CN103618351A - 内燃机用启动电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机用启动电源，其包括用于连接外部负载的电源正极端子和电源负极端子及超级电容器模组、DC-DC转换器以及用以监视并控制所述启动电源的能量输入和输出的监控装置，所述监控装置位于所述超级电容器模组正极与电源正极端子之间的电路上且与该电路相连。该启动电源能使内燃机更快速的启动，且能在低温工况下，不需对内燃机施加任何预热，即可对内燃机进行快速启动，且该启动电源充放电时采用相同的端口，在使用过程中，不会造成端口混淆。

Description

内燃机用启动电源

技术领域

本发明涉及一种启动电源，尤其是一种用于内燃机启动的启动电源。

背景技术

传统内燃机在启动时，多采用铅酸电池作为启动电源，虽然铅酸电池作为启动电源具有容量大、性能稳定等多种优点，但由于其自身特性，其大功率充放电性能较差，由于内燃机启动瞬间所需功率较大，频繁的内燃机启动，势必造成铅酸电池寿命缩短；故作为启动电源所使用的铅酸电池，通常两年左右就要对其进行更换，使用成本较高；另外，铅酸电池作为内燃机启动电源，在对内燃机进行启动时，时间延迟较长；又因为内燃机的燃料油在低温下具有液态变稠的特性，且铅酸电池大功率放电性能差，这样，在低温条件下对内燃机进行启动时，如采用铅酸电池对内燃机实现正常的启动变的异常的困难，为了在低温条件下，实现对内燃机的正常启动，实践中通常需要对内燃机进行预加热，然后在采用铅酸电池对内燃机进行启动，使用非常不便；且铅酸电池作为启动电源在能量使用完毕时，充电所需时间较长，且其主要制造材料含重金属铅，在无法使用而废弃时，多数材料无法回收进行重复利用，对环境污染污染严重；这些铅酸电池无法克服的技术缺陷，均限制了铅酸电池在内燃机启动电源领域的应用空间。

而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等优点，但由于其仍具有大功率充电性能差、使用寿命短等缺点，其作为内燃机的启动电源，依然无法克服铅酸电池所具有的技术缺陷。

超级电容器模组，是近年来发展起来的新型储能装置，由于其具有清洁节能、循环寿命长、且大功率充放电性能好等多种优点，在产业领域正取得越来越广泛的应用；由于超级电容器模组循环寿命长、大功率充放点性能好，因此，其在作为柴油机启动电源时，可有效的避免因频繁启动，造成传统储能电池等储能器件寿命缩短等缺陷，且由于其低温性能较好，在低温工况下，对内燃机启动时，不需要对内燃机机进行预热，即可对内燃机完成启动，使用非常方便。基于申请人对超级电容器模组作为内燃机机启动电源的研究，其在作为内燃机启动电源时，为了能使启动电源更方便的实现充放电，本申请人在前期的试验中，在启动电源中集成了充电装置，即在启动电源内的超级电容器模组放电完毕后，可直接对启动电源进行充电；这种启动电源结构虽然相对传统的启动电源具有充电方便等优点，但由于技术原因，充电器的充电端口和启动电源的放电端口很难集合在一起，即启动电源的充放电端口是分开设置的，这样，在使用时，使用者很容易产生混淆，造成事故发生；因此，有必要对该类启动电源的结构做出改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种内燃机用启动电源，该启动电源能使内燃机更快速的启动，且能在低温工况下，不需对内燃机施加任何预热，即可对内燃机进行快速启动，且该启动电源充放电时采用相同的端口，在使用过程中，不会造成端口混淆。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：本发明的内燃机用启动电源，包括用于连接外部负载的电源正极端子和电源负极端子，另外，该启动电源还包括超级电容器模组、DC-DC转换器以及用以监视并控制所述启动电源的能量输入和输出的监控装置，所述超级电容器模组的正极和负极分别对应的与电源正极端子和电源负极端子相连，所述DC-DC转换器具有一个输入端口和两个输出端口，该DC-DC转换器通过其自身的输入端口与电源正极端子相连且该DC-DC转换器的两个输出端口分别与超级电容模组的正极和负极相连，所述监控装置位于所述超级电容器模组正极与电源正极端子之间的电路上且与该电路相连；当所述电源正极端子处的电压大于所述超级电容器模组电压时，或电流从电源正极端子处流向超级电容器模组时，所述监控装置控制所流入电流通过DC-DC转换器调节后而向所述超级电容器模组输入；当电源正极端子处的电压小于超级电容器模组电压时，或电流从超级电容器模组向电源正极端子处流动时，所述监控装置控制所述超级电容器模组的电能从电源正极端子处直接输出。

