內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)及其供電方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)及其供電方法，本發(fā)明將以內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的用電設(shè)備根據(jù)功率特性進(jìn)行區(qū)分，分為功率型用電單元和非功率型用電單元，功率型用電單元由功率單元供電，實(shí)現(xiàn)了能量供給側(cè)和能量需求側(cè)的匹配及平衡。本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)采用組合式超級(jí)電池提供電能，本發(fā)明通過(guò)采用組合式超級(jí)電池中的功率單元為啟動(dòng)電機(jī)供電，解決了目前內(nèi)燃發(fā)電機(jī)采用蓄電池為啟動(dòng)電機(jī)供電導(dǎo)致蓄電池“超量配置”，對(duì)蓄電池電流沖擊大，造成蓄電池壽命降低、其它用電單元供電不穩(wěn)等問(wèn)題，防止因蓄電池過(guò)度放電導(dǎo)致電機(jī)不能啟動(dòng)，影響內(nèi)燃發(fā)電機(jī)正常工作。
【專利說(shuō)明】
內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)及其供電方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)及其供電方法，屬于電路系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃發(fā)電機(jī)是以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的發(fā)電機(jī)設(shè)備，由內(nèi)燃熱力單元、往復(fù)式發(fā)電機(jī)單元以及監(jiān)視控制單元組成，各種內(nèi)燃發(fā)電機(jī)已經(jīng)成為人們?nèi)粘?yīng)急供電的重要生產(chǎn)、生活裝備，特別是對(duì)于一些偏遠(yuǎn)的山區(qū)或者孤立的海島，由于無(wú)法架設(shè)電網(wǎng)，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)成為其主要的供電設(shè)施。而電氣系統(tǒng)是內(nèi)燃發(fā)電機(jī)必不可少的一部分，內(nèi)燃發(fā)電機(jī)傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)如圖1所示，主要由內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的發(fā)電機(jī)、電壓調(diào)節(jié)器、蓄電池等構(gòu)成，用電設(shè)備根據(jù)功率特性主要分為需要瞬態(tài)大功率的啟動(dòng)電機(jī)和持續(xù)小功率的其他內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置，內(nèi)燃發(fā)電機(jī)蓄電池是供電系統(tǒng)必不可少的電源之一，在內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)向啟動(dòng)電機(jī)供電；發(fā)動(dòng)機(jī)不工作或發(fā)動(dòng)機(jī)在不高的轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，蓄電池向內(nèi)燃發(fā)電機(jī)耗電裝置供電；在耗電裝置功率超過(guò)其發(fā)電裝置功率時(shí)，蓄電池同發(fā)電機(jī)聯(lián)合向耗電裝置供電。內(nèi)燃發(fā)電機(jī)中的蓄電池既要負(fù)責(zé)提供內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置(如儀表顯示、程序自檢、信號(hào)燈的閃亮、音響短時(shí)工作等小功率器件)的能量，又要負(fù)責(zé)提供發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間大功率的能量，在運(yùn)行實(shí)踐中，這種方案暴露出以下問(wèn)題:
[0003]1.內(nèi)燃發(fā)電機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)和其它耗電裝置不同用電特性對(duì)蓄電池性能要求差異很大:啟動(dòng)系統(tǒng)要求蓄電池放電倍率性能優(yōu)異，而其它耗電裝置則要求蓄電池具備一定容量即可、倍率性能要求不高。這種情況導(dǎo)致蓄電池為滿足內(nèi)燃機(jī)冷啟動(dòng)所需的瞬態(tài)大功率，不得不“超量配置”，使電池又大又笨重，而且也不經(jīng)濟(jì)。
[0004]2.當(dāng)內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的不正常使用，如內(nèi)燃機(jī)熄火狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間使用內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的電器設(shè)備、熄火狀態(tài)下使用外接電源設(shè)備等，將導(dǎo)致蓄電池虧電而無(wú)法完成內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的下次啟動(dòng)。
