一种快速充电装置的制作方法

本实用新型涉及有轨电车技术领域，特别涉及一种快速充电装置。

背景技术：

储能式有轨电车上的超级电容在靠站时通过站台附近的充电装置进行充电，超级电容存储能够保证有轨电车能开到下一个站的足够的能量，由于超级电容的容量有限，每次充电存储的电量也有限，因此每到一个站台，必须借助充电装置给车载超级电容进行充电。当某个车站的充电装置发生故障退出运行时，有轨电车无法在该站进行充电，无法保证可以正常运行到下一个站台，此时就需要对该有轨电车进行应急救援。一种快速充电装置就是应用于该状况的对停了站却无法充电的有轨电车进行应急救援的设备。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种对有轨电车快速充电的装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种快速充电装置，包括依次相连的发电机组、超级电容充电柜和储能电源柜，所述超级电容充电柜与待充电的车载超级电容相连；

所述超级电容充电柜包括整流模块、单向DC-DC模块和双向DC-DC模块，所述整流模块分别与双向DC-DC模块和单向DC-DC模块相连，所述双向DC-DC模块与储能电源柜相连，所述单向DC-DC模块与待充电的车载超级电容相连。

进一步的，所述发电机组包括相互连接的柴油机和发电机，所述发电机与整流模块相连。

进一步的，所述储能电源柜包括多个储能模块，所述多个储能模块串联连接。

进一步的，所述储能模块包括超级电容。

进一步的，还包括控制器，所述控制器分别与单向DC-DC模块和双向DC-DC模块相连。

进一步的，所述控制器为ARM。

本实用新型的有益效果在于：有轨电车未进站时，超级电容充电柜将发电机组发出的电能通过整流模块进行整流及双向DC-DC模块降压之后存储在储能电源柜中，当有轨电车进站之后，双向DC-DC模块的工作模式由降压模式转换为升压模式，对储能电源柜的电能进行DC-DC升压变换，吸收储能电源柜电能传输至充电柜直流母线，同时单向DC-DC模块启动，发电机组的电能和双向DC-DC模块释放出来的电能通过单向DC-DC模块同时为车载超级电容充电，此时车载超级电容的充电功率为发电机组功率和储能电源柜释放的功率之和，实现为车载超级电容快速充电。

附图说明

图1为根据本实用新型的一种快速充电装置的原理示意图；

图2为根据本实用新型的一种快速充电装置的实施例电路图；

标号说明：

1、发电机组；2、超级电容充电柜；21、整流模块；22、单向DC-DC模块；23、双向DC-DC模块；3、储能电源柜；Q1、第一IGBT；Q2、第二IGBT；Q3、第三IGBT；Q4、第四IGBT。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本实用新型最关键的构思在于：充电柜输出给车载超级电容的充电功率为发电机组功率和储能电源柜释放的功率之和，实现为车载超级电容快速充电。

请参照图1，一种快速充电装置，包括依次相连的发电机组、超级电容充电柜和储能电源柜，所述超级电容充电柜与待充电的车载超级电容相连；

所述超级电容充电柜包括整流模块、单向DC-DC模块和双向DC-DC模块，所述整流模块分别与双向DC-DC模块和单向DC-DC模块相连，所述双向DC-DC模块与储能电源柜相连，所述单向DC-DC模块与待充电的车载超级电容相连。

