CN103401292A - 一种储能电源的充电装置和充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能电源的充电方法和充电装置，充电装置包括：恒流充电电路，用于对所述储能电源进行恒电流充电；恒功率充电电路，用于对所述储能电源进行恒功率充电；控制模块，用于首先控制所述恒流充电电路对所述储能电源进行充电，然后再控制所述恒功率充电电路对所述储能电源进行充电。如此设置，本发明提供的储能电源的充电装置，其对系统及器件的容量要求较低，同时对器件电流耐受值的要求也较低。

Description

一种储能电源的充电装置和充电方法

技术领域

本发明涉及充电设备技术领域，尤其涉及一种储能电源的充电装置和充电方法。

背景技术

储能式轨道交通车辆是一种设置有储能电源的轨道车辆，利用轨道车辆的储能电源可以储存用于牵引动力的电能。储能式轨道交通车辆适用于频繁起停的城市交通，并且无需架设导线供电，与传统输电的轨道交通车辆相比，储能式轨道交通车辆可以节省传输线路的电能损耗。

储能式轨道交通车辆采用储能电源作为储能元件，每个车站内均设置有充电系统，每当车辆停止在站内时，站内充电系统对储能电源进行充电，由于车辆每次在站内停站的时间限制，通常情况下，车辆每次停站之后在站内的充电时间不超过30秒。

现有技术中，储能电源也成为超级电容，它是一种极大程度上模拟了电容的电压特性曲线且具有非常高的容值的新型能源器件，目前已有万法拉级的储能电源单体。储能电源无充放电记忆效应，允许上百万次充放电而不会有任何容量上的损失。此外，储能电源具有极低的等效串联电阻，这一特性使得储能电源能够实现大电流充放电。低等效串联电阻和几乎没有电流限制的特性使得超级电容对充电系统表现出“假短路”。

由于储能电源具有较低的等效串联电感，可以承受大电流的特性，目前储能电源充电方式采用开关模式充电电路恒流充电或者恒功率进行充电。

采用恒流充电的充电方式易引起储能电源的过充，且在这种大电流大功率应用场合，在充电后期充电功率很大，对充电器件的容量要求很高。而恒功率充电虽较恒流充电时间更快，但在充电初期充电电流过大，对充电器件大电流耐受能力要求要很高。

因此，如何在保证能够满足对充电时间的要求基础上，解决现有技术中储能电源充电时，对充电器件及系统的容量要求较高，以及对期间的大电流耐受能力要求较高的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明提供了一种储能电源的充电装置，其对系统及器件的容量要求较低，同时对器件电流耐受值的要求也较低。本发明还提供了一种储能电源的充电方法，同样其对系统及器件的容量要求较低，同时对器件电流耐受值的要求也较低。

本发明提供了一种储能电源的充电装置，包括：

恒流充电电路，用于对所述储能电源进行恒电流充电；

恒功率充电电路，用于对所述储能电源进行恒功率充电；

控制模块，用于首先控制所述恒流充电电路对所述储能电源进行充电，然后再控制所述恒功率充电电路对所述储能电源进行充电。

优选地，所述控制模块检测所述储能电源的充电电压值，并与预设电压值进行比较；当所述充电电压值小于所述预设电压值时，所述控制模块控制所述恒流充电电路对所述储能电源进行充电；当所述充电电压值等于或大于所述预设电压值时，所述控制模块控制所述恒功率充电电路对所述储能电源进行充电。

优选地，所述控制模块包括：

检测单元，用于检测所述储能电源的充电电压值；

比较单元，用于比较所述充电电压值与所述预设电压值的大小；

切换单元，用于切换所述恒流充电电路和所述恒功率充电电路对所述储能电源进行充电。

优选地，所述控制模块还包括预设电压值设置单元。

优选地，所述检测单元为检测电路，所述比较单元为比较器，所述切换单元为切换开关。

优选地，还包括用于输出直流电的整流模块，所述整流模块的输出端分别与所述恒流充电电路和所述恒功率充电电路的输入端相连接。

优选地，还包括变压器，所述变压器的输出端与所述整流模块的输入端相连接。

本发明还提供了一种储能电源的充电方法，包括步骤：

检测充电电压值，

检测所述储能电源的充电电压值；

判断所述储能电源的充电电压值是否达到预设电压值，

若所述储能电源的充电电压小于所述预设电压值，则恒流充电，

若所述储能电源的充电电压值等于或大于所述预设电压值，则对所述储能电源进行恒功率充电。

按照本发明提供的储能电源的充电方法，由于充电初期，储能电源的充电电压较低，采用恒电流充电，即对储能电源的充电电流恒定不变，避免了因采用恒功率充电，充电初期电流过大，进而对充电器件的大电流耐受能力要求较高的问题；而随着充电的进行，储能电源的充电电压逐渐增加，当储能电源的充电电压值达到预设电压值时，则切换为恒功率充电，即对储能电源的充电功率不变，由于储能电源的充电电压逐渐增加，故其充电电流是逐渐减小的，进而避免了因采用恒流充电，而导致充电后期充电功率过大，进而对充电器件的电容量要求较高的问题。