[0005]3.內(nèi)燃發(fā)電機(jī)冷啟動(dòng)電流較大，對(duì)鉛酸蓄電池的電流沖擊較大，造成正極板活性物質(zhì)脫落，使得鉛酸電池組容量下降較快，使用壽命較短(一般為2?3年)，更換較為頻繁，增加用戶設(shè)備維護(hù)工作量和使用成本；內(nèi)燃發(fā)電機(jī)蓄電池使用過(guò)程中，由于使用人員或維護(hù)人員無(wú)法準(zhǔn)確確認(rèn)蓄電池使用狀態(tài)，通常以內(nèi)燃發(fā)電機(jī)隔夜后啟動(dòng)不順暢的現(xiàn)象作為判定蓄電池壽命終結(jié)的標(biāo)準(zhǔn)，而不是以蓄電池?zé)o法蓄電或無(wú)法正常供應(yīng)內(nèi)燃發(fā)電機(jī)耗電裝置用電作為蓄電池報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，造成蓄電池被“過(guò)早判廢”。
[0006]4.內(nèi)燃發(fā)電機(jī)啟動(dòng)(特別是冷啟動(dòng))時(shí)，蓄電池瞬時(shí)電壓降較大，造成內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電壓敏感設(shè)備(計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、可編程邏輯控制器、電子設(shè)備等)無(wú)法正常工作，容易出現(xiàn)計(jì)算機(jī)紊亂、數(shù)據(jù)丟失及設(shè)備停止運(yùn)行等故障，嚴(yán)重時(shí)甚至造成內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電設(shè)備意外損壞。
[0007]為此，有人提出在蓄電池兩端并聯(lián)超級(jí)電容的方式來(lái)共同為啟動(dòng)電機(jī)供電，雖然這種方案在一定程度上延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命，但是蓄電池還是要承擔(dān)功率型用電單元的啟動(dòng)任務(wù)，并沒(méi)有從根本上解決蓄電池為功率型用電單元供電導(dǎo)致對(duì)蓄電池電流沖擊大，造成蓄電池壽命降低等問(wèn)題;而且由于蓄電池與功率型用電單元電壓“箝位”問(wèn)題，這種改進(jìn)對(duì)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)問(wèn)題的改善也很有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是一種內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)及其供電方法，以解決目前采用蓄電池為內(nèi)燃發(fā)電機(jī)啟動(dòng)電機(jī)提供啟動(dòng)能量導(dǎo)致蓄電池“超量配置”以及易受到大電流沖擊影響壽命等冋題。
[0009]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而提供一種內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)，包括啟動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)和內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置，該電氣系統(tǒng)還包括能量單元和功率單元，能量單元輸出端和功率單元輸出端之間連接有隔離充電單元，能量單元輸出端供電連接內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置，功率單元輸出端供電連接啟動(dòng)電機(jī)，所述隔離充電單元用于在功率單元電量不足時(shí)或啟動(dòng)電機(jī)工作前為其充電，在其它時(shí)候斷開(kāi)功率單元與能量單元的電流通路，所述的能量單元為儲(chǔ)能器件，所述的功率單元為高倍率放電的儲(chǔ)能器件。
[0010]所述的隔離充電單元包括充電電路，所述的充電電路為AC-DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路、AC-DC開(kāi)關(guān)電路、DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路或DC-DC開(kāi)關(guān)電路。
[0011]所述的AC-DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路包括依次連接的輸入整流濾波電路、高頻變壓器和輸出整流濾波電路，所述輸入整流濾波電路的輸入端用于連接交流輸入，經(jīng)該開(kāi)關(guān)電路處理后轉(zhuǎn)換為與功率單元相適配的直流電輸入到功率單元。
[0012]所述的AC-DC開(kāi)關(guān)電路包括依次連接的變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓及限流電路，該開(kāi)關(guān)電路的輸入端用于連接交流輸入，經(jīng)該開(kāi)關(guān)電路處理后轉(zhuǎn)換為與功率單元相適配的直流電輸入到功率單元，為功率單元充電。
[0013]所述的DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路包括依次連接的高頻變壓器和輸出整流濾波電路，高頻變壓器的一側(cè)用于連接直流輸入，經(jīng)該開(kāi)關(guān)電路處理后轉(zhuǎn)換為與功率單元相適配的直流電輸入到功率單元，為功率單元充電。
[0014]所述的DC-DC開(kāi)關(guān)電路包括依次連接的電壓變換電路和穩(wěn)壓及限流電路，電壓變換電路輸入端用于連接直流輸入，經(jīng)該開(kāi)關(guān)電路處理后轉(zhuǎn)換為與功率單元相適配的直流電輸入到功率單元，為功率單元充電。
[0015]所述的功率單元為超級(jí)電容器單體、通過(guò)超級(jí)電容器單體串并聯(lián)組成的模塊或者電容器陣列。
