一種瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器，本實(shí)用新型將用電設(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)的能量單元供電，以實(shí)現(xiàn)能量供給側(cè)和能量需求側(cè)的匹配和平衡，瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器包括串接的功率單元和隔離單元，隔離單元用于在功率單元為功率型用電單元供電時(shí)，斷開功率單元與能量單元的電流通路，本實(shí)用新型解決了目前采用能量單元為功率型用電單元供電導(dǎo)致能量單元“超量配置”，并且對能量單元電流沖擊大，造成能量單元壽命降低等問題，同時(shí)能夠提高功率型用電單元的工作性能，并提高供電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。
【專利說明】
一種瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器，屬于電路系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]對于功率型用電單元而言，目前采用容量較大的鉛酸蓄電池作為能量單元為其供電，而功率型用電單元啟動(dòng)時(shí)需要瞬態(tài)大電流，為滿足功率型用電單元啟動(dòng)所需的瞬態(tài)大功率要求，不得不“超量配置”鉛酸電池，使電池又大又笨重，既浪費(fèi)資源又不經(jīng)濟(jì)。同時(shí)由于功率型用電單元啟動(dòng)電流較大，對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。并且鉛酸蓄電池主要含硫酸和重金屬鉛，對生態(tài)環(huán)境污染很大，又帶來極高的廢舊電池回收、處置等社會(huì)成本和環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。
[0003]以內(nèi)燃機(jī)車輛為例，蓄電池作為能量單元是內(nèi)燃機(jī)車輛必不可少的電源之一，在車輛內(nèi)燃發(fā)動(dòng)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)， 蓄電池向非功率型用電單元供電；在非功率型用電單元功率超過發(fā)電裝置功率時(shí)，蓄電池同發(fā)電機(jī)聯(lián)合向非功率型用電單元供電。如圖1所示，內(nèi)燃機(jī)車輛的供電系統(tǒng)包括啟動(dòng)電機(jī) 1、啟動(dòng)開關(guān)2、蓄電池4、車載耗電裝置5、車載發(fā)電機(jī)6和電壓調(diào)節(jié)器7,蓄電池4通過啟動(dòng)開關(guān)2與啟動(dòng)電機(jī)1連接，蓄電池4與車載耗電裝置5和車載發(fā)電機(jī)6并聯(lián)，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)開關(guān)2閉合，由蓄電池4為啟動(dòng)電機(jī)供電，在內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)后，啟動(dòng)開關(guān)2斷開，蓄電池向車載耗電裝置供電。蓄電池既要承擔(dān)啟動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)任務(wù)，又要為耗電裝置供電，兩類用電負(fù)載的不同用電特性對蓄電池性能要求差異很大:啟動(dòng)電機(jī)作為功率型用電單元要求蓄電池放電倍率性能優(yōu)異，而其它負(fù)載作為非功率型用電單元?jiǎng)t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)致蓄電池為滿足發(fā)動(dòng)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，不僅浪費(fèi)資源，而且也不經(jīng)濟(jì)。當(dāng)蓄電池承擔(dān)啟動(dòng)電機(jī)任務(wù)時(shí)，需要經(jīng)受啟動(dòng)電機(jī)大電流的沖擊，對蓄電池造成損害，影響蓄電池的使用壽命，且蓄電池使用過程中，由于使用人員或維護(hù)人員無法準(zhǔn)確確認(rèn)蓄電池使用狀態(tài)，通常以車輛隔夜后啟動(dòng)是否順暢的狀況作為判定蓄電池壽命是否終結(jié)的標(biāo)準(zhǔn)，而不是以蓄電池?zé)o法蓄電或無法正常供應(yīng)非功率型用電單元用電作為蓄電池報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，造成蓄電池被“過早判廢”。 [〇〇〇4]為此，有人提出在蓄電池兩端并聯(lián)超級(jí)電容的方式來共同為啟動(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)，并沒有從根本上解決蓄電池為功率型用電單元供電導(dǎo)致對蓄電池電流沖擊大，造成蓄電池壽命降低的問題;而且由于蓄電池與功率型用電單元電壓“箝位”問題，這種改進(jìn)對內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)問題的改善也很有限?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器，以解決目前采用能量單元為功率型用電單元供電導(dǎo)致能量單元“超量配置”，并且對能量單元電流沖擊大，造成能量單元壽命降低等問題。
