CN109372674B - 发动机冷启动模组及启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供发动机冷启动模组及启动方法，冷启动模组其包括：由若干超级电容单体串联而成的超级电容芯组、安装于超级电容芯组顶部、为超级电容芯组充电的DC/DC模块；由高强度耐腐蚀阻燃塑料制成的、将超级电容芯组DC/DC模块封装一体的外壳。本发明提供发动机冷启动方法，减少了启动电机初始大启动电流对蓄电池的冲击，延长了蓄电池的使用寿命，同时降低了成本。提高了寒冷条件下发动机成功启动的概率，减少了蓄电池中能量的浪费。同时双色LED故障状态指示灯使冷启动模组在使用过程中，更便于故障排查和检修。

Description

发动机冷启动模组及启动方法
技术领域
本发明涉及汽车发动机启动技术领域，具体地说，涉及发动机冷启动模组及方法。
背景技术
现在的汽车均采用电机启动方式。在启动过程中通常存在下列几点问题：在启动瞬间,由于启动电动机转速为零,不产生感生电势,启动电流非常大；启动电机阻抗小，通电瞬间相当对启动电源短路，对启动电源短路冲击大；目前的启动铅酸电池普遍使用寿命低(1000次或1-2年，北方低温地寿命更短)；电池低温放电能力差，普遍存在车辆低温启动困难；电池内阻大，大电流放电时压降大，严重影响车辆控制供电的正常工作。因此,蓄电池必须提供启动电机瞬间大功率,发动机才可能启动,尤其是汽车在冷天启动时要更大的启动转矩，而蓄电池若长时间经受大电流的冲击必定导致循环寿命降低。而如果采用钛酸锂电池，则电池的制造工艺复杂、成本较高，不易被消费者接受。
现有的技术方案都是采用蓄电池作为电机启动的电能供用，而在冷天启动时,由于蓄电池的低温性能较差,很可能造成不能正常启动或需多次启动才能成功。还有的专利，为了克服在低温情况下电机的启动，控制策略通过采用多次反复启动电机解决汽车冷启动问题，这种方法虽有成效，但是反复启动过程中会造成电池中能量的浪费和发动机气缸内壁的磨损。
发明内容
为了解决目前汽车发动机启动存在的问题，本发明提供发动机冷启动模组及方法，其具体的技术方案如下：
发动机冷启动模组，其包括：
由若干超级电容单体串联而成的超级电容芯组8；
安装于超级电容芯组8顶部、为超级电容芯组8充电的DC/DC模块4；
由高强度耐腐蚀阻燃塑料制成的、将超级电容芯组8DC/DC模块4封装一体的外壳。
一个优选的方案中，所述超级电容芯组8由11个2.7V3000F的超级电容单体串联而成。
进一步，所述超级电容芯组8、DC/DC模块4设置有接线端子，包括与DC/DC模块4连接的BATTERY+1；与超级电容芯组8连接的STARTER+2；与超级电容芯组8、DC/DC模块4连接的BATTERY-3；
其中BATTERY+1和BATTERY-3分别用于与车载蓄电池的正极和负极相连；BATTERY+1与车载蓄电池的正极之间设置有开关S；
STARTER+2和BATTERY-3分别用于与发动机的正极和负极相连；BATTERY-3与发动机负极之间设置有开关S1；
蓄电池通过模组中的DC/DC恒流给超级电容模组充电，超级电容模组用于为发动机提供电量。
进一步，DC/DC模块4包含控制板以及与控制板连接的辅助电源、充电电源、测试按钮6、LED指示灯7、CAN通讯口5；其中，
所述辅助电源、充电电源用于为超级电容芯组8充电；
测试按钮6用于在超级电容模组出现故障时按下，通过LED指示灯7显示相应的故障信息；CAN通讯口5，用于与整车控制器相连，装车之后用于与整车之间的通讯。
进一步，所述LED指示灯7有两个，每一个指示灯的状态包括：灭、红、红闪、快速红闪、绿、绿闪、快速绿闪。