[0016]本發(fā)明還提供了一種內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)的供電方法，該方法將內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的用電設(shè)備根據(jù)功率特性進(jìn)行區(qū)分，分為功率型用電單元和非功率型用電單元，功率型用電單元由功率單元供電，非功率型用電單元由能量單元供電，功率單元和能量單元之間通過(guò)隔離充電單元隔離，當(dāng)功率型用電單元需要供電時(shí)，由隔離充電單元斷開(kāi)功率單元與能量單元的電氣連接，只采用功率單元為功率型用電單元供電，在功率單元電量低于設(shè)定值時(shí)或功率型用電單元工作前，功率單元在隔離充電單元的控制下由能量單元或者外接電源充電，所述的能量單元為儲(chǔ)能器件，所述的功率單元為高倍率放電的儲(chǔ)能器件。
[0017]所述的隔離充電單元具有防反充功能，禁止功率單元向能量單元放電。
[0018]所述隔離充電單元包括充電電路，所述的充電電路為AC-DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路、AC-DC開(kāi)關(guān)電路、DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路或DC-DC開(kāi)關(guān)電路。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)采用組合式超級(jí)電池提供電能，組合式超級(jí)電池包括能量單元和功率單元，能量單元和功率單元輸出端之間連接有隔離充電單元，能量單元輸出端供電連接內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置，功率單元輸出端供電連接啟動(dòng)電機(jī)，隔離充電單元用于在能量單元或發(fā)電機(jī)不給功率單元充電時(shí)，斷開(kāi)功率單元與能量單元的電流通路，并用于在功率型用電單元工作前或功率單元電量不足時(shí)，為功率單元充電。本發(fā)明通過(guò)僅采用組合式超級(jí)電池中的功率單元為內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)電機(jī)供電，能量單元不再承擔(dān)瞬態(tài)大功率作業(yè)任務(wù)，不受大電流沖擊損壞，壽命更長(zhǎng)，在選型配置上可以“瘦身”，實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化，并且能量單元不會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)較大電壓降的情況，保證了內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，減少用電負(fù)載因電能質(zhì)量不穩(wěn)造成的損壞。同時(shí)僅利用功率單元承擔(dān)瞬態(tài)大功率作業(yè)任務(wù)，內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)性更好，尤其是低溫啟動(dòng)性更好。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0021 ]圖2-a是本發(fā)明內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0022]圖2-b是本發(fā)明內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]圖3-a是本發(fā)明實(shí)施例中采用AC-DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3-b是本發(fā)明實(shí)施例中采用AC-DC開(kāi)關(guān)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4-a是本發(fā)明實(shí)施例中采用DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4-b是本發(fā)明實(shí)施例中采用DC-DC開(kāi)關(guān)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0028]本發(fā)明的一種內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)的實(shí)施例。
[0029]內(nèi)燃發(fā)電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中，一般需要啟動(dòng)電機(jī)的帶動(dòng)，啟動(dòng)電機(jī)作為功率型用電單元，在啟動(dòng)時(shí)需要瞬態(tài)大功率，本發(fā)明采用功率單元為其供電。在同一電氣系統(tǒng)中，功率型用電單元與非功率型用電單元是相對(duì)的概念，功率型用電單元具備持續(xù)用電時(shí)間短(小于10秒)、大功率(額定電流一般在幾十安培以上)的用電特征，如內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)電機(jī)等;非功率型用電單元具備持續(xù)用電時(shí)間可長(zhǎng)可短、小功率(額定電流一般在幾十安培以下)的用電特征，如內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的各種燈類、點(diǎn)煙器、空調(diào)、喇叭、雨刮、車窗升降、電子儀表盤等。
