一种超级电容城市客车充电站的制作方法

本发明涉及电动汽车直流充电技术领域，具体为一种超级电容城市客车充电站。

背景技术：

超级电容是近几年发展起来的一种能够快速大容量储能的器件，具有大功率充、放电的特性，是一种介于电容器与电池的新型储能器件。

随着超级电容的发展，越来越多的城市客车选择以超级电容为动力源，但目前超级电容城市客车的充电站产品少同时存在着诸多不足。目前市场上大多数的超级电容城市客车充电站采用的是一体式设计，即采用可控硅或者绝缘栅双极型晶体管做为主功率器件进行整体化设计，当电源出现某个器件损坏则会使得整个充电站运转不起来，容错性较差。当有扩容需求时不能够快速的投入使用，扩容性差。然而超级电容城市客车是需要频繁充电的，如果充电站运行不起来，会使得城市客车停运，造成较大的经济损失。同时这种充电站还存在着起始充电时电源与超级电容存在着较大的压差，对电源与超级电容都具有较大的冲击。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种超级电容城市客车充电站，可以有效解决背景技术中存在的问题。

实现上述目的的技术方案是：一种超级电容城市客车充电站，其特征在于：包括人机交互触摸屏、电能计量模块、可调直流电源模块和主控制模块，所述可调直流电源模块的输入端连接380V交流电源，380V交流电源与可调直流电源模块的输入端之间依次串接有总断路器和交流接触器，可调直流电源模块的输出端连接有输出继电器，输出继电器的输出端用于连接超级电容。

所述电能计量模块连接在输出继电器与超级电容之间，用于获取直流端的电流、电压以及电能数据；所述人机交互触摸屏与主控制模块连接；所述可调直流电源模块连接在主控制模块的输出端。

进一步地，可调直流电源模块包括多个分路断路器，分路断路器的输入端相互并联、并连接在交流接触器的输出端，分路断路器的输出端分别串接有可控开关电源，可控开关电源的控制端分别连接主控制模块，可控开关电源的输出端之间相互并联、并与输出继电器的输入端连接。

进一步地，输出继电器的负极端串接有分流器。

进一步地，电能计量模块的电流检测端连接在分流器的两端，电能计量模块的电压检测端连接在超级电容的正极端和负极端之间。

本发明的有益效果：

本发明能够满足超级电容城市客车的高功率充电，即使某个可控开关电源损坏不影响整个充电站的运行，具有很好的容错性，维护性好。

本发明在起始充电时，通过电能计量模块检测超级电容电压，并作为可调直流电源模块的指令电压，当可调直流电源模块达到超级电容电压时才闭合输出继电器，达到零压差的效果，对电源模块以及超级电容无冲击。

本发明根据超级电容城市客车所需的最大供电功率，计算出所需可控开关电源的数量，所有可控开关电源并联，在扩容时只需要增加相对应的可控开关电源模块的数量即可，能够较为容易的进行扩容改造，只需要增加电源模块即可。

附图说明

图1为本发明的工作原理图；

图2为本发明的工作流程图；

图3是本发明的人机交互触摸屏的参数设置界面。

图4是本发明的人机交互触摸屏的参数运行界面。

具体实施方式

本发明以一个700V500A的超级电容城市客车充电站为例，对其具体说明：

如图1所示，本发明包括人机交互触摸屏1、电能计量模块2、可调直流电源模块3和主控制模块4，可调直流电源模块3的输入端连接380V交流电源，380V交流电源与可调直流电源模块3的输入端之间依次串接有总断路器5和交流接触器6，可调直流电源模块3的输出端连接有输出继电器7，输出继电器的负极端串接有分流器8，输出继电器7的输出端用于连接超级电容9。

可调直流电源模块3包括25个分路断路器10和25个可控开关电源11，因为本实施例的可控开关电源11采用英可瑞的EVR700-15000可控开关电源，最高输出电压为750V，最高输出电流为20A，因此需要25个该开关电源来满足700V500A的超级电容的充电要求。

25个分路断路器10的输入端相互并联、并连接在交流接触器6的输出端，每个分路断路器10的输出端分别串接1个可控开关电源11，可控开关电源11的控制端分别连接主控制模块4，可控开关电源11的输出端之间相互并联、并与输出继电器7的输入端连接。

