[实用新型]一种利用锂离子电容器启动内燃机的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用锂离子电容器启动内燃机的系统。

背景技术

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）。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型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。