根据本发明的设计构思，本发明的监控装置包括控制器、检测电路以及可控开关，所述检测电路和可控开关分别与该控制器相连并受该控制器控制。 

根据本发明的设计构思，本发明的检测电路包括第一检测电路和第二检测电路，所述第一检测电路分别与所述电源正极端子和控制器相连且检测电源正极端子处电气参数信息并反馈至控制器；所述第二检测电路包括霍尔传感器，该霍尔传感器位于超级电容器模组正极处而与所述控制器相连且检测超级电容器模组正极处的电气参数信息并反馈至控制器。

根据本发明的设计构思，本发明的可控开关位于所述电源正极端子和超级电容器模组正极之间的电路上，所述DC-DC转换器与所述控制器相连且受该控制器的控制；当第一检测电路处电压大于第二检测电路处的电压，或电流向超级电容器模组正极方向流动时，所述控制器发出执行指令至可控开关和DC-DC转换器，使可控开关断开而DC-DC转换器工作，电流从第一检测电路处流向DC-DC转换器；当第一检测电路处电压小于第二检测电路处的电压，或电流从超级电容器正极方向流出时，所述控制器发出执行指令至可控开关和DC-DC转换器，使可控开关闭合而DC-DC转换器关闭，所述电能从超级电容器模组正极处经可控开关向外输出。

根据本发明的设计构思，本发明的电源正极端子和电源负极端子均为一个，所述启动电源通过该电源正极端子和电源负极端子向所述超级电容器模组输入电能或使超级电容器模组的电能对外输出。

根据本发明的设计构思，本发明的可控开关为晶闸管、绝缘栅双极型功率管、MOSFET及固态继电器中的任意一种。

根据本发明的设计构思，本发明的控制器为单片机或可编程逻辑控制器。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：（1）由于本发明采用超级电容器模组作为内燃机的启动电源，因超级电容器具有循环寿命可达近十万次，采用超级电容器模组作为内燃机启动电源，与传统的循环寿命只有几百次的储能电池作为启动电源相比，其使用寿命大幅度提高；且由于超级电容器模组低温性能、大功率充放电性能都比较好，当内燃机在低温工况下启动时，超级电容器模组能够提供大功率放电，即不需要对内燃机进行任何预热，其可瞬间完成对内燃机的启动，启动效率很高且使用非常方便；（2）由于本发明设置有DC-DC转换器以及监控装置，在该监控装置作用下，在对超级电容器模组进行充电时，外部输入的电能在监控装置的作用下，经DC-DC转换器调节后，可直接向超级电容器模组输入进行充电；当内燃机需要启动时，在该监控装置作用下，超级电容器模组所输出的电能而直接通过电源正极端子和电源负极端子对外输出而启动内燃机，即该内燃机启动电源在进行充放电时，均是采用的电源的正极端子和电源负极端子作为使用端口，其与充放电需要不同端口的而进行的超级电容器模组作为内燃机启动电源技术相比，由于其充放电时，采用的是同一端口，在使用中，可避免因使用者混淆而引起的安全事故，且制造成本低廉。

附图说明

图1为本发明内燃机用启动电源的原理图。 

具体实施方式

本发明的实施中的内燃机用启动电源，采用超级电容器模组作为能量供给源，由于超级电容器模组具有循环寿命长，低温性能好等优点，故本发明实施例中的内燃机启动电源与传统技术中依靠储能电池组作为内燃机启动电源相比，具有循环寿命长，在低温工况下对内燃机启动时，效果更好的优点。

