本發(fā)明涉及自卸車領(lǐng)域，具體涉及一種用于自卸車的超級(jí)電容的充電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

超級(jí)電容具有的優(yōu)點(diǎn)是功率密度高、充放電時(shí)間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬。而自卸車目前存在的缺點(diǎn)是啟動(dòng)電流小導(dǎo)致啟動(dòng)難的問題，輔助系統(tǒng)的供電不穩(wěn)定的問題，因此超級(jí)電容逐漸被利用至自卸車中來解決其啟動(dòng)難和供電不穩(wěn)定的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可以實(shí)現(xiàn)對(duì)自卸車快速充電、充電過程智能化的用于自卸車的超級(jí)電容的充電系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明包括充電模塊、主控單元、直流檢測(cè)單元、交流檢測(cè)單元、直流接觸器、避雷器、超級(jí)電容儲(chǔ)能單元、直流開關(guān)柜和自卸車受電單元，所述充電模塊的一端分別與避雷器和交流檢測(cè)單元連接，充電模塊的另一端與直流接觸器連接，直流接觸器的一端分別與直流檢測(cè)單元和直流輸出接口連接，所述交流檢測(cè)單元、充電模塊、直流檢測(cè)單元分別采用CAN通訊模塊與主控單元連接，所述直流輸出接口與超級(jí)電容儲(chǔ)能單元連接，超級(jí)電容儲(chǔ)能單元通過直流開關(guān)柜與自卸車受電單元連接，所述充電模塊包括多個(gè)充電單元，所述充電單元包括交流側(cè)接口、交流斷路器、交流防雷器、第一熔斷器單元、第二熔斷器單元、第一交流濾波器、第二交流濾波器、隔離變壓器、軟啟動(dòng)器、第一接觸器、第二接觸器、IGBT整流模塊、直流濾波器、直流防雷器、直流開關(guān)裝置和直流側(cè)接口，所述交流側(cè)接口與交流斷路器連接，第一熔斷器單元的一端分別與交流斷路器和交流防雷器連接，第一熔斷器單元的另一端與隔離變壓器連接，隔離變壓器的一端分別與第一接觸器和第二接觸器連接，第一接觸器與軟啟動(dòng)器串聯(lián)，第二交流濾波器的一端分別與軟啟動(dòng)器和第二接觸器連接，第二交流濾波器的另一端與IGBT整流模塊的一端連接，IGBT整流模塊的另一端與直流濾波器的一端連接，直流濾波器的另一端與第二熔斷器單元的一端連接，第二熔斷器單元的另一端分別與直流開關(guān)裝置和直流防雷器連接，直流開關(guān)裝置與直流側(cè)接口連接。

