本實用新型涉及內燃機輔助啟動系統(tǒng)領域，具體為一種內燃機車用超級電容輔助啟動系統(tǒng)。

背景技術：

超級電容器是一種將能量存儲在電極/電解質界面處的雙電層中的儲能儲能裝置，具有良好的大功率充放電性能、低溫性能和近乎無限的充放電循環(huán)性能；其工作溫度范圍寬，可以在-40℃-60℃正常工作；目前，超級電容器主要應用在小型脈沖高功率技術領域和動力汽車領域。

如今，內燃機車一般都配有96V蓄電池，用蓄電池的動力驅動發(fā)電機進而帶動柴油機轉動完成啟動的過程，而蓄電池作為內燃機車的重要功能單元，還負責在內燃機停機時，為內燃機內照明和部分控制電路提供必要的電能；影響蓄電池性能和使用壽命的主要因素是內燃機啟動過程中蓄電池的大電流放電，并且蓄電池工作需要一定的溫度條件，在低溫下蓄電池是不能正常工作的，這樣嚴重影響內燃機車在低溫條件下的使用。

為了延長蓄電池的使用壽命和適應低溫環(huán)境，有必要研究一種內燃機車用超級電容輔助啟動系統(tǒng)，通過超級電容模組輔助給內燃機車啟動時提供大電流，降低了蓄電池的負擔，使蓄電池的使用壽命大大延長；由于超級電容模組可在-40℃的環(huán)境下正常工作，這樣在低溫下用超級電容模組為內燃機車啟動提供能量，解決了內燃機車低溫啟動的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種解決內燃機車蓄電池壽命不長和低溫正常啟動的問題的內燃機車用超級電容輔助啟動系統(tǒng)。

本實用新型通過以下技術方案實現(xiàn)：一種內燃機車用超級電容輔助啟動系統(tǒng)，包括超級電容模組、大功率二極管、蓄電池組、內燃機車內部用電負載、雙刀單擲開關和DC/DC模塊；所述超級電容模組通過大功率二極管和DC/DC模塊連接雙刀單擲開關，所述雙刀單擲開關連接至與內燃機車內部用電負載連接的蓄電池組；所述大功率二極管并聯(lián)至DC/DC模塊上；所述DC/DC模塊包括SEPIC主電路、電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、A/D轉換模塊、IGBT驅動模塊、MOSFET驅動模塊、PWM輸出模塊、觸摸屏模塊、保護模塊、CAN通信模塊、RS485通信模塊、充放電指示模塊模塊、GPRS模塊、遠程終端、主控單元、超級電容模組均衡電路、輸入接口和輸出接口；所述DC/DC模塊的輸入接口與雙刀單擲開關連接，所述DC/DC模塊的輸出接口與超級電容模組連接，所述SEPIC主電路與輸入接口連接，所述SEPIC主電路還分別連接至電流傳感器和IGBT驅動模塊，所述電流傳感器還分別連接至電壓傳感器和A/D轉換模塊，所述電壓傳感器也分別連接至輸出接口和A/D轉換模塊，所述A/D轉換模塊還分別連接至溫度傳感器和主控單元，所述主控單元分別連接至PWM輸出模塊、GPRS模塊、觸摸屏模塊、保護模塊、CAN通信模塊、RS485通信模塊和充放電指示模塊模塊；所述GPRS模塊連接遠程終端，所述PWM輸出模塊分別連接至IGBT驅動模塊和MOSFET驅動模塊，所述MOSFET驅動模塊連接至超級電容模組均衡電路，所述超級電容模組均衡電路也連接至輸出接口；所述主控單元的型號為TMS320F28069。

