器触点16闭合，将超级电容器模组1的正极与蓄电池2的正极连接起来，共同为汽车启动提供电源。
图2为超级电容器模组单体电压均衡电路，由于同一型号规格的超级电容器在电压、内阻、容量等参数上存在着差异，当这些单体的超级电容器串联使用时，就会导致串联超级电容器单体上电压值不一致，电容量小的电容器将会出现过压，过压工作将会引起超级电容器内部的电解质分解，致使电容器损坏。因此，通过合适的均衡电路达到串联超级电容器单体电压保持一致具有重要意义。
本实用新型发明对此问题的解决基本原理为：超级电容器电压经R5、R6分压送到IC1的R端，这个分压值在2.5V以下时，IC1的K端相当于开路（有约400uA的漏电流）在R1上基本不产生附加压降，这样，由R1、R2、R3在BG1基极上的分压不是以使BG1导通，因此BG2不导通，电路处于静止（高阻）状态；当R5，R6分压点等于2.5V时由于BG1内部较放大器的作用。使BG1的K端电压下降（可拉电流100mA以上）将在R1上产生最大值为Vcc-2V的压差，通常这时对应的Vcc为2.7V，使BG1导通进入放大状态。并驱动BG2导通进入放大状态；即，由于该电路的UR端电压BG2集电极电流的跨导非常大，当IC1的R端的所接的分压网络与BG2集电极所接的电阻R9连于同一点时，电路的特性类似稳压二极管特性，在一定程度上将端电压限制在稳压值以下，保证了超级电容器在充电时不会过电压，随着BG2集电极电流的上升，使R9电压等于Vcc-Vce2，达到后使得BG2维持在饱和状态下。
图中IC1是德州仪器公司（TI ）生产的TL431，是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。他的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf（2.5V）到36V范围内的任何值。
图3：蓄电池电压采样电路
蓄电池在汽车的使用过程中作用很大，它不仅是汽车每次启动时的电源，还负责为汽车全车的电器供电（如：空调鼓风机, 车内车外的照明灯/指示灯/信号灯, CD/DVD 及收音机等）。 所以一旦蓄电池亏电，将会为汽车的正常使用带来严重的影响。首要的影响就是汽车发动机无法启动。
蓄电池亏电是由于使用的电量远远大于储存的电量，例如经常短途行车、警报器用电量过大、经常停车使用用电设备、经常夜间中慢速行驶并且使用大灯、停车的时候，用电器（如大灯、内顶灯等）没有全部关闭，或者停车后冷却风扇延迟关闭（由于发动机温度超过了设定温度96°C)，等等行为都会使蓄电池或充电不足或过度放电。
如何避免蓄电池亏电？本实用新型发明对此问题的解决方法就是实时监测蓄电池电量，图3是蓄电池电压采样检测电路，此电路由单片机、AD数据转换芯片和电阻采集部分组成。为使系统更加稳定，使系统整体精度得以保障，本电路使用了TLC549数据转换芯片，单片机系统设计采用AT89S52单片机作为主控芯片程序每执行周期耗时缩到最短，这样保证了系统的实时性。TLC549是以8位开工电容主次逼近A/D转换器为基础而改造的CMOS A/D转换器。通过三态数据输出和模拟输入与微处理器或外围设备串接口。仅用输入/输出是钟（I/O CLOCK）和芯片选择输入数据控制。其I/O CLOCK输入频率最高可达1.1MHZ。
R1、RW、R2组成电阻分压电路，采样电压通过电位器RW中间滑动端输入到IC2数据转换芯片TLC549的IN端，经过AD转换后的数字量通过IC2数据转换芯片TLC549的CLK、DO、CS三个脚相连分别送往微处理器IC3的AD CLK、AD DATA、AD CS三个脚，由微处理器中的软件程序对采集的蓄电池电量信号进行分析处理后送往显示及报警电路和汽车电器外控电路进行显示、报警、执行。
图4显示及报警电路
本电路主要是用于实时显示蓄电池的电量和超级电容器模组内的实时温度，当蓄电池电量低于设定值后将发出报警声予以提示；当超级电容器模组内温度高于于设定值后将发出报警声予以提示。电路采用共阴极四位一体 LED数码管显示。微处理器IC3的端口P1.0～P1.7的输出信号经过排阻接到数码管的上，微处理器端口P2.0、P2.1和 P2.2作为四个数码管的位选信号直接接到IC4芯片 74LS138译码器上，再通过74LS138译码器控制LED数码管引脚。
报警电路由一个自我震荡型蜂鸣器组成，当温度越限时， IC3微处理器端口p3.7口输出低电平，通过晶体管BG推动蜂鸣器Y蜂鸣，报警电路开始工作，晶体管BG的基极加上一只限流电阻，防止晶体管因输入电流过大而损坏。
图5是温度检测电路，用以实时检测超级电容器模组内的温度，电路以 IC3微处理器AT89S52为控制核心，利用IC5新型数字温度传感器 DS18B20测量温度值，实现超级电容器模组内温度的检测、显示和报警。系统测温范围为-40℃—+85℃，测量精度为 0.5℃。自定义报警上、下限，一旦温度超过极限值，单片机便启动声光报警。精度高、测温范围广、报警及时。
DS18B20采集被控对象的实时温度从DQ脚输出到IC3微处理器的 P3.5口输入，Ra为上拉电阻。电路采用数字信号输出可提高信号抗干扰能力和温度测量精度。电路工作电压使用范围为3.0～5.5V，采用外部供电方式。
图6是汽车电器外控电路，当检测到蓄电池的电量低于设定值后，IC3微处理器P3.1和P3.2口将输出高电平信号，这两个高电平信号通过电阻Ra1、Ra2加到晶体管BG3、BG42的基极使其导通，电源VCC经第一继电器Ka和第二继电器Kb流经晶体管BG3、BG4到地，第一继电器继电器Ka和第二继电器Kb吸合，它们的触点Ka-1、Kb-1由常闭变为常开。触点Ka-1、Kb-1串联在汽车电器回路中，当其变为常开后使得串联在此回路上的电器设备失去电源而自行停止工作，保证了蓄电池的电量不会消耗到设定值以下，提高了蓄电池使用寿命和汽车运行的安全性。
Claims (2)
1.一种新型汽车启动蓄能装置，其特征在于:汽车蓄电池（2）的负极与超级电容器模组（1）的负极连接，汽车蓄电池（2）的正极通过继电器触点（16）与超级电容器模组（1）的正极连接；继电器触点（16）受控于控制继电器（15）；超级电容器模组（1）内部有温度传感器（3），温度信号送往温度检测单元（4）后输入到微处理器（7）；电压检测单元（5）检测汽车蓄电池（2）的电压并输入到输入到微处理器（7）；微处理器（7）输出有电压、温度数值给显示单元（10）予以显示；输出有报警信号给报警器（6）予以声音报警；输出两路控制信号驱动第一控制继电器（8）和第二控制继电器（9）；第一控制继电器触点（11）和第二控制继电器触点（12）一端接电源正极，一端通过连接器（13）与汽车电路中的用电设备（14）相连，控制例如大灯、音响。
2.据权利要求1所述一种新型汽车启动蓄能装置，其特征在于:采用以 AT89S52微处理器为控制核心，利用新型数字温度传感器 DS18B20测量温度值，实现超级电容器模组内温度的检测、显示和报警。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140108 Termination date: 20140530 |