基于超级电容的汽车应急启动电源设计

王思原

摘 要：汽车应急启动电源也叫作便携式移动电源，起到的作用就是在电瓶亏或者其他原因的汽车无法启动过程中，可以作为一种应急电源，也是户外出行中必备的应急单品。汽车应急启动电源对电源的放电倍率要求很高，目前市场上有两种，一种是电池，另外一种是超级电容电池。在实际的使用过程中，电池产品在实际运行的环境下要求很高，并且充电时间很长，循环的寿命很短。然而超级电容电源不仅具有高效率，大电流放电的优势，同时循环寿命还长，可以适应应急启动的任何状况。

关键词：超级电容 汽车应急启动电源 设计

Design of Emergency Starting Power Supply for Automobile based on Super Capacitor

Wang Siyuan

Abstract：Car emergency starting power supply is also called a portable mobile power supply. It can be used as an emergency power supply when the battery is lost or the car cannot be started due to other reasons. It is also a necessary emergency item for outdoor travel. Automobile emergency starting power supplies have high requirements for the discharge rate of the power supply. At present， there are two types on the market， one is a battery， and the other is a supercapacitor battery. In the actual use process， battery products have very high requirements in the actual operating environment， and the charging time is very long， and the cycle life is short. However， the super capacitor power supply not only has the advantages of high efficiency and high current discharge， but also has a long cycle life， which can adapt to any situation of emergency start.

Key words：super capacitor， automobile emergency starting power supply， design

1 引言

汽车应急启动电源主要是确保汽车能够在常温的条件下启动汽车。现阶段，汽车应急启动电源都是通过锂离子或者是蓄电池储备电能。通常情况下温度范围在-20℃—60℃，正常的条件下都可以使用。但是因为蓄电池存在老化，或者是长时间搁置会造成发电机无法启动。另外，普通的锂离子电池如果存储一段时间，就会出现漏液，严重会引发爆炸等情况，不仅会影响车辆的启动，同时也会带来人身安全，因此，要改进汽车应急启动电源。

2 汽车应急启动电源设计理念

汽车应急启动电源在操作上比较简单，可以应对各种的突发情况。目前，市面上汽车应急启动电源分为两种，一种是蓄电池，以铅酸为主，另外一种是离子聚合物材料。其中蓄电池的汽车应急启动电源是一种传统的电池，主要是一种铅酸蓄电池，不仅体积很大，同时电池的容量和启动电流也会很大。这种蓄电池需要有充气泵，另外，还能给各种电子产品进行充电。锂聚合物类的汽车应急启动电源是一种新型的电源类型，不仅体积小，质量轻，还不需要配备充气泵，在照明功能上非常强大，可以给各种电子产品进行供电。另外，这种类型的照明灯可以有信号灯功能，并且十分地实用。

3 生活应用以及特征

3.1 生活应用

通常情况下，启动汽车最大的电流需要在300-400安培之间，不仅可以满足日常汽车的需求，并且汽车应急启动电源在设计上更紧凑，便携，可以给多数车辆提供辅助的启动电源。

3.2 种类及特点

目前，世界上作为应急启动电源的主要有以下几种类型，电动自动车中的應用到的铅酸电池或者是手机电池的电流要求很低，汽车的启动电源的电倍率是非常高的。

3.2.1 铅酸类

（1）传统的平板铅酸蓄电池，主要是优势就是耐高温并且十分地安全，经济性较高非常地耐用;缺点就是体积上比较大，需要频繁地充电，并且容易出现漏液等问题，在低温零度下无法正常的使用。

（2）卷绕电池，主要是优势就是体积小，经济性强，并且在-10℃还能正常地使用，维护过程比较简单，并且寿命很长;缺点就是和锂电池体积上进行对比，很大，功能性上很少。

3.2.2 锂离子类

（1）聚合物钴酸锂电池，优势就是小巧，不仅功能齐全，同时待机时间长，还比较美观;缺点就是遇到高温会发生爆炸，并且低温的状态下无法正常使用，容量不高，线路保护过程比较复杂。

（2）磷酸铁锂电池，优势就是便于携带，并且待机时间很长，寿命很长，可以耐高温，并且在-10℃可以使用;缺点就是在高温70℃使用不太安全，价格要比聚合物电池偏贵。

3.2.3 电容类：

超级电容，不仅小巧十分的便携，同时放电电流很大，充电的速度也很快，使用寿命很长;缺点就是在达到高温70℃以上使用不太安全，线路的保护也过于复杂，容量不高，价格很高。

