一種超級電容發動機啟動電源裝置的製作方法

2023-05-26 11:55:01

專利名稱：一種超級電容發動機啟動電源裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於超級電容蓄能的發動機啟動電源裝置。該裝置涉及汽車及工程車輛、工程設備領域。
背景技術：
蓄電池是汽車啟動系統中的關鍵部件之一，其性能直接影響汽車的啟動效果。汽車啟動需要大的啟動電流，然而蓄電池在高倍率放電和低溫放電時性能變得很差，而且啟動過程中的電壓劇烈變化會造成電氣設備掉電死機。且傳統蓄電池對設備本身和環境汙染嚴重，使用壽命僅為2-3年，維護麻煩。為有效解決上述問題，經我們理論研究及實踐研製出我們的超級電容發動機啟動電源，用於替代現有設備車輛啟動蓄電池。超級電容作為一種新型儲能裝置，具有超級儲電能力。在儲能機理上，高度可逆，壽命很長，可千萬次反覆地充、放電，而且有很大的電流，具有很寬的電壓範圍和工作溫度範圍。超級電容兼具傳統電容器的大電流快速充放電特性與電池的儲能特性，填補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，彌補了鋁電解電容和可充電電池之間的技術缺口，同時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，超級電容比傳統電解電容器的能量密度高上千倍，可達1000ff/kg數量級。超級電容具有高至數千法拉甚至上萬法拉的超大電容量，儲電能量大、時間長；能夠瞬間釋放數百至數千A電流，大電流放電甚至短路也不會對其有任何影響；可充放電10萬次以上而不需要任何維護和保養，壽命長達十年以上。超級電容可用於以極大電流瞬間放電的工作狀態，而不易產生發熱著火等現象；充電時間很短，可在幾秒之內完成，是一種理想的大功率二次電源。超級電容可在極低溫等極端惡劣的環境中使用，並且無環境汙染，具有安全可靠、適用範圍寬、綠色環保、易維護等特點，是改善和解決電能動力應用的突破性元器件。超級電容器是一種介於傳統電容器與電池之間的新型儲能容器。電容量取決於電極間距離和電極表面積，為了得到儘量大的電容量，要儘可能縮小超級電容器電極間距離，增加電極表面積，所以採用雙電層結構、活性炭多孔化電極。超級電容容量大、壽命長，可以大電流快速充放電，工作的溫度範圍為-40 0C 70°C。利用超級電容作為啟動源，可以進行大電流放電，提供快速的功率響應，進而改善啟動性能，且超級電容在低溫下的良好工作性能，可以有效改善汽車在低溫時的啟動狀況。蓄電池是車輛上的關鍵電器部件，其性能直接影響車輛的啟動。現在的車載發動機啟動絕大部分採用電動機啟動方式。裝置結構超級電容發動機啟動電源裝置,如圖I包括Al電源轉換系統,E2超級電容組儲能系統，A2儲能完成告警系統。Al :電源轉換系統，將輔助電源轉換成發動機所需要的工作電源。系統電路可以是如圖2B00ST非隔離升壓形式電路構成、或如圖3BUCK非隔離降壓形式電路構成、或如圖4隔離升降壓形式電路構成。E2 E2超級電容組儲能系統，該系統用於儲存轉換器轉換的能量，系統構成如圖5構成，由於單體超級電容耐壓較低(一般是2. 75V)實際使用中通過對若干超級電容串並聯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致的個別電容端電壓過高損壞電容，將高於2. 75V電壓旁路洩流。A2 :儲能完成告警系統，該系統用來監視超級電容組的能量是否達到要求，當電容組電源達到要求時提供告警信號，提醒操作人員或控制系統已完成充電過程，可以啟動工作。電路構成如圖6構成。其工作過程將輔助電源連接到Al輸入端，Al輸出埠連接到E2輸入埠，E2輸出埠連接到A2輸入口，同時A2輸出口連接到負載(啟動馬達)。工作原理先由Al將輔助電源的電壓轉換為所需要的電壓並儲存在E2內，當E2電源達到要求的電壓時，A2將提供充電完成信號。這時可以通過超級電容發動機啟動電源裝置啟動發動機。由於超級電容的等效串聯電阻遠小於蓄電池(輔助電源)的內阻，所以啟動電流將由超級電容提供，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，使蓄電池的平穩電壓得到有效提高，從而改善了汽車的啟動性能，提高了蓄電池的壽命。啟動功率的選擇啟動機功率的選擇取決於2個因素，即發動機的最低啟動轉速和啟動阻力矩，計算公式為P = MQ nQ/9550 (I)其中，MQ為發動機啟動阻力矩nQ為最低啟動轉速。MQ、nQ具體數據由發動機廠家提供。超級電容容量的選擇超級電容容量可由下式計算C2 = Q/ Δ U (8)其中，C2為超級電容容量；Q為超級電容放出的電量；AU為超級電容的電壓變化值。超級電容放出的容量可以由下式計算Q = / idt (9)其中，Q為超級電容儲存的電量；1為超級電容的放電電流；t為超級電容的放電時間。在計算過程中，可按下式計算Q = P (U)-IRO (R0+R1)-It (10)實際操作中建議電容量以每次充電能夠完成連續3次啟動為準。
試驗過程發現，在低溫啟動時，由於蓄電池在低溫狀態下的特性變差，試驗中出現難以啟動或需要多次點火才能啟動的狀況。但超級電容特性受低溫影響小，則不會出現這種狀況，只需一次點火就能啟動。超級電容混合蓄電池的新型汽車啟動系統，有效地提高了汽車的啟動性能和電池(輔助電源)的使用壽命。與現有的啟動系統相比，該新型啟動系統的特點是可靠性高、啟動性能高、啟動電源壽命長及低溫啟動效果好，無汙染。該啟動系統能有效應用在大功率發動機啟動，尤其對低溫地區或冬季車輛的啟動效果，具有明顯改善。同時由於使用了電源轉換系統A2，輔助電源可以方便的使用，比如使用小的方便移動的小容量蓄電池等。


