CN110332068A - 一种超级电容柴油机泵低温启动装置 - Google Patents

一种超级电容柴油机泵低温启动装置 Download PDF

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CN110332068A CN201910535722.XA CN201910535722A CN110332068A CN 110332068 A CN110332068 A CN 110332068A CN 201910535722 A CN201910535722 A CN 201910535722A CN 110332068 A CN110332068 A CN 110332068A
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Abstract

本发明涉及工程机械设备制造领域，具体关于一种超级电容柴油机泵低温启动装置；其主要部件包括：超级电容器模块、线性变换器、普通蓄电池、充放电模块和启动电机；本发明提供的一种超级电容柴油机泵低温启动装置，本装置以超级电容作为低温启动模块，使用一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料作为超级电容器模块，电极比表面积大，电容比容大，使设备具有优良的低温特性和瞬时大电流放电特性，本装置于普通蓄电池的优点相结合，具有小体积、轻重量、低成本的特点，其适应性强，电路稳定可靠，适用于于柴油机泵的启动。

Description

一种超级电容柴油机泵低温启动装置
技术领域
本发明涉及工程机械设备制造领域，具体关于一种超级电容柴油机泵低温启动装置。
背景技术
随着国家对农业投入的增加，农用车的使用量也在急剧增加，而单缸柴油机在农业生产中被广泛使用，在农村的单缸柴油机，大多数靠手摇启动，人力转动摇把时，需要操作者有一定的爆发力和耐力，当减压关闭时，摇把的阻力增大，柴油机易反向转动，此时操作者手腕最易受伤，这既费力又危险，甚至给操作者带来很大痛苦。
CN104712485A提供一种柴油机启动装置及柴油发电机组，该柴油机启动装置包括与柴油机连接的异步发电机，用于柴油机启动时作为电动机带动柴油机启动，还用于柴油机启动后在柴油机的带动下作为交流发电机发出三相交流电；整流器，与异步发电机连接，用于将三相交流电变换为稳定的直流电；电能存储装置，与整流器连接，用于储存直流电的电能，还用于柴油机启动时，给异步发电机提供电能。该发明的柴油机启动装置不需要专门的直流启动电机来带动柴油机启动，柴油发电机组采用异步发电机组可以去掉同步发电机所必须的励磁控制器，从而节省空间，节约成本。
CN205936944U公开了一种风冷柴油机启动装置，它由行星齿轮、齿圈、内齿轮、摇把、以及传动轴组成，传动轴包括输入轴和输出轴，输入轴的一端设有联接盘，所述输入轴的另一端连接摇把，齿圈的四周设有螺栓孔，齿圈通过螺栓与输入轴的联接盘固定连接，输出轴的一端固定有内齿轮，内齿轮设置于齿圈的中心，齿圈和内齿轮之间设置若干行星齿轮，内齿轮与行星齿轮啮合，行星齿轮与齿圈啮合，所述内齿轮、齿圈和行星齿轮的比例是54:21:16。该实用新型增速比为1:3.57，能使得输出轴端获得更大的速度，来启动柴油机等相关机械。
CN2854116Y公开了一种柴油机启动装置，包括大齿轮、小齿轮、超越离合器、棘轮、弹簧储能装置、拉绳、机座，大齿轮通过超越离合器套在柴油机曲轴上，拉绳绕在固定在大齿轮上的绕线盘上，一端固定，另一端与弹簧储能装置连接，机座上还设有与大齿轮啮合的小齿轮，小齿轮上固定并列有棘轮，在棘轮相应的位置设有棘爪，棘爪与启动旋钮连接。使用时通过摇孔转动小齿轮，带动大齿轮转动，通过拉绳使弹簧压缩储能，并由棘爪锁止，启动时放松棘爪，弹簧的弹力驱动柴油机曲轴转动，启动柴油机。具有省力、安全、结构简单成本低廉的优点。
传统电极材料在充放电循环过程中，体积极容易增大膨出，严重时会导致粉化，极大影响电池性能。石墨烯具有超高导电性、柔性，将其包覆在电极材料表面，能增强电子转移速率，提高导电性，又能约束其体积变化，大幅提高放电容量、充放电次数等性能。
柴油机低温启动一直是柴油机低温环境下工作的难点，由于低温环境导致缸体冻结、燃油雾化困难等现象，往往需要蓄电池组提供相对常温数倍的启动电流才能成功启动。但对于普通的蓄电池，由于低温特性较差和最大放电电流值较低的原因，没有这么大的容量提供持续大电流。同时蓄电池配套性和经济性在低温条件下都很差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种超级电容柴油机泵低温启动装置。
一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其技术方案如下：
