4的引脚845连接电阻R15的一端，电阻R15的另一端接地，第四运算放大器84的引脚 847同时连接电阻R16的另一端和电阻R17的一端，电阻R17的另一端同时连接二极管D1 的正极和二极管D2的负极，二极管D1的负极连接+3. 3V电源，二极管D2的正极接地，二极 管D1的正极接微处理器9的A/D芯片。
[0024] 参见图4,所述的供电单元2的电路结构为：输入端Vin+和Vin-分别连接超级电 容1的正负端，Vin+同时连接电容C7的一端、电阻R18的一端、稳压管DZ1的正极和线圈 N1的一端，电阻R18的另一端同时连接三极管Q2的基极和电阻R19的一端，三极管Q2的集 电极连接电阻R20的一端，三极管Q2的发射极连接二极管D4的负极，二极管D4的正极连 接电阻R21的一端，电阻R21的另一端连接电容C8的一端，电容C8的另一端连接电源芯片 TOPSwitch的S端，稳压管DZ1的负极连接二极管D3的负极，线圈N1的另一端同时连接二 极管D3的正极和电源芯片TOPSwitch系列单片开关电源芯片的D端，供电单元2的负输入 端同时连接电容C7的另一端、电阻R19的另一端、电阻R20的另一端和电源芯片TOPSwitch 的S端；线圈N2的一端连接二极管D5的正极，二极管D5的负极同时连接电容C9的一端、 親合电感L1的一端，親合电感L1的另一端连接电阻R22的一端之后输出+15V电源，线圈 N2的另一端连接二极管D6的负极，二极管D6的正极同时连接电容C10的一端和耦合电感 L2的一端，耦合电感L2的另一端连接电阻R23的一端之后输出-15V电源，线圈N2的中间 抽头连接电容C9的另一端、电阻R22的另一端、电容C10的另一端、电阻R23的另一端和地； 线圈N3的一端连接二极管D7的正极，二极管D7的负极同时连接电容C11的一端和耦合电 感L3的一端，耦合电感L2的另一端连接电阻R24的一端之后输出+12V电源，线圈N3的另 一端连接二极管D8的负极，二极管D8的正极同时连接电容C12的一端和耦合电感L4的一 端，耦合电感L4的另一端连接电阻R25的一端之后输出-12V电源，线圈N3的中间抽头连 接电容Cl 1的另一端、电阻R24的另一端、电容C12的另一端、电阻R25的另一端和地；线圈 N4的一端连接二极管D9的正极，二极管D9的负极同时连接电容C13的一端、电感L5的一 端和光电耦合器PS2701的2引脚，电感L5的另一端同时连接电阻R28的一端、电阻R29的 一端和电阻R26的一端之后输出+5V电源，线圈N4的另一端同时连接电容C13的另一端、 电阻R26的另一端和地；线圈N5的一端连接二极管D10的正极，二极管D10的负极同时连 接电容C14的一端和光电耦合器PS2701的5引脚，线圈N5的另一端同时连接电容C14的 另一端、电容C17的一端和供电单元负输入端Vin-，电源芯片TOPSwitch的C端连接光电耦 合器PS2701的6端，光电耦合器PS2701的3端连接电阻R27的一端，电阻R27的另一端同 时连接电阻R28的另一端、电容C15的一端、三端稳压管TL431P的负极和电容C16的一端， 电容C15的另一端连接电阻R30的一端，电阻R30的另一端同时连接三端稳压管TL431P的 VREF端、电阻R29的另一端和电阻R31的一端，电阻R31的另一端同时连接电容C17的另一 端、电容C16的另一端和三端稳压管TL431P的正极端接地。
[0025] 本实用新型的超级电容能量监测系统适用于电动汽车上的能量监测，超级电容1 经过DC/DC电源输出几路规格的电压源给系统供电，用电压传感器4、电流传感器3检测超 级电容1两端的电压和流经的电流，检测到的信号经过相应的信号调理电路8放大后传送 给微处理器9中的A/D单元，经过微处理器9将数据进行分析处理后，由IXD液晶屏以图像 和数字的形式显示出来，其中由于电压和电流信息是时变的，若以数字形式显示很难分辨， 因此采用图像形式显示，其图像类似于手机电池的电量显示，而温度信号则以数字形式显 不〇
[0026] 温度传感器5的温度测量是基于NTC热电偶的阻值变化来得知超级电容1内部 的温度变化，所述NTC热电偶在25°C时，其阻值为10K欧姆，超级电容1外接电阻R2,其阻 值为10K欧姆，电阻R2的另一端连接+15V电源，用电压检测器51测量NTC热电偶两端的 电压VI传送给微处理器9。NTC热电偶在温度t时阻值与电压VI的满足关系式为：Rt= 10000V1A15-V1)，微处理器9采集VI后，经此关系式进行计算得到对应NTC热电偶的电阻 值，和事先在微处理器9中存储的NTC热电偶阻值和温度的对应数据库进行对比分析，从而 得到NTC热电偶的对应温度，微处理器9将此温度值通过IXD液晶屏进行显示。
[0027]NTC热电偶的两端连接有电压检测器，由于NTC热电偶的阻值随温度变化，通过测 量NTC热电偶两端的电压可计算得到NTC热电偶的电阻值从而了解超级电容1的内部温 度，当超级电容1温度升高超过某一温度时，风冷单元7中的风扇M会高速旋转，迅速给超 级电容1降温散热。报警单元6连接超级电容1，当超级电容1内部任何一个单体发生过压 情况时，就会点亮发光二极管LED1，从而实现灯光报警。