[0006]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題而提供一種瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器，該瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器包括由功率單元和隔離單元串接而成主補(bǔ)償電路，該主補(bǔ)償電路的兩端用于并接能量單元，所述功率單元用于為功率型用電單元供電，所述隔離單元用于在功率單元為功率型用電單元供電時(shí)，斷開功率單元與能量單元的電流通路，所述的功率單元為高倍率放電的儲(chǔ)能器件。
[0007]所述功率單元的負(fù)極用于與能量單元的負(fù)極共地連接。
[0008]所述的功率單元為超級(jí)電容器單體、由超級(jí)電容器單體串并聯(lián)組成的模塊或者電容器陣列。
[0009]所述的隔離單元為開關(guān)管、接觸器或繼電器。
[0010]所述的隔離單元還包括控制電路，所述的控制電路包括控制接口和第一檢測接口，所述第一檢測接口用于檢測功率型用電單元是否啟動(dòng)，所述控制接口用于在第一檢測接口檢測到功率型用電單元要啟動(dòng)時(shí)，斷開功率單元與能量單元的電氣連接。
[0011]所述的控制電路還包括用于檢測能量單元是否放電的第二檢測接口，所述隔離單元用于在檢測到能量單元放電時(shí)，斷開功率單元與能量單元的電氣連接。
[0012]所述的瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器還包括外圍電路，該外圍電路包括與功率單元連接的保護(hù)電路、檢測及均衡電路和管理及顯示單元，用于實(shí)現(xiàn)對功率單元電量的檢測、均衡、保護(hù)和管理顯示。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型將用電設(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)的能量單元供電，以實(shí)現(xiàn)能量供給側(cè)和能量需求側(cè)的匹配和平衡，達(dá)到各司其職的目的，瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器包括串接的功率單元和隔離單元，其中功率單元用于連接功率型用電單元，隔離單元用于在功率單元為功率型用電單元供電時(shí)，斷開功率單元與能量單元的電流通路，功率單元為能夠高倍率放電的儲(chǔ)能器件。本實(shí)用新型通過僅采用功率單元為功率型用電單元供電，解決了目前采用能量單元為功率型用電單元供電導(dǎo)致能量單元“超量配置”，并且對能量單元電流沖擊大，造成能量單元壽命降低等問題，防止因能量單元過度放電導(dǎo)致功率型用電單元不能啟動(dòng)的情況，同時(shí)利用功率單元承擔(dān)瞬態(tài)大功率作業(yè)任務(wù)，能夠提高功率型用電單元的工作性能。
[0014]同時(shí)由于能量單元不再承擔(dān)功率型用電單元的功率特性任務(wù)，能量單元只需具備一定容量即可，且倍率性能要求不高，所選用的能量單元可以適當(dāng)減小其體積和重量，在選型配置上實(shí)現(xiàn)瘦身，從而節(jié)約資源，并減少環(huán)境污染及后期處置成本。
[0015]本實(shí)用新型的瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器中隔離單元的控制電路還包括用于檢測能量單元是否放電的第二檢測接口，隔離單元用于在檢測到能量單元放電時(shí)，斷開功率單元與能量單元的電氣連接，防止功率單元向能量單元放電，對功率單元有一定的保護(hù)作用?！靖綀D說明】
[0016]圖1是現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)車輛電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2-a是瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)示意圖；[〇〇18]圖2-b是瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器中隔離單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是應(yīng)用本實(shí)用新型瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器的內(nèi)燃機(jī)車輛電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的說明。
[0022]本實(shí)用新型將用電設(shè)備分為功率型用電單元和非功率型用電單元，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)間可長可短、小功率(額定電流一般在幾十安培以下)的用電特征，如車載各種燈類、點(diǎn)煙器、空調(diào)、喇叭、雨刮、車窗升降、電子儀表盤等。功率型用電單元僅由功率單元供電，非功率型用電單元由能量單元供電，以實(shí)現(xiàn)能量供給側(cè)和能量需求側(cè)的匹配和平衡，電氣系統(tǒng)得到優(yōu)化，延長供電單元壽命，提高系統(tǒng)性能，減少資源浪費(fèi)和系統(tǒng)維護(hù)工作量，并通過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。 [〇〇23]本實(shí)用新型的一種瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器的實(shí)施例
[0024]本實(shí)施例中的瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器包括由功率單元8和隔離單元9串接而成主補(bǔ)償電路，如圖2_a所示，該主補(bǔ)償電路的兩端用于并接能量單元4,功率單元用于為功率型用電單元供電，隔離單元用于在功率單元為功率型用電單元供電時(shí)，斷開功率單元與能量單元的電流通路，功率單元為高倍率放電的儲(chǔ)能器件，主補(bǔ)償電路中功率單元的負(fù)極用于與能量單元的負(fù)極共地連接。