將電網(wǎng)的充電輸出端通過變壓器得到充電系統(tǒng)所需要的電壓值，然后經(jīng)過充電模塊的第一熔斷器單元、第一交流濾波器、隔離變壓器、第二交流濾波器后得到三相交流電，三相交流電經(jīng)過IGBT整流模塊后得到直流電，直流電經(jīng)過直流濾波器和第二熔斷器單元后得到輸出的直流電，通過直流輸出接口給超級(jí)電容儲(chǔ)能單元充電，然后超級(jí)電容儲(chǔ)能單元對(duì)自卸車受電單元進(jìn)行充電工作。由超級(jí)電容特性可知其可以大電流充放電，這個(gè)特性可適用于礦區(qū)的工作狀態(tài)，對(duì)于礦區(qū)自卸車電源的充電可以短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橹骺貑卧ㄟ^CAN通訊模塊與交流檢測(cè)單元、充電模塊、直流檢測(cè)單元連接，并進(jìn)行信號(hào)傳輸，這樣主控單元可以對(duì)充電過程中的電壓、電流、溫度等參數(shù)進(jìn)行采樣，例如三相交流輸入電壓、三相交流輸入電流、直流側(cè)輸出電壓、超級(jí)電容儲(chǔ)能單元電壓、直流輸出電流、散熱器溫度、IGBT整流模塊溫度等，并分析處理后發(fā)出指令，使充電過程智能化。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述自卸車受電單元包括制動(dòng)電阻柜、六臺(tái)牽引電機(jī)和兩組牽引變流器所述牽引變流器包括整流器、第一逆變器、第二逆變器、第三逆變器和第四逆變器，所述超級(jí)電容儲(chǔ)能單元通過直流開關(guān)柜、整流器、第一逆變器、第二逆變器和第三逆變器與牽引電機(jī)連接，所述牽引電機(jī)通過第四逆變器與制動(dòng)電阻柜連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一逆變器、第二逆變器、第三逆變器和第四逆變器為三相逆變器。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一逆變器、第二逆變器、第三逆變器和第四逆變器由三個(gè)單相逆變器組成，每個(gè)單相逆變器分別與牽引電機(jī)的其中一相連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述超級(jí)電容儲(chǔ)能單元包括主動(dòng)力電源儲(chǔ)能模組和輔助電源儲(chǔ)能模組。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述主動(dòng)力電源儲(chǔ)能模組包括三個(gè)儲(chǔ)能柜，所述輔助電源儲(chǔ)能模組包括兩個(gè)儲(chǔ)能柜，五個(gè)儲(chǔ)能柜相并聯(lián)，每個(gè)儲(chǔ)能柜內(nèi)設(shè)有四十六個(gè)串聯(lián)的超級(jí)電容。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述自卸車受電單元的一端設(shè)有接觸網(wǎng)裝置，直流開關(guān)柜通過受電弓裝置與接觸網(wǎng)裝置連接。一般在充電的過程中電流會(huì)達(dá)到2000A左右，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的單位長度的電纜的重量過重，不適宜人工操作，同時(shí)人工操作也存在安全隱患。所以通過受電弓裝置與接觸網(wǎng)裝置連接進(jìn)行受電弓式受電方式?？梢詫⒔佑|網(wǎng)裝置設(shè)置在地面或者自卸車上。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述接觸網(wǎng)裝置包括剛體滑觸線。剛體滑觸線使接觸網(wǎng)裝置與受電弓裝置的接觸面積增大，減少接觸電阻，使充電順利完成。

綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)自卸車快速充電、充電過程智能化。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的充電單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的超級(jí)電容儲(chǔ)能單元和自卸車受電單元的連接結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

由圖1至圖3所示，本發(fā)明包括充電模塊1、主控單元2、直流檢測(cè)單元3、交流檢測(cè)單元4、直流接觸器5、避雷器6、超級(jí)電容儲(chǔ)能單元7、直流開關(guān)柜8和自卸車受電單元9，所述充電模塊1的一端分別與避雷器6和交流檢測(cè)單元4連接，充電模塊1的另一端與直流接觸器5連接，直流接觸器5的一端分別與直流檢測(cè)單元3和直流輸出接口10連接，所述交流檢測(cè)單元4、充電模塊1、直流檢測(cè)單元3分別采用CAN通訊模塊與主控單元2連接，所述直流輸出接口10與超級(jí)電容儲(chǔ)能單元7連接，所述自卸車受電單元9包括制動(dòng)電阻柜11、六臺(tái)牽引電機(jī)12和兩組牽引變流器13，所述牽引變流器13包括整流器14、第一逆變器15、第二逆變器16、第三逆變器17和第四逆變器18，所述超級(jí)電容儲(chǔ)能單元7通過直流開關(guān)柜8、整流器14、第一逆變器15、第二逆變器16和第三逆變器17與牽引電機(jī)12連接，所述牽引電機(jī)12通過第四逆變器18與制動(dòng)電阻柜11連接，所述超級(jí)電容儲(chǔ)能單元7包括主動(dòng)力電源儲(chǔ)能模組19和輔助電源儲(chǔ)能模組20，所述主動(dòng)力電源儲(chǔ)能模組19包括三個(gè)儲(chǔ)能柜，所述輔助電源儲(chǔ)能模組20包括兩個(gè)儲(chǔ)能柜，五個(gè)儲(chǔ)能柜相并聯(lián)，每個(gè)儲(chǔ)能柜內(nèi)設(shè)有四十六個(gè)串聯(lián)的超級(jí)電容，所述充電模塊1包括多個(gè)充電單元，所述充電單元包括交流側(cè)接口21、交流斷路器22、交流防雷器23、第一熔斷器單元24、第二熔斷器單元25、第一交流濾波器26、第二交流濾波器27、隔離變壓器28、軟啟動(dòng)器29、第一接觸器30、第二接觸器31、IGBT整流模塊32、直流濾波器33、直流防雷器34、直流開關(guān)裝置35和直流側(cè)接口36，所述交流側(cè)接口21與交流斷路器22連接，第一熔斷器單元24的一端分別與交流斷路器22和交流防雷器23連接，第一熔斷器單元24的另一端與隔離變壓器28連接，隔離變壓器28的一端分別與第一接觸器30和第二接觸器31連接，第一接觸器30與軟啟動(dòng)器29串聯(lián)，第二交流濾波器27的一端分別與軟啟動(dòng)器29和第二接觸器31連接，第二交流濾波器27的另一端與IGBT整流模塊32的一端連接，IGBT整流模塊32的另一端與直流濾波器33的一端連接，直流濾波器33的另一端與第二熔斷器單元25的一端連接，第二熔斷器單元25的另一端分別與直流開關(guān)裝置35和直流防雷器34連接，直流開關(guān)裝置35與直流側(cè)接口36連接，所述自卸車受電單元9的一端設(shè)有接觸網(wǎng)裝置，直流開關(guān)柜8通過受電弓裝置與接觸網(wǎng)裝置連接，所述接觸網(wǎng)裝置包括剛體滑觸線。

