基于超级电容的储能设备及方法与流程

1.本发明涉及车载武器系统供配电技术领域，具体地，涉及基于超级电容的储能设备及方法。特别涉及高压直流储能设备和方法。


背景技术：

2.随着超级电容等直流储能设备的迅速发展，储能设备以其灵活、便捷的并网条件，易于与其他直流供电设备并网供电的优势，越来越多的应用在供配电系统中。采用储能设备供电，既提高了战车供电的可靠性，又有效提升了战车的战场生存能力。具备储能设备的高压直流供电体制正逐步成为新型导弹武器战车提升产品竞争力的有效手段。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于超级电容的储能设备及方法。
4.根据本发明提供的一种基于超级电容的储能设备，包括：电容机箱、管理机、充电机、维修放电装置；
5.所述电容机箱包括：电容模组和采样模块；电容模组包括多个并列的超级电容，采样模块对电容模组内的每个超级电容的电压和温度进行采样，并将采样结果上报管理机；
6.所述管理机包括：电容管理模块；电容管理模块根据所述采样结果，进行充电管理、供电管理或维修卸载控制；
7.所述充电机包括：控制板、交流输入空气开关k1、ac/dc变换模块；在控制板的控制下，通过交流输入空气开关k1控制三相电源ac380v输入，经过ac/dc变换模块的变换输出高压直流电对电容机箱充电；
8.所述维修放电装置为储能设备维护和维修时的卸载装置。
9.优选地，管理机通过监测电容机箱内电容模组的电压、电流、温度、充电电流、供电电流、卸载电流、电容容量、累计消耗能量和累计工作时间，在电容模组状态异常时给出报警信息。
10.优选地，供电时，管理机的电容管理模块进行自检，自检正常后，闭合管理机供电继电器k3，连通电容机箱与供电输出端口，开始供电。
11.优选地，在电容机箱与供电输出端口的线路上配置有防倒灌二极管d2，防止储能装置与高压直流供配电设备并联供电输出时，发生电压倒灌。
12.优选地，充电时，管理机的电容管理模块判断充电请求条件是否满足，充电请求条件为储能设备总电压≤dc560v或者超级电容最低单体电压≤2.65v；当条件满足时管理机的电容管理模块向充电机发送充电请求；充电机在接收到管理机的充电请求后，判断充电机输入ac380v电压是否接入，当充电机ac380v输入电压接入时，充电机向管理机反馈允许充电信号；管理机接收到充电机反馈的允许充电信号后，控制充电继电器k4闭合以连通自充电机向电容机箱的充电线路；充电继电器k4闭合后，充电机控制输出继电器k2闭合以接
通充电回路，充电机开始充电。
13.优选地，充电时，当充电电流i为0a≤i≤1.5a，以及储能设备总电压≥570v且持续设定时间或超级电容最高单体电压≥2.8v且持续设定时间或储能设备总电压≥585v时，管理机断开充电继电器k4，并向充电机发送停止充电请求，充电机收到请求后断开充电机输出继电器k2，充电完成。
14.优选地，维修放电时，依次手动打开管理机上的卸载开关k5和维修放电装置电源开关k6，接通维修放电回路，然后按下维修放电装置面板上的加载开关进行卸载放电。
15.优选地，按下维修放电装置面板上的加载开关进行卸载放电，直到储能装置内超级电容的电量放电至人体安全电压以下，再进行储能装置的维修。
16.根据本发明提供的一种所述的基于超级电容的储能设备的使用方法，单独使用所述基于超级电容的储能设备输出直流电压。
17.根据本发明提供的一种所述的基于超级电容的储能设备的使用方法，将所述基于超级电容的储能设备与高压直流供配电设备并联使用输出直流电压。
18.与现有技术相比，本发明的技术有益效果是，
19.1、本发明的储能设备可单独使用，或与其他高压直流供配电设备并联使用，输出直流电压，为用电设备提供可靠的直流供电。
20.2、储能设备具备供电、充电和维修放电三种工作模式。通过维修放电装置提供储能设备维护和维修时的卸载装置。
21.3、本发明在储能装置充电和放电的过程中，管理机都对充电条件和放电条件进行严格的判定，在满足条件的情况下，才能进行充电和放电，确保储能装置不会出现过度充放电，而损坏电容模组的情况发生，从而大大提高了储能装置的安全性、可靠性及使用寿命。
