[发明专利]电子控制型起动电池及其控制和应用方法

说明书

本发明公开了一种电子控制型起动电池及其控制和应用方法，包含三种不同控制方案，即高压辅助、电池赝电容提升和附加电池，分别由汽车蓄电池(1)与高压辅助型控制装置(2)、电池赝电容提升型控制装置(12)或附加电池型控制装置(17)组合而成，用于快速起动发动机和起动后稳定电器系统电压；还包括上述三种方案对应的控制和应用方法，以及一种蓄电池电子均衡控制方法；其目的是缩短发动机起动时间、减小起动时的抖动现象、延长汽车蓄电池的使用寿命，从而促进发动机自动启停控制功能的推广应用，同时也有利于那些没有自动启停功能但司机习惯于怠速关闭发动机的车辆；最终实现进一步降低发动机油耗和排放，以改善社会生态环境。

技术领域

本发明属于汽车蓄电池技术领域，用于快速起动发动机和起动后辅助稳定汽车电器系统电压，特别适合配备自动启停发动机的汽车、或者车辆本身没有自动启停功能但司机习惯于等红灯时关闭发动机的汽车使用。

背景技术

现有的汽车起动电池，主要是铅酸蓄电池；根据汽车是否装备自动启停发动机，可简单分为普通蓄电池和启停蓄电池两大类。普通蓄电池根据是否需要定期维护(加注电解液)，又分为加液型蓄电池和免维护蓄电池；启停蓄电池目前主要有EFB蓄电池、AGM蓄电池，也有用户选用卷绕电池或磷酸铁锂电池；以上这些蓄电池都属于化学电池范畴。

传统观点认为，蓄电池充放电有赖于极板上的化学反应，但通过分析蓄电池充满电后电池极板和电解液内部所发生的物理化学现象，以及通过示波器测得的发动机起动过程蓄电池瞬时电压变化曲线，发现汽车蓄电池充电和发动机起动过程的放电情况并非完全依靠电池极板上的化学反应，而是包含法拉第准电容(或赝电容)和化学反应两种充放电方式。

铅酸蓄电池充满电时开路电压约为12.6V，此时如果极板活性物质实现完全转化，正极板活性物质为PbO2、负极板活性物质为Pb；如果继续提高加在正负极板的电压，比如提高到13.8V，这时电解液中带正电荷的离子(如氢离子)将移动到负极表面附近、带负电荷的离子(如氧离子)将移动到正极表面附近，并以隔板为界在正负极板间形成电解液内部的带电离子和极板上的正负电荷的现象，类似双电层电容，同时在正负极板上仍然存在少量的氧化还原反应，这种现象又类似法拉第准电容；本发明称其为电池赝电容BPC(BatteryPseudo Capacitance)，即隐含在蓄电池内部同时包含双电层电容和法拉第准电容性质且不全依靠化学反应即可实现初期瞬间大电流充放电的虚拟电容。电池赝电容是真实存在的又是虚拟的，其实际容量值无法准确获得，但可以通过即时测量充满电的电池电量和充满电静置一段时间后的电量之差来象征性获得电池赝电容容量大小。在起动发动机前，尽量保持和提高铅酸蓄电池的电压，有利于提高其赝电容容量，增强其起动能力。

通过示波器测量发动机起动过程蓄电池瞬时电压变化曲线，在起动机电磁开关接通的瞬间(示波器测得不足0.1秒的时间)，蓄电池电压近似垂直下降至最低点，此即电池赝电容的大电流放电效应，紧接着发动机曲轴从静止开始转动，随后拖动发动机完成的起动过程以电池电化学反应放电为主，放电速度略慢。通过实车测量发动机自动启停时蓄电池电压，并感受发动机起动时间和抖动情况发现，蓄电池初始电压越高，电池赝电容放电能力越强，起动时间越短，抖动情况越小，蓄电池起动压降也越小，因此有必要提高蓄电池起动初始电压，增加其赝电容容量。

上述双电层电容和法拉第准电容(或赝电容)都统称为超级电容；超级电容分功率型和能量型(或储能型)；蓄电池都也分功率型和能量型，实际上也可以这样理解，功率型蓄电池就是通过选用合适的极板和电解液材料，以及制作工艺和尺寸方面的调整，来增加其赝电容容量，实现大电流充放电能力。