超級(jí)電容在柴油機(jī)起動(dòng)中的應(yīng)用

黃敬云

摘 要：利用蓄電池起動(dòng)柴油機(jī)的傳統(tǒng)起動(dòng)方法將使蓄電池深度放電，嚴(yán)重影響蓄電池的使用壽命，為改善這種傳統(tǒng)的起動(dòng)方式對(duì)蓄電池產(chǎn)生的影響，利用超級(jí)電容裝置輔助蓄電池進(jìn)行柴油機(jī)的起動(dòng)，以達(dá)到大大提高起動(dòng)效率、提高蓄電池的使用壽命。本文介紹了利用超級(jí)電容輔助蓄電池起動(dòng)柴油機(jī)的的原理及其控制方式。

關(guān)鍵詞：超級(jí)電容；電機(jī)；蓄電池

1.前言

目前，內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)的起動(dòng)大多數(shù)是利用蓄電池給直流起動(dòng)電機(jī)供電，起動(dòng)電機(jī)得電后，經(jīng)過(guò)柴油機(jī)與直流起動(dòng)電機(jī)之間的起動(dòng)變速箱的變速，拖動(dòng)柴油機(jī)至發(fā)火轉(zhuǎn)速后，柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)停止直流起動(dòng)電機(jī)供電，柴油機(jī)起動(dòng)完成。這種起動(dòng)方式，在柴油機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬間，蓄電池要大電流深度放電，對(duì)蓄電池的使用壽命將產(chǎn)生很大影響，對(duì)蓄電池的容量要求較高。為改善這種傳統(tǒng)的起動(dòng)方式對(duì)蓄電池產(chǎn)生的影響，應(yīng)用超級(jí)電容裝置輔助蓄電池進(jìn)行柴油機(jī)的起動(dòng)，以達(dá)到大大提高起動(dòng)效率、提高蓄電池的使用壽命、減小經(jīng)濟(jì)損失的目的。

2.傳統(tǒng)柴油機(jī)起動(dòng)電氣原理

目前，由蓄電池單獨(dú)供電的柴油機(jī)電起動(dòng)電路如下圖1所示。

蓄電池閘刀開關(guān)1QS閉合，滑油泵接觸器3KM1閉合，滑油泵3MA給機(jī)車各運(yùn)動(dòng)部件提供潤(rùn)滑，燃油泵接觸器4KM1閉合，燃油泵4MA給機(jī)車提供燃油，機(jī)車進(jìn)入準(zhǔn)備起機(jī)狀態(tài)。由控制系統(tǒng)使起動(dòng)接觸器觸頭6KM1閉合，通過(guò)蓄電池閘刀開關(guān)1QS閉合形成回路，蓄電池給起動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)繞組2MA1提供大量電能，釋放大電流，起動(dòng)電機(jī)作為串勵(lì)勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)變速箱帶動(dòng)柴油機(jī)起動(dòng)。

這種傳統(tǒng)方式起動(dòng)柴油機(jī)，起動(dòng)電流大，蓄電池作為唯一的能源，需要釋放大電流，消耗的能量較大，容易造成蓄電池的深度放電，影響蓄電池的使用壽命。

3.應(yīng)用超級(jí)電容裝置的柴油機(jī)起動(dòng)工作原理

應(yīng)用超級(jí)電容起動(dòng)柴油機(jī)的電路圖如圖2所示，

超級(jí)電容器輔助蓄電池進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)電起動(dòng)的方法，包括以下步驟：接通蓄電池→同時(shí)起動(dòng)滑油泵電機(jī)和超級(jí)電容器→先后關(guān)閉超級(jí)電容器和滑油泵電機(jī)→起動(dòng)電機(jī)通電→柴油機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)→起動(dòng)電機(jī)斷電→柴油機(jī)起動(dòng)完成。

4應(yīng)用超級(jí)電容裝置起動(dòng)柴油機(jī)的起動(dòng)控制

超級(jí)電容器輔助內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)電起動(dòng)時(shí)的控制技術(shù)是利用柴油機(jī)起機(jī)前柴油機(jī)預(yù)供潤(rùn)滑油的時(shí)間，由自動(dòng)控制裝置控制超級(jí)電容器的充電過(guò)程，當(dāng)柴油機(jī)的預(yù)供潤(rùn)滑油時(shí)間結(jié)束時(shí)，超級(jí)電容器預(yù)存的能量與蓄電池并聯(lián)共同作用于柴油機(jī)起動(dòng)電機(jī)，使柴油機(jī)快速起動(dòng)。電路圖如圖3所示。

