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的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电机驱动系统再生能量控制技术领域，具体设及一种基于双超级电容 器模组的=级式高可靠性再生能量控制方法及装置。
【背景技术】
[0002] 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累升现象，该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=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W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W及污染环境等缺点，电池储能系统的使用受到很多限制。
[0003] 超级电容器的发展与显著优点；超级电容是上世纪走、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W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。
[0004] 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。
[0005] 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W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】
[0006] 要解决的技术问题
[0007] 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=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W 及有效能量再利用的低滴问题。
[000引技术方案
[0009] 一种基于双超级电容器模组的=级式高可靠性再生能量控制方法，其特征在于步 骤如下：
[0010] 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Ef。反馈回直流母线， 并将再生能量Ef。存储在一个超级电容器模组SCI上，当超级电容器模组SCI存储的能量达 到最大存储能量Ewim时完成第一级再生能量存储；
[0011] 步骤2 ;再生能量Ef。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氏。2时完成第二级再生能量存储；
[0012] 如果超级电容器模组SCI上存储的再生能量被使用，使得SCI上存储的实时再生 能量氏。1<E 时，再生能量EU继续存储在超级电容器模组SCI上；
[001引如果超级电容器模组之间满足氏。1=Eseim、且氏。2<Es。。，再生能量Ere存储在超级 电容器模组SC2上；
[0014] 步骤3 ;当超级电容器模组SCI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Ef。进行吸收消耗，完成第=级再生能量控制；
[0015] 所述超级电容器模组SCI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。
[0016] 一种实现所述基于双超级电容器模组的=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SCI、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：
[0017] 第一超级电容器模组SCI和第二超级电容器模组SC2的正端分别与逻辑开关组合 中K3和K4相连，超级电容器模组SCI和SC2的负端与电能输出接口的负端、泄放设备的负 端、双余度双向DC/DC电路的LGND相连，通过双余度双向DC/DC电路和不同配置的逻辑开 关完成直流母线DC_BUS与超级电容器模组之间能量的双向流动；超级电容器模组SCI和 SC2同时与控制电路相连，发送模组中的均衡电路的故障信号和状态信号给控制电路；
[001引双余度双向DC/DC电路高压侧与直流母线DC_BUS相连；HOA为A通道高压输出， 与开关S的主控端连接；HOB为B通道高压输出，与开关S的常开触点连接；HGND为通道高 压输出负端，与DC_BUS负端连接；双余度双向DC/DC电路低压侧与逻辑开关组合设备相连； L0A为A通道低压输出，与开关K1相连；L0B为B通道低压输出，与开关K2相连；LGND为通 道低压输出负端，与超级电容器模组SCI和SC2的负端相连；
[0019] 控制电路与驱动器通过通信总线相连进行通信交互，控制电路与超级电容器模组 SCI和SC2的信号线相连W接收模组反馈的故障信号或状态信号，控制电路与驱动电路相 连输出PWM波和I/O信号，控制器与U0电压检测电路、U1电压检测电路和U2电压检测电 路相连进行电压采集；
[0020] 驱动电路与控制电路、双余度双向DC/DC电路、逻辑开关组合相连，驱动电路接收 控制电路的PWM信号提升驱动后控制双余度双向DC/DC电路，驱动电路接收控制电路的1/ 0信号提升驱动后进行逻辑开关组合中各开关的通断控制；
[0021] 逻辑开关组合：开关K1、开关K3和开关K5串联，开关K2、开关K4和开关K6串联， 其中K1和K2分别与双余度双向DC/DC电路低压侧L0A和L0B相连，K3和K4分别与超级 电容器模组SCI的正端和SC2的正端相连，K5和K6分别与电能输出接口的正端和泄放设 备的正端相连；
[0022] 电压检测U0电路的输入端分别与DC_BUS的正负端相连，电压检测U1和U2电路 的输入端分别与超级电容器模组SCI和SC2的正负端相连，电压检测U0、U1、U2输出端均与 控制电路相连完成电压采样；
[0023] 电能输出接口的正端与逻辑开关组合中开关K5相连，电能输出接口的负端与超 级电容器模组的负端相连；
[0024] 泄放设备的正端与逻辑开关组合中开关K6相连，泄放设备的负端与超级电容器 模组的负端相连。
[0025] 有益效果
[0026] 本发明提出的一种基于双超级电容器模组的=级式高可靠性再生能量控制方法 及装置，通过双通道独立超级电容器模组进行再生能量的可靠吸收存储，可实现恶劣工况 下最大效率地进行再生能量的吸收存储W及直流母线的高功率输出补偿，提高电机驱动系 统的高动态性能。
[0027] 与现有技术相比，该装置及方法的有益效果在于：
[002引 （1)双超级电容器模组增大了能量存储的能力，采用S级式再生能量吸收装置能 保证再生能量的彻底存储，并可实现过剩再生能量的可靠处理。
[0029] (2)采用双超级电容器模组交替充放电使用，能够使能量快速使用、有效流动，解 决了单超级电容器模组同时充放电的问题。
[0030] (3)采用双余度双向DC/DC电路解决直流母线掉电故障波动问题。双超级电容器 模组并联使用，可W提高瞬时大能量的吸收能力与瞬时功率的输出能力。
[0031] (4)W能量缓冲的思路解决系统持续性高功率密度输出问题。即可W在蓄电池的 配合下，两个超级电容器模组之间进行交替充放电，W确保系统持续性的高功率输出。
【附图说明】
[0032] 图1 ;本发明装置及系统框图
[0033] 图2 ;本发明装置再生能量控制流程图
[0034] 图3 ;高功率缓冲原理示意图
【具体实施方式】
[0035] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
[0036] 本发明装置能够实现再生能量的高效率存储、可靠性吸收W及持续高功率的输出 补偿。现结合某电动车用高效驱动器实例对本发明作进一步描述：
[0037] 如附图1中所示，直流电源E为电动车用高能量密度电池、整流装置输出W及直流 电源设备等的电压输出；直流母线开关S为接触器、继电器或其它可控开关器件；直流母线 电容C为整流滤波、逆变支撑功能的各类电容；=相全桥逆变电路是带续流装置的逆变电 路；驱动器为完成本电机驱动系统实例所需的控制电路、驱动电路及供电电路；电机为= 相永磁同步电机或=相无刷直流电机。
[003引本发明装置所包含的各模块如附图1中虚线框中所示，其主要由W下部分组成：
[0039] ①超级电容器模组SCI和SC2 ;自带保护电路、均衡电路W及保护电路的通用超级 电容器模组；
[0040] ②双余度双向DC/DC电路；两通道可双向升降压斩波控制的电路（如半桥电路或 其他双向DC/DC变换器），其中HOA、HOB、HGND分别为高压连接侧的A通道接口、B通道接 口及地线，L0A、L0B、LGND分别为低压连接侧的A通道接口、B通道接口及地线；
[0041] ⑨控制电路；本装置正常运行的综合控制电路，其主要由主控巧片（如包含AD采 集