CN108964233A - 超级电容组安全预充电系统及其充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及储能器安全技术领域，更具体地说，涉及超级电容组安全预充电系统及其充电方法，所述系统包括：为超级电容组充电的充电单元、检测超级电容组两端电压的检测单元，以及，为超级电容组进行预充电的预充电单元；所述充电单元与超级电容组两端并联；所述检测单元与超级电容组两端并联；所述预充电单元的一端与充电单元相连，另一端分别连接超级电容组和检测单元。本发明可以安全地为超级电容组进行充电，从而可以大量节约用电成本，降低能源损耗，提高港口经济效益。

Description

超级电容组安全预充电系统及其充电方法

技术领域

本发明涉及储能器安全技术领域，更具体地说，涉及超级电容组安全预充电系统及其充电方法。

背景技术

在港口散杂货以及集装箱装卸运输设备中，门式起重机、轮胎式集装箱门式起重机、岸边集装箱起重机等设备在工作时，其起升机构在载运货物下降过程中再生制动产生大量的电能，若在其工作电路中添加储能元件，通过回收起重机构下降所产生的势能并将这部分能量供起重机构上升或其他负载使用，可节约大量用电成本，降低能源损耗，提高港口经济效益。

根据能量回收装置储能元件的不同，可以分为电池型、超级电容型、飞轮储能型、锂电容储能型等。与其他储能元件相比，超级电容有功率密度高、动态性能好、寿命长等优点。作为储能装置，它在能量回收、功率补偿等方面有广泛的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有技术，提供超级电容组安全预充电系统及其充电方法，其可以安全地为超级电容组进行充电，从而可以大量节约用电成本，降低能源损耗，提高港口经济效益。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造超级电容组安全预充电系统，其特征在于，包括：为超级电容组充电的充电单元、检测超级电容组两端电压的检测单元，以及，为超级电容组进行预充电的预充电单元；

所述充电单元与超级电容组两端并联；

所述检测单元与超级电容组两端并联；

所述预充电单元的一端与充电单元相连，另一端分别连接超级电容组和检测单元。

在本发明中，充电单元为超级电容组进行充电。然而对于超级电容组：当超级电容长时间不用时，由于内耗能量致使其端电压很低，甚至为0，或者在维修时放电使电压为0，重新启动时电流会非常大，容易使控制器爆炸或者破坏超级电容器，所以需对其进行安全预充电处理。因此本发明中的预充电单元就可以对超级电容组进行预充电，从而增加了超级电容组充电的安全性。本发明中的检测单元用于检测超级电容组两端的电压，由此判断超级电容组是否需要进行预充电。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中系统的电路结构示意图；

图2是本发明实施例中方法的流程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，在本发明所述的超级电容组安全预充电系统，包括：为超级电容组1.11充电的充电单元、检测超级电容组1.11两端电压的检测单元，以及，为超级电容组1.11进行预充电的预充电单元；

所述充电单元与超级电容组1.11两端并联；

所述检测单元与超级电容组1.11两端并联；

所述预充电单元的一端与充电单元相连，另一端分别连接超级电容组1.11和检测单元。

在本发明中，充电单元为超级电容组进行充电。然而对于超级电容组：当超级电容长时间不用时，由于内耗能量致使其端电压很低，甚至为0，或者在维修时放电使电压为0，重新启动时电流会非常大，容易使控制器爆炸或者破坏超级电容器，所以需对其进行安全预充电处理。因此本发明中的预充电单元就可以对超级电容组进行预充电，从而增加了超级电容组充电的安全性。本发明中的检测单元用于检测超级电容组两端的电压，由此判断超级电容组是否需要进行预充电。

进一步地，所述检测单元包括：电压比较器1.9和电压检测器1.10；

所述电压检测器1.10并联在超级电容组1.11的两端；

所述电压比较器1.9一端与电压检测器1.10相连，另一端与预充电单元相连。

更进一步地，所述充电单元包括：动力源1.1和电流可控的整流装置1.2；

所述动力源1.1与整流装置1.2相连；

所述整流装置1.2与超级电容组1.11并联。

再进一步地，所述预充电单元包括：恒电流充电模块和恒功率充电模块；

所述恒电流充电模块的一端与整流装置1.2相连，另一端分别与电压比较器1.9和超级电容组1.11相连；

所述恒功率充电模块并联在恒电流充电模块的两端。

动力源1.1选择市电或柴油机发电组的一种，产生三相交流电，电压大约在380V左右。超级电容的单体工作电压不高，大多在1V-4V之间，要完成集装箱的起吊工作，需要将多个超级电容器串联形成超级电容组。并且超级电容器充电电流选择范围较大，超级电容器充电过程需要持续稳定的电流源提供电流输出。市电或柴油发电机组电压稳定、价格便宜，可以满足超级电容组预充电的需要。