圖I是本發明原理框圖 圖2是本發明的I種電源轉換原理 圖3是本發明的另I種電源轉換原理圖 圖4是本發明的另I種電源轉換原理圖· 圖5是本發明超級電容組原理圖 圖6是本發明超級電容充滿指示原理圖
權利要求
1.一種超級電容發動機啟動電源裝置，其特徵在於電源轉換系統Al、超級電容組儲能系統E2、儲能完成告警系統A2。其中電源轉換系統Al的輸入埠 1、2接外部的輔助電源，電源轉換系統Al的輸出埠 3與超級電容組儲能系統E2的輸入埠 5連接，電源轉換系統Al輸出埠 4與超級電容組儲能系統E2的輸入埠 6連接。超級電容組儲能系統E2的輸出埠 7與儲能完成告警系統A2的埠 9連接，同時超級電容組儲能系統E2的輸出埠 7與負載正極連接，超級電容組儲能系統E2的輸出埠 8與儲能完成告警系統A2的埠 10連接，同時超級電容組儲能系統E2的輸出埠 8與負載的負極連接。其中A2的完成告警信號可以是以LED信號燈、蜂鳴器或開關信號。
2.如權利要求I所述的一種超級電容發動機啟動電源裝置，其特徵在於電源轉換系統Al用於按照啟動馬達的需要，將任意形式輔助電源(可以是小容量蓄電池或交流電源)轉換成啟動馬達的需要電源輸送給超級電容組儲能系統E2進行存儲。其中輔助電源與電源轉換系統Al的輸入端1、2連接，電源轉換系統Al的輸出端3與超級電容組儲能系統E2的輸入端5連接，電源轉換系統Al的輸出端4與超級電容組儲能系統E2的輸入端6連接。其中電源轉換系統Al的電路形式可以是電路，如圖2BOOST非隔離升壓形式電路構成、或如圖3BUCK非隔離降壓形式電路構成、或如圖4隔離升降壓形式電路構成。
3.如權利要求I所述的一種超級電容發動機啟動電源裝置，其特徵在於超級電容組儲能系統E2的輸入端5與電源轉換系統Al的輸出端3連接，超級電容組儲能系統E2的輸入端6與電源轉換系統Al的輸出端4連接，超級電容組儲能系統E2的輸出埠 7與儲能完成告警系統A2的埠 9連接，同時超級電容組儲能系統E2的輸出埠 7與負載正極連接，超級電容組儲能系統E2的輸出埠 8與儲能完成告警系統A2的埠 10連接，同時超級電容組儲能系統E2的輸出埠 8與負載的負極連接。超級電容組儲能系統E2用於存儲啟動馬達啟動發動機所需要的能量，超級電容組儲能系統E2的系統構成如圖5由若干超級電容串聯或並聯構成，以滿足需要的電壓和容量。
4.如權利要求I所述的一種超級電容發動機啟動電源裝置，其特徵在於儲能完成告警系統A2用於提供儲能完成告警信號，提示操作人員或設備可以啟動操作。儲能完成告警系統A2的埠 9與超級電容組儲能系統E2的輸出埠 7連接。儲能完成告警系統A2的埠 10與超級電容組儲能系統E2的輸出埠 8連接。儲能完成告警系統A2的完成告警信號可以是以LED信號燈，蜂鳴器或開關信號。
全文摘要
本發明公開一種基於超級電容替代現有發動機啟動電瓶的車輛及設備啟動電源替代系統。它由A1電源轉換系統，E2超級電容組儲能系統，A2儲能完成告警系統構成。該系統利用A1電源轉換系統將任意形式的輔助電源轉換成啟動馬達所需要的電源並儲存在E2超級電容組儲能系統，A2儲能完成告警系統提供超級電容儲存完成信號，最後供給發動機啟動馬達用於啟動發動機。該系統利用輔助電源對超級電容充電，啟動時由超級電容組為啟動馬達提供強勁的起動能量。
文檔編號B60L11/18GK102957212SQ20111020004
公開日2013年3月6日 申請日期2011年7月18日 優先權日2011年7月18日
發明者祁延年, 謝錫聰 申請人:祁延年, 謝錫聰