一种基于超级电容的DC输出端储能装置的制作方法

本发明涉及一种基于超级电容的dc输出端储能装置，尤其涉及新能源汽车车载dc-dc输出端的辅助储能装置，属于新能源汽车技术领域。

背景技术：

随着新能源汽车行业的发展，对车载电器的功能要求越来越多，势必导致对dc-dc输出电能质量要求的提高，因此，为确保低压端电器的正常工作，需要dc输出端的辅助储能装置。而目前大多作为dc输出端储能装置的是铅酸蓄电池。

公开号为cn104247196a的专利涉及一种便携式电源系统(30)，旨在为远程控制的电驱动工作机器(1)供应电力，其中该工作机器是以下类型的工作机器，示范有包括连续履带(8b)的推进器械并配备有：旨在承载其自由端的工具的可操纵臂(10)，以及连接至液压泵(20)并旨在为机器的操作器械(8c，10a)供应液压介质的电动机(19)，其中该工作机器旨在正常操作下经由电缆(2')连接至主电力源(30a)，该主电力源包括所在位置的固定的交流电流配电电网。该电源系统包括：次电力源(30b)，为了能够供应所需的电流，该次电力源包括dc储能装置(29)，该装置能存储能量并在需要时供应电形式的能量；耦接装置(31，33，34，34')，使得可以选择主电力源(30a)或次电力源(30b)来连接至电动机，以驱动该电动机。

公开号为cn106887894a的专利涉及一种长期自发电、能量源寿命长的无线传感器节点系统及无线传感器网络。该无线传感器节点系统包括：传感器，用于采集环境信息以输出传感数据；主控器，与所述传感器连接，用于读取所述传感数据；无线发射器，与所述主控器连接，用于根据主控器的控制向外发射所述传感数据；能量装置，与所述传感器和主控器连接，为所述传感器和主控器提供电能；其中，所述能量装置为自发电储能装置，在自发电过程中采用储能电容组存储电能，并在电能达到设定阈值后启动主控器读取所述传感数据、通过无线发射器向外发射。所述无线传感器网络包括无线网关和多个无线传感器节点系统。

公开号为cn106887841a的专利涉及一种含电动汽车微电网容量配置的多种群遗传粒子群优化方法，在满足电动汽车用电需求的情况下，发挥电动汽车所具有的储能功能，提出了包含年费用成本、全年负荷缺电概率和负荷曲线峰谷差为目标的多目标模型，运用多种群遗传粒子群算法对目标函数进行求解，可以精确的获得微电网系统中各单元的最优容量，在保证系统可靠性及平抑负荷波动的情况下，还可以实现较高的经济效益。通过对含有电动汽车的微电网系统的优化。

公开号为cn106881903a的专利涉及一种伺服压力机控制系统，包括伺服压力机，所述伺服压力机包括伺服电机、伺服控制器、传动机构、滑块、工作台和光栅尺，伺服控制器通过网络与运动控制器通讯连接，该运动控制器上连接有i/o接口模块、操作面板和人机界面，伺服控制器的输入端连接有电容储能装置，伺服控制器的输出端与伺服电机连接，伺服电机与传动机构连接，滑块与传动机构连接，人机界面通过网络与运动控制器通讯连接。

公开号为cn106877409a的专利涉及一种通过电转气储能技术提高电力系统对风电消纳能力的方法，包括预测日前t时段系统负荷和日前t时段风电出力、以“确保系统对预测所得风电按最小弃风方式消纳”为原则，设定优化风电消纳能力的调度方案ⅰ、判断是否需要平移负荷参与、求解可平移负荷、判断是否需要电转气储能装置工作和启动电气储能步骤。本发明可在风电出力过大时通过电转气装置消纳一部分风电，减少对电力系统的冲击，其得到的人造天然气可以直接在天然气系统中进行存储和运输。

