一种超级电容器组均衡及检测系统的制作方法

本实用新型涉及超级电容器管理系统，特别是涉及一种超级电容器组均衡及检测系统。

背景技术：

随着能源危机和环境恶化问题的不断加剧演变，世界各国都在致力于新能源的开发和环境保护，尤其在环保新能源如太阳能、风能等一系列的清洁能源上，世界各国更是加大力度去研发，但由于此类能源具有波动性大和不连续的特点，因此需要以先进的储能技术作为支撑。在这种背景下，各种电能存储器件如：锂离子电池、飞轮电池、超导电磁线圈和电化学超级电容器等备受研究人员的青睐和认可。其中，电化学的超级电容器因具有功率密度大、工作温度范围宽和可循环利用等优势，在可再生清洁能源发电、电压补偿、电动汽车节能运行和城市轨道交通制动能量回收等领域具有广阔的应用前景。

因为超级电容器单体电压低，在实际应用过程中常常需要对多个超级电容器进行串并联的方式形成大功率的储能系统，以满足用户的能量需求。现有的超级电容器管理系统，传统方式都为在每个超级电容器连接均衡电路、检测电路等，实时监控超级电容器的状态，防止超级电容器出现故障。倘若单体超级电容器的个数较多，需要设置均衡电路、检测电路等就要相应的增加，造成监控系统非常庞大，造价不菲，且对每个单体超级电容器上的单体电压进行采集，对电压采集芯片IC要求较高，成本也会相应的增加。

根据中国公开专利文件CN201310295898.5的一种大规模超级电容储能模块监控系统，用于对超级电容器进行监控管理，其技术方案通过电量采集模块对单体超级电容器上的电压进行采集并传输至下位机监控模块，当单体超级电容器上的电压超出预设值时，下位机控制模块发出信号至电压均衡模块，对单体超级电容器的电压进行均衡处理，但由于此技术方案需要在每个单体超级电容器上设置相应的电量采集模块和电压均衡模块，使得系统庞大，成本高，不利于推广，使得此技术方案具有一定的局限性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种超级电容器组均衡及检测系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种超级电容器组均衡及检测系统，所述超级电容器组均衡及检测系统包括：超级电容器组、均衡模块、检测报警模块和MCU控制单元，所述超级电容组有三个输出端，分别为总正输出端、中间输出端和总负输出端；

所述均衡模块包括：正半部分均衡电路和负半部分均衡电路；

所述检测报警模块包括：正半部分过压检测电路、负半部分检测电路和过压报警电路；

所述正半部分均衡电路的两个输入端分别与所述超级电容器组的总正输出端和中间输出端连接；

所述负半部分均衡电路的两个输入端分别与所述超级电容器组的总负输出端和中间输出端连接；

所述正半部分过压检测电路的输入端分别与所述超级电容器组总正输出端和中间输出端连接，输出端与所述过压报警电路连接；

所述负半部分过压检测电路的输入端分别与所述超级电容器组总负输出端和中间输出端连接，输出端与所述过压报警电路连接；

所述过压报警电路输出端与所述MCU控制单元连接。

在其中一个实施例中，所述均衡模块还包括：压差均衡电路；

所述检测报警模块还包括：压差过大检测电路和压差过大报警电路；

所述压差均衡电路的三个输入端分别与所述超级电容器的总正输出端、中间输出端和总负输出端连接；

所述压差过大检测电路的三个输入端分别与所述超级电容器组的总正输出端、总负输出端和中间输出端连接，输出端与所述压差过大报警电路的输入端连接；

所述压差过大报警电路的输出端与所述MCU控制单元连接。

在其中一个实施例中，所述检测报警模块还包括：温度检测报警电路，所述温度检测报警电路的输入端与所述超级电容器组连接，输出端与所述MCU控制单元连接。

在其中一个实施例中，所述检测报警模块还包括：反接报警电路，所述反接报警电路的输入端分别与所述超级电容器组总正输出端和总负输出端连接，输出端与所述MCU控制单元连接。

