一种车用集成式低压储能电源系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种车用集成式低压储能电源系统，属于汽车电子电器领域。


背景技术：

2.车载低压电能储能装置作为汽车电器重要组成部分，其功能包括在发动起动过程中为起动发动机时为起动机提供起动电流、发电机过载时协助发电机向用电设备供电、发动机处于怠速时为用电设备供电、维持整车电压稳定、发电机端电压高于铅蓄电池电压时电能储存等功能。要求其具有一定的能量密度、功率密度，同时具有较低的成本和较高的可靠性。
3.铅酸蓄电池作为一种应用最广泛的车载电能储能装置，其具有成本低、可靠性好、稳定性高等优点。车辆在寒区工况下，低温导致机油粘度增加以及水蒸气凝结，发动机起动阻力大；同时蓄电池因低温导致正负极材料活性下降，放电能力减弱。多因素导致低温情况下发动机起动困难。匹配发动机启停功能的车辆，由于频繁使用蓄电池电能进行的发动机起动，其寿命相对较短。
4.超级电容作为一种新型的电能储能装置，不同于传统的化学电源，其通过物理变化进行电能可逆的存储及释放，具有充电速度快、循环寿命长、公里密度大、超低温性好等优点，同时其能量密度较低、自放电率高、需特殊的充电电路等问题限制了其应用场景。
5.针对于寒区工况下车载低压储能电源系统为起动机大电流供电、启停工况下频繁起动供电及车辆常规工况下低压储能电源供电等需求，迫切需要一种兼顾功率密度、能量密度、可靠性、稳定性及成本的车载低压储能电源系统。


