專利名稱：一種超級電容循環(huán)充放電儲能控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋰電池生產技術領域，特別是涉及一種超級電容循環(huán)充放電儲能控制系統(tǒng)。
背景技術：
在鋰電池的生產過程中，有一個很重要的裝置是化成設備，其工作過程比較簡單， 對上架后的電池進行循環(huán)的充電和放電。當電池被充滿能量后，又將其能量釋放掉，目前大多的能量釋放過程都是將其釋放于電阻性負載，或IGBT(可空負載)，當放電完成后的電池又被重新充電。這樣周而復始的往復充放電，最終使電池制作出來。當然，在循環(huán)的充電和放電過程中，還必須對電量進行計量，以算出其電池的容量。循環(huán)過程中的放電過程是將其能量釋放，釋放的過程將轉變成熱量，因此，目前的循環(huán)充放電設備主要有充電設備部分、 可控放電設備、散熱冷卻設備以及計算機計量功能設備。目前常規(guī)的此類設備，由于放電過程是向阻性負載釋放，因此帶來兩個很明顯的問題，一，能量白白地就釋放了，不能回收，造成了能量的浪費；二、大量的電池同時釋放能量，必將產生很大的熱量，散熱設備是必須的，而且，散熱設備也需要耗能，從而需要消耗大量的能量。所以，現有的此類設備每天都要消耗大量的能量，日積月累的，其耗能是非常巨大的。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種超級電容循環(huán)充放電儲能控制系統(tǒng)，能夠將放電過程中所消耗的能量進行回收，同時降低了熱能的產生，使能量利用率達到最大化。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種超級電容循環(huán)充放電儲能控制系統(tǒng)，包括主控制器、電源轉換模塊和η個超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置；所述的超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置包括充電裝置、通道分配裝置、電池和放電裝置；所述的充電裝置的輸出端通過充電開關與所述的電池相連；所述的放電裝置的輸入端通過放電開關與所述的電池相連；所述的通道分配裝置分別與所述的充電開關和放電開關相連，所述的主控制器分別與所述的電源轉換模塊、充電裝置、放電裝置和通道分配裝置的控制端相連；所述的電源轉換模塊的輸入端與輸入電源相連，輸出端通過直流母線分別與η個超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置中的充電裝置的輸入端相連；所述的η個超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置中的放電裝置的輸出端均連有超級電容；所述的η個超級電容通過串聯(lián)后與所述的直流母線相連；其中，η > 2。所述的超級電容兩端并聯(lián)有超級電容電壓檢測電路。所述的電池兩端并聯(lián)有電池電壓檢測電路。所述的電池與充電裝置之間設有充電電流檢測電路；所述的電池與放電裝置之間設有放電電流檢測電路。所述的電源轉換模塊為AC/DC電源模塊或DC/DC電源模塊。
所述的充電裝置為由正激變換器構成的DC/DC電源模塊。所述的放電裝置為由反激變換器構成的DC/DC電源模塊。所述的主控制器由FPGA芯片和DSP芯片組成。有益效果由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明與現有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果本發(fā)明在放電過程中采用放電裝置將能量進行釋放和轉移，轉移出來的能量被超級電容所吸收，超級電容將所得到的小部分能量進行串聯(lián)疊加，電壓經過串聯(lián)相加后又被用于新電池所需的充電能量。這樣反復循環(huán)使能量利用率達到最大化。


圖1是本發(fā)明的原理圖；圖2是本發(fā)明中充電裝置的電路圖；圖3是本發(fā)明中放電裝置的電路圖；圖4是本發(fā)明中充電裝置和放電裝置的原理圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。本發(fā)明的實施方式涉及一種超級電容循環(huán)充放電儲能控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括主控制器1、電源轉換模塊3和η個超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置；所述的超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置包括充電裝置101、通道分配裝置102、電池106和放電裝置109 ； 所述的充電裝置101的輸出端通過充電開關103與所述的電池106相連；所述的放電裝置 109的輸入端通過放電開關108與所述的電池106相連；所述的通道分配裝置102分別與所述的充電開關103和放電開關108相連，所述的主控制器1分別與所述的電源轉換模塊3、 充電裝置101、放電裝置109和通道分配裝置102的控制端相連；所述的電源轉換模塊3的輸入端與輸入電源2相連，輸出端通過直流母線4分別與η個超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置中的充電裝置101的輸入端相連；所述的η個超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置中的放電裝置109的輸出端均連有超級電容111 ；所述的η個超級電容111通過串聯(lián)后與所述的直流母線4相連；其中，η > 2。