模块、PWM波发生模块的DSP或MCU等）及通信电路（如RS232/485/422、CAN等）；
[0042] ④驱动电路；对主控电路的输出信号进行驱动能力的提升，W确保双余度双向 DC/DC电路和逻辑开关K1~K6的可靠、迅速地动作，可由对应继电器或者可控开关的专用 驱动集成电路组成；
[0043] ⑥逻辑开关K1~K6 ;继电器或者可控开关器件，作用是保证超级电容器模组、双 余度双向DC/DC电路、用电设备W及泄放设备之间按控制电路的逻辑进行可靠连通与关 断；
[0044] ⑧电压检测U0、U1、U2 ;电压传感器检测电路，分别进行直流母线电压、超级电容 器模组SCI端电压、超级电容器模组SC2端电压的检测；
[0045] ⑦电能输出接口：用于将超级电容器模组中的多余能量输出用于系统中其它需要 供电的任何运行装置，完成超级电容器模组SCI和SC2所存储能量的二次利用；
[0046] ⑨泄放设备；大功率耗能电阻或者其它耗能设备，完成过余能量的泄放。
[0047] 附图1中，直流电源经过开关S与直流母线相连，由开关S控制供电的通断；支撑 电容C与直流母线DC_BUS并联；直流母线DC_BUS和S相全桥逆变电路相连；电机和驱动器 及S相全桥逆变电路相连，驱动器采集电机的位置信息和电流信息，产生PWM波驱动S相 全桥逆变电路完成电机的供电。
[0048] 本发明装置中各模块的连接说明如下：
[0049] ①超级电容器模组SCI和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。
[0050] ②双余度双向DC/DC电路高压侧与直流母线DC_BUS相连，即H0A为A通道高压输 出，接在S前；HOB为B通道高压输出，接在S后；HGND为通道高压输出负端，接在DC_BUS负 端；双余度双向DC/DC电路低压侧与逻辑开关组合设备相连，即L0A为A通道低压输出，与 K1相连；L0B为B通道低压输出，与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。
[0051] ⑨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，控制器与电压检测U0、U1和U2相连进行电压采集。
[0化2] ④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I/O信号提升驱动后进行逻辑开关组合中各开关的通断控制。
[0053] ⑥逻辑开关组合内部Kl、K3、K5串联，K2、K4、K6串联，其中K1和K2分别与双余 度双向DC/DC电路低压侧LOA和LOB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。
[0054] ⑧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。
[0化5] ⑦电能输出接口的正端与逻辑开关组合中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。
[0化6] ⑨泄放设备的正端与逻辑开关组合中K6相连，泄放设备的负端与超级电容器模 组的负端相连。
[0化7] 结合附图2 ;再生能量控制流程图，本装置的具体工作步骤如下：
[0化引步骤1 ;本装置首先检测是否有故障产生再生能量产生，电动机工作在发电状态， 产生再生能量经逆变器的续流二极管整流反馈回直流母线。设Ef。为再生能量，Ci、Ewi分别 为超级电容器模组1的额定容值和最大存储能量，C2、Ew2为超级电容器模组2的额定容值 和最大存储能量，直流母线的正常工作电压范围是U0《Uup，超级电容器模组充放电 的上下限分别为Umax、山。。
[0059]检测直流母线电压U0,当U0高于母线阔值上限Uup，S断开，开关K1 (或者K2)闭 合，其余开关断开，双向DC/DC电路工作，同时检测超级电容器模组SCI和SC2的端电压U1 和U2,如果满足Umh<Ul<Um"且Umh<U2 <Um。,，则超级电容器模组SCI(或SC。充电， 能量流动方向为由直流母线至超级电容器模组SCI(或SC2)，SCI(或SC2)存储的再生能量 为
[0060]
【主权项】
1. 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1反馈回直流母线，并将 再生能量Em存储在一个超级电容器模组SCl上，当超级电容器模组SCl存储的能量达到最 大存储能量EsclJt完成第一级再生能量存储； 步骤2 :再生能量Em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Ese2时完成第二级再生能量存储； 如果超级电容器模组SCl上存储的再生能量被使用，使得SCl上存储的实时再生能量Esc；1<Esc;lm时，再生能量EM继续存储在超级电容器模组SCl上； 如果超级电容器模组之间满足Escl =Esc;lm、且Esc;2<Esc;2m，再生能量民6存储在超级电容 器模组SC2上； 步骤3 :当超级电容器模组SCl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 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SCl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。
2. -种实现权利要求1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、UO电压检测电路、Ul电压检测电路和 U2电压检测电路，连接关系为： 第一超级电容器模组SCl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SCl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SCl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； 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：LOA 为A通道低压输出，与开关Kl相连；LOB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SCl和SC2的负端相连； 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SCl和SC2的信号线相连以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UO电压检测电路、Ul电压检测电路和U2电压检测电路相 连进行电压采集； 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I/O信 号提升驱动后进行逻辑开关组合中各开关的通断控制； 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Kl和K2分别与双余度双向DC/DC电路低压侧LOA和LOB相连，K3和K4分别与超级电容器 模组SCl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； 电压检测UO电路的输入端分别与DC_BUS的正负端相连，电压检测Ul和U2电路的输 入端分别与超级电容器模组SCl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； 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； 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。
【专利摘要】本发明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，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以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。与现有技术相比，采用三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。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。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，可以提高瞬时大能量的吸收能力与瞬时功率的输出能力。
【IPC分类】H02J5-00
【公开号】CN104821610
【申请号】CN201510246227
【发明人】骆光照, 韩复振, 段喜文, 张蓉, 方学礼
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月14日