一种基于钌超级电容的瞬态功率增强装置及方法与流程

本发明属于大功率器件设计、瞬态大功率输出、功率增强，以及储能装置及其管理系统领域，涉及一种基于钌超级电容的瞬态功率增强装置。

背景技术：

瞬态功率增强装置主要用于重型车辆、大功率微波器件、高能输出装置、高功率电机等大负载、大功率系统，以及其他需要提供瞬态大功率输出的应用场合。

目前，车辆起动依靠蓄电池提供要求的启动电流来驱动起动电机工作，进而带动发动机运转直至发动机进入正常工作状态。对于大功率车辆，启动电机功率也相应的要求很大，这时常用的措施是增加蓄电池配置，比如从一组电池增加到两组，以保证起动电机启动要求的大功率输出。为降低起动带来的机械齿轮损伤，通常采取时间继电器控制的降压启动方式，即启动初期施加较低的电压，启动电机动作后再施加额定电压使启动电机运转。

采用蓄电池直接起动，尤其是大功率启动电机，存在以下问题：

1)当蓄电池能量不够时，例如长时间停车，或电池性能降低，很难启动车辆；

2)冬季或高原低温状态下，由于蓄电池的放电能力降低，也很难保证可靠启动。

现在市场上针对上述问题，有采用超级电容储能方法，增强瞬态功率，但存在体积大、重量重等缺点，不利于推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的是根据上述蓄电池直接驱动启动电机的问题和常规超级电容装置的缺点，提供一种新型实用的瞬态功率增强装置，解决发动机在蓄电池能量不够和低温下不能可靠起动的问题，同时具有体积小、重量轻等特点。

本发明一种基于钌超级电容的瞬态功率增强装置，包括蓄电池、隔离二极管、开关、充电控制模块、钌超级电容组、活性炭超级电容组、具有软起动功能的输出控制器和起动控制模块；

所述的蓄电池的一端接地，另一端与隔离二极管的阳极、充电控制模块的电源输入端连接，隔离二极管的阴极与开关的一端、充电控制模块检测端连接，开关的另一端与充电控制模块的电源输入端、钌超级电容组的一端、活性炭超级电容组的一端和具有软起动功能的控制器电源输入端连接，充电控制模块的接地端、钌超级电容组的另一端、活性炭超级电容组的另一端接地，起动控制模块的信号输出端与具有软起动功能的输出控制器的启动信号输入端连接，具有软起动功能的输出控制器的接地端接地，具有软起动功能的输出控制器的信号输出端接启动电机。

一种基于钌超级电容的瞬态功率增强方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一、由充电控制模块检测蓄电池电压，当蓄电池电压符合要求时，闭合开关；

步骤二、蓄电池电通过隔离二极管、开关向钌超级电容组和活性炭超级电容组充电；

步骤三、充电控制模块也向钌超级电容组和活性炭超级电容组充电，当电压达到要求值时，关断充电；

步骤四、具有软启动功能的输出控制器检测钌超级电容组和活性炭超级电容组电压，符合要求并接收到起动控制模块的起动控制信号时，输出大功率能量驱动起动电机运转，当起动控制信号消失或时间达到5s时关断输出。

本发明的有益效果：与现有技术比较，本发明具有下列有优点：

1.输出功率密度大，可达到以常规超级电容组成的增强装置的两倍以上；

2.充电时间短，两次充电工作间隔小于10s；

3.具有电池检测和充电保护功能；

4.具有软启动功能。

5、本发明应用钌超级电容瞬态输出电流大的优点，采用钌超级电容与普通超级电容配合的方法，实现瞬态大功率输出。

附图说明

图1为本发明基于钌超级电容的瞬态功率增强装置原理框图。

图2为本发明输出电流曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明一种基于钌超级电容的瞬态功率增强装置，包括蓄电池1、隔离二极管2、开关3、充电控制模块4、钌超级电容组5、活性炭超级电容组6、具有软起动功能的输出控制器7和起动控制模块9；

所述的蓄电池1的一端接地，另一端与隔离二极管2的阳极、充电控制模块4的电源输入端连接，隔离二极管的阴极与开关3的一端、充电控制模块4检测端连接，开关3的另一端与充电控制模块4的电源输入端、钌超级电容组5的一端、活性炭超级电容组6的一端和具有软起动功能的控制器电源输入端7连接，充电控制模块4的接地端、钌超级电容组5的另一端、活性炭超级电容组6的另一端接地，起动控制模块9的信号输出端与具有软起动功能的输出控制器7的启动信号输入端连接，具有软起动功能的输出控制器7的接地端接地，具有软起动功能的输出控制器7的信号输出端接启动电机8。

其中活性炭超级电容用于能量储存，钌超级电容提供瞬态大电流输出，充电控制器用于将蓄电池中的电能转移到超级电容中，具有软起动功能的输出控制器用于控制输出大功率驱动电流使起动电机工作。

一种基于钌超级电容的瞬态功率增强方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一、由充电控制模块4检测蓄电池1电压，当蓄电池1电压符合要求时，闭合开关3；

步骤二、蓄电池1电通过隔离二极管2、开关3向钌超级电容组5和活性炭超级电容组6充电；

步骤三、充电控制模块4也向钌超级电容组5和活性炭超级电容组6充电，当电压达到要求值时，关断充电；

步骤四、具有软启动功能的输出控制器7检测钌超级电容组5和活性炭超级电容组6电压，符合要求并接收到起动控制模块9的起动控制信号时，输出大功率能量驱动起动电机8运转，当起动控制信号消失或时间达到5s时关断输出。

如图2所示，本发明中的软启动功能的具体性能为：

启动时输出额定功率的10％，并在0.3s时间内线性上升到额定功率的100％。