本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)電控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種交通運(yùn)輸工具的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電路及裝置。

背景技術(shù)：

在車輛及中小型船舶等交通運(yùn)輸工具的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)過程中，大多是以鉛酸蓄電池作為能量提供元件，需要鉛酸蓄電池釋放出較高的能量給啟動(dòng)電機(jī)，啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)完成啟動(dòng)動(dòng)作，其電路示意圖如圖1所示，但是，鉛酸蓄電池的使用卻存在以下缺點(diǎn)：

(1)鉛酸蓄電池的理論最大充放電循環(huán)壽命約為600次，一般只有2-3年的使用壽命，使用壽命較短；

(2)鉛酸蓄電池的電機(jī)和電解液的制造材料主要為重金屬鉛和硫酸，制造過程或丟棄均會(huì)造成環(huán)境污染；

(3)鉛酸蓄電池正常的充電電流理論為其容量的0.1倍率，充電速度相對(duì)比較慢，頻繁啟動(dòng)和經(jīng)常短途行駛會(huì)造成長期充不滿電，加速縮短鉛酸蓄電池的使用壽命；

(4)鉛酸蓄電池在低溫狀態(tài)時(shí)其容量變小、內(nèi)阻增大、充放電性能大幅下降，加上在低溫時(shí)內(nèi)燃機(jī)的潤滑系統(tǒng)阻力增加，啟動(dòng)電機(jī)消耗能量隨之增加，啟動(dòng)可靠性變差；

(5)鉛酸蓄電池重量比較大從而減少了交通運(yùn)輸工具的有效載荷，增加了油耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是減少交通運(yùn)輸工具的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)過程中因采用鉛酸蓄電池造成的環(huán)境污染，提高內(nèi)燃機(jī)在低溫狀態(tài)下的啟動(dòng)可靠性，減少電池重量并提高交通運(yùn)輸工具的有效載荷，提高電源總線在使用大功率用電器(如音響等)狀態(tài)下的穩(wěn)定度和瞬態(tài)反應(yīng)時(shí)間，穩(wěn)定點(diǎn)火線圈的點(diǎn)火電壓，降低油耗，增加電池使用壽命以節(jié)約成本和提高經(jīng)濟(jì)效益。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種交通運(yùn)輸工具的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電路，包括依次并聯(lián)的連接電源總線正極的用電器、啟動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)以及依次并聯(lián)在所述電源總線正負(fù)極兩端的超級(jí)電容器組和鋰電池組；

當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，所述超級(jí)電容器組作為供能元件，向所述啟動(dòng)電機(jī)供電，所述啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)所述內(nèi)燃機(jī)完成啟動(dòng)動(dòng)作后，所述超級(jí)電容器組作為電源穩(wěn)定器，以提高所述電源總線的穩(wěn)定度和瞬態(tài)反應(yīng)時(shí)間；

當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)后處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，所述發(fā)電機(jī)作為供能元件，向用電器及超級(jí)電容器組和鋰電池組供電，所述超級(jí)電容器組和鋰電池組作為儲(chǔ)能元件，儲(chǔ)存所述發(fā)電機(jī)通過所述電源總線發(fā)出的部分電能；

當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)熄火后，所述鋰電池組作為供能元件，向所述用電器和所述超級(jí)電容器組供電。

在上述技術(shù)方案中，所述超級(jí)電容器組和所述鋰電池組之間設(shè)有三端口隔離型雙向直流變換器，所述三端口隔離型雙向直流變換器的第一端口接所述超級(jí)電容器組正極和所述電源總線正極,其第二端口接所述鋰電池組正極，其第三端口接所述電源總線負(fù)極、所述鋰電池組負(fù)極以及所述超級(jí)電容器組負(fù)極，所述三端口隔離型雙向直流變換器根據(jù)檢測(cè)到的所述內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)在第一、二端口之間切換輸入輸出端。

在上述技術(shù)方案中，

當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)后處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，所述三端口隔離型雙向直流變換器的第一端口作為輸入端口，其第二端口作為輸出端口，所述電源總線將其電壓和電流經(jīng)所述第一端口輸入至所述三端口隔離型雙向直流變換器，所述三端口隔離型雙向直流變換器將輸入的電壓和電流轉(zhuǎn)換為與所述鋰電池組相匹配的電壓和電流，經(jīng)所述第二端口輸出至所述鋰電池組，為所述鋰電池組進(jìn)行恒流恒壓充電；

