內(nèi)燃機用啟動電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機用啟動電源，其包括用于連接外部負載的電源正極端子和電源負極端子及超級電容器模組、DC-DC轉(zhuǎn)換器以及用以監(jiān)視并控制所述啟動電源的能量輸入和輸出的監(jiān)控裝置，所述監(jiān)控裝置位于所述超級電容器模組正極與電源正極端子之間的電路上且與該電路相連。該啟動電源能使內(nèi)燃機更快速的啟動，且能在低溫工況下，不需對內(nèi)燃機施加任何預熱，即可對內(nèi)燃機進行快速啟動，且該啟動電源充放電時采用相同的端口，在使用過程中，不會造成端口混淆。
【專利說明】內(nèi)燃機用啟動電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種啟動電源，尤其是一種用于內(nèi)燃機啟動的啟動電源。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)內(nèi)燃機在啟動時，多采用鉛酸電池作為啟動電源，雖然鉛酸電池作為啟動電源具有容量大、性能穩(wěn)定等多種優(yōu)點，但由于其自身特性，其大功率充放電性能較差，由于內(nèi)燃機啟動瞬間所需功率較大，頻繁的內(nèi)燃機啟動，勢必造成鉛酸電池壽命縮短；故作為啟動電源所使用的鉛酸電池，通常兩年左右就要對其進行更換，使用成本較高；另外，鉛酸電池作為內(nèi)燃機啟動電源，在對內(nèi)燃機進行啟動時，時間延遲較長；又因為內(nèi)燃機的燃料油在低溫下具有液態(tài)變稠的特性，且鉛酸電池大功率放電性能差，這樣，在低溫條件下對內(nèi)燃機進行啟動時，如采用鉛酸電池對內(nèi)燃機實現(xiàn)正常的啟動變的異常的困難，為了在低溫條件下，實現(xiàn)對內(nèi)燃機的正常啟動，實踐中通常需要對內(nèi)燃機進行預加熱，然后在采用鉛酸電池對內(nèi)燃機進行啟動，使用非常不便；且鉛酸電池作為啟動電源在能量使用完畢時，充電所需時間較長，且其主要制造材料含重金屬鉛，在無法使用而廢棄時，多數(shù)材料無法回收進行重復利用，對環(huán)境污染污染嚴重；這些鉛酸電池無法克服的技術(shù)缺陷，均限制了鉛酸電池在內(nèi)燃機啟動電源領(lǐng)域的應(yīng)用空間。
[0003]而近年來發(fā)展起來的鋰離子電池，雖然較鉛酸電池具有清潔節(jié)能等優(yōu)點，但由于其仍具有大功率充電性能差、使用壽命短等缺點，其作為內(nèi)燃機的啟動電源，依然無法克服鉛酸電池所具有的技術(shù)缺陷。
[0004]超級電容器模組，是近年來發(fā)展起來的新型儲能裝置，由于其具有清潔節(jié)能、循環(huán)壽命長、且大功率充放電性能好等多種優(yōu)點，在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域正取得越來越廣泛的應(yīng)用；由于超級電容器模組循環(huán)壽命長、大功率充放點性能好，因此，其在作為柴油機啟動電源時，可有效的避免因頻繁啟動，造成傳統(tǒng)儲能電池等儲能器件壽命縮短等缺陷，且由于其低溫性能較好，在低溫工況下，對內(nèi)燃機啟動時，不需要對內(nèi)燃機機進行預熱，即可對內(nèi)燃機完成啟動，使用非常方便?；? 申請人:對超級電容器模組作為內(nèi)燃機機啟動電源的研究，其在作為內(nèi)燃機啟動電源時，為了能使啟動電源更方便的實現(xiàn)充放電，本 申請人:在前期的試驗中，在啟動電源中集成了充電裝置，即在啟動電源內(nèi)的超級電容器模組放電完畢后，可直接對啟動電源進行充電；這種啟動電源結(jié)構(gòu)雖然相對傳統(tǒng)的啟動電源具有充電方便等優(yōu)點，但由于技術(shù)原因，充電器的充電端口和啟動電源的放電端口很難集合在一起，即啟動電源的充放電端口是分開設(shè)置的，這樣，在使用時，使用者很容易產(chǎn)生混淆，造成事故發(fā)生；因此，有必要對該類啟動電源的結(jié)構(gòu)做出改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種內(nèi)燃機用啟動電源，該啟動電源能使內(nèi)燃機更快速的啟動，且能在低溫工況下，不需對內(nèi)燃機施加任何預熱，即可對內(nèi)燃機進行快速啟動，且該啟動電源充放電時采用相同的端口，在使用過程中，不會造成端口混淆。