黃敬云

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

關鍵詞：超級電容；電機；蓄電池

1.前言

目前，內(nèi)燃機車柴油機的起動大多數(shù)是利用蓄電池給直流起動電機供電，起動電機得電后，經(jīng)過柴油機與直流起動電機之間的起動變速箱的變速，拖動柴油機至發(fā)火轉速后，柴油機正常運轉，這時停止直流起動電機供電，柴油機起動完成。這種起動方式，在柴油機開始轉動的瞬間，蓄電池要大電流深度放電，對蓄電池的使用壽命將產(chǎn)生很大影響，對蓄電池的容量要求較高。為改善這種傳統(tǒng)的起動方式對蓄電池產(chǎn)生的影響，應用超級電容裝置輔助蓄電池進行柴油機的起動，以達到大大提高起動效率、提高蓄電池的使用壽命、減小經(jīng)濟損失的目的。

2.傳統(tǒng)柴油機起動電氣原理

目前，由蓄電池單獨供電的柴油機電起動電路如下圖1所示。

蓄電池閘刀開關1QS閉合，滑油泵接觸器3KM1閉合，滑油泵3MA給機車各運動部件提供潤滑，燃油泵接觸器4KM1閉合，燃油泵4MA給機車提供燃油，機車進入準備起機狀態(tài)。由控制系統(tǒng)使起動接觸器觸頭6KM1閉合，通過蓄電池閘刀開關1QS閉合形成回路，蓄電池給起動電動機起動繞組2MA1提供大量電能，釋放大電流，起動電機作為串勵勵磁電動機旋轉，通過變速箱帶動柴油機起動。

這種傳統(tǒng)方式起動柴油機，起動電流大，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.應用超級電容裝置的柴油機起動工作原理

應用超級電容起動柴油機的電路圖如圖2所示，

超級電容器輔助蓄電池進行內(nèi)燃機車柴油機電起動的方法，包括以下步驟：接通蓄電池→同時起動滑油泵電機和超級電容器→先后關閉超級電容器和滑油泵電機→起動電機通電→柴油機轉動→起動電機斷電→柴油機起動完成。

4應用超級電容裝置起動柴油機的起動控制

超級電容器輔助內(nèi)燃機車柴油機電起動時的控制技術是利用柴油機起機前柴油機預供潤滑油的時間，由自動控制裝置控制超級電容器的充電過程，當柴油機的預供潤滑油時間結束時，超級電容器預存的能量與蓄電池并聯(lián)共同作用于柴油機起動電機，使柴油機快速起動。電路圖如圖3所示。

1）萬能轉換開關20SA設置在“自動”位，微機LCS32檢測到起動按鈕1SB1信號有效，并滿足柴油機起動限制條件時，微機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4MA、滑油泵電機3MA工作電路，微機LCS32同時控制充電接觸器線圈CKM1得電、充電接觸器主觸頭CKM1閉合，接通超級電容器CC的充電電路，開始超級電容器的充電過程；同時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，將動作信號反饋給微機LCS32。由于內(nèi)燃機車對柴油機有一個預潤滑油的時間，超級電容器的充電過程，就是在此時完成。通過對充電電阻R2的選擇，確保在預潤滑油的時間里完成充電過程。當微機LCS32設定的柴油機預潤滑油時間到達時，微機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；同時微機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3MA工作電路和超級電容器CC的充電電路分斷，微機LCS32同時還驅(qū)動起動電機接觸器線圈6KM得電，則起動電機接觸器主觸頭6KM1和起動電機接觸器輔助觸頭5KM2閉合將信號反饋給微機LCS32，接通起動電機2MA工作電路，超級電容器上述預存的能量與蓄電池并聯(lián)共同作用于柴油機起動電機2MA，使柴油機快速起動；當柴油機起動后，微機LCS32使起動電機接觸器線圈6KM失電，則起動電機接觸器主觸頭6KM1和起動電機接觸器輔助觸頭6KM2斷開，起動電機2MA失電，完成柴油機起動過程。

2）萬能轉換開關20SA設置在“手動”位，充電接觸器主觸頭CKM1由人為操縱，可人為對超級電容器進行充電，此時微機自動控制系統(tǒng)解除對超級電容器的充電控制程序，這樣可實現(xiàn)充電手動控制，以便檢查超級電容器的充電性能。

3）萬能轉換開關20SA設置在“切除”位時，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)。此時放電電阻5R接入電路中，此電阻并聯(lián)在超級電容器兩端，可將蓄電池上的剩余電壓放掉，從而實現(xiàn)對電路的檢查維護。

5.參數(shù)的選擇

5.1 超級電容參數(shù)的選擇

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

5.2 充電電阻和放電電阻

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

6.應用超級電容的優(yōu)越性

1）超級電容的充電時間是利用蓄電池給柴油機打滑油的時間內(nèi)完成，由系統(tǒng)微機控制系統(tǒng)自動完成，不增加額外的起機時間、司機不增加任何操作指令，與傳統(tǒng)起機方法一致。

2）超級電容充電電阻R2的設定是保證超級電容的充電電流不至于過大，擊穿超級電容。同時電路中還設有放電電阻5R，通過5R釋放超級電容的電量，保護維修人員的安全。

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

4）在超級電容和蓄電池的共同給直流起動電機供電，由于超級電容的輔助起動作用，蓄電池減少了深度放電過程，可提高蓄電池的使用壽命，節(jié)約經(jīng)濟成本。

7 實際應用

超級電容在我公司出口沙特機車上和大功率調(diào)車機車上成功應用，其中還有需要改進之處，達到人性化設計，例如在放至位置附近設置超級電容電壓指示燈，當超級電容電壓高于人體所能承受的電壓36V時，應有警示指示燈，以防對操作人員造成人身傷害。

參考文獻

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