系統(tǒng)中各個裝置的用途如下主控制器1用于建立通訊協(xié)議和控制各個裝置的開啟和關閉，由FPGA芯片和DSP芯片組成；電源轉換模塊3用于將輸入電源4轉換為直流電源，并向本發(fā)明補充小部分的功率損耗，即補充循環(huán)過程中各個裝置的部分能量消耗；充電裝置101用于為電池充電；通道分配裝置102用于實現將主控制器1發(fā)出或接收的訊息進行集中組合，便于分組控制，即控制電池106進行放電還是充電；放電裝置109用于為電池放電；充電開關103用于連通充電裝置101和電池106，以實現對電池106的充電；放電開關108用于連通放電裝置109和電池106，以實現對電池106 的放電；超級電容111用于對放電裝置109釋放的能量進行儲存和轉換，并為充電裝置101 和放電裝置109提供合適的工作條件，維持直流母線4的電壓穩(wěn)定。
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所述的超級電容111兩端并聯(lián)有超級電容電壓檢測電路110，超級電容電壓檢測電路110用于檢測超級電容111兩端的電壓，主控制器1可根據各個超級電容111的電壓來控制電壓轉換模塊3是否需要補充功率損耗。所述的電池106兩端并聯(lián)有電池電壓檢測電路104，主控制器1通過電池106的電壓判斷電池106是否充滿或放空；所述的電池106 與充電裝置101之間設有充電電流檢測電路105，主控制器1可通過充電電流的大小來確保電池106充電過程的安全性。所述的電池106與放電裝置109之間設有放電電流檢測電路 107，主控制器1可通過放電電流的大小來確保電池放電過程的安全性。所述的電源轉換模塊3為AC/DC電源模塊或DC/DC電源模塊，從而保證了當輸入電源為交流或直流時本發(fā)明仍可使用，實現方式相當靈活。所述的充電裝置為由正激變換器構成的DC/DC電源模塊，其電路圖如圖2所示， 圖中，電壓輸入端通過RC濾波電路與Buck型DC/DC主回路的第三管腳相連；Buck型DC/ DC主回路的第一管腳通過LC濾波電路與LC濾波電路相連。所述的放電裝置為由反激變換器構成的DC/DC電源模塊，其電路圖如圖3所示，圖中，電壓輸入端通過RC濾波電路與 Buck-Boost型DC/DC主回路的第三管腳相連；電壓輸出端并聯(lián)有一個電容。圖4是充電裝置和放電裝置內部原理圖。需要說明的是，本發(fā)明的工作載體是電池，所有的控制都是圍繞著對電池實施的循環(huán)充電和放電，其中η為單臺設備中安置的電池個數，即通道數，η的大小取決與電源轉換模塊的電壓等級或容量。η 電源轉換模塊的最高電壓+單體電池的最高電壓，該公式只要滿足能對串聯(lián)后的超級電容組進行補充能量的參數條件即可。本發(fā)明使用時，先將電池安裝在本發(fā)明上，主控制器首先啟動電源轉換模塊，對串聯(lián)的超級電容進行充電一次。當直流母線上的電壓達到設定值后，輸入電源的將關閉，完成首次的能源供給。此后的所有操作過程，其能量就自行進行傳遞，而無需給出很大的外部的供給，只需給出小部分的能量供給以彌補系統(tǒng)裝置在能量轉換中的功率損耗，這就是本發(fā)明與傳統(tǒng)的化成設備根本的差異所在。在主控制器的操作控制下，訊息通過通道分配裝置傳遞，閉合充電開關，充電裝置的工作啟動，實現對電池進行充電，并由充電電流檢測電路和電池電壓檢測電路分別檢測電池的充電電流和電壓，系統(tǒng)將自動記錄充電過程中的能量。當電池的電壓達到所設定的上限值時，充電過程完畢，充電開關將分離；系統(tǒng)進入電池的放電狀態(tài)。此時放電開關將閉合，并啟動放電裝置進行能量轉移，此時，電池上的電量將被轉移至超級電容上。隨之，電池的電壓將下降，當下降至最低限的時候，放電裝置將停止工作，放電開關分離。至此，完成了一次循環(huán)充放電，系統(tǒng)也將自動記錄放電過程的能量。然后循環(huán)上述充電過程和放電過程， 直至達到設定的循環(huán)次數為止。在上述循環(huán)的過程中，由于充電和放電裝置本身的能耗，因此，由電源轉換模塊用于實現部分能量的補充，以使系統(tǒng)連續(xù)的循環(huán)，很顯然，這樣裝置的發(fā)明其循環(huán)過程能耗為最低。上述為單一通道的充放電過程，以下是系統(tǒng)的總體充放電平衡。對超級電容充電使得直流母線電壓達到預設值后，首先對系統(tǒng)中的m個電池進行充電，完成后主控制器控制這m個電池開始放電過程，同時將其余的n-m個電池進行充電， 主控制器將檢測并控制每個電池的充放電狀態(tài)，循環(huán)往復。m個電池完成首次充電后的循環(huán)過程中每個電池充電時所需能量來自其他處于放電狀態(tài)的電池所釋放的能量以及η個超級電容中所存儲的能量；每個電池放電時所釋放的能量則供給其他充電狀態(tài)電池充電所用以及存儲于η個超級電容中；而超級電容則起到了能量存儲及平衡的橋梁作用。這個模式使得整個系統(tǒng)的能量流動處于大致平衡狀態(tài)，消耗僅僅是在充放電過程中裝置本身所消耗的電能和電池、超級電容充放電時發(fā)熱所消耗的電能。