[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:本發(fā)明的內(nèi)燃機用啟動電源，包括用于連接外部負載的電源正極端子和電源負極端子，另外，該啟動電源還包括超級電容器模組、DC-DC轉(zhuǎn)換器以及用以監(jiān)視并控制所述啟動電源的能量輸入和輸出的監(jiān)控裝置，所述超級電容器模組的正極和負極分別對應(yīng)的與電源正極端子和電源負極端子相連，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器具有一個輸入端口和兩個輸出端口，該DC-DC轉(zhuǎn)換器通過其自身的輸入端口與電源正極端子相連且該DC-DC轉(zhuǎn)換器的兩個輸出端口分別與超級電容模組的正極和負極相連，所述監(jiān)控裝置位于所述超級電容器模組正極與電源正極端子之間的電路上且與該電路相連；當所述電源正極端子處的電壓大于所述超級電容器模組電壓時，或電流從電源正極端子處流向超級電容器模組時，所述監(jiān)控裝置控制所流入電流通過DC-DC轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)后而向所述超級電容器模組輸入；當電源正極端子處的電壓小于超級電容器模組電壓時，或電流從超級電容器模組向電源正極端子處流動時，所述監(jiān)控裝置控制所述超級電容器模組的電能從電源正極端子處直接輸出。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思，本發(fā)明的監(jiān)控裝置包括控制器、檢測電路以及可控開關(guān)，所述檢測電路和可控開關(guān)分別與該控制器相連并受該控制器控制。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思，本發(fā)明的檢測電路包括第一檢測電路和第二檢測電路，所述第一檢測電路分別與所述電源正極端子和控制器相連且檢測電源正極端子處電氣參數(shù)信息并反饋至控制器；所述第二檢測電路包括霍爾傳感器，該霍爾傳感器位于超級電容器模組正極處而與所述控制器相連且檢測超級電容器模組正極處的電氣參數(shù)信息并反饋至控制器。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思，本發(fā)明的可控開關(guān)位于所述電源正極端子和超級電容器模組正極之間的電路上，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器與所述控制器相連且受該控制器的控制；當?shù)谝粰z測電路處電壓大于第二檢測電路處的電壓，或電流向超級電容器模組正極方向流動時，所述控制器發(fā)出執(zhí)行指令至可控開關(guān)和DC-DC轉(zhuǎn)換器，使可控開關(guān)斷開而DC-DC轉(zhuǎn)換器工作，電流從第一檢測電路處流向DC-DC轉(zhuǎn)換器；當?shù)谝粰z測電路處電壓小于第二檢測電路處的電壓，或電流從超級電容器正極方向流出時，所述控制器發(fā)出執(zhí)行指令至可控開關(guān)和DC-DC轉(zhuǎn)換器，使可控開關(guān)閉合而DC-DC轉(zhuǎn)換器關(guān)閉，所述電能從超級電容器模組正極處經(jīng)可控開關(guān)向外輸出。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思，本發(fā)明的電源正極端子和電源負極端子均為一個，所述啟動電源通過該電源正極端子和電源負極端子向所述超級電容器模組輸入電能或使超級電容器模組的電能對外輸出。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思，本發(fā)明的可控開關(guān)為晶閘管、絕緣柵雙極型功率管、MOSFET及固態(tài)繼電器中的任意一種。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思，本發(fā)明的控制器為單片機或可編程邏輯控制器。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:(1)由于本發(fā)明采用超級電容器模組作為內(nèi)燃機的啟動電源，因超級電容器具有循環(huán)壽命可達近十萬次，采用超級電容器模組作為內(nèi)燃機啟動電源，與傳統(tǒng)的循環(huán)壽命只有幾百次的儲能電池作為啟動電源相比，其使用壽命大幅度提高；且由于超級電容器模組低溫性能、大功率充放電性能都比較好，當內(nèi)燃機在低溫工況下啟動時，超級電容器模組能夠提供大功率放電，即不需要對內(nèi)燃機進行任何預熱，其可瞬間完成對內(nèi)燃機的啟動，啟動效率很高且使用非常方便；(2)由于本發(fā)明設(shè)置有DC-DC轉(zhuǎn)換器以及監(jiān)控裝置，在該監(jiān)控裝置作用下，在對超級電容器模組進行充電時，夕卜部輸入的電能在監(jiān)控裝置的作用下，經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)后，可直接向超級電容器模組輸入進行充電；當內(nèi)燃機需要啟動時，在該監(jiān)控裝置作用下，超級電容器模組所輸出的電能而直接通過電源正極端子和電源負極端子對外輸出而啟動內(nèi)燃機，即該內(nèi)燃機啟動電源在進行充放電時，均是采用的電源的正極端子和電源負極端子作為使用端口，其與充放電需要不同端口的而進行的超級電容器模組作為內(nèi)燃機啟動電源技術(shù)相比，由于其充放電時，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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明內(nèi)燃機用啟動電源的原理圖。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明的實施中的內(nèi)燃機用啟動電源，采用超級電容器模組作為能量供給源，由于超級電容器模組具有循環(huán)壽命長，低溫性能好等優(yōu)點，故本發(fā)明實施例中的內(nèi)燃機啟動電源與傳統(tǒng)技術(shù)中依靠儲能電池組作為內(nèi)燃機啟動電源相比，具有循環(huán)壽命長，在低溫工況下對內(nèi)燃機啟動時，效果更好的優(yōu)點。
[0016]參見圖1，本發(fā)明的內(nèi)燃機用啟動電源，包括超級電容器模組1、DC-DC轉(zhuǎn)換器2以及監(jiān)控裝置3，其中，超級電容器模組I用以儲存能量，以在啟動內(nèi)燃機時向其提供動力源。
[0017]本發(fā)明的內(nèi)燃機用啟動電源具有電源正極端子41和電源負極端子42，該電源正極端子41和電源負極端子42均為一個，則超級電容模組I的正極與該電源正極端子41相連，超級電容器模組I的負極與電源負極端子42相連。使用該電源正極端子41和電源負極端子42對啟動電源進行充電時，外部能量經(jīng)電源正極端子41流入后，在監(jiān)控裝置3作用下，電流流入DC-DC轉(zhuǎn)換器2，經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換器2對其充電電流/電壓參數(shù)進行轉(zhuǎn)換后，電能從DC-DC轉(zhuǎn)換器2處輸出至超級電容器模組1，對超級電容器模組I進行充電；使用該電源正極端子41和電源負極端子42啟動內(nèi)燃機時，首先，超級電容器模組I釋放電能，該電能在監(jiān)控裝置3作用下，而不需流入DC-DC轉(zhuǎn)換器2進行電氣參數(shù)轉(zhuǎn)換，直接經(jīng)電源正極端子41和電源負極端子42向外部輸出，進而使內(nèi)燃機得以啟動。由此可以看出，無論是向啟動電源輸入能量，或是啟動電源的能量向外輸出，本發(fā)明均是通過電源正極端子41和電源負極端子42作為統(tǒng)一端口，實現(xiàn)了充電端口和放電端口的統(tǒng)一，避免了使用過程中易混淆的技術(shù)缺陷。
[0018]本發(fā)明的監(jiān)控裝置3包括控制器31、檢測電路32以及可控開關(guān)33，所述檢測電路32以及可控開關(guān)33分別與控制器31相連并受控制器31控制，且本發(fā)明的DC-DC轉(zhuǎn)換器2亦與控制器31相連，并受控制器31的控制；上述檢測電路32用以向控制器I反饋適時檢測的所在電路的電氣參數(shù)值，而控制器31用以處理檢測電路32所反饋的信息值，并根據(jù)所反饋的信息值，發(fā)出執(zhí)行指令至可控開關(guān)33和DC-DC轉(zhuǎn)換器2。
[0019]本發(fā)明的檢測電路32包括第一檢測電路321和第二檢測電路322，其中，所述第一檢測電路321用以檢測電源正極端子41處電壓或其電流流向，并把所檢測的電壓或電流值反饋至控制器31，其一端與啟動電源的正極端子41處相連，另一端與控制器31相連；所述第二檢測電路322用以適時檢測超級電容器模組I正極處的電壓或電流流向，并把所檢測的電壓或電流值反饋至控制器31，該第二檢測電路包括霍爾傳感器5，所述霍爾傳感器5位于超級電容模組正極處且與所述控制器31相連；該第二檢測電路322利用霍爾傳感器5實現(xiàn)對超級電容器模組I正極處的電壓或電流流向的監(jiān)控；而控制器31則根據(jù)所接收到第一檢測電路321和第二檢測電路322所檢測的電氣參數(shù)值，進而判斷是否啟動DC-DC轉(zhuǎn)換器2和可控開關(guān)33。
