一種模塊化超級(jí)電容儲(chǔ)能單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模塊化超級(jí)電容儲(chǔ)能單元。
【背景技術(shù)】
[0002]再生制動(dòng)能量吸收方式主要分為耗散式、能饋式和儲(chǔ)能式三種，耗散式結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)性能好，應(yīng)用最廣。能饋式和儲(chǔ)能式相對(duì)較少。國內(nèi)對(duì)能饋式和儲(chǔ)能式的研究剛剛起步，再生制動(dòng)能量不能有效利用起來。能饋式對(duì)電網(wǎng)沖擊較大，不采用。儲(chǔ)能式吸收多余再生制動(dòng)能量，必要時(shí)釋放出來，起到削峰填谷的作用。
[0003]針對(duì)相關(guān)技術(shù)中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種模塊化超級(jí)電容儲(chǔ)能單元，以克服目前現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足。
[0005]—種模塊化超級(jí)電容儲(chǔ)能單元，包括儲(chǔ)能電路所述儲(chǔ)能電路包括和電源正極端和負(fù)極端之間連接的若干電容，其中每個(gè)所述電容的輸出端均連接有相互串聯(lián)的儲(chǔ)能模塊，所述儲(chǔ)能模塊串聯(lián)于電源的電壓輸入端和直流母線之間，所述儲(chǔ)能模塊的輸出端均串聯(lián)連接有雙向均壓DC-DC變換器，所述若干雙向均壓DC-DC變換器的輸出端連接在所述直流母線上，所述儲(chǔ)能模塊包括和所述電容的輸出端連接的雙向直流變換器，所述雙向直流變換器的輸出端連接有若干串聯(lián)的超級(jí)電容器組，所述若干超級(jí)電容器組的輸出端和所述雙向均壓DC-DC變換器的輸入端連接。
[0006]其中，所述超級(jí)電容器組由ζ個(gè)超級(jí)電容器串聯(lián)組成；
其中ζ的個(gè)數(shù)由以下公式確定:
Z=Es氺qc/Ec
其中，Es為單個(gè)儲(chǔ)能模塊要吸收的總能量，nc為雙向直流變換器效率，Ec為單個(gè)電容器的容量。
[0007]進(jìn)一步的，該儲(chǔ)能模塊中超級(jí)電容器的總個(gè)數(shù)為η個(gè)，其中η由以下公式確定:
H=ITl^Z
其中m為該儲(chǔ)能模塊中超級(jí)電容器組的個(gè)數(shù)，ζ為所述超級(jí)電容器組中超級(jí)電容器的個(gè)數(shù)。
[0008]本發(fā)明的有益效果為:通過串聯(lián)設(shè)置的若干儲(chǔ)能模塊進(jìn)而達(dá)到了對(duì)當(dāng)其中一個(gè)儲(chǔ)能模塊出現(xiàn)故障的時(shí)候可以由其他的儲(chǔ)能模塊替補(bǔ)工作，這樣并不會(huì)影響儲(chǔ)能模塊的正常工作，另外每個(gè)儲(chǔ)能模塊中還有超級(jí)電容器組，該超級(jí)電容器組中有若干個(gè)電容器串聯(lián)而成，這樣滿足了各種電壓等級(jí)要求，彌補(bǔ)高電壓再生制動(dòng)能量吸收方式的空白，此外本發(fā)明還具有資源利用率高的效果。
【附圖說明】
[0009]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儲(chǔ)能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中:
1、電源;2、電容;3、儲(chǔ)能模塊;4、雙向直流變換器;5、超級(jí)電容器組;6、直流母線;7、雙向均壓DC-DC變換器。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0013]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的一種模塊化超級(jí)電容儲(chǔ)能單元，包括儲(chǔ)能電路所述儲(chǔ)能電路包括和電源I正極端和負(fù)極端之間連接的若干電容2，其中每個(gè)所述電容2的輸出端均連接有相互串聯(lián)的儲(chǔ)能模塊3，所述儲(chǔ)能模塊3串聯(lián)于電源I的電源輸入端和直流母線6之間，所述儲(chǔ)能模塊3的輸出端均串聯(lián)連接有雙向均壓DC-DC變換器7，所述若干雙向均壓DC-DC變換器7的輸出端連接在所述直流母線6上，所述儲(chǔ)能模塊3包括和所述電容2的輸出端連接的雙向直流變換器4，所述雙向直流變換器4的輸出端連接有若干串聯(lián)的超級(jí)電容器組5，所述若干超級(jí)電容器組5的輸出端和所述雙向均壓DC-DC變換器7的輸入端連接。
