CN110341484B - 超级电容储能电源保护方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超级电容储能电源保护方法及系统，属于有轨电车技术领域，超级电容储能电源保护系统包括设置在超级电容的正负极的直流接触器常开触点，和直流接触器的控制电路，正常情况下，直流接触器导通超级电容的正负极与其它电路的连接；在超级电容出现严重故障后，通过直流接触器断开超级电容的正负极与其它电路的连接，避免超级电容发生严重故障后，再继续对超级电容充电或放电，致使超级电容故障严重度加重，进而损坏超级电容。

Description

超级电容储能电源保护方法及系统

技术领域

本发明涉及有轨电车技术领域，更具体地说，涉及超级电容储能电源保护方法及系统。

背景技术

有轨电车是采用电力驱动并在轨道上行驶的轻型轨道交通车辆。有轨电车是一种公共交通工具，亦称路面电车，属轻铁的一种。有轨电车以电力驱动，车辆不会排放废气，因而是一种无污染的环保交通工具。

目前，超级电容储能电源是有轨电车的主要动力源。超级电容储能电源包含超级电容和储能电源管理单元等部件。在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：超级电容具有电池特性，在充放电过程中都会产生热量。当超级电容温度过高或单体严重过充时，超级电容单体会有泄压阀被冲开而漏液的风险；当超级电容单体严重过放，会导致超级电容单体寿命终结。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种超级电容储能电源保护方法及系统，欲实现在超级电容发生超温、单体过压或单体低压故障时，断开超级电容与动力高压回路连接，进而保护超级电容的目的。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种超级电容储能电源保护系统，包括：直流接触器、继电器、储能电源管理单元和整车控制器；

所述直流接触器的第一常开触点连接在超级电容的正极；

所述直流接触器的第二常开触点连接在所述超级电容的负极；

所述直流接触器的线圈和所述继电器的触点串联后一端接地，另一端连接所述整车控制器的控制端；

所述继电器的一端接地，所述继电器的另一端连接所述储能电源管理单元的控制端；

所述储能电源管理单元与所述整车控制器通信连接。

可选的，所述继电器的触点为常闭触点。

可选的，所述继电器的触点为常开触点。

可选的，上述超级电容储能电源保护系统，还包括：连接在所述继电器的触点与所述直流接触器的线圈之间的三档选择开关；

所述三档选择开关的公共端连接所述直流接触器的线圈，所述三档选择开关的第一档位端连接控制电源正极，所述三档选择开关的第二档位端连接所述继电器的触点，所述三档选择开关的第三档位端空接。

一种超级电容储能电源保护方法，基于上述超级电容储能电源保护系统，且所述继电器的触点为常闭触点，所述超级电容储能电源保护方法包括：

在所述储能电源管理单元上电启动后，控制所述储能电源管理单元的控制端输出低电平；

在所述整车控制器上电启动后，控制所述整车控制器的控制端输出高电平；

当所述储能电源管理单元检测到超级电容出现严重故障时，将故障信息发送至所述整车控制器，所述严重故障包括所述超级电容温度过高、所述超级电容的单体过充和所述超级电容的单体过放；

所述整车控制器在接收到所述故障信息时，判断超级电容储能电源负载是否卸载完成，若是，则控制所述整车控制器的控制端输出低电平。

一种超级电容储能电源保护方法，基于上述超级电容储能电源保护系统，且所述继电器的触点为常开触点，所述超级电容储能电源保护方法包括：

在所述储能电源管理单元上电启动后，控制所述储能电源管理单元的控制端输出高电平；

在所述整车控制器上电启动后，所述整车控制器的控制端输出高电平；

当所述储能电源管理单元检测到超级电容出现严重故障时，将故障信息发送至所述整车控制器，所述严重故障包括所述超级电容温度过高、所述超级电容的单体过充和所述超级电容的单体过放；

所述整车控制器在接收到所述故障信息时，判断超级电容储能电源负载是否卸载完成，若是，则控制所述整车控制器的控制端输出低电平。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的一种超级电容储能电源保护方法及系统，系统包括设置在超级电容的正负极的直流接触器常开触点，和直流接触器的控制电路，正常情况下，直流接触器导通超级电容的正负极与其它电路的连接；在超级电容出现严重故障后，通过直流接触器断开超级电容的正负极与其它电路的连接，进而保护了超级电容。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一超级电容储能电源保护系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种超级电容储能电源保护方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的另一种超级电容储能电源保护系统的示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种超级电容储能电源保护方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的又一种超级电容储能电源保护系统的示意图。

