專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超級(jí)電容發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于超級(jí)電容蓄能的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電源裝置。該裝置涉及汽車(chē)及工程車(chē)輛、工程設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
蓄電池是汽車(chē)啟動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一，其性能直接影響汽車(chē)的啟動(dòng)效果。汽車(chē)啟動(dòng)需要大的啟動(dòng)電流，然而蓄電池在高倍率放電和低溫放電時(shí)性能變得很差，而且啟動(dòng)過(guò)程中的電壓劇烈變化會(huì)造成電氣設(shè)備掉電死機(jī)。且傳統(tǒng)蓄電池對(duì)設(shè)備本身和環(huán)境污染嚴(yán)重，使用壽命僅為2-3年，維護(hù)麻煩。為有效解決上述問(wèn)題，經(jīng)我們理論研究及實(shí)踐研制出我們的超級(jí)電容發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電源，用于替代現(xiàn)有設(shè)備車(chē)輛啟動(dòng)蓄電池。超級(jí)電容作為一種新型儲(chǔ)能裝置，具有超級(jí)儲(chǔ)電能力。在儲(chǔ)能機(jī)理上，高度可逆，壽命很長(zhǎng)，可千萬(wàn)次反復(fù)地充、放電，而且有很大的電流，具有很寬的電壓范圍和工作溫度范圍。超級(jí)電容兼具傳統(tǒng)電容器的大電流快速充放電特性與電池的儲(chǔ)能特性，填補(bǔ)了普通電容器與電池之間比能量與比功率的空白，其放電比功率較蓄電池高近十倍，彌補(bǔ)了鋁電解電容和可充電電池之間的技術(shù)缺口，同時(shí)又克服了兩者的缺陷，既具有電池的能量貯存特性，又具有電容器的功率特性，超級(jí)電容比傳統(tǒng)電解電容器的能量密度高上千倍，可達(dá)1000ff/kg數(shù)量級(jí)。超級(jí)電容具有高至數(shù)千法拉甚至上萬(wàn)法拉的超大電容量，儲(chǔ)電能量大、時(shí)間長(zhǎng)；能夠瞬間釋放數(shù)百至數(shù)千A電流，大電流放電甚至短路也不會(huì)對(duì)其有任何影響；可充放電10萬(wàn)次以上而不需要任何維護(hù)和保養(yǎng)，壽命長(zhǎng)達(dá)十年以上。超級(jí)電容可用于以極大電流瞬間放電的工作狀態(tài)，而不易產(chǎn)生發(fā)熱著火等現(xiàn)象；充電時(shí)間很短，可在幾秒之內(nèi)完成，是一種理想的大功率二次電源。超級(jí)電容可在極低溫等極端惡劣的環(huán)境中使用，并且無(wú)環(huán)境污染，具有安全可靠、適用范圍寬、綠色環(huán)保、易維護(hù)等特點(diǎn)，是改善和解決電能動(dòng)力應(yīng)用的突破性元器件。超級(jí)電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間的新型儲(chǔ)能容器。電容量取決于電極間距離和電極表面積，為了得到盡量大的電容量，要盡可能縮小超級(jí)電容器電極間距離，增加電極表面積，所以采用雙電層結(jié)構(gòu)、活性炭多孔化電極。超級(jí)電容容量大、壽命長(zhǎng)，可以大電流快速充放電，工作的溫度范圍為-40 0C 70°C。利用超級(jí)電容作為啟動(dòng)源，可以進(jìn)行大電流放電，提供快速的功率響應(yīng)，進(jìn)而改善啟動(dòng)性能，且超級(jí)電容在低溫下的良好工作性能，可以有效改善汽車(chē)在低溫時(shí)的啟動(dòng)狀況。蓄電池是車(chē)輛上的關(guān)鍵電器部件，其性能直接影響車(chē)輛的啟動(dòng)?，F(xiàn)在的車(chē)載發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)絕大部分采用電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式。裝置結(jié)構(gòu)超級(jí)電容發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電源裝置,如圖I包括Al電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng),E2超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)，A2儲(chǔ)能完成告警系統(tǒng)。Al :電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將輔助電源轉(zhuǎn)換成發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的工作電源。系統(tǒng)電路可以是如圖2B00ST非隔離升壓形式電路構(gòu)成、或如圖3BUCK非隔離降壓形式電路構(gòu)成、或如圖4隔離升降壓形式電路構(gòu)成。E2 E2超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的能量，系統(tǒng)構(gòu)成如圖5構(gòu)成，由于單體超級(jí)電容耐壓較低(一般是2. 75V)實(shí)際使用中通過(guò)對(duì)若干超級(jí)電容串并聯(lián)的形式得到所需的耐壓和容量。圖中幾Q是單體電容的均流裝置，其作用是防止因電容組單體電容性能差異導(dǎo)致的個(gè)別電容端電壓過(guò)高損壞電容，將高于2. 75V電壓旁路泄流。A2 :儲(chǔ)能完成告警系統(tǒng)，該系統(tǒng)用來(lái)監(jiān)視超級(jí)電容組的能量是否達(dá)到要求，當(dāng)電容組電源達(dá)到要求時(shí)提供告警信號(hào)，提醒操作人員或控制系統(tǒng)已完成充電過(guò)程，可以啟動(dòng)工作。電路構(gòu)成如圖6構(gòu)成。其工作過(guò)程將輔助電源連接到Al輸入端，Al輸出端口連接到E2輸入端口，E2輸出端口連接到A2輸入口，同時(shí)A2輸出口連接到負(fù)載(啟動(dòng)馬達(dá))。