电能计量模块2的电流检测端连接在分流器8的两端，电能计量模块2的电压检测端连接在超级电容9的正极端和负极端之间，电能计量模块9用于获取直流端的电流、电压以及电能数据。

人机交互触摸屏1与主控制模块4连接，可以设定超级电容城市客车充电的电流电压，以及截止电流，充电时间，充电站的整体参数等，具体如下：

图3是本发明的人机交互触摸屏的参数设置界面，包括客户配置信息和出厂配置信息，客户配置信息包括充电截止电流，最长充电时间、电池（即超级电容）启动电压以及管理密码，还将超级电容充电分为四个不同阶段（阶段一、阶段二、阶段三、阶段四），每个阶段设定对应的电流电压，上述参数均可以根据实际情况设定。

出厂配置信息包括模块分组、单组数量、模块最高电压、模块最低电压、模块最大电流、多组间模块连接方式、单组内模块连接方式、整机最高电压、整机最低电压和整机最大电流；其中相互串接的380V交流电源、总断路器5、交流接触器6、可调直流电源模块3、输出继电器7组成一个模块组，本发明可以有由多个模块组成；单组数量是指每个模块组中可控开关电源11的数量。

图4是本发明的人机交互触摸屏的参数运行界面，用于在充电站工作时，显示超级电容四个阶段充电的电流电压、输出电压、输出电流、累计电量、充电时间，同时还设置有停止充电按钮。

图2示出了本发明的充电流程，主要包括下列步骤：

步骤001 先将超级电容9连接在输出继电器7的输出端，电能计量模块2获取超级电容城市客车的超级电容9正、负两端的电压，并将信号发送给主控制器4；同时人机交互触摸屏1向主控制器4发送超级电容最低启动电压；

步骤002 主控制器4得到电能计量模块2发送的实时超级电容9的电压，并且主控制器4得到人机交互触摸屏1发送的电池最低启动电压后，主控制器4进行判断：如果超级电容9的电压小于超级电容最低启动电压则继续执行步骤001，否则执行步骤003；

步骤003 超级电容9的电压大于电池最低启动电压，主控制器4把超级电容9的电压作为电压指令发送给可调直流电源模块3，使可调直流电源模块3工作，输出电压开始上升；

步骤004 主控制器4接收可调直流电源模块3输出的电压数值，当主控制器4接收的可调直流电源模块3输出的电压数值达到超级电容9的电压数值时则闭合输出继电器7，达到零压差的闭合，没有冲击电流，同时主控制器4向可调直流电源模块3下发阶段一的电压电流数值（即图3中的阶段一的电压电流数值）；

步骤005 主控制器4接收电能计量模块2发送的实时超级电容9的电压，并判断超级电容9的电压是否达到阶段一的电压数值：如果未达到则继续接收接收电能计量模块2发送的实时超级电容9的电压，达到则执行步骤006；

步骤006 超级电容9的电压达到阶段一的电压数值，则主控制器4向可调直流电源模块3下发阶段二的电压电流数值（即图3中的阶段二的电压电流数值）；

步骤007 依次类推，直到主控制器4接收的超级电容9的电压接近第四阶段（即图3中的阶段四的电压电流数值）的数值就会判断输出电流是否小于截止电流，小的话就会判断电池充满，大的话就继续充电。达到截止条件之后就会显示“电池充满停止”，运行阶段处于充电结束阶段，会停止计时并且计时清零，主控制器4向可调直流电源模块3下发电压电流数值为零的指令；并且主控制器4控制输出继电器7断开，准备下一次的充电。

充电过程中手动停止或者超时停止：只要是停止，充满停止、超时停止、手动停止，均执行停止指令由正在充电阶段转入到充电结束阶段，输出继电器7断开，此时电池在线；当电池断开之后，电池处于离线状态，则由充电截止阶段转入准备充电阶段，并且刷新状态显示。准备下一次的电池在线进行充电。

当有可控开关电源11发生故障时，主控制器4会发指令使存在故障的可控开关电源11停机，对超级电容充电站降额使用，避免了整个充电站不能使用的现象。在进行维修时，只需要断开与故障的可控开关电源11相对应的分路断路器10，进行更换可控开关电源11即可，维护简单方便。在满足充电站各个器件预留的余量时，可以增加可控开关电源模块的数量来达到充电站扩容的目的。