1）萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)20SA設(shè)置在“自動(dòng)”位，微機(jī)LCS32檢測(cè)到起動(dòng)按鈕1SB1信號(hào)有效，并滿足柴油機(jī)起動(dòng)限制條件時(shí)，微機(jī)LCS32控制燃油泵接觸器線圈4KM 得電、滑油泵接觸器線圈3KM得電、燃油泵接觸器主觸4KM1閉合、滑油泵接觸器主觸頭3KM1閉合，分別接通燃油泵電機(jī)4MA、滑油泵電機(jī)3MA工作電路，微機(jī)LCS32同時(shí)控制充電接觸器線圈CKM1得電、充電接觸器主觸頭CKM1閉合，接通超級(jí)電容器CC的充電電路，開始超級(jí)電容器的充電過(guò)程；同時(shí)燃油泵接觸器輔助觸頭4KM2、滑油泵接觸器輔助觸頭3KM2、、充電接觸器輔助觸頭4KM2閉合，將動(dòng)作信號(hào)反饋給微機(jī)LCS32。由于內(nèi)燃機(jī)車對(duì)柴油機(jī)有一個(gè)預(yù)潤(rùn)滑油的時(shí)間，超級(jí)電容器的充電過(guò)程，就是在此時(shí)完成。通過(guò)對(duì)充電電阻R2的選擇，確保在預(yù)潤(rùn)滑油的時(shí)間里完成充電過(guò)程。當(dāng)微機(jī)LCS32設(shè)定的柴油機(jī)預(yù)潤(rùn)滑油時(shí)間到達(dá)時(shí)，微機(jī)LCS32斷開滑油泵接觸器線圈3KM的電源，則滑油泵接觸器主觸頭3KM1和滑油泵接觸器輔助觸頭3KM2斷開；同時(shí)微機(jī)LCS32斷開充電接觸器線圈CKM1的電源，充電接觸器主觸頭CKM1和充電接觸器輔助觸頭CKM2斷開，則滑油泵電機(jī)3MA工作電路和超級(jí)電容器CC的充電電路分?jǐn)?，微機(jī)LCS32同時(shí)還驅(qū)動(dòng)起動(dòng)電機(jī)接觸器線圈6KM得電，則起動(dòng)電機(jī)接觸器主觸頭6KM1和起動(dòng)電機(jī)接觸器輔助觸頭5KM2閉合將信號(hào)反饋給微機(jī)LCS32，接通起動(dòng)電機(jī)2MA工作電路，超級(jí)電容器上述預(yù)存的能量與蓄電池并聯(lián)共同作用于柴油機(jī)起動(dòng)電機(jī)2MA，使柴油機(jī)快速起動(dòng)；當(dāng)柴油機(jī)起動(dòng)后，微機(jī)LCS32使起動(dòng)電機(jī)接觸器線圈6KM失電，則起動(dòng)電機(jī)接觸器主觸頭6KM1和起動(dòng)電機(jī)接觸器輔助觸頭6KM2斷開，起動(dòng)電機(jī)2MA失電，完成柴油機(jī)起動(dòng)過(guò)程。

2）萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)20SA設(shè)置在“手動(dòng)”位，充電接觸器主觸頭CKM1由人為操縱，可人為對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行充電，此時(shí)微機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)解除對(duì)超級(jí)電容器的充電控制程序，這樣可實(shí)現(xiàn)充電手動(dòng)控制，以便檢查超級(jí)電容器的充電性能。

3）萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)20SA設(shè)置在“切除”位時(shí)，充電接觸器線圈CKM1不能得電，充電接觸器主觸頭CKM1不可以投入工作狀態(tài)。此時(shí)放電電阻5R接入電路中，此電阻并聯(lián)在超級(jí)電容器兩端，可將蓄電池上的剩余電壓放掉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的檢查維護(hù)。

5.參數(shù)的選擇

5.1 超級(jí)電容參數(shù)的選擇

由于是利用蓄電池充電，所以超級(jí)電容的電壓應(yīng)與蓄電池電壓相近；超級(jí)電容的容量選擇依據(jù)放電電流的大小和放電時(shí)間決定。

5.2 充電電阻和放電電阻

根據(jù)公式R=t/C，t為充放電時(shí)間，在充電時(shí)t的設(shè)定應(yīng)小于預(yù)潤(rùn)滑油時(shí)間，C為超級(jí)電容容量。在放電時(shí)，如果想快速放掉超級(jí)電容的電，可以把放電電阻5R短接，縮短放電時(shí)間，但是這樣做的電流非常大，具有一定的危險(xiǎn)。

6.應(yīng)用超級(jí)電容的優(yōu)越性

1）超級(jí)電容的充電時(shí)間是利用蓄電池給柴油機(jī)打滑油的時(shí)間內(nèi)完成，由系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)完成，不增加額外的起機(jī)時(shí)間、司機(jī)不增加任何操作指令，與傳統(tǒng)起機(jī)方法一致。

2）超級(jí)電容充電電阻R2的設(shè)定是保證超級(jí)電容的充電電流不至于過(guò)大，擊穿超級(jí)電容。同時(shí)電路中還設(shè)有放電電阻5R，通過(guò)5R釋放超級(jí)電容的電量，保護(hù)維修人員的安全。

3）利用超級(jí)電容器的蓄能作用，在柴油機(jī)起動(dòng)的瞬間投入工作，與蓄電池共同給直流起動(dòng)電機(jī)供電，在超級(jí)電容和蓄電池的共同作用下，直流起動(dòng)電機(jī)將得到更多的電能，使柴油機(jī)起動(dòng)加速，縮短柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)間，減少了柴油機(jī)的起機(jī)供油，減少了柴油機(jī)起機(jī)冒黑煙現(xiàn)象，具有節(jié)能環(huán)保的效果。

4）在超級(jí)電容和蓄電池的共同給直流起動(dòng)電機(jī)供電，由于超級(jí)電容的輔助起動(dòng)作用，蓄電池減少了深度放電過(guò)程，可提高蓄電池的使用壽命，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。

7 實(shí)際應(yīng)用

超級(jí)電容在我公司出口沙特機(jī)車上和大功率調(diào)車機(jī)車上成功應(yīng)用，其中還有需要改進(jìn)之處，達(dá)到人性化設(shè)計(jì)，例如在放至位置附近設(shè)置超級(jí)電容電壓指示燈，當(dāng)超級(jí)電容電壓高于人體所能承受的電壓36V時(shí)，應(yīng)有警示指示燈，以防對(duì)操作人員造成人身傷害。

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