工作原理先由Al將輔助電源的電壓轉(zhuǎn)換為所需要的電壓并儲(chǔ)存在E2內(nèi)，當(dāng)E2電源達(dá)到要求的電壓時(shí)，A2將提供充電完成信號(hào)。這時(shí)可以通過(guò)超級(jí)電容發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電源裝置啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。由于超級(jí)電容的等效串聯(lián)電阻遠(yuǎn)小于蓄電池(輔助電源)的內(nèi)阻，所以啟動(dòng)電流將由超級(jí)電容提供，蓄電池(輔助電源)只需要提供電容充電電流，避免了蓄電池(輔助電源)的大倍率放電，使蓄電池的平穩(wěn)電壓得到有效提高，從而改善了汽車(chē)的啟動(dòng)性能，提高了蓄電池的壽命。啟動(dòng)功率的選擇啟動(dòng)機(jī)功率的選擇取決于2個(gè)因素，即發(fā)動(dòng)機(jī)的最低啟動(dòng)轉(zhuǎn)速和啟動(dòng)阻力矩，計(jì)算公式為P = MQ nQ/9550 (I)其中，MQ為發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)阻力矩nQ為最低啟動(dòng)轉(zhuǎn)速。MQ、nQ具體數(shù)據(jù)由發(fā)動(dòng)機(jī)廠家提供。超級(jí)電容容量的選擇超級(jí)電容容量可由下式計(jì)算C2 = Q/ Δ U (8)其中，C2為超級(jí)電容容量；Q為超級(jí)電容放出的電量；AU為超級(jí)電容的電壓變化值。超級(jí)電容放出的容量可以由下式計(jì)算Q = / idt (9)其中，Q為超級(jí)電容儲(chǔ)存的電量；1為超級(jí)電容的放電電流；t為超級(jí)電容的放電時(shí)間。在計(jì)算過(guò)程中，可按下式計(jì)算Q = P (U)-IRO (R0+R1)-It (10)實(shí)際操作中建議電容量以每次充電能夠完成連續(xù)3次啟動(dòng)為準(zhǔn)。
試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，在低溫啟動(dòng)時(shí)，由于蓄電池在低溫狀態(tài)下的特性變差，試驗(yàn)中出現(xiàn)難以啟動(dòng)或需要多次點(diǎn)火才能啟動(dòng)的狀況。但超級(jí)電容特性受低溫影響小，則不會(huì)出現(xiàn)這種狀況，只需一次點(diǎn)火就能啟動(dòng)。超級(jí)電容混合蓄電池的新型汽車(chē)啟動(dòng)系統(tǒng)，有效地提高了汽車(chē)的啟動(dòng)性能和電池(輔助電源)的使用壽命。與現(xiàn)有的啟動(dòng)系統(tǒng)相比，該新型啟動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是可靠性高、啟動(dòng)性能高、啟動(dòng)電源壽命長(zhǎng)及低溫啟動(dòng)效果好，無(wú)污染。該啟動(dòng)系統(tǒng)能有效應(yīng)用在大功率發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，尤其對(duì)低溫地區(qū)或冬季車(chē)輛的啟動(dòng)效果，具有明顯改善。同時(shí)由于使用了電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)A2，輔助電源可以方便的使用，比如使用小的方便移動(dòng)的小容量蓄電池等。


圖I是本發(fā)明原理框圖 圖2是本發(fā)明的I種電源轉(zhuǎn)換原理 圖3是本發(fā)明的另I種電源轉(zhuǎn)換原理圖 圖4是本發(fā)明的另I種電源轉(zhuǎn)換原理圖· 圖5是本發(fā)明超級(jí)電容組原理圖 圖6是本發(fā)明超級(jí)電容充滿(mǎn)指示原理圖
權(quán)利要求
1.一種超級(jí)電容發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電源裝置，其特征在于電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)Al、超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2、儲(chǔ)能完成告警系統(tǒng)A2。其中電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)Al的輸入端口 1、2接外部的輔助電源，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)Al的輸出端口 3與超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸入端口 5連接，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)Al輸出端口 4與超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸入端口 6連接。超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸出端口 7與儲(chǔ)能完成告警系統(tǒng)A2的端口 9連接，同時(shí)超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸出端口 7與負(fù)載正極連接，超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸出端口 8與儲(chǔ)能完成告警系統(tǒng)A2的端口 10連接，同時(shí)超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸出端口 8與負(fù)載的負(fù)極連接。其中A2的完成告警信號(hào)可以是以LED信號(hào)燈、蜂鳴器或開(kāi)關(guān)信號(hào)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種超級(jí)電容發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電源裝置，其特征在于電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)Al用于按照啟動(dòng)馬達(dá)的需要，將任意形式輔助電源(可以是小容量蓄電池或交流電源)轉(zhuǎn)換成啟動(dòng)馬達(dá)的需要電源輸送給超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2進(jìn)行存儲(chǔ)。