内燃机车辆电气系统及其供电方法技术方案

本发明专利技术涉及一种内燃机车辆电气系统及其供电方法，本发明专利技术内燃机车辆电气系统采用组合式超级电池提供电能，包括功率单元和能量单元，能量单元和功率单元输出端之间连接有隔离充电单元，能量单元输出端供电连接车载耗电装置，功率单元输出端供电连接启动电机，当功率型用电单元需要供电时，由隔离充电单元断开功率单元与能量单元的电气连接，只采用功率单元为启动电机供电，在功率单元电量低于设定值时或功率型用电单元工作前，功率单元在隔离充电单元的控制下充电。本发明专利技术通过仅采用组合式超级电池中的功率单元为启动电机供电，解决了目前采用蓄电池为功率型用电单元供电导致蓄电池“超量配置”，对蓄电池电流冲击大，造成蓄电池寿命降低的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种内燃机车辆电气系统及其供电方法，属于电路系统应用

技术介绍
各种内燃机车辆已经成为人们日常的交通、运输及生产工具，如载人的轿车和客车、运输货物的卡车及各种专用车辆、生产用农用机械、工程机械以及舰船、飞机、发电机等。供电系统是以内燃机为动力的运载工具或发电设备等必不可少的一部分，传统供电系统如图1所示，主要由车载发电机、电压调节器、蓄电池等构成，用电设备根据功率特性主要分为需要瞬态大功率的启动电机和持续小功率的其它耗电装置。蓄电池是供电系统必不可少的电源之一，在内燃发动机启动时向启动电机供电；发动机不工作或发动机在不高的转速下工作时，蓄电池向耗电装置供电；在耗电装置功率超过发电装置功率时，蓄电池同发电机联合向耗电装置供电，如图1所示。目前，内燃机车辆电气系统，绝大部分采用电瓶(一组或数组铅酸蓄电池)，其既要负责提供其它耗电装置(如仪表显示、程序自检、信号灯的闪亮、音响短时工作等小功率器件)的能量，又要负责提供发动机启动瞬间大功率的能量，在应用实践中，这种方案暴露出很大的问题。启动系统和其它耗电装置不同用电特性对蓄电池性能要求差异很大：启动系统要求蓄电池放电倍率性能优异，而其它耗电装置则要求蓄电池具备一定容量即可、倍率性能要求不高，这种情况导致蓄电池为满足发动机冷启动所需的瞬态大功率，不得不“超量配置”，使电池又大又笨重，造成资源浪费，而且也不经济。为此，有人提出在蓄电池两端并联超级电容的方式来共同为启动电机供电，虽然这种方案在一定程度上延长了蓄电池的使用寿命，但是蓄电池还是要承担功率型用电单元的启动任务，并没有从根本上解决蓄电池为功率型用电单元供电导致对蓄电池电流冲击大，造成蓄电池寿命降低等问题；而且由于蓄电池与功率型用电单元电压“箝位”问题，这种改进对内燃机启动问题的改善也很有限。
技术实现思路
本专利技术的目的是一种内燃机车辆电气系统及其供电方法，以解决目前采用能量单元来为内燃机启动电机供电所导致对能量单元功率要求较高，内燃机启动效果差，能量单元“超量配置”以及易受到大电流冲击影响寿命等问题。本专利技术为解决上述技术问题而提供一种内燃机车辆电气系统，包括启动电机、车载发电机和车载耗电装置，该电气系统还包括组合式超级电池，组合式超级电池包括能量单元和功率单元，能量单元和功率单元输出端之间连接有隔离充电单元，能量单元输出端供电连接车载耗电装置，功率单元输出端供电连接启动电机，所述隔离充电单元用于在功率单元电量不足时或启动电机工作前为其充电，在其它时候断开功率单元与能量单元的电流通路，所述的功率单元为高倍率放电的储能器件。所述的隔离充电单元包括充电电路，所述的充电电路为AC-DC-AC-DC开关电路、AC-DC开关电路、DC-AC-DC开关电路或DC-DC开关电路。所述的AC-DC-AC-DC开关电路包括依次连接的输入整流滤波电路、高频变压器和输出整流滤波电路，所述输入整流滤波电路的输入端用于连接交流输入，经该开关电路处理后转换为与功率单元相适配的直流电输入到功率单元。所述的AC-DC开关电路包括依次连接的变压器、整流滤波电路和稳压及限流电路，该开关电路的输入端用于连接交流输入，经该开关电路处理后转换为与功率单元相适配的直流电输入到功率单元，为功率单元充电。所述的DC-AC-DC开关电路包括依次连接的高频变压器和输出整流滤波电路， 高频变压器的一侧用于连接直流输入，经该开关电路处理后转换为与功率单元相适配的直流电输入到功率单元，为功率单元充电。所述的DC-DC开关电路包括依次连接的电压变换电路和稳压及限流电路，电压变换电路输入端用于连接直流输入，经该开关电路处理后转换为与功率单元相适配的直流电输入到功率单元，为功率单元充电。所述的功率单元为超级电容器单体、通过超级电容器单体串并联组成的模块或者电容器阵列。本专利技术还提供了一种内燃机车辆电气系统的供电方法，该方法将内燃机车辆的用电设备根据功率特性进行区分，分为功率型用电单元和非功率型用电单元，功率型用电单元由功率单元供电，非功率型用电单元由能量单元供电，功率单元和能量单元之间通过隔离充电单元隔离，当功率型用电单元需要供电时，由隔离充电单元断开功率单元与能量单元的电气连接，只采用功率单元为功率型用电单元供电，在功率单元电量低于设定值时或功率型用电单元工作前，功率单元在隔离充电单元的控制下由能量单元或者外接电源充电，所述的能量单元为储能器件，所述的功率单元为高倍率放电的储能器件。所述的隔离充电单元具有防反充功能，禁止功率单元向能量单元放电。所述隔离充电单元包括充电电路，所述的充电电路为AC-DC-AC-DC开关电路、AC-DC开关电路、DC-AC-DC开关电路或DC-DC开关电路。本专利技术的有益效果是:本专利技术内燃机车辆电气系统采用组合式超级电池提供电能，组合式超级电池包括功率单元和能量单元，能量单元和功率单元输出端之间连接有隔离充电单元，能量单元输出端供电连接车载耗电装置，功率单元输出端供电连接启动电机，当启动电机需要供电时，由隔离充电单元断开功率单元与能量单元的电气连接，只采用功率单元为功率型用电单元供电，在功率单元电量低于设定值时或功率型用电单元工作前，功率单元在隔离充电单元的控制下充 电。本专利技术通过仅采用组合式超级电池中的功率单元为启动电机供电，解决了目前采用蓄电池为功率型用电单元供电导致蓄电池“超量配置”，对蓄电池电流冲击大，造成蓄电池寿命降低、其它用电单元供电不稳等问题，防止因蓄电池过度放电导致启动电机不能启动，影响内燃机正常工作，同时利用功率单元承担瞬态大功率作业任务，能够提高启动电机的工作性能。本专利技术内燃机车辆电气系统所采用的组合式超级电池中的能量单元不再承担瞬态大功率作业任务，只负责小功率负载的持续供能，不受大电流冲击损坏，寿命更长，避免能量单元被“过早”判废，造成浪费，且在选型配置上可以“瘦身”，实现小型化、轻量化和车辆总体布置的便捷化；仅依靠功率单元进行启动，使内燃机的启动性更好，尤其是在低温启动性。附图说明图1是传统内燃机车辆电气系统结构框图；图2-a是本专利技术内燃机车辆电气系统系统结构框图；图2-b是本专利技术内燃机车辆电气系统结构框图；图3-a是本专利技术实施例中采用AC-DC-AC-DC开关电路的结构示意图；图3-b是本专利技术实施例中采用AC-DC开关电路的结构示意图；图4-a是本专利技术实施例中采用DC-AC-DC开关电路的结构示意图；图4-b是本专利技术实施例中采用DC-DC开关电路的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步的说明。本专利技术的一种内燃机车辆电气系统的实施例。内燃机车辆已经成为人们日常的交通、运输及生产工具，如载人的轿车和客车、运输货物的卡车及各种专用车辆。内燃机车辆在启动过程中，一般需要启动电机的带动，启动电机作为功率型用电单元，在启动时需要瞬态大功率，本专利技术采用功率单元为其供电。在同一电气系统中，功率型用电单元与非功率型用电单 元是相对的概念，功率型用电单元具备持续用电时间短(小于10秒)、大功率(额定电流一般在几十安培以上)的用电特征，如内燃机启动电机等；非功率型用电单元具备持续用电时间可长可短、小功率(额定电流一般在几十安培以下)的用电特征，如车载各种灯类、点烟器、空调、喇叭、雨刮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机车辆电气系统，包括启动电机、车载发电机和车载耗电装置，其特征在于，该电气系统还包括组合式超级电池，组合式超级电池包括能量单元和功率单元，能量单元和功率单元输出端之间连接有隔离充电单元，能量单元输出端供电连接车载耗电装置，功率单元输出端供电连接启动电机，所述隔离充电单元用于功率单元电量不足时或启动电机工作前为其充电，在其它时候断开功率单元与能量单元的电流通路，所述的功率单元为高倍率放电的储能器件。

