发动机怠速启停系统复合电源研究

黄新宇

（内蒙古交通职业技术学院，内蒙古 赤峰 024005）

介绍了发动机怠速启停系统的两种技术方案，通过分析两种技术方案，研究了分离式启动机/发电机怠速启停系统的组成、工作原理，并对怠速启停系统的电源进行了分析，怠速启停系统要多次启动车辆。本文使用蓄电池和超级电容组成的复合电源，怠速启停系统使用复合电源减少了多次启动发动机对蓄电池的影响。

1 发动机怠速启停系统的组成

怠速启停系统的组成主要包括启动机、发电机、蓄电池、超级电容、发动机转速传感器、发动机电脑、蓄电池传感器、启动/停止系统开关、车速传感器、制动真空度传感器、水温传感器、油门踏板位置传感器、挡位识别传感器。

怠速启停系统的工作原理为：发动机怠速启停系统在车辆停车时，发动机停止工作，行驶时，系统启动发动机。它是在传统汽车上加怠速启停系统，根据发动机启动、停止的不同条件工作，减少气体对空气的污染，减少燃油的使用。

根据怠速启停系统技术方案和系统组成的不同，怠速启停系统主要有两种技术方案：①集成启动机/发电机启停系统。这种启停系统的启动机与发电机集成一体。②分离式启动机/发电机启停系统。这种系统启动机和发电机分离。

1.1 集成启动机/发电机启停系统

集成启动机/发电机的电机在发动机前部，在停车启动时启动发动机，在发动机转动时，给车辆电器提供电能。该电机是交流电机，在发电时，需要逆变器控制发电电流。同时，发动机上还有传统的启动机，在集成启动机/发电机启停系统不工作时，启动发动机的成本较大，对发动机有较高的要求。这个系统把传统汽车上的发电机与启动机集成，当汽车行驶时发电机发电，当汽车启动时启动启动机。

1.2 分离式启动机/发电机启停系统

分离启动机和发电机启停系统不增加更多的电子元器件，动力传动系统和发动机没改变，使用复合电源启动启动机，使启动机短时间启动，带动发动机转动，使车辆启动，使蓄电池使用时间更长，使启动机启动发动机时的性能较好。分离式启动机和发电机的怠速启停系统很多，这种系统的启动机与发电机是分离的，发动机启动用的功率是启动机提供的，而发电机通过给蓄电池与超级电容的复合电源充电，保证启动机的启动。怠速启停系统是在传统汽车上发展的，只是启动机、蓄电池和发电机改变，同时，对发动机的电脑进行改动，并使用挡位开关、制动开关，判断是否需要停车。本文主要研究分离式启动机/发电机技术方案。

2 发动机怠速启停系统的复合电源

发动机怠速启停系统的复合电源是使用复合电源组成部件的特性分析为基础的，通过分析复合电源的特性，本文使用的发动机怠速启停系统复合电源由蓄电池和超级电容组成，蓄电池与超级电容是并联形式的，蓄电池与超级电容两端电压一致。

2.1 蓄电池和超级电容

2.1.1 蓄电池

汽车蓄电池是在汽车启动时给汽车启动机供电的，汽车蓄电池的主要特点有：①比能量大。汽车启动机启动发动机时，使用很大的电流启动发动机。②循环次数多。蓄电池充电、放电的循环次数越多，蓄电池的使用时间越长。③降低生产成本。生产蓄电池的成本低。

2.1.2 超级电容

超级电容是在传统电容器与蓄电池间的电容器，传统电容器的容量、比能量、比功率较大。超级电容器的特点有：①工作温度。不同温度下，可使用启动机启动发动机。②充电、放电效率高。充电、放电比蓄电池快。③循环次数多。可多次充电、放电。④超级电容的使用无污染。本文研究的发动机怠速启停系统的复合电源由蓄电池与超级电容组成。

9月27日，水利部党组副书记、副部长、国务院第一次全国水利普查领导小组办公室主任矫勇主持召开国务院水利普查办第十八次主任办公会议，听取国务院水利普查办近期工作汇报，部署下一阶段工作。

2.2 蓄电池的特性分析

2.2.1 蓄电池的电路模型

蓄电池的电路模型如图1所示。

图1 蓄电池的电路模型

图 1 中，I=（Voc－V）/R，V=Voc－（R×I）。

2.2.2 蓄电池的充电特性分析

蓄电池充电时，充电电流影响蓄电池充电，充电电流大，蓄电池的充电时间快，同时充电时使用的电量很大，电池充入的电量较小，此时，大电流充不上电。发动机怠速启停系统多次启动发动机时，使用蓄电池的电量很大，蓄电池短时间充不到电，需要使用复合电源给发动机多次启动提供电量。

2.2.3 蓄电池的放电特性分析

2.3 超级电容的特性分析

2.3.1 超级电容的电路模型

超级电容的电路模型如图2所示。

图 2 中，I=－C×dUc/dt－Uc/R，U0=Uc－I×R0.

这个电路模型的电流、电压、温度是变化的，这个模型是大电流直流工况的变参数模型，模型C是电容，R是电容串联电阻，这个参数对电容的电压、温度有影响，R是电容自放电电阻，R很大。

2.3.2 超级电容的充电、放电特性分析

超级电容充电很快，充电电流大，充电时间短。超级电容放电时，放电电流大，放电时间短。超级电容多次充放电使用，此时，应使用复合电源给发动机多次启动提供电量。

图2 超级电容的电路模型

3 结论

本文介绍了蓄电池和超级电容，并对蓄电池和超级电容的特性进行了分析研究，发动机怠速启停系统使用蓄电池与超级电容组成的复合电源，并使用蓄电池和超级电容并联的形式。本文使用蓄电池和超级电容组成的复合电源，减少了多次启动发动机对蓄电池的影响。

参考文献：

［1］陈家瑞.汽车构造［M］.北京：机械工业出版社，2008.

［2］陈全世.电动汽车技术［M］.北京：化学工业出版社，2012.