综上所述，铅酸电池由于其储电量大，普及度高的优点而被广泛使用。但是铅酸电池的充放电次数较少导致其寿命较短，因此在注重绿色环保的今天，其带来的污染问题也不容忽视。并且，铅酸蓄电池的瞬间充放电电流有限，在遇到瞬时大负载时难免出现供电不足而产生的瞬间电压跌落现象。另外，长时间放置的铅酸电池会产生严重的亏电现象；工作温度范围受限，高温低温稳定性较差。

根据上述问题，需要一种瞬时充放电电流大，充放电次数多，工作温度范围广，能自我控制充放电的更为环保高效的dc输出端储能装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的基于超级电容的dc输出端储能装置。

本发明所述装置包括dc-dc输出端、预充电阻r1、超级电容电路、电压转换模块、比较电路模块和继电器模块。所述dc-dc输出端、预充电阻r1、继电器模块、超级电容电路、电压转换模块、比较电路模块依次连接。

本发明所述装置用于dc输出端的储能和放电并能够自检输出电压控制超级电容的充电与放电，本发明所述装置适用于12v系统。所述超级电容电路为本发明所述装置的储电放电部分。所述超级电容电路包括预充电阻r1及超级电容组，在超级电容组中的每个超级电容两端并联电阻以使每个超级电容充放电保持均衡。

本发明所述装置的dc-dc输出端与预充电阻r1连接后与继电器的触点端直接相连，再连接超级电容电路，超级电容电路分别为负载、继电器模块、电压转换模块供电。

所述比较电路模块用于将输入端电压与基准电压比较，当输入电压低于9v时，其输出端输出高电平；当输入电压高于13v时，其输出端输出低电平。所述比较电路模块包含比较器电路及稳压管，稳压管用于稳定比较器基准电压。比较电路模块输入为超级电容电路正极，超级电容电路工作在放电模式下时，比较电路模块输出低电平，继电器线圈不通电，触点端不吸合；超级电容电路连接负载持续放电，当其放电后电压值低至设定值9v时，比较电路模块输出高电平，继电器线圈通电，触点吸合，超级电容电路由dc-dc供电开始充电；当超级电容电路充满电，两端电压升至设定的13v时，比较电路模块再次输出低电平，继电器线圈断电，触点断开。至此，超级电容电路完成一个充放电循环，并且能够利用超级电容电路充放电的电压变化自动实现多次循环。由此循环本发明能够长时间工作。

所述电压转换模块用于将输入12v电压转化为5v稳定直流电并为比较电路模块供电。所述电压转换模块由直流电压转换芯片及外部整流滤波电路组成，所述电压转换模块在输入电压为6-16v区间内均能正常工作。由于使用了电压转换模块，无论超级电容电路的输出电压如何变化，只需其电压值在电压转换模块的有效工作电压范围内，输出电压始终为稳定的5v。即比较电路模块的输出高电平始终为5v，不会出现高电平电压不足导致继电器驱动电路中的三极管开通不完全的现象。所述超级电容电路中的超级电容，每个电容两端均并联了一个阻值相同的电阻，因此能够使超级电容充电时，每个电容两端的电压相同，避免了每个超级电容个体电压不平衡的问题。

所述继电器模块用于控制超级电容输入端电路的通断，所述继电器模块由继电器驱动电路及继电器组成。继电器线圈端由继电器驱动电路控制，继电器驱动电路输入端接比较电路模块输出端，当比较电路输出高电平时，继电器开关端闭合；继电器开关端接于dc输出端正极与超级电容电路正极之间。继电器模块的继电器驱动电路采用了二级驱动，提高了驱动电路的稳定性与可靠性。

所述比较电路模块其基准电压值使用电压转换模块的5v电压分压后使用稳压管稳压得到，以使参考电压值稳定，从而使比较电路模块的动作阈值电压更准确稳定。

本发明的优点是：

1.本发明选用超级电容作为储能元件，充分发挥其充放电次数多，瞬间充放电流大，工作温度范围广，与铅酸电池充放电的化学过程相比，其物理原理的充放电过程更加环保。

2.本发明选用滞回比较电路作为继电器驱动电路的控制电路，能控制超级电容电压低于9v自动充电，高于13v自动停止充电，能有效避免长时间过充带来的安全隐患与长时间亏电造成的电池报废问题。