[0020]本發(fā)明的DC-DC轉(zhuǎn)換器2具有一個輸入端口 21和兩個輸出端口 22、23，其中，所述輸入端口 21與電源正極端子41相連，而輸出端口 22與超級電容器模組的正極11相連，另一個輸入端口 23與超級電容器模組負極12相連；如第一檢測電路321所檢測的電壓值大于第二檢測電路322檢測的電壓值，或者電流向超級電容器模組I正極方向流動，控制器31則發(fā)出執(zhí)行信號至DC-DC轉(zhuǎn)換器和可控開關(guān)33，使DC-DC轉(zhuǎn)換器工作，同時，可控開關(guān)33斷開，電流通過輸入端口 21輸入至DC-DC轉(zhuǎn)換器2，經(jīng)過DC-DC轉(zhuǎn)換器2對輸入電能的電氣參數(shù)進行轉(zhuǎn)換后，電能從DC-DC轉(zhuǎn)換器2的輸出端口 22向超級電容器模組I進行輸出，從而對超級電容器模組I進行充電。
[0021]本發(fā)明的可控開關(guān)33為晶閘管；該可控開關(guān)33的一端與電源正極端子41相連，另一端與超級電容器模組I的正極相連，且受控制器31的控制；當控制器31發(fā)現(xiàn)第一檢測電路321所反饋的電壓值小于第二檢測電路322的所反饋的電壓值時，或者電流從超級電容器正極方向流出時，控制器31則發(fā)出執(zhí)行信號至可控開關(guān)33和DC-DC轉(zhuǎn)換器2，使該可控開關(guān)33閉合，同時使DC-DC轉(zhuǎn)換器2關(guān)閉，此時，電流從超級電容器模組I的正極處流出，而經(jīng)可控開關(guān)33流向電源正極端子41出，對外輸出。
[0022]顯而易見的是，該可控開關(guān)33也可以采用絕緣柵雙極型功率管、MOSFET或固態(tài)繼電器。
[0023]本發(fā)明的控制器31優(yōu)選為單片機，當然也可采用可編程邏輯控制器。
[0024]本發(fā)明實施例中，啟動電源的整個工作過程簡述如下:
啟動電源充電過程如下:如在啟動電源需要充電時，首先，第一檢測電路321和第二檢測電路322把各自所測得的電壓或電流值反饋至控制器31，則控制器31根據(jù)所反饋的電氣參數(shù)值，判斷第一檢測電路321所反饋的電壓值大于第二檢測電路322所反饋的電壓值，或者電流向超級電容器正極方向流動，則發(fā)出執(zhí)行信號至可控開關(guān)33和DC-DC轉(zhuǎn)換器2，使該可控開關(guān)33處于切斷狀態(tài)，同時使DC-DC轉(zhuǎn)換器2啟動，此時，電流從電源正極端子41流入，然后通過DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入端口 21而進入DC-DC轉(zhuǎn)換器2，在經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換器2調(diào)節(jié)后，電流從輸出端口 22向超級電容器模組I進行輸入，進而實現(xiàn)對啟動電源的充電。
[0025]啟動電源放電過程如下:如需要使用啟動電源啟動內(nèi)燃機，首先，第一檢測電路321和第二檢測電路322把各自所測得的電壓或電流值反饋至控制器31，則控制器31根據(jù)所反饋的電氣參數(shù)值，判斷第一檢測電路321所反饋的電壓值小于第二檢測電路322所反饋的電壓值，或者電流從超級電容器正極方向流出，則發(fā)出執(zhí)行信號至可控開關(guān)33和DC-DC轉(zhuǎn)換器，使該可控開關(guān)33閉合，同時使DC-DC轉(zhuǎn)換器2關(guān)閉，此時，電流從超級電容器模組I的正極處流出，而經(jīng)可控開關(guān)33流向電源正極端子41出，進而對外輸出，對內(nèi)燃機進行啟動。
[0026]本發(fā)明的啟動電源在放電結(jié)束后，首先，第一檢測電路321和第二檢測電路322把各自所測得的電壓或電流值反饋至控制器31，則控制器31根據(jù)所反饋的電氣參數(shù)值，判斷第一檢測電路321所反饋的電壓值大于第二檢測電路322所反饋的電壓值，或者電流向超級電容器正極方向流動，則發(fā)出執(zhí)行信號至可控開關(guān)33和DC-DC轉(zhuǎn)換器，使該可控開關(guān)33處于切斷狀態(tài)，同時使DC-DC轉(zhuǎn)換器2啟動，使輸入的電能的電氣參數(shù)經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換器2轉(zhuǎn)換后，而對啟動電源進行充電。