當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)熄火后，所述三端口隔離型雙向直流變換器的第二端口作為輸入端口，其第一端口作為輸出端口，所述鋰電池組將其電壓和電流經(jīng)所述第二端口輸入至所述三端口隔離型雙向直流變換器，所述三端口隔離型雙向直流變換器將輸入的電壓和電流轉(zhuǎn)換為與所述電源總線相匹配的電壓和電流，經(jīng)所述第一端口輸出至所述用電器和所述超級(jí)電容器組，為其進(jìn)行供電。

在上述技術(shù)方案中，所述三端口隔離型雙向直流變換器的內(nèi)部集成有mcu，所述mcu將采集的所述超級(jí)電容器組和所述鋰電池組的電壓和電量信息通過與其相連的can收發(fā)器傳輸至交通運(yùn)輸工具的啟停系統(tǒng)和安全管理系統(tǒng)；

當(dāng)所述啟停系統(tǒng)接收到的所述超級(jí)電容器組和所述鋰電池組的電壓和電量信息滿足所述內(nèi)燃機(jī)的下一次啟動(dòng)條件時(shí)，所述啟停系統(tǒng)開啟內(nèi)燃機(jī)自動(dòng)熄火功能；

當(dāng)所述啟停系統(tǒng)接收到的所述超級(jí)電容器組和所述鋰電池組的電壓和電量信息不能夠滿足所述內(nèi)燃機(jī)的下一次啟動(dòng)條件時(shí)，所述啟停系統(tǒng)關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)自動(dòng)熄火功能；

當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)熄火后，若部分用電器工作且所述安全管理系統(tǒng)接收到的所述超級(jí)電容器組和所述鋰電池組的電壓和電量信息即將不能夠滿足所述內(nèi)燃機(jī)的下一次啟動(dòng)條件時(shí)，所述安全管理系統(tǒng)發(fā)出安全提示信息，或者自動(dòng)點(diǎn)火切換至鋰電池組充電狀態(tài)。

在上述技術(shù)方案中，所述三端口隔離型雙向直流變換器的第一端口側(cè)，即所述超級(jí)電容器組側(cè)設(shè)有第一溫度傳感器；其第二端口側(cè)，即所述鋰電池組側(cè)設(shè)有第二溫度傳感器；

所述mcu分別通過與其相連的所述第一溫度傳感器和所述第二溫度傳感器采集所述超級(jí)電容器組和所述鋰電池組的溫度信息，并將采集的溫度信息通過所述can收發(fā)器傳輸至所述安全管理系統(tǒng)。

在上述技術(shù)方案中，所述mcu將采集的所述超級(jí)電容器組和所述鋰電池組的電壓、電量和溫度信息及故障信息通過與其相連的lcd或led顯示器進(jìn)行顯示。

在上述技術(shù)方案中，當(dāng)所述安全管理系統(tǒng)檢測(cè)到所述交通運(yùn)輸工具的故障信息時(shí)，通過所述can收發(fā)器發(fā)出故障指令給所述mcu，所述mcu根據(jù)接收到的故障指令控制所述三端口隔離型雙向直流變換器停止工作，切斷所述鋰電池組與所述電源總線的連接。

在上述技術(shù)方案中，還包括與所述超級(jí)電容器組并聯(lián)的均壓保護(hù)板，所述超級(jí)電容器組由一個(gè)或者多個(gè)超級(jí)電容器串并聯(lián)而成，每個(gè)所述超級(jí)電容器串根據(jù)超級(jí)電容器單體的耐壓值和內(nèi)燃機(jī)的額定電壓不同，由不同數(shù)量的所述超級(jí)電容器單體串聯(lián)而成；每個(gè)所述超級(jí)電容器單體分別并聯(lián)在所述均壓保護(hù)板的每兩個(gè)引腳之間。

