一种超级充电系统及其充电方法与流程

1.本发明涉及充电系统技术领域，具体涉及一种超级充电系统及其充电方法。


背景技术：

2.超级电容是一种新型储能装置，超级电容介于电池和电容之间，其极大的容量完全可以作为电池使用。超级电容相比采用电化学原理的电池，其充放电过程完全没有涉及到物质的变化，所以其具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。目前，相关技术中的超容充电技术通常较为复杂，操作效果较差，充电效率低，极其不稳定。在现有技术中，公开号为cn102891520a的中国发明专利，于2013年01月23日公开了一种超级电容充电保护装置，该超级电容充电装置包括微处理器、直流电源、igbt、限流电阻、电压传感器和超级电容，微处理器与igbt相连接，igbt与直流电源和限流电阻相连接，直流电源和超级电容相连接，超级电容和限流电阻相连接，电压传感器和超级电容及微处理器相连。
3.上述技术方案虽然通过电压传感器实时向微处理器反馈超级电容的电压信息，系统结构简单、实时性强，操作安全、装置稳定性强，但是，无法实现对超级电容进行稳定的充电；同时，受外部电源影响，超级电容在充电过程中会出现断电现象，从而超级电容无法实现高效的充电工作。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，尤其是针对现有技术所存在的不足，本发明提供了一种超级充电系统及其充电方法能够全面解决上述问题。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：
6.一种超级充电系统，包括外部电源、第一开关电路、控制变压器、第一整流滤波电路、超级电容、检测模块、充电控制器、第三开关电路、电池、第二整流滤波电路、第二开关电路；
7.所述外部电源通过所述第一开关电路与所述控制变压器连接，所述控制变压器通过第一整流滤波电路与超级电容连接；所述启外部电源通过所述第二开关电路与所述第二整流滤波电路连接，所述第二整流滤波电路与所述电池连接，所述电池通过所述第三开关电路与所述超级电容连接；
8.所述外部电源连接有第一电压感应器，所述超级电容连接有电压传感器、电流传感器，所述电池连接有第二电压感应器，所述第一电压感应器、第一开关电路、控制变压器、第三开关电路、第二开关电路、第二电压感应器分别与所述充电控制器连接，所述电压传感器、电流传感器均通过所述检测模块与充电控制器连接；
9.所述外部电源供电给超级电容；
10.所述第一电压感应器用于检测外部电源的电压；
11.所述第一开关电路用于超级电容连接外部电源；
12.所述控制变压器用于变压；
13.所述第一整流滤波电路、第二整流滤波电路均用于交流转直流；
14.所述超级电容用于存储电能；
15.所述电压传感器用于检测超级电容器cl的端电压；
16.所述电流传感器用于检测超级电容器cl的端电流；
17.所述检测模块用于检测超级电容的电压数据和电流数据并发送至所述充电控制器；
18.所述充电控制器用于根据接收的数据输出控制电信号；
19.所述第三开关电路用于超级电容连接电池；
20.所述电池用于存储电能和释放电能；
21.所述第二开关电路用于电池连接外部电源；
22.所述第二电压感应器用于检测电池的电压。
23.本发明进一步的技术方案为，所述第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路的结构相同。
24.本发明进一步的技术方案为，所述第一开关电路为igbt开关电路。
25.本发明进一步的技术方案为，所述第一整流滤波电路与超级电容之间连接有限流电阻。
26.本发明进一步的技术方案为，所述电压传感器为霍尔电压传感器。
27.本发明进一步的技术方案为，所述电流传感器为联测电流变送器。
28.本发明进一步的技术方案为，所述检测模块为12路模拟量采集模块。
29.本发明进一步的技术方案为，所述充电控制器包括dsp芯片和与dsp芯片相连的ir2235控制芯片。
30.一种超级充电系统的充电方法，具体充电方法如下：
31.1、超级充电
32.第一电压感应器检测外部电源的电压是否符合设定值；
33.超出设定值，充电控制器控制第一开关电路闭合，外部电源的交流电输入，经过控制变压器进行电压调控，调控好的电压再经过第一整流滤波电路转变成直流电对超级电容进行充电；充电过程中，由电压传感器、电流传感器不断地对充电电路中的电压、电流进行监测，并且通过检测模块把监测参数反馈到充电控制器，充电控制器通过监测参数与设定参数进行比较，根据其相差的比例输出占空比不同的pwm波，从而对控制变压器进行调控，控制充电电路中的电压、电流，实现对超级电容的恒流恒压充电；
34.低于设定值，外部电源对超级电容充电的同时，开启电池对超级电容充电，充电控制器控制第三开关电路闭合，电池的直流电向超级电容充电；
35.设定值为0，充电控制器控制第一开关电路断开，控制第三开关电路闭合，电池的直流电向超级电容充电；
36.2、备用充电
37.第二电压感应器检测电池的电压是否符合设定值；
38.超出设定值，充电控制器控制第二开关电路断开，电池无需补充电能；
