[发明专利]基于双超级电容器模组的三级式高可靠性再生能量控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于电机驱动系统再生能量控制技术领域，具体涉及一种基于双超级电容器模组的三级式高可靠性再生能量控制方法及装置。

背景技术

再生能量的吸收技术与现状：由于驱动对象的一些特殊工况下回造成电动机工作在发电状态，导致再生能量反向流动的现象，即能量反向流经驱动器的逆变单元给逆变器直流侧的支撑电容充电，使直流母线电压出现一种泵升现象，这就是再生能量的产生。目前再生制动能量的吸收主要分为耗散式、能馈式和储能式三种，其中耗散式吸收方式由于其结构简单可靠、经济性好等优点应用最为广泛，而能馈式和储能式应用相对较少。能馈式需要增加高成本的复杂回馈装置将能量回馈至电网，且对电网有一定污染，因此只适用风力发电等网测交流供电的场合。储能式吸收多采用电池，电池的的能量密度比较高，可以在没有供电的情况下给电动车提供电源备份。但是，由于化学电池具有循环寿命有限、充放电效率低、充电速度慢以及污染环境等缺点，电池储能系统的使用受到很多限制。

超级电容器的发展与显著优点：超级电容是上世纪七、八十年代发展起来的一种新型的储能装置。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。超级电容器的突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽，可以有效地存储能量，具有很宽广的应用场合，尤为在再生能量的吸收存储方面具有出色的表现。

高可靠性再生能量控制装置的应用需求：随着科技文明的发展，再生能量控制装置的优化设计需求也在逐渐增加，如航空航天、新能源电动车、大功率机车牵引、节能电梯等方面在再生能量控制的高可靠性和节能环保应用等方面具有迫切要求。

在上述相关研究领域，中国专利CN102570568A公开了一种电动车刹车再生能量控制的充电与放电装置和方法，只是通过辅助充电电路进行再生能量的处理，未给出高效的能量存储装置。CN102616145A公开了一种基于超级电容器模组的电动车再生能量存储装置，采用阵列式超级电容器模组进行再生能量的存储吸收，但未能给出恶劣工况下再生能量的过剩能量处理方法以及超级电容器模组之间同时充放电使用的物理矛盾问题的解决方法。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于双超级电容器模组的三级式高可靠性再生能量控制方法及装置，解决持续性再生能量的过剩处理问题，单超级电容器模组的同时充、放电矛盾问题，极端情况持续性高功率输出问题，能量吸收效率的最大化以及有效能量再利用的低熵问题。

技术方案

一种基于双超级电容器模组的三级式高可靠性再生能量控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：电动机工作在发电状态时，将电动机产生的再生能量E_re反馈回直流母线，并将再生能量E_re存储在一个超级电容器模组SC1上，当超级电容器模组SC1存储的能量达到最大存储能量E_sc1m时完成第一级再生能量存储；

步骤2：再生能量E_re继续存储在另一个超级电容器模组SC2上，当超级电容器模组SC2存储的能量达到最大存储能量E_sc2时完成第二级再生能量存储；

如果超级电容器模组SC1上存储的再生能量被使用，使得SC1上存储的实时再生能量E_sc1＜E_sc1m时，再生能量E_re继续存储在超级电容器模组SC1上；

如果超级电容器模组之间满足E_sc1＝E_sc1m、且E_sc2＜E_sc2m，再生能量E_re存储在超级电容器模组SC2上；

步骤3：当超级电容器模组SC1和超级电容器模组SC2上的实时能量均达到最大值时，采用泄放设备将再生能量E_re进行吸收消耗，完成第三级再生能量控制；

所述超级电容器模组SC1和超级电容器模组SC2上存储的再生能量能够被电机或其他设备使用。

一种实现所述基于双超级电容器模组的三级式高可靠性再生能量控制方法的装置，其特征在于包括：第一超级电容器模组SC1、第二超级电容器模组SC2、逻辑开关组合、双余度双向DC/DC电路、控制电路、驱动电路、U0电压检测电路、U1电压检测电路和U2电压检测电路，连接关系为：