一種利用鋰離子電容器啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種利用鋰離子電容器啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機(jī)車的啟動(dòng)性能是其機(jī)組正常工作的關(guān)鍵步驟，而傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)多采用鉛酸電池作為其啟動(dòng)電源，但是其內(nèi)部直流內(nèi)阻隨環(huán)境溫度和使用環(huán)境的的改變而產(chǎn)生變化，尤其是在_20°C以下時(shí)，存在著循環(huán)壽命差、高低溫性能差、充放電過(guò)程敏感、深度放電性能容量恢復(fù)困難、環(huán)境污染等問(wèn)題，因此鉛酸蓄電池在使用一年后就必須更換。
[0003]在正常使用條件下，起動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)的瞬間電流是正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)額定電流的幾倍，故而導(dǎo)致鉛酸蓄電池瞬時(shí)電壓大幅下降，性能變差。且鉛酸電池作為啟動(dòng)電源在能量使用完畢后充電所需時(shí)間較長(zhǎng);且在鉛酸電池?zé)o法使用需要廢棄時(shí)，重金屬鉛等對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，限制了鉛酸電池的應(yīng)用。
[0004]近年來(lái)，發(fā)展起來(lái)的鋰離子電池，雖然較鉛酸電池具有清潔節(jié)能、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，但是尤其是仍具有大功率充電性能差、使用壽命短等缺點(diǎn)，作為內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)電源(比如US2014/0299089A1)，依然無(wú)法克服鉛酸電池固有的技術(shù)缺陷。
[0005]超級(jí)電容器是一種新型儲(chǔ)能裝置，它具有充電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、功率密度大、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)。超級(jí)電容在其儲(chǔ)能的過(guò)程中并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的，因此其低溫特性好，可工作于攝氏零下30°C的環(huán)境中。
[0006]如專利CN102235288B，CN102182605A，CN201679606U，CN202429148U 等，為了延長(zhǎng)鉛酸電池的使用壽命，彌補(bǔ)其不足，人們將超級(jí)電容器模塊與鉛酸蓄電池并聯(lián)使用，在內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)超級(jí)電容器和鉛酸蓄電池同時(shí)供電。利用超級(jí)電容器的瞬時(shí)大功率供電，可以彌補(bǔ)鉛酸蓄電池在啟動(dòng)時(shí)的不足。
[0007]如附圖1和2所示的鉛酸電池的工作電流-工作電壓曲線和電容器與鉛酸電池聯(lián)合工作時(shí)的工作電流-工作電壓曲線(來(lái)源:《內(nèi)燃機(jī)車》，2000年第9期，超大容量電容器在內(nèi)燃機(jī)車起動(dòng)中的應(yīng)用，薛洪發(fā))。可以發(fā)現(xiàn)整體的電流和功率明顯上升，從鉛酸電池流出的電流降低，其電壓降減小，有效保護(hù)了鉛酸電池。
[0008]但是超級(jí)電容器本身自放電是很嚴(yán)重的，因此其在非工作狀態(tài)下是無(wú)電的。當(dāng)需要啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)時(shí)，首先需要用I?2min時(shí)間對(duì)其充電使其達(dá)到啟動(dòng)電壓，然后放電使內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)。另外在內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)后，超級(jí)電容器剩余的電量會(huì)通過(guò)本身的自放電而浪費(fèi)掉，如附圖3所示(來(lái)源:《機(jī)車電傳動(dòng)》，2002年第2期，利用超大容量電容器改善內(nèi)燃機(jī)車柴油發(fā)電機(jī)組的電啟動(dòng)性能，李凱)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種利用鋰離子電容器啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)，以提尚內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)性能。
[0010]鋰離子電容器采用鋰離子電池和超級(jí)電容器混合結(jié)構(gòu)，正極采用活性炭，負(fù)極采用石墨等材料，兼具超級(jí)電容器的高功率輸出(其功率密度遠(yuǎn)大于鉛酸蓄電池)、長(zhǎng)壽命特性和鋰離子電池高能量密度的特性。本身具有很高的電壓保持能力，常溫25°C放置3個(gè)月，電壓下降< 5%;寬使用溫度范圍(-40°C~70°C)的運(yùn)行安全性、可靠性。
[0011]因此，本實(shí)用新型的系統(tǒng)即利用了鋰離子電容器來(lái)啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，主要包括:
[0012]可連通內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電路的啟動(dòng)接觸器；
[0013]啟動(dòng)時(shí)可帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)至啟動(dòng)完成，并在內(nèi)燃機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中帶動(dòng)自身持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而發(fā)電的啟動(dòng)發(fā)電機(jī)；
[0014]啟動(dòng)時(shí)可對(duì)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行大功率供電，并在啟動(dòng)完成后由發(fā)電的啟動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行充電的鋰離子電容器組；
[0015]閘刀開關(guān)，所述鋰離子電容器組通過(guò)該閘刀開關(guān)連接儀表，且該閘刀開關(guān)可連通內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電路中的鋰離子電容器組和啟動(dòng)接觸器。
[0016]進(jìn)一步地，所述儀表至少包括電壓表，還包括一些如指示燈、電流表等。
[0017]進(jìn)一步地，所述儀表設(shè)置于內(nèi)燃機(jī)車內(nèi)操作室，便于觀察和使用。
