一种利用锂离子电容器启动内燃机的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种利用锂离子电容器启动内燃机的系统，该系统主要包括：可连通内燃机启动电路的启动接触器；启动时可带动内燃机运转至启动完成，并在内燃机正常运转过程中带动自身持续运转而发电的启动发电机；启动时可对启动发电机进行大功率供电，并在启动完成后由发电的启动发电机进行充电的锂离子电容器组；闸刀开关，所述锂离子电容器组通过该闸刀开关连接仪表，且该闸刀开关可连通锂离子电容器组和启动接触器。由于锂离子电容器具有高功率密度，因此在满足相同内燃机启动条件下，所需的锂离子电容器的量更少，使供电模块的重量更轻体积更小；同时，由于锂离子电容器具有高可靠性和高安全性，长使用寿命，因此可以免维护。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种利用锂离子电容器启动内燃机的系统。
技术介绍
内燃机车的启动性能是其机组正常工作的关键步骤，而传统的内燃机的启动多采用铅酸电池作为其启动电源，但是其内部直流内阻随环境温度和使用环境的的改变而产生变化，尤其是在-20℃以下时，存在着循环寿命差、高低温性能差、充放电过程敏感、深度放电性能容量恢复困难、环境污染等问题，因此铅酸蓄电池在使用一年后就必须更换。在正常使用条件下，起动机在启动的瞬间电流是正常运转时额定电流的几倍，故而导致铅酸蓄电池瞬时电压大幅下降，性能变差。且铅酸电池作为启动电源在能量使用完毕后充电所需时间较长；且在铅酸电池无法使用需要废弃时，重金属铅等对环境污染严重，限制了铅酸电池的应用。近年来，发展起来的锂离子电池，虽然较铅酸电池具有清洁节能、能量密度高等优点，但是尤其是仍具有大功率充电性能差、使用寿命短等缺点，作为内燃机的启动电源（比如US2014/0299089Al），依然无法克服铅酸电池固有的技术缺陷。超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、功率密度大、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容在其储能的过程中并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，因此其低温特性好，可工作于摄氏零下30℃的环境中。如专利CN102235288B，CN102182605A，CN201679606U，CN202429148U等，为了延长铅酸电池的使用寿命，弥补其不足，人们将超级电容器模块与铅酸蓄电池并联使用，在内燃机启动时超级电容器和铅酸蓄电池同时供电。利用超级电容器的瞬时大功率供电，可以弥补铅酸蓄电池在启动时的不足。如附图1和2所示的铅酸电池的工作电流-工作电压曲线和电容器与铅酸电池联合工作时的工作电流-工作电压曲线（来源：《内燃机车》，2000年第9期，超大容量电容器在内燃机车起动中的应用，薛洪发）。可以发现整体的电流和功率明显上升，从铅酸电池流出的电流降低，其电压降减小，有效保护了铅酸电池。但是超级电容器本身自放电是很严重的，因此其在非工作状态下是无电的。当需要启动内燃机时，首先需要用1~2min时间对其充电使其达到启动电压，然后放电使内燃机启动。另外在内燃机启动后，超级电容器剩余的电量会通过本身的自放电而浪费掉，如附图3所示（来源：《机车电传动》，2002年第2期，利用超大容量电容器改善内燃机车柴油发电机组的电启动性能，李凯）。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是，提供一种利用锂离子电容器启动内燃机的系统，以提高内燃机启动性能。锂离子电容器采用锂离子电池和超级电容器混合结构，正极采用活性炭，负极采用石墨等材料，兼具超级电容器的高功率输出（其功率密度远大于铅酸蓄电池）、长寿命特性和锂离子电池高能量密度的特性。本身具有很高的电压保持能力，常温25℃放置3个月，电压下降≤5%；宽使用温度范围（-40℃~70℃）的运行安全性、可靠性。因此，本技术的系统即利用了锂离子电容器来启动内燃机，主要包括：可连通内燃机启动电路的启动接触器；启动时可带动内燃机运转至启动完成，并在内燃机正常运转过程中带动自身持续运转而发电的启动发电机；启动时可对启动发电机进行大功率供电，并在启动完成后由发电的启动发电机进行充电的锂离子电容器组；闸刀开关，所述锂离子电容器组通过该闸刀开关连接仪表，且该闸刀开关可连通内燃机启动电路中的锂离子电容器组和启动接触器。进一步地，所述仪表至少包括电压表，还包括一些如指示灯、电流表等。