CN102163859A - 一种超级电容间隙式充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超级电容间隙式充电系统，包括主控制器、电源转换模块、超级电容组模块、快速充电装置和车载电堆模块，所述的主控制器分别与所述的电源转换模块、快速充电装置和车载电堆模块相连；所述的电源转换模块的输入端与输入电源相连，输出端与所述的超级电容组模块的输入端相连；所述的超级电容组模块的输出端与所述的快速充电装置的输入端相连；所述的快速充电装置的输出端通过与主控制器相连的开关与所述的车载电堆模块的输入端相连；所述的车载电堆模块中设有间隙能量采集与分析子模块。本发明能够在实现大功率充电的同时实现优化的间隙式过程充电，以使充电电量达到最大化。

Description

一种超级电容间隙式充电系统

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，特别是涉及一种超级电容间隙式充电系统。

背景技术

插电式纯电动汽车是通过地面充电机将电能充入车载的动力电池储能系统，车辆就是利用了充入的电能将电能转换成动能使车辆运行的。现有技术由于充电时的电流不能做到足够的大，因此，往往使整个充电过程显得过于缓慢，有的甚至需要数小时，虽然动力型锂电池或其它种类的电池具备快速充电的特征和能力，但很多应用受到充电装置瞬间大功率充电瓶颈的限制，从而无法在短时间内完成整个充电过程。

再者，充电机的能量取自于电网，研发大功率的充电装置，还受到电网瞬间能力的局限，一般的高效高功率的充电机，其电流在几百到数千安培，如此高的电流瞬间需求必然增加了电网输配电的压力和负担；在一个局域性充电场中，都是一个充电机面对着一辆车，在这些车辆同时启动充电过程的瞬间必然会造成电网的负荷冲击，严重时会使电网趋于瘫痪。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超级电容间隙式充电系统，能够在实现大功率充电的同时实现优化的间隙式过程充电。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种超级电容间隙式充电系统，包括主控制器、电源转换模块、超级电容组模块、快速充电装置和车载电堆模块，所述的主控制器分别与所述的电源转换模块、快速充电装置和车载电堆模块相连；所述的电源转换模块的输入端与输入电源相连，输出端与所述的超级电容组模块的输入端相连；所述的超级电容组模块的输出端与所述的快速充电装置的输入端相连；所述的快速充电装置的输出端通过与主控制器相连的开关与所述的车载电堆模块的输入端相连；所述的车载电堆模块中设有间隙能量采集与分析子模块。

所述的超级电容组模块的输出端与所述的快速充电装置的输入端之间还设有可控接触器；所述的可控接触器的控制端与所述的主控制器相连。

所述的主控制器由FPGA芯片和DSP芯片组成。

所述的电源转换模块为AC/DC电源模块或DC/DC电源模块。

所述的快速充电装置为由正激变换器构成的DC/DC电源模块。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明将提供瞬间功率电流的由超级电容来承担，传统电网线路只需提供能力范围的负荷即可，如此充分利用了超级电容所具有的高功率特征，将电网给予的能量先存放于超级电容中。同时利用超级电容的快速充电能力，结合利用硬件的动态监测，算法参数调节，以完成快速充电的过程，以使充电电量达到最大化。

附图说明

图1是本发明的结构方框图；

图2是本发明中快速充电装置的电路图；

图3是本发明中快速充电装置的原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种超级电容间隙式充电系统，如图1所示，包括主控制器1、电源转换模块3、超级电容组模块4、快速充电装置5和车载电堆模块7，所述的主控制器1分别与所述的电源转换模块3、快速充电装置5和车载电堆模块7相连；所述的电源转换模块3的输入端与输入电源2相连，输出端与所述的超级电容组模块4的输入端相连；所述的超级电容组模块4的输出端与所述的快速充电装置5的输入端相连；所述的快速充电装置5的输出端通过与主控制器1相连的开关9与所述的车载电堆模块7的输入端相连；所述的车载电堆模块7中设有间隙能量采集与分析子模块8。其中，主控制器1由FPGA芯片和DSP芯片组成，用于向电源转换模块3、快速充电装置5和车载电堆模块7发出控制信息，并采集上述装置或模块的数据，同时实现算法。电源转换模块3用于将输入电源2转换为直流电源，电源转换模块3为AC/DC电源模块或DC/DC电源模块，具体为何种电源模块取决于输入电源2，当输入电源2为交流电时，电源转换模块3为AC/DC电源模块，当输入电源2为直流电时，电源转换模块3为DC/DC电源模块。超级电容组模块4由多个串联的超级电容组成，用于将电源转换模块3转换后得到的直流电进行储存，由于多个串联的超级电容具有在瞬间释放数千安培电流的能力，从而可提供快速充电所必须的能量。快速充电装置5用于对车载电堆模块7进行充电，其充电过程有二大特征：第一，能实现快速、大功率、大能量的快充；第二，充电过程受控于车载电池管理系统提供的优化动态参数。车载电堆模块7由车载的超级电容和动力锂电池构成，用于为电动汽车提供动力源。间隙能量采集与分析子模块8由启动大电流的启动信号与算法相配合进行实施。即当有瞬间大功率电流启动时，间隙能量采集与分析子模块8将对充入电池的能量进行快速计量，并对计量到的数据进行分析得出优化的算法因子，主控制器1则给出下一个间隙周期的参数。开关9用于连通或断开快速充电装置5和车载电堆模块7之间的电流输送，当充电过程处于停滞间隙中时，开关9处于断路状态，以使电池具有高阻的外部特征，从而使车载电堆模块7的间隙过程更为充分。在为超级电容组模块4中的超级电容进行充电时，为了避免大功率的能量直接冲击快速充电装置5，需要在超级电容组模块4的输出端与快速充电装置5的输入端之间设有可控接触器6，该可控接触器6的控制端与主控制器1相连，当在为超级电容组模块4中的超级电容进行充电时，主控制器1控制该可控接触器6打开即可防止大功率的能量直接冲击快速充电装置5。

