一种地面储能型车载超级电容充电装置的制作方法

本发明属于电力电子应用技术领域，涉及一种地面储能型车载超级电容充电装置，尤其是一种应用于超级电容储能式电动车的车载超级电容器的地面充电装置。

背景技术：

在城市交通拥堵不断加剧的形势下，优先发展公共交通已经成为我国和世界各国解决城市交通问题的共同选择，超级电容器储能式电动汽车具有充电速度快、节能环保、中等运能、舒适人性化、环境适应性强和建设灵活度高的特点。

超级电容器储能式电动汽车为一种实用且发展前景广阔的绿色交通工具，今后的发展速度会异常迅猛，因此用于此类交通工具的车载超级电容器地面充电装置，未来将具有较为广阔的应用市场。

超级电容储能式电动汽车的充电过程具有瞬间功率大、充电时间短、充电时刻离散性大的特点。目前运行中的电动汽车车载超级电容器的地面充电系统一般采用10kV专用电网供电以及380kV公用电网加地面储能型电容器组供电两种结构。

由于一般10kV专用电网容量较大，所以往往由更高电压电网经变压器降压接入后组成供电环网系统，因此虽然采用10kV专用电网的供电系统具有更强的抗冲击能力但是要经过多级变压，且需要环网供电，所以此类供电系统的结构庞大、设备多、建设和运营成本高。

目前较先进的地面充电系统采用380V公用电网加地面储能型电容器组供电。由于380V公用电网容量较小，为了减小对充电时对电网的冲击，该供电方式在无车充电时通过小功率的AC/DC变流装置由380V公用电网向地面储能型电容器组充电，有车充电时在通过大功率的DC/DC变流装置将储存在地面储能型电容器组中的电能快速充入车载地面储能型电容器。目前此类充电系统中的DC/DC变流装置通常采用非隔离的斩波电路，因此为了实现公用电网和超级电容系统之间的电气隔离，该系统中往往需要采用工频隔离变压器，这大大增加了系统的占地面积和设备成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种地面储能型车载超级电容充电装置。能够应用于超级电容储能式电动车的充电，提供了一种新的拓扑电路，实现了以小功率对地面储能电容器慢速充电，以大功率模式由地面储能电容器向超级电容器快速充电的目的，并且降低了设备的成本和占地面积。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种地面储能型车载超级电容充电装置，包括与公用电网连接的AC/DC变流器，AC/DC变流器通过充电转换开关柜与多重化DAB变流器连接，多重化DAB变流器与地面储能型电容器连接；其中充电转换开关柜连接充电输出线路；其中多重化DAB变流器包括第一DAB电路和第二DAB电路；第一DAB电路与第二DAB电路并联后与转接开关柜连接，第一DAB电路与第二DAB电路串联后与地面储能型电容器连接。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中充电转换开关柜具有第一接触器和第二接触器。

其中第一接触器关闭，第二接触器打开时，公用电网向地面储能型电容器储存电能。

其中第一接触器打开，第二接触器关闭时，地面储能型电容器向充电输出线路输出电能。

其中多重化DAB变流器采用模块设计，多重化DAB变流器有多个，多个多重化DAB变流器并联。

其中AD/DC变流器为VSC型AD/DC变流器，且其工作模式为四象限模式。

其中公用电网连接的交流电压为380V。

本发明的有益效果是：本发明的装置结构简单，成本低；并且该装置对公用电网的功率要求更低，即380V公网电压即可满足该装置的需求，相较于现有的充电装置需要的超高电压相比，大大降低了公网电路的改进成本，从而大大降低了整个充电系统的成本，多重化DAB变流器采用模块化设计，能够根据电动汽车或其他需要充电的装置的电容的输入电流要求，并联合适数量的多重化DAB变流器，即进行定制需要并联的多重化DAB变流器的数量，实现并联扩容，从而进一步降低了设备成本，且灵活控制装置的成本。

