一种超级电容容错电压均衡储能装置及其接线方式

1.本发明涉及一种超级电容容错电压均衡储能装置及其接线方式。


背景技术：

2.随着社会经济的飞速发展，传统能源不断枯竭，环境问题日益恶化，新能源电动汽车、微电网、有轨电车等项目发展越来越受到世界各国的重视；为进一步促进新能源相关项目推广，储能装置的发展变得尤为重要；由于储能单元分散性的存在，储能装置的利用率大打折扣。同时，在充放电过程中无法及时剔除故障单元，往往导致整个系统发生故障；储能装置通常由多个模组串、并联组合而成，模组由多个单元组成。
3.容错电压均衡技术是储能系统里一个关键技术，该技术能够有效提高储能系统利用率，延长电容单元寿命且能够实现容错充放电；该技术利用单片机、检测模块、开关阵列等来实时监测超级电容组中各单元电压、电流、温度等参数；通过检测、计算、执行来控制某个单元是否充电及各单元充电时间；相对于传统方法，该技术不仅可以在充电过程中剔除故障单体，延长储能系统使用寿命，还可以提高储能系统利用率，将容错电压均衡装置引入的储能装置中，不仅可以提高储能系统利用率，还提高系统可靠度，更具有理论研究意义和工程应用价值。
4.但现有的电压均衡储能装置都无法实现容错充电，仅能够在单元正常运行时充电，利用率较低；而且当某个单元出现故障时，整个系统均会出现问题，只能通过人工手动消除，使用较为不便，亟需等待解决。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术的现状，本发明所要解决的技术问题在于提供一种能将利用率提高到100％，并能将状态异常的单元自动快速剔除以保证系统的正常运行的超级电容容错电压均衡储能装置及其接线方式。
6.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种超级电容容错电压均衡储能装置，其特征在于，包括超级电容器组、pic单片机、检测模块、驱动电路、开关阵列和充放电转换接口，所述超级电容器组通过检测模块与pic单片机相连，所述pic单片机通过驱动电路与开关阵列相连，所述开关阵列通过超级电容器组与充放电转换接口相连，所述检测模块包括电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路和绝对值电路；所述电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路和绝对值电路均并联在超级电容器组与pic单片机之间。
7.优选地，还包括按键电路、lcd液晶和保护电路，所述按键电路、lcd液晶和保护电路均与pic单片机相连。
8.优选地，所述保护电路包括过压保护电路和过流保护电路。
9.一种超级电容容错电压均衡储能装置的接线方式，其特征在于，包括以下步骤：
10.s1：将电压检测电路与pic单片机的ra0-ra2管脚连接，将电流检测电路与pic单片机的ra3管脚相连，保护电路能保证充放电过程中检测电流值都为正数；将温度检测电路的
第一管脚接地，将第二管脚与pic单片机的ra4连接，将第三管脚与+5v电源相连接，在第二管脚与第三管脚之间接一个电阻r8(10kω，1/4w，1％)；将电压保护电路与pic单片机的rc5-rc7引脚连接，将电流保护电路与pic单片机的rc4连接；
11.s2：选用tlp250作为驱动电路的控制芯片，将tlp250的第一管脚、第四管脚和第七管脚悬空不接，将pic单片机的rd0输出的pwm信号输入到tlp250的第二管脚；将tlp250的第三管脚经电阻r1(470ω，1/4w，1％)接输入侧的地，第五管脚接输出侧的地，但两个引脚所接的地并不相同，以保证了前后两级电气隔离；将tlp250的第六管脚6经限流电阻r3(25kω，1/4w，1％)与mofet栅极相连；将tlp250的第五管脚与4.7v稳压管相连然后接到mosfet源极；将tlp250的第八管脚与供电电源相连，通电后在mosfet栅极和源极之间产生一个-4.7v-10v的驱动脉冲；
12.s3：将超级电容组的正负极分别与电阻ra(20k，1/4w，1％)、rb(20k，1/4w，1％)管脚相连，在运算放大器tlp074的输入端并联一个瓷片电容c1(0.001uf)，在运算放大器tlp074c的正向输入端与rc(10k，1/4w，1％)相连然后接地；将电阻rf(10k，1/4w，1％)一端与运算放大器tlp074c的反相输入端相连，另一端与运算放大器tlp074c的输出端相连；从运算放大器tlp074c的输出端出来的信号经过电阻r4(20k，1/4w，1％)与运算放大器tlp074d的反相输入端相连；运算放大器tlp074d的正向输入端与电阻r5(10k，1/4w，1％)相连；电阻r6(10k，1/4w，1％)分别与运算放大器tlp074d的正向输入端和输出端相连，运算放大器tlp074d输出端信号送到与单片机ra0管脚相连；运算放大器tlp074d的电源端分别与+15v、-15v相连；
13.s4：将绝对值电路输入信号从霍尔电流传感器引出并与tlp074e的正向输入端相连；将保护电路的输入信号从电压检测回路输出端接到运算放大lm353的正向输入端以形成电压跟随；经过rc滤波电路r11(10k，1/4w，1％)与并联电容c3(1μf)，滤波后的信号直接与运算放大器lm339的反向输入端相连，正向输入端与+5v电源相连，lm339输出信号与单片机rc7相连；其余两路电压保护电路分别与pic单片机的rc6和rc5相连，按照同理将电流保护电路与电压保护电路的输出信号均与pic单片机的rc4相连。