【技术特征摘要】
2016.04.18 CN 20161024391731.一种内燃机车辆电气系统，包括启动电机、车载发电机和车载耗电装置，其特征在于，该电气系统还包括组合式超级电池，组合式超级电池包括能量单元和功率单元，能量单元和功率单元输出端之间连接有隔离充电单元，能量单元输出端供电连接车载耗电装置，功率单元输出端供电连接启动电机，所述隔离充电单元用于功率单元电量不足时或启动电机工作前为其充电，在其它时候断开功率单元与能量单元的电流通路，所述的功率单元为高倍率放电的储能器件。2.根据权利要求1所述的内燃机车辆电气系统，其特征在于，所述的隔离充电单元包括充电电路，所述的充电电路为AC-DC-AC-DC开关电路、AC-DC开关电路、DC-AC-DC开关电路或DC-DC开关电路。3.根据权利要求2所述的内燃机车辆电气系统，其特征在于，所述的AC-DC-AC-DC开关电路包括依次连接的输入整流滤波电路、高频变压器和输出整流滤波电路，所述输入整流滤波电路的输入端用于连接交流输入，经该开关电路处理后转换为与功率单元相适配的直流电输入到功率单元。4.根据权利要求2所述的内燃机车辆电气系统，其特征在于，所述的AC-DC开关电路包括依次连接的变压器、整流滤波电路和稳压及限流电路，该开关电路的输入端用于连接交流输入，经该开关电路处理后转换为与功率单元相适配的直流电输入到功率单元，为功率单元充电。5.根据权利要求2所述的内燃机车辆电气系统，其特征在于，所述的DC-AC-DC开关电路包括依次连接的高频变压器和输出整流滤波电路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄淑君，张晓丽，杨胜杰，庄胤，孙艺虔，
申请(专利权)人：洛阳尹太科智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41