参见图1，本发明的内燃机用启动电源，包括超级电容器模组1、DC-DC转换器2以及监控装置3，其中，超级电容器模组1用以储存能量，以在启动内燃机时向其提供动力源。

本发明的内燃机用启动电源具有电源正极端子41和电源负极端子42，该电源正极端子41和电源负极端子42均为一个，则超级电容模组1的正极与该电源正极端子41相连，超级电容器模组1的负极与电源负极端子42相连。使用该电源正极端子41和电源负极端子42对启动电源进行充电时，外部能量经电源正极端子41流入后，在监控装置3作用下，电流流入DC-DC转换器2，经DC-DC转换器2对其充电电流/电压参数进行转换后，电能从DC-DC转换器2处输出至超级电容器模组1，对超级电容器模组1进行充电；使用该电源正极端子41和电源负极端子42启动内燃机时，首先，超级电容器模组1释放电能，该电能在监控装置3作用下，而不需流入DC-DC转换器2进行电气参数转换，直接经电源正极端子41和电源负极端子42向外部输出，进而使内燃机得以启动。由此可以看出，无论是向启动电源输入能量，或是启动电源的能量向外输出，本发明均是通过电源正极端子41和电源负极端子42作为统一端口，实现了充电端口和放电端口的统一，避免了使用过程中易混淆的技术缺陷。

本发明的监控装置3包括控制器31、检测电路32以及可控开关33，所述检测电路32以及可控开关33分别与控制器31相连并受控制器31控制，且本发明的DC-DC转换器2亦与控制器31相连，并受控制器31的控制；上述检测电路32用以向控制器1反馈适时检测的所在电路的电气参数值，而控制器31用以处理检测电路32所反馈的信息值，并根据所反馈的信息值，发出执行指令至可控开关33和DC-DC转换器2。

本发明的检测电路32包括第一检测电路321和第二检测电路322，其中，所述第一检测电路321用以检测电源正极端子41处电压或其电流流向，并把所检测的电压或电流值反馈至控制器31，其一端与启动电源的正极端子41处相连，另一端与控制器31相连；所述第二检测电路322用以适时检测超级电容器模组1正极处的电压或电流流向，并把所检测的电压或电流值反馈至控制器31，该第二检测电路包括霍尔传感器5，所述霍尔传感器5位于超级电容模组正极处且与所述控制器31相连；该第二检测电路322利用霍尔传感器5实现对超级电容器模组1正极处的电压或电流流向的监控；而控制器31则根据所接收到第一检测电路321和第二检测电路322所检测的电气参数值，进而判断是否启动DC-DC转换器2和可控开关33。

本发明的DC-DC转换器2具有一个输入端口21和两个输出端口22、23，其中，所述输入端口21与电源正极端子41相连，而输出端口22与超级电容器模组的正极11相连，另一个输入端口23与超级电容器模组负极12相连；如第一检测电路321所检测的电压值大于第二检测电路322检测的电压值，或者电流向超级电容器模组1正极方向流动，控制器31则发出执行信号至DC-DC转换器和可控开关33，使DC-DC转换器工作，同时，可控开关33断开，电流通过输入端口21输入至DC-DC转换器2，经过DC-DC转换器2对输入电能的电气参数进行转换后，电能从DC-DC转换器2的输出端口22向超级电容器模组1进行输出，从而对超级电容器模组1进行充电。

本发明的可控开关33为晶闸管；该可控开关33的一端与电源正极端子41相连，另一端与超级电容器模组1的正极相连，且受控制器31的控制；当控制器31发现第一检测电路321所反馈的电压值小于第二检测电路322的所反馈的电压值时，或者电流从超级电容器正极方向流出时，控制器31则发出执行信号至可控开关33和DC-DC转换器2，使该可控开关33闭合，同时使DC-DC转换器2关闭，此时，电流从超级电容器模组1的正极处流出，而经可控开关33流向电源正极端子41出，对外输出。

显而易见的是，该可控开关33也可以采用绝缘栅双极型功率管、MOSFET或固态继电器。

本发明的控制器31优选为单片机，当然也可采用可编程逻辑控制器。

本发明实施例中，启动电源的整个工作过程简述如下：

启动电源充电过程如下：如在启动电源需要充电时，首先，第一检测电路321和第二检测电路322把各自所测得的电压或电流值反馈至控制器31，则控制器31根据所反馈的电气参数值，判断第一检测电路321所反馈的电压值大于第二检测电路322所反馈的电压值，或者电流向超级电容器正极方向流动，则发出执行信号至可控开关33和DC-DC转换器2，使该可控开关33处于切断状态，同时使DC-DC转换器2启动，此时，电流从电源正极端子41流入，然后通过DC-DC转换器输入端口21而进入DC-DC转换器2，在经DC-DC转换器2调节后，电流从输出端口22向超级电容器模组1进行输入，进而实现对启动电源的充电。

