一种基于电容的交通诱导供电系统及交通诱导系统的制作方法

本实用新型涉及一种供电系统，具体涉及一种基于电容的交通诱导供电系统，属于道路安全技术领域；本申请还涉及一种交通诱导系统。

背景技术：

低能见度交通诱导设备特别适用于城郊道路、山区道路以及过水的桥梁之上，第一能节省供电建设和使用资金；第二对于能见度不足情况下(夜晚、大雾等)的交通安全提供保障。

近几年市场上已有的低能见度交通诱导系统都有这样一个特点：使用绿色能源供电，清一色的采用锂电池(如三元锂，磷酸铁锂等等)作为蓄能装置，及通过太阳能、风能等获取电能，再通过锂电池作为蓄能装置。在白天或有风的时候利用绿色能源供电，同时用锂电池蓄能。

一般通过光伏发电技术利用太阳能。光伏发电技术是将太阳能直接转换为电能，是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制，因为阳光普照大地；光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短的优点。

通过光伏发电获取太阳能的过程中，通过mppt技术将太阳能用于电池充电。mppt控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(vi)，使系统以最大功率输出对蓄电池充电。应用于太阳能光伏系统中，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏系统的大脑。

独立蓄能装置的直接输出电压较低，一般通过直流升压技术将低电压转变为高电压。直流升压就是将电池提供的较低的直流电压，提升到需要的电压值，其基本的工作过程都是：高频振荡产生低压脉冲——脉冲变压器升压到预定电压值——脉冲整流获得高压直流电，因此直流升压电路属于dc/dc电路的一种类型。

目前，在山区道路已有的以充电电池作为蓄能元件的低能见度交通诱导系统，主要解决山区道路无电灯照明的现状，采取无线自组网技术，确保所有灯具同步发光，光强一致，在夜晚以及大雾天气的表现非常优秀。

但是在使用过程中我们发现，在山区的秋冬季节，容易出现长期连续阴雨等恶劣天气(最长有过40天左右)，并且存在树叶遮蔽等环境影响，导致光照强度不足，电池电量存在耗尽的情况，为保证系统的正常工作或者白天的临时检查，需对电池进行更换或在现场进行补充充电，前者致使维护成本大大增加，后者则极大增加了运维的时间，而且山区道路路幅较窄、线性弯曲，充电车辆长时间(蓄电池充电效率低)占据一个车道，既不安全也不不方便。

另外，由于充放次数有限(800-3000次)的物理特性，目前广泛的锂电池一般在使用两年多时间后蓄电能力急剧下降；导致运维成本飞快上升；同时，蓄电池的回收现在也并不成熟。

因此，如何使得低能见度诱导系统更加长效、降低运维成本、提高运维效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于利用电容作为蓄能装置，能够提高供电系统的安全性，延长使用寿命，扩展设备使用温度环境，提高供电效率，节约生产成本。本实用新型提供一种基于电容的交通诱导供电系统，该基于电容的供电系统包括：可再生能源发电装置、充电控制器、蓄能电容、升压装置、供电控制器；所述可再生能源发电装置通过所述充电控制器与所述蓄能电容连接，所述蓄能电容的供电端接入升压装置的进电端；所述升压装置的恒压供电端接入所述供电控制器，所述供电控制器用于控制所述升压装置的恒流供电端的输出。

根据本实用新型的第一个实施方案，提供一种基于电容的交通诱导供电系统：

一种基于电容的交通诱导供电系统，该基于电容的供电系统包括：可再生能源发电装置、充电控制器、蓄能电容、升压装置、供电控制器；所述可再生能源发电装置通过所述充电控制器与所述蓄能电容连接，所述蓄能电容的供电端接入升压装置的进电端；所述升压装置的恒压供电端接入所述供电控制器，所述供电控制器用于控制所述升压装置的恒流供电端的输出。

作为优选，所述升压装置包括：第一升压电路、第二升压电路；所述第一升压电路的进电端通过极低电压升压线路接入所述蓄能电容的供电端；所述第二升压电路设置在所述极低电压升压线路上；第一升压电路的供电端与供电控制器连接。

作为优选，所述第一升压电路为包括uc3843控制器的升压稳压电路；所述第二升压电路为包括b3p49升压控制器的低电压升压电路；所述第二升压电路通过所述极低电压升压线路接入第一升压电路的uc3843的vcc电源针脚。