權利要求
1.一種超級電容循環(huán)充放電儲能控制系統(tǒng)，包括主控制器(1)、電源轉換模塊⑶和η 個超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置；所述的超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置包括充電裝置(101)、通道分配裝置(102)、電池(106)和放電裝置(109)；所述的充電裝置(101)的輸出端通過充電開關(10 與所述的電池(106)相連；所述的放電裝置(109)的輸入端通過放電開關(108)與所述的電池(106)相連；所述的通道分配裝置(102)分別與所述的充電開關(103)和放電開關(108)相連，其特征在于，所述的主控制器(1)分別與所述的電源轉換模塊(3)、充電裝置(101)、放電裝置(109)和通道分配裝置(10 的控制端相連；所述的電源轉換模塊⑶的輸入端與輸入電源⑵相連，輸出端通過直流母線⑷分別與η個超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置中的充電裝置(101)的輸入端相連；所述的η個超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置中的放電裝置(109)的輸出端均連有超級電容(111)；所述的η 個超級電容(111)通過串聯(lián)后與所述的直流母線⑷相連；其中，η > 2。
2.根據權利要求1所述的超級電容循環(huán)充放電儲能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的超級電容(111)兩端并聯(lián)有超級電容電壓檢測電路(110)。
3.根據權利要求1所述的超級電容循環(huán)充放電儲能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的電池(106)兩端并聯(lián)有電池電壓檢測電路(104)。
4.根據權利要求1所述的超級電容循環(huán)充放電儲能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的電池(106)與充電裝置(101)之間設有充電電流檢測電路(105)；所述的電池(106)與放電裝置(109)之間設有放電電流檢測電路(107)。
5.根據權利要求1所述的超級電容循環(huán)充放電儲能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的電源轉換模塊C3)為AC/DC電源模塊或DC/DC電源模塊。
6.根據權利要求1所述的超級電容循環(huán)充放電儲能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的充電裝置(101)為由正激變換器構成的DC/DC電源模塊。
7.根據權利要求1所述的超級電容循環(huán)充放電儲能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的放電裝置(109)為由反激變換器構成的DC/DC電源模塊。
8.根據權利要求1所述的超級電容循環(huán)充放電儲能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控制器(1)由FPGA芯片和DSP芯片組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超級電容循環(huán)充放電儲能控制系統(tǒng)，包括主控制器、電源轉換模塊和n個超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置；超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置包括充電裝置、通道分配裝置、電池和放電裝置；主控制器分別與電源轉換模塊、充電裝置、放電裝置和通道分配裝置的控制端相連；電源轉換模塊的輸入端與輸入電源相連，輸出端通過直流母線分別與n個超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置中的充電裝置的輸入端相連；n個超級電容循環(huán)充放電儲能控制裝置中的放電裝置的輸出端均連有超級電容；n個超級電容通過串聯(lián)后與直流母線相連。本發(fā)明能夠將放電過程中所消耗的能量進行回收，使能量利用率達到最大化。
文檔編號H02J7/02GK102163858SQ201110118108
公開日2011年8月24日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權日2011年5月9日
發(fā)明者帥鴻元, 陸政德 申請人:上海三玖電氣設備有限公司