22.4、本发明的难点在于，需确保储能装置可以在进行放电的同时对储能装置进行充电和在安全可靠的条件下进行维修，本发明是这样解决的：通过管理机实时进行充电和放电条件的判定，确保设备安全的情况下，通过闭合供电继电器k3和充电继电器k4，实现储能装置充电和放电的同时进行，提高了储能装置的使用效率和续航时间。在储能装置进行维修时，依次手动打开管理机上的卸载开关k5和维修放电装置电源开关k6，接通维修放电回路，然后按下维修放电装置面板上的加载开关进行卸载放电，确保储能装置内超级电容的电量放电至人体安全电压以下，再进行储能装置的维修。
附图说明
23.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
24.图1是储能设备原理框图。
25.图2是储能设备供电工作流程。
26.图3是储能设备充电工作流程。
27.图4是储能设备维修放电流程。
具体实施方式
28.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术
人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
29.本发明的目的在于提供一种基于超级电容的储能设备及方法。储能设备可单独使用，或与其他高压直流供配电设备并联使用，输出直流电压，为用电设备提供可靠的直流供电。
30.以下将结合图1～图4对本发明的一种基于超级电容的储能设备及方法作进一步的详细描述。
31.请参阅图1，本发明的基于超级电容的储能设备包括电容机箱、管理机、充电机和维修放电装置。储能设备可单独使用，或与其他高压直流供配电设备并联使用，输出直流电压，为用电设备提供可靠的直流供电。储能设备具备供电、充电和维修放电三种工作模式。
32.所述电容机箱包括电容模组和采样模块，电容模组包括多个并联的超级电容，构成供电的主体。采样模块对电容模组内的每个超级电容的电压和温度进行采样，并将采样结果通过can总线上报管理机的电容管理模块。
33.所述管理机包括电容管理模块、供电继电器k3、充电继电器k4、卸载开关k5和防倒灌二极管d2。管理机通过can总线与电容机箱和充电机通讯，可实现储能设备的充电管理、供电管理和维修卸载控制。管理机可监测电容机箱内电容模组的电压、电流、温度、充电电流、供电电流、卸载电流、电容容量、累计消耗能量和累计工作时间，在电容模组状态异常时会给出报警信息。
34.所述充电机包括交流输入空气开关k1、ac/dc变换模块、充电机输出继电器k2和防倒灌二极管d1。充电机通过交流输入空气开关k1控制三相电源ac380v输入，经过ac/dc变换模块变换输出高压直流电对电容机箱充电，同时充电机与管理机可进行can通讯交互，完成电容机箱的充电控制。
35.所述维修放电装置包括电子负载和电源开关k6，为储能设备维护和维修时的卸载装置。
36.请参阅图2，所述基于超级电容的储能设备供电时，首先管理机电容管理模块对储能设备进行自检，自检正常后，闭合管理机供电继电器k3，储能设备开始供电。在管理机供电通路上配置了防倒灌二极管d2，是为了防止储能装置与其他高压直流供配电设备并联供电输出时，电压倒灌进储能设备。
37.请参阅图3，储能设备的额定电压为dc580v，电容机箱内超级电容的单体额定电压为2.75v，储能设备充电时，首先由管理机判断充电请求条件是否满足，充电请求条件为储能设备总电压≤dc560v或者超级电容最低单体电压≤2.65v，当条件满足时管理机电容管理模块通过can通信向充电机发送充电请求；充电机在接收到管理机的充电请求后，判断充电机输入ac380v电压是否接入，当充电机ac380v输入电压接入时，充电机通过can通信向管理机反馈允许充电信号；管理机接收到充电机反馈的允许充电信号后，控制充电继电器k4闭合；充电继电器k4闭合后，充电机控制输出继电器k2闭合，接通充电回路，充电机开始充电；当充电电流0a≤i充电≤1.5a，以及储能设备总电压≥570v且持续5s或超级电容最高单体电压≥2.8v且持续5s或储能设备总电压≥585v时，管理机断开充电继电器k4，并向充电机发送停止充电请求，充电机收到请求后断开充电机输出继电器k2，充电完成。
