智能启动电源系统的启动方法技术领域
本发明涉及启动电源领域，尤其涉及的是一种应用在车辆和柴(汽)油发动机的智
能启动电源系统的启动方法。
背景技术
所有车辆和柴(汽)油发动机/发电机组都配有一个起动机和一个直流发电机。起
动机用于带动引擎启动用，当引擎启动后，直流发电机工作，供给内部的直流电供应，同时
也给启动电池充电。所有车辆和柴(汽)油发动机/发电机组的起动机引擎需要启动电池才
能启动。如果启动电池老化或欠电，起动机不能正常工作，引擎就不能启动。因此，启动电池
是车辆和柴(汽)油发动机/发电机组最重要，最关键的部件。
现如今，铅酸蓄电池因为其安全，成本低，而一直作为启动电池使用。但铅酸电池
存在寿命短、低温启动性能差及铅污染的环保问题。车辆和柴(汽)油发动机/发电机组启动
时，启动峰值电流需要几百安培，甚至上千安培。如此高倍率的放电，严重降低电池寿命，电
池由于频繁启动而损坏，不得不频繁更换新电池。在浪费资源的同时大大增加使用成本，而
大量的旧电池将对环境造成严重的污染。而对于柴油发电机来说，一旦铅酸蓄电池不能启
动发电机，将会对用户造成重大的经济损失。另一方面，铅酸蓄电池的低温启动性能差。在
低温的冬天，铅酸电池经常不能顺利的启动车辆，甚至无法启动车辆，影响启动的可靠性。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种应用于车辆和柴油发动机/发电机组的
智能启动电源系统的启动方法，以解决现有技术中电池的启动可靠性、使用容量、数量和使
用寿命问题，以及启动过程中需要预热的问题，达到减少资源浪费、降低使用成本和保护环
境的问题。
本发明的技术方案如下：一种智能启动电源系统的启动方法，包括如下步骤：S1：
启动引擎，使超级电容模组电压突降触发智能控制模块；S2：通过智能控制模块实时检测超
级电容模组的电压，并判断在规定时间t内超级电容模组的电压是否大于预设限定值1，是
则判断为引擎启动成功并继续步骤S3；否则判断为引擎启动不成功并执行步骤S5；S3：控制
双向变换器给电池充电；S4：判断超级电容模组的电压是否小于预设限定值1，是则判断为
引擎熄火并停止双向变换器的工作，否则重复步骤S4；S5：判断超级电容模组的电压是否小
于预设限定值3，是则判断为超级电容模组电量不足，并控制双向变换器给超级电容模组充
电；否则重复步骤S5；S6：判断超级电容模组的电压是否大于预设限定值4，是则判断为超级
电容模组电量充足，并停止双向变换器工作，否则重复步骤S6；S7：返回重新执行步骤S1。
应用于上述技术方案，所述的启动方法中，步骤S2中，在判断为引擎不成功之后，
还根据智能控制模块的控制，执行步骤S21：控制双向变换器电流流通方向，并判断超级电
容模组电压是否等于电池的电压，是则闭合启动开关和关闭双向变换器，并返回重复执行
至少一次步骤S1和S2后继续，否则返回重复执行步骤S21。
应用于各个上述技术方案，所述的启动方法中，步骤S21中，在返回重复执行至少
一次步骤S1和S2时，并在执行步骤S2中判断为引擎启动成功后，根据智能控制模块的控制，
断开启动开关。
应用于各个上述技术方案，所述的启动方法中，步骤S4-S6中，所采用的双向变换
器为一直流双向升降压变换器或者直流双向变换器；或者，所采用的双向变换器为直流单
向降压变换器和直流单向升压变换器组成的双向变换器。
应用于各个上述技术方案，所述的启动方法中，在步骤S1之前，还执行步骤S0：设
置包括有超级电容模组、智能控制模块、直流双向变换器和电池的智能启动电源系统装置
结构，使智能启动电源系统装置具有系统正极端子S+、系统负极端子S-、应急电源正极输入
N1和应急电源负极输入N2四个外部接口，并使系统正极端子S+和系统负极端子S-分别连接
外部的起动机、直流发电机和用电负载的正极和负极。
应用于各个上述技术方案，所述的启动方法中，步骤S0中，还使智能启动电源系统
装置具有通讯接口T1，并使其通讯接口T1连接外部的车辆控制器ECU。
应用于各个上述技术方案，所述的启动方法中，在步骤S2中，通过智能控制模块实
时检查超级电容模组的电压时，并且，在判断超级电容模组的电压低于预设限定值6时，则
启动应急充电；其应急充电步骤如下:S201：将电池与启动装置连接线拆除，接入应急电池/