本實用新型通過利用超級電容模組的功率密度大和低溫特性好的特點，充電時采用DC/DC模塊，用SEPIC主電路對蓄電池組進行DC/DC變換，以可調的電壓和電流對超級電容模組充電，提高了充電效率，放電時采用大功率二極管，提高了放電電流充分發(fā)揮超級電容的功率密度大的優(yōu)勢，瞬間為內燃機啟動提供足夠大的啟動電流；并且加入超級電容模組均衡控制電路實時平衡各個模組間的電壓，提高超級電容模組的穩(wěn)定性。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益之處在于：1）超級電容模組輔助給內燃機車啟動時提供大電流，降低蓄電池的負擔，使蓄電池的使用壽命大大延長；2）超級電容模組為內燃機車啟動提供能量，解決了內燃機車低溫啟動的問題。

附圖說明

圖1為本實用新型的框示圖。

圖2為本實用新型的DC/DC模塊的框示圖。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式，對本實用新型作進一步描述。

見圖1至圖2，一種內燃機車用超級電容輔助啟動系統(tǒng)，包括超級電容模組1、大功率二極管2、蓄電池組3、內燃機車內部用電負載4、雙刀單擲開關6和DC/DC模塊5；所述超級電容模組1通過大功率二極管2和DC/DC模塊5連接雙刀單擲開關6，所述雙刀單擲開關6連接至與內燃機車內部用電負載4連接的蓄電池組3；所述大功率二極管2并聯(lián)至DC/DC模塊5上；所述DC/DC模塊5包括SEPIC主電路7、電流傳感器8、電壓傳感器9、溫度傳感器10、A/D轉換模塊11、IGBT驅動模塊12、MOSFET驅動模塊13、PWM輸出模塊14、觸摸屏模塊15、保護模塊16、CAN通信模塊17、RS485通信模塊18、充放電指示模塊模塊19、GPRS模塊20、遠程終端21、主控單元22、超級電容模組均衡電路23、輸入接口24和輸出接口25；所述DC/DC模塊5的輸入接口24與雙刀單擲開關6連接，所述DC/DC模塊5的輸出接口25與超級電容模組1連接，所述SEPIC主電路7與輸入接口24連接，所述SEPIC主電路7還分別連接至電流傳感器8和IGBT驅動模塊12，所述電流傳感器8還分別連接至電壓傳感器9和A/D轉換模塊11，所述電壓傳感器9也分別連接至輸出接口25和A/D轉換模塊11，所述A/D轉換模塊11還分別連接至溫度傳感器10和主控單元22，所述主控單元22分別連接至PWM輸出模塊14、GPRS模塊20、觸摸屏模塊15、保護模塊16、CAN通信模塊17、RS485通信模塊18和充放電指示模塊模塊19；所述GPRS模塊20連接遠程終端21，所述PWM輸出模塊14分別連接至IGBT驅動模塊12和MOSFET驅動模塊13，所述MOSFET驅動模塊13連接至超級電容模組均衡電路23，所述超級電容模組均衡電路23也連接至輸出接口25；所述主控單元22的型號為TMS320F28069。

本實施方式中，在內燃機啟動時，通過超級電容模組1經大功率二極管2和雙刀單擲開關6給內燃機提供足夠的大電流使其快速啟動，在內燃機運行時，通過內燃機車車載的蓄電池組3經雙刀單擲開關6和DC/DC模塊5給超級電容模組1補電；所述主控單元22分別連接至A/D轉換模塊11、PWM輸出模塊14、GPRS模塊20、觸摸屏模塊15、保護模塊16、CAN通信模塊17、RS485通信模塊18和充放電指示模塊模塊19；主控單元22通過A/D轉換模塊11采集SEPIC主電路7上用電流傳感器8、電壓傳感器9和溫度傳感器10轉換的電壓、電流信號和系統(tǒng)內部溫度信號，再經過主控單元22的PID算法處理后產生相應的PWM信號送入PWM輸出模塊14分別控制IGBT驅動模塊12和MOSFET驅動模塊13，進而分別控制SEPIC主電路7和超級電容模組均衡電路23完成對超級電容模組1的快速充電和均衡控制；通過觸摸屏模塊15可對超級電容模組1的充電電壓、充電電流和內部溫度上下限進行控制，以及對超級電容模組1實時電壓、電流、溫度和故障信息進行顯示，通過GPRS模塊20可對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行遠程監(jiān)控，供遠程終端提取，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程數(shù)據(jù)分析和控制功能；此外，系統(tǒng)還具有CAN、RS485通信接口、充放電指示和系統(tǒng)異常保護功能。