一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其主要部件包括：超级电容器模块、线性变换器、普通蓄电池、充放电模块和启动电机；所述的超级电容模块由5-10个串联组成的超级电容器，电容能量检测电路和均压电路组成；所述的线性变换器设置有温度检测电路，用于检测线性变换器的温度；所述充放电模块、超级电容器模块与普通蓄电池串联，串联的正极接入充放电管理装置，超级电容和普通蓄电池串联的负极和启动马达相连；其特征在于所述的超级电容器模块使用一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料制备。
所述的一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料按照以下技术方案制备：
按照质量份数，将8.6-15.7份的磷酸、0.2-0.8份的溴化胺、0.1-0.5份的偏硅酸钠加入到40-50份的纯化水中，搅拌均匀配成电解液，然后将洗干净的镍片放在电解池的阳极，采用0.5-5.5V的电压氧化20-45min，生成氧化物薄膜；然后将镍片放入到水热反应釜中，加入0.1-2mol/L的氢氧化钠溶液80-120份，然后控温120-200℃，反应10-20h；完成反应后将镍片洗净备用；将0.1-0.5份的三维石墨烯，0.1-1份的压电陶瓷粉末，分散到80-100份的碳酸丙烯酯，0.01-0.6份N-甲基咪唑磷钼酸盐，0.01-0.5份1-丁基-3-甲基咪唑磷钨酸盐混合物中， 超声处理20-30min，得到石墨烯分散液，然后将处理好的镍片浸泡在石墨烯分散液5-10s，然后50-60℃烘干，重复3-7次，然后将镍片在100-120℃下真空干燥10-15h，即可得到所述的一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料。
所述的三维石墨烯按照以下方法制备：
按照质量份数，将0.5-5份的聚苯胺和0.1-3份的硝酸镍，混合碾磨均匀，然后在氮气保护下升温至700-900℃，加热碳化3-8h；完成碳化后将得到的混合物加入到0.5-3mol/L的盐酸中，加热至50-70℃，反应20-30h，完成反应后过滤，洗涤，干燥，得到氮掺杂石墨烯，然后将石墨烯加入到50-100份的0.2-2 mol/L 的氢氧化钠溶液中，室温搅拌60-90min，然后过滤、干燥，然后在氮气保护下，将干燥后所得固体于 700-1000℃， 进行烧结，即可得到所述的一种三维石墨烯。
所述的线性变换器的输入端设置有滤波电路。
所述超级电容的电容量以每次充电能够完成连续2-5次启动。
含对称立体结构络阴离子的N-甲基咪唑磷钼酸盐，1-丁基-3-甲基咪唑磷钨酸盐可以在水相或有机相中具有较好的溶解性能，由此在提高分散液效率和选择性的同时，能够避免含氟分散液对设备带来伤害。
本发明提供的一种超级电容柴油机泵低温启动装置，本装置以超级电容作为低温启动模块，使用一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料作为超级电容器模块，电极比表面积大，电容比容大，使设备具有优良的低温特性和瞬时大电流放电特性，压电陶瓷粉末的添加,有利于提高机电耦合系数、机械品质因数、压电常数和居里温度,降低介电常数，本装置于普通蓄电池的优点相结合，具有小体积、轻重量、低成本的特点，其适应性强，电路稳定可靠，适用于于柴油机泵的启动。
附图说明
图1为实施例3制备的三维石墨烯/压电陶瓷电极材料做出的傅立叶红外光谱图
由图1可知，在431cm-1附近存在明显的氧化镍吸收峰，说明电极材料基体为氧化镍；501cm-1附近存在钛酸钡吸收峰，说明压电陶瓷粉末参与了反应；2929cm-1附近村碳氢吸收峰，1080和1649cm-1附近存在碳氮单键和双键吸收峰，说明N-甲基咪唑磷钼酸盐参与了反应；3399cm-1附近存在羟基吸收峰，1783cm-1附近存在羰基吸收峰，为三维石墨烯表面的极性基团，说明三维石墨烯参与了反应。
具体实施方式
下面通过具体实施例对该发明作进一步说明：
采用电化学工作站Autolab(PGSTAT02N，瑞士万通)，使用三电极体系对合成的电极材料的电化学性能进行测试。
实施例1
一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其技术方案如下：
一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其主要部件包括：超级电容器模块、线性变换器、普通蓄电池、充放电模块和启动电机；所述的超级电容模块由5个串联组成的超级电容器，电容能量检测电路和均压电路组成；所述的线性变换器设置有温度检测电路，用于检测线性变换器的温度；所述充放电模块、超级电容器模块与普通蓄电池串联，串联的正极接入充放电管理装置，超级电容和普通蓄电池串联的负极和启动马达相连；其特征在于所述的超级电容器模块使用一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料制备。