作为优选，所述升压装置还包括：供电电压监测模块、通电切换开关、达标电压直供电路；所述达标电压直供电路和极低电压升压线路通过通电切换开关接入所述蓄能电容的供电端；所述达标电压直供电路和极低电压升压线路的另一端接入所述第一升压电路的进电端；供电电压监测模块与通电切换开关信号连接，用于监测所述蓄能电容的供电端电压值。

作为优选，所述可再生能源发电装置为太阳能发电装置和/或风能发电装置。

作为优选，所述充电控制器为mppt控制器。

作为优选，该供电系统还包括：备用电池；所述备用电池的进电端接入所述升压装置的恒压供电端，所述备用电池的供电端接入供电控制器。

作为优选，备用电池为小型备用电池。在电容电量用尽后，作为通讯后备电源使用，以保证后台通讯模块继续工作。

根据本实用新型的第二个实施方案，提供一种基于电容的长效低能见度交通诱导系统：

一种基于电容的长效低能见度交通诱导系统，该交通诱导系统包括：诱导控制器、第一个实施方案所述基于电容的交通诱导供电系统、发光装置、感光传感器；所述发光装置与所述诱导控制器信号连接；所述感光传感器与所述诱导控制器信号连接，用于识别环境光线强度；所述供电系统与所述诱导控制器连接，用于给交通诱导系统供电。

作为优选，该交通诱导系统还包括：无线网格网络模块；所述无线网格网络模块与所述诱导控制器信号连接，用于无线信号连接相邻的交通诱导系统；作为优选，无线网格网络模块具体为mesh模块或lorawan模块。

根据本实用新型的第三个实施方案，提供一种基于电容的长效低能见度交通诱导系统：

一种基于电容的长效低能见度交通诱导系统，该交通诱导系统包括：诱导控制器、第一个实施方案所述基于电容的交通诱导供电系统、发声装置、感光传感器；所述发声装置与所述诱导控制器信号连接；所述感光传感器与所述诱导控制器信号连接，用于识别环境光线强度；所述供电系统与所述诱导控制器连接，用于给交通诱导系统供电。

作为优选，该交通诱导系统还包括：无线网格网络模块；所述无线网格网络模块与所述诱导控制器信号连接，用于无线信号连接相邻的交通诱导系统；作为优选，无线网格网络模块具体为mesh模块或lorawan模块。

在本申请的第一个实施方案中，供电系统通过充电控制器，利用可再生能源发电装置产生的电能对蓄能电容进行充电。蓄能电容的电能在供电控制器的作用下，通过升压装置升压后对外供电。具体地升压装置的恒压供电端向供电控制器供电，供电控制器控制升压装置的恒流供电端向外供电。本申请提供的技术方案，利用电容作为蓄能装置，能够提高供电系统的安全性，延长使用寿命，扩展设备使用温度环境，提高供电效率，节约生产及维护成本。

在本申请的第一个实施方案中，升压装置通过第一升压电路和第二升压电路，对蓄能电容输出的电压进行二次增压。从而提高对蓄能电容的电能的利用率。

需要说明的是，若按现有技术进行简单替换，由于电容没有明显的电压平台，其电压的下降与储存电量基本成比例关系，导致在储存电量剩余较多时，输出电压已降至外围电路无法正常工作，导致电容电量利用率不足40％。为解决电容能量密度小、体积大以及无明显电压平台等影响实际应用的问题，本发明通过二次增压的电路结构将电容内储存电量的利用率提高至85％以上，使电容蓄能方式满足在交通诱导照明等领域的应用要求，充分发挥电容的长寿命、宽温工作以及充电快的特性，可以极大地减轻和降低维护人员的工作强度和维护费用。

在本申请的第一个实施方案中，第一升压电路具体为包括uc3843控制器的升压稳压电路；而第二升压电路为包括b3p49升压控制器的低电压升压电路。由于采用uc3843控制器的第一升压电路，在电压低于uc3843控制器的启动电压时，uc3843控制器无法工作。因此先通过采用b3p49控制器的第二升压电路对电容的进行升压，以确保包含uc3843控制器的第一升压电路正常工作。

需要说明的是，经实测：未加入采用b3p49控制器的第二升压电路时，蓄能电容电压降至3.9v时，采用uc3843控制器的第一升压电路无法继续输出。而本发明提供的方案，蓄能电容可放电至小于1v(最低可达0.8v)时，仍然可以驱动负载正常工作，即对外正常供电。可以大大提高蓄能电容的存储电量利用率。