还进一步地，所述恒电流充电模块包括：恒电流充电器1.4和1号接触器1.5；

所述恒电流充电器1.4的一端与整流装置1.2相连，另一端连接1号接触器1.5的一端；

所述1号接触器1.5的另一端分别与电压比较器1.9和超级电容组1.11相连。

又进一步地，所述恒功率充电模块包括：恒功率充电器1.6和2号接触器1.8；

所述恒功率充电器1.6的一端与整流装置1.2相连，另一端连接2号接触器1.8的一端；

所述2号接触器1.8的另一端与1号接触器1.5的另一端相连。

电压检测器1.10并联在超级电容组1.11两端，测试超级电容组1.11端电压的大小，并将超级电容组1.11的端电压U传输给电压比较器1.9。电压比较器1.9将端电压U与标准电压U1、U2进行对比。当U小于等于U1时，输出信号控制1号接触器闭合，2号接触器断开，接通含有恒流充电器1.4的电路。预充电过程保持小电流充电且稳定不变，发挥超级电容组快速高效充电的特性，同时避免超级电容组1.11产生内耗发热。当端电压U大于U1且小于U2时，电压比较器1.9输出信号控制2号接触器闭合，1号接触器断开，接通含有恒功率充电器1.6的电路，进行恒功率充电，随着超级电容端电压不断升高，充电电流不断减小，保证超级电容组充电过程的安全性。直到超级电容组1.11端电压达到标准电压U2，1号、2号接触器均断开，停止预充电过程。

在本实施例中，标准电压U1为超级电容组的功率达到起升机构电动机功率的一半时的电压值；标准电压值U2设定为实际工作需要的电压。

优选地，所述恒电流充电器1.4的两端并联有1号指示灯1.3。

优选地，所述恒功率充电器1.6的两端并联有2号指示灯1.7。

本实施例中，超级电容组安全高效预充电系统还包括与恒流充电器1.4并联的1号指示灯1.3，与恒功率充电器1.6并联的2号指示灯1.7，当超级电容组进行恒电流充电时，即1号接触器闭合，2号接触器断开，1号指示灯1.3亮起，2号指示灯1.7熄灭；当超级电容组进行恒功率充电时，即2号接触器闭合，1号接触器断开，1号指示灯1.3熄灭，2号指示灯1.7亮起。

如图2所示，本发明所述的超级电容组安全预充电系统的充电方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、电压检测器1.10检测超级电容组1.11两端的电压U；

步骤2、电压比较器1.9获取电压U后，与预设的标准电压U1和标准电压U2进行比较；

在设备工作之前设置好标准电压U1和U2；在本实施例中，标准电压U1为超级电容组的功率达到起升机构电动机功率的一半时的电压值；标准电压值U2设定为实际工作需要的电压；

步骤3、若U≤U1，则关闭恒功率充电模块，开启恒电流充电模块为超级电容组1.11充电；

步骤4、若U1＜U＜U2，则关闭恒电流充电模块，开启恒功率充电模块为超级电容组1.11充电；

步骤5、若U≥U2，则关闭恒功率充电模块和恒电流充电模块，启动动力源1.1，为超级电容组1.11充电。

当U≥U2时，预充电过程已经完成，所以开始对超级电容组1.11进行正式充电。

进一步地，所述关闭恒功率充电模块，开启恒电流充电模块，具体包括：

闭合1号接触器1.5，断开2号接触器1.8；

所述关闭恒电流充电模块，开启恒功率充电模块，具体包括：

闭合2号接触器1.8，断开1号接触器1.5。

电压比较器1.9判断电压U大小，若U小于等于标准电压U1，则闭合1号接触器1.5，断开2号接触器1.8，接通带恒电流充电器1.4的电路，进行恒流充电。这样就可以发挥超级电容组1.11快速高效充电的特性，同时避免超级电容组产生内耗发热。然后返回步骤1，进行循环。

若U大于标准电压U1，进行第二次判断，比较U与U2的大小。若U小于标准电压U2，则断开1号接触器1.5，闭合2号接触器1.8，接通带恒功率充电器1.6的电路，进行恒功率充电。这样就可以保证超级电容组充电过程的安全性。然后返回步骤1，进行循环。