[0014]其中采用的雙向均壓DC-DC變換器7:在超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)中，雙向DC-DC變換器7用來實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容的充電和放電功能。與傳統(tǒng)的采用兩套單向DC-DC變換器來達(dá)到能量雙向傳輸?shù)姆桨赶啾?，雙向均壓DC-DC變換器7應(yīng)用同一個(gè)變換器來控制能量的雙向傳輸，使用的器件數(shù)目少，且可以更加快速地進(jìn)行兩個(gè)方向功率變換的切換。雙向均壓DC-DC變換器7采用同一套變換器電路來實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)，具有高效率、體積小、動(dòng)態(tài)性能好、低成本等優(yōu)勢。
[0015]進(jìn)一步的，所述超級(jí)電容器組5由ζ個(gè)超級(jí)電容器串聯(lián)組成；
其中ζ的個(gè)數(shù)由以下公式確定:
Z=Es氺qc/Ec
其中，Es為單個(gè)儲(chǔ)能模塊要吸收的總能量，nc為雙向直流變換器效率，Ec為單個(gè)電容器的容量。
[0016]其中，該儲(chǔ)能模塊中超級(jí)電容器的總個(gè)數(shù)為η個(gè)，其中η由以下公式確定:
H=ITl^Z
其中m為該儲(chǔ)能模塊中超級(jí)電容器組5的個(gè)數(shù)，ζ為所述超級(jí)電容器組5中超級(jí)電容器的個(gè)數(shù)。
[0017]其中，在一個(gè)實(shí)施例中，為了適應(yīng)高壓應(yīng)用場合，整個(gè)系統(tǒng)由相同的多個(gè)模塊串聯(lián)組成;每個(gè)雙向直流變換器4都相同，其低壓側(cè)輸出接超級(jí)電容組;超級(jí)電容器通過另一雙向直流變換器與中間直流母線6相連，通過中間直流母線6在超級(jí)電容器組5間傳遞能量，以保證超級(jí)電容器組5電壓的一致性。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中:當(dāng)每個(gè)超級(jí)電容器組5的個(gè)數(shù)m至少為4組時(shí):該方案主要具有以下優(yōu)點(diǎn):
1)每個(gè)模塊的變換器輸出相互獨(dú)立，便于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)整，可以通過增加模塊的數(shù)目來適應(yīng)不同的電壓等級(jí)和提高儲(chǔ)能功率，因此只需設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)模塊，從而既可以減小設(shè)備制造的費(fèi)用又可以節(jié)約系統(tǒng)升級(jí)的時(shí)間；
2)將系統(tǒng)的低壓側(cè)輸出分散成多個(gè)超級(jí)電容器組5，其最大工作電壓減小，可以減少組內(nèi)超級(jí)電容串聯(lián)的數(shù)目，進(jìn)而更有利于單體超級(jí)電容間的均壓控制，提高了超級(jí)電容器組的可靠性；
3)模塊化的設(shè)計(jì)方案，各個(gè)功率模塊分擔(dān)負(fù)載功率和功率損耗(每個(gè)模塊約240kW，4個(gè)模塊共0.95MW)，可以降低功率半導(dǎo)體器件的熱應(yīng)力，易于實(shí)現(xiàn)冗余，大大提高了系統(tǒng)可靠性和功率密度；
4)儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用靈活，可用于多種場合。若每個(gè)模塊輸入額定電壓設(shè)計(jì)為375V，則單個(gè)模塊可以用于小型HEV車輛，而兩個(gè)模塊串聯(lián)可以用于750V供電的地鐵和輕軌等城市軌道交通場合，亦可用于同電壓等級(jí)的有軌電車、無軌電車線路或港口輪胎吊等場合，而4個(gè)串聯(lián)可以用于1500V供電的城市軌道交通線路。
[0019]另外，在一個(gè)實(shí)施例中，儲(chǔ)能模塊的設(shè)計(jì)包括:一、可以先將儲(chǔ)能模塊串聯(lián)，然后儲(chǔ)能模塊內(nèi)每個(gè)超級(jí)電容器串聯(lián)連接形成儲(chǔ)能模塊，二、也可以將超級(jí)電容器串聯(lián)連接，然后將若干組串聯(lián)后的超級(jí)電容器串聯(lián)連接
