[发明专利]一种内燃机车辆电气系统及其供电方法

说明书

技术领域

本发明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 领域。

背景技术

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，供电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。

发明内容

本发明的目的是提供一种内燃机车辆电气系统及其供电方法，以解决目前 采用能量单元来启动发动机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。

本发明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 级电池包括并联的瞬态动力功率补偿器和能量单元，所述的瞬态动力功率补偿器 包括串接的功率单元和隔离单元，启动电机连接到串接的隔离单元和功率单元之 间，所述隔离单元用于在功率单元为启动电机供电时，断开功率单元与能量单元 的电流通路，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。

所述的隔离单元为开关管、接触器或继电器。

所述的隔离单元还包括控制电路，所述的控制电路包括控制接口和第一检测 接口，所述第一检测接口用于检测启动电机是否启动，所述控制接口用于在第一 检测接口检测到启动电机要启动时，断开功率单元与能量单元的电气连接。

所述的控制电路还包括用于检测能量模块是否放电的第二检测接口，所述隔 离单元用于在检测到能量单元放电时，断开功率单元与能量单元的电气连接。

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。

所述的能量单元为铅酸电池、镍氢电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、三元 电池和钛酸锂电池中的任意一种。

本发明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单元进行电气隔离，在功率单元为功率型用电单元供电 时，由隔离单元断开功率单元与能量单元的连接，由功率单元单独为功率型用电 单元供电，所述的功率单元为高倍率放电的储能器件。

所述的功率单元和隔离单元串接构成主补偿电路，该主补偿电路的两端用于 与能量单元并接。

所述非功率型用电单元仅由能量单元供电，当能量单元放电时，隔离单元断 开功率单元与能量单元的电气连接，防止功率单元向能量单元放电。

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。