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大功率超级电容智能充电机的设计
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更新于2023-05-29
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针对大功率超级电容充电特点和要求,利用高频开关电源技术,设计了一种三相交流输入的大功率智能充电机。采用全桥变换器作为主电路的主要拓扑结构,由IGBT专用驱动芯片驱动,利用软开关技术控制前后桥臂,同时设计欠压、过流、过热、短路、过压、缺相等保护电路和CAN通信接口,具有充电系统故障自诊断功能,充电过程与电池状态参数的存储、上传显示、历史数据查询等功能,实现智能充电和自动化管理;实验测试了充电机不同工作模式下的充电稳定精度和不同输出功率下的充电效率,结果表明充电机工作稳定可靠,充电效率高,满足超级电容对充电设备的要求。
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大功率超级电容智能充电机的设计大功率超级电容智能充电机的设计
针对大功率超级电容充电特点和要求,利用高频开关电源技术,设计了一种三相交流输入的大功率智能充电
机。采用全桥变换器作为主电路的主要拓扑结构,由IGBT专用驱动芯片驱动,利用软开关技术控制前后桥臂,
同时设计欠压、过流、过热、短路、过压、缺相等保护电路和CAN通信接口,具有充电系统故障自诊断功能,
充电过程与电池状态参数的存储、上传显示、历史数据查询等功能,实现智能充电和自动化管理;实验测试了
充电机不同工作模式下的充电稳定精度和不同输出功率下的充电效率,结果表明充电机工作稳定可靠,充电效
率高,满足超级电容对充电设备的要求。
0 引言引言
[1-2]
。虽然超级电容的应用研究有很多,包括充放电特性、充电效率、充电系统等,但专门研究针对应用于
[3-4]
。
本文设计了一种基于开关电源的大功率超级电容
1 充电机硬件结构和工作原理充电机硬件结构和工作原理
1.1 充电机硬件结构充电机硬件结构
超级电容充电机硬件结构如图1所示,该系统由主电路和控制电路构成。主电路主要由辅助电源模块、继电器控制模块和主
充电电源模块构成。充电机的控制电路主要由整机控制模块、系统保护控制模块、驱动控制模块、数据采集模块、人机交互控
制模块和CAN通信模块组成。整机控制模块是充电机系统的控制中心,采用带有CAN接口的PIC18F458为控制器,通过支配
和控制各模块工作,完成充电信息采集、充电状态监控、故障检测等功能。
1.2 充电机工作原理充电机工作原理
充电机上电后,辅助电源模块工作,使充电机处于待机状态。待系统自检正常后,首先通过CAN通信读取超级电容充电前
的电池状态,再根据电池容量、环境状态等确定合理的充电模式,包括恒流充电、恒流转恒压充电和恒功率充电
[5-6]
,然后继
电器控制模块工作,主充电电源模块在驱动控制模块的驱动下给超级电容充电。充电时,数据采集模块采集电压、电流和温度
等,并用于反馈控制。同时检测故障,实现故障自诊断功能,一旦出现欠压、过压、过流、短路、过热、缺相故障,充电机调
整驱动脉冲信号来减小充电电流或直接控制继电器切断电源。人机交互模块显示充电状态,包括充电模式、充电电流、充电电
压、故障原因、充电时间等。充电机循环读取电池状态,直至充电结束。
2 主充电电源及驱动控制设计主充电电源及驱动控制设计
2.1 主充电电源模块主充电电源模块
主充电电源模块结构如图2所示。380 V三相交流电输入后,经过EMI滤波、三相桥式整流和LC滤波得到较为平滑的直流电
压,再通过由IGBT逆变电路、高频变压器、整流电路和滤波电路组成的全桥变换器,最终输出到超级电容。

















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