电源；S202：控制双向变换器给超级电容模组充电，判断超级电容模组电压限定值是否大于
预设限定值4，是则启动引擎，否则重复步骤S202；S203：判断引擎是否成功启动，是则断开
应急电池/电源，并接入电池，控制双向变换器给电池充电，否则返回重复步骤S202；S204：
判断电池充电电流是否小于预设限定值2，是则判断电池充满，并停止双向变换器的工作，
应急启动完成，否则返回重复步骤S204。
应用于各个上述技术方案，所述的启动方法中，在S1步骤之前，还通过太阳能电池
装置给超级电容模组进行充电，其充电步骤如下：S101：实时检测超级电容模组电压，判断
超级电容模组的电压是否大于预设限定值5，是则开通双向变换器，通过太阳能电池装置给
电池充电，否则重复本步骤；S102：判断超级电容模组电压是否大于预设限定值4，是则停止
双向变换器工作，太阳能充电完成，否则重复本步骤。
应用于各个上述技术方案，所述的启动方法中，在S1步骤之前，还对智能启动电源
系统装置进行充电维护，维护步骤如下:S1001：检测超级电容模组电压是否小于预设限定
值1，是则开通交/直流充电器，否则停止交/直流充电器工作；S1002：实时检测超级电容模
组电压，判断超级电容模组电压是否大于预设限定值5，是则开通双向变换器给电池充电，
否则重复本步骤；S1003：判断电池充电电流是否小于预设限定值2，是则停止双向变换器工
作，否则重复本步骤；S1004：返回步骤S1001，重复维护。
应用于各个上述技术方案，所述的启动方法中，进行充电维护时，还通过设置一与
超级电容模组连接的交/直流充电器，使交/直流充电器的另一端接在外部的单相交流电压
上；并通过智能控制模块的控制，使交/直流充电器为超级电容模组和电池充电。
采用上述方案，与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
1、使用本方法，超级电容模组启动车辆和柴(汽)油发动机/发电机组在启动时，电
池(如铅酸电池)平时不参与启动。电池通常只为超级电容模组充电和给车辆和柴(汽)油发
动机/发电机组内的电气设备提供电源。
2、本启动方法利用超级电容模组的长寿命解决了由于电池参与启动车辆，导致的
高倍率放电而严重减少电池寿命的问题。
3、超级电容模组由于超低温启动能力，解决了车辆在低温环境下，时常发生的启
动不畅或无法启动的问题。
4、本启动方法在启动开关闭合时，将超级电容模组和电池并联，从而实现了，超级
电容模组和电池并联启动起动机。解决了冬天设备需要预热的问题和长时间提供启动能量
的问题。
5、本启动方法在启动时，只需要将车辆起动机、直流发电机和用电负载的正、负连
接线与智能启动电源系统装置的正、负极分别相连接。通过智能启停电源系统的通讯模块
接口与车辆控制系统实时通讯，实时监控车辆状态。接受车辆控制系统的指令控制智能启
停电源系统装置的工作状态。安装了智能启停电源系统装置的车辆，在城市停车十分频繁
的区域，可减少燃油消耗，减少大气污染，节能环保。
附图说明
图1为车辆的智能启动电源系统结构示意图；
图2为启动方法的流程图；
图3为超级电容模组与电池并联启动方法的流程图；
图4为应急启动方法的流程图；
图5为超级电容模组的电压启动变化波形图；
图6为带太阳能充电的智能启动电源系统装置的结构示意图；
图7为太阳能充电方法流程图；
图8为柴油发动机/发电机组智能启动电源系统装置结构示意图；
图9为柴油发动机/发电机组充电维护方法流程图；
图10为车辆智能启停电源系统装置结构示意图；
图11为车辆启停方法流程图；
图12为直流双向升降压变换器；
图13为直流双向变换器；
图14为直流单向降压变换器；
图15为直流单向升压变换器；
图16为车辆智能启动电源系统装置结构示意图；
图17为车辆智能启动电源系统装置内部结构示意图；
图18为使用应急电源的车辆智能启动电源系统装置结构示意图；
图19为带通讯接口的车辆智能启动电源系统装置结构示意图；
图20为带通讯接口的车辆智能启动电源系统装置内部结构示意图；
图21为使用应急电源的车辆智能启动电源系统装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
本实施例提供了一种智能启动电源系统的启动方法；如图1所示，图1为车辆的智