[0030]下面以一種具體的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施例中的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)，如圖2-a和2-b所示，包括內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的發(fā)電機(jī)7、啟動(dòng)電機(jī)1、內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置6和組合式超級(jí)電池，由組合式超級(jí)電池為啟動(dòng)電機(jī)I和內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置6供電，組合式超級(jí)電池包括功率單元4和能量單元5，功率單元4的輸出端和能量單元5的輸出端之間連接有隔離充電單元3，功率單元4的輸出端通過(guò)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)2供電連接啟動(dòng)電機(jī)I，能量單元5的輸出端供電連接內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置6，用于為內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置6提供電能，內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的發(fā)電機(jī)7的電壓由電壓調(diào)節(jié)器8調(diào)節(jié)，用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的發(fā)電機(jī)7電壓的穩(wěn)定輸出。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)前，能量單元5或外接電源首先給功率單元4充電；當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，功率單元4與能量單元5之間的電流通路已經(jīng)通過(guò)隔離充電單元3斷開(kāi)，閉合啟動(dòng)開(kāi)關(guān)2，僅由功率單元4為啟動(dòng)電機(jī)2供電，由啟動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)車輛內(nèi)燃機(jī);當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)完成后，斷開(kāi)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)2，隔離充電單元3判斷功率單元4電量是否充足，若不足，則內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的發(fā)電機(jī)通過(guò)隔尚充電單兀3為功率單兀4充電，若電量充足，貝Ij不充電。同時(shí)隔離充電單3元具備防反充功能，禁止功率單元4向能量單元5放電。該內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)中的能量單元不再承擔(dān)瞬態(tài)大功率作業(yè)任務(wù)，只負(fù)責(zé)小功率負(fù)載的持續(xù)供能，不受大電流沖擊損壞，壽命更長(zhǎng)，避免能量單元被“過(guò)早”判廢，造成浪費(fèi)，且在選型配置上可以“瘦身”，實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化和車輛總體布置的便捷化；內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)電機(jī)僅依靠功率單元進(jìn)行啟動(dòng)，使內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)性更好，尤其是在低溫啟動(dòng)性。
[0031]功率單元4可以是超級(jí)電容器單體、由超級(jí)電容器單體通過(guò)串并聯(lián)組成的模塊，或者傳統(tǒng)電容器陣列，如圖2-a所示。功率單元也可采用倍率性能及低溫性能優(yōu)異的儲(chǔ)能器件，如圖2-b所示，儲(chǔ)能器件可為具備高倍率放電特性蓄電池，比如鋰離子電池(磷酸鐵鋰系、三元系、錳酸鋰系、鈦酸鋰系等)和卷繞式高倍率鉛酸電池，也可以是低溫高倍率鋰電池和低溫高倍率鉛酸電池。能量單元可以是鉛酸電池，也可以是鎳氫電池，還可以是錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、三元電池、鈦酸鋰電池等其中的任意一種。
[0032]隔離充電單元具備隔離和充電的作用，能夠?qū)⒐β蕟卧?和能量單元5在電氣上隔離開(kāi)來(lái)，也能對(duì)功率單元4進(jìn)行充電，該隔離充電單元可以通過(guò)能量單元或發(fā)電機(jī)對(duì)功率單元充電，也可以通過(guò)外接交流或直流電源對(duì)功率單元充電，根據(jù)充電輸入類型的不同，隔離充電單元的充電電路為AC-DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路、AC-DC開(kāi)關(guān)電路、DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路或DC-DC開(kāi)關(guān)電路。
[0033]當(dāng)采用交流輸入時(shí)，例如市電網(wǎng)，隔離充電單元采用AC-DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路，具體結(jié)構(gòu)如圖3_a所示，包括依次連接的輸入整流濾波電路、高頻變壓器和輸出整流濾波電路，該開(kāi)關(guān)電路有相應(yīng)控制電路，交流輸入經(jīng)該開(kāi)關(guān)電路接入功率單元。處理過(guò)程如下:交流輸入通過(guò)整流濾波電路進(jìn)行整流濾波處理后變換為直流，然后進(jìn)入到高頻變壓器進(jìn)行逆變和高頻變換處理，輸出頻率變換后的交流電，最后進(jìn)入到輸出整流濾波電路，由輸出整流濾波電路對(duì)變換后的交流電進(jìn)行整流、濾波處理，得到與功率單元相適配的直流電，為功率單元充電。該開(kāi)關(guān)電路的充電過(guò)程由控制電路根據(jù)電壓環(huán)路和電流環(huán)路采集到開(kāi)關(guān)電路的信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)電路的保護(hù)，該隔離充電單元還設(shè)置有保護(hù)電路。