[0018]進(jìn)一步地，該系統(tǒng)還包括用于可對(duì)鋰離子電容器組進(jìn)行快速充電的地面充電設(shè)備，當(dāng)鋰離子電容器組電壓不滿足啟動(dòng)條件時(shí)，即由該地面充電設(shè)備對(duì)鋰離子電容器組進(jìn)行快速充電。
[0019]本實(shí)用新型在開啟內(nèi)燃機(jī)前需先閉合閘刀開關(guān)，并檢查電壓表數(shù)值。然后開啟啟動(dòng)接觸器，鋰離子電容器組即對(duì)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行大功率供電，使啟動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。啟動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)則帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使內(nèi)燃機(jī)迅速達(dá)到發(fā)火點(diǎn)轉(zhuǎn)速，進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)完成。在內(nèi)燃機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)帶動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，使啟動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電并對(duì)鋰離子電容器組進(jìn)行充電，當(dāng)鋰離子電容器組達(dá)到到額定電壓后，對(duì)其進(jìn)行浮充，直至內(nèi)燃機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)需要停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)閉啟動(dòng)接觸器，內(nèi)燃機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)停止發(fā)電。在啟動(dòng)結(jié)束后，打開閘刀開關(guān)，使鋰離子電容器處于自然狀態(tài)，待下一次內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)。
[0020]由于鋰離子電容器的高電壓保持能力、高能量密度和高功率密度(其功率密度遠(yuǎn)大于鉛酸蓄電池的功率密度)、寬使用溫度范圍的運(yùn)行安全性、可靠性的特性，可以完全替代鉛酸蓄電池直接用于啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，而且還彌補(bǔ)了鉛酸蓄電池開啟時(shí)瞬時(shí)大電流的對(duì)蓄電池本身的嚴(yán)重影響，彌補(bǔ)了其低溫使用限制。并且可以提供比鉛酸電池更大的能量和功率，極大改善柴油機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程，降低柴油機(jī)的機(jī)械磨損，節(jié)省燃油。
[0021]由于鋰離子電容器具有遠(yuǎn)高于蓄電池的功率密度，因此在滿足相同內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)條件下，所需的鋰離子電容器的量更少，使供電模塊的重量更輕體積更小;鋰離子電容器具有高功率密度、高電壓保持能力、寬度溫度穩(wěn)定使用范圍，可以彌補(bǔ)蓄電池的缺陷從而將其替代;同時(shí)，由于鋰離子電容器具有高可靠性和高安全性，長(zhǎng)使用壽命，因此可以免維護(hù)。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為采用鉛酸蓄電池時(shí)電流及選電池端壓波形圖；
[0023]圖2為采用電容器與鉛酸蓄電池聯(lián)合工作時(shí)的啟動(dòng)電流、電壓波形圖；
[0024]圖3為超大容量電容器作為內(nèi)燃機(jī)車電啟動(dòng)輔助裝置的線路原理圖；
[0025]圖4為本實(shí)用新型的線路原理圖。
[0026]圖3中:XDC-蓄電池組;XK-蓄電池閘刀;QC-起動(dòng)接觸器;MG-啟動(dòng)發(fā)電機(jī);C-超大容量電容器組;VD-二極管;VT-晶閘管;R-充電限流電阻;QBC-啟動(dòng)栗接觸器；
[0027]圖4中:MG:啟動(dòng)發(fā)電機(jī);QC:啟動(dòng)接觸器;XK:閘刀開關(guān);LIC:鋰離子電容器組。
【具體實(shí)施方式】
[0028]實(shí)施例1:本實(shí)用新型利用鋰離子電容器啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)，線路原理圖如圖4所示，主要包括:
[0029]可連通內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電路的啟動(dòng)接觸器QC;
[0030]啟動(dòng)時(shí)可帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)至啟動(dòng)完成，并在內(nèi)燃機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中帶動(dòng)自身持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而發(fā)電的啟動(dòng)發(fā)電機(jī)MG;
[0031]啟動(dòng)時(shí)可對(duì)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)MG進(jìn)行大功率供電，并在啟動(dòng)完成后由發(fā)電的啟動(dòng)發(fā)電機(jī)MG對(duì)其進(jìn)行充電的鋰離子電容器組LIC。
[0032]為了能夠監(jiān)控鋰離子電容器組LIC的電壓，本實(shí)用新型的系統(tǒng)還設(shè)置有一個(gè)閘刀開關(guān)XK，鋰離子電容器組LIC通過(guò)該閘刀開關(guān)XK連接儀表，儀表至少包含有電壓表，用于監(jiān)控鋰離子電容器組LIC的電壓，是否滿足啟動(dòng)條件；同時(shí)也可包含指示燈等其他元器件，該所述電壓表等儀表設(shè)置于內(nèi)燃機(jī)車內(nèi)操作室；另外，該閘刀開關(guān)XK也起著連通內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電路中的鋰離子電容器組LIC和啟動(dòng)接觸器QC的作用。
[0033]本實(shí)用新型所述系統(tǒng)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)控制過(guò)程為:
[0034]先閉合閘刀開關(guān)XK，查看連接鋰離子電容器組LIC的電壓表的數(shù)值，是否滿足啟動(dòng)條件。如果不滿足則需要地面充電設(shè)備對(duì)鋰離子電容器組LIC進(jìn)行快速充電，但這種情況基本上只會(huì)在內(nèi)燃機(jī)車數(shù)月沒(méi)有使用的前提下才會(huì)發(fā)生。閘刀開關(guān)XK閉合后，鋰離子電容器模組LIC也會(huì)同時(shí)對(duì)操作室內(nèi)的儀表、指示燈等負(fù)載供電。