3.本发明的继电器驱动电路与比较电路供电使用5v电压，继电器驱动电路采用多级驱动，使整个控制电路不会因电容电压变化而波动，更加稳定可靠。

附图说明

图1是本发明所述装置的系统结构框图；

图2是本发明所述装置的电气原理图；

图3是本发明所述装置的工作流程示意图；

图4是本发明所述装置的继电器模块的电路示意图；

图5是本发明所述装置的比较电路模块的电气原理图；

图6是本发明所述装置的电压转换模块的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

如图1、2所示，本发明所述装置包括dc-dc输出端、预充电阻r1、超级电容电路、电压转换模块、比较电路模块和继电器模块。所述dc-dc输出端、预充电阻r1、继电器模块、超级电容电路、电压转换模块、比较电路模块依次连接。

本发明所述装置用于dc输出端的储能和放电并能够自检输出电压控制超级电容的充电与放电，本发明所述装置适用于12v系统。所述继电器模块如图1虚线框内部分所示。

如图2所示，所述超级电容电路为本发明所述装置的储电放电部分。所述超级电容电路包括预充电阻r1及超级电容组，在每个超级电容两端并联电阻以使每个超级电容充放电保持均衡。

本发明所述装置的dc-dc输出端与预充电阻r1连接后与继电器的触点端直接相连，再连接超级电容电路，超级电容电路分别为负载、继电器模块、电压转换模块供电。

所述比较电路模块用于将输入端电压与基准电压比较，当输入电压低于9v时，其输出端输出高电平；当输入电压高于13v时，其输出端输出低电平。所述比较电路模块包含比较器电路及稳压管，稳压管用于稳定比较器基准电压。比较电路模块电气原理图如图5所示。

比较电路模块输入为超级电容电路正极，超级电容电路工作在放电模式下时，比较电路模块输出低电平，继电器线圈不通电，触点端不吸合；超级电容电路连接负载持续放电，当其放电后电压值低至设定值9v时，比较电路模块输出高电平，继电器线圈通电，触点吸合，超级电容电路由dc-dc供电开始充电；当超级电容电路充满电，两端电压升至设定的13v时，比较电路模块再次输出低电平，继电器线圈断电，触点断开。至此，超级电容电路完成一个充放电循环，并且能够利用超级电容电路充放电的电压变化自动实现多次循环。其工作流程如图3所示，由此循环本发明能够长时间工作。

所述电压转换模块用于将输入12v电压转化为5v稳定直流电并为比较电路模块供电。所述电压转换模块由直流电压转换芯片及外部整流滤波电路组成，所述电压转换模块在输入电压为6-16v区间内均能正常工作。电压转换模块的电气原理图如图6所示。由于使用了电压转换模块，无论超级电容电路的输出电压如何变化，只需其电压值在电压转换模块的有效工作电压范围内，输出电压始终为稳定的5v。即比较电路模块的输出高电平始终为5v，不会出现高电平电压不足导致继电器驱动电路中的三极管开通不完全的现象。如图6所示。

优选地，对于超级电容电路中的超级电容，每个电容两端均并联了一个阻值相同的电阻，因此能够使超级电容充电时，每个电容两端的电压相同，避免了每个超级电容个体电压不平衡的问题。如图2所示。

所述继电器模块用于控制超级电容输入端电路的通断，所述继电器模块由继电器驱动电路及继电器组成。继电器线圈端由继电器驱动电路控制，继电器驱动电路输入端接比较电路模块输出端，如图3所示，当比较电路输出高电平时，继电器开关端闭合；继电器开关端接于dc输出端正极与超级电容电路正极之间。继电器模块的继电器驱动电路采用了二级驱动，如图4所示，提高了驱动电路的稳定性与可靠性。

所述比较电路模块其基准电压值使用电压转换模块的5v电压分压后使用稳压管稳压得到，以使参考电压值稳定，从而使比较电路模块的动作阈值电压更准确稳定。如图5所示。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。