启动电源放电过程如下：如需要使用启动电源启动内燃机，首先，第一检测电路321和第二检测电路322把各自所测得的电压或电流值反馈至控制器31，则控制器31根据所反馈的电气参数值，判断第一检测电路321所反馈的电压值小于第二检测电路322所反馈的电压值，或者电流从超级电容器正极方向流出，则发出执行信号至可控开关33和DC-DC转换器，使该可控开关33闭合，同时使DC-DC转换器2关闭，此时，电流从超级电容器模组1的正极处流出，而经可控开关33流向电源正极端子41出，进而对外输出，对内燃机进行启动。

本发明的启动电源在放电结束后，首先，第一检测电路321和第二检测电路322把各自所测得的电压或电流值反馈至控制器31，则控制器31根据所反馈的电气参数值，判断第一检测电路321所反馈的电压值大于第二检测电路322所反馈的电压值，或者电流向超级电容器正极方向流动，则发出执行信号至可控开关33和DC-DC转换器，使该可控开关33处于切断状态，同时使DC-DC转换器2启动，使输入的电能的电气参数经DC-DC转换器2转换后，而对启动电源进行充电。

由以上本发明的实施例可以看出，本发明结构简单，且启动电源在进行充放电时，均是采用的电源正极端子和负极端子，其克服了充电端子和放电端子很难集合在一起的技术缺陷，使用非常方便，且降低了制造成本。

Claims (7)

1.一种内燃机用启动电源，包括用于连接外部负载的电源正极端子和电源负极端子，其特征在于，其还包括超级电容器模组、DC-DC转换器以及用以监视并控制所述启动电源的能量输入和输出的监控装置，所述超级电容器模组的正极和负极分别对应的与电源正极端子和电源负极端子相连，所述DC-DC转换器具有一个输入端口和两个输出端口，该DC-DC转换器通过其自身的输入端口与电源正极端子相连且该DC-DC转换器的两个输出端口分别与超级电容模组的正极和负极相连，所述监控装置位于所述超级电容器模组正极与电源正极端子之间的电路上且与该电路相连；当所述电源正极端子处的电压大于所述超级电容器模组电压时，或电流从电源正极端子处流向超级电容器模组时，所述监控装置控制所流入电流通过DC-DC转换器调节后而向所述超级电容器模组输入；当电源正极端子处的电压小于超级电容器模组电压时，或电流从超级电容器模组向电源正极端子处流动时，所述监控装置控制所述超级电容器模组的电能从电源正极端子处直接输出。

2.如权利要求1所述的内燃机启动电源，其特征在于，所述监控装置包括控制器、检测电路以及可控开关，所述检测电路和可控开关分别与该控制器相连并受该控制器控制。

3.如权利要求2所述的内燃机启动电源，其特征在于，所述检测电路包括第一检测电路和第二检测电路，所述第一检测电路分别与所述电源正极端子和控制器相连且检测电源正极端子处电气参数信息并反馈至控制器；所述第二检测电路包括霍尔传感器，该霍尔传感器位于超级电容器模组正极处而与所述控制器相连且检测超级电容器模组正极处的电气参数信息并反馈至控制器。

4.如权利要求3所述的内燃机启动电源，其特征在于，所述可控开关位于所述电源正极端子和超级电容器模组正极之间的电路上，所述DC-DC转换器与所述控制器相连且受该控制器的控制；当第一检测电路处电压大于第二检测电路处的电压，或电流向超级电容器模组正极方向流动时，所述控制器发出执行指令至可控开关和DC-DC转换器，使可控开关断开而DC-DC转换器工作，电流从第一检测电路处流向DC-DC转换器；当第一检测电路处电压小于第二检测电路处的电压，或电流从超级电容器正极方向流出时，所述控制器发出执行指令至可控开关和DC-DC转换器，使可控开关闭合而DC-DC转换器关闭，所述电能从超级电容器模组正极处经可控开关向外输出。

5.如权利要求1至4任一项所述的内燃机启动电源，其特征在于，所述电源正极端子和电源负极端子均为一个，所述启动电源通过该电源正极端子和电源负极端子向所述超级电容器模组输入电能或使超级电容器模组的电能对外输出。

6.如权利要求2至4任一项所述的内燃机启动电源，其特征在于，所述可控开关为晶闸管、绝缘栅双极型功率管、MOSFET及固态继电器中的任意一种。

7.如权利要求6所述的内燃机启动电源，其特征在于，所述控制器为单片机或可编程逻辑控制器。

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