进一步，控制板设置有时钟模块、辅助源模块、使能控制模块、充电控制模块，通过上述模块控制与设定充电电流和电压。
进一步，控制板设置有检测模块，用于检测环境温度、供电电源电压、辅助源电压、充电电压、充电电流、电容总电压、单体电容电压。
发动机冷启动方法，其包括如下的步骤：
1)将冷启动模组的BATTERY+1、BATTERY-3分别与车载蓄电池的正极和负极相连；STARTER+2和BATTERY-3分别与发动机的正极和负极相连；开关S闭合，冷启动模组由蓄电池供电，通过辅助电源产生内部电路工作所需的各种电源；
2)DC/DC模块中控制板的检测模块对环境温度和冷启动模组电压进行检测；
3)当环境温度在预置范围内，DC/DC模块依次启动时钟模块、辅助源模块、使能控制模块、充电控制模块，设定充电电流和电压，辅助电源、充电电源从并联的蓄电池中取电，输出充电电流；
4)控制板检测模块循环检测环境温度、充电电源电压、辅助源电压、充电电压、充电电流、电容总电压、单体电容电压；如果各参数在规定值范围内，则继续充电，如有参数超出规定范围，则报警并关闭输出；
5)当模组总电压达到设置值时，开关S断开，开关S1闭合，冷启动模组快速放电至发动机；
6)如果发动机第一次启动失败，则重复3-5；
7)启动三次失败后，需按下测试按钮，通过双色LED故障状态指示灯判断排除冷启动模组故障；
8)汽车启动稳定后，开关S1断开，冷启动模组停止对发动电供电。
本发明所提供的发动机冷启动模组，具有以下优点：
第一、减少了启动电机初始大启动电流对蓄电池的冲击，延长了蓄电池的使用寿命，同时降低了成本。本发明采用包含超级电容器的冷启动模组，其采用超级电容器与蓄电池并联,在发动机启动初始最困难的时候,由超级电容器向启动电机提供强大的启动电流带动发动机转动。在蓄电池克服其内阻开始放电时,因为启动最困难的时候己渡过,发动机已经转动,启动负载变得很小。此时只需蓄电池提供较小的电流支持到发动机正常运转即可,由于超级电容器的等效串联电阻远低于蓄电池的内阻,因此,在启动瞬间,极大的启动电流中的大部分电流由超级电容器提供,蓄电池仅提供小部分电流,明显低于仅采用蓄电池的电流,有效降低了蓄电池极板的极化,阻止了蓄电池内阻的上升,使启动过程的平稳电压得到提高。最为重要的是,蓄电池极板极化的减轻不仅有利于延长蓄电池的使用寿命,而且也消除频繁启动对蓄电池寿命的影响。所以,超级电容器与蓄电池并联时仅需一次点火,不仅能改善启动电动机的速度和性能,而且还能改善蓄电池的应用状态；
第二、本发明提高了寒冷条件下发动机成功启动的概率，减少了蓄电池中能量的浪费。
第三、LED故障状态指示灯使冷启动模组在使用过程中，更便于故障排查和检修。
第四、冷启动模组通过CAN通讯与整车控制器连接，配合快速加热***的使用，使发动机的启动更顺利，同时也降低了发动机冷启动状态下气缸内壁的磨损。
附图说明
图1为本发明发动机冷启动模组的超级电容芯组结构示意图；
图2为本发明冷启动模组与蓄电池、发动机的接线图；
图3为本发明DC/DC模块组件工作原理示意图。
图中标号：
1：BATTERY+；2：STARTER+；3：BATTERY-；4：DC/DC模块；5：CAN通讯口；6：测试按钮；7：LED指示灯；8：超及电容芯组。
具体实施方式
下面结合附图及本发明的实施例对本发明的发动机冷启动模组作进一步详细的说明。