在其中一个实施例中，所述超级电容器组通过充放电开关连接有外部的充放电电路，所述MCU控制单元与所述充放电开关连接。

在其中一个实施例中，还包括：显示模块，所述显示模块与所述MCU控制单元连接。

本次技术方案相比于现有技术有以下有益效果：

1.通过半点电压检测的方法，实现超级电容器组电压采集、均衡、过压报警，简化电压采集电路和均衡电路，在不制约系统功能的同时降低了系统规模，节约成本，利于推广。

2.超级电容器组通过充放电开关连接至外部的充放电电路，利用MCU控制单元控制充放电开关的导通和关闭，可以有效的防止超级电容器出现不稳定状态时及时断开，提高系统的安全性和安全性。

3.反接报警电路的设计实时监控超级电容器组是否存在反接状态，进一步提高系统的安全性和可靠性。

4.温度检测报警电路的设计可以实时检测超级电容器组的内部温度，当出现温度过高情况时，可以输出信号至MCU控制单元，由MCU控制单元控制充放电开关断开，实现过温保护，进一步提高系统的安全性和稳定性。

附图说明

图1为本实施例中的超级电容器组均衡及检测系统框架图；

图2为本实施例中的正半部分均衡电路原理图；

图3为本实施例中的负半部分均衡电路原理图；

图4为本实施例中的正半部分过压检测电路原理图；

图5为本实施例中的负半部分过压检测电路原理图；

图6为本实施例中的压差过大检测电路原理图；

图7为本实施例中的过压报警电路原理图；

图8为本实施例中的压差过大报警电路原理图；

图9为本实施例中的温度检测报警电路原理图；

图10为本实施例中的反接报警电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示为一种超级电容器组均衡及检测系统框架图，超级电容器组均衡及检测系统包括：超级电容器组100、均衡模块200、检测报警模块300和MCU控制单元400，超级电容组100有三个输出端，分别为总正输出端、中间输出端和总负输出端。

具体地，均衡模块200包括：正半部分均衡电路201和负半部分均衡电路202。

具体地，检测报警模块300包括：正半部分过压检测电路301、负半部分检测电路302和过压报警电路304；

正半部分均衡电路201的两个输入端分别与超级电容器组100的总正输出端和中间输出端连接；

负半部分均衡电路202的两个输入端分别与超级电容器组100的总负输出端和中间输出端连接；

正半部分过压检测电路301的两个输出端分别与超级电容器组100总正输出端和中间输出端连接，输出端过压报警电路304连接；

负半部分过压检测电路302的两个输入端分别与超级电容器组100总负输出端和中间输出端连接，输出端与过压报警电路304的连接；

过压报警电路304输出端与MCU控制单元400连接。

需要说明的是，超级电容器组100的总正输出端，记为B+，总负输出端记为B-，中间输出端记为BM。本次技术方案采用的是半点电压检测方法即B+与BM之间的电压，记为V+，以及BM和B-之间的电压值，记为V-，系统根据V+和V-的值判断是否启用均衡或者过压报警电路。

还需要说明的是，请一并结合参照图2和图3，超级电容器组100的总正输出端B+和中间输出端BM输入至正半部分均衡电路201，当电压V+大于预设值时，正半部分均衡电路201内置芯片将会控制电路开始工作，将电压V+进行校正均衡；同理，超级电容器组100的总负输出端B-和中间输出端BM输入至负半部分均衡电路202，当电压V-大于预设值时，负半部分均衡电路202内置芯片将会控制电路开始工作，将电压V-进行校正均衡。

还需要说明的是，请一并结合参照图4、图5和图7，超级电容器组100的电压V+除了输入至正半部分均衡电路201之外，还输入至正半部分过压检测电路301，当电压V+大于预设值时，正半部分过压检测电路301内置的芯片会输出一个高电平信号至过压报警电路304，即在A节点输出一个高电平信号，促使过压报警电路304的光耦二极管导通，过压报警电路304会产生过压报警信号OVP传输至MCU控制单元400，即在E节点输出过压报警信号OVP，产生报警；同理超级电容器组100的电压V-除了输入至负半部分均衡电路202之外，还输入至负半部分过压检测电路302，当电压V-大于预设值时，负半部分过压检测电路302内置的芯片会输出一个高电平信号至过压报警电路304，即在B节点输出一个高电平信号，促使过压报警电路304的光耦二极管导通，过压报警电路304会产生过压报警信号OVP传输至MCU控制单元400，即在E节点输出过压报警信号OVP，产生报警。

