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原文传递超级电容驱动型电机车配套的快速充电桩

专利名称：	超级电容驱动型电机车配套的快速充电桩
摘要：	本发明公开了一种超级电容驱动型电机车配套的快速充电桩，由充电枪及其接口、输出保护与监测电路、三电平整流主电路、输入保护及辅助电源电路、充电控制器五个部分组成，电网交流电经输入保护及辅助电源电路后由三电平整流主电路转换为直流电，然后通过输出保护与监测电路、充电枪及其接口为电机车超级电容模组补充电能。其有益效果在于：本发明技术方案在实现电机车超级电容模组智能充电的同时，通过使电路电流电压同相位来达到功率因数校正、减少电网干扰的目的，根据直流侧输出中点电位进行补偿来解决中点电位不平衡的问题，通过监测充电回路绝缘状态来保证充电过程的安全。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	湖南科技大学
发明人：	黄采伦;赵延明;易雄胜;张凯旋;陈献忠;蔡尚松;蒋润德;文静
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-10T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-06T00:00:00+0800
申请号：	CN201910389287.4
公开号：	CN110203095A
分类号：	B60L53/31(2019.01);B;B60;B60L;B60L53
申请人地址：	411201 湖南省湘潭市雨湖区桃源路2号
主权项：	1.一种超级电容驱动型电机车配套的快速充电桩，包括用于给电机车内置超级电容模组进行充电的充电枪及其接口，用于经充电枪及其接口与电机车内超级电容模组BMS通信的CAN接口，用于控制和保护充电输出DC+与DC-、监测充电连接线绝缘变化、监测充电枪连接状态的输出保护与监测电路，用于在充电控制器输出PWM信号控制下将三相交流电转换为直流的PWM驱动隔离电路和三电平整流主电路，用于保护电网和本快速充电桩后续电路、为充电控制器及其周边电路提供工作电源PWRIN的输入保护及辅助电源电路，用于调理电网经输入保护电路接入的监测电压、电流波形的交流侧信号调理电路，用于调理三电平整流主电路输出电压、电流信号的直流侧信号调理电路，用于监测和管控整个充电过程以实现电机车超级电容模组智能充电的充电控制器；其特征是：电网交流电经输入保护及辅助电源电路后由三电平整流主电路转换为直流电，然后通过输出保护与监测电路、充电枪及其接口为电机车超级电容模组补充电能；当充电控制器经输出保护与监测电路、充电枪及其接口检测到充电枪已与电机车超级电容模组连接后，再通过CAN接口与电机车内超级电容模组BMS通信以获取超级电容模组的实时状态参数，接着根据超级电容模组实时状态参数智能选择充电模式、充电参数，充电控制器以选择的充电模式、充电参数为输入，结合经交流侧信号调理电路、直流侧信号调理电路采集到实时电压、电流值，智能决策后输出控制信号经PWM驱动隔离电路控制和调节三电平整流主电路的工作状态，以为电机车超级电容模组提供不同阶段所需的充电电压与电流。 2.根据权利要求1所述的超级电容驱动型电机车配套的快速充电桩，其特征是：所述的充电控制器包括主控CPU模块，用于在紧急情况停止所有工作、与主控CPU模块I/O口1连接的急停开关，用于在故障状态下警示用户、与主控CPU模块I/O口1连接的声光报警模块，用于快速充电桩工作参数设置和实时工作状态显示、与主控CPU模块I/O口2连接的触摸显示屏，用于实现上位机远程管控、与主控CPU模块COM1口连接的远程通信接口；其中，主控CPU模块内还含有用于扩展CAN接口的COM2口，用于连接交流侧信号调理电路的ADC1，用于连接直流侧信号调理电路的ADC2，用于连接PWM驱动隔离电路的I/O口3，以及相位区间划分模块、PI调节器1、PI调节器2、PWM控制器、电流选择模块、中点补偿模块；主控CPU综合通过触摸显示屏设置的工作参数与通过CAN接口获取超级电容模组的实时状态参数得到控制器电压外环的给定输入值UREF，与通过ADC1采集到的三电平整流主电路输出电压UDC一起作为PI调节器1的输入，PI调节器1的输出为电流内环的给定输入值IREF，与电流反馈信号IKZ一起作为PI调节器2的输入，在充电枪未连接电机车超级电容模组时由电流选择模块选择经ADC2采集到的交流侧电流IAC为反馈输入值IKZ，在充电过程中由电流选择模块选择经ADC1采集到的直流侧电流IDC为反馈输入值IKZ，PI调节器2的输出信号经PWM控制器、I/O口3后输出占空比、频率可控的PWM信号以实现三电平整流主电路的控制；在PWM控制器中，将控制部分生成的PWM 