在本申请的第一个实施方案中，升压装置通过供电电压监测模块实时监测蓄能电容的输出电压，当蓄能电容的输出电压高于uc3843控制器的启动电压时，通电切换开关直接将蓄能电容的电能通过达标电压直供电路输送至第一升压电路；当蓄能电容的输出电压低于uc3843控制器的启动电压时，通电切换开关进行切换，将蓄能电容的电能通入极低电压升压线路上的第二升压电路，经第二升压电路升压后，再导入第一升压电路。

在本申请的第一个实施方案中，mppt控制器能够实时侦测可再生能源发电装置的发电电压，并踪最高电压电流值，使系统以最大功率输出对蓄能电容充电，该控制器广泛应用于太阳能发电、风能发电等发电电压经常变化的发电技术中。

在本申请的第一个实施方案中，通过备用电池，在电容电量耗尽时，保证供电系统与外部连通的通讯模块的正常运作，以及时提醒维护人员对设备的维护。

在本申请的第二个实施方案中，诱导控制器根据感光传感器感应到的外部环境的光线强度，当光线强度低于某值时，利用第一个实施方案供电系统的电能为发光装置提供电能，从而点亮发光装置。以使得为道路提供一定的照明或路线引导。

在本申请的第三个实施方案中，诱导控制器根据感光传感器感应到的外部环境的光线强度，当光线强度低于某值时，利用第一个实施方案供电系统的电能为发声装置提供电能，从而在道路上实现声音提示引导。

需要说明的是，各个长效低能见度交通诱导系统之间通过无线网格网络模块组网，从而实现同一个区域的长效低能见度交通诱导系统实时联动。

需要说明的是，无线网格网络模块具体为mesh模块或lorawan模块。mesh网络即”无线网格网络”，是“多跳(multi-hop)”网络，是由adhoc网络发展而来，是解决“最后一公里”问题的关键技术之一。在向下一代网络演进的过程中，无线是一个不可缺的技术。无线mesh可以与其它网络协同通信，是一个动态的可以不断扩展的网络架构，任意的两个设备均可以保持无线互联。

需要说明的是，现有技术中多采用锂电池组进行蓄能，该方案具有如下技术问题：1、充放电寿命短(1000-3000次或2年左右)，尤其在电量完全耗尽的状态下，对电池寿命影响特别大；2、补充充电速率缓慢，维护麻烦；3、容量受温度影响较大，尤以磷酸铁锂电池为甚，其在-10℃时，容量减少达60％；4、蓄电池的维护和回收繁琐且不成熟。

本申请采用普通电容作为蓄能元件，具有宽温(-40℃～65℃)、充放电寿命长(500000次或6年以上)、可现场进行高倍率快速补充充电、无需维护，回收处理方式成熟，能够妥善的解决上述问题。

需要进一步说明的是，现有类似产品的技术方案均采用可充电电池作为蓄能元件。均采用锂系列电池，包括：三元锂、磷酸铁锂、钛酸锂以及铅酸蓄电池等等。其中，三元锂电池应用范围最广，优点是电压平台高(3.7v)，能量密度大，低温性能相对于磷酸铁锂较好(-10°时容量下降约20％)。缺点是安全性差，寿命短。在充放电次数方面，国外在3000次左右，国内一般可以做到800-1000次。实际使用寿命约为2年。其次，磷酸铁锂电池，主要应用于动力领域。其优点是安全性好，可进行2c快速充放电。充放电寿命约2000次左右。缺点是：能量密度较低，电压平台较低(3.2v)低温性能差，-10°时，容量下降45％～60％。第三，钛酸锂电池，其优点是安全性好，快充性能优越，可进行高倍率充放电，寿命长，循环充电次数可达30000次以上，理想寿命10年。低温性能优越，可在-50°～60°的环境中正常使用。其缺点是：能量密度底，成本高；电压平台低，只有2.3v；市场占有率低，产品类型比较单一，目前市场对其开发投入较低，目前的产品类型中无该项目所需型号。第四，最后是铅酸蓄电池，从能量密度，体积重量以及寿命方面均无法与上述电池相提并论，其唯一的优势就是价格便宜，在此不做比较。

综上所述，以充电电池作为蓄能元件的方案存在最为集中的问题表现为以下四点：1)安全性。问题最为突出的是三元锂电池，维护不当或遭遇强烈振动或冲击时会引起剧烈燃烧或爆炸；2)充放电次数及寿命。主流的三元锂和磷酸铁锂电池的充放电次数均不超过3000次，寿命2～3年；3)工作温度范围窄，低温性能不好。问题比较突出的是磷酸铁锂电池，随环境温度下降(-10°)，容量下降过大。在北方地域基本没有实际应用价值；4)补充充电缓慢。以应用最为广泛的三元锂电池和磷酸铁锂电池为例，其充电电流一般为2～3a。以电池组容量6000mah，充电电流3a计算，充满至少需要2小时以上。