本发明提供的充电装置，包括：恒流充电电路，用于对所述储能电源进行恒电流充电；恒功率充电电路，用于对所述储能电源进行恒功率充电；控制模块，用于首先控制所述恒流充电电路对所述储能电源进行充电，然后再控制所述恒功率充电电路对所述储能电源进行充电。

当充电初期，控制模块控制恒流充电电路对储能电源进行充电；当充电后期，控制模块控制恒流充电电路停止对储能电源的充电，并切换至恒功率充电电路对储能电源进行充电。同样，本发明提供的充电装置，其对系统及器件的容量要求较低，同时对器件电流耐受值的要求也较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式中充电方法的流程示意图；

图2为本发明一种具体实施方式中充电装置的原理图；

图3为本发明具体实施方式中BUCK变换器等效电路示意图。

具体实施方式

本具体实施方式提供了一种储能电源的充电方法，其对系统及器件的容量要求较低，同时对器件电流耐受值的要求也较低。本具体实施方式还提供了一种储能电源的充电装置，同样，其对系统及器件的容量要求较低，同时对器件电流耐受值的要求也较低。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明具体实施方式中充电方法的流程示意图。

本具体实施方式提供的一种储能电源的充电方法，包括步骤：

检测充电电压值，

检测所述储能电源的充电电压值；

判断所述储能电源的充电电压值是否达到预设电压值，

若所述储能电源的充电电压小于所述预设电压值，则恒流充电，

若所述储能电源的充电电压值等于或大于所述预设电压值，则对所述储能电源进行恒功率充电。

按照本具体实施方式提供的储能电源的充电方法，由于充电初期，储能电源的充电电压较低，采用恒电流充电，即对储能电源的充电电流恒定不变，避免了因采用恒功率充电，充电初期电流过大，进而对充电器件的大电流耐受能力要求较高的问题；而随着充电的进行，储能电源的充电电压逐渐增加，当储能电源的充电电压值达到预设电压值时，则切换为恒功率充电，即对储能电源的充电功率不变，由于储能电源的充电电压逐渐增加，故其充电电流是逐渐减小的，进而避免了因采用恒流充电，而导致充电后期充电功率过大，进而对充电器件的电容量要求较高的问题。

本具体实施方式还提供了一种充电装置，包括用于对储能电源进行恒电流充电的恒流充电电路、用于对储能电源进行恒功率充电恒功率充电电路，以及用于首先控制所述恒流充电电路对所述储能电源进行充电，然后再控制所述恒功率充电电路对所述储能电源进行充电的控制模块。

如此设置，在充电初期，控制模块可以控制恒流充电电路对储能电源进行充电；在充电后期，控制模块可以控制恒流充电电路停止对储能电源的充电，并切换至恒功率充电电路对储能电源进行充电。如此设置，本具体实施方式提供的充电装置，其对系统及器件的容量要求较低，同时对器件电流耐受值的要求也较低。

优选地，控制模块可以为如下所述的控制模块，控制模块检测储能电源的充电电压值，并与预设电压值进行比较；当充电电压值小于预设电压值时，控制模块控制恒流充电电路对储能电源进行充电；当充电电压值等于或大于预设电压值时，控制模块控制恒功率充电电路对储能电源进行充电。

