[发明专利]基于超级电容的车载自发电系统用的短时储能装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于超级电容的车载自发电系统的短时储能装置及方法，可用于多种车载自发电控制系统，适用于各种短时储能领域。

背景技术

传统的不间断供电系统，由蓄电池和UPS组成，UPS作为一种通用型不间断供电电源，一般用在楼宇、医院等能长时间稳定提供220V交流供电的场合，其结构相对固定，包括一个独立的充电电路和一个放电电路，但在系统功率较大的时候，充放电电路的体积同时增大，造成重量及所占用空间的增大，导致UPS重量、体积很难满足车载发电系统要求；同时受蓄电池充电特性影响，蓄电池充电电流需小于其容量的20％，造成充电速度远小于放电速度，在系统功率较大，同时需要快速充放电的场合，既无法提升充电速度，同时大电流充放电也会对蓄电池性能造成影响。

现有的车载发电系统储能单元，由蓄电池或超级电容与12V直流车载发电电源直连构成，通常应用于纯电动汽车上，但无法提供标准负载所需的220V交流电源，为此，需要设计一种为车载自发电系统不间断供电的新的解决方案。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供适用于车载自发电系统的短时储能装置及方法，在车载自发电系统短时不能供电的瞬间为其提供能量补充，使其成为不间断电源，为车辆上的负载提供220V交流电。

本发明的技术解决方案是：

基于超级电容的车载自发电系统用的短时储能装置，包括储能单元、能量传输单元和发电单元，发电单元可以为车辆上负载提供正常电能支撑时，发电单元通过能量传输单元为储能单元供电；发电单元无法为车辆上负载提供正常电能支撑时，储能单元通过能量传输单元为发电单元供电，为负载提供冗余供电，确保负载得到持续供电。

能量传输单元包括功率电路、检测电路、驱动电路、保护电路、控制电路和显示电路，功率电路连接于能量传输单元的高压端和低压端，功率电路高压端与发电单元连接，功率电路低压端与储能单元连接；检测电路检测功率电路的电压、电流信号，并将电压、电流反馈信号传递给控制电路；保护电路检测功率电路的电压、电流信号，在超出功率电路电压、电流安全值时，为控制电路提供报警信号；在未超出功率电路电压、电流安全值时，为控制电路提供使能信号；控制电路采集检测电路的电压、电流反馈信号、保护电路的报警信号或使能信号，将信号处理为开关信号和显示信号，并将开关信号传输给驱动电路，将显示信号传输给显示电路；驱动电路接收控制电路输出的开关信号，对开关信号进行驱动能力的增强，并将增强后的开关信号输出给功率电路，控制功率电路的电压、电流，进而实现能量的传输；显示电路接收控制电路输出的显示信号，进而显示功率电路的电压、电流值。

一种基于超级电容的车载自发电系统用的短时储能方法，包括储能单元、能量传输单元和发电单元，发电单元可以为车辆上负载提供正常电能支撑时，发电单元通过能量传输单元为储能单元供电，能量传输单元包括功率电路、检测电路、驱动电路、保护电路、控制电路和显示电路，具体实现过程为：检测电路检测功率电路上电压、电流信号，并将电压、电流反馈信号传递给控制电路，保护电路检测功率电路的电压、电流信号，判断为使能信号，并将使能信号传递给控制电路，控制电路采集检测电路的电压、电流反馈信号、保护电路的使能信号，经过处理生成显示信号和开关信号，并分别输出给显示电路和驱动电路，驱动电路增强开关信号驱动能力，控制功率电路的电压、电流，进而实现发电单元对储能单元的充电。

发电单元无法为车辆上负载提供正常电能支撑时，具体过程为：检测电路检测功率电路上电压、电流信号，并将电压、电流反馈信号传递给控制电路，保护电路检测功率电路的电压、电流信号，若判断为使能信号，并将使能信号传递给控制电路，控制电路采集检测电路的电压、电流反馈信号、保护电路的使能信号，经过处理生成显示信号和开关信号，并分别输出给显示电路和驱动电路，驱动电路增强开关信号驱动能力，控制功率电路的电压、电流，进而实现储能单元对发电单元的供电，为负载提供冗余供电，确保负载得到持续供电。

发电单元无法为车辆上负载提供正常电能支撑时，具体过程为：检测电路检测功率电路上电压、电流信号，并将电压、电流反馈信号传递给控制电路，保护电路检测功率电路的电压、电流信号，若判断为报警信号，并将报警信号传递给控制电路，控制电路采集检测电路的电压、电流反馈信号、保护电路的报警信号，经过处理生成显示信号和开关信号，并分别输出给显示电路和驱动电路，驱动电路增强开关信号驱动能力，控制功率电路进入保护状态，切断储能单元与发电单元连接。