39.低于设定值，充电控制器控制第二开关电路闭合，外部电源的交流电输入，交流电
经过第二整流滤波电路转变成直流电对电池进行充电，当，第二电压感应器检测电池的电压超出设定值时，充电控制器控制第二开关电路断开，电池结束充电。
40.本发明的有益效果：
41.本发明的检测模块通过电压传感器和电流传感器检测超级电容的电压值和电流值，并传输至充电控制器，充电控制器根据超级电容的电压值和电流值与设定值对比，根据其相差的比例输出占空比不同的pwm波，从而对控制变压器进行调控，控制充电电路中的电压、电流，实现对超级电容的恒流恒压充电，有效提高超级电容的充电效果。
42.本发明具有外部电源、外部电源和电池、电池的三种充电方式，能够根据第一电压感应器检测的数据通过充电控制器选择最利于超级电容的充电方式，多种充电方式的配合使用，有效提高超级电容的充电效率，使得超级电容能够实现高效的充电工作。
附图说明
43.为了更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
44.图1是本发明一种超级充电系统的系统示意图；
45.附图标记：
46.外部电源1、第一电压感应器2、第一开关电路3、控制变压器4、第一整流滤波电路5、限流电阻6、超级电容7、电压传感器8、电流传感器9、检测模块10、充电控制器11、第三开关电路12、电池13、第二整流滤波电路14、第二开关电路15、第二电压感应器16。
具体实施方式
47.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
49.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
50.实施例1
51.如图1所示，本发明提供一种超级充电系统，包括外部电源1、第一开关电路3、控制变压器4、第一整流滤波电路5、超级电容7、检测模块10、充电控制器11、第三开关电路12、电池13、第二整流滤波电路14、第二开关电路15；
52.外部电源1通过第一开关电路3与控制变压器4连接，控制变压器4通过第一整流滤
波电路5与超级电容7连接；启外部电源1通过第二开关电路15与第二整流滤波电路14连接，第二整流滤波电路14与电池13连接，电池13通过第三开关电路12与超级电容7连接；
53.外部电源1连接有第一电压感应器2，超级电容7连接有电压传感器8、电流传感器9，电池13连接有第二电压感应器16，第一电压感应器2、第一开关电路3、控制变压器4、第三开关电路12、第二开关电路15、第二电压感应器16分别与充电控制器11连接，电压传感器8、电流传感器9均通过检测模块10与充电控制器11连接；
54.外部电源1供电给超级电容7；
55.第一电压感应器2用于检测外部电源1的电压；
56.第一开关电路3用于超级电容7连接外部电源1；
57.控制变压器4用于变压；
58.第一整流滤波电路5、第二整流滤波电路14均用于交流转直流；
59.超级电容7用于存储电能；
60.电压传感器8用于检测超级电容器cl的端电压；
61.电流传感器9用于检测超级电容器cl的端电流；
62.检测模块10用于检测超级电容的电压数据和电流数据并发送至充电控制器；
63.充电控制器11用于根据接收的数据输出控制电信号；
64.第三开关电路12用于超级电容7连接电池13；
65.电池13用于存储电能和释放电能；
66.第二开关电路15用于电池13连接外部电源1；
67.第二电压感应器16用于检测电池13的电压。
68.充电方法
69.第一电压感应器2检测外部电源1的电压是否符合设定值；
70.超出设定值，充电控制器11控制第一开关电路3闭合，外部电源1的交流电输入，经过控制变压器4进行电压调控，调控好的电压再经过第一整流滤波电路5转变成直流电对超级电容7进行充电；充电过程中，由电压传感器8、电流传感器9不断地对充电电路中的电压、电流进行监测，并且通过检测模块10把监测参数反馈到充电控制器11，充电控制器11通过监测参数与设定参数进行比较，根据其相差的比例输出占空比不同的pwm波，从而对控制变压器4进行调控，控制充电电路中的电压、电流，实现对超级电容7的恒流恒压充电；
71.低于设定值，外部电源1对超级电容7充电的同时，开启电池13对超级电容7充电，充电控制器11控制第三开关电路12闭合，电池13的直流电向超级电容7充电；
72.设定值为0，充电控制器11控制第一开关电路3断开，控制第三开关电路12闭合，电池13的直流电向超级电容7充电；
73.第二电压感应器16检测电池13的电压是否符合设定值；
74.超出设定值，充电控制器11控制第二开关电路15断开，电池13无需补充电能；
75.低于设定值，充电控制器11控制第二开关电路15闭合，外部电源1的交流电输入，交流电经过第二整流滤波电路14转变成直流电对电池13进行充电，当，第二电压感应器16检测电池13的电压超出设定值时，充电控制器11控制第二开关电路15断开，电池13结束充电。
76.实施例2