在上述技術(shù)方案中，還包括與所述鋰電池組并聯(lián)的均壓和充放電保護(hù)板，所述鋰電池組由一個(gè)或者多個(gè)鋰電池串并聯(lián)而成，每個(gè)所述鋰電池串根據(jù)鋰電池單體的耐壓值和內(nèi)燃機(jī)的額定電壓不同，由不同數(shù)量的所述鋰電池單體串聯(lián)而成；每個(gè)所述鋰電池單體分別并聯(lián)在所述均壓和充放電保護(hù)板的每兩個(gè)引腳之間。

本發(fā)明還提供了一種交通運(yùn)輸工具的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)裝置，包括上述交通運(yùn)輸工具的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電路。

本發(fā)明采用超級(jí)電容器組和鋰電池組替代了交通運(yùn)輸工具的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)過程中使用的能量替換元件鉛酸蓄電池，為內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)提供了可靠的保證，減少了使用鉛酸蓄電池對(duì)環(huán)境的污染破壞，提高了內(nèi)燃機(jī)在低溫狀態(tài)下的啟動(dòng)可靠性，減少了電池重量并提高了交通運(yùn)輸工具的有效載荷，提高了電源總線的穩(wěn)定度和瞬態(tài)反應(yīng)時(shí)間，穩(wěn)定了點(diǎn)火線圈的點(diǎn)火電壓，降低了油耗，增加了電池使用壽命，節(jié)約了成本并提高了經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)的電路示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種交通運(yùn)輸工具的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電路示意圖。

具體實(shí)施方式

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種交通運(yùn)輸工具的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電路及裝置，利用超級(jí)電容器的大電流充放電的特性，將其作為供能元件來啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)以及穩(wěn)定電源總線，采用鋰電池組作為主要儲(chǔ)能元件以彌補(bǔ)超級(jí)電容器儲(chǔ)能量不足的缺點(diǎn)，采用三端口隔離型雙向直流變換器隔離鋰電池組與電源總線，以保障鋰電池組工作在正常的電壓和電流條件下。

下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)的說明。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種交通運(yùn)輸工具的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電路，如圖1所示，包括依次并聯(lián)的用電器(負(fù)載)1、啟動(dòng)電機(jī)2、發(fā)電機(jī)3、均壓保護(hù)板4、超級(jí)電容器組5、三端口隔離型雙向直流變換器6、鋰電池組7以及均壓和充放電保護(hù)板8；用電器(負(fù)載)1和發(fā)電機(jī)3的一端連接電源總線正極，另一端接地，啟動(dòng)電機(jī)2的一端經(jīng)點(diǎn)火開關(guān)k1接電源總線的正極，另一端接地，用于帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)完成啟動(dòng)動(dòng)作；均壓保護(hù)板4、超級(jí)電容器組5、三端口隔離型雙向直流變換器6、鋰電池組7以及均壓和充放電保護(hù)板8并聯(lián)在電源總線正負(fù)極兩端，電源總線負(fù)極接地。

超級(jí)電容器組5在內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)作為供能元件，向啟動(dòng)電機(jī)2供電；當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)2帶動(dòng)內(nèi)燃機(jī)完成啟動(dòng)動(dòng)作后，超級(jí)電容器組5作為電源穩(wěn)定器，用于電源總線的電壓和電流的濾波穩(wěn)定，以提高電源總線在使用大功率用電器1(如音響等)狀態(tài)下的穩(wěn)定度和瞬態(tài)反應(yīng)時(shí)間，并穩(wěn)定點(diǎn)火線圈的點(diǎn)火電壓，從而保證點(diǎn)火線圈在大功率用電器1工作時(shí)處于最佳點(diǎn)火狀態(tài)，以降低油耗，改善或者消除短途行駛和頻繁啟動(dòng)造成的電池虧電，特別是針對(duì)柴油車輛。

當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)后處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)3作為供能元件，向用電器1及超級(jí)電容器組5和鋰電池組7供電，超級(jí)電容器組5和鋰電池組7作為儲(chǔ)能元件，儲(chǔ)存發(fā)電機(jī)3通過電源總線發(fā)出的部分電能。

