一种内燃机车用超级电容辅助启动系统的制作方法

本实用新型涉及内燃机辅助启动系统领域，具体为一种内燃机车用超级电容辅助启动系统。

背景技术：

超级电容器是一种将能量存储在电极/电解质界面处的双电层中的储能储能装置，具有良好的大功率充放电性能、低温性能和近乎无限的充放电循环性能；其工作温度范围宽，可以在-40℃-60℃正常工作；目前，超级电容器主要应用在小型脉冲高功率技术领域和动力汽车领域。

如今，内燃机车一般都配有96V蓄电池，用蓄电池的动力驱动发电机进而带动柴油机转动完成启动的过程，而蓄电池作为内燃机车的重要功能单元，还负责在内燃机停机时，为内燃机内照明和部分控制电路提供必要的电能；影响蓄电池性能和使用寿命的主要因素是内燃机启动过程中蓄电池的大电流放电，并且蓄电池工作需要一定的温度条件，在低温下蓄电池是不能正常工作的，这样严重影响内燃机车在低温条件下的使用。

为了延长蓄电池的使用寿命和适应低温环境，有必要研究一种内燃机车用超级电容辅助启动系统，通过超级电容模组辅助给内燃机车启动时提供大电流，降低了蓄电池的负担，使蓄电池的使用寿命大大延长；由于超级电容模组可在-40℃的环境下正常工作，这样在低温下用超级电容模组为内燃机车启动提供能量，解决了内燃机车低温启动的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种解决内燃机车蓄电池寿命不长和低温正常启动的问题的内燃机车用超级电容辅助启动系统。

本实用新型通过以下技术方案实现：一种内燃机车用超级电容辅助启动系统，包括超级电容模组、大功率二极管、蓄电池组、内燃机车内部用电负载、双刀单掷开关和DC/DC模块；所述超级电容模组通过大功率二极管和DC/DC模块连接双刀单掷开关，所述双刀单掷开关连接至与内燃机车内部用电负载连接的蓄电池组；所述大功率二极管并联至DC/DC模块上；所述DC/DC模块包括SEPIC主电路、电流传感器、电压传感器、温度传感器、A/D转换模块、IGBT驱动模块、MOSFET驱动模块、PWM输出模块、触摸屏模块、保护模块、CAN通信模块、RS485通信模块、充放电指示模块模块、GPRS模块、远程终端、主控单元、超级电容模组均衡电路、输入接口和输出接口；所述DC/DC模块的输入接口与双刀单掷开关连接，所述DC/DC模块的输出接口与超级电容模组连接，所述SEPIC主电路与输入接口连接，所述SEPIC主电路还分别连接至电流传感器和IGBT驱动模块，所述电流传感器还分别连接至电压传感器和A/D转换模块，所述电压传感器也分别连接至输出接口和A/D转换模块，所述A/D转换模块还分别连接至温度传感器和主控单元，所述主控单元分别连接至PWM输出模块、GPRS模块、触摸屏模块、保护模块、CAN通信模块、RS485通信模块和充放电指示模块模块；所述GPRS模块连接远程终端，所述PWM输出模块分别连接至IGBT驱动模块和MOSFET驱动模块，所述MOSFET驱动模块连接至超级电容模组均衡电路，所述超级电容模组均衡电路也连接至输出接口；所述主控单元的型号为TMS320F28069。

本实用新型通过利用超级电容模组的功率密度大和低温特性好的特点，充电时采用DC/DC模块，用SEPIC主电路对蓄电池组进行DC/DC变换，以可调的电压和电流对超级电容模组充电，提高了充电效率，放电时采用大功率二极管，提高了放电电流充分发挥超级电容的功率密度大的优势，瞬间为内燃机启动提供足够大的启动电流；并且加入超级电容模组均衡控制电路实时平衡各个模组间的电压，提高超级电容模组的稳定性。

与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：1）超级电容模组辅助给内燃机车启动时提供大电流，降低蓄电池的负担，使蓄电池的使用寿命大大延长；2）超级电容模组为内燃机车启动提供能量，解决了内燃机车低温启动的问题。

附图说明

图1为本实用新型的框示图。

图2为本实用新型的DC/DC模块的框示图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本实用新型作进一步描述。