本實施方式中，所述SEPIC主電路7采用交錯并聯(lián)的方式，使其電路在對電感的體積和電感量的要求降低的同時提高了輸出功率和穩(wěn)定性。

本實施方式中，所述超級電容模組1帶有均衡控制，通過主控單元22對每個超級電容模組1的電壓進行采樣，并以此輸出控制超級電容均衡電路23對相應的超級電容模組1進行均衡控制。

本實施方式中，在內燃機車啟動瞬間和低溫供電時，帶均衡控制的超級電容模組1通過大功率二極管2經雙刀單擲開關6給內燃機車內部用電負載4提供能量，一方面保證了內燃機車啟動瞬間所需要的大電流，另一方面，在低溫下內燃機車依然可以正常啟動和運行；在內燃機車運行和停機時，蓄電池組3經雙刀單擲開關6，通過DC/DC模塊5給帶均衡控制的超級電容模組1充電，由于采用DC/DC變換，提高了充電效率；這樣不僅大大降低了蓄電池的啟動負擔，還能使內燃機車在低溫條件下正常工作，降低了內燃機車的應用限制。

本實施方式中，在內燃機車停機或運行狀態(tài)，蓄電池組3的能量經過雙刀單擲開關6到輸入接口24，進而通過SEPIC主電路7到輸出接口25給帶均衡控制的超級電容模組1進行充電，一直到蓄電池組3和帶均衡控制的超級電容模組1兩端電壓基本一致SEPIC主電路7停止工作，電流傳感器8和電壓傳感器9實時對帶均衡控制的超級電容模組1的充電電壓和電流進行采樣，并將采集到的模擬量經A/D轉換模塊11轉換成數(shù)字量后送入TMS320F28069主控單元22，TMS320F28069主控單元22對這些數(shù)據(jù)進行PID計算，得到對應占空比的PWM信號送入PWM輸出模塊14，經IGBT驅動模塊12對其濾波、放大處理后，控制SEPIC主電路7，達到控制帶均衡控制的超級電容模組1充電電壓和電流的目的;同時，TMS320F28069主控單元22根據(jù)采集到的電壓和電流信號帶入內部CMS算法，通過PWM輸出模塊14控制MOSFET驅動模塊13，產生相應占空比的PWM信號，經超級電容模組均衡電路23，控制帶均衡控制的超級電容模組1內部超級電容模組間的均衡；該系統(tǒng)還實時通過溫度傳感器10對內部溫度進行采樣，同樣將溫度信號經A/D轉換模塊11送入TMS320F28069主控單元22，當系統(tǒng)出現(xiàn)過壓、過流、過溫、短路等異常時，TMS320F28069主控單元22控制保護模塊16對系統(tǒng)進行保護；此外該系統(tǒng)帶有觸摸屏模塊15可以在現(xiàn)場對系統(tǒng)內部電壓、電流、溫度、報警等信號進行設置和顯示，帶有CAN通信模塊17和RS485通信模塊18，給內燃機車主控單元提供通信接口，帶有充放電指示模塊模塊19，對系統(tǒng)充放電狀態(tài)進行指示，帶有GPRS模塊20和遠程終端21，這樣可以遠程監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)，提高系統(tǒng)運行可靠性。

本實用新型的保護范圍包括但不限于以上實施方式，本實用新型的保護范圍以權利要求書為準，任何對本技術做出的本領域的技術人員容易想到的替換、變形、改進均落入本實用新型的保護范圍。