38.请参阅图4，储能设备进行维修放电时，依次手动打开管理机上的卸载开关k5和维修放电装置电源开关k6，接通维修放电回路，然后按下维修放电装置面板上的加载开关进行卸载放电。
39.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种基于超级电容的储能设备，其特征在于，包括：电容机箱、管理机、充电机、维修放电装置；所述电容机箱包括：电容模组和采样模块；电容模组包括多个并列的超级电容，采样模块对电容模组内的每个超级电容的电压和温度进行采样，并将采样结果上报管理机；所述管理机包括：电容管理模块；电容管理模块根据所述采样结果，进行充电管理、供电管理或维修卸载控制；所述充电机包括：控制板、交流输入空气开关k1、ac/dc变换模块；在控制板的控制下，通过交流输入空气开关k1控制三相电源ac380v输入，经过ac/dc变换模块的变换输出高压直流电对电容机箱充电；所述维修放电装置为储能设备维护和维修时的卸载装置。2.根据权利要求1所述的基于超级电容的储能设备，其特征在于，管理机通过监测电容机箱内电容模组的电压、电流、温度、充电电流、供电电流、卸载电流、电容容量、累计消耗能量和累计工作时间，在电容模组状态异常时给出报警信息。3.根据权利要求1所述的基于超级电容的储能设备，其特征在于，供电时，管理机的电容管理模块进行自检，自检正常后，闭合管理机供电继电器k3，连通电容机箱与供电输出端口，开始供电。4.根据权利要求1所述的基于超级电容的储能设备，其特征在于，在电容机箱与供电输出端口的线路上配置有防倒灌二极管d2，防止储能装置与高压直流供配电设备并联供电输出时，发生电压倒灌。5.根据权利要求1所述的基于超级电容的储能设备，其特征在于，充电时，管理机的电容管理模块判断充电请求条件是否满足，充电请求条件为储能设备总电压≤dc560v或者超级电容最低单体电压≤2.65v；当条件满足时管理机的电容管理模块向充电机发送充电请求；充电机在接收到管理机的充电请求后，判断充电机输入ac380v电压是否接入，当充电机ac380v输入电压接入时，充电机向管理机反馈允许充电信号；管理机接收到充电机反馈的允许充电信号后，控制充电继电器k4闭合以连通自充电机向电容机箱的充电线路；充电继电器k4闭合后，充电机控制输出继电器k2闭合以接通充电回路，充电机开始充电。6.根据权利要求5所述的基于超级电容的储能设备，其特征在于，充电时，当充电电流i为0a≤i≤1.5a，以及储能设备总电压≥570v且持续设定时间或超级电容最高单体电压≥2.8v且持续设定时间或储能设备总电压≥585v时，管理机断开充电继电器k4，并向充电机发送停止充电请求，充电机收到请求后断开充电机输出继电器k2，充电完成。7.根据权利要求1所述的基于超级电容的储能设备，其特征在于，维修放电时，依次手动打开管理机上的卸载开关k5和维修放电装置电源开关k6，接通维修放电回路，然后按下维修放电装置面板上的加载开关进行卸载放电。8.根据权利要求7所述的基于超级电容的储能设备，其特征在于，按下维修放电装置面板上的加载开关进行卸载放电，直到储能装置内超级电容的电量放电至人体安全电压以下，再进行储能装置的维修。9.一种权利要求1至8中任一项所述的基于超级电容的储能设备的使用方法，其特征在于，单独使用所述基于超级电容的储能设备输出直流电压。10.根据权利要求1至8中任一项所述的基于超级电容的储能设备的使用方法，其特征
在于，将所述基于超级电容的储能设备与高压直流供配电设备并联使用输出直流电压。

技术总结
本发明提供了一种基于超级电容的储能设备及方法,该设备主要由电容机箱、管理机、充电机和维修放电装置组成。储能设备可单独使用，或与其他高压直流供配电设备并联使用，输出直流电压，为用电设备提供可靠的直流供电。储能设备具备供电、充电和维修放电三种工作模式。充电和维修放电三种工作模式。充电和维修放电三种工作模式。


技术研发人员：范文晶 沈暑龙 徐磊 王惠娟 谢健 龚琦 王腾 鲁勇军 王志德
受保护的技术使用者：上海机电工程研究所
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/10/15