其中輔助電源與電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)Al的輸入端1、2連接，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)Al的輸出端3與超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸入端5連接，電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)Al的輸出端4與超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸入端6連接。其中電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)Al的電路形式可以是電路，如圖2BOOST非隔離升壓形式電路構(gòu)成、或如圖3BUCK非隔離降壓形式電路構(gòu)成、或如圖4隔離升降壓形式電路構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求I所述的一種超級(jí)電容發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電源裝置，其特征在于超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸入端5與電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)Al的輸出端3連接，超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸入端6與電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)Al的輸出端4連接，超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸出端口 7與儲(chǔ)能完成告警系統(tǒng)A2的端口 9連接，同時(shí)超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸出端口 7與負(fù)載正極連接，超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸出端口 8與儲(chǔ)能完成告警系統(tǒng)A2的端口 10連接，同時(shí)超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸出端口 8與負(fù)載的負(fù)極連接。超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2用于存儲(chǔ)啟動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的能量，超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的系統(tǒng)構(gòu)成如圖5由若干超級(jí)電容串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成，以滿(mǎn)足需要的電壓和容量。
4.如權(quán)利要求I所述的一種超級(jí)電容發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電源裝置，其特征在于儲(chǔ)能完成告警系統(tǒng)A2用于提供儲(chǔ)能完成告警信號(hào)，提示操作人員或設(shè)備可以啟動(dòng)操作。儲(chǔ)能完成告警系統(tǒng)A2的端口 9與超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸出端口 7連接。儲(chǔ)能完成告警系統(tǒng)A2的端口 10與超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)E2的輸出端口 8連接。儲(chǔ)能完成告警系統(tǒng)A2的完成告警信號(hào)可以是以LED信號(hào)燈，蜂鳴器或開(kāi)關(guān)信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種基于超級(jí)電容替代現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電瓶的車(chē)輛及設(shè)備啟動(dòng)電源替代系統(tǒng)。它由A1電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，E2超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)，A2儲(chǔ)能完成告警系統(tǒng)構(gòu)成。該系統(tǒng)利用A1電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將任意形式的輔助電源轉(zhuǎn)換成啟動(dòng)馬達(dá)所需要的電源并儲(chǔ)存在E2超級(jí)電容組儲(chǔ)能系統(tǒng)，A2儲(chǔ)能完成告警系統(tǒng)提供超級(jí)電容儲(chǔ)存完成信號(hào)，最后供給發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)用于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。該系統(tǒng)利用輔助電源對(duì)超級(jí)電容充電，啟動(dòng)時(shí)由超級(jí)電容組為啟動(dòng)馬達(dá)提供強(qiáng)勁的起動(dòng)能量。
文檔編號(hào)B60L11/18GK102957212SQ20111020004
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者祁延年, 謝錫聰 申請(qǐng)人:祁延年, 謝錫聰