[实用新型]超级电容充电装置

说明书

技术领域

本实用新型是一种用于超级电容充电的装置，利用本装置对超级电容组进行充电，可以实现对超级电容两段式充电模式。该装置适用于宽交流电压输入的超级电容组的充电的装置。

背景技术

纯电动汽车的电源为电池，受电池本身特性的影响，电池耐受冲击能力弱，而超级电容器作为一种双电层电容器，由于特殊的原材料和制作方法使其具有较高的功率密度和效率，兼具电池与电容的双重特性，成为一种性能极佳的动力电源。超级电容器满足了市场对高频率、大强度、高循环次数、并符合环保政策的动力电源的需求，在电动汽车、电子电器、蓄能装置、太阳能等领域有着极好的发展前景。目前国内面向单纯应用于超级电容充电装置的生产单位几乎没有，无法满足动力系统对电容动力的快速需求，研制超级电容的充电装置具有重要意义。

因此，在致力于纯电动车电源的研究过程中，申请了关于纯电动汽车直流变换器的专利，其中在第201120157092.6号的纯电动汽车直流变换器专利中公开了宽输入的基于功率单元并联的纯电动车用直流变换器，主要由电性连接的输入控制继电器、功率并联单元、EMI处理单元、输出控制继电器以及控制和保护单元组成。该变换器的功率单元并联和脉冲控制芯片，使得变换器体积小，且能提高工作效率；能够按照输入电压的波动情况以及负载的变化特征，自动实现输出电压的稳压和环流抑制；出现短路故障时系统能够以最快的速度关闭功率器件的脉冲。然而，该直流变换器存在频繁的启动、关闭，极大的降低了直流变换器的可靠性；同时软启动功能使用有局限，输出开关控制模块易老化等问题，需要进一步优化工作模式和保护功能，提高可靠性和实用性。

于是通过优化后的第201220153122.0号专利中公开的纯电动汽车直流变换装置，其包括电性连接的输入开关控制模块、功率并联单元、EMI处理模块、控制和保护模块及与上述模块电性连接的信号采集模块、模式转换模块和驱动模块。该改进型纯电动汽车用直流变换装置，优化了直流变换器的工作模式、输入开关控制模块以及保护功能，装置的可靠性和适用性得到一定提高。

尽管做了上述的优化，但鉴于超级电容充电装置的生产在国内一直未形成成熟的技术，因而尚待从细节之处进一步的优化完善，以促进超级电容的产业化应用。

本实用新型即是研究在可变单相交流电压输入的情况下，基于电压馈电拓扑结构、电压模式控制以及前馈补偿控制的超级电容组的充电装置，对促进超级电容的产业化应用有明显重要的意义。

发明内容

本实用新型的目的在于针对超级电容充电或检测而设计的一种基于电流馈电拓扑结构、电压模式控制以及前馈补偿控制的超级电容组的充电装置。通过该装置能适用于不同电容组的充电，经过简单的参数匹配可以满足多种超级电容组充电要求，并确保该装置具有高效率和高可靠性。 

本实用新型是通过以下方案实现的：

上述的超级电容充电装置，包括电性连接的输入控制开关单元、EMI处理单元、信号采集单元、驱动单元以及控制和保护单元；其特征在于：所述超级电容充电装置还包括与上述单元电性连接的单相输入整流单元、电流馈电拓扑单元及输出开关控制单元；所述单相输入整流单元将单相交流电变成脉动较小的直流电；所述电流馈电拓扑单元实现将高压直流电压隔离变换成低压直流电压，实现将高压直流电压源转换成电流源后通过推挽全桥逆变、高频隔离以及整流滤波处理后得到低压直流电压。

输出开关控制单元对系统进行自检，状态检测正常后开关闭合，故障时根据保护工作模式状态对输出开关单元进行控制。

所述的超级电容充电装置，其中：所述单相输入整流单元的单相交流电压输入经过单相全桥不可控整流电路得到脉动的直流电压。

所述的超级电容充电装置，其中：所述控制和保护单元主要实现PWM脉冲的产生、恒压、恒流、输入过压保护、输入欠压保护、输出过流保护、短路保护、过热保护、充电过程控制以及电容状态监控功能。所述控制和保护单元采用闭环控制，在电流环控制中增加前馈补偿控制。所述闭环控制是在直流母线侧使用较小电容的情况下，对输入交流电压进行采样，将电压环输出、交流电压采样值以及电感电流作为乘法器的输入，乘法器的输出作为电流环的参考值。

所述的超级电容充电装置，其中：所述超级电容充电装置还包括输入开关驱动单元和输出开关驱动单元；所述输入开关驱动单元将所述控制和保护模块发出的控制信号进行隔离放大来控制所述输入开关控制单元；所述输出开关驱动单元将所述控制和保护单元发出的控制信号进行隔离放大来控制所述输出开关控制单元。