CN113612268A - 带充放电管理模块的超级电容模组平台与方法 - Google Patents

Abstract

一种带充放电管理模块的超级电容模组平台与方法，包括：充放电管理电路和与其电连接的若干超级电容单体；所述充放电管理电路用于对超级电容单体进行充放电管理，所述充放电管理包括对超级电容单体在充电过程中实现均衡管理、对超级电容单体在充电过程中实现过流保护以及在放电过程中超级电容单体出现电压下降过快时的升压管理；有效避免了现有技术中在超级电容充放电过程中为负载供电供电期间常常会出现对各个超级电容单体充电不均衡、也会出现对超级电容单体充电出现过流的问题、还会出现在放电过程中超级电容单体出现电压下降过快而无法对负载正常供电的缺陷。

Description

带充放电管理模块的超级电容模组平台与方法

技术领域

本申请涉及超级电容模组技术领域，具体涉及一种带充放电管理模块的超级电容模组平台与方法。

背景技术

超级电容模组，又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应。这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容作为一种新型的储能器件，具备转换效率高、大电流快充快放等优势，但是如何有效的、稳定的持续在超级电容充放电过程中为负载供电，还是一个尚未解决的难题，也就是在超级电容充放电过程中为负载供电供电期间，常常会出现对各个超级电容单体充电不均衡的问题，也会出现对超级电容单体充电出现过流的问题，还会出现在放电过程中超级电容单体出现电压下降过快而无法对负载正常供电的问题。

发明内容

为解决上述问题，本申请给出了一种带充放电管理模块的超级电容模组平台及传递方法，有效避免了现有技术中在超级电容充放电过程中为负载供电供电期间常常会出现对各个超级电容单体充电不均衡、也会出现对超级电容单体充电出现过流的问题、还会出现在放电过程中超级电容单体出现电压下降过快而无法对负载正常供电的缺陷。

为了克服现有技术中的不足，本申请给出了一种带充放电管理模块的超级电容模组平台及传递方法的解决方案，具体如下：

一种带充放电管理模块的超级电容模组平台，包括：

充放电管理电路和与其电连接的若干超级电容单体；

所述充放电管理电路用于对超级电容单体进行充放电管理，所述充放电管理包括对超级电容单体在充电过程中实现均衡管理、对超级电容单体在充电过程中实现过流保护以及在放电过程中超级电容单体出现电压下降过快时的升压管理。

进一步的，所述超级电容单体与负载和充电电源电连接，所述充电电源用于对所述超级电容单体供电，所述负载由所述超级电容单体供电运行。

进一步的，每个所述超级电容单体与充电电源之间都串联有与其对应的电流传感器，以及每个所述超级电容单体的两极上并联有与其对应的电压传感器。

进一步的，所述充放电管理电路包括路径管理模块、充电管理模块、放电管理模块、保护电路以及均衡电路；

所述路径管理模块包括IC芯片，所述IC芯片与所有的所述电流传感器与所述电压传感器电连接；

所述充电管理模块包括数量和超级电容单体相同的若干电控开关一，所述电控开关一与超级电容单体一一对应，所述电控开关一能够是信号继电器或者MOS管，所述电控开关一串联在其对应的超级电容单体和充电电源之间，所述电控开关一与所述IC芯片控制连接，所述IC芯片控制电控开关一的开关状态；

所述保护电路包括数量和超级电容单体相同的若干限流电阻，所述限流电阻与超级电容单体一一对应，所述限流电阻的一端接地，电控开关二的数量与限流电阻相同，所述电控开关二能够是信号继电器或者MOS管，所述电控开关二与限流电阻一一对应，所述限流电阻的另一端与其对应的超级电容单体二之间串联着对应的电控开关二，所述电控开关二与所述IC芯片控制连接，所述IC芯片控制电控开关二的开关状态；

