專利名稱：一種超級(jí)電容組儲(chǔ)能巡檢控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于儲(chǔ)能設(shè)備的監(jiān)視與控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超級(jí)電容組儲(chǔ)能巡檢控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超級(jí)電容器是一種介于電池與傳統(tǒng)電容器之間的新型儲(chǔ)能器件，它利用電極和電解液之間形成的界面雙電層電容來存儲(chǔ)電能，電介質(zhì)具有極高的介電常數(shù)，電容量極大，可在較小體積下制成容量為幾百至上千法拉的電容器。此外，超級(jí)電容器還具有容量配置靈活、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬、易于實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)、環(huán)境友好、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。雖然超級(jí)電容的優(yōu)點(diǎn)眾多，但是其電介質(zhì)耐壓很低，要把超級(jí)電容器應(yīng)用于實(shí)際就必須將大量的超級(jí)電容器進(jìn)行串并聯(lián)組合使用。由于制造工藝與材質(zhì)不均，超級(jí)電容器存在不一致性，如果將超級(jí)電容器直接串并聯(lián)使用就會(huì)出現(xiàn)單體電壓不均衡的現(xiàn)象，并且，單體電壓不均衡的積累又會(huì)加劇超級(jí)電容器的參數(shù)不一致性，這就形成了惡性循環(huán)，會(huì)影響整個(gè)超級(jí)電容器組模塊的存儲(chǔ)容量與使用壽命。因此，需要對(duì)超級(jí)電容器組模塊進(jìn)行監(jiān)視和控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各單體超級(jí)電容器，同時(shí)還需要對(duì)超級(jí)電容器組的電流、溫度等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為超級(jí)電容器組的荷電狀態(tài)估計(jì)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。當(dāng)前的超級(jí)電容器儲(chǔ)能方面主要集中于解決超級(jí)電容的串聯(lián)均壓方法，通過在超級(jí)電容并聯(lián)均壓電路試圖實(shí)現(xiàn)加載到超級(jí)電容的兩端電壓均勻一致，但是沒有對(duì)單體超級(jí)電容的進(jìn)行巡檢和控制，也沒有在超級(jí)電容失效和故障情況下的處理方法?？傊?，現(xiàn)有技術(shù)的不足之處是沒有對(duì)超級(jí)電容組中各個(gè)單體電容進(jìn)行巡檢和控制。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述背景技術(shù)中提到的超級(jí)電容組中各個(gè)單體電容缺乏巡檢和控制的不足， 本實(shí)用新型提出了一種超級(jí)電容組儲(chǔ)能巡檢控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，一種超級(jí)電容組儲(chǔ)能巡檢控制系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸器、監(jiān)控微處理器、電流測(cè)量模塊和超級(jí)電容儲(chǔ)能單元；所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與設(shè)定個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸器連接；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸器與設(shè)定個(gè)監(jiān)控微處理器連接；監(jiān)控微處理器與電流測(cè)量模塊連接；設(shè)定個(gè)超級(jí)電容儲(chǔ)能單元串聯(lián)后， 與電流測(cè)量模塊連接；所述超級(jí)電容儲(chǔ)能單元包括超級(jí)電容和超級(jí)電容監(jiān)控單元；所述超級(jí)電容監(jiān)控單元包括電壓切換模塊、支撐電壓模塊、電壓測(cè)量模塊和測(cè)溫模塊；所述電壓切換模塊分別與支撐電壓模塊和電壓測(cè)量模塊連接；支撐電壓模塊和電壓測(cè)量模塊連接；電壓測(cè)量模塊和超級(jí)電容并聯(lián)；所述測(cè)溫模塊包括溫度敏感子模塊；[0010]所述溫度敏感子模塊位置于超級(jí)電容的外殼上；所述電壓切換模塊、電壓測(cè)量模塊和測(cè)溫模塊分別與監(jiān)控微處理器連接。所述電壓切換模塊包括開關(guān)管CMl和開關(guān)管CM2 ；開關(guān)管CMl的一端和開關(guān)管CM2連接，開關(guān)管CMl的另一端與支撐電壓模塊連接； 開關(guān)管CM2的另一端與超級(jí)電容的一端連接。所述支撐電壓模塊包括二極管D1、二極管D2、二極管D3和二極管D4 ；二極管Dl的正極與開關(guān)管CMl的一端連接；二極管Dl的負(fù)極與二極管D2的正極連接；二極管D2的負(fù)極與二極管D3的正極連接；二極管D3的負(fù)極與二極管D4的正極連接；二極管D4的負(fù)極與超級(jí)電容的另一端連接。