超級(jí)電容器組5由一個(gè)或者多個(gè)超級(jí)電容器串并聯(lián)而成，超級(jí)電容器串由多個(gè)超級(jí)電容器單體(c1～c6)串聯(lián)而成；根據(jù)超級(jí)電容器單體的耐壓值和內(nèi)燃機(jī)的額定電壓不同，每個(gè)超級(jí)電容器串可串聯(lián)不同數(shù)量的超級(jí)電容器單體；每個(gè)超級(jí)電容器單體分別并聯(lián)在均壓保護(hù)板4的每兩個(gè)引腳之間，均壓保護(hù)板4避免了由于每個(gè)超級(jí)電容器單體的電容量不相同，分到的電壓也不相同，造成的部分超級(jí)電容器單體的電容電壓超過最大耐壓值而損壞。超級(jí)電容器單體具有超強(qiáng)的低溫工作范圍，大大提高了交通運(yùn)輸工具的內(nèi)燃機(jī)在低溫狀態(tài)下的啟動(dòng)性能。

當(dāng)內(nèi)燃機(jī)熄火后，鋰電池組7作為供能元件，為用電器1和超級(jí)電容器組5供電，鋰電池組7由一個(gè)或者多個(gè)鋰電池串并聯(lián)而成，鋰電池串由多個(gè)鋰電池單體(bt11～bt41、bt10～bt40)串聯(lián)而成；根據(jù)鋰電池單體的耐壓值和內(nèi)燃機(jī)的額定電壓不同，每個(gè)鋰電池串可串聯(lián)不同數(shù)量的鋰電池單體；每個(gè)鋰電池單體分別并聯(lián)在均壓和充放電保護(hù)板8的每兩個(gè)引腳之間，均壓和充放電保護(hù)板8避免了由于每個(gè)鋰電池單體的電池容量不相同，分到的電壓也不相同，造成的部分鋰電池單體的電容電壓超過最大耐壓值而損壞。

本實(shí)施采用的超級(jí)電容器單體和鋰電池單體都具有環(huán)保長壽命，避免了使用鉛酸蓄電池造成的頻繁更換以及環(huán)境污染，有利于環(huán)保，而且減少了電池重量并提高了交通運(yùn)輸工具的有效載荷。

三端口隔離型雙向直流變換器6用于隔離并聯(lián)的超級(jí)電容器組5和鋰電池組7，其第一端口側(cè)，即超級(jí)電容器組5側(cè)設(shè)有用于監(jiān)測(cè)超級(jí)電容器組5溫度的第一溫度傳感器9，其第一端口接超級(jí)電容器組5正極和電源總線正極(+12v)；其第二端口側(cè)，即鋰電池組7側(cè)設(shè)有用于監(jiān)測(cè)鋰電池組7溫度的第二溫度傳感器10，其第二端口接鋰電池組7正極；其第三端口接電源總線負(fù)極、鋰電池組7負(fù)極以及超級(jí)電容器組5負(fù)極。

三端口隔離型雙向直流變換器6根據(jù)檢測(cè)到的內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)在第一、二端口之間轉(zhuǎn)換輸入輸出端，具體地，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)后處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，將三端口隔離型雙向直流變換器6的第一端口作為輸入端口，將三端口隔離型雙向直流變換器6的第二端口作為輸出端口，電源總線將其電壓和電流經(jīng)第一端口輸入至三端口隔離型雙向直流變換器6，三端口隔離型雙向直流變換器6將輸入的電壓和電流轉(zhuǎn)換為與鋰電池組7相匹配的電壓和電流，經(jīng)第二端口輸出至鋰電池組7，為鋰電池組7進(jìn)行恒流恒壓充電。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)熄火后，將三端口隔離型雙向直流變換器6的第二端口作為輸入端口，將三端口隔離型雙向直流變換器6的第一端口作為輸出端口，鋰電池組7將其電壓和電流經(jīng)第二端口輸入至三端口隔離型雙向直流變換器6，三端口隔離型雙向直流變換器6將輸入的電壓和電流轉(zhuǎn)換為與電源總線相匹配的電壓和電流，經(jīng)第一端口輸出至用電器1和超級(jí)電容器組5，為用電器1和超級(jí)電容器組5供電。

根據(jù)能量回收和混合動(dòng)力的需要，通過三端口隔離型雙向直流變換器6為鋰電池組7提供匹配的電壓以及充放電電流，可以靈活提高鋰電池組7的電壓以增加鋰電池組7的容量，從而能更好的延長鋰電池組7的使用壽命。