需要重点说明的是，本申请采用电解电容作为蓄能元件，与上述电池方案对比，其优势是安全性好，循环充放电可达500000次以上，寿命6～10年；工作温度范围宽，可达-40°～65°。过放电对寿命无明显影响。市场保有量巨大，规格门类齐全，技术门槛非常低。可现场进行高倍率充电，可达10c以上，极大缩短充电时间，2分钟充电就能正常使用，15分钟就能全部充满，目前电容的回收非常成熟环保。

需要说明的是，本发明采用普通电容作为蓄能元件，具有宽温(-40℃～65℃)、充放电寿命长(500000次或6年以上)、可现场进行高倍率快速补充充电、无需维护，回收处理方式成熟，能够妥善的解决上述问题。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本申请的技术方案，采用电容作为蓄能元件，具有长效、低维护以及宽温工作性能。循环充放电次数500000次，寿命6～10年。电容过放对其寿命无大影响。

2、电容有效工作电压范围为标称电压至0.8v或更低。通过升压+稳流(稳压)驱动负载进行工作。以期最大限度利用电容所存储的电量，利用率可达85％以上。

附图说明

图1为本实用新型实施例中基于电容的交通诱导供电系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中升压装置第一升压电路和第二升压电路连通结构示意图；

图3为本实用新型实施例中升压装置切换极低电压升压线路和达标电压直供电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中带发光装置的长效低能见度交通诱导系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中带发声装置的长效低能见度交通诱导系统的结构示意图。

附图标记：

a：供电系统；1：可再生能源发电装置；2：充电控制器；3：蓄能电容；4：升压装置；401：第一升压电路；402：第二升压电路；40201：恒压供电端；40202：恒流供电端；403：供电电压监测模块；404：通电切换开关；5：供电控制器；6：备用电池；7：诱导控制器；8：发光装置；9：感光传感器；10：发声装置；11：无线网格网络模块；l1：极低电压升压线路；l2：达标电压直供电路。

具体实施方式

根据本实用新型的第一个实施方案，提供一种基于电容的交通诱导供电系统：

一种基于电容的交通诱导供电系统，该基于电容的供电系统a包括：可再生能源发电装置1、充电控制器2、蓄能电容3、升压装置4、供电控制器5；所述可再生能源发电装置1通过所述充电控制器2与所述蓄能电容3连接，所述蓄能电容3的供电端接入升压装置4的进电端；所述升压装置4的恒压供电端40201接入所述供电控制器5，所述供电控制器5用于控制所述升压装置4的恒流供电端40202的输出。

作为优选，所述升压装置4包括：第一升压电路401、第二升压电路402；所述第一升压电路401的进电端通过极低电压升压线路l1接入所述蓄能电容3的供电端；所述第二升压电路402设置在所述极低电压升压线路l1上；第一升压电路401的供电端与供电控制器5连接。

作为优选，所述第一升压电路401为包括uc3843控制器的升压稳压电路；所述第二升压电路402为包括b3p49升压控制器的低电压升压电路；所述第二升压电路402通过所述极低电压升压线路l1接入第一升压电路401的uc3843的vcc电源针脚。

作为优选，所述升压装置4还包括：供电电压监测模块403、通电切换开关404、达标电压直供电路l2；所述达标电压直供电路l2和极低电压升压线路l1通过通电切换开关404接入所述蓄能电容3的供电端；所述达标电压直供电路l2和极低电压升压线路l1的另一端接入所述第一升压电路401的进电端；供电电压监测模块403与通电切换开关404信号连接，用于监测所述蓄能电容3的供电端电压值。

作为优选，所述可再生能源发电装置1为太阳能发电装置和/或风能发电装置。

作为优选，所述充电控制器2为mppt控制器。

作为优选，该供电系统还包括：备用电池6；所述备用电池6的进电端接入所述升压装置4的恒压供电端40201，所述备用电池6的供电端接入供电控制器5。

根据本实用新型的第二个实施方案，提供一种基于电容的长效低能见度交通诱导系统：

一种基于电容的长效低能见度交通诱导系统，该交通诱导系统包括：诱导控制器7、第一个实施方案所述基于电容的交通诱导供电系统a、发光装置8、感光传感器9；所述发光装置8与所述诱导控制器7信号连接；所述感光传感器9与所述诱导控制器7信号连接，用于识别环境光线强度；所述供电系统a与所述诱导控制器7连接，用于给交通诱导系统供电。