所述電壓測(cè)量模塊包括運(yùn)算放大器U1、電阻R1、電阻R2、電阻R3和電阻R4 ；電阻Rl和電阻R2分別與超級(jí)電容的兩端連接；電阻Rl接運(yùn)算放大器Ul的正相輸入端；電阻R2接運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端；電阻R3連接在運(yùn)算放大器Ul的正相輸入端和輸出端之間；電阻R4的一端接運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端，另一端接地；運(yùn)算放大器 Ul的輸出端與監(jiān)控微處理器連接。所述測(cè)溫模塊包括電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻RlO、電阻Rl 1、 電阻R12、電阻R13、電阻R14、三端穩(wěn)壓管DR1、測(cè)溫電阻PtlOO和運(yùn)算放大器U2 ；電阻R5的一端接直流電源Vcc，電阻R5的另一端接三端穩(wěn)壓管DRl的負(fù)極；三端穩(wěn)壓管DRl的正極接地；電阻R6和電阻R7串聯(lián)，電阻R6的另一端接三端穩(wěn)壓管DRl的負(fù)極，電阻R7的另一端接三端穩(wěn)壓管DRl的正極，電阻R6和電阻R7中間的連線接三端穩(wěn)壓管DRl的控制極；電阻R8并聯(lián)在電阻R6和電阻R7兩端；電阻R9和電阻RlO串聯(lián)，電阻R9 的另一端接三端穩(wěn)壓管DRl的負(fù)極，電阻RlO的另一端接測(cè)溫電阻PtlOO的一端；測(cè)溫電阻 PtlOO的另一端接三端穩(wěn)壓管DRl的正極；電阻Rll的一端接運(yùn)算放大器U2的正相輸入端， 電阻Rll的另一端接三端穩(wěn)壓管DRl的正極；電阻R12的一端接運(yùn)算放大器U2的反相輸入端，電阻R12的另一端接在電阻R9和電阻RlO之間的連線上；電阻R13接在運(yùn)算放大器U2 的正相輸入端和輸出端之間；電阻R14的一端接在運(yùn)算放大器U2反相輸入端，電阻R14的另一端接地；運(yùn)算放大器U2的輸出端與監(jiān)控微處理器連接。所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸器包括監(jiān)控微處理器8051F040、芯片CP2102、USB、電容Cl和電容C2 ；監(jiān)控微處理器8051F040的P2. 1端口和P2. 2端口分別與芯片CP2102的RXD端口和T)(D端口連接；芯片CP2102的VBUS端口和REGIN端口連接后與USB的VBUS端口連接； 芯片CP2102的D+端口和D-端口分別與USB的D+端口和D-端口連接；USB的GND端口接地；USB的VBUS端口與地之間分別并聯(lián)電容Cl和電容C2。所述電容Cl為1微法。所述電容C2為0. 1微法。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下(1)每個(gè)超級(jí)電容監(jiān)控單元實(shí)時(shí)測(cè)量超級(jí)電容的電壓、電流和溫度，并將測(cè)量值傳輸給對(duì)應(yīng)的監(jiān)控微處理器和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，為超級(jí)電容器組的荷電狀態(tài)估計(jì)提供數(shù)據(jù)基石出。(2)在超級(jí)電容失效和故障情況下啟動(dòng)電壓切換模塊和電壓支撐模塊實(shí)現(xiàn)切除故障超級(jí)電容，用來保護(hù)整個(gè)超級(jí)電容組。(3)超級(jí)電容巡檢控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)視每個(gè)超級(jí)電容的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和切除故障單體電容，便于在線更換電容，從而保證整個(gè)超級(jí)電容器組儲(chǔ)能系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為超級(jí)電容監(jiān)控單元的原理圖；圖3為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸器的原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。本實(shí)用新型提供了一種超級(jí)電容器組儲(chǔ)能巡檢控制系統(tǒng)，
以下結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，在每個(gè)超級(jí)電容兩端并聯(lián)有超級(jí)電容監(jiān)控單元，超級(jí)電容監(jiān)控單元包括電壓切換模塊、支撐電壓模塊、電壓測(cè)量模塊和測(cè)溫模塊；電壓測(cè)量模塊并聯(lián)于超級(jí)電容兩端，電壓切換模塊分別與支撐電壓模塊、電壓測(cè)量模塊連接，支撐電壓模塊與電壓測(cè)量模塊連接，測(cè)溫模塊的溫度敏感子模塊置于超級(jí)電容外殼上，測(cè)溫模塊、電壓切換模塊和電壓測(cè)量模塊與監(jiān)控微處理器連接。