CN103475055A - 一种复合启动电源及其电路控制方法 - Google Patents

Abstract

一种复合启动电源及其电路控制方法，其超级电容器模组与启动电机和充电机连接；充电器与超级电容器模组连接；电池模组通过DC/DC模块与超级电容器模组双向连接；DC/DC模块和充电器与超级电容器模组连接的电路上设有开关K1，开关K1由控制电路控制通断。复合启动电源的电路控制方法能够很好的解决各种情况，包括当有市电供应时；当没有市电供应时；当启动电机启动时；当检测到充电器没有市电供应或电池模组没有接入***时，或电池模组接入***但电压低于设定值时；该产品是超级电容器与电池模组结合使用的复合电源，考虑到交流充电和直流充电两种方案，保证了能量能够充分利用，增强了锂电池模组或铅酸电池模组的安全性和使用寿命。

Description

一种复合启动电源及其电路控制方法

技术领域

    本发明涉及一种复合能量储存装置及其电路控制方法,尤其是一种由超级电容器模组与锂电池模组或铅酸电池模组构成的复合启动电源及其电路控制方法。

背景技术

目前启动内燃机或柴油内燃机或发电机常用的启动电源为铅酸蓄电池，但由于铅酸蓄电池放电倍率较小，需要用大容量的铅酸蓄电池为内燃机的启动提供瞬间功率支持，使铅酸电池的体积和重量都非常大，不利于产品的安装和搬运；同时，铅酸电池中的主要成分铅是重金属，对环境有严重危害，电解液是硫酸的水溶液，硫酸不仅对环境有危害，还有很强的腐蚀作用，对周边设备和装置造成破坏。普通的铅酸蓄电池在使用时要经常加水，维护频繁，使用寿命短，需要经常更换。使铅酸蓄电池对环境的污染和使用成本更大。

锂电池相对于铅酸电池，在容量和对环境有多方面具有优势，但在安全性和使用寿命方面，不能满足启动电源的要求，特别是对于内燃机启动等运用场所不确定的情况下，锂电池的安全性和使用寿命更难保证，同时，锂电池也不能频繁的进行大电流放电。

由于超级电容具有大功率放电和低温性能好的特点，在内燃机启动，柴油内燃机或发电机启动等需要大功率，瞬间放电的场合具有很大的运用价值。但由于超级电容器容量较小，较难支撑多次的大电流的放电，为了保障能够成功的启动相关设备，需要加大超级电容器模组的容量，这样成本就会增加。

此外，超级电容容量小，本身的自放电比较大，在长时间闲置的情况下，电压降低较快，单靠超级电容模组来替代目前的铅酸蓄电池的运用，还有较大难度。目前超级电容的启动模组主要用来应急启动，作为常用的内燃机或柴油内燃机或发电机的启动模组还没有对应的产品，急需一种产品能够替代目前的铅酸电池和优化目前的超级电容模组。

发明内容

    本发明的目的在于提供一种复合启动电源及其电路控制方法，进一步讲通过一种控制方法使超级电容器模组与锂电池模组或铅酸电池模组做成复合产品，能够优势互补，发挥各自的长处，实现环保、安全、可靠，启动相关设备的电源产品。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合启动电源，包括超级电容器模组、启动电机、DC/DC模块、充电器、控制电路、电池模组、充电机；所述的超级电容器模组与启动电机和充电机连接；所述的充电器与超级电容器模组连接；所述的电池模组通过DC/DC模块与超级电容器模组双向连接；所述的DC/DC模块和充电器与超级电容器模组连接的电路上设有开关K1，开关K1由控制电路控制通断。

作为本发明进一步的方案：所述的DC/DC模块、充电器及控制电路集成在超级电容器模组内部。

作为本发明进一步的方案：所述的电池模组为锂电池模组或铅酸电池模组。

作为本发明进一步的方案：所述的充电机为内燃机或发电机自带的充电机。

所述的复合启动电源的电路控制方法，具体如下：

当有市电供应时，充电器与超级电容器模组长期连接，为超级电容器模组充电到额定电压,然后停止充电；由于超级电容器模组漏电流的原因，电压会下降，当充电器检测到超级电容器模组的电压低于设定值时，充电器自动启动充电；

当没有市电供应时，所述的电池模组通过DC/DC模块为超级电容器模组提供能量；

当启动电机启动时，所述的超级电容器模组为启动电机提供启动电流和功率，超级电容器模组电压因此下降；当启动电机带动内燃机或发电机启动后，充电机为电池模组和超级电容器模组充电，使超级电容器模组和电池模组电压达到一致，为下次启动做准备；

当检测到充电器没有市电供应或电池模组没有接入***时，或电池模组接入***但电压低于设定值时，所述的控制电路驱动开关K1自动断开充电器和DC/DC模块与超级电容器模组的连接，以降低超级电容器模组的能量损耗，同时保护电池模组不被过放电。

作为本发明进一步的方案：所述的电池模组和充电器同时为超级电容器模组充电，或者单独为超级电容器模组充电。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）由于本申请采用的是超级电容器与锂电池模组或铅酸电池模组结合使用复合电源产品，使产品的功率特性和容量特性相结合，发挥更大的作用。

（2）由于本申请考虑到交流充电和直流充电两种方案，使超级电容模组的应用灵活性加强，在不同工况下可采用不同的充电方式，增强了超级电容模组的使用性能。

（3）由于本申请充电器或DC/DC模块在没有外接电源的情况下，可以自动断开与超级电容器模组的连接，降低了电路闲置时由于能量的损耗，使超级电容器模组的能量能够充分利用。