每個(gè)超級(jí)電容器組5相互獨(dú)立，當(dāng)其中一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)投切到備用的電容器，不影響設(shè)備正常工作。根據(jù)需要，可實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器組5的冗余，當(dāng)主電容器組出現(xiàn)故障不能正常工作時(shí)，啟動(dòng)冗余模塊，實(shí)現(xiàn)無縫換接。
[0020]綜上所述，借助于本發(fā)明的上述技術(shù)方案，通過串聯(lián)設(shè)置的若干儲(chǔ)能模塊3進(jìn)而達(dá)到了對(duì)當(dāng)其中一個(gè)儲(chǔ)能模塊3出現(xiàn)故障的時(shí)候可以由其他的儲(chǔ)能模塊替補(bǔ)工作，這樣并不會(huì)影響儲(chǔ)能模塊的正常工作，另外每個(gè)儲(chǔ)能模塊中還有超級(jí)電容器組，該超級(jí)電容器組中有若干個(gè)電容器串聯(lián)而成，這樣滿足了各種電壓等級(jí)要求，彌補(bǔ)高電壓再生制動(dòng)能量吸收方式的空白，此外本發(fā)明還具有資源利用率高的效果。
[0021]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種模塊化超級(jí)電容儲(chǔ)能單元，其特征在于，包括儲(chǔ)能電路所述儲(chǔ)能電路包括和電源正極端和負(fù)極端之間連接的若干電容，其中每個(gè)所述電容的輸出端均連接有相互串聯(lián)的儲(chǔ)能模塊，且所述儲(chǔ)能模塊串聯(lián)于電源的電壓輸入端和直流母線之間，所述儲(chǔ)能模塊的輸出端均串聯(lián)連接有雙向均壓DC-DC變換器，所述若干雙向均壓DC-DC變換器的輸出端連接在所述直流母線上，所述儲(chǔ)能模塊包括和所述電容的輸出端連接的雙向直流變換器，所述雙向直流變換器的輸出端連接有若干串聯(lián)的超級(jí)電容器組，所述若干超級(jí)電容器組的輸出端和所述雙向均壓DC-DC變換器的輸入端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化超級(jí)電容儲(chǔ)能單元，其特征在于，所述超級(jí)電容器組由Z個(gè)超級(jí)電容器串聯(lián)組成； 其中z的個(gè)數(shù)由以下公式確定: Z=Es氺qc/Ec 其中，Es為單個(gè)儲(chǔ)能模塊要吸收的總能量，nc為雙向直流變換器效率，Ec為單個(gè)電容器的容量。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模塊化超級(jí)電容儲(chǔ)能單元，其特征在于，該儲(chǔ)能模塊中超級(jí)電容器的總個(gè)數(shù)為η個(gè)，其中η由以下公式確定: H=ITl^Z 其中m為該儲(chǔ)能模塊中超級(jí)電容器組的個(gè)數(shù)，ζ為所述超級(jí)電容器組中超級(jí)電容器的個(gè)數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模塊化超級(jí)電容儲(chǔ)能單元，包括串聯(lián)在電源端和中間母線端的若干組儲(chǔ)能模塊，儲(chǔ)能模塊上均連接雙向均壓DC-DC變換器，儲(chǔ)能模塊包括雙向直流變換器和超級(jí)電容器組。本發(fā)明的有益效果為：通過串聯(lián)設(shè)置的若干儲(chǔ)能模塊進(jìn)而達(dá)到了對(duì)當(dāng)其中一個(gè)儲(chǔ)能模塊出現(xiàn)故障的時(shí)候可以由其他的儲(chǔ)能模塊替補(bǔ)工作，這樣并不會(huì)影響儲(chǔ)能模塊的正常工作，另外每個(gè)儲(chǔ)能模塊中還有超級(jí)電容器組，該超級(jí)電容器組中有若干個(gè)電容器串并聯(lián)而成，這樣滿足了各種電壓等級(jí)要求，彌補(bǔ)高電壓再生制動(dòng)能量吸收方式的空白，此外本發(fā)明還具有資源利用率高的效果。
【IPC分類】H02J3/32
【公開號(hào)】CN105633993
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610146844
【發(fā)明人】馬立新, 楊曉奇, 馬連發(fā)
【申請(qǐng)人】北京科力通電氣股份有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年3月15日