[0035]開啟啟動(dòng)接觸器QC，使鋰離子電容器組LIC對(duì)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)MG進(jìn)行大功率的供電，使其運(yùn)轉(zhuǎn)(將來(lái)自鋰離子電容器組LIC的電能轉(zhuǎn)為帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)能)。啟動(dòng)發(fā)電機(jī)MG運(yùn)轉(zhuǎn)則帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使內(nèi)燃機(jī)迅速達(dá)到發(fā)火點(diǎn)轉(zhuǎn)速，進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)完成。在內(nèi)燃機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)帶動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)MG持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，使啟動(dòng)發(fā)電機(jī)MG發(fā)電并對(duì)鋰離子電容器組LIC進(jìn)行充電(將內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)MG的動(dòng)能轉(zhuǎn)為電能，同時(shí)為鋰離子電容器組LIC充電，鋰離子電容器組LIC儲(chǔ)存啟動(dòng)發(fā)電機(jī)MG產(chǎn)生的高電壓能量)，當(dāng)鋰離子電容器組LIC達(dá)到到額定電壓后，對(duì)其進(jìn)行浮充，直至內(nèi)燃機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。在啟動(dòng)發(fā)電機(jī)為鋰離子電容器模組LIC充電過(guò)程中，為內(nèi)燃機(jī)車內(nèi)操作室的儀表和指示燈等負(fù)載提供的電能來(lái)自于啟動(dòng)發(fā)電機(jī)的電能。
[0036]當(dāng)內(nèi)燃機(jī)需要停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)閉啟動(dòng)接觸器QC;內(nèi)燃機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)MG停止發(fā)電，不再對(duì)鋰離子電容器組LIC充電。打開閘刀開關(guān)XK，此時(shí)鋰離子電容器LIC與系統(tǒng)徹底斷開，處于自然狀態(tài)，待下一次內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用鋰離子電容器啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)主要包括: 可連通內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電路的啟動(dòng)接觸器； 啟動(dòng)時(shí)可帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)至啟動(dòng)完成，并在內(nèi)燃機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中帶動(dòng)自身持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而發(fā)電的啟動(dòng)發(fā)電機(jī)； 啟動(dòng)時(shí)可對(duì)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行大功率供電，并在啟動(dòng)完成后由發(fā)電的啟動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行充電的鋰離子電容器組； 閘刀開關(guān)，所述鋰離子電容器組通過(guò)該閘刀開關(guān)連接儀表，且該閘刀開關(guān)可連通內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電路中的鋰離子電容器組和啟動(dòng)接觸器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鋰離子電容器啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)，其特征在于:所述儀表至少包括電壓表。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用鋰離子電容器啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)，其特征在于:所述儀表設(shè)置于內(nèi)燃機(jī)車內(nèi)操作室。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鋰離子電容器啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)還包括用于可對(duì)鋰離子電容器組進(jìn)行快速充電的地面充電設(shè)備。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種利用鋰離子電容器啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括：可連通內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電路的啟動(dòng)接觸器；啟動(dòng)時(shí)可帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)至啟動(dòng)完成，并在內(nèi)燃機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中帶動(dòng)自身持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而發(fā)電的啟動(dòng)發(fā)電機(jī)；啟動(dòng)時(shí)可對(duì)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行大功率供電，并在啟動(dòng)完成后由發(fā)電的啟動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行充電的鋰離子電容器組；閘刀開關(guān)，所述鋰離子電容器組通過(guò)該閘刀開關(guān)連接儀表，且該閘刀開關(guān)可連通鋰離子電容器組和啟動(dòng)接觸器。由于鋰離子電容器具有高功率密度，因此在滿足相同內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)條件下，所需的鋰離子電容器的量更少，使供電模塊的重量更輕體積更??；同時(shí)，由于鋰離子電容器具有高可靠性和高安全性，長(zhǎng)使用壽命，因此可以免維護(hù)。
【IPC分類】F02N11/04, F02N11/08
【公開號(hào)】CN205297809
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】梁亞青, 廖運(yùn)平, 閔凡奇, 呂波
【申請(qǐng)人】上海展梟新能源科技有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2015年11月25日