[发明专利]通用高压电容储能模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容储能模块，尤其是涉及一种通用高压电容储能模块。

背景技术

现有储能方法包括各类蓄电池和超级电容、其它储能方法等三大类。

蓄电池具有高储能密度、长放电时间、低漏电等特点，但存在动态特性差、寿命短、制造成本高、笨重、污染严重等问题。

超级电容具有高储能密度、较高动态特性，但也存在以下缺陷：高成本、低电压(<2V)，需多个电容串联以达到工作电压；N个电容串联导致可靠性差(≤1/N)，需额外均压电路以保安全；且储能密度已无增长空间。

蓄电池和超级电容两类储能装置均需采用额外的充、放电电路,将工作电压与储能电压隔离开来。

以上两类储能装置均为直接电能储能装置。

其它储能方法及装置如动能储能方法及装置、热能储能方法及装置等，均非直接电能储能装置，存在成本更高、储能密度低及效率低等问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种动态特性好，可靠性高，制造成本低，对环境污染小的通用高压电容储能模块。

本发明的技术方案是：其由储能电容、充电电路、放电电路、控制电路、高压过压检测电路、输入过压检测电路和输出欠压检测电路构成；

所述高压过压检测电路两端分别与储能电容两端电连接，充电电路两端亦分别与储能电容两端电连接，放电电路两端亦分别与储能电容两端电连接，储能电容一端接地，高压过压检测电路与控制电路电连接，控制电路与充电电路电连接，输入过压检测电路一端为电压输入端且与充电电路电连接，输入电压由电压输入端输入，输入过压检测电路另一端与控制电路电连接，输出欠压检测电路一端为电压输出端且与控制电路电连接，输出电压由电压输出端输出，放电电路与输出欠压检测电路电连接，控制电路一端接地，控制电路上设有充电控制端用于输入充电控制电压，控制电路上还设有放电控制端用于输入放电控制电压。

当充电控制端输入的充电控制电压为高电平且电压输入端输入电压高于标称输入电压时对储能电容充电储能。当放电控制端输入的放电控制电压为高电平且输出电压低于标称输出电压时对储能电容放电以保持输出电压稳定在标称值。

所述充电电路将电压输入端输入的输入电压升压来完成给储能电容充电的工作，充电电路的输入脉冲由控制电路根据输入电压与标称输入电压差产生，改变脉冲宽度或频率可控制充电速率，输入电压高于标称输入电压越多，脉冲频率越高，对应的充电速率越高，当输入电压低于标称值时充电电路停止工作。

所述放电电路将储能电容上的高压降压为输出电压，完成给储能电容放电的工作，放电电路的输入脉冲由控制电路根据输出电压与标称输出电压差产生，改变脉冲宽度和频率可控制放电速率，输出电压低于标称输出电压越多，脉冲频率越高，对应的放电速率越高，当输出电压高于标称值时放电电路停止工作。

所述高压过压检测电路用于检测储能电容的过压状态，以防储能电容因过压而损坏；当过压发生后, 高压过压检测电路将触发控制电路关闭充电电路，直到过压状态消失。

所述输入过压检测电路用于检测输入电压与标称电压压差，此压差作为控制电路输入以决定充电电路输入脉冲宽度或频率。

所述输出欠压检测电路用于检测输出电压与标称电压压差，此压差作为控制电路输入以决定放电电路输入脉冲宽度或频率。

所述控制电路用于控制充电电路和放电电路的脉冲宽度或频率，以利于控制充电和放电速率。

用户可通过控制电路设定通用高压电容储能模块的工作模式及状态:

工作模式：停止工作，充电，放电，充放电

充电速率控制：V1，频率1，V2，频率2，V3，频率3，… 

放电速率控制：V1，频率1，V2，频率2，V3，频率3，…

有(V1<V2<V3, 频率1<频率2<频率3)，频率I≤储能模块最大充放电频率；频率I是指频率1、频率2、频率3之中的任一个。

工作模式及状态预设于控制电路中，或者通过控制电路增设总线接口外接控制总线（Control Bus）实现，由用户实时控制工作模式及充放电速率。

若单个充电电路或放电电路因器件限制达不到用户所需充放电速率时，所述充电电路可由两个以上的充电电路构成，放电电路可由两个以上的放电电路构成。

按照目前的功率器件和MPU控制电路水平，完全可以将本发明高压电容储能模块的充、放电电路及控制电路小型化和模块化，并将电路成本控制在适当范围。