具体实施方式

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。

参见图1，为本实施例提供的一种超级电容储能电源保护系统，包括：直流接触器K2、继电器K1、储能电源管理单元U1和整车控制器U2。

直流接触器K2的第一常开触点连接在超级电容C的正极。直流接触器K2的第二常开触点连接在超级电容C的负极。直流接触器K2的线圈和继电器K1的常闭触点串联后一端接地，另一端连接整车控制器U2的控制端。继电器U1的一端接地，继电器U2的另一端连接储能电源管理单元U1的控制端。

储能电源管理单元U1与整车控制器U2通信连接。

图1提供的超级电容储能电源保护系统，在超级电容C正常情况下，储能电源管理单元U1的控制端输出低电平，整车控制器U2的控制端输出高电平。在超级电容C发生严重故障时，可以控制储能电源管理单元U1的控制端输出高电平时，继电器K1的线圈得电，使得继电器K1的常闭触点断开，进而使得直流接触器K2的线圈失电，直流接触器K2的常开触点断开，断开了超级电容C与其它电路之间的连接，保护了超级电容C。

在超级电容C发生严重故障时，还可以直接控制整车控制器U2的控制端输出低电平，直流接触器K2的线圈失电，进而使得直流接触器K2的常开触点断开，断开了超级电容C与其它电路之间的连接，保护了超级电容C。

参见图2，示出了基于图1的超级电容储能电源保护系统的一种超级电容储能电源保护方法，该方法包括步骤：

S21：储能电源管理单元U1上电启动后，控制自身的控制端输出低电平。

储能电源单元U1的控制端向继电器K1的线圈输出低电平，则连接在整车控制器U2的控制回路中的继电器K1的常闭触点仍为闭合状态。

S22：整车控制器U2上电启动后，控制自身的控制端输出高电平。

整车控制器U2的控制端向接触器K2的线圈输出高电平，此时控制回路中的继电器K1的常闭触点为闭合状态，因此，接触器K2的线圈得电。与超级电容C的正负极连接的接触器K2的常开触点闭合，使得超级电容C与其它电路接通，可以为超级电容C充电，或者超级电容C为车辆驱动提供电能。

S23：当储能电源管理单元U1检测到超级电容C出现严重故障时，将故障信息发送至整车控制器U2。

超级电容C的严重故障包括超级电容C温度过高、超级电容C的单体过充和超级电容C的单体过放。

S24：整车控制器U2在接收到储能电源管理单元U1发送的故障信息时，判断超级电容储能电源负载是否卸载完成，若是，则控制自身的控制端输出低电平。

整车控制器U2的控制端输出低电平后，接触器K2的线圈失电，与超级电容C的正负极连接的接触器K2的常开触点断开，使得超级电容C与其它电路断开，避免超级电容C发生严重故障后，再继续对超级电容C充电或放电，致使超级电容C故障严重度加重，进而损坏超级电容C。

整车控制器U2结合车辆的其它控制器的情况判断超级电容储能电源负载是否卸载。超级电容储能电源负载指的是牵引逆变器和牵引电机，牵引逆变器控制牵引电机。牵引逆变器给整车控制器U2发出超级电容储能电源负载是否卸载的信号。

为了避免整车控制器U2的控制端故障，无法控制接触器K2。在判断出超级电容储能电源负载完成卸载后，整车控制器U2还可以向储能电源管理单元U1发送断开命令；储能电源管理单元U1接收到整车控制器U2发送的断开命令后，控制其自身的控制端输出高电平。继电器K1的线圈得电，使得串联在整车控制器U2的控制回路中的继电器K1的常闭触点断开，进而使得直流接触器K2的线圈失电，直流接触器K2的常开触点断开，断开了超级电容C与其它电路之间的连接，保护了超级电容C。

为了避免整车控制器U2和储能电源管理单元U1之间通信故障，引起储能电源管理单元U1无法接到允许整车控制器U2的断开命令，进而导致储能电源管理单元U1不能及时通过继电器K1控制接触器K2。储能电源管理单元U1将故障信息发送至整车控制器U2后，开始计时，判断在预设时间内是否接收到整车控制器U2发送的断开命令，若否，则控制其自身的控制端输出高电平。

储能电源管理单元U1将故障信息发送至整车控制器U2后，还实时检测超级电容C的严重故障是否消失，若超级电容C的严重故障消失，则向整车控制器U2发送允许接触器闭合命令，并控制其自身的控制端输出低电平。

