[实用新型]一种超级电容的双向电流电压可调的充放电系统

说明书

技术领域

本实用新型属于超级电容充放电技术领域，具体涉及一种针对超级电容的双向电流电压可调的充放电系统。

背景技术

超级电容生产技术的成熟与超级电容应用研究的突飞猛进的发展，给新型电源储存装置带来了可能。超级电容作为具有大功率密度的供能装置，在未来有着不可替代的位置。但是超级电容组的充电需要一个电压随超级电容两端电压变化而变化的电源，这样对超级电容充电电源的要求就变高了，而且充电电源的电压要高于超级电容两端电压才能为超级电容充电；而且超级电容的放电也是随着自身电压的减小而功率密度也减小的，并且不能给高于超级电容自身电压的装置供电。

目前常用的方法是单向的升压或降压来实现超级电容的充电与放电。这样就会造成超级电容的充电电源只能是电压高于超级电容的电压，超级电容的放电装置要求的工作电压只能是接近或低于超级电容的电压。这样不仅使超级电容的应用不够灵活，而且也局限了超级电容的使用方式。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种针对超级电容的双向电流电压可调的充放电系统。该系统能够消除超级电容充放电的局限，具有双向、电流电压可调、调控简单的特点。

本实用新型所述的一种超级电容的双向电流电压可调充放电系统，由四个带有反向二极管的IGBT模块(Q1、Q2、Q3、Q4)、一个蓄流电感(L1)、两个输入输出端中间储能电容(C1、C2)、两个电压采集模块(Vm1、Vm2)、两个电流采集模块(Cm1、Cm2)、两个双单元IGBT驱动模块(D1、D2)和一个由意法半导体公司生产的STM32103VE微处理器(M1)组成。

微处理器的四个控制端通过两个双单元IGBT驱动模块连接四个IGBT模块的控制输入端，微处理器的信号采集端分别连接两个电压采集模块和两个电流采集模块。IGBT模块在断开状态时相当于一个反向二极管，即正向截止，反向导通；IGBT模块在导通状态时与导线的作用相同。蓄流电感在系统中作为在变压时的中间蓄流部分。两个输入输出端中间储能电容在系统中作为中间储能和输入输出滤波部分，使输入输出更为平滑。而两个电压采集模块和两个电流采集模块则是对整个系统的进出端口进行监控的部分。微处理器则根据反馈的输入电压电流和输出电压电流，来控制四个IGBT的开通和关断，进而协调输入电压电流和输出电压电流的关系。

本实用新型的工作原理是：在此充放电系统的输入端与输出端分别加入电压采集模块和电流采集模块，然后实时监测输入端与输出端的电压与电流。根据具体项目的要求以及实时的反馈信息对系统的工作状态进行切换，或者是BUCK降压电路，或者是BOOST升压电路，亦或者是反向的BUCK降压电路或反向的BOOST升压电路。通过改变微处理器M1控制四个IGBT模块开关信号的频率和导通占空比，系统可做到恒流输出、恒流输入、恒压输出、恒压输入、恒功率输出和恒功率输入。这样本系统在复杂的工况下，就可以灵活的应用。

本实用新型充放电方法及其实现系统的应用，其突出效果为：采用数量较少的器件既可实现对超级电容宽电压范围的充放电的目的，避免了充放电电压和阻抗不匹配而造成的电源或功率器件的损坏的问题。

附图说明：

图1：本实用新型的整体设计结构示意图；

图2：本实用新型在充电电压高于超级电容电压时IGBT模块Q1闭合的充电电路结构示意图。

图3：本实用新型在充电电压高于超级电容电压时IGBT模块Q1断开的充电电路结构示意图。

图4：本实用新型在充电电压低于超级电容电压或充电电压不足以维持超级电容恒流状态充电时IGBT模块Q4闭合的充电电路结构示意图。

图5：本实用新型在充电电压低于超级电容电压或充电电压不足以维持超级电容恒流状态充电时IGBT模块Q4断开的充电电路结构示意图。

图6：本实用新型在放电电压要求比超级电容电压低时IGBT模块Q2闭合的放电电路示意图。

图7：本实用新型在放电电压要求比超级电容电压低时IGBT模块Q2断开的放电电路示意图。

图8：本实用新型在放电电压要求比超级电容电压高时IGBT模块Q3闭合的放电电路示意图。

图9：本实用新型在放电电压要求比超级电容电压高时IGBT模块Q3断开的放电电路示意图。

图10：本实用新型中电压采集模块的原理图。