所述均衡电路包括数量和超级电容单体相同的若干分压电阻，所述分压电阻与超级电容单体一一对应，电控开关三的数量与分压电阻相同，所述电控开关三能够是信号继电器或者MOS管，所述电控开关三与分压电阻一一对应，所述电控开关三与其对应的分压电阻相并联，所述充电电源与其对应的超级电容单体二之间串联着对应的电控开关三，所述电控开关三与所述IC芯片控制连接，所述IC芯片控制电控开关三的开关状态；

所述放电管理模块包括数量和超级电容单体相同的若干电感升压电路，所述电感升压电路与超级电容单体一一对应，电控开关四的数量与电感升压电路相同，所述电控开关四能够是信号继电器或者MOS管，所述电控开关四与电感升压电路一一对应，所述电控开关四与其对应的电感升压电路相并联，所述负载与其对应的超级电容单体二之间串联着对应的电控开关四，所述电控开关四与所述IC芯片控制连接，所述IC芯片控制电控开关四的开关状态；

一种带充放电管理模块的超级电容模组平台的方法，包括如下流程：

步骤1：在充电电源对所述超级电容单体充电期间，所述电压传感器实时的将对应的超级电容单体的实时电压值传送到所述IC芯片中，所述IC芯片根据各个实时电压值来判断在所述超级电容单体充电期间是否发生了不均衡，所述IC芯片控制电控开关一的断开和闭合来让所述超级电容单体充电均衡；

步骤2：在充电电源对所述超级电容单体充电期间，所述电流传感器实时的将对应的超级电容单体的供电电流的电流值传送到所述IC芯片中，所述IC芯片根据各个供电电流的电流值来判断在所述超级电容单体充电期间是否发生了过流，所述IC芯片控制电控开关二的断开和闭合来对所述超级电容单体进行过流保护；

步骤3：在充电电源对所述超级电容单体充电期间，所述电压传感器实时的将对应的超级电容单体的实时电压值传送到所述IC芯片中，所述IC芯片根据各个实时电压值来判断在所述超级电容单体充电期间是否电压过高，所述IC芯片控制电控开关三的断开和闭合来让所述超级电容单体分压来控制电压过高；

步骤4：在所述超级电容单体对负载进行放电期间，所述电压传感器实时的将对应的超级电容单体的实时电压值传送到所述IC芯片中，所述IC芯片根据各个实时电压值来判断在所述超级电容单体充电期间是否放电电压过低，所述IC芯片控制电控开关四的断开和闭合来让所述超级电容单体升压来控制放电电压过低。

本发明的有益效果为：

本发明的所述充放电管理电路用于对超级电容单体进行充放电管理，所述充放电管理包括对超级电容单体在充电过程中实现均衡管理、对超级电容单体在充电过程中实现过流保护以及在放电过程中超级电容单体出现电压下降过快时的升压管理，这样同时将超级电容和充放电管理电路结合在一起，将超级电容的储存的电能充分利用，极大的提高了利用效率，同时降低了超级电容所在的电力装置的配套成本。有效避免了现有技术中在超级电容充放电过程中为负载供电供电期间常常会出现对各个超级电容单体充电不均衡、也会出现对超级电容单体充电出现过流的问题、还会出现在放电过程中超级电容单体出现电压下降过快而无法对负载正常供电的缺陷。

附图说明

图1是本申请的带充放电管理模块的超级电容模组平台的方法的部分流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本申请做进一步地说明。

