[實(shí)用新型]一種超級(jí)電容的雙向電流電壓可調(diào)的充放電系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420226850.9
• 申請(qǐng)日: 2014-05-05
• 公開（公告）號(hào): CN203850873U
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓煒;付成偉;閆文龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 張景林;王恩遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于超級(jí)電容充放電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)超級(jí)電容的雙向電流電壓可調(diào)的充放電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

超級(jí)電容生產(chǎn)技術(shù)的成熟與超級(jí)電容應(yīng)用研究的突飛猛進(jìn)的發(fā)展，給新型電源儲(chǔ)存裝置帶來了可能。超級(jí)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(jí)電容組的充電需要一個(gè)電壓隨超級(jí)電容兩端電壓變化而變化的電源，這樣對(duì)超級(jí)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(jí)電容兩端電壓才能為超級(jí)電容充電；而且超級(jí)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(jí)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(shí)現(xiàn)超級(jí)電容的充電與放電。這樣就會(huì)造成超級(jí)電容的充電電源只能是電壓高于超級(jí)電容的電壓，超級(jí)電容的放電裝置要求的工作電壓只能是接近或低于超級(jí)電容的電壓。這樣不僅使超級(jí)電容的應(yīng)用不夠靈活，而且也局限了超級(jí)電容的使用方式。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種針對(duì)超級(jí)電容的雙向電流電壓可調(diào)的充放電系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠消除超級(jí)電容充放電的局限，具有雙向、電流電壓可調(diào)、調(diào)控簡單的特點(diǎn)。

本實(shí)用新型所述的一種超級(jí)電容的雙向電流電壓可調(diào)充放電系統(tǒng)，由四個(gè)帶有反向二極管的IGBT模塊(Q1、Q2、Q3、Q4)、一個(gè)蓄流電感(L1)、兩個(gè)輸入輸出端中間儲(chǔ)能電容(C1、C2)、兩個(gè)電壓采集模塊(Vm1、Vm2)、兩個(gè)電流采集模塊(Cm1、Cm2)、兩個(gè)雙單元IGBT驅(qū)動(dòng)模塊(D1、D2)和一個(gè)由意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32103VE微處理器(M1)組成。

微處理器的四個(gè)控制端通過兩個(gè)雙單元IGBT驅(qū)動(dòng)模塊連接四個(gè)IGBT模塊的控制輸入端，微處理器的信號(hào)采集端分別連接兩個(gè)電壓采集模塊和兩個(gè)電流采集模塊。IGBT模塊在斷開狀態(tài)時(shí)相當(dāng)于一個(gè)反向二極管，即正向截止，反向?qū)?；IGBT模塊在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)與導(dǎo)線的作用相同。蓄流電感在系統(tǒng)中作為在變壓時(shí)的中間蓄流部分。兩個(gè)輸入輸出端中間儲(chǔ)能電容在系統(tǒng)中作為中間儲(chǔ)能和輸入輸出濾波部分，使輸入輸出更為平滑。而兩個(gè)電壓采集模塊和兩個(gè)電流采集模塊則是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)出端口進(jìn)行監(jiān)控的部分。微處理器則根據(jù)反饋的輸入電壓電流和輸出電壓電流，來控制四個(gè)IGBT的開通和關(guān)斷，進(jìn)而協(xié)調(diào)輸入電壓電流和輸出電壓電流的關(guān)系。

本實(shí)用新型的工作原理是：在此充放電系統(tǒng)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸入端與輸出端的電壓與電流。根據(jù)具體項(xiàng)目的要求以及實(shí)時(shí)的反饋信息對(duì)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)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(gè)IGBT模塊開關(guān)信號(hào)的頻率和導(dǎo)通占空比，系統(tǒng)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(tǒng)在復(fù)雜的工況下，就可以靈活的應(yīng)用。

本實(shí)用新型充放電方法及其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的應(yīng)用，其突出效果為：采用數(shù)量較少的器件既可實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)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：本實(shí)用新型的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：本實(shí)用新型在充電電壓高于超級(jí)電容電壓時(shí)IGBT模塊Q1閉合的充電電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3：本實(shí)用新型在充電電壓高于超級(jí)電容電壓時(shí)IGBT模塊Q1斷開的充電電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4：本實(shí)用新型在充電電壓低于超級(jí)電容電壓或充電電壓不足以維持超級(jí)電容恒流狀態(tài)充電時(shí)IGBT模塊Q4閉合的充電電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5：本實(shí)用新型在充電電壓低于超級(jí)電容電壓或充電電壓不足以維持超級(jí)電容恒流狀態(tài)充電時(shí)IGBT模塊Q4斷開的充電電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6：本實(shí)用新型在放電電壓要求比超級(jí)電容電壓低時(shí)IGBT模塊Q2閉合的放電電路示意圖。

圖7：本實(shí)用新型在放電電壓要求比超級(jí)電容電壓低時(shí)IGBT模塊Q2斷開的放電電路示意圖。

圖8：本實(shí)用新型在放電電壓要求比超級(jí)電容電壓高時(shí)IGBT模塊Q3閉合的放電電路示意圖。

圖9：本實(shí)用新型在放電電壓要求比超級(jí)電容電壓高時(shí)IGBT模塊Q3斷開的放電電路示意圖。

圖10：本實(shí)用新型中電壓采集模塊的原理圖。