[發明專利]一種超級電容儲能緩沖型快速充電裝置

在審

• 申請號: 201610065699.9
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105529779A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 尹忠東;邢甲第;趙允剛;王帥;徐廣軍;李健
• 申請（專利權）人: 中鐵電氣化局集團有限公司;中鐵電氣工業有限公司;北京鐵電通聯環保科技有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于大功率電源技術領域，特別的提供了一種超級電容儲能 緩沖型快速充電裝置。能在不顯著增加電網造價前提下，實現超級電容 電動車輛的快速充電。

背景技術

能源危機和環境問題促使城市大力發展純電動公共交通工具已成必 然趨勢，其中采用超級電容作為動力的100％低地板城市輕軌電車全線無 觸網供電，爬坡能力強，轉彎半徑小，是當今世界最先進、研究最熱烈 的城市交通系統之一。

對于超級電容純電動低地板輕軌電車，保障行車區間內維持正常續 航的有效方式是在每個上下乘客的站點設置快速充電裝置為車載超級電 容進行充電。由于限定的充電時間短，一般在30-50秒之間，因此，短 時間內充電裝置輸出的充電電流可達幾千安培。如此大的電流對應的充 電功率將經由變電站的配電變壓器、開關設備、整流變壓器、整流器、 斬波器送至車載超級電容元件。因此電網為車輛充電提供的配電容量巨 大，不但成本高，占地面積大，而且間歇性的快速充電，使得電網接入 點的電能質量擾動非常嚴重。較為突出的影響是引起充電設備接入點電 壓波動和閃變、電壓暫降、整流器特征諧波以及較低的功率因數導致的 電壓偏差等。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超級電容儲能緩沖型快速充電裝置，基 于超級電容儲能型快速充電系統新型拓撲，在保證電動車輛快速充電前 提下，能顯著降低電力系統的充電配電容量，消除充電過程對電網的電 能質量擾動，在提高牽引供電可靠性、電能質量的同時，還能降低牽引 網建設成本，縮短建設周期。

本發明包括直流牽引網1、慢充環節2、緩沖儲能環節3、快充環節 4、車載超級電容5五部分；直流牽引網1的正負極饋線接至慢充環節 2的輸入側，慢充環節2的輸出側與緩沖儲能環節3相連，緩沖儲能環 節3的輸出連至快充環節4，快充環節4的輸出連至車載超級電容5，如 圖1所示。

直流牽引網1的輸出側的正極母線上串聯一個二極管，確保牽引網 充電功率只能流向充電負載的單向流動；慢充環節2由降壓斬波元件 IGBT、續流二極管和慢充電感構成，通過控制降壓斬波元件IGBT的通斷 狀態，靈活控制對下級緩沖儲能環節3的充電電流，從而有效控制充電 時間；緩沖儲能環節3由超級電容模組通過串并聯組合構成，形成一定 容量和耐壓的儲能系統；快充環節4由兩個快充模塊41、42并聯構成， 每個快充模塊又由三條并聯斬波支路及三個充電電感構成，每條斬波支 路由IGBT和續流二極管構成；車載超級電容5是車載充電負荷，根據系 統容量適應性，既能滿足一列車輛充電，也能滿足兩列車輛51、52同時 充電。

直流牽引網1通過慢充環節2對緩沖儲能環節3進行緩慢充電；緩 沖儲能環節3通過快充環節4對車載超級電容5進行快速充電。

構成快充環節4的兩個快充模塊41、42，互為冗余，當一路并聯快 充模塊出現故障需要檢修時，另外一路模塊能完全承擔快充任務，每個 快充模塊中的三條斬波支路，有一路為冗余支路，當三條支路中一條出 現故障時，另外兩條支路可完全承當快充任務。

本發明的優點在于，本發明提出了基于超級電容儲能型快速充電系 統新型拓撲，在保證電動車輛快速充電前提下，能顯著降低電力系統的 充電配電容量，消除充電過程對電網的電能質量擾動，在提高牽引供電 可靠性、電能質量的同時，還能降低牽引網建設成本，縮短建設周期。 同時主電路采用模塊化結構，具有可靠性高，冗余性好，可擴展性強的 特點。

附圖說明

圖1為本發明的主電路示意圖，其中，直流牽引網1、慢充環節2、 緩沖儲能環節3、快充環節4、車載超級電容5、快充模塊41、42、車輛 51、52。

具體實施方式

本發明包括直流牽引網1、慢充環節2、緩沖儲能環節3、快充環節 4、車載超級電容5五部分；直流牽引網1的正負極饋線接至慢充環節 2的輸入側，慢充環節2的輸出側與緩沖儲能環節3相連，緩沖儲能環 節3的輸出連至快充環節4，快充環節4的輸出連至車載超級電容5，如 圖1所示。

直流牽引網1的輸出側的正極母線上串聯一個二極管，確保牽引網 充電功率只能流向充電負載的單向流動；慢充環節2由降壓斬波元件 IGBT、續流二極管和慢充電感構成，通過控制降壓斬波元件IGBT的通斷 狀態，靈活控制對下級緩沖儲能環節3的充電電流，從而有效控制充電 時間；緩沖儲能環節3由超級電容模組通過串并聯組合構成，形成一定 容量和耐壓的儲能系統；快充環節(4)由兩個快充模塊41、42并聯構 成，每個快充模塊又由三條并聯斬波支路及三個充電電感構成，每條斬 波支路由IGBT和續流二極管構成；車載超級電容(5)是車載充電負荷， 根據系統容量適應性，既能滿足一列車輛充電，也能滿足兩列車輛51、 52同時充電。