更进一步的，高频变压器能够在相同功率下与工频变压器相比，其体积更小，效率更高，且成本低，且转换效率高；由于本装置所需公用电网的功率较小，因此在投切过程中对电网的影响更小。

更进一步的，使用VSC型AD/DC变流器，并且采用四象限模式工作，能够对该装置接入的公用电网质量进行调节。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中多重化DAB变流器的结构示意图；

图3为本发明的电路拓扑图；

图4为本发明多个多重化DAB变流器并联的结构示意图；

图5为本发明2个多重化DAB变流器并联的电路拓扑图。

其中：1为公用电网；2为AC/DC变流器；3为充电转换开关柜；4为多重化DAB变流器；5为地面储能型电容器；6为充电输出线路；7为直流电容器；8为第一DAB电路；9为第二DAB电路；10为直流电抗器；11为第一接触器；12为第二接触器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提供了一种地面储能型车载超级电容充电装置，如图1所示，包括AC/DC变流器2，AC/DC变流器2与公用电网1连接，公用电网的电压为380V，且AC/DC变流器2为VSC型AC/DC变流器，且采用四象限模式工作；AC/DC变流器2还与充电转换开关柜3连接，充电转换开关柜3具有第一接触器11和第二接触器12，其中第一接触器11与多重化DAB变流器4连接，第二接触器12与充电输出线路连接；多重化DAB变流器4与地面储能型电容器5连接。

其中如图2所示，多重化DAB变流器4包括第一DAB电路8和第二DAB电路9，其中第一DAB电路8和第二DAB电路9通过充电转换开关柜3可实现并联或串联连接。

本发明的电路及其工作原理，如图3所示，当无装置进行充电时，本装置工作为自储能模式，即充电转换开关柜3的第一接触器11闭合，第二接触器12打开，待充电装置与充电输出线路6的连接断开，在该模式下，380V公共电网1的电能经AC/DC变流器2、充电转换开关柜3、多重化DAB变流器4充入地面储能型电容器5中，实现对地面储能型电容器5的慢速充电，同时，采用四象限工作模式的AC/DC变流器2还可以对380V公共电网1的电能质量进行调节起到SVG的作用。

第一DAB电路8和第二DAB电路9各自靠近电网侧的全控桥工作在逆变状态，通过中间的高频变压器降压将功率输送至靠近地面储能型电容器5一侧的全控桥，此侧全控桥此时应工作于整流状态。将从高频变压器中传递过来的高频交流电压整流为直流电压输入地面储能型电容器5。由于经过了降压，此时输入地面储能电容器组的电流较大，可以较快的对待充电装置进行充电。同时由于在这种模式下使用较低电压的储能电容，再对低电压较小容量的储能电容进行串并联组合得到大容量的电容器组，较之直接使用相同容量与电压的单个电容器成本显著下降。

当有装置进行充电时，本装置工作为快速充电模式，即充电转换开关柜3的第一接触器11打开，第二接触器12闭合，待充电装置与充电输出线路6连接后，在该模式下，储存在地面储能型电容器5中的电能经多重化DAB变流器4、充电转换开关柜3、快速充入待充电的装置中，实现由地面储能型电容器5向待充电装置的快速充电；同时，由于采用四象限工作模式的AC/DC变流器2此时仅与380V公共电网1，因此AC/DC变流器2仍旧可以对380V公共电网1的电能质量进行调节起到SVG的作用。

图4为多个多重化DAB变流器4并联方式示意图。由于不同车型的超级电容器储能型电动汽车的充电电流不同，因此装置采用了模块化的多重化DAB变流器4并联的方案来适应快速充电时的不同充电电流的需求，即多个多重化DAB变流器两侧采用了并联的方式提高快速充电时的输出电流。

图5所示为采用两个多重化DAB变流器的充电装置的具体实施电路；其工作原理与图3中所示采用一个多重化DAB变流器的充电装置的工作原理相同。