[0034]當(dāng)隔離充電單元采用AC-DC開(kāi)關(guān)電路時(shí)，其具體電路如圖3-b所示，該開(kāi)關(guān)電路包括依次連接的變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓及限流電路，交流電源經(jīng)該開(kāi)關(guān)電路接入功率單元。該開(kāi)關(guān)電路的處理過(guò)程如下:交流電源通過(guò)變壓器變壓后，進(jìn)入到整流濾波電路對(duì)變壓后的交流電進(jìn)行整流和濾波，通過(guò)穩(wěn)壓及限流電路輸入到功率單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元的充電。該開(kāi)關(guān)電路的控制可通過(guò)在開(kāi)關(guān)電路上設(shè)置開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)電路的保護(hù)，該隔離充電單元還設(shè)置有保護(hù)電路。
[0035]當(dāng)隔離充電單元采用DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路時(shí)，其具體電路結(jié)構(gòu)如圖4-a所示，包括依次連接的高頻變壓器和輸出整流濾波電路，以及相應(yīng)的控制電路，直流輸入經(jīng)該開(kāi)關(guān)電路接入功率單元。該開(kāi)關(guān)電路的處理過(guò)程如下:高頻變壓器將直流輸入進(jìn)行逆變和頻率變換，并將得到變頻后的交流電輸入到輸出整流濾波電路，經(jīng)輸出整流濾波電路對(duì)變頻后的交流電進(jìn)行整流和濾波，得到與功率單元相適配的直流電，為功率單元充電。整個(gè)開(kāi)關(guān)電路由控制電路控制，控制電路根據(jù)電壓環(huán)路和電流環(huán)路采集到開(kāi)關(guān)電路的信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)電路的保護(hù)，該隔離充電單元還設(shè)置有保護(hù)電路。
[0036]當(dāng)隔離充電單元采用DC-DC開(kāi)關(guān)電路時(shí)，其具體電路結(jié)構(gòu)如圖4-b所示，包括依次連接的電壓變換電路和穩(wěn)壓及限流電路，直流輸入經(jīng)該開(kāi)關(guān)電路接入功率單元進(jìn)行充電。該開(kāi)關(guān)電路的處理過(guò)程如下:直流輸入通過(guò)電壓變換電路變壓后，進(jìn)入穩(wěn)壓及限流電路，經(jīng)穩(wěn)壓及限流電路得到與功率單元相適配的直流電，輸入到功率單元，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元的充電。該開(kāi)關(guān)電路的控制可通過(guò)在開(kāi)關(guān)電路上設(shè)置開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)電路的保護(hù)，該隔離充電單元還設(shè)置有保護(hù)電路。
[0037]隔離充電單元可根據(jù)充電輸入類型的不同選擇不同的充電結(jié)構(gòu)，當(dāng)充電輸入類型既有交流輸入又有直流輸入時(shí)，可將直流輸入對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)電路和交流輸入對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行組合。
[0038]此外，根據(jù)需要，本發(fā)明所采用的組合式超級(jí)電池還包括相應(yīng)的外圍電路，該外圍電路包括檢測(cè)電路、保護(hù)及均衡電路和管理及顯示模塊，通過(guò)檢測(cè)電路實(shí)時(shí)檢測(cè)功率單元的電量，通過(guò)保護(hù)及均衡電路實(shí)現(xiàn)功率單元的均衡保護(hù)、充電保護(hù)、放電保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)和短路保護(hù)功能等，通過(guò)管理及顯示模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元的管理和參數(shù)顯示。檢測(cè)電路、保護(hù)及均衡電路和管理及顯示模塊可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，各功能電路的實(shí)現(xiàn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言屬于常規(guī)技術(shù)手段，這里不再給出具體的電路說(shuō)明。
[0039]本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)的供電方法的實(shí)施例
[0040]本實(shí)施例中的供電方法針對(duì)的是內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)，該方法將內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的用電設(shè)備根據(jù)功率特性進(jìn)行區(qū)分，分為功率型用電單元和非功率型用電單元，本實(shí)施例中功率型用電單元指的是啟動(dòng)電機(jī)，非功率型用電單元指的是除啟動(dòng)電機(jī)之外的其它內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置，該電氣系統(tǒng)采用由功率單元、隔離充電單元和能量單元構(gòu)成的組合式超級(jí)電池供電，功率型用電單元(啟動(dòng)電機(jī))由功率單元供電，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，功率單元與能量單元的電氣連接通過(guò)隔離充電單元斷開(kāi)，只采用功率單元為啟動(dòng)電機(jī)供電；非功率型用電單元(其他內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置)由與瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器并聯(lián)的能量單元或內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的發(fā)電機(jī)供電；隔離充電單元具備防反充功能，禁止功率單元向能量單元放電，實(shí)現(xiàn)了能量供給側(cè)和能量需求側(cè)的匹配和平衡。