所述的一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料按照以下技术方案制备：
按照质量份数，将11份的磷酸、0.5份的溴化胺、0.2份的偏硅酸钠加入到45份的纯化水中，搅拌均匀配成电解液，然后将洗干净的镍片放在电解池的阳极，采用3V的电压氧化30min，生成氧化物薄膜；然后将镍片放入到水热反应釜中，加入1mol/L的氢氧化钠溶液100份，然后控温160℃，反应15h；完成反应后将镍片洗净备用；将0.2份的三维石墨烯，0.5份的压电陶瓷粉末，分散到90份的碳酸丙烯酯，0.2份N-甲基咪唑磷钼酸盐，0.2份1-丁基-3-甲基咪唑磷钨酸盐混合物中， 超声处理25min，得到石墨烯分散液，然后将处理好的镍片浸泡在石墨烯分散液7s，然后55℃烘干，重复5次，然后将镍片在110℃下真空干燥12h，即可得到所述的一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料。
所述的三维石墨烯按照以下方法制备：
按照质量份数，将0.5份的聚苯胺和0.1份的硝酸镍混合碾磨均匀，然后在氮气保护下升温至700℃，加热碳化3h；完成碳化后将得到的混合物加入到0.5mol/L的盐酸中，加热至50℃，反应20h，完成反应后过滤，洗涤，干燥，得到氮掺杂石墨烯，然后将石墨烯加入到50份的0.2 mol/L 的氢氧化钠溶液中，室温搅拌60min，然后过滤、干燥，然后在氮气保护下，将干燥后所得固体于 700℃， 进行烧结，即可得到所述的一种三维石墨烯。
所述的线性变换器的输入端设置有滤波电路。
所述超级电容的电容量以每次充电能够完成连续2次启动。
电极材料在0.09A/cm的电流密度下的面积比容为16.4F/cm2充放电5000次后比容保持率为92.4%。
实施例2
一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其技术方案如下：
一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其主要部件包括：超级电容器模块、线性变换器、普通蓄电池、充放电模块和启动电机；所述的超级电容模块由8个串联组成的超级电容器，电容能量检测电路和均压电路组成；所述的线性变换器设置有温度检测电路，用于检测线性变换器的温度；所述充放电模块、超级电容器模块与普通蓄电池串联，串联的正极接入充放电管理装置，超级电容和普通蓄电池串联的负极和启动马达相连；其特征在于所述的超级电容器模块使用一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料制备。
所述的一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料按照以下技术方案制备：
按照质量份数，将8.6份的磷酸、0.2份的溴化胺、0.1份的偏硅酸钠加入到40份的纯化水中，搅拌均匀配成电解液，然后将洗干净的镍片放在电解池的阳极，采用0.5V的电压氧化20min，生成氧化物薄膜；然后将镍片放入到水热反应釜中，加入0.1mol/L的氢氧化钠溶液80份，然后控温120℃，反应10h；完成反应后将镍片洗净备用；将0.1份的三维石墨烯，0.1份的压电陶瓷粉末，分散到80份的碳酸丙烯酯，0.01份N-甲基咪唑磷钼酸盐，0.01份1-丁基-3-甲基咪唑磷钨酸盐混合物中， 超声处理20min，得到石墨烯分散液，然后将处理好的镍片浸泡在石墨烯分散液5s，然后50℃烘干，重复3次，然后将镍片在100℃下真空干燥10h，即可得到所述的一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料。
所述的三维石墨烯按照以下方法制备：
按照质量份数，将2.5份的聚苯胺和2份的硝酸镍混合碾磨均匀，然后在氮气保护下升温至800℃，加热碳化5h；完成碳化后将得到的混合物加入到1.5mol/L的盐酸中，加热至60℃，反应26h，完成反应后过滤，洗涤，干燥，得到氮掺杂石墨烯，然后将石墨烯加入到80份的1.2 mol/L 的氢氧化钠溶液中，室温搅拌70min，然后过滤、干燥，然后在氮气保护下，将干燥后所得固体于800℃， 进行烧结，即可得到所述的一种三维石墨烯。
所述的线性变换器的输入端设置有滤波电路。
所述超级电容的电容量以每次充电能够完成连续4次启动。
电极材料在0.09A/cm的电流密度下的面积比容为14.7F/cm2充放电5000次后比容保持率为91.1%。