整车控制器U2在接收到储能电源管理单元U1发送的允许接触器闭合命令时，判断超级电容储能电源负载或整流器是否存在故障，若否，则控制其自身的控制端输出高电平。

超级电容储能电源负载是否存在故障的信号，也是由牵引逆变器给整车控制器U2发送的。整流器用于给超级电容C充电，整流器将其是否存在故障的信号发送至整车控制器U2。

参见图3，为本实施例提供的另一种超级电容储能电源保护系统，相对于图1示出的系统，将继电器K1的常闭触点替换为常开触点。在超级电容C正常情况下，储能电源管理单元U1的控制端输出高电平，整车控制器U2的控制端输出高电平。在超级电容C发生严重故障时，可以控制储能电源管理单元U1的控制端输出低电平时，继电器K1的线圈失电，使得继电器K1的常开触点断开，进而使得直流接触器K2的线圈失电，直流接触器K2的常开触点断开，断开了超级电容C与其它电路之间的连接，保护了超级电容C。

在超级电容C发生严重故障时，还可以直接控制整车控制器U2的控制端输出低电平，直流接触器K2的线圈失电，进而使得直流接触器K2的常开触点断开，断开了超级电容C与其它电路之间的连接，保护了超级电容C。

参见图4，示出了基于图3的超级电容储能电源保护系统的一种超级电容储能电源保护方法，该方法包括步骤：

S41：储能电源管理单元U1上电启动后，控制自身的控制端输出高电平。

储能电源单元U1的控制端向继电器K1的线圈输出高电平，则连接在整车控制器U2的控制回路中的继电器K1的常开触点为闭合状态。

S42：整车控制器U2上电启动后，控制自身的控制端输出高电平。

整车控制器U2的控制端向接触器K2的线圈输出高电平，此时控制回路中的继电器K1的常开触点为闭合状态，因此，接触器K2的线圈得电。与超级电容C的正负极连接的接触器K2的常开触点闭合，使得超级电容C与其它电路接通，可以为超级电容C充电，或者超级电容C为车辆驱动提供电能。

S43：当储能电源管理单元U1检测到超级电容C出现严重故障时，将故障信息发送至整车控制器U2。

超级电容C的严重故障包括超级电容C温度过高、超级电容C的单体过充和超级电容C的单体过放。

S44：整车控制器U2在接收到储能电源管理单元U1发送的故障信息时，判断超级电容储能电源负载是否卸载完成，若是，则控制自身的控制端输出低电平。

整车控制器U2的控制端输出低电平后，接触器K2的线圈失电，与超级电容C的正负极连接的接触器K2的常开触点断开，使得超级电容C与其它电路断开，避免超级电容C发生严重故障后，再继续对超级电容C充电或放电，致使超级电容C故障严重度加重，进而损坏超级电容C。

参见图5，为本实施例提供的又一种超级电容储能电源保护系统，相对于图1示出的系统，还包括：连接在继电器K1的常闭触点与直流接触器K2的线圈之间的三档选择开关K3。三档选择开关K3的公共端连接直流接触器K2的线圈，三档选择开关K3的第一档位端1连接控制电源正极，三档选择开关K3的第二档位端2连接继电器K1的常闭触点，三档选择开关K3的第三档位端3空接。

三档选择开关K3为手动开关，可以手动控制三档选择开关K3的公共端与第一档位端1、第二档位端2或第三档位端3连接。三档选择开关K3的公共端与第二档位端2连接时，整车控制器U2和储能电源管理单元U1按照图1示出的系统控制接触器K2。在超级电容C出现严重故障，且同时车辆处于极其危险的环境须紧急调动车辆运行时，可采用手动控制将三档选择开关K3的公共端与第一档位端1连接，接触器K2的线圈得电，接触器K2的常开触点闭合，超级电容C继续为其它电路供电，强制车辆继续紧急运行，且接触器K2不受整车控制器U2和储能电源管理单元U1的控制。在储能电源管理单元U1发生故障，或者储能电源管理单元U1与整车控制器U2的网络通信发生故障的情况下，司机若发现超级电容C有异常危险情况时，可手动控制将三档选择开关K3的公共端与第三档位端3连接，接触器K3的线圈失电，接触器K3的常开触点断开，且接触器K3不受整车控制器U2和储能电源管理单元U1的控制，避免因储能电源继续充放电而扩大故障严重度。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对本发明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 (6)

1.一种超级电容储能电源保护方法，其特征在于，基于一种超级电容储能电源保护系统，所述超级电容储能电源保护系统包括：直流接触器、继电器、储能电源管理单元和整车控制器；