见图1至图2，一种内燃机车用超级电容辅助启动系统，包括超级电容模组1、大功率二极管2、蓄电池组3、内燃机车内部用电负载4、双刀单掷开关6和DC/DC模块5；所述超级电容模组1通过大功率二极管2和DC/DC模块5连接双刀单掷开关6，所述双刀单掷开关6连接至与内燃机车内部用电负载4连接的蓄电池组3；所述大功率二极管2并联至DC/DC模块5上；所述DC/DC模块5包括SEPIC主电路7、电流传感器8、电压传感器9、温度传感器10、A/D转换模块11、IGBT驱动模块12、MOSFET驱动模块13、PWM输出模块14、触摸屏模块15、保护模块16、CAN通信模块17、RS485通信模块18、充放电指示模块模块19、GPRS模块20、远程终端21、主控单元22、超级电容模组均衡电路23、输入接口24和输出接口25；所述DC/DC模块5的输入接口24与双刀单掷开关6连接，所述DC/DC模块5的输出接口25与超级电容模组1连接，所述SEPIC主电路7与输入接口24连接，所述SEPIC主电路7还分别连接至电流传感器8和IGBT驱动模块12，所述电流传感器8还分别连接至电压传感器9和A/D转换模块11，所述电压传感器9也分别连接至输出接口25和A/D转换模块11，所述A/D转换模块11还分别连接至温度传感器10和主控单元22，所述主控单元22分别连接至PWM输出模块14、GPRS模块20、触摸屏模块15、保护模块16、CAN通信模块17、RS485通信模块18和充放电指示模块模块19；所述GPRS模块20连接远程终端21，所述PWM输出模块14分别连接至IGBT驱动模块12和MOSFET驱动模块13，所述MOSFET驱动模块13连接至超级电容模组均衡电路23，所述超级电容模组均衡电路23也连接至输出接口25；所述主控单元22的型号为TMS320F28069。

本实施方式中，在内燃机启动时，通过超级电容模组1经大功率二极管2和双刀单掷开关6给内燃机提供足够的大电流使其快速启动，在内燃机运行时，通过内燃机车车载的蓄电池组3经双刀单掷开关6和DC/DC模块5给超级电容模组1补电；所述主控单元22分别连接至A/D转换模块11、PWM输出模块14、GPRS模块20、触摸屏模块15、保护模块16、CAN通信模块17、RS485通信模块18和充放电指示模块模块19；主控单元22通过A/D转换模块11采集SEPIC主电路7上用电流传感器8、电压传感器9和温度传感器10转换的电压、电流信号和系统内部温度信号，再经过主控单元22的PID算法处理后产生相应的PWM信号送入PWM输出模块14分别控制IGBT驱动模块12和MOSFET驱动模块13，进而分别控制SEPIC主电路7和超级电容模组均衡电路23完成对超级电容模组1的快速充电和均衡控制；通过触摸屏模块15可对超级电容模组1的充电电压、充电电流和内部温度上下限进行控制，以及对超级电容模组1实时电压、电流、温度和故障信息进行显示，通过GPRS模块20可对系统数据进行远程监控，供远程终端提取，实现系统的远程数据分析和控制功能；此外，系统还具有CAN、RS485通信接口、充放电指示和系统异常保护功能。

本实施方式中，所述SEPIC主电路7采用交错并联的方式，使其电路在对电感的体积和电感量的要求降低的同时提高了输出功率和稳定性。

本实施方式中，所述超级电容模组1带有均衡控制，通过主控单元22对每个超级电容模组1的电压进行采样，并以此输出控制超级电容均衡电路23对相应的超级电容模组1进行均衡控制。

本实施方式中，在内燃机车启动瞬间和低温供电时，带均衡控制的超级电容模组1通过大功率二极管2经双刀单掷开关6给内燃机车内部用电负载4提供能量，一方面保证了内燃机车启动瞬间所需要的大电流，另一方面，在低温下内燃机车依然可以正常启动和运行；在内燃机车运行和停机时，蓄电池组3经双刀单掷开关6，通过DC/DC模块5给带均衡控制的超级电容模组1充电，由于采用DC/DC变换，提高了充电效率；这样不仅大大降低了蓄电池的启动负担，还能使内燃机车在低温条件下正常工作，降低了内燃机车的应用限制。

本实施方式中，在内燃机车停机或运行状态，蓄电池组3的能量经过双刀单掷开关6到输入接口24，进而通过SEPIC主电路7到输出接口25给带均衡控制的超级电容模组1进行充电，一直到蓄电池组3和带均衡控制的超级电容模组1两端电压基本一致SEPIC主电路7停止工作，电流传感器8和电压传感器9实时对带均衡控制的超级电容模组1的充电电压和电流进行采样，并将采集到的模拟量经A/D转换模块11转换成数字量后送入TMS320F28069主控单元22，TMS320F28069主控单元22对这些数据进行PID计算，得到对应占空比的PWM信号送入PWM输出模块14，经IGBT驱动模块12对其滤波、放大处理后，控制SEPIC主电路7，达到控制带均衡控制的超级电容模组1充电电压和电流的目的;同时，TMS320F28069主控单元22根据采集到的电压和电流信号带入内部CMS算法，通过PWM输出模块14控制MOSFET驱动模块13，产生相应占空比的PWM信号，经超级电容模组均衡电路23，控制带均衡控制的超级电容模组1内部超级电容模组间的均衡；该系统还实时通过温度传感器10对内部温度进行采样，同样将温度信号经A/D转换模块11送入TMS320F28069主控单元22，当系统出现过压、过流、过温、短路等异常时，TMS320F28069主控单元22控制保护模块16对系统进行保护；此外该系统带有触摸屏模块15可以在现场对系统内部电压、电流、温度、报警等信号进行设置和显示，带有CAN通信模块17和RS485通信模块18，给内燃机车主控单元提供通信接口，带有充放电指示模块模块19，对系统充放电状态进行指示，带有GPRS模块20和远程终端21，这样可以远程监控系统运行状态，提高系统运行可靠性。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。