作为优选，该交通诱导系统还包括：无线网格网络模块11；所述无线网格网络模块11与所述诱导控制器7信号连接，用于无线信号连接相邻的交通诱导系统；作为优选，无线网格网络模块11具体为mesh模块或lorawan模块。

根据本实用新型的第三个实施方案，提供一种基于电容的长效低能见度交通诱导系统：

一种基于电容的长效低能见度交通诱导系统，该交通诱导系统包括：诱导控制器7、第一个实施方案所述基于电容的交通诱导供电系统a、发声装置10、感光传感器9；所述发声装置10与所述诱导控制器7信号连接；所述感光传感器9与所述诱导控制器7信号连接，用于识别环境光线强度；所述供电系统a与所述诱导控制器7连接，用于给给交通诱导系统供电。

作为优选，该交通诱导系统还包括：无线网格网络模块11；所述无线网格网络模块11与所述诱导控制器7信号连接，用于无线信号连接相邻的交通诱导系统；作为优选，无线网格网络模块11具体为mesh模块或lorawan模块。

实施例1

根据本实用新型的第一个实施方案，提供一种基于电容的交通诱导供电系统：

一种基于电容的交通诱导供电系统，该基于电容的供电系统a包括：可再生能源发电装置1、充电控制器2、蓄能电容3、升压装置4、供电控制器5；所述可再生能源发电装置1通过所述充电控制器2与所述蓄能电容3连接，所述蓄能电容3的供电端接入升压装置4的进电端；所述升压装置4的恒压供电端40201接入所述供电控制器5，所述供电控制器5用于控制所述升压装置4的恒流供电端40202的输出。

实施例2

重复实施例1，只是所述升压装置4包括：第一升压电路401、第二升压电路402；所述第一升压电路401的进电端通过极低电压升压线路l1接入所述蓄能电容3的供电端；所述第二升压电路402设置在所述极低电压升压线路l1上；第一升压电路401的供电端与供电控制器5连接。

实施例3

重复实施例2，只是所述第一升压电路401为包括uc3843控制器的升压稳压电路；所述第二升压电路402为包括b3p49升压控制器的低电压升压电路；所述第二升压电路402通过所述极低电压升压线路l1接入第一升压电路401的uc3843的vcc电源针脚。

实施例4

重复实施例3，只是所述升压装置4还包括：供电电压监测模块403、通电切换开关404、达标电压直供电路l2；所述达标电压直供电路l2和极低电压升压线路l1通过通电切换开关404接入所述蓄能电容3的供电端；所述达标电压直供电路l2和极低电压升压线路l1的另一端接入所述第一升压电路401的进电端；供电电压监测模块403与通电切换开关404信号连接，用于监测所述蓄能电容3的供电端电压值。

实施例5

重复实施例4，只是所述可再生能源发电装置1为太阳能发电装置。所述充电控制器2为mppt控制器。

实施例6

重复实施例5，只是该供电系统还包括：备用电池6；所述备用电池6的进电端接入所述升压装置4的恒压供电端40201，所述备用电池6的供电端接入供电控制器5。

实施例7

一种基于电容的长效低能见度交通诱导系统，该交通诱导系统包括：诱导控制器7、第一个实施方案所述基于电容的交通诱导供电系统a、发光装置8、感光传感器9；所述发光装置8与所述诱导控制器7信号连接；所述感光传感器9与所述诱导控制器7信号连接，用于识别环境光线强度；所述供电系统a与所述诱导控制器7连接，用于给交通诱导系统供电。

实施例8

重复实施例7，只是该交通诱导系统还包括：无线网格网络模块11；所述无线网格网络模块11与所述诱导控制器7信号连接，用于无线信号连接相邻的交通诱导系统；无线网格网络模块11具体为mesh模块。

实施例9

一种基于电容的长效低能见度交通诱导系统，该交通诱导系统包括：诱导控制器7、第一个实施方案所述基于电容的交通诱导供电系统a、发声装置10、感光传感器9；所述发声装置10与所述诱导控制器7信号连接；所述感光传感器9与所述诱导控制器7信号连接，用于识别环境光线强度；所述供电系统a与所述诱导控制器7连接，用于给给交通诱导系统供电。

实施例10

重复实施例9，只是该交通诱导系统还包括：无线网格网络模块11；所述无线网格网络模块11与所述诱导控制器7信号连接，用于无线信号连接相邻的交通诱导系统；作为优选，无线网格网络模块11具体为lorawan模块。