[0027] 由以上本發(fā)明的實施例可以看出，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，且啟動電源在進行充放電時，均是采用的電源正極端子和負極端子，其克服了充電端子和放電端子很難集合在一起的技術(shù)缺陷，使用非常方便，且降低了制造成本。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃機用啟動電源，包括用于連接外部負載的電源正極端子和電源負極端子，其特征在于，其還包括超級電容器模組、DC-DC轉(zhuǎn)換器以及用以監(jiān)視并控制所述啟動電源的能量輸入和輸出的監(jiān)控裝置，所述超級電容器模組的正極和負極分別對應(yīng)的與電源正極端子和電源負極端子相連，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器具有一個輸入端口和兩個輸出端口，該DC-DC轉(zhuǎn)換器通過其自身的輸入端口與電源正極端子相連且該DC-DC轉(zhuǎn)換器的兩個輸出端口分別與超級電容模組的正極和負極相連，所述監(jiān)控裝置位于所述超級電容器模組正極與電源正極端子之間的電路上且與該電路相連；當所述電源正極端子處的電壓大于所述超級電容器模組電壓時，或電流從電源正極端子處流向超級電容器模組時，所述監(jiān)控裝置控制所流入電流通過DC-DC轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)后而向所述超級電容器模組輸入；當電源正極端子處的電壓小于超級電容器模組電壓時，或電流從超級電容器模組向電源正極端子處流動時，所述監(jiān)控裝置控制所述超級電容器模組的電能從電源正極端子處直接輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機啟動電源，其特征在于，所述監(jiān)控裝置包括控制器、檢測電路以及可控開關(guān)，所述檢測電路和可控開關(guān)分別與該控制器相連并受該控制器控制。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機啟動電源，其特征在于，所述檢測電路包括第一檢測電路和第二檢測電路，所述第一檢測電路分別與所述電源正極端子和控制器相連且檢測電源正極端子處電氣參數(shù)信息并反饋至控制器；所述第二檢測電路包括霍爾傳感器，該霍爾傳感器位于超級電容器模組正極處而與所述控制器相連且檢測超級電容器模組正極處的電氣參數(shù)信息并反饋至控制器。
4.如權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機啟動電源，其特征在于，所述可控開關(guān)位于所述電源正極端子和超級電容器模組正極之間的電路上，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器與所述控制器相連且受該控制器的控制；當?shù)谝粰z測電路處電壓大于第二檢測電路處的電壓，或電流向超級電容器模組正極方向流動時，所述控制器發(fā)出執(zhí)行指令至可控開關(guān)和DC-DC轉(zhuǎn)換器，使可控開關(guān)斷開而DC-DC轉(zhuǎn)換器工作，電流從第一檢測電路處流向DC-DC轉(zhuǎn)換器；當?shù)谝粰z測電路處電壓小于第二檢測電路處的電壓，或電流從超級電容器正極方向流出時，所述控制器發(fā)出執(zhí)行指令至可控開關(guān)和DC-DC轉(zhuǎn)換器，使可控開關(guān)閉合而DC-DC轉(zhuǎn)換器關(guān)閉，所述電能從超級電容器模組正極處經(jīng)可控開關(guān)向外輸出。
5.如權(quán)利要求1至4任一項所述的內(nèi)燃機啟動電源，其特征在于，所述電源正極端子和電源負極端子均為一個，所述啟動電源通過該電源正極端子和電源負極端子向所述超級電容器模組輸入電能或使超級電容器模組的電能對外輸出。
6.如權(quán)利要求2至4任一項所述的內(nèi)燃機啟動電源，其特征在于，所述可控開關(guān)為晶閘管、絕緣柵雙極型功率管、MOSFET及固態(tài)繼電器中的任意一種。
7.如權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機啟動電源，其特征在于，所述控制器為單片機或可編程邏輯控制器。
【文檔編號】H02J7/00GK103618351SQ201310609767
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】王樹曉, 陳樂茵, 姚欣威 申請人:無錫富洪科技有限公司