本实用新型属于汽车电子技术领域， 还属于电化学技术领域， 尤其涉及一 种汽车电系统倍力器。

背景技术

随着我国汽车工业的发展， 汽车已经走进千家万户， 已逐渐成为人民生活 中的一个必需品， 但众所周知， 每一辆汽车由电系统、 油系统、机械系统组成， 而电系统相当于全车的神经系统， 在电系统中存在一个重要组件： 铅酸启动电 池， 该电池现有技术条件下存在低温启动性能较差 （-20 °C以下启动困难） ， 使用寿命较短 （一般为 3年左右） 等缺陷， 同时由于铅酸电池的生产、 销售、 报废、 回收环节的控制难度， 造成了铅酸电池的高污染风险， 但铅酸电池针对 于汽车来说又是必不可少的， 并且凭借其价格低廉、 性能稳定等卓越特点在很 长一段时间之内很难被其他种类的电池取代， 那么亟待需要提供一种组件大幅 度提高铅酸启动电池的使用寿命， 从总量上减少铅酸启动电池的数量， 降低环 保风险， 同时改善其低温性能， 使其在更低的环境温度下同样具有良好的启动 特性， 为出行提供更可靠的保障。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种环保、 价廉且易于安装的汽车电系统倍力 器。 其产品结构合理、 外形美观、 工艺可行， 适合于批量化生产。 该产品与铅 酸启动电池并联安装后， 可有效延长铅酸启动电池使用寿命 1倍以上， 并且可 以保障汽车在 -40°C〜+7(TC环境内顺利启动。

为了实现上述目的， 本实用新型采用如下技术方案：

一种汽车电系统倍力器， 由防水密封的外壳体与内置的功能单元组成； 所 述内置的功能单元包括至少一组相互串接的电 容储能模块及对应的连通的电 容储能模块管理电路， 电容储能模块管理电路输入端的正负极分别对 应联接汽 车铅酸启动电池的正负极。

所述的电容储能模块选用电压等级为 0-18. 9V。

所述的电容储能模块选用 1-7个由双电层型超级电容器或赝电容超级电容 器组成的储能模块。 在防水密封的外壳体上设置单向透气阀。

本实用新型的优点是：

1、 安装简便， 直接并联到汽车铅酸启动电池正负极即可；

2、 产品本身具有超长寿命， 与汽车同寿命， 免维护；

3、 与汽车铅酸启动电池并联后成倍延长启动电池 寿命， 减少汽车铅酸启动电 池使用总量， 有利于环境保护；

4、 与汽车铅酸启动电池并联后提高了车辆低温启 动性能；

5、 工艺简单， 便于操作， 适合于规模化生产；

6、 耐冲击、 震动和水淋， 使用安全；

7、 产品本身绿色环保， 不含铅、 汞、 镉等重金属。

附图说明

图 1 为本实用新型的汽车电系统倍力器结构示意图 。

图 2 为本实用新型的汽车电系统倍力器电容储能模 块管理电路示意图。 图 3 为本实用新型的汽车电系统倍力器电容储能模 块管理电路上限压分 流模块示意图。

具体实施方式

如图 1所示， 本实用新型汽车电系统倍力器由防水密封的外 壳体 1与内置 的功能单元组成； 所述内置的功能单元包括至少一组相互串接的 电容储能模块

2及对应电连通的电容储能模块管理电路 3， 电容储能模块管理电路输出端的 正负极引出线 4、 5分别对应联接汽车铅酸启动电池的正负极。

所述的电容储能模块上限电压为 18. 9V， 下限电压为 0V， 具备瞬间大电流 放电和大电流充电的特性。

所述的电容储能模块区别于电化学电池， 通过电化学反应实现充放电， 充 放电过程中模块内的化学物质不参与电化学反 应， 具有充电时间短、 使用寿命 长、 温度特性好、 节约能源和绿色环保等特点。 它是一种电化学元件， 但在其 储能的过程中并不发生化学反应， 这种储能过程是可逆的， 可以反复充放电数 十万次。

本实用新型设计方案中， 所述的电容储能模块可以选用 1-7个由双电层型 超级电容或赝电容超级电容组成的储能模块。 所述的双电层型超级电容器的电极材料是采用 高比表面积的活性炭材料 或活性炭纤维成形材料、 碳气凝胶电极材料、 碳纳米管电极材料制成具有较大 的电容量和较高的功率密度； 双电层电容器可在无负载电阻情况下直接充电 ， 如果出现过电压充电的情况， 双电层电容器将会开路而不致损坏器件， 同时， 双电层电容器与可充电电池相比， 可进行不限流充电， 且充电次数可达 10 ⁶ 次以上。

