[發明專利]一種超級電容的雙向電流電壓可調的充放電系統

無效

• 申請號: 201410186935.3
• 申請日: 2014-05-05
• 公開（公告）號: CN103928966A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 韓煒;付成偉;閆文龍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;王恩遠

技術領域

本發明屬于超級電容充放電技術領域，具體涉及一種針對超級電容的雙向電流電壓可調的充放電系統。

背景技術

超級電容生產技術的成熟與超級電容應用研究的突飛猛進的發展，給新型電源儲存裝置帶來了可能。超級電容作為具有大功率密度的供能裝置，在未來有著不可替代的位置。但是超級電容組的充電需要一個電壓隨超級電容兩端電壓變化而變化的電源，這樣對超級電容充電電源的要求就變高了，而且充電電源的電壓要高于超級電容兩端電壓才能為超級電容充電；而且超級電容的放電也是隨著自身電壓的減小而功率密度也減小的，并且不能給高于超級電容自身電壓的裝置供電。

目前常用的方法是單向的升壓或降壓來實現超級電容的充電與放電。這樣就會造成超級電容的充電電源只能是電壓高于超級電容的電壓，超級電容的放電裝置要求的工作電壓只能是接近或低于超級電容的電壓。這樣不僅使超級電容的應用不夠靈活，而且也局限了超級電容的使用方式。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述背景技術的不足，提供一種針對超級電容的雙向電流電壓可調的充放電系統。該系統能夠消除超級電容充放電的局限，具有雙向、電流電壓可調、調控簡單的特點。

本發明所述的一種超級電容的雙向電流電壓可調充放電系統，由四個帶有反向二極管的IGBT模塊(Q1、Q2、Q3、Q4)、一個蓄流電感(L1)、兩個輸入輸出端中間儲能電容(C1、C2)、兩個電壓采集模塊(Vm1、Vm2)、兩個電流采集模塊(Cm1、Cm2)、兩個雙單元IGBT驅動模塊(D1、D2)和一個由意法半導體公司生產的STM32103VE微處理器(M1)組成。

微處理器的四個控制端通過兩個雙單元IGBT驅動模塊連接四個IGBT模塊的控制輸入端，微處理器的信號采集端分別連接兩個電壓采集模塊和兩個電流采集模塊。IGBT模塊在斷開狀態時相當于一個反向二極管，即正向截止，反向導通；IGBT模塊在導通狀態時與導線的作用相同。蓄流電感在系統中作為在變壓時的中間蓄流部分。兩個輸入輸出端中間儲能電容在系統中作為中間儲能和輸入輸出濾波部分，使輸入輸出更為平滑。而兩個電壓采集模塊和兩個電流采集模塊則是對整個系統的進出端口進行監控的部分。微處理器則根據反饋的輸入電壓電流和輸出電壓電流，來控制四個IGBT的開通和關斷，進而協調輸入電壓電流和輸出電壓電流的關系。

本發明的工作原理是：在此充放電系統的輸入端與輸出端分別加入電壓采集模塊和電流采集模塊，然后實時監測輸入端與輸出端的電壓與電流。根據具體項目的要求以及實時的反饋信息對系統的工作狀態進行切換，或者是BUCK降壓電路，或者是BOOST升壓電路，亦或者是反向的BUCK降壓電路或反向的BOOST升壓電路。通過改變微處理器M1控制四個IGBT模塊開關信號的頻率和導通占空比，系統可做到恒流輸出、恒流輸入、恒壓輸出、恒壓輸入、恒功率輸出和恒功率輸入。這樣本系統在復雜的工況下，就可以靈活的應用。

本發明充放電方法及其實現系統的應用，其突出效果為：采用數量較少的器件既可實現對超級電容寬電壓范圍的充放電的目的，避免了充放電電壓和阻抗不匹配而造成的電源或功率器件的損壞的問題。

附圖說明：

圖1：本發明的整體設計結構示意圖；

圖2：本發明在充電電壓高于超級電容電壓時IGBT模塊Q1閉合的充電電路結構示意圖。

圖3：本發明在充電電壓高于超級電容電壓時IGBT模塊Q1斷開的充電電路結構示意圖。

圖4：本發明在充電電壓低于超級電容電壓或充電電壓不足以維持超級電容恒流狀態充電時IGBT模塊Q4閉合的充電電路結構示意圖。

圖5：本發明在充電電壓低于超級電容電壓或充電電壓不足以維持超級電容恒流狀態充電時IGBT模塊Q4斷開的充電電路結構示意圖。

圖6：本發明在放電電壓要求比超級電容電壓低時IGBT模塊Q2閉合的放電電路示意圖。

圖7：本發明在放電電壓要求比超級電容電壓低時IGBT模塊Q2斷開的放電電路示意圖。

圖8：本發明在放電電壓要求比超級電容電壓高時IGBT模塊Q3閉合的放電電路示意圖。

圖9：本發明在放電電壓要求比超級電容電壓高時IGBT模塊Q3斷開的放電電路示意圖。

圖10：本發明中電壓采集模塊的原理圖。

圖11：本發明在系統供電來自50V恒壓源的狀態下，系統20A恒流為超級電容組充電的超級電容組電壓變化示意圖。