如图1所示，带充放电管理模块的超级电容模组平台，包括：

充放电管理电路和与其电连接的若干超级电容单体；所述充放电管理电路用于对超级电容单体进行充放电管理，所述充放电管理包括对超级电容单体在充电过程中实现均衡管理、对超级电容单体在充电过程中实现过流保护以及在放电过程中超级电容单体出现电压下降过快时的升压管理。这样就能对超级电容单体在充电过程中实现均衡管理、对超级电容单体在充电过程中实现过流保护以及在放电过程中超级电容单体出现电压下降过快时的升压管理。所述超级电容单体与负载和充电电源电连接，所述充电电源用于对所述超级电容单体供电，所述负载由所述超级电容单体供电运行。所述负载能够是与超级电容单体串联的电机等电气元件，所述充电电源能够是风电、光电等供电电源，供电电源的两极分别与超级电容单体的两极电连接。每个所述超级电容单体与充电电源之间都串联有与其对应的电流传感器，以及每个所述超级电容单体的两极上并联有与其对应的电压传感器。所述电流传感器用于采集其对应的超级电容单体的由充电电源提供的供电电流，所述电压传感器用于采集超级电容单体的实时电压。所述充放电管理电路包括路径管理模块、充电管理模块、放电管理模块、保护电路以及均衡电路；所述路径管理模块包括IC芯片，所述IC芯片与所有的所述电流传感器与所述电压传感器电连接；所述电流传感器用于采集其对应的超级电容单体的由充电电源提供的供电电流并传送至所述IC芯片，所述电压传感器用于采集超级电容单体的实时电压并传送至所述IC芯片。

所述充电管理模块包括数量和超级电容单体相同的若干电控开关一，所述电控开关一与超级电容单体一一对应，所述电控开关一能够是信号继电器或者MOS管，所述电控开关一串联在其对应的超级电容单体和充电电源之间，所述电控开关一与所述IC芯片控制连接，所述IC芯片控制电控开关一的开关状态；所述IC芯片有数量和超级电容单体相同的管脚一，所述管脚一与电控开关一一一对应，如果电控开关一是信号继电器，所述信号继电器的线圈的一端就与其对应的管脚一电连接，所述信号继电器的线圈的另一端接地，所述信号继电器的常闭触点串联在与其对应的超级电容单体和充电电源之间，这样，在所述管脚一输出高电平时，所述常闭触点就断开，在所述管脚一输出低电平时，所述常闭触点就闭合；如果电控开关一是MOS管，所述MOS管的G极就与其对应的管脚一电连接，所述MOS管的S极与D极串联在与其对应的超级电容单体和充电电源之间，这样，在所述管脚一输出高电平时，所述MOS管的S极与D极就断开，在所述管脚一输出低电平时，所述MOS管的S极与D极就闭合。超级电容单体的数量能够是四。

所述保护电路包括数量和超级电容单体相同的若干限流电阻，所述限流电阻与超级电容单体一一对应，所述限流电阻的一端接地，电控开关二的数量与限流电阻相同，所述电控开关二能够是信号继电器或者MOS管，所述电控开关二与限流电阻一一对应，所述限流电阻的另一端与其对应的超级电容单体二之间串联着对应的电控开关二，所述电控开关二与所述IC芯片控制连接，所述IC芯片控制电控开关二的开关状态；所述IC芯片有数量和超级电容单体相同的管脚二，所述管脚二与电控开关二一一对应，如果电控开关二是信号继电器，所述信号继电器的线圈的一端就与其对应的管脚二电连接，所述信号继电器的线圈的另一端接地，所述信号继电器的常开触点串联在与其对应的超级电容单体和限流电阻的另一端之间，这样，在所述管脚二输出高电平时，所述常闭触点就闭合，在所述管脚二输出低电平时，所述常闭触点就闭合；如果电控开关二是MOS管，所述MOS管的G极就与其对应的管脚二电连接，所述MOS管的S极与D极串联在与其对应的超级电容单体和限流电阻的另一端之间，这样，在所述管脚二输出高电平时，所述MOS管的S极与D极就闭合，在所述管脚二输出低电平时，所述MOS管的S极与D极就断开。