所述的赝电容型超级电容器正极材料是采用金 属氧化物电极材料与聚合 物电极材料制成， 负极材料的由活性炭制备， 具有非常高的能量密度。

上述的两种超级电容均可焊接， 因而不存在像电池接触不牢固等问题。 本实用新型汽车电系统倍力器采用具备良好高 低温特性、 防水淋的防水密 封的外壳体 1， 且在其上应设置单向透气阀为佳。

应用时， 直接将汽车电系统倍力器的正负极引出线分别 联接到汽车铅酸启 动电池正负极上， 不需要改变汽车原有电路。

图 2示出了本实用新型的汽车电系统倍力器电容� �能模块管理电路的电原 理图， 其中： A为管理电路上的限压分流模块； C为超级电容 （双电层型或赝 电容） 单体； 其是在每个超级电容的两端并联一个限压分流 模块。 该电路的接 入端 V _in+ , V _in -用于外接电源；其输出端 V。 _ut+ , V。 _ut —(图 1中示出的正负极引出线 4、 5 ) 可以直接接到汽车铅酸启动电池上。

所述的电容储能模块管理电路 3是电容储能模块的管理电路， 防止充电电 路电压过高损坏电容储能模块， 当汽车电系统倍力器被长期并联在汽车铅酸启 动电池上使用时， 电容储能模块内的电容采用串联放电、 串联充电形式， 由于 在电容的制造过程中的内阻差异， 会导致串联充电电路中每一只电容两端的电 压并不是一致的， 这时电容储能模块管理电路 3的主要功能是限压分流， 以保 护每一只电容均不会出现过压充电现象； 当汽车电系统倍力器通过外接电源充 电被用于汽车救援时， 电容储能模块管理电路 3则自动将电容的使用方式切换 为串联放电、 并联充电的形式， 这样可以保证每一只电容的充电电压一致， 有 效保护电容储能模块的使用安全。

图 3示出了电容储能模块管理电路的上限压分流� �块电原理， 其中：

VT1为检测电路， 当电容两端电压超过设定电压时输出端高电平 ， 驱动开 关管工作；

V1〜V2开关管， 当其控制电压达到导通电压时管子导通；

R1电阻为 VT1的上拉电阻；

R2〜R3为 V1〜V2的匹配电阻， 以减少各开关管导通电压不一致所带来的 相互影响；

R4〜R7为限流电阻， 当 V1〜V2导通时限制其流过的电流；

上述电阻均采用大功率电阻。

其工作原理是： 超级电容器充电时电容器正负两极间的电压在 不断上升， 在电容两端的电压未达到 VT 1的阈值电压时 VT1的输出端输出低电平， V1〜V2 均不导通呈高阻状态电容器的电压继续升高。 当电容器两端的电压达到 VT 1的 阈值电压后 VT 1 的输出端有低电平变为高电平， 此时 V1〜V2均导通工作等效 于在电容器正负电极两端并联上了分流电阻， 使对与之并联的电容器的充电电 流进行分流， 故电容器上的电压就会降低上升的速率， 如果充电电流等于平衡 电路的旁路电流电容器的电压就不会上升。 由于 VT 1具有施密特特性当电容两 端电压下降到 VT1的关断电压时 VT1的输出端又会变为低电平 V1〜V2均关断 停止对电容器的充电电流的分流， 这个工作过程是反复进行的这样就可使电容 器两端的电压最高不会超过 VT 1的阈值电压， 选择合适的阈值电压值， 可以有 效的保护超级电容器在串联充电工作状态下的 安全。

众所周知铅酸启动电池为化学电源， 依靠氧化还原反应实现电能贮存和释 放， 其电能的贮存和释放速度即瞬间功率， 受温度影响明显， 其电池寿命与电 池内参与电化学反应的活性物质的电化学活性 相关， 为克服上述矛盾， 本实用 新型汽车电系统倍力器采用物理储能方式， 将电荷以物理形式直接存储在电容 储能模块内， 电容储能模块内的化学物质在电能的贮存和释 放过程中不发生电 化学反映， 因此汽车电系统倍力器具备了瞬间大电流充电 和瞬间大电流放电及 优良的低温特性， 在与汽车铅酸启动电池并联使用中， 在汽车启动瞬间由汽车 电系统倍力器提供绝大部分启动电能， 汽车铅酸启动电池只输出较少电能甚至 不用输出电能， 在该方案中汽车铅酸启动电池寿命被成倍延长 ， 低温特性得到 大幅改善。