实施例3
一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其技术方案如下：
一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其主要部件包括：超级电容器模块、线性变换器、普通蓄电池、充放电模块和启动电机；所述的超级电容模块由10个串联组成的超级电容器，电容能量检测电路和均压电路组成；所述的线性变换器设置有温度检测电路，用于检测线性变换器的温度；所述充放电模块、超级电容器模块与普通蓄电池串联，串联的正极接入充放电管理装置，超级电容和普通蓄电池串联的负极和启动马达相连；其特征在于所述的超级电容器模块使用一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料制备。
所述的一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料按照以下技术方案制备：
按照质量份数，将15.7份的磷酸、0.8份的溴化胺、0.5份的偏硅酸钠加入到50份的纯化水中，搅拌均匀配成电解液，然后将洗干净的镍片放在电解池的阳极，采用5.5V的电压氧化45min，生成氧化物薄膜；然后将镍片放入到水热反应釜中，加入2mol/L的氢氧化钠溶液120份，然后控温200℃，反应20h；完成反应后将镍片洗净备用；将0.5份的三维石墨烯， 1份的压电陶瓷粉末，分散到100份的碳酸丙烯酯，0.6份N-甲基咪唑磷钼酸盐， 0.5份1-丁基-3-甲基咪唑磷钨酸盐混合物中， 超声处理30min，得到石墨烯分散液，然后将处理好的镍片浸泡在石墨烯分散液10s，然后60℃烘干，重复7次，然后将镍片在120℃下真空干燥15h，即可得到所述的一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料。
所述的三维石墨烯按照以下方法制备：
按照质量份数，将5份的聚苯胺和3份的硝酸镍混合碾磨均匀，然后在氮气保护下升温至900℃，加热碳化8h；完成碳化后将得到的混合物加入到3mol/L的盐酸中，加热至70℃，反应30h，完成反应后过滤，洗涤，干燥，得到氮掺杂石墨烯，然后将石墨烯加入到100份的2mol/L 的氢氧化钠溶液中，室温搅拌90min，然后过滤、干燥，然后在氮气保护下，将干燥后所得固体于 1000℃， 进行烧结，即可得到所述的一种三维石墨烯。
所述的线性变换器的输入端设置有滤波电路。
所述超级电容的电容量以每次充电能够完成连续5次启动。
电极材料在0.09A/cm的电流密度下的面积比容为17.3F/cm2充放电5000次后比容保持率为92.5%。
实施例4
一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其技术方案如下：
一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其主要部件包括：超级电容器模块、线性变换器、普通蓄电池、充放电模块和启动电机；所述的超级电容模块由9个串联组成的超级电容器，电容能量检测电路和均压电路组成；所述的线性变换器设置有温度检测电路，用于检测线性变换器的温度；所述充放电模块、超级电容器模块与普通蓄电池串联，串联的正极接入充放电管理装置，超级电容和普通蓄电池串联的负极和启动马达相连；其特征在于所述的超级电容器模块使用一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料制备。
所述的一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料按照以下技术方案制备：
按照质量份数，将8.6份的磷酸、0.8份的溴化胺、0.1份的偏硅酸钠加入到50份的纯化水中，搅拌均匀配成电解液，然后将洗干净的镍片放在电解池的阳极，采用5.5V的电压氧化45min，生成氧化物薄膜；然后将镍片放入到水热反应釜中，加入2mol/L的氢氧化钠溶液80份，然后控温200℃，反应20h；完成反应后将镍片洗净备用；将0.1份的三维石墨烯， 1份的压电陶瓷粉末，分散到80份的碳酸丙烯酯， 0.6份N-甲基咪唑磷钼酸盐，0.01份1-丁基-3-甲基咪唑磷钨酸盐混合物中， 超声处理30min，得到石墨烯分散液，然后将处理好的镍片浸泡在石墨烯分散液5s，然后60℃烘干，重复3次，然后将镍片在120℃下真空干燥10h，即可得到所述的一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料。
所述的三维石墨烯按照以下方法制备：