进一步地，均衡模块200还包括：压差均衡电路203；

检测报警模块300还包括：压差过大检测电路303和压差过大报警电路305；

压差均衡电路203的三个输入端分别与超级电容器组100的总正输出端、中间输出端和总负输出端连接；

压差过大检测电路303的三个输入端分别与超级电容器组100的总正输出端、总负输出端和中间输出端连接，输出端与压差过大报警电路306的输入端连接；

压差过大报警电路306的输出端与MCU控制单元400连接。

需要说明的是，压差均衡电路203的电路原理和正半部分均衡电路201以及负半部分均衡电路202原理相同，在本实施例中，可以采用常规的均衡电路实现对超级电容器组两个电压V+和V-的矫正均衡。

还需要说明的是，请一并结合参照图6和图8，超级电容器组100的两个电压V+和V-除了输入至压差均衡电路203之外，还输入至压差过大检测电路303，当电压V+和V-的压差大于预设值时，压差过大检测电路303会输出一个高电平信号传输至压差过大报警电路306，即在C节点输出高电平信号，促使压差过大报警电路306的光耦二极管导通，压差过大报警电路306会产生压差过大报警信号CVP传输至MCU控制单元400，即在F节点输出压差过大报警信号CVP，产生报警。

进一步地，检测报警模块300还包括：温度检测报警电路306，温度检测报警电路306的输入端与超级电容器组100连接，输出端与MCU控制单元400连接。

需要说明的是，请一并结合参照图9，在本实施例中，在超级电容器组100 中安置多个温度检测探头，均匀分布在超级电容器组100的不同位置，当超级电容器组100的温度大于门限值时，温度检测报警电路306输出过温报警信号OTP至MCU控制单元400，即在G节点输出过温报警信号OTP至MCU控制单元400，产生过温报警。

进一步地，检测报警模块300还包括：反接报警电路307，反接报警电路307的输入端分别与超级电容器组100的总正输出端和总负输出端连接，输出端与MCU控制单元400连接。

需要说明的是，请一并结合参照图10，反接报警电路307设置有光耦二极管，当检测到超级电容器组100反接时，反接报警电路307的光耦二极管不导通，输出低电平信号至MCU控制单元400产生反接报警POL，即在H节点输出低电平信号产生反接报警POL。

进一步地，超级电容器组100通过充放电开关连接有外部的充放电电路，MCU控制单元与充放电开关连接。

需要说明的是，在接收到过压报警信号OVP、压差过大报警信号CVP、过温报警信号OTP和反接报警信号POL中的某一个或者多个时，MCU控制单元400都会控制充放电开关断开，切断充放电电路对超级电容器组100的充放电，从而实现对系统的保护。

进一步地，超级电容器组100均衡及检测系统，还包括：显示模块500，显示模块500与MCU控制单元400连接。

需要说明的是，MCU控制模块400获取超级电容器组100的状态信息数据，如电压V+的值、电压V-的值、电压V+与电压V-的压差值和超级电容器组100温度等信息数据，MCU控制单元400在接受到获取数据信号后打包整理状态信息数据，传输至显示模块500进行显示，方便用户实时了解超级电容器组100的状态信息，提高系统的安全性和可靠性。

本实用新型公开了一种超级电容器组均衡及检测系统，包括：超级电容器组100、均衡模块200、检测报警模块300和MCU控制单元400。所述均衡模块200中三个电路的会实时采集超级电容器组100两个半点电压V+和V-的值以及V+和V-的压差值，三个电路内置的芯片会根据两个半点电压V+和V-的值以及V+和V-的压差值判断是否启用均衡电路来校正均衡电压；检测报警模块300会采集超级电容器组100的状态数据传输至MCU控制单元400，当出现过压、压差过大、过温或反接报警信号时，MCU控制单元400会断开充放电开关，停止充放电电路对超级电容器组100的充放电，完成对系统的保护工作。

以上所述实施方式仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。