信号和通过ADC2采集到的交流侧电压信号Vab、Vbc、Vca经相位区间划分模块区间控制中输出的La、Lb、Lc相或作为最终输出控制信号以保证电路电流电压同相位、达到功率因数校正的目的，通过将ADC1采集到的三电平整流主电路输出中点电位UDC/2引入中点补偿模块生成补偿信号并修正PWM控制器输出的PWM信号以解决三电平整流电路由于中点箝位结构产生直流侧中点电位不平衡的问题。 3.根据权利要求1所述的超级电容驱动型电机车配套的快速充电桩，其特征是：所述的输入保护及辅助电源电路包括电网输入连接器JK0、断路器QF、熔断器FUSE1、AC/DC转换模块MK01，电网380V交流电以三相四线制方式接入电网输入连接器JK0，再通过用于电源线路及后续电路保护的断路器QF、用于电路发生短路或严重过载保护的熔断器FUSE1后连接到三电平整流主电路，用于为充电控制器提供工作电源PWRIN的AC/DC转换模块MK01并接在通过断路器QF、熔断器FUSE1后的C相与零线N之间，以保证充电控制器、三电平整流主电路均只在断路器QF、熔断器FUSE1未起保护作用且手动操作断路器QF闭合的情况下才投入运行。 4.根据权利要求1所述的超级电容驱动型电机车配套的快速充电桩，其特征是：所述的三电平整流主电路由3个电感L1~L3、6个快恢复整流二极管D1~D6、6个IGBT模块或大功率MOS管VT1~VT6和2个电容C1~C2组成，交流侧与输入保护及辅助电源电路输出的三相交流电连接，设置有用于三相电压、电流监测的与交流侧信号调理电路连接的电压传感器VTR1~VTR3、电流传感器CTR1~CTR3，直流侧与输出保护与监测电路的输入连接，输出电流采用分流器SHUNT结合直流侧信号调理电路的方式监测、输出电压采用直接从电容C1~C2的端接点取电压连接至直流侧信号调理电路的方式监测，三电平整流主电路在充电控制器输出经PWM驱动隔离电路后的PWM信号PWMA、PWMB、PWMC控制下实现充电电压、电流实时控制。 5.根据权利要求1所述的超级电容驱动型电机车配套的快速充电桩，其特征是：所述的充电枪及其接口是一个带有插接头JK02的充电枪CHARG，充电枪CHARG内置有用于检测其与电机车内超级电容模组连接状态的微动开关KG和电阻R1，插接头JK02与充电枪CHARG的连接为5线制：CAN总线通信信号正CANH、CAN总线通信信号负CANL、充电枪CHARG连接状态检测信号JCIN、充电输出正DC+、充电输出负DC-，其中充电输出正DC+、充电输出负DC-用于给电机车内超级电容模组提供充电电能，CAN总线通信信号正CANH、CAN总线通信信号负CANL用于充电控制器通过CAN接口与电机车内超级电容模组BMS通信以获取超级电容模组的实时状态参数。 6.根据权利要求1所述的超级电容驱动型电机车配套的快速充电桩，其特征是：所述的输出保护与监测电路包括用于充电输出发生短路或严重过载保护的熔断器FUSE2、用于接通或断开充电回路的继电器KM、用于监测充电回路绝缘状态的绝缘检测传感器INSU、用于与充电枪CHARG内置微动开关KG和电阻R1一起检测充电枪连接状态的电阻R2、用于连接充电枪的充电插接座JK01，当充电控制器检测到充电枪CHARG与电机车内超级电容模组连接后通过CAN总线通信获取超级电容模组的实时状态参数，根据超级电容模组实时状态参数智能决策并控制三电平整流主电路、控制继电器KM接通充电回路以电机车超级电容模组的智能充电，如充电过程中出现绝缘状态超限，则控制继电器KM断开充电回路以保证充电过程的安全性。
所属类别：	发明专利