按照质量份数，将5份的聚苯胺和3份的硝酸镍混合碾磨均匀，然后在氮气保护下升温至900℃，加热碳化8h；完成碳化后将得到的混合物加入到3mol/L的盐酸中，加热至70℃，反应30h，完成反应后过滤，洗涤，干燥，得到氮掺杂石墨烯，然后将石墨烯加入到100份的2mol/L 的氢氧化钠溶液中，室温搅拌90min，然后过滤、干燥，然后在氮气保护下，将干燥后所得固体于 1000℃， 进行烧结，即可得到所述的一种三维石墨烯。
所述的线性变换器的输入端设置有滤波电路。
所述超级电容的电容量以每次充电能够完成连续3次启动。
电极材料在0.09A/cm的电流密度下的面积比容为16.4F/cm2充放电5000次后比容保持率为91.8%。
对比例1
不加压电陶瓷粉末，其它同实施例1。
电极材料在0.09A/cm的电流密度下的面积比容为10.3F/cm2充放电5000次后比容保持率为86.2%。
对比例2
不加三维石墨烯，其它同实施例1。
电极材料在0.09A/cm的电流密度下的面积比容为7.2F/cm2充放电5000次后比容保持率为72.5%。
对比例3
不加N-甲基咪唑磷钼酸盐，其它同实施例1。
电极材料在0.09A/cm的电流密度下的面积比容为14.4F/cm2充放电5000次后比容保持率为88.6%。
对比例4
不加1-丁基-3-甲基咪唑磷钨酸盐，其它同实施例1。
电极材料在0.09A/cm的电流密度下的面积比容为15.1F/cm2充放电5000次后比容保持率为88.17%。

Claims (5)

1.一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其技术方案如下：
一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其主要部件包括：超级电容器模块、线性变换器、普通蓄电池、充放电模块和启动电机；所述的超级电容模块由5-10个串联组成的超级电容器，电容能量检测电路和均压电路组成；所述的线性变换器设置有温度检测电路，用于检测线性变换器的温度；所述充放电模块、超级电容器模块与普通蓄电池串联，串联的正极接入充放电管理装置，超级电容和普通蓄电池串联的负极和启动马达相连；其特征在于所述的超级电容器模块使用一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料制备。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其特征在于： 所述的一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料按照以下技术方案制备：
按照质量份数，将8.6-15.7份的磷酸、0.2-0.8份的溴化胺、0.1-0.5份的偏硅酸钠加入到40-50份的纯化水中，搅拌均匀配成电解液，然后将洗干净的镍片放在电解池的阳极，采用0.5-5.5V的电压氧化20-45min，生成氧化物薄膜；然后将镍片放入到水热反应釜中，加入0.1-2mol/L的氢氧化钠溶液80-120份，然后控温120-200℃，反应10-20h；完成反应后将镍片洗净备用；将0.1-0.5份的三维石墨烯，0.1-1份的压电陶瓷粉末，分散到80-100份的碳酸丙烯酯，0.01-0.6份N-甲基咪唑磷钼酸盐，0.01-0.5份1-丁基-3-甲基咪唑磷钨酸盐混合物中， 超声处理20-30min，得到石墨烯分散液，然后将处理好的镍片浸泡在石墨烯分散液5-10s，然后50-60℃烘干，重复3-7次，然后将镍片在100-120℃下真空干燥10-15h，即可得到所述的一种三维石墨烯/压电陶瓷电极材料。
3.根据权利要求2所述的一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其特征在于：所述的三维石墨烯按照以下方法制备：
按照质量份数，将0.5-5份的聚苯胺和0.1-3份的硝酸镍混合碾磨均匀，然后在氮气保护下升温至700-900℃，加热碳化3-8h；完成碳化后将得到的混合物加入到0.5-3mol/L的盐酸中，加热至50-70℃，反应20-30h，完成反应后过滤，洗涤，干燥，得到氮掺杂石墨烯，然后将石墨烯加入到50-100份的0.2-2 mol/L 的氢氧化钠溶液中，室温搅拌60-90min，然后过滤、干燥，然后在氮气保护下，将干燥后所得固体于 700-1000℃， 进行烧结，即可得到所述的一种三维石墨烯。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其特征在于：所述的线性变换器的输入端设置有滤波电路。
5.根据权利要求1所述的一种超级电容柴油机泵低温启动装置，其特征在于：所述超级电容的电容量以每次充电能够完成连续2-5次启动。
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