[0028]所述风冷单元7控制为NTC热电偶两端电压为
|当超级电容1 内部温度变化时NTC热电偶的阻值跟随变化，从而NTC热电偶两端的电压发生变化，在超级 电容1内部温度为t时，查询NTC热电偶的温度和阻值对应表，得到温度t时NTC热电偶的 阻值为Rt，NTC热电偶两端电压值）
运算放大器LM358用作电压比较器， 电压比较器的负输入端的电压为
，设定超级电容超过温度t后风扇M就会高速 旋转，电压比较器在负输入端电压值大于正输入端电压时，风扇M高速旋转，因此通过设定R3、R4的阻值来满足关系式
1这样当温度升高后对应％'变小，导致电压比较 器的负输入端电压高于正输入端电压，从而调节风扇高速旋转给超级电容1降温。
【主权项】
1. 一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于：包括超级电容（I)、供 电单元（2)和微处理器（9)，所述超级电容（1)分别连接供电单元（2)、电流传感器（3)、电 压传感器（4)、温度传感器（5)、报警单元（6)和风冷单元（7)，电流传感器（3)、电压传感器 (4)和温度传感器（5)连接微处理器（9)，微处理器（9)连接显示单元（10)，所述供电单元 (2)分别连接报警单元（6)、电流传感器（3)、电压传感器（4)、温度传感器（5)、信号调理电 路（8)、微处理器（9)和显示单元（10)。2. 如权利要求1所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于： 电流传感器（3)、电压传感器（4)和温度传感器（5)分别通过信号调理电路（8)连接微处理 器（9)〇3. 如权利要求2所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于： 所述温度传感器（5)由NTC热电偶和电压检测器（51)构成，NTC热电偶的两端连接电压检 测器（51)，NTC热电偶处于超级电容（1)的内部，电压检测器（51)处于超级电容（1)的外 部，电压检测器（51)通过信号调理电路（8)连接微处理器（9)。4. 如权利要求3所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于： 所述NTC热电偶的两端从超级电容（1)内引出后与风冷单元（7)的输入端相连。5. 如权利要求1所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于： 所述报警单元（6)是由光耦三极管6N137、电阻Rl和发光二极管LEDl构成的灯光报警器， 光耦三极管6N137安装在超级电容（1)内部并与处于超级电容（1)外部的电阻Rl和发光 二极管LEDl依次串联后连接供电单元（2)。6. 如权利要求1所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于： 所述信号调理电路（8)包括依次连接的第一运算放大器（81)、第二运算放大器（82)、第三 运算放大器（83)和第四运算放大器（84)。7. 如权利要求1所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于： 所述电压传感器（4)与超级电容（1)的出线正负极两端连接，电压传感器（4)为莱姆电压 传感器DVL50。8. 如权利要求1所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于： 所述电流传感器（3)与超级电容（1)的出线正极端连接，电流传感器（3)为莱姆电流传感 器LT208-S7,电流传感器（3)的输出端连接有电阻。9. 如权利要求1所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于： 所述供电单元（2)为DC/DC电源模块。10. 如权利要求1所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于： 所述显示单元（10)为IXD液晶屏。
【专利摘要】本实用新型提供了一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其技术要点在于：包括超级电容、供电单元和微处理器，所述超级电容分别连接供电单元、电流传感器、电压传感器、温度传感器、报警单元和风冷单元，电流传感器、电压传感器和温度传感器连接微处理器，微处理器连接显示单元，所述供电单元分别连接报警单元、电流传感器、电压传感器、温度传感器、信号调理电路、微处理器和显示单元。本实用新型能检测并显示超级电容的电压、电流和温度，若超级电容内部温度发生异常时可进行灯光报警，从而使驾驶员实时了解超级电容的工作状态和健康程度，还可为超级电容进行降温，延长超级电容的使用寿命。
【IPC分类】G01R31/00
【公开号】CN204666754
【申请号】CN201520410849
【发明人】周美兰, 赵立萍, 张宇, 胡玲玲
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月15日