所述均衡电路包括数量和超级电容单体相同的若干分压电阻，所述分压电阻与超级电容单体一一对应，电控开关三的数量与分压电阻相同，所述电控开关三能够是信号继电器或者MOS管，所述电控开关三与分压电阻一一对应，所述电控开关三与其对应的分压电阻相并联，所述充电电源与其对应的超级电容单体二之间串联着对应的电控开关三，所述电控开关三与所述IC芯片控制连接，所述IC芯片控制电控开关三的开关状态；所述IC芯片有数量和超级电容单体相同的管脚三，所述管脚三与电控开关三一一对应，如果电控开关三是信号继电器，所述信号继电器的线圈的一端就与其对应的管脚三电连接，所述信号继电器的线圈的另一端接地，所述信号继电器的常闭触点与其对应的分压电阻相并联，这样，在所述管脚三输出高电平时，所述常闭触点就断开，在所述管脚三输出低电平时，所述常闭触点就闭合；如果电控开关三是MOS管，所述MOS管的G极就与其对应的管脚三电连接，所述MOS管的S极与D极与其对应的分压电阻相并联，这样，在所述管脚三输出高电平时，所述MOS管的S极与D极就闭合，在所述管脚三输出低电平时，所述MOS管的S极与D极就断开。

所述放电管理模块包括数量和超级电容单体相同的若干电感升压电路，所述电感升压电路与超级电容单体一一对应，电控开关四的数量与电感升压电路相同，所述电控开关四能够是信号继电器或者MOS管，所述电控开关四与电感升压电路一一对应，所述电控开关四与其对应的电感升压电路相并联，所述负载与其对应的超级电容单体二之间串联着对应的电控开关四，所述电控开关四与所述IC芯片控制连接，所述IC芯片控制电控开关四的开关状态；所述IC芯片有数量和超级电容单体相同的管脚三，所述管脚三与电控开关四一一对应，如果电控开关四是信号继电器，所述信号继电器的线圈的一端就与其对应的管脚三电连接，所述信号继电器的线圈的另一端接地，所述信号继电器的常闭触点与其对应的电感升压电路四相并联，所述负载与其对应的超级电容单体二之间串联着对应的信号继电器的常闭触点，这样，在所述管脚三输出高电平时，所述常闭触点就断开，在所述管脚三输出低电平时，所述常闭触点就闭合；如果电控开关四是MOS管，所述MOS管的G极就与其对应的管脚三电连接，所述MOS管的S极与D极与其对应的电感升压电路相并联，所述负载与其对应的超级电容单体二之间串联着对应的MOS管的S极与D极，这样，在所述管脚三输出高电平时，所述MOS管的S极与D极就闭合，在所述管脚三输出低电平时，所述MOS管的S极与D极就断开。

一种带充放电管理模块的超级电容模组平台的方法，包括如下流程：

步骤1：在充电电源对所述超级电容单体充电期间，所述电压传感器实时的将对应的超级电容单体的实时电压值传送到所述IC芯片中，所述IC芯片根据各个实时电压值来判断在所述超级电容单体充电期间是否发生了不均衡，所述IC芯片控制电控开关一的断开和闭合来让所述超级电容单体充电均衡；所述IC芯片根据各个实时电压值来判断在所述超级电容单体充电期间是否发生了不均衡能够是：所述IC芯片在某一时刻比较出各个传送而来的超级电容单体的实时电压值中的最大值比最小值要高过预设的阈值一，就判定发生了不均衡；所述IC芯片控制电控开关一的断开和闭合来让所述超级电容单体充电均衡的方法能够是：首先断开具有实时电压值中的最大值的那个超级电容单体所对应的电控开关一，然后若有另外的超级电容单体相连的电压传感器传送来的实时电压值达到了该实时电压值中的最大值，所述IC芯片就断开该超级电容单体所对应的电控开关一，这样直至所有的超级电容单体所对应的电控开关一都处于断开状态时，所述IC芯片再行同步的闭合所有的电控开关一,由此来让所述超级电容单体充电均衡。