隔離充電單元包括充電電路，充電電路為AC-DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路、AC-DC開(kāi)關(guān)電路、DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路或DC-DC開(kāi)關(guān)電路，各開(kāi)關(guān)電路的具體實(shí)現(xiàn)方式已在供電系統(tǒng)的實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，這里不再贅述。
[0041]該方法針對(duì)系統(tǒng)實(shí)施例中電氣系統(tǒng)的供電過(guò)程如下:當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)前，能量單元5或外接電源首先給功率單元4充電；當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，功率單元4與能量單元5之間的電流通路已經(jīng)通過(guò)隔離充電單元3斷開(kāi)，閉合啟動(dòng)開(kāi)關(guān)2，僅由功率單元4為啟動(dòng)電機(jī)I供電，由啟動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)車輛內(nèi)燃機(jī);當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)完成后，斷開(kāi)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)2，隔離充電單元3判斷功率單元4電量是否充足，若不足，則內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的發(fā)電機(jī)7通過(guò)隔離充電單元3為功率單元4充電，若電量充足，貝lJ不充電；啟動(dòng)完成后，內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的發(fā)電機(jī)7開(kāi)始向內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置6供電，并且給能量單元5充電以及在功率單元4電量不足時(shí)給其充電，在內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的發(fā)電機(jī)無(wú)法滿足內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置時(shí)，由能量單元與內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的發(fā)電機(jī)一起為內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置供電；當(dāng)內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的發(fā)電機(jī)7停止工作時(shí)，控制隔離充電單元斷開(kāi)功率單元4與能量單元5之間的電氣連接，若內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置6繼續(xù)工作，則此時(shí)所需電能完全由能量單元5提供;隔離充電單元具備防反充功能，任何時(shí)候功率單元4都不能向能量單元5放電，從而保證功率單元4能夠進(jìn)行后續(xù)的啟動(dòng)。
[0042]本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)采用組合式超級(jí)電池供電，利用組合式超級(jí)電池的功率單元為啟動(dòng)電機(jī)提供電能，使能量單元不再承擔(dān)瞬態(tài)大功率作業(yè)任務(wù)，能量單元(蓄電池)只負(fù)責(zé)小功率負(fù)載的持續(xù)供能，避免了能量單元受大電流沖擊，可有效提高其使用壽命。同時(shí)，在能量單元選型配置上可以“瘦身”，實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化。此外，功率單元僅用于為啟動(dòng)電機(jī)供電，隔離充電單元具備防反充功能，任何時(shí)候功率單元都不能向能量單元放電，對(duì)功率單元有一定的保護(hù)作用。同時(shí)依靠本發(fā)明的瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器進(jìn)行啟動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)性更好，尤其是低溫啟動(dòng)性更好，能量單元不會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)較大電壓降的情況，保證內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作，減少非功率型用電單元因電能質(zhì)量不穩(wěn)造成的損壞。