將電網(wǎng)的充電輸出端通過變壓器得到充電系統(tǒng)所需要的電壓值，然后經(jīng)過充電模塊1的第一熔斷器單元24、第一交流濾波器26、隔離變壓器28、第二交流濾波器27后得到三相交流電，三相交流電經(jīng)過IGBT整流模塊32后得到直流電，直流電經(jīng)過直流濾波器33和第二熔斷器單元25后得到輸出的直流電，通過直流輸出接口10給超級(jí)電容儲(chǔ)能單元7充電，然后超級(jí)電容儲(chǔ)能單元7對(duì)自卸車受電單元9進(jìn)行充電工作。由超級(jí)電容特性可知其可以大電流充放電，這個(gè)特性可適用于礦區(qū)的工作狀態(tài)，對(duì)于礦區(qū)自卸車電源的充電可以短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橹骺貑卧?通過CAN通訊模塊與交流檢測(cè)單元4、充電模塊1、直流檢測(cè)單元3連接，并進(jìn)行信號(hào)傳輸，這樣主控單元2可以對(duì)充電過程中的電壓、電流、溫度等參數(shù)進(jìn)行采樣，例如三相交流輸入電壓、三相交流輸入電流、直流側(cè)輸出電壓、超級(jí)電容儲(chǔ)能單元7電壓、直流輸出電流、散熱器溫度、IGBT整流模塊32溫度等，并分析處理后發(fā)出指令，使充電過程智能化。一般在充電的過程中電流會(huì)達(dá)到2000A左右，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的單位長度的電纜的重量過重，不適宜人工操作，同時(shí)人工操作也存在安全隱患。所以通過受電弓裝置與接觸網(wǎng)裝置連接進(jìn)行受電弓式受電方式。可以將接觸網(wǎng)裝置設(shè)置在地面或者自卸車上。剛體滑觸線使接觸網(wǎng)裝置與受電弓裝置的接觸面積增大，減少接觸電阻，使充電順利完成。

可以對(duì)該充電系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，使用的超級(jí)電容模組為5并46串，單體電容量為9500F，總的電容量258.15F，單體電阻0.2mΩ,總的電阻為7.36mΩ，我們將整體超級(jí)電容電源抽象為一個(gè)258.15F的理想電容和一個(gè)7.36 mΩ電阻的串聯(lián)組合，所以我們計(jì)算的理論充電時(shí)間算法如下

恒流過程中U_總=IR+U

U=U₀+It/C

所以恒流充電時(shí)間t=

在恒壓過程中：

iR+U₁=U_總

U_總

+U₀

當(dāng)t為3倍的2.4s時(shí)，電阻電壓減小為原來的5%，即充電電流減小到恒流的5%，可視為充滿。