[0025]功率單元8為高倍率放電的儲(chǔ)能器件，這里的高倍率放電的儲(chǔ)能器件是相對于能量單元而言的，能量單元為高能量密度、低功率密度的能量型儲(chǔ)能器件，如鉛酸電池等，能夠持續(xù)放電；而功率單元是針對功率型用電單元，能夠提供瞬態(tài)大電流。因此功率單元可以是超級(jí)電容器單體、通過超級(jí)電容器單體串并聯(lián)組成的模塊或者電容器陣列，如圖2-a所示。也可以是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)、卷繞式高倍率鉛酸電池，如圖2-b所示。
[0026]隔離單元具有控制功能，能夠根據(jù)功率型用電單元是否啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)能量單元與功率單元的隔離。本實(shí)用新型的隔離單元為開關(guān)管、接觸器或繼電器，包括有控制電路，控制電路上設(shè)置有控制接口和第一檢測接口，第一檢測接口用于檢測功率型用電單元是否啟動(dòng)， 控制接口用于控制隔離單元是否斷開功率單元與能量單元之間的電流通路，當(dāng)?shù)谝粰z測接口檢測到功率型用電單元啟動(dòng)時(shí)，隔離功率單元與能量單元的電氣連接。為了防止在能量單元放電時(shí)，功率單元和能量單元一起放電，對功率單元造成不利的影響，本實(shí)用新型的控制電路還設(shè)置有用于檢測能量單元是否放電的第二檢測接口，當(dāng)?shù)诙z測接口檢測到能量單元放電時(shí)，斷開功率單元與能量單元的電流通路，避免功率單元與能量單元一起放電。本實(shí)用新型所采用的隔離單元還可采用手動(dòng)開關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式，通過手動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)功率單元和能量單元的隔離。
[0027]此外，根據(jù)需要，瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器還包括外圍電路，該外圍電路包括與功率單元連接的檢測電路、保護(hù)及均衡電路和管理及顯示模塊，如圖3所示，通過檢測電路實(shí)時(shí)檢測功率單元的電量，通過保護(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)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流保護(hù)、過溫保護(hù)和短路保護(hù)功能等，通過管理及顯示模塊實(shí)現(xiàn)對功率單元的管理和參數(shù)顯示。檢測電路、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明。
[0028]本實(shí)用新型的瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器可應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)搭載裝置(比如車輛、飛機(jī)、艦船、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械、機(jī)車及內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)等)的電氣系統(tǒng)，使用時(shí)，可將瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器中的功率單元連接到作為功率型用電單元的內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)電機(jī)上，將主補(bǔ)償電路的兩端用于并聯(lián)到內(nèi)燃機(jī)車輛電氣系統(tǒng)中作為能量單元的蓄電池的兩端，隔離單元控制電路的第一檢測接口連接到啟動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)回路中，控制電路的第二檢測接口連接到蓄電池的放電回路中。
[0029]下面將該瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器應(yīng)用到內(nèi)燃機(jī)車輛電氣系統(tǒng)中，如圖4所示，該內(nèi)燃機(jī)車輛電氣系統(tǒng)包括啟動(dòng)電機(jī)1、啟動(dòng)開關(guān)2、瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器3、蓄電池4、車載耗電裝置5、車載發(fā)電機(jī)6和電壓調(diào)節(jié)器7,瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器3與蓄電池4并接，瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器3通過啟動(dòng)開關(guān)2與啟動(dòng)電機(jī)1連接，用于為作為功率型用電單元的啟動(dòng)電機(jī)1提供電能，蓄電池4與車載耗電裝置5和車載發(fā)電機(jī)6并聯(lián)，電壓調(diào)節(jié)器7用于對發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)電壓的穩(wěn)定輸出。在啟動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器3中的隔離單元9將功率單元8與蓄電池4斷開，功率單元8只能夠向啟動(dòng)電機(jī)1供電，防止蓄電池向啟動(dòng)電機(jī)供電；當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)完成啟動(dòng)后，瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器3中的隔離單元通過第二檢測接口檢測蓄電池是否放電，當(dāng)檢測到蓄電池放電，隔離單元9將功率單元8與蓄電池4斷開，使功率單元8不能向其它車載耗電裝置5以及蓄電池4供電；當(dāng)沒有檢測到蓄電池放電時(shí)，功率單元8與蓄電池4連接，由車載發(fā)電機(jī)為功率單元8與蓄電池4充電。