所述直流接触器的第一常开触点连接在超级电容的正极；

所述直流接触器的第二常开触点连接在所述超级电容的负极；

所述直流接触器的线圈和所述继电器的触点串联后一端接地，另一端连接所述整车控制器的控制端；

所述继电器的一端接地，所述继电器的另一端连接所述储能电源管理单元的控制端；

所述储能电源管理单元与所述整车控制器通信连接；

所述继电器的触点为常闭触点；

所述超级电容储能电源保护方法包括：

在所述储能电源管理单元上电启动后，控制所述储能电源管理单元的控制端输出低电平；

在所述整车控制器上电启动后，控制所述整车控制器的控制端输出高电平；

当所述储能电源管理单元检测到超级电容出现严重故障时，将故障信息发送至所述整车控制器，所述严重故障包括所述超级电容温度过高、所述超级电容的单体过充和所述超级电容的单体过放；

所述整车控制器在接收到所述故障信息时，判断超级电容储能电源负载是否卸载完成，若是，则控制所述整车控制器的控制端输出低电平；

在判断出超级电容储能电源负载完成卸载后，还包括：

所述整车控制器向所述储能电源管理单元发送断开命令；

所述储能电源管理单元接收到所述断开命令后，控制所述储能电源管理单元的控制端输出高电平。

2.根据权利要求1所述的超级电容储能电源保护方法，其特征在于，所述储能电源管理单元将故障信息发送至所述整车控制器后，还包括：

所述储能电源管理单元判断在预设时间内是否接收到所述断开命令，若否，则控制所述储能电源管理单元的控制端输出高电平。

3.根据权利要求1所述的超级电容储能电源保护方法，其特征在于，所述储能电源管理单元将故障信息发送至所述整车控制器后，还包括：

当所述储能电源管理单元检测到所述超级电容的严重故障消失时，向所述整车控制器发送允许接触器闭合命令，并控制所述储能电源管理单元的控制端输出低电平；

所述整车控制器在接收到所述允许接触器闭合命令时，判断超级电容储能电源负载或整流器是否存在故障，若否，则控制所述整车控制器的控制端输出高电平。

4.一种超级电容储能电源保护方法，其特征在于，基于一种超级电容储能电源保护系统，所述超级电容储能电源保护系统包括：直流接触器、继电器、储能电源管理单元和整车控制器；

所述直流接触器的第一常开触点连接在超级电容的正极；

所述直流接触器的第二常开触点连接在所述超级电容的负极；

所述直流接触器的线圈和所述继电器的触点串联后一端接地，另一端连接所述整车控制器的控制端；

所述继电器的一端接地，所述继电器的另一端连接所述储能电源管理单元的控制端；

所述储能电源管理单元与所述整车控制器通信连接；

所述继电器的触点为常开触点；

所述超级电容储能电源保护方法包括：

在所述储能电源管理单元上电启动后，控制所述储能电源管理单元的控制端输出高电平；

在所述整车控制器上电启动后，所述整车控制器的控制端输出高电平；

当所述储能电源管理单元检测到超级电容出现严重故障时，将故障信息发送至所述整车控制器，所述严重故障包括所述超级电容温度过高、所述超级电容的单体过充和所述超级电容的单体过放；

所述整车控制器在接收到所述故障信息时，判断超级电容储能电源负载是否卸载完成，若是，则控制所述整车控制器的控制端输出低电平；

在判断出超级电容储能电源负载完成卸载后，还包括：

所述整车控制器向所述储能电源管理单元发送断开命令；

所述储能电源管理单元接收到所述断开命令后，控制所述储能电源管理单元的控制端输出低电平。

5.根据权利要求4所述的超级电容储能电源保护方法，其特征在于，所述储能电源管理单元将故障信息发送至所述整车控制器后，还包括：

所述储能电源管理单元判断在预设时间内是否接收到所述断开命令，若否，则控制所述储能电源管理单元的控制端输出低电平。

6.根据权利要求4所述的超级电容储能电源保护方法，其特征在于，所述储能电源管理单元将故障信息发送至所述整车控制器后，还包括：

当所述储能电源管理单元检测到所述超级电容的严重故障消失时，向所述整车控制器发送允许接触器闭合命令；

所述整车控制器在接收到所述允许接触器闭合命令时，判断超级电容储能电源负载或整流器是否存在故障，若否，则控制所述整车控制器的控制端输出高电平。

Images