步骤2：在充电电源对所述超级电容单体充电期间，所述电流传感器实时的将对应的超级电容单体的供电电流的电流值传送到所述IC芯片中，所述IC芯片根据各个供电电流的电流值来判断在所述超级电容单体充电期间是否发生了过流，所述IC芯片控制电控开关二的断开和闭合来对所述超级电容单体进行过流保护；所述IC芯片根据各个供电电流的电流值来判断在所述超级电容单体充电期间是否发生了过流，所述IC芯片控制电控开关二的断开和闭合来对所述超级电容单体进行过流保护的方法为：当所述IC芯片判断出某个供电电流的电流值超过阈值二时，就闭合具有该供电电流的电流值的那个超级电容单体所对应的电控开关二来通过限流电阻限流，直至与该超级电容单体相连的电流传感器传送来的供电电流的电流值不超过阈值二后，所述IC芯片再行断开该超级电容单体所对应的电控开关二，停止限流，以此达到对所述超级电容单体进行过流保护的目的。

步骤3：在充电电源对所述超级电容单体充电期间，所述电压传感器实时的将对应的超级电容单体的实时电压值传送到所述IC芯片中，所述IC芯片根据各个实时电压值来判断在所述超级电容单体充电期间是否电压过高，所述IC芯片控制电控开关三的断开和闭合来让所述超级电容单体分压来控制电压过高；所述IC芯片根据各个实时电压值来判断在所述超级电容单体充电期间是否电压过高，所述IC芯片控制电控开关三的断开和闭合来让所述超级电容单体分压来控制电压过高的方法为：当所述IC芯片判断出某个实时电压值超过阈值三时，就断开具有该实时电压值的那个超级电容单体所对应的电控开关三来通过分压电阻分压，直至与该超级电容单体相连的电压传感器传送来的实时电压值不超过阈值三后，所述IC芯片再行闭合该超级电容单体所对应的电控开关三，停止分压，以此达到对所述超级电容单体进行分压来控制电压过高的目的。

步骤4：在所述超级电容单体对负载进行放电期间，所述电压传感器实时的将对应的超级电容单体的实时电压值传送到所述IC芯片中，所述IC芯片根据各个实时电压值来判断在所述超级电容单体充电期间是否放电电压过低，所述IC芯片控制电控开关四的断开和闭合来让所述超级电容单体升压来控制放电电压过低。所述IC芯片根据各个实时电压值来判断在所述超级电容单体充电期间是否放电电压过低，所述IC芯片控制电控开关四的断开和闭合来让所述超级电容单体升压来控制放电电压过低的方法为：当所述IC芯片判断出某个实时电压值低于阈值四时，就断开具有该实时电压值的那个超级电容单体所对应的电控开关四来通过电感升压电路来升压，直至与该超级电容单体相连的电压传感器传送来的实时电压值不低于阈值四后，所述IC芯片再行闭合该超级电容单体所对应的电控开关四，停止升压，以此达到控制电控开关四的断开和闭合来让所述超级电容单体升压来控制放电电压过低的目的。

以上以用实施例说明的方式对本申请作了描述，本领域的技术人员应当理解，本公开不限于以上描述的实施例，在不偏离本申请的区域的状况下，能够做出各种变化、改变和替换。

Claims (5)

1.一种带充放电管理模块的超级电容模组平台，其特征在于，包括：

充放电管理电路和与其电连接的若干超级电容单体；

所述充放电管理电路用于对超级电容单体进行充放电管理，所述充放电管理包括对超级电容单体在充电过程中实现均衡管理、对超级电容单体在充电过程中实现过流保护以及在放电过程中超级电容单体出现电压下降过快时的升压管理。

2.根据权利要求1所述的带充放电管理模块的超级电容模组平台，其特征在于，所述超级电容单体与负载和充电电源电连接，所述充电电源用于对所述超级电容单体供电，所述负载由所述超级电容单体供电运行。