[0043]本發(fā)明將內(nèi)燃發(fā)電機(jī)用電設(shè)備分為功率型用電單元和非功率型用電單元，功率型用電單元僅由瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器中的功率單元供電，非功率型用電單元由與瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器并聯(lián)的能量單元或發(fā)電機(jī)供電，達(dá)到能量供給側(cè)和能量需求側(cè)的匹配和平衡，使內(nèi)燃發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)得到優(yōu)化，延長(zhǎng)壽命，提高性能，減少資源浪費(fèi)和系統(tǒng)維護(hù)工作量，并通過(guò)輕量化和更高效率的功率單元的采用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)，包括啟動(dòng)電機(jī)、內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的發(fā)電機(jī)和內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置，其特征在于，該電氣系統(tǒng)還包括能量單元和功率單元，能量單元輸出端和功率單元輸出端之間連接有隔離充電單元，能量單元輸出端供電連接內(nèi)燃發(fā)電機(jī)上的用電裝置，功率單元輸出端供電連接啟動(dòng)電機(jī)，所述隔離充電單元用于在功率單元電量不足時(shí)或啟動(dòng)電機(jī)工作前為其充電，在其它時(shí)候斷開(kāi)功率單元與能量單元的電流通路，所述的能量單元為儲(chǔ)能器件，所述的功率單元為高倍率放電的儲(chǔ)能器件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述的隔離充電單元包括充電電路，所述的充電電路為AC-DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路、AC-DC開(kāi)關(guān)電路、DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路或DC-DC開(kāi)關(guān)電路。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述的AC-DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路包括依次連接的輸入整流濾波電路、高頻變壓器和輸出整流濾波電路，所述輸入整流濾波電路的輸入端用于連接交流輸入，經(jīng)該開(kāi)關(guān)電路處理后轉(zhuǎn)換為與功率單元相適配的直流電輸入到功率單元。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述的AC-DC開(kāi)關(guān)電路包括依次連接的變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓及限流電路，該開(kāi)關(guān)電路的輸入端用于連接交流輸入，經(jīng)該開(kāi)關(guān)電路處理后轉(zhuǎn)換為與功率單元相適配的直流電輸入到功率單元，為功率單元充電。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述的DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路包括依次連接的高頻變壓器和輸出整流濾波電路，高頻變壓器的一側(cè)用于連接直流輸入，經(jīng)該開(kāi)關(guān)電路處理后轉(zhuǎn)換為與功率單元相適配的直流電輸入到功率單元，為功率單元充電。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述的DC-DC開(kāi)關(guān)電路包括依次連接的電壓變換電路和穩(wěn)壓及限流電路，電壓變換電路輸入端用于連接直流輸入，經(jīng)該開(kāi)關(guān)電路處理后轉(zhuǎn)換為與功率單元相適配的直流電輸入到功率單元，為功率單元充電。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述的功率單元為超級(jí)電容器單體、通過(guò)超級(jí)電容器單體串并聯(lián)組成的模塊或者電容器陣列。8.—種內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)的供電方法，其特征在于，該方法將內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的用電設(shè)備根據(jù)功率特性進(jìn)行區(qū)分，分為功率型用電單元和非功率型用電單元，功率型用電單元由功率單元供電，非功率型用電單元由能量單元供電，功率單元和能量單元之間通過(guò)隔離充電單元隔離，當(dāng)功率型用電單元需要供電時(shí)，由隔離充電單元斷開(kāi)功率單元與能量單元的電氣連接，只采用功率單元為功率型用電單元供電，在功率單元電量低于設(shè)定值時(shí)或功率型用電單元工作前，功率單元在隔離充電單元的控制下由能量單元或者外接電源充電，所述的能量單元為儲(chǔ)能器件，所述的功率單元為高倍率放電的儲(chǔ)能器件。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)的供電方法，其特征在于，所述隔離充電單元具有防反充功能，禁止功率單元向能量單元放電。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)電氣系統(tǒng)的供電方法，其特征在于，所述隔離充電單元包括充電電路，所述的充電電路為AC-DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路、AC-DC開(kāi)關(guān)電路、DC-AC-DC開(kāi)關(guān)電路或DC-DC開(kāi)關(guān)電路。
【文檔編號(hào)】H02J7/34GK106059193SQ201610545816
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】莊淑君, 張曉麗, 孫遠(yuǎn), 楊勝杰, 莊胤, 孫藝虔
【申請(qǐng)人】洛陽(yáng)尹太科智能科技有限公司