发电机组发出的三相交流电接入超级电容充电柜，超级电容充电柜利用整流模块将交流电转换为直流电，直流电母线上接有两组DC-DC模块，一组为单向DC-DC模块，另一组为双向DC-DC模块；单向DC-DC模块主要用于将直流母线上的直流电进行降压(BUCK变换)，输出可控的电压和电流，为车载超级电容进行充电；双向DC-DC模块可以进行能量的双向传送，当为储能电源柜充电时，能量从直流母线流向低压侧，此时双向DC-DC模块为降压(BUCK变换)模式，低压侧输出适用于储能电源柜充电的直流电，并以恒定功率的形式为储能电容柜充电；当对储能电源柜进行放电时，能量从储能电源柜通过双向DC-DC模块流回直流母线，此时双向DC-DC模块为升压(BOOST变换)模式，高压侧输出稳定的电压值，以恒定电压输出的方式对储能电源柜进行放电。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：有轨电车未进站时，超级电容充电柜将发电机组发出的电能通过整流模块进行整流及双向DC-DC模块降压之后存储在储能电源柜中，当有轨电车进站之后，双向DC-DC模块的工作模式由降压模式转换为升压模式，对储能电源柜的电能进行DC-DC升压变换，吸收储能电源柜电能传输至充电柜直流母线，同时单向DC-DC模块启动，发电机组的电能和双向DC-DC模块释放出来的电能通过单向DC-DC模块同时为车载超级电容充电，此时车载超级电容的充电功率为发电机组功率和储能电源柜释放的功率之和，实现为车载超级电容快速充电。

进一步的，所述发电机组包括相互连接的柴油机和发电机，所述发电机与整流模块相连。

由上述描述可知，柴油机启动之后带动发电机，发出三相交流电，发电机发出的功率为恒定值。

进一步的，所述储能电源柜包括多个储能模块，所述多个储能模块串联连接，所述储能模块包括超级电容。

由上述描述可知，储能电源柜使用超级电容作为储能元件，并采用了多个储能模块进行串联以满足功率需求以及满足超级电容充电柜中双向DC-DC模块的额定工作范围。

进一步的，还包括控制器，所述控制器分别与单向DC-DC模块和双向DC-DC模块相连，所述控制器为ARM。

由上述描述可知，所述控制器控制单向DC-DC模块和双向DC-DC模块的开启和关闭。

请参照图1及图2，本实用新型的实施例一为：

一种快速充电装置，包括依次相连的发电机组1、超级电容充电柜2和储能电源柜3，所述超级电容充电柜与待充电的车载超级电容4相连；

所述超级电容充电柜2包括整流模块21、单向DC-DC模块22和双向DC-DC模块23，所述整流模块21分别与双向DC-DC模块23和单向DC-DC模块22相连，所述双向DC-DC模块23与储能电源柜3相连，所述单向DC-DC模块22与待充电的车载超级电容4相连。

发电机组发出的三相交流电接入超级电容充电柜，超级电容充电柜利用整流模块将交流电转换为直流电，直流电母线上接有两组DC-DC模块，一组为单向DC-DC模块，另一组为双向DC-DC模块；单向DC-DC模块主要用于将直流母线上的直流电进行降压(BUCK变换)，输出可控的电压和电流，为车载超级电容进行充电；双向DC-DC模块可以进行能量的双向传送，当为储能电源柜充电时，能量从直流母线流向低压侧，此时双向DC-DC模块为降压(BUCK变换)模式，低压侧输出适用于储能电源柜充电的直流电，并以恒定功率的形式为储能电容柜充电；当为储能电源柜放电时，能量从储能电源柜流回直流母线，此时双向DC-DC模块为升压(BOOST变换)模式，高压侧输出稳定的直流母线电压值，以恒定电压输出的方式对储能电源柜进行放电。

所述储能电源柜采用超级电容作为储能元件，由超级电容组成储能模块，然后采用多个储能模块进行串联以满足功率需求以及满足超级电容充电柜中双向DC-DC模块额定工作范围；在有轨电车未进站时，超级电容充电柜将发电机组发出的电能通过整流模块进行整流及双向DC-DC模块降压之后存储在储能电源柜中，能量流动方式为：发电机组→储能电源柜，此时只有整流模块和双向DC-DC模块在工作，单向DC-DC模块不工作；电车进站之后，单向DC-DC模块启动，将直流母线上的直流电进行DC-DC降压变换，为车载超级电容充电，发电机组的电能开始流入单向DC-DC模块，由于发电机组功率有限，无法达到快速为车载超级电容充满电的目的，此时为了满足快速充电功率需求，双向DC-DC模块的工作模式由降压模式转换为升压模式，对储能电源柜的电能进行DC-DC升压变换，吸收储能电源柜电能传输至直流母线，为直流母线提供电能，能量流动方向为从低压侧(储能电源柜)流至高压侧(直流母线)，此时车载超级电容的充电功率为发电机组功率和储能电源柜释放的功率之和，达到最短时间为车载电容充满电的目的，能量流动方式为：储能电源柜+发电机→车载超级电容。