77.如图1所示，本发明提供一种超级充电系统，包括外部电源1、第一开关电路3、控制变压器4、第一整流滤波电路5、超级电容7、检测模块10、充电控制器11、第三开关电路12、电池13、第二整流滤波电路14、第二开关电路15；
78.外部电源1通过第一开关电路3与控制变压器4连接，控制变压器4通过第一整流滤波电路5与超级电容7连接；启外部电源1通过第二开关电路15与第二整流滤波电路14连接，第二整流滤波电路14与电池13连接，电池13通过第三开关电路12与超级电容7连接；
79.外部电源1连接有第一电压感应器2，超级电容7连接有电压传感器8、电流传感器9，电池13连接有第二电压感应器16，第一电压感应器2、第一开关电路3、控制变压器4、第三开关电路12、第二开关电路15、第二电压感应器16分别与充电控制器11连接，电压传感器8、电流传感器9均通过检测模块10与充电控制器11连接；
80.外部电源1供电给超级电容7；
81.第一电压感应器2用于检测外部电源1的电压；
82.第一开关电路3用于超级电容7连接外部电源1；
83.控制变压器4用于变压；
84.第一整流滤波电路5、第二整流滤波电路14均用于交流转直流；
85.超级电容7用于存储电能；
86.电压传感器8用于检测超级电容器cl的端电压；
87.电流传感器9用于检测超级电容器cl的端电流；
88.检测模块10用于检测超级电容的电压数据和电流数据并发送至充电控制器；
89.充电控制器11用于根据接收的数据输出控制电信号；
90.第三开关电路12用于超级电容7连接电池13；
91.电池13用于存储电能和释放电能；
92.第二开关电路15用于电池13连接外部电源1；
93.第二电压感应器16用于检测电池13的电压。
94.第一开关电路3、第二开关电路15、第三开关电路12的结构相同。这种设置能够便于第一开关电路3、第二开关电路15、第三开关电路12之间调换使用，有效提高第一开关电路3、第二开关电路15、第三开关电路12的工作效率。
95.第一开关电路3为igbt开关电路。igbt开关电路的驱动功率小而饱和压降低，非常适合应用于直流电压为600v及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
96.第一整流滤波电路5与超级电容7之间连接有限流电阻6。限流电阻6能够减小大电流对超级电容7的冲击。
97.实施例3
98.如图1所示，本发明提供一种超级充电系统，包括外部电源1、第一开关电路3、控制变压器4、第一整流滤波电路5、超级电容7、检测模块10、充电控制器11、第三开关电路12、电池13、第二整流滤波电路14、第二开关电路15；
99.外部电源1通过第一开关电路3与控制变压器4连接，控制变压器4通过第一整流滤波电路5与超级电容7连接；启外部电源1通过第二开关电路15与第二整流滤波电路14连接，第二整流滤波电路14与电池13连接，电池13通过第三开关电路12与超级电容7连接；
100.外部电源1连接有第一电压感应器2，超级电容7连接有电压传感器8、电流传感器9，电池13连接有第二电压感应器16，第一电压感应器2、第一开关电路3、控制变压器4、第三开关电路12、第二开关电路15、第二电压感应器16分别与充电控制器11连接，电压传感器8、电流传感器9均通过检测模块10与充电控制器11连接；
101.外部电源1供电给超级电容7；
102.第一电压感应器2用于检测外部电源1的电压；
103.第一开关电路3用于超级电容7连接外部电源1；
104.控制变压器4用于变压；
105.第一整流滤波电路5、第二整流滤波电路14均用于交流转直流；
106.超级电容7用于存储电能；
107.电压传感器8用于检测超级电容器cl的端电压；
108.电流传感器9用于检测超级电容器cl的端电流；
109.检测模块10用于检测超级电容的电压数据和电流数据并发送至充电控制器；
110.充电控制器11用于根据接收的数据输出控制电信号；
111.第三开关电路12用于超级电容7连接电池13；
112.电池13用于存储电能和释放电能；
113.第二开关电路15用于电池13连接外部电源1；
114.第二电压感应器16用于检测电池13的电压。
115.电压传感器8为霍尔电压传感器。霍尔电压传感器具有精度高、宽带宽、测量范围广泛、结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高等优点。
116.电流传感器9为联测电流变送器。联测电流变送器是一种将被测交流参信号转换成直流电流、直流电压并隔离输出模拟信号或数字信号的装置，采用新型电磁隔离，24v辅助供电三重隔离标准，穿孔式安装标准导轨和螺钉安装，安全可靠。
117.检测模块10为12路模拟量采集模块。这种设置能够便于检测模块10与电压传感器8、电流传感器9连接，能够有效提高检测模块10的工作效率。
118.充电控制器11包括dsp芯片和与dsp芯片相连的ir2235控制芯片。dsp芯片与ir2235控制芯片配合使用，能够有效提高充电控制器11的控制性，能够有效提高充电控制器11的工作效率。
119.本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围中。