14.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明能将所检测到的电压、电流、温度等数据实时传送到pic单片机中，进而计算得出所需充电时间及被充电单元状态是否正常，再借助开关阵列来控制每个单元充电时间，从而将储能系统利用率提高到100％，同时，能将状态异常的单元自动快速剔除以保证系统的正常运行。
附图说明
15.图1为本发明的系统结构图；
16.图2为本发明的开关阵列的接线原理图；
17.图3为本发明的驱动电路的接线原理图；
18.图4为本发明的电压检测电路的接线原理图；
19.图5为本发明的绝对值电路的接线原理图；
20.图6为本发明的保护电路的接线原理图。
具体实施方式
21.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
22.为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。
23.如图1所示，一种超级电容容错电压均衡储能装置，包括超级电容器组、pic单片机、检测模块、驱动电路、开关阵列和充放电转换接口，超级电容器组通过检测模块与pic单片机相连，pic单片机通过驱动电路与开关阵列相连，开关阵列通过超级电容器组与充放电转换接口相连，检测模块包括电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路和绝对值电路；电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路和绝对值电路均并联在超级电容器组与pic单片机之间。
24.一种超级电容容错电压均衡储能装置，还包括按键电路、lcd液晶和保护电路，按键电路、lcd液晶和保护电路均与pic单片机相连。
25.保护电路包括过压保护电路和过流保护电路。
26.一种超级电容容错电压均衡储能装置的接线方式，包括以下步骤：
27.s1：将电压检测电路与pic单片机的ra0-ra2管脚连接，将电流检测电路与pic单片机的ra3管脚相连，保护电路能保证充放电过程中检测电流值都为正数；将温度检测电路的第一管脚接地，将第二管脚与pic单片机的ra4连接，将第三管脚与+5v电源相连接，在第二管脚与第三管脚之间接一个电阻r8(10kω，1/4w，1％)；将电压保护电路与pic单片机的rc5-rc7引脚连接，将电流保护电路与pic单片机的rc4连接，见图2；
28.s2：选用tlp250作为驱动电路的控制芯片，将tlp250的第一管脚、第四管脚和第七管脚悬空不接，将pic单片机的rd0输出的pwm信号输入到tlp250的第二管脚；将tlp250的第三管脚经电阻r1(470ω，1/4w，1％)接输入侧的地，第五管脚接输出侧的地，但两个引脚所接的地并不相同，以保证了前后两级电气隔离；将tlp250的第六管脚6经限流电阻r3(25kω，1/4w，1％)与mofet栅极相连；将tlp250的第五管脚与4.7v稳压管相连然后接到mosfet源极；将tlp250的第八管脚与供电电源相连，通电后在mosfet栅极和源极之间产生一个-4.7v-10v的驱动脉冲，见图3；
29.s3：将超级电容组的正负极分别与电阻ra(20k，1/4w，1％)、rb(20k，1/4w，1％)管脚相连，在运算放大器tlp074的输入端并联一个瓷片电容c1(0.001uf)，在运算放大器tlp074c的正向输入端与rc(10k，1/4w，1％)相连然后接地；将电阻rf(10k，1/4w，1％)一端与运算放大器tlp074c的反相输入端相连，另一端与运算放大器tlp074c的输出端相连；从运算放大器tlp074c的输出端出来的信号经过电阻r4(20k，1/4w，1％)与运算放大器tlp074d的反相输入端相连；运算放大器tlp074d的正向输入端与电阻r5(10k，1/4w，1％)相
连；电阻r6(10k，1/4w，1％)分别与运算放大器tlp074d的正向输入端和输出端相连，运算放大器tlp074d输出端信号送到与单片机ra0管脚相连；运算放大器tlp074d的电源端分别与+15v、-15v相连，见图4；
30.s4：将绝对值电路输入信号从霍尔电流传感器引出并与tlp074e的正向输入端相连；将保护电路的输入信号从电压检测回路输出端接到运算放大lm353的正向输入端以形成电压跟随；经过rc滤波电路r11(10k，1/4w，1％)与并联电容c3(1μf)，滤波后的信号直接与运算放大器lm339的反向输入端相连，正向输入端与+5v电源相连，lm339输出信号与单片机rc7相连；其余两路电压保护电路分别与pic单片机的rc6和rc5相连，按照同理将电流保护电路与电压保护电路的输出信号均与pic单片机的rc4相连，见图5和图6。
31.本发明能将所检测到的电压、电流、温度等数据实时传送到pic单片机中，进而计算得出所需充电时间及被充电单元状态是否正常，再借助开关阵列来控制每个单元充电时间，从而将储能系统利用率提高到100％，同时，能将状态异常的单元自动快速剔除以保证系统的正常运行。
32.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。