能启动电源系统的结构，其可以用于实现智能启动电源系统的启动方法，智能启动电源系
统包括超级电容模组，超级电容均衡电路，电池，如铅酸电池，直流双向变换器，启动开关和
智能控制模块。
超级电容模组包括多个串联的超级电容单体，每个超级电容单体配有均衡电路，
保护每个超级电容单体电压均衡。电池，如铅酸电池，平时作为储能电池，通常只为超级电
容模组和车辆内的电气设备提供电能。超级电容模组与电池，如铅酸电池，之间连接直流双
向变换器。直流双向变换器实现超级电容模组与电池，如铅酸电池，之间的能量传递。
当超级电容模组欠电时，电池，如铅酸电池通过直流双向变换器为超级电容模组
充电。当车辆启动后，车辆内的发电机为超级电容模组充电的同时，通过直流双向变换器为
电池充电。启动开关与直流双向变换器并联。启动开关闭合后，电池与超级电容并联。启动
时，电池与超级电容同时启动起动机。持续放出启动电流，解决超级电容无法持续放出启动
电流的问题。
智能控制模块，实时检测超级电容模组，超级电容单体均衡电路和电池。如铅酸电
池，的参数，判断引擎的状态，给直流双向变换器发出指令，控制电能在超级电容模组和电
池，如铅酸电池，之间能量的流动。当车辆或发动机/发电机组需要较长时间的持续能量时，
如需要持续提供电流达几十秒，该启动电源系统装置可通过智能转换，将超级电容模组与
电池以并联状态启动。
柴(汽)油发动机/发电机组智能启动电源系统装置，包括超级电容模组，超级电容
均衡电路，交/直流充电器，电池(如铅酸电池)，直流双向变换器，启动开关和智能控制模
块。超级电容模组包括多个串联的超级电容单体，每个超级电容单体配有均衡电路，保护每
个超级电容单体电压均衡。电池(如铅酸电池)平时作为储能电池为超级电容模组提供电
能。超级电容模组与电池(如铅酸电池)之间连接直流双向变换器。直流双向变换器实现超
级电容模组与电池(如铅酸电池)之间的能量传递。
当超级电容模组欠电时，电池(如铅酸电池)通过直流双向变换器为超级电容模组
充电。交/直流充电器接在单相交流电压，例如220V交流，为超级电容和电池(如铅酸电池)
充电。启动成功后，直流发电机为超级电容模组充电的同时，通过直流双向变换器为电池充
电。启动开关与直流双向变换器并联。启动开关闭合后，电池与超级电容并联。启动时，电池
与超级电容同时启动起动电机。持续放出启动电流，解决超级电容无法持续放出启动电流
的问题。
智能控制模块，实时检测超级电容模组和电池(如铅酸电池)的参数，判断引擎的
状态，给直流双向变换器发出指令，控制电能在超级电容模组和电池(如铅酸电池)之间能
量的流动。当车辆或发动机/发电机组需要较长时间的持续能量时，如需要持续提供电流达
几十秒，该启动电源系统装置可通过智能转换，将超级电容与电池(如铅酸电池)以并联状
态启动。
一种车辆智能启动电源系统装置的安装只需要将起动机、用电负载和发电机的正
负连接线与智能启动装置的正负极相连即可完成。如图2所示，启动引擎时，超级电容模组
电压突降，将触发智能控制模块，并从零开启定时器。智能控制模块实时检测超级电容模组
电压，如果超级电容模组电压上升，并且在规定时间t，例如10分钟内大于限定值1，例如：限
定值1为26V或13V，说明引擎启动成功，直流发电机给超级电容模组充电；否则说明引擎启
动不成功。
如果引擎启动成功，智能控制模块发出指令开通直流双向变换器，超级电容模组
通过直流双向变换器给电池充电。如果超级电容模组电压低于限定值1，例如：限定值1为
26V或13V，说明引擎熄火，智能控制模块发出指令，停止双向变换器工作。当超级电容模组
电压小于限定值3，例如：限定值3为25V或12.5V时，智能控制模块发出指令，开通双向变换
器。电池通过双向变换器给超级电容模组充电。当超级电容模组电压大于限定值4，例如：限
定值4为28V或14V，智能控制模块发出指令，停止双向变换器工作。如果引擎启动不成功，当
超级电容模组电压小于限定值3，例如：限定值3为25V或12.5V时，智能控制模块发出指令，
开通双向变换器。电池通过双向变换器给超级电容模组充电。当超级电容模组电压大于限
定值4，例如：限定值4为28V或14V，智能控制模块发出指令，停止双向变换器工作。
如图3所示，如果第一次启动不成功，智能控制模块将控制直流双向变换器，调整
超级电容模组和电池的电压，达到彼此相等。一旦两者电压相等，关闭直流双向变换器和闭