3.3 产品特征

汽车应急启动电源可以为12V电瓶输出的汽车打火，但是针对于不同排量的产品在适用范围上会有变化，可以给野外的应急救援提供良好的保障;与此同时，还兼具了LED灯，警示灯以及信号求救等功能;汽车应急启动电源可以给汽车提供汽车应急启动，同时还能有多种输出，例如5V可以给各种手机等移动产品提供充电，12V可以给路由器等产品，19V可以给笔记本电脑等产品，不仅广泛地适用于各种生活各种场景，也提供了便利;与此同时，汽车应急启动电源中利用了聚合物类，不仅延长了启动电源的使用寿命，同时充电循环可以达到500次以上;铅酸的蓄电池类应急启动电源需要配置充气泵，可以便于充气。需要重点注意的是，锂离子聚合物类应急启动电源电量要是显示在3格以上，才能给汽车进行打火，避免烧毁汽车应急启动电源主机。

4 汽车电源架构在设计遵循的基本原则

4.1 输入电压VIN范围

12V的电池电压关系着电源转换的输入电压，其中汽车电池电压范围在9V至16V，发动机关开关，汽车电池的电压是12V;发动机工作过程中，电池电压在14.4V。但是在不同的条件下，顺泰电压是±100V。

4.2 散热考虑

散热要按照转换器的最低效率，要设计空气流通的不同应用场合，若环境温度大于>30°C，外壳就会有热源存在，设备的温度就会迅速的上升。例如，很多的音频放大器都是在散热片上，需要将空气流通的散热热量提供一个良好的空间。另外，采用PCB材料不仅可以大大提升传热的效率，还能达到预期的散热良好条件。如果不能安装散热片，封装上的散热能力就要在2W至3W。环境温度的不断上升，散热的能力也就会出现下降。

4.3 静态工作电流及关断电流

现阶段，随着汽车中的电子单元数量呈现了上涨的趋势，从而汽车的电池消耗量也有所扩大。发动机关闭过程中电池的电量如果耗尽，但是ECU单元还是保持了正常的工作。要想让工作电流IQ达到一个良好的可控范围内，很多的厂商在IQ上进行了限制。

4.4 成本控制

很多的生产厂商，在成本和规格上对于生产的产品有着直接的影响，在生产过程中需要重视成本设计。其中包含了散热能力，PCB类型等。例如，单层板以及4层板在散热能力上就要很大的区别。与此同时，也会受到项目预算的影响，所以很多的开发平台，作为设计人员都是在传统的电源设计上进行优化和进一步的调整。

4.5 位置以及布局

电源的设计过程中，PCB和元件布局会影响到电源的性能以及结构，同时还关系着整个噪声，或者是多层板之间的互联问题，另外，元件的布局也会影响到高芯片的集成电源设计。如果采用负载点的电源设计，就会导致电源会增加高成本，采用多元件就会无法达到其预期的效果。因此，电源设计人员就要按照不同的项目需求，合理地控制机械成本。

4.6 电磁辐射

随着时间的变化，电场会有电磁辐射产生，辐射的强度在于幅度以及频率，与此同时，会产生工作电路的电磁干扰，也会影响到另外一条电路。例如，无线电频道出现干扰会导致安全气囊受到影响，因此，作为厂商要针对ECU单元进行最大电磁辐射的调整和升级。

5 超级电容在汽车发动机起动的发展空间

超级电容不仅能量转换效率很高，同时充电很快，并且具有高自放电的特点，这种储能更大，也就是混合动力。现阶段，混合动力技术也就是电池，但是制动能量程度不高，因为回收的能量只是作為电气系统使用，在回收率上很低。如果混动车型，要利用大容量的超级电容，就能满足制动能量的回收，能够达到节能的效果。与此同时，很多的购车人员会考虑到电池的寿命，第一，混合动力具有很高的安全性，并且放电速度很快，若设计环节不到位，就会有很大的风险。第二，工作电压很低，也是限制了汽车的实际应用。现阶段，随着科学技术的发展，丰田公司已经研制出了超级电容混动车型，核心的重点就是节能。在放电速度上很高，可以满足高功率的电机，在瞬间还能达到一定的能量。

6 结语

综上所述，最近几年，市面上问世的超级电容类汽车应急电源是一种新兴的电池。汽车应急启动电源，不仅有超级大的电容功率，同时还能实现快速的放电，可以满足车辆在启动过程中的需求。汽车蓄电池在亏电的状态下车辆无法启动，启动应急电源就能实现快速的启动车辆，也是户外出行的汽车必备产品。另外，超级电容的功率很大，并且可以实现快速的放电等特性，可以满足车辆野外的救援，在汽车领域中发挥着非常大的作用。

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