进一步地，所述仪表设置于内燃机车内操作室，便于观察和使用。进一步地，该系统还包括用于可对锂离子电容器组进行快速充电的地面充电设备，当锂离子电容器组电压不满足启动条件时，即由该地面充电设备对锂离子电容器组进行快速充电。本技术在开启内燃机前需先闭合闸刀开关，并检查电压表数值。然后开启启动接触器，锂离子电容器组即对启动发电机进行大功率供电，使启动发电机运转。启动发电机运转则带动内燃机运转，使内燃机迅速达到发火点转速，进入正常运转，此时内燃机启动完成。在内燃机正常运转过程中会带动启动发电机持续运转，使启动发电机发电并对锂离子电容器组进行充电，当锂离子电容器组达到到额定电压后，对其进行浮充，直至内燃机停止运转。当内燃机需要停止运转时，关闭启动接触器，内燃机停止运转，启动发电机停止发电。在启动结束后，打开闸刀开关，使锂离子电容器处于自然状态，待下一次内燃机启动。由于锂离子电容器的高电压保持能力、高能量密度和高功率密度（其功率密度远大于铅酸蓄电池的功率密度）、宽使用温度范围的运行安全性、可靠性的特性，可以完全替代铅酸蓄电池直接用于启动内燃机，而且还弥补了铅酸蓄电池开启时瞬时大电流的对蓄电池本身的严重影响，弥补了其低温使用限制。并且可以提供比铅酸电池更大的能量和功率，极大改善柴油机的启动过程，降低柴油机的机械磨损，节省燃油。由于锂离子电容器具有远高于蓄电池的功率密度，因此在满足相同内燃机启动条件下，所需的锂离子电容器的量更少，使供电模块的重量更轻体积更小；锂离子电容器具有高功率密度、高电压保持能力、宽度温度稳定使用范围，可以弥补蓄电池的缺陷从而将其替代；同时，由于锂离子电容器具有高可靠性和高安全性，长使用寿命，因此可以免维护。附图说明图1为采用铅酸蓄电池时电流及选电池端压波形图；图2为采用电容器与铅酸蓄电池联合工作时的启动电流、电压波形图；图3为超大容量电容器作为内燃机车电启动辅助装置的线路原理图；图4为本技术的线路原理图。图3中：XDC-蓄电池组；XK-蓄电池闸刀；QC-起动接触器；MG-启动发电机；C-超大容量电容器组；VD-二极管；VT-晶闸管；R-充电限流电阻；QBC-启动泵接触器；图4中：MG：启动发电机；QC：启动接触器；XK：闸刀开关；LIC：锂离子电容器组。具体实施方式实施例1：本技术利用锂离子电容器启动内燃机的系统，线路原理图如图4所示，主要包括：可连通内燃机启动电路的启动接触器QC；启动时可带动内燃机运转至启动完成，并在内燃机正常运转过程中带动自身持续运转而发电的启动发电机MG；启动时可对启动发电机MG进行大功率供电，并在启动完成后由发电的启动发电机MG对其进行充电的锂离子电容器组LIC。为了能够监控锂离子电容器组LIC的电压，本技术的系统还设置有一个闸刀开关XK，锂离子电容器组LIC通过该闸刀开关XK连接仪表，仪表至少包含有电压表，用于监控锂离子电容器组LIC的电压，是否满足启动条件；同时也可包含指示灯等其他元器件，该所述电压表等仪表设置于内燃机车内操作室；另外，该闸刀开关XK也起着连通内燃机启动电路中的锂离子电容器组LIC和启动接触器QC的作用。本技术所述系统对内燃机的启动控制过程为：先闭合闸刀开关XK，查看连接锂离子电容器组LIC的电压表的数值，是否满足启动条件。如果不满足则需要地面充电设备对锂离子电容器组LIC进行快速充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用锂离子电容器启动内燃机的系统，其特征在于该系统主要包括：可连通内燃机启动电路的启动接触器；启动时可带动内燃机运转至启动完成，并在内燃机正常运转过程中带动自身持续运转而发电的启动发电机；启动时可对启动发电机进行大功率供电，并在启动完成后由发电的启动发电机进行充电的锂离子电容器组；闸刀开关，所述锂离子电容器组通过该闸刀开关连接仪表，且该闸刀开关可连通内燃机启动电路中的锂离子电容器组和启动接触器。

【技术特征摘要】
1.一种利用锂离子电容器启动内燃机的系统，其特征在于该系统主要包括：
可连通内燃机启动电路的启动接触器；
启动时可带动内燃机运转至启动完成，并在内燃机正常运转过程中带动自身持续运转而发电的启动发电机；
启动时可对启动发电机进行大功率供电，并在启动完成后由发电的启动发电机进行充电的锂离子电容器组；
闸刀开关，所述锂离子电容器组通过该闸刀开关连接仪表，且该闸刀开关可连通内燃机启动...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁亚青，廖运平，闵凡奇，吕波，
申请(专利权)人：上海展枭新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31