控制模块可以包括：

检测单元，用于检测储能电源的充电电压值；

比较单元，用于比较充电电压值与预设电压值的大小；

切换单元，用于切换恒流充电电路和恒功率充电电路对储能电源进行充电，

预设电压设置单元，用于设置预设电压值。

需要说明的是，上述检测单元可以具体为检测电路，比较单元可以为比较器，切换单元为切换开关；当然，上述检测单元、比较单元及切换单元的功能也可由软件执行。

作为优选及举例，本具体实施方式提供的充电装置还可以包括用于输出直流电的整流模块，整流模块的输出端分别与恒流充电电路和恒功率充电电路的输入端相连接。

如此设置，整流模块能够将高压电网提供的交流电转换为直流电，以满足储能电源对的充电电流要求，同时，整流模块具有提高输入功率因数、降低电流谐波的作用。

此外，本具体实施方式提供的充电装置，还可以包括用于变压器，变压器的输出端与整流模块的输入端相连接。如此设置，能够将高压电网的高压电转换为适用于储能电源的电压。

上述具体实施方式中所述的充电装置，其具体设置方式可如下所述。请参考图2，图2为本发明一种具体实施方式中充电装置的原理图。

作为举例，该充电装置可以包括两组独立的输出，每组输出分别包含一个共用的变压器和两组充电机。变压器1组输入、4组输出，输入为Y接线方式，4组输出分别为两组△接线方式和两组Y接线方式，作为举例，变压器输入可以为电网三相10kV，输出为AC860V，起到隔离高压电网作用，其输出为充电机的输入电压，总容量为1700kVA。

图2中，Ｄ1～D12组成12脉波整流器对输入的两组AC900V整流输出直流电。由于采用12相整流，输出直流电压纹波频率较6脉波整流提高了1倍，电压纹波值减小。同时使该充电机具有输入功率因数高，电流谐波含量低等优点。

C1、Q1、D13、L2构成BUCK电路，C1作为BUCK的输入电容，为BUCK电路提供开关电流，Q1是开关管，D13是续流二极管，L2是储能电感，开关管Q1导通时，前级整流器和电容C1、C2共同为BUCK电路提供电流，续流二极管关断，储能电感储存能量。开关关断时，前级整流器通过电感L1对C1充电，续流二极管导通，电感L1释放能量。

充电机两组充电柜通过前级整流，实现对储能式轻轨车的充电。

BUCK变换器等效电路图见图3，使用充电电流内环和充电电压外环双闭环控制，当储能电源电压比较低时，充电电压电压瞬时值输出值饱和，限幅后作为电感电流的给点，此时储能电源处于恒流限压充电状态，当超级电容电压达到预定值，通过充电电流峰值内环控制，调节占空比来调节输出电压，使得输出电压和输出电流乘积(即输出功率)保持不变，此时储能电源处于恒功率充电状态。

如此设置，当要求充电时间不大于30S，充电范围400V-900V，储能电源电容值120F时，按照本发明提供的充电方式、恒流充电方式和恒功率充电方式三种充电方式在同等系统容量要求（1620KW）的前提进行对比，对比结果见下表1：

表1

经比较可见，在同容量需求下，本发明的恒流限压加恒功率充电方法，在充电初期，充电电流比恒功率充电方式要小很多，比恒流充电方式更快捷。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种储能电源的充电装置，其特征在于，包括：

恒流充电电路，用于对所述储能电源进行恒电流充电；

恒功率充电电路，用于对所述储能电源进行恒功率充电；

控制模块，首先控制所述恒流充电电路对所述储能电源进行充电，然后再控制所述恒功率充电电路对所述储能电源进行充电。

2.如权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述控制模块检测所述储能电源的充电电压值，并与预设电压值进行比较；当所述充电电压值小于所述预设电压值时，所述控制模块控制所述恒流充电电路对所述储能电源进行充电；当所述充电电压值等于或大于所述预设电压值时，所述控制模块控制所述恒功率充电电路对所述储能电源进行充电。

3.如权利要求2所述的充电装置，其特征在于，所述控制模块包括：

检测单元，用于检测所述储能电源的充电电压值；

比较单元，用于比较所述充电电压值与所述预设电压值的大小；

切换单元，用于切换所述恒流充电电路和所述恒功率充电电路对所述储能电源进行充电。

4.如权利要求3所述的充电装置，其特征在于，所述控制模块还包括预设电压值设置单元。

5.如权利要求3所述的充电装置，其特征在于，所述检测单元为检测电路，所述比较单元为比较器，所述切换单元为切换开关。

6.如权利要求3所述的充电装置，其特征在于，还包括用于输出直流电的整流模块，所述整流模块的输出端分别与所述恒流充电电路和所述恒功率充电电路的输入端相连接。

7.如权利要求6所述的充电装置，其特征在于，还包括变压器，所述变压器的输出端与所述整流模块的输入端相连接。

8.一种储能电源的充电方法，其特征在于，包括步骤：

检测充电电压值，

检测所述储能电源的充电电压值；

判断所述储能电源的充电电压值是否达到预设电压值，

若所述储能电源的充电电压小于所述预设电压值，则恒流充电，

若所述储能电源的充电电压值等于或大于所述预设电压值，则对所述储能电源进行恒功率充电。

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