超級(jí)電容和超級(jí)電容監(jiān)控單元構(gòu)成一個(gè)超級(jí)電容儲(chǔ)能單元，多個(gè)超級(jí)電容儲(chǔ)能單元串聯(lián)，再與電流測(cè)量模塊串聯(lián)，多個(gè)超級(jí)電容監(jiān)控單元、電流測(cè)量模塊與監(jiān)控微處理器連接，多個(gè)監(jiān)控微處理器與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸器連接，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸器與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接。超級(jí)電容監(jiān)控單元實(shí)時(shí)測(cè)量超級(jí)電容的電壓、電流和溫度，并將測(cè)量值傳輸給對(duì)應(yīng)的監(jiān)控微處理器，多個(gè)監(jiān)控微處理器將超級(jí)電容對(duì)應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸器傳輸給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，監(jiān)控微處理器在超級(jí)電容失效和故障情況下啟動(dòng)超級(jí)電容監(jiān)控單元切除出現(xiàn)故障的超級(jí)電容。超級(jí)電容監(jiān)控單元的原理圖如圖2所示，圖中C是超級(jí)電容，開關(guān)管CMl和CM2構(gòu)成電壓切換模塊，開關(guān)管CMl和CM2的一端連接，開關(guān)管CMl的另一端與四個(gè)串聯(lián)在一起的二極管組D1、D2、D3和D4的負(fù)極連接，開關(guān)管CM2的另一端與超級(jí)電容C連接，開關(guān)管CMl 和CM2的控制極分別與監(jiān)控微處理器的PI. UPl. 2連接，二極管D1、D2、D3和D4構(gòu)成支撐電壓模塊，四個(gè)串聯(lián)在一起的二極管D1、D2、D3和D4的正極與超級(jí)電容C的另一端連接，超級(jí)電容C的兩端分別與電阻Rl、R2連接，電阻Rl、R2、R3、R4和運(yùn)算放大器Ul構(gòu)成電壓測(cè)量模塊，運(yùn)算放大器Ul的輸出端與監(jiān)控微處理器的P0. 2連接，測(cè)溫電阻PtlOO與電阻R5、 R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R12、R13、R14、三端穩(wěn)壓管DRl和運(yùn)算放大器U2構(gòu)成測(cè)溫模塊，電阻R6、R7和三端穩(wěn)壓管DRl構(gòu)成測(cè)溫模塊的電源，電阻R8、R9、RlO和測(cè)溫電阻PtlOO構(gòu)成測(cè)溫電橋，電阻R11、R12、R13、R14和運(yùn)算放大器U2構(gòu)成測(cè)溫差分放大器，運(yùn)算放大器U2的輸出與監(jiān)控微處理器的P0. 3連接.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸器的原理圖如圖3所示，監(jiān)控微處理器8051F040的P2. 1、P2. 2端口分別與芯片CP2102的RXD、T)(D端口對(duì)應(yīng)連接，芯片CP2102的VBUS、REGIN端口連接后與USB的VBUS端口連接，芯片CP2102的D+、D-端口分別與USB的D+、D-端口對(duì)應(yīng)連接，USB 的GND端口接地。USB的VBUS端口與地之間分別并聯(lián)電容Cl(l微法)和C2(0.1微法)。 以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種超級(jí)電容組儲(chǔ)能巡檢控制系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸器、監(jiān)控微處理器、電流測(cè)量模塊和超級(jí)電容儲(chǔ)能單元；所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與設(shè)定個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸器連接；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸器與設(shè)定個(gè)監(jiān)控微處理器連接；監(jiān)控微處理器與電流測(cè)量模塊連接；設(shè)定個(gè)超級(jí)電容儲(chǔ)能單元串聯(lián)后，與電流測(cè)量模塊連接；所述超級(jí)電容儲(chǔ)能單元包括超級(jí)電容和超級(jí)電容監(jiān)控單元；所述超級(jí)電容監(jiān)控單元包括電壓切換模塊、支撐電壓模塊、電壓測(cè)量模塊和測(cè)溫模塊；所述電壓切換模塊分別與支撐電壓模塊和電壓測(cè)量模塊連接；支撐電壓模塊和電壓測(cè)量模塊連接；電壓測(cè)量模塊和超級(jí)電容并聯(lián)；所述測(cè)溫模塊包括溫度敏感子模塊；所述溫度敏感子模塊位置于超級(jí)電容的外殼上；所述電壓切換模塊、電壓測(cè)量模塊和測(cè)溫模塊分別與監(jiān)控微處理器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超級(jí)電容組儲(chǔ)能巡檢控制系統(tǒng)，其特征是所述電壓切換模塊包括開關(guān)管CMl和開關(guān)管CM2 ；開關(guān)管CMl的一端和開關(guān)管CM2連接，開關(guān)管CMl的另一端與支撐電壓模塊連接；開關(guān)管CM2的另一端與超級(jí)電容的一端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超級(jí)電容組儲(chǔ)能巡檢控制系統(tǒng)，其特征是所述支撐電壓模塊包括二極管D1、二極管D2、二極管D3和二極管D4 ；二極管Dl的正極與開關(guān)管CMl的一端連接；二極管Dl的負(fù)極與二極管D2的正極連接；二極管D2的負(fù)極與二極管D3的正極連接；二極管D3的負(fù)極與二極管D4的正極連接； 二極管D4的負(fù)極與超級(jí)電容的另一端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超級(jí)電容組儲(chǔ)能巡檢控制系統(tǒng)，其特征是所述電壓測(cè)量模塊包括運(yùn)算放大器U1、電阻R1、電阻R2、電阻R3和電阻R4 ；電阻Rl和電阻R2分別與超級(jí)電容的兩端連接；電阻Rl接運(yùn)算放大器Ul的正相輸入端；電阻R2接運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端；電阻R3連接在運(yùn)算放大器Ul的正相輸入端和輸出端之間；電阻R4的一端接運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端，另一端接地；運(yùn)算放大器Ul 的輸出端與監(jiān)控微處理器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超級(jí)電容組儲(chǔ)能巡檢控制系統(tǒng)，其特征是所述測(cè)溫模塊包括電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻 R14、三端穩(wěn)壓管DR1、測(cè)溫電阻PtlOO和運(yùn)算放大器U2 ；電阻R5的一端接直流電源Vcc，電阻R5的另一端接三端穩(wěn)壓管DRl的負(fù)極；三端穩(wěn)壓管DRl的正極接地；電阻R6和電阻R7串聯(lián)，電阻R6的另一端接三端穩(wěn)壓管DRl的負(fù)極，電阻R7的另一端接三端穩(wěn)壓管DRl的正極，電阻R6和電阻R7中間的連線接三端穩(wěn)壓管DRl 的控制極；電阻R8并聯(lián)在電阻R6和電阻R7兩端；電阻R9和電阻RlO串聯(lián)，電阻R9的另一端接三端穩(wěn)壓管DRl的負(fù)極，電阻RlO的另一端接測(cè)溫電阻PtlOO的一端；測(cè)溫電阻PtlOO 的另一端接三端穩(wěn)壓管DRl的正極；電阻Rll的一端接運(yùn)算放大器U2的正相輸入端，電阻 Rll的另一端接三端穩(wěn)壓管DRl的正極；電阻R12的一端接運(yùn)算放大器U2的反相輸入端， 電阻R12的另一端接在電阻R9和電阻RlO之間的連線上；電阻R13接在運(yùn)算放大器U2的正相輸入端和輸出端之間；電阻R14的一端接在運(yùn)算放大器U2反相輸入端，電阻R14的另一端接地；運(yùn)算放大器U2的輸出端與監(jiān)控微處理器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超級(jí)電容組儲(chǔ)能巡檢控制系統(tǒng)，其特征是所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸器包括監(jiān)控微處理器8051F040、芯片CP2102、USB、電容Cl和電容C2 ；監(jiān)控微處理器8051F040的P2. 1端口和P2. 2端口分別與芯片CP2102的RXD端口和 T)(D端口連接；芯片CP2102的VBUS端口和REGIN端口連接后與USB的VBUS端口連接；芯片CP2102的D+端口和D-端口分別與USB的D+端口和D-端口連接；USB的GND端口接地； USB的VBUS端口與地之間分別并聯(lián)電容Cl和電容C2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種超級(jí)電容組儲(chǔ)能巡檢控制系統(tǒng)，其特征是所述電容Cl為1 微法。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種超級(jí)電容組儲(chǔ)能巡檢控制系統(tǒng)，其特征是所述電容C2為 0. 1微法。
專利摘要本實(shí)用新型公開了屬于儲(chǔ)能設(shè)備的監(jiān)視與控制技術(shù)領(lǐng)域中的一種超級(jí)電容組儲(chǔ)能巡檢控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由超級(jí)電容、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及分布連接于各個(gè)超級(jí)電容組中各元件的超級(jí)電容監(jiān)控單元、監(jiān)控微處理器和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸器組成。本實(shí)用新型可以為超級(jí)電容器組的荷電狀態(tài)估計(jì)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，實(shí)時(shí)監(jiān)視每個(gè)超級(jí)電容的狀態(tài)，從而保證整個(gè)超級(jí)電容器組儲(chǔ)能系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02J15/00GK202142913SQ20112015912
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者劉君, 李巖松 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)