双向DCDC模块主要用于对储能电源柜的正向充电以及反向放电，采用的是可以进行能量的双向传送的电路拓扑，如三电平双向DCDC拓扑，如图2所示，第一IGBT Q1、第二IGBT Q2、第三IGBT Q3和第四IGBT Q4的基极连接驱动电路，用于接收PWM开关信号，对IBGT进行开关控制。当控制第一IGBT Q1和第二IGBT Q2进行开关动作，而第三IGBT Q3和第四IGBT Q4完全截止时，构成一个三电平BUCK电路，可以实现能量从直流母线传输至储能电源柜；当控制第三IGBT Q3和第四IGBT Q4进行开关动作，而第一IGBT Q1和第二IGBT Q2完全截止时，构成了一个三电平BOOST电路，可以实现能量从储能电源柜传输至直流母线。当为储能电源柜充电时，能量从直流母线流储能电源柜，此时双向DCDC模块为降压(三电平BUCK)模式，低压侧输出适用于储能电源柜充电的直流电，并以恒功率的形式为储能电容充电；当对储能电源柜进行放电时，能量从储能电源柜流回直流母线，此时双向DCDC模块为升压(三电平BOOST)模式，高压侧输出稳定的直流母线电压值，以恒电压输出的方式对直流母线进行电能补充。

所述储能电源柜采用超级电容作为储能元件，由超级电容组成储能模块，然后采用多个储能模块进行串联组成可以满足电压电流以及功率要求的储能电源柜，如采用30000F的超级电容单体，单体电压范围为2.2V至3.8V，充放电电流200A，先采用电容单体进行3并5串得到一个储能模块，再将48个储能模块进行串联，得到总电压范围为528V至912V，充放电电流为600A，总存储能量为28.8kWh的储能电源柜，储能电源柜最大电压应小于直流母线电压最小电压，存储的能量应至少为有轨电车车载电容充满所需能量的一到两倍，额定充放电电流应与双向DCDC模块相匹配。

综上所述，本实用新型提供的一种快速充电装置，有轨电车未进站时，超级电容充电柜将发电机组发出的电能通过整流模块进行整流及双向DC-DC模块降压之后存储在储能电源柜中，当有轨电车进站之后，双向DC-DC模块的工作模式由降压模式转换为升压模式，对储能电源柜的电能进行DC-DC升压变换，吸收储能电源柜电能传输至充电柜直流母线，同时单向DC-DC模块启动，发电机组的电能和双向DC-DC模块释放出来的电能通过单向DC-DC模块同时为车载超级电容充电，此时车载超级电容的充电功率为发电机组功率和储能电源柜释放的功率之和，实现为车载超级电容快速充电。

最后，还需要指出的是，以上分析的仅仅列举了一个例子，并非因此限制本实用新型的专利范围，显然，本发明不限于以上例子，还可以有许多变形，比如开关电源的拓扑结构不仅仅局限于某一种拓扑结构，对于Buck型隔离与非隔离的拓扑；Boost型隔离与非隔离的拓扑，Buck-Boost型隔离与非隔离的拓扑电路都是适用的。同理储能电源柜与超级电容单体的联结方式也不仅仅局限于先并联再串联，对于先串联再并联或者其它连接方式也是适用的。因此凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。