三端口隔離型雙向直流變換器6的內(nèi)部還集成有mcu11，mcu11與第一溫度傳感器9、第二溫度傳感器10、lcd(液晶顯示器)或led(發(fā)光二極管)顯示器12以及can收發(fā)器13相連，mcu11分別通過與其相連的第一溫度傳感器9和第二溫度傳感器10采集超級(jí)電容器組5和鋰電池組7的溫度信息，并將采集的溫度信息通過can收發(fā)器13傳輸至安全管理系統(tǒng)。

mcu11將采集的超級(jí)電容器組5和鋰電池組7的電壓和電量信息通過與其相連的can收發(fā)器13傳輸至交通運(yùn)輸工具的啟停系統(tǒng)和安全管理系統(tǒng)，當(dāng)啟停系統(tǒng)接收到的超級(jí)電容器組5和鋰電池組7的電壓和電量信息滿足內(nèi)燃機(jī)的下一次啟動(dòng)條件時(shí)，啟停系統(tǒng)開啟內(nèi)燃機(jī)自動(dòng)熄火功能；當(dāng)啟停系統(tǒng)接收到的超級(jí)電容器組5和鋰電池組7的電壓和電量信息不能夠滿足內(nèi)燃機(jī)的下一次啟動(dòng)條件時(shí)，啟停系統(tǒng)關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)自動(dòng)熄火功能；當(dāng)內(nèi)燃機(jī)熄火后，若部分用電器1(如音響、空調(diào)、車燈等)工作且安全管理系統(tǒng)接收到的超級(jí)電容器組5和鋰電池組7的剩余電量信息即將不能夠滿足內(nèi)燃機(jī)的下一次啟動(dòng)條件時(shí)，則安全管理系統(tǒng)對(duì)剩余電量進(jìn)行計(jì)算，并提前發(fā)出電量低的安全提示信息，或者自動(dòng)點(diǎn)火切換至鋰電池組7充電狀態(tài)，防止交通運(yùn)輸工具因啟動(dòng)能量不足而點(diǎn)火失敗。

mcu11將采集的超級(jí)電容器組5和鋰電池組7的電壓、電量和溫度等狀態(tài)信息及故障信息通過與其相連的lcd或led顯示器12進(jìn)行顯示，可以更加直觀的顯示超級(jí)電容器組5和鋰電池組7的剩余電量以及溫度信息，以便在超級(jí)電容器組5和鋰電池組7儲(chǔ)存?zhèn)溆脮r(shí)判斷剩余電量，以便及時(shí)維護(hù)。

當(dāng)交通運(yùn)輸工具遇安全事故時(shí)，安全管理系統(tǒng)將檢測(cè)到的交通運(yùn)輸工具的故障信息通過can收發(fā)器13發(fā)出故障指令給mcu11，mcu11根據(jù)接收到的故障指令控制三端口隔離型雙向直流變換器6停止工作，切斷鋰電池組7與電源總線的連接，開啟鋰電池組7的斷電保護(hù)功能，避免交通運(yùn)輸工具事故中引起的電源線短路自燃事故。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種交通運(yùn)輸工具的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)裝置，包括上述交通運(yùn)輸工具的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電路。

本發(fā)明采用超級(jí)電容器組和鋰電池組替代了車輛及中小型船舶等交通運(yùn)輸工具的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)過程中使用的能量替換元件鉛酸蓄電池，為內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)提供了可靠的保證，減少了使用鉛酸蓄電池對(duì)環(huán)境的污染破壞，提高了內(nèi)燃機(jī)在低溫狀態(tài)下的啟動(dòng)可靠性，減少了電池重量并提高了交通運(yùn)輸工具的有效載荷，提高了電源總線在使用大功率用電器(如音響等)狀態(tài)下的穩(wěn)定度和瞬態(tài)反應(yīng)時(shí)間，穩(wěn)定了點(diǎn)火線圈的點(diǎn)火電壓，降低了油耗，增加了電池使用壽命，節(jié)約了成本并提高了經(jīng)濟(jì)效益。

本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。