技术实现要素：

6.本实用新型设计开发了一种车用集成式低压储能电源系统，通过在蓄电池和超级电容模组之间增加可控的充电继电器及并联继电器，能够实现充电限流控制，大幅提高启动成功率，满足车辆低压电能储存的需要。
7.本实用新型提供的技术方案为：
8.一种车用集成式低压储能电源系统，包括：
9.蓄电池；
10.电源总开关，其输入端连接所述蓄电池的正极端，所述蓄电池的负极端为整车共地；
11.充电继电器，其输入端连接所述电源总开关的输出端；控制端接地；
12.限流电阻，其输入端连接所述充电继电器的输出端；
13.超级电容模组，其正极端连接所述限流电阻的输出端；
14.并联继电器，其输入端与所述充电继电器的输入端及所述电源总开关的输出端相连，输出端与所述超级电容模组的正极端相连；
15.起动机，其输入端与所述限流电阻的输出端、所述并联继电器的输出端、所述超级
电容模组的正极端相连，输出端连接整车发动机；
16.电源控制单元，其与所述蓄电池、所述超级电容模组、所述并联继电器、所述充电继电器同时电连接，并能够控制所述并联继电器和所述充电继电器的通断。
17.优选的是，还包括：通讯线，所述电源控制单元通过所述通讯线与整车进行通讯。
18.优选的是，还包括：
19.蓄电池采样线，其一端与所述电源总开关的输出端相连；
20.超级电容采样线，其一端与所述超级电容模组相连；
21.并联继电器控制线，其一端与所述并联继电器的控制端相连；
22.充电继电器控制线，其一端与所述充电继电器的控制端相连；
23.其中，所述电源控制单元与所述蓄电池采样线的另一端、所述超级电容采样线的另一端、所述并联继电器控制线的另一端、所述充电继电器控制线的另一端同时连接。
24.优选的是，所述蓄电池为铅酸蓄电池或锂电池组。
25.优选的是，所述电源总开关为手动电源总开关或电动电源总开关。
26.优选的是，所述通讯线为can通讯总线。
27.本实用新型所述的有益效果：
28.1.使用充电继电器及限流电阻实现超级电容模组的充电限流控制，稳定可靠、成本低；
29.2.使用并联继电器可实现蓄电池与超级电容模组的并联，避免超级电容模组电压或电量较低时起动失败，大幅提高起动成功率；
30.3.本系统大电流输出时仅来自超级电容模组或大部分来自于超级电容模组，蓄电池无大电流输出需求，可大幅降低蓄电池容量，实现电池系统降重降成本，同时一定容量的蓄电池满足车辆低压电能储存需求；
31.4.并联继电器闭合之前实时检查两端压差，当压差较大时等待压差满足要求时闭合，避免了因压差过大导致继电器触电烧蚀；
32.5.电源控制单元在接收到起动请求信号后对超级电容模组电压、蓄电池电压、发动机起动所需的超级电容最低允许电压等及充电过程进行逻辑判断，闭合继电器后再输出起动释放信号，起动过程中无继电器闭合或断开操作，避免继电器带载闭合或断开时损坏；
33.6.根据标定的map(engtemp,ucv)查表运算获得发动机起动所需的超级电容最低允许电压值，并将其作为重要的控制目标，对系统充电、放电进行策略干预，有效提高了系统起动的成功率；
34.7.蓄电池与超级电容模组之间增加可控的充电继电器及并联继电器，电源总开关长时间闭合且发电机不工作，即发动机未启动时，电源控制单元主动断开充电继电器及并联继电器，避免超级电容模组漏电流导致蓄电池馈电。
附图说明
35.图1为本实用新型所述的车用集成式低压储能电源系统原理示意图。
36.图2为本实用新型所述的车用集成式低压储能电源系统应用于车上的原理示意图。
具体实施方式
37.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
38.如图1
‑
2所示，本实用新型提供一种车用集成式低压储能电源系统，通过在蓄电池和超级电容模组之间增加可控的充电继电器及并联继电器，能够实现充电限流控制，大幅提高启动成功率，满足车辆低压电能储存的需要。包括：其包括蓄电池1、电源总开关2、电源控制单元3、起动机4、并联继电器5、限流电阻6、充电继电器7、超级电容模组8、蓄电池采样线101、并联继电器控制线102、充电继电器控制线103、超级电容采样线104、通讯线201。
39.蓄电池1的正极连接电源总开关2的输入端，负极为整车共地；充电继电器7的输入端连接电源总开关2的输出端，控制端接地，限流电阻6的输入端连接充电继电器7的输出端，限流电阻6的输出端连接超级电容模组8 的正极；并联继电器5的一端与充电继电器7的输入端以及电源总开关2的输出端同时连接，另一端与超级电容模组8的正极端相连；起动机4的输入端与限流电阻6的输出端、并联继电器5的输出端、超级电容模组的正极端相连，起动机4的输出端连接整车发动机；电源控制单元3与蓄电池1、超级电容模组8、并联继电器5、充电继电器同时电连接，并能够控制并联继电器5和充电继电器7的通断。
40.电池1为集成式低压储能电源系统的主要电能存储设备，在本实用新型中，作为一种优选，选用铅酸蓄电池；
41.在另一实施例中，选用锂电池组。
42.电源总开关2能够实现蓄电池1输出电能的通断控制，可以选用手动电源总开关或电动电源总开关；蓄电池1正极接电源总开关2的输入端，负极为整车共地；电源控制单元3为系统控制及策略实现的物理载体，实现信号量的采集、策略运算、控制量输出等。
43.充电继电器7实现流经充电回路的电流的通断，其输入端接电源总开关2 的输出端。
44.在本实用新型中，作为一种优选，充电继电器7的控制端一端接地，使用高边驱动信号进行接通与断开控制。
45.限流电阻6实现流经电流的限流控制，避免压差过大时充电瞬间电流过大，限流电阻6的输入端接充电继电器7的输出端；超级电容模组8由多个超级电容串并联而成，额定电压不低于蓄电池1的最高电压。
46.并联继电器5实现电源总开关2的输出端与超级电容模组8的正极并联；在本实用新型中，作为一种优选，并联继电器5的控制端一端接地，使用高边驱动信号进行接通与断开控制。
47.起动机输出端9接整车发动机起动机，为起动机工作过程中供电，并与限流电阻6的输出端、并联继电器5的输出端、超级电容模组8的正极端相连。
48.通讯线201能够实现电源控制单元3与整车通讯，在本实用新型中，作为一种优选，使用can通讯总线，传输信号包括但不局限于蓄电池电压、超级电容电压、发动机转速、发动机温度、起动请求信号、起动释放信号等。
49.蓄电池采样线101的一端与电源总开关的输出端相连，超级电容采样线 104的一端与超级电容模组相连，并联继电器控制线102的一端与并联继电器5的控制端相连，充电继电器控制线103的一端与充电继电器7的控制端相连；其中，电源控制单元3与所述蓄电池
采样线101的另一端、超级电容采样线104的另一端、并联继电器控制线102的另一端、充电继电器控制线 103的另一端同时连接。
50.电源控制单元3经与电源总开关输出端相连的蓄电池采样线101采集蓄电池电压；经与超级电容模组8正极相连的超级电容采样线104采集超级电容模组8的电压；经与并联继电器5的控制端相连的并联继电器控制线102实现并联继电器5的接通及断开控制；经与充电继电器7的控制端相连的充电继电器控制线103实现充电继电器7的接通与断开控制。
51.实施例
52.如图2所示，将本实用新型提供的车用集成低压储能电源系统应用于汽车上，包括：括蓄电池11、电源总开关12、电源控制单元13、并联继电器 15、限流电阻16、充电继电器17、超级电容模组18、蓄电池采样线1001、并联继电器控制线1002、充电继电器控制线1003、超级电容采样线1004、通讯线2001；还包括起动机14、车上负载19，发动机机载发电机20。
53.起动机14的一端连接车用集成低压储能电源系统的输出端，电源系统对起动机14进行供电；车上负载9为整车用电设备，车上负载9的一端连接蓄电池10和发动机机载发电机20，可通过蓄电池10和发动机机载发电机20 对车上负载19进行供电；发动机机载发电机20实现车辆在发动机启动时，通过发电机对车上负载19进行供电，同时对蓄电池10以及超级电容模组18 进行充电。
54.尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。