3.根据权利要求1所述的带充放电管理模块的超级电容模组平台，其特征在于，每个所述超级电容单体与充电电源之间都串联有与其对应的电流传感器，以及每个所述超级电容单体的两极上并联有与其对应的电压传感器。

4.根据权利要求1所述的带充放电管理模块的超级电容模组平台，其特征在于，所述充放电管理电路包括路径管理模块、充电管理模块、放电管理模块、保护电路以及均衡电路；

所述路径管理模块包括IC芯片，所述IC芯片与所有的所述电流传感器与所述电压传感器电连接；

所述充电管理模块包括数量和超级电容单体相同的若干电控开关一，所述电控开关一与超级电容单体一一对应，所述电控开关一能够是信号继电器或者MOS管，所述电控开关一串联在其对应的超级电容单体和充电电源之间，所述电控开关一与所述IC芯片控制连接，所述IC芯片控制电控开关一的开关状态；

所述保护电路包括数量和超级电容单体相同的若干限流电阻，所述限流电阻与超级电容单体一一对应，所述限流电阻的一端接地，电控开关二的数量与限流电阻相同，所述电控开关二能够是信号继电器或者MOS管，所述电控开关二与限流电阻一一对应，所述限流电阻的另一端与其对应的超级电容单体二之间串联着对应的电控开关二，所述电控开关二与所述IC芯片控制连接，所述IC芯片控制电控开关二的开关状态；

所述均衡电路包括数量和超级电容单体相同的若干分压电阻，所述分压电阻与超级电容单体一一对应，电控开关三的数量与分压电阻相同，所述电控开关三能够是信号继电器或者MOS管，所述电控开关三与分压电阻一一对应，所述电控开关三与其对应的分压电阻相并联，所述充电电源与其对应的超级电容单体二之间串联着对应的电控开关三，所述电控开关三与所述IC芯片控制连接，所述IC芯片控制电控开关三的开关状态；

所述放电管理模块包括数量和超级电容单体相同的若干电感升压电路，所述电感升压电路与超级电容单体一一对应，电控开关四的数量与电感升压电路相同，所述电控开关四能够是信号继电器或者MOS管，所述电控开关四与电感升压电路一一对应，所述电控开关四与其对应的电感升压电路相并联，所述负载与其对应的超级电容单体二之间串联着对应的电控开关四，所述电控开关四与所述IC芯片控制连接，所述IC芯片控制电控开关四的开关状态。

5.一种带充放电管理模块的超级电容模组平台的方法，其特征在于，包括如下流程：

步骤1：在充电电源对所述超级电容单体充电期间，所述电压传感器实时的将对应的超级电容单体的实时电压值传送到所述IC芯片中，所述IC芯片根据各个实时电压值来判断在所述超级电容单体充电期间是否发生了不均衡，所述IC芯片控制电控开关一的断开和闭合来让所述超级电容单体充电均衡；

步骤2：在充电电源对所述超级电容单体充电期间，所述电流传感器实时的将对应的超级电容单体的供电电流的电流值传送到所述IC芯片中，所述IC芯片根据各个供电电流的电流值来判断在所述超级电容单体充电期间是否发生了过流，所述IC芯片控制电控开关二的断开和闭合来对所述超级电容单体进行过流保护；

步骤3：在充电电源对所述超级电容单体充电期间，所述电压传感器实时的将对应的超级电容单体的实时电压值传送到所述IC芯片中，所述IC芯片根据各个实时电压值来判断在所述超级电容单体充电期间是否电压过高，所述IC芯片控制电控开关三的断开和闭合来让所述超级电容单体分压来控制电压过高；

步骤4：在所述超级电容单体对负载进行放电期间，所述电压传感器实时的将对应的超级电容单体的实时电压值传送到所述IC芯片中，所述IC芯片根据各个实时电压值来判断在所述超级电容单体充电期间是否放电电压过低，所述IC芯片控制电控开关四的断开和闭合来让所述超级电容单体升压来控制放电电压过低。

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