若U大于标准电压U2，则预充电过程已经完成，断开1号与2号接触器。

在对超级电容进行预充电时，为防止流经超级电容及充电回路的电流过大，对其中的元器件造成损坏，一般会在预充电电路中添加一个与超级电容串联的限流电阻，保障流经超级电容的电流在一定范围内，进而保证超级电容的安全。然而，在添加了限流电阻的预充电电路中，由于限流电阻发热量较大，导致预充电装置的温度过高，降低了与充电装置的安全性及使用寿命都大幅度降低，造成了大量的损失。

因此，本发明的实施不仅解决了电流过大对元器件的损伤，还解决了在串联限流电阻时电路发热严重，安全性及使用寿命都大幅度降低的难题。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种超级电容组安全预充电系统，其特征在于，包括：为超级电容组(1.11)充电的充电单元、检测超级电容组(1.11)两端电压的检测单元，以及，为超级电容组(1.11)进行预充电的预充电单元；

所述充电单元与超级电容组(1.11)两端并联；

所述检测单元与超级电容组(1.11)两端并联；

所述预充电单元的一端与充电单元相连，另一端分别连接超级电容组(1.11)和检测单元。

2.根据权利要求1所述的超级电容组安全预充电系统，其特征在于，所述检测单元包括：电压比较器(1.9)和电压检测器(1.10)；

所述电压检测器(1.10)并联在超级电容组(1.11)的两端；

所述电压比较器(1.9)一端与电压检测器(1.10)相连，另一端与预充电单元相连。

3.根据权利要求2所述的超级电容组安全预充电系统，其特征在于，所述充电单元包括：动力源(1.1)和电流可控的整流装置(1.2)；

所述动力源(1.1)与整流装置(1.2)相连；

所述整流装置(1.2)与超级电容组(1.11)并联。

4.根据权利要求3所述的超级电容组安全预充电系统，其特征在于，所述预充电单元包括：恒电流充电模块和恒功率充电模块；

所述恒电流充电模块的一端与整流装置(1.2)相连，另一端分别与电压比较器(1.9)和超级电容组(1.11)相连；

所述恒功率充电模块并联在恒电流充电模块的两端。

5.根据权利要求4所述的超级电容组安全预充电系统，其特征在于，所述恒电流充电模块包括：恒电流充电器(1.4)和1号接触器(1.5)；

所述恒电流充电器(1.4)的一端与整流装置(1.2)相连，另一端连接1号接触器(1.5)的一端；

所述1号接触器(1.5)的另一端分别与电压比较器(1.9)和超级电容组(1.11)相连。

6.根据权利要求5所述的超级电容组安全预充电系统，其特征在于，所述恒功率充电模块包括：恒功率充电器(1.6)和2号接触器(1.8)；

所述恒功率充电器(1.6)的一端与整流装置(1.2)相连，另一端连接2号接触器(1.8)的一端；

所述2号接触器(1.8)的另一端与1号接触器(1.5)的另一端相连。

7.根据权利要求5所述的超级电容组安全预充电系统，其特征在于，所述恒电流充电器(1.4)的两端并联有1号指示灯(1.3)。

8.根据权利要求6所述的超级电容组安全预充电系统，其特征在于，所述恒功率充电器(1.6)的两端并联有2号指示灯(1.7)。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的超级电容组安全预充电系统的充电方法，其特征在于，所述方法包括：

电压检测器(1.10)检测超级电容组(1.11)两端的电压U；

电压比较器(1.9)获取电压U后，与预设的标准电压U1和标准电压U2(1.12)进行比较；

若U≤U1，则关闭恒功率充电模块，开启恒电流充电模块为超级电容组(1.11)充电；

若U1＜U＜U2，则关闭恒电流充电模块，开启恒功率充电模块为超级电容组(1.11)充电；

若U≥U2，则关闭恒功率充电模块和恒电流充电模块，启动动力源(1.1)，为超级电容组(1.11)充电。

10.根据权利要求9所述的超级电容组安全预充电系统的充电方法，其特征在于，所述关闭恒功率充电模块，开启恒电流充电模块，具体包括：

闭合1号接触器(1.5)，断开2号接触器(1.8)；

所述关闭恒电流充电模块，开启恒功率充电模块，具体包括：

闭合2号接触器(1.8)，断开1号接触器(1.5)。