如图1所示，发动机冷启动模组，其包括：由若干超级电容单体串联而成的超级电容芯组8；安装于超级电容芯组8顶部、为超级电容芯组8充电的DC/DC模块4；由高强度耐腐蚀阻燃塑料制成的、将超级电容芯组8DC/DC模块4封装一体的外壳。一个优选的方案中，所述超级电容芯组8由11个2.7V3000F的超级电容单体串联而成。所述超级电容芯组8、DC/DC模块设置有接线端子，包括与DC/DC模块4连接的BATTERY+1；与超级电容芯组8连接的STARTER+2；与超级电容芯组8、DC/DC模块4连接的BATTERY-3；其中BATTERY+1和BATTERY-3分别用于与车载蓄电池的正极和负极相连；BATTERY+1与车载蓄电池的正极之间设置有开关S；STARTER+2和BATTERY-3分别用于与发动机的正极和负极相连；BATTERY-3与发动机负极之间设置有开关S1；蓄电池通过模组中的DC/DC恒流给超级电容模组充电，超级电容模组用于为发动机提供电量。
DC/DC模块4结构如图2所示，包含控制板以及与控制板连接的辅助电源、充电电源、测试按钮6、LED指示灯7、CAN通讯口5；其中，
所述辅助电源、充电电源用于为超级电容芯组8充电；测试按钮6用于在超级电容模组出现故障时按下，通过LED指示灯7显示相应的故障信息；CAN通讯口5，用于与整车控制器相连，装车之后用于与整车之间的通讯。
DC/DC模块组件电路连接结构参考图3，控制板设置有时钟模块、辅助源模块、使能控制模块、充电控制模块，通过上述模块控制与设定充电电流和电压。控制板设置有检测模块，用于检测环境温度、供电电源电压、辅助源电压、充电电压、充电电流、电容总电压、单体电容电压。其具有以下功能：
供电电池电压监测功能：供电电池电压超出规定范围时,报警并关闭所有输出,保护组件及蓄电池。单体超级电容电压监测功能：单体电容电压低于规定值时，报警；单体电容电压高于规定值时，报警并关闭所有输出，保护超级电容。单体超级电容电压均衡功能：单体电容电压高于规定值时，启动单体电容均衡。组件充电电源电压监测功能：充电电压高于规定值时，报警并关闭所有输出，保护超级电容。充电电流监测功能：充电电流低于规定值时，报警；充电电流高于规定值时，报警并关闭所有输出，保护超级电容及组件。CAN通讯接口功能：所有工作参数、状态可通过上位机显示；可与整车控制器通讯，反馈模组的故障状态；反馈环境温度，决定是否开启快速加热***。
LED指示灯7优选设置2个红绿双色LED灯V13、V14，每一个指示灯的状态包括：灭、红、红闪、快速红闪、绿、绿闪、快速绿闪，可用于指示17种工作状态。
状态指示含义如表1所示：
表1LED指示灯工作状态及含义
采用本发明的冷启动模组进行发动机冷启动工作过程如下：
1)将冷启动模组的BATTERY+1、BATTERY-3分别与车载蓄电池的正极和负极相连；STARTER+2和BATTERY-3分别与发动机的正极和负极相连；开关S闭合，冷启动模组由蓄电池供电，通过辅助电源产生内部电路工作所需的各种电源；
2)DC/DC模块中控制板的检测模块对环境温度和冷启动模组电压进行检测；
3)当环境温度在预置范围内，DC/DC模块依次启动时钟模块、辅助源模块、使能控制模块、充电控制模块，设定充电电流和电压，辅助电源、充电电源从并联的蓄电池中取电，输出充电电流；
4)控制板检测模块循环检测环境温度、充电电源电压、辅助源电压、充电电压、充电电流、电容总电压、单体电容电压；如果各参数在规定值范围内，则继续充电，如有参数超出规定范围，则报警并关闭输出；
5)当模组总电压达到设置值时，开关S断开，开关S1闭合，冷启动模组快速放电至发动机；
6)如果发动机第一次启动失败，则重复3-5；
7)启动三次失败后，需按下测试按钮，通过双色LED故障状态指示灯判断排除冷启动模组故障；