（4）由于本申请考虑到复合产品在启动柴油发电机后，发动机可以向超级电容器模组、锂电池模组或铅酸电池模组充电，保证复合产品的能量充分，为内燃机或柴油发电机的下次启动做准备。

（5）由于本申请考虑到当锂电池模组或铅酸电池模组的电压低于设定值时，自动切断与超级电容器模组的连接，使锂电池模组或铅酸电池模组工作在合理的范围内，增强了锂电池模组或铅酸电池模组的安全性和使用寿命。 

附图说明

图1为本发明复合启动电源的结构示意图。

图中：1-超级电容器模组、2-启动电机、3-DC/DC模块、4-充电器、5-控制电路、6-电池模组、7-充电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中，一种复合启动电源，主要但不限于用来启动内燃机或发电机；其包括超级电容器模组1、启动电机2、DC/DC模块3、充电器4、控制电路5、电池模组6、充电机7；所述的超级电容器模组1与启动电机2和充电机7连接，超级电容器模组1具有大功率、低内阻、重量轻的特性；所述的DC/DC模块3、充电器4及控制电路5集成在超级电容器模组1内部；所述的充电器4与超级电容器模组1连接，充电器4具有恒流恒压、0V起充、电压巡检等功能；所述的电池模组6通过DC/DC模块3与超级电容器模组1双向连接，电池模组6的容量大、重量轻，能够为超级电容器模组1提供能量；所述的DC/DC模块3能实现电池模组6的双向能量转移，且具有限流功能，使电池模组6充放电时，电流均限定在合理范围内；所述的DC/DC模块3和充电器4与超级电容器模组1连接的电路上设有开关K1，开关K1由控制电路5控制通断。

所述的电池模组6为锂电池模组或铅酸电池模组；所述的充电机7为内燃机或发电机自带的充电机。

所述复合启动电源的电路控制方法，具体如下：

当有市电供应时，充电器4与超级电容器模组1长期连接，为超级电容器模组1充电到额定电压29.4V,然后停止充电；由于超级电容器模组1漏电流的原因，电压会下降，当充电器4检测到超级电容器模组1的电压低于设定值27V时，充电器4自动启动充电；这样使超级电容器模组7电压保持在工作电压范围内，同时避免了电压一直维持在高位，从而影响模组的使用寿命；

当没有市电供应时，所述的电池模组6通过DC/DC模块3为超级电容器模组1提供能量；

当启动电机2启动时，所述的超级电容器模组1为启动电机2提供启动电流和功率，超级电容器模组1电压因此下降；当启动电机2带动内燃机或发电机启动后，充电机7为电池模组6和超级电容器模组1充电，使超级电容器模组1和电池模组6电压达到一致，为下次启动做准备；

当检测到充电器4没有市电供应或电池模组6没有接入***时（比如更换安装电池模组6时），或电池模组6接入***但电压低于设定值时，所述的控制电路5驱动开关K1自动断开充电器4和DC/DC模块3与超级电容器模组1的连接，以降低超级电容器模组1的能量损耗，同时保护电池模组6不被过放电。

所述的电池模组6和充电器4同时为超级电容器模组1充电，或者单独为超级电容器模组1充电。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种复合启动电源，其特征在于，包括超级电容器模组（1）、启动电机（2）、DC/DC模块（3）、充电器（4）、控制电路（5）、电池模组（6）、充电机（7）；所述的超级电容器模组（1）与启动电机（2）和充电机（7）连接；所述的充电器（4）与超级电容器模组（1）连接；所述的电池模组（6）通过DC/DC模块（3）与超级电容器模组（1）双向连接；所述的DC/DC模块（3）和充电器（4）与超级电容器模组（1）连接的电路上设有开关K1，开关K1由控制电路（5）控制通断。

2.根据权利要求1所述的复合启动电源，其特征在于，所述的DC/DC模块（3）、充电器（4）及控制电路（5）集成在超级电容器模组（1）内部。

3.根据权利要求1所述的复合启动电源，其特征在于，所述的电池模组（6）为锂电池模组或铅酸电池模组。

4.根据权利要求1所述的复合启动电源，其特征在于，所述的充电机（7）为内燃机或发电机自带的充电机。

5.一种如权利要求1-4任一所述的复合启动电源的电路控制方法，其特征在于，具体如下：

当有市电供应时，充电器（4）与超级电容器模组（1）长期连接，为超级电容器模组（1）充电到额定电压,然后停止充电；由于超级电容器模组（1）漏电流的原因，电压会下降，当充电器（4）检测到超级电容器模组（1）的电压低于设定值时，充电器（4）自动启动充电；

当没有市电供应时，所述的电池模组（6）通过DC/DC模块（3）为超级电容器模组（1）提供能量；

当启动电机（2）启动时，所述的超级电容器模组（1）为启动电机（2）提供启动电流和功率，超级电容器模组（1）电压因此下降；当启动电机（2）带动内燃机或发电机启动后，充电机（7）为电池模组（6）和超级电容器模组（1）充电，使超级电容器模组（1）和电池模组（6）电压达到一致，为下次启动做准备；

当检测到充电器（4）没有市电供应或电池模组（6）没有接入***时，或电池模组（6）接入***但电压低于设定值时，所述的控制电路（5）驱动开关K1自动断开充电器（4）和DC/DC模块（3）与超级电容器模组（1）的连接，以降低超级电容器模组（1）的能量损耗，同时保护电池模组（6）不被过放电。

6.根据权利要求5所述的复合启动电源的电路控制方法，其特征在于，所述的电池模组（6）和充电器（4）同时为超级电容器模组（1）充电，或者单独为超级电容器模组（1）充电。

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