合启动开关。超级电容模组和电池实现并联，等待启动。当启动引擎时，超级电容模组和电
池联合发出启动电流。这种启动电流是持续性的。
如图4所示，通过智能控制模块实时检查超级电容模组的电压时，并且，在判断超
级电容模组的电压低于预设限定值6时，例如，限定值6为22V或11V，则超级电容模组欠电
时，就无法启动引擎，需要进行应急启动。应急启动时，将电池与启动电源系统装置连接线
拆除，接入便携式应急电池/电源。智能控制模块监测到应急电池/电源的接入，发出指令于
直流双向变换器。应急电池/电源通过双向变换器给超级电容模组充电。超级电容模组电压
如果大于限定值4，例如：限定值4为28V或14V，启动引擎。如引擎未能成功启动，可继续给超
级电容模组充电，再次启动引擎。引擎启动成功后，断开应急电池/电源，再接入电池。智能
控制模块监控到电池接入，发出指令与直流双向变换器，发电机通过直流双向变换器给电
池充电。如果电池充电电流小于限定值2，例如：限定值2为0.1A，则停止双向变换器工作，应
急启动完成。
图6和图7是带太阳能充电的车辆智能启动电源系统装置结构和充电流程示意图。
如果车辆闲置很长一段时间后，超级电容模组和电池都会出现缺电的情况，而无法启动引
擎。可为车辆启动电源系统装置配备太阳能电池及其充电器。即便车辆闲置期间，太阳能电
池也可为超级电容模组提供启动电能。智能控制器实时检测超级电容模组电压，如果超级
电容模组电压超过限定值5，例如：限定值5为29V或14.5V，开通双向变换器，给电池充电。如
果超级电容模组电压小于限定值4，停止双向变换器工作。完成太阳能充电。
如图8所示，柴油发动机/发电机组智能启动电源系统装置的安装只需要将起动
机、直流发电机和用电负荷的正负连接线与智能启动装置的正负极相连即可完成。启动引
擎时，超级电容模组电压突降，将触发智能控制器。智能控制器实时检测超级电容模组电
压，超级电容模组电压缓慢上升。如果超级电容模组电压在规定时间t内大于限定值1，例
如：限定值1为26V或13V，说明引擎启动成功，发电机给超级电容充电；否则说明引擎启动不
成功。如果引擎启动成功，智能控制器发出指令开通直流双向变换器，超级电容模组通过直
流双向变换器给电池充电；如果超级电容模组电压低于限定值1，例如：限定值1为26V或
13V，引擎熄火，智能控制器发出指令，停止双向变换器工作。当超级电容模组电压小于限定
值3，例如25V或12.5V时，智能控制器发出指令，开通双向变换器；电池通过双向变换器给超
级电容模组充电；当超级电容模组电压大于限定值4，例如：28V或14V，智能控制器发出指
令，停止双向变换器工作。如果引擎启动不成功，当超级电容模组电压小于限定值3，例如：
25V或12.5V时，智能控制器发出指令，开通双向变换器；电池通过双向变换器给超级电容模
组充电；当超级电容模组电压大于限定值4，例如：28V或14V，智能控制器发出指令，停止双
向变换器工作。
如图9所示，柴油发动机/发电机组充电维护，先检测柴油发动机/发电机组的状
态，如果检测超级电容模组电压小于预设限定值1，例如限定值1为26V或13V，即柴油发动
机/发电机组处于停机状态，开通交/直流充电器。如果柴油发动机/发电机组处于发电状
态，停止交/直流充电器工作。实时检测超级电容模组电压，当超级电容模组电压大于限定
值5，开通双向变换器给电池充电。如果电池充电电流小于限定值2，停止双向变换器工作。
本实施例中限定值1、限定值2、限定值3、限定值4、限定值5、限定值6的具体数值可
以根据实际使用合理设置，本实施例不做任何限定。
图10和图11是车辆智能启停电源系统装置结构示意图和流程图，车辆智能启停电
源系统装置结构包括超级电容模组，超级电容均衡电路，交/直流充电器，电池，直流双向变
换器，启动开关，通讯模块和智能控制模块。智能启停电源系统通过通讯模块接口与车辆控
制系统实时通讯，实时监控车辆状态。接受车辆控制系统的指令控制智能启停电源系统装
置的工作状态。
图12是直流双向升降压变换器，当给开关管M1和M3调制脉冲，而开关管M2和M4封
锁脉冲时，电能从超级电容模组侧流向电池。当给开关管M2和M4调制脉冲，而开关管M1和M3
封锁脉冲时，电能从电池侧流向超级电容模组。智能控制模块依据表1可控制双向变换器的