8)汽车启动稳定后，开关S1断开，冷启动模组停止对发动电供电。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (6)

1.发动机冷启动模组，其特征在于：其包括：
由若干超级电容单体串联而成的超级电容芯组(8)；
安装于超级电容芯组(8)顶部、为超级电容芯组(8)充电的DC/DC模块(4)；
由高强度耐腐蚀阻燃塑料制成的、将超级电容芯组(8)DC/DC模块(4)封装一体的外壳；
还设置有与超级电容芯组(8)、DC/DC模块(4)连接的接线端子，所述接线端子包括与DC/DC模块(4)连接的BATTERY+(1)；与超级电容芯组(8)连接的STARTER+(2)；与超级电容芯组(8)、DC/DC模块(4)连接的BATTERY-(3)；
其中BATTERY+(1)和BATTERY-(3)分别用于与车载蓄电池的正极和负极相连；BATTERY+(1)与车载蓄电池的正极之间设置有开关S；
STARTER+(2)和BATTERY-(3)分别用于与发动机的正极和负极相连；BATTERY-(3)与发动机负极之间设置有开关S1；
采用发动机冷启动模组进行发动机冷启动，包括如下步骤：
1)将冷启动模组的BATTERY+(1)、BATTERY-(3)分别与车载蓄电池的正极和负极相连；STARTER+(2)和BATTERY-(3)分别与发动机的正极和负极相连；开关S闭合，冷启动模组由蓄电池供电，通过辅助电源产生内部电路工作所需的各种电源；
2)DC/DC模块中控制板的检测模块对环境温度和冷启动模组电压进行检测；
3)当环境温度在预置范围内，DC/DC模块依次启动时钟模块、辅助源模块、使能控制模块、充电控制模块，设定充电电流和电压，辅助电源、充电电源从并联的蓄电池中取电，输出充电电流；
4)控制板检测模块循环检测环境温度、充电电源电压、辅助源电压、充电电压、充电电流、电容总电压、单体电容电压；如果各参数在规定值范围内，则继续充电，如有参数超出规定范围，则报警并关闭输出；
5)当模组总电压达到设置值时，开关S断开，开关S1闭合，冷启动模组快速放电至发动机；
6)如果发动机第一次启动失败，则重复3)-5)；
7)启动三次失败后，需按下测试按钮，通过双色LED故障状态指示灯判断排除冷启动模组故障；
8)汽车启动稳定后，开关S1断开，冷启动模组停止对发动机供电。
2.根据权利要求1所述的发动机冷启动模组，其特征在于：所述超级电容芯组(8)由11个2.7V3000F的超级电容单体串联而成。
3.根据权利要求1所述的发动机冷启动模组，其特征在于：DC/DC模块(4)包含控制板以及与控制板连接的辅助电源、充电电源、测试按钮(6)、LED指示灯(7)、CAN通讯口(5)；其中，
所述辅助电源、充电电源用于为超级电容芯组(8)充电；
测试按钮(6)用于在超级电容模组出现故障时按下，通过LED指示灯(7)显示相应的故障信息；CAN通讯口(5)，用于与整车控制器相连，装车之后用于与整车之间的通讯。
4.根据权利要求3所述的发动机冷启动模组，其特征在于：所述LED指示灯(7)有两个，每一个指示灯的状态包括：灭、红、红闪、快速红闪、绿、绿闪、快速绿闪。
5.根据权利要求3所述的发动机冷启动模组，其特征在于：控制板设置有时钟模块、辅助源模块、使能控制模块、充电控制模块，通过上述模块控制与设定充电电流和电压。
6.根据权利要求4所述的发动机冷启动模组，其特征在于：控制板设置有检测模块，用于检测环境温度、供电电源电压、辅助源电压、充电电压、充电电流、电容总电压、单体电容电压。
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