所述的快速充电装置为由正激变换器构成的DC/DC电源模块，其电路图如图2所示，图中，电压输入端通过RC滤波电路与Buck型DC/DC主回路的第三管脚相连；Buck型DC/DC主回路的第一管脚通过LC滤波电路与电压输出端相连。其原理图如图3所示。

本发明为了防止在充电过程中造成对电网的干扰和影响加入了超级电容组模块，在超级电容组模块加入后就能做到瞬间的大电流大功率输出，同时又植入了间隙充电的理念，在车载电堆模块(即车载电池的管理系统)中，将采集瞬间功率的启动电以及所接收的瞬间电量，并以此为基础，得到动态的优化参数值，从而进一步保证了充电过程的更加科学合理。

在启动充电过程的开始，首先由电网的电能实现对超级电容组模块中的超级电容进行充电，主控制器控制可控接触器处于断开状态，整个充电过程由预先设置的功率，实现低速充电。当超级电容组模块中的超级电容的电量被充满的时候，主控制器控制可控接触器闭合，并启动快速充电装置，充电系统实现瞬间的大电流、大功率的充电，其瞬间超级电容上的电流将可以达到数千安培，其峰值电流是可控可调，并得到系统的优化组合。车载电堆模块给出的信息是与当时电池的动态信息有关，其调节过程将受控于此。同时间隙能量采集与分析子模块检测到有瞬间大功率电流启动时，主控制器控制开关打开，以切断被充电的电池组，从而产生一个间隙过程，此时间隙能量采集与分析子模块将对充入电池的能量进行快速计量，并分析得出优化的算法因子，由主控制器给出下一个间隙周期的参数(即调节的间隙频率以及所控制的电流)，从而使充电电量达到最大化。

需要说明的是，快速充电装置在充电过程中同样也受限于超级电容组模块中超级电容的能量，当随着充电时间的推移，超级电容组模块中超级电容的电压和能量趋于下降态势，为了再次对超级电容补充能量，系统将控制电源转换模块进入运行状态，以满足在快速充电装置运行，此时只需适度提供小功率能量即可(其算法由主控制器实施)。

不难发现，本发明在充电机装置的瞬间可控充电能力从数百安培上升至上千安培时，在整个充电时段内可以根据电池的优化充电过程曲线对电池进行充电。本发明在快速的充电过程中，大电流、高功率的传递过程符合电池的优化曲线，在基本调节控制模式下实现间隙的时间可调、间隙的功率可调，而且其调整过程是基于前一个时段的充电电量为对比的，因此本发明利用了超级电容的快速充电能力，结合利用硬件的动态监测，算法参数调节，完成快速充电的过程。

Claims (5)

1.一种超级电容间隙式充电系统，包括主控制器(1)、电源转换模块(3)、超级电容组模块(4)、快速充电装置(5)和车载电堆模块(7)，其特征在于，所述的主控制器(1)分别与所述的电源转换模块(3)、快速充电装置(5)和车载电堆模块(7)相连；所述的电源转换模块(3)的输入端与输入电源(2)相连，输出端与所述的超级电容组模块(4)的输入端相连；所述的超级电容组模块(4)的输出端与所述的快速充电装置(5)的输入端相连；所述的快速充电装置(5)的输出端通过与所述的主控制器(1)相连的开关(9)与所述的车载电堆模块(7)的输入端相连；所述的车载电堆模块(7)中设有间隙能量采集与分析子模块(8)。

2.根据权利要求1所述的超级电容间隙式充电系统，其特征在于，所述的超级电容组模块(4)的输出端与所述的快速充电装置(5)的输入端之间还设有可控接触器(6)；所述的可控接触器(6)的控制端与所述的主控制器(1)相连。

3.根据权利要求1所述的超级电容间隙式充电系统，其特征在于，所述的主控制器(1)由FPGA芯片和DSP芯片组成。

4.根据权利要求1所述的超级电容间隙式充电系统，其特征在于，所述的电源转换模块(3)为AC/DC电源模块或DC/DC电源模块。

5.根据权利要求1所述的超级电容间隙式充电系统，其特征在于，所述的快速充电装置(5)为由正激变换器构成的DC/DC电源模块。

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