电能流动方向，实现超级电容和电池之间的电能流动。
表1直流双向升降压变换器控制方法
图13是另一种直流双向变换器，超级电容模组电压必须大于电池电压。当以电池
电压和电流为受控对象时，电能从超级电容模组流向电池。当以超级电容模组电压和电流
为受控对象时，电能从电池流向超级电容模组。智能控制模块依据表2可控制双向变换器的
电能流动方向，实现超级电容模组和电池之间的电能流动。
表2直流双向变换器控制方法
超级电容和电池之间也可采用如图14和图15所示的两个单向变换器来实现电能
流动，分别是降压变换器和升压变换器。智能控制器分别控制两个单向变换器，降压变换器
用于将超级电容的电能流向电池，升压变换器用于将电池的电流流向超级电容。
如图16所示，智能启动电源系统装置N包含四个外部接口，其中S+为系统正极端
子，S-为系统负极端子,N1为应急电源正极输入，N2为应急电源负极输入。
如图17所示，为智能启动电源系统装置N内部结构，包括：1)系统正极S+；2)系统负
极S-；3)包含均衡电路的超级电容模组C；4)智能充电控制系统M；5)电池E；6)开关K；
其中包含均衡电路的超级电容模组C的正极为C+，负极为C-
开关K的K1和K2为开关触头，K3、K4为开关K的控制端子
智能充电控制系统M包括：1)M1和M2为充电端子2)M3，M4为K的控制信号端子；3)M8
为外部应急电源正极接入端子；4)M9位智能充电控制系统M的系统地端子。
具体部件之间的接线图如图17所示。
情况1：智能启动电源系统装置N内部电量充足，车辆正常启动
如图16，车辆正常使用时，S+与车辆起动机的正极A+连接，同时车辆起动机的正极
A+与车辆发电机正极F+及车辆车载用电负载W+连接。
S-与车辆起动机的正极A-连接，同时车辆起动机的正极A-与车辆发电机正极F-及
车辆车载用电负载W-连接。
情况2：智能启动电源系统装置N内部电量不足，车辆无法启动
如图16，智能启动电源系统装置N内部电量不足，车辆无法启动时，S+与车辆起动
机的正极A+连接，同时车辆起动机的正极A+与车辆发电机正极F+及车辆车载用电负载W+连
接。
S-与车辆起动机的正极A-连接，同时车辆起动机的正极A-与车辆发电机正极F-及
车辆车载用电负载W-连接。
应急电源Y的正极Y+与N1相连接，应急电源的负极Y-与N2相连接。
智能启动电源系统装置N的另一结果如图19所示，智能启动电源系统装置N包含五
个外部接口，其中S+为系统正极端子，S-为系统负极端子,N1为应急电源正极输入，N2为应
急电源负极输入，T1为通讯接口。
如图20所示，为智能启动电源系统装置N内部结构，包括：1)系统正极S+；2)系统负
极S-；3)包含均衡电路的超级电容模组C；4)智能充电控制系统M；5)电池E；6)开关K；7)通讯
接口T。具体部件之间的接线图如图20所示。
其中包含均衡电路的超级电容模组C的正极为C+，负极为C-
开关K的K1和K2为开关触头，K3、K4为开关K的控制端子
智能充电控制系统M包括：1)M1和M2为充电端子2)M3，M4为K的控制信号端子；3)M8
为外部应急电源正极接入端子；4)M9位智能充电控制系统M的系统地端子。
情况1：智能启动电源系统装置N内部电量充足，车辆正常启动
如图19，车辆正常使用时，S+与车辆起动机的正极A+连接，同时车辆起动机的正极
A+与车辆发电机正极F+及车辆车载用电负载W+连接。
S-与车辆起动机的正极A-连接，同时车辆起动机的正极A-与车辆发电机正极F-及
车辆车载用电负载W-连接。
T1与车辆ECU接口U相连接
情况2：智能启动电源系统装置N内部电量不足，车辆无法启动
如图21，智能启动电源系统装置N内部电量不足，车辆无法启动时，S+与车辆起动
机的正极A+连接，同时车辆起动机的正极A+与车辆发电机正极F+及车辆车载用电负载W+连
接。
S-与车辆起动机的正极A-连接，同时车辆起动机的正极A-与车辆发电机正极F-及
车辆车载用电负载W-连接。
T1与车辆ECU接口U相连接
应急电源Y的正极Y+与N1相连接，应急电源的负极Y-与N2相连接。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和
原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。