[0030]該內(nèi)燃機(jī)電氣系統(tǒng)的工作過程如下:內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，閉合啟動(dòng)開關(guān)2,隔離單元9斷開，使功率單元8與蓄電池4斷開，由功率單元8向啟動(dòng)電機(jī)1放電；啟動(dòng)完成后，啟動(dòng)開關(guān)2斷開，隔離單元9導(dǎo)通，功率單元8與蓄電池4連接，車載發(fā)電機(jī)6開始向車載用電裝置5供電，并且給蓄電池4和功率單元8充電。當(dāng)車載發(fā)電機(jī)6停止工作時(shí)，隔離單元9斷開，功率單元8與蓄電池4斷開，若車載用電裝置5繼續(xù)工作，則此時(shí)所需電能完全由蓄電池4提供，隔離單元9 阻止功率單元8放電，從而保證了功率單元8能夠進(jìn)行后續(xù)的啟動(dòng)。
[0031]從上述的應(yīng)用實(shí)例中可以看出，瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器能夠代替蓄電池，為功率型用電單元提供電能，使蓄電池不再承擔(dān)瞬態(tài)大功率作業(yè)任務(wù)，蓄電池只負(fù)責(zé)小功率負(fù)載的持續(xù)供能，避免了蓄電池受大電流沖擊，提高了蓄電池的使用壽命，同時(shí)，在蓄電池選型配置上可以“瘦身”，實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化。此外，瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器僅用于為功率型用電單元供電，當(dāng)蓄電池為非功率型用電單元供電時(shí)，瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器斷開功率單元與能量單元之間的電流的通路，避免功率單元向能量單元放電，對功率單元有一定的保護(hù)作用。同時(shí)依靠本實(shí)用新型的瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器可使功率型用電單元啟動(dòng)性更好，尤其是低溫啟動(dòng)性更好，蓄電池不會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)較大電壓降的情況，保證電氣系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作，減少用電負(fù)載因電能質(zhì)量不穩(wěn)造成的損壞。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器，其特征在于，該瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器包括由功率單元和 隔離單元串接而成主補(bǔ)償電路，該主補(bǔ)償電路的兩端用于并接能量單元，所述功率單元用 于為功率型用電單元供電，所述隔離單元用于在功率單元為功率型用電單元供電時(shí)，斷開 功率單元與能量單元的電流通路，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所述的瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器，其特征在于，所述功率單元的負(fù)極用于 與能量單元的負(fù)極共地連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器，其特征在于，所述的功率單元為超 級(jí)電容器單體、由超級(jí)電容器單體串并聯(lián)組成的模塊或者電容器陣列。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器，其特征在于，所述的隔離單元為開關(guān) 管、接觸器或繼電器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器，其特征在于，所述的隔離單元還包括控 制電路，所述的控制電路包括控制接口和第一檢測接口，所述第一檢測接口用于檢測功率 型用電單元是否啟動(dòng)，所述控制接口用于在第一檢測接口檢測到功率型用電單元要啟動(dòng) 時(shí)，斷開功率單元與能量單元的電氣連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器，其特征在于，所述的控制電路還包括用 于檢測能量單元是否放電的第二檢測接口，所述隔離單元用于在檢測到能量單元放電時(shí)， 斷開功率單元與能量單元的電氣連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償器，其特征在于，所述的瞬態(tài)動(dòng)力功率補(bǔ)償 器還包括外圍電路，該外圍電路包括與功率單元連接的保護(hù)電路、檢測及均衡電路和管理 及顯示單元，用于實(shí)現(xiàn)對功率單元電量的檢測、均衡、保護(hù)和管理顯示。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK205646882SQ201620329599
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】莊淑君, 丁輝, 莊胤, 孫藝虔, 梁亞麗
【申請人】洛陽尹太科智能科技有限公司