CN102290845A - 一种复合电源及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合电源。包括微控制单元，蓄电池电压检测模块，超级电容电压检测模块，直流变换模块，电流检测模块，信号放大模块，稳压模块，超级电容和蓄电池。微控制单元根据预设参数对状态信号进行处理，向直流变换模块发出控制指令，调整直流变换模块的输出频率和占空比，控制超级电容的输出功率和蓄电池的输出功率；其目的是改善电动自行车的启动、加速、爬坡性能。避免蓄电池单独大电流充放电，降低对蓄电池的损害，提高蓄电池的使用寿命。提供一种本发明复合电源输出功率的控制方法，控制复合电源为电动自行车实现高速、长时间行驶提供电力。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源设备及其控制方法，特别是涉及一种用于电动自行车的复合电源及其控制方法。
背景技术
随着电池技术的发展，出现了胶体铅酸蓄电池，镍氢蓄电池和锂离子蓄电池，这些种类的蓄电池相对铅酸蓄电池性能突出，对环境的污染较小，避免了二次污染。但是由于铅酸蓄电池性能稳定，物美价廉，在未来一段时间还将长期占有多数市场份额。例如国内的电动自行车市场，基本都是采用铅酸蓄电池作为能源供电。
蓄电池的极板是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液，在生产制造过程中以及废旧蓄电池处理时，都会给环境造成了很大的污染。蓄电池存放电过程是一种化学反应过程，受其生产材料及制作过程等先天条件的制约，存在着循环寿命差、高低温性能差、充放电过程敏感、深度放电性能容量恢复困难、环境污染的问题。通常情况下作为能量储存指标的能量密度约为40Wh/kg，作为能量转化指标的功率密度一般只有几十～数百瓦特/千克，相对较低，当电动自行车运行在启动、加速、爬坡等需要大电流的状态时，电流输出功率较低，电机输出功率不足，往往造成蓄电池使用过程中深度放电，功率降低，缩短使用寿命。传统蓄电池已经越来越无法满足人们对储能系统的要求。
双电层电容器又称作超级电容，充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95％以上，循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1～50万次，没有“记忆效应”，大电流放电能力强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90％；其功率密度可高达300W/kg～5000W/kg，将超级电容的功率特性和蓄电池的高能量存储结合，不失为一种优选的电动自行车供电方式。
PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)技术是一种成熟的直流变换技术，在这种方式中，输出电压波形的周期不变，仅改变脉冲宽度。占空比是一个脉冲周期中高电平(导通时间)与周期之比，控制一个周期中导通时间比例可控制输出平均电压。
如所共知的，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。将一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲加到包含惯性环节的负载上，与施加幅值恒定直流电压所得结果基本相同，这样一来就可用一列脉冲波形代替直流波形。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用超级电容和蓄电池的复合电源，实现电源的功率密度和能量密度之间的平衡。
本发明的目的是提供一种本发明复合电源输出功率的控制方法，控制复合电源为电动自行车实现高速、长时间行驶提供电力。
本发明的复合电源，包括超级电容，为双电层电容器；蓄电池，为化学储能电池；还包括：
超级电容电压检测模块，用于检测超级电容的电压值，并将检测值发送到微控制单元；
蓄电池电压检测模块，用于检测蓄电池的电压值并将检测值发送到微控制单元；
电流检测模块，用于检测蓄电池放电电流值极电压值，并将检测值发送到信号放大模块；
信号放大模块，用于对电流检测模块传送的电压值进行放大，对蓄电池放电电流值进行判断，将电流值比较结果和电压值传送到微控制单元；
稳压模块，用于从蓄电池中分流出工作电流，转换为微控制单元和信号放大模块需要的工作电压；
微控制单元，用于监视超级电容和蓄电池的工作电压，工作电流；将各种模拟状态信号转换为数字信号，根据预设参数对状态信号进行比较和处理后，向直流变换模块发出控制指令；
直流变换模块，根据微控制单元的控制信号，控制超级电容和蓄电池的输出功率，协调超级电容和蓄电池的复合输出功率。
信号放大模块包括放大电路和比较电路，通过放大电路将电流检测模块的检测值放大后传送至微控制单元；同时对电流检测模块的检测值进行比较，当检测电流值超过限定值时，向微控制单元发送中断请求，实现过流保护控制。
超级电容电压检测模块包括电容C21，电阻R14，电阻R45，电阻R43，三极管Q10，电阻R17，电容C5，电阻R19；三极管Q10的集电极经电阻R14与第三MOS管漏极连接，发射极经电阻R19与微控制单元的引脚29连接，基极经电阻R43与微控制单元U1的引脚25连接，基极串联电阻R45和电阻R17后与发射极连接，电容C5与电阻R17并联接地；超级电容与电容C21并联后与第三MOS管漏极连接。
蓄电池电压检测模块包括电阻R18，电容C4，电阻R44，电阻R13；电阻R13一端连接蓄电池接线柱，另一端经电阻R18与微控制单元的引脚30连接，电阻R44与电容C4并联后，一端与电阻R13连接，另一端接地。
信号放大模块包括电阻R10，电阻R5，电阻R9，电阻R8，电阻R6，电阻R7，电容C1，电阻R12，电阻R11，电容C2，运算放大器；运算放大器的引脚5经电阻R8连接工作电源，运算放大器U2的引脚5经电阻R9接地；运算放大器的引脚4接地；运算放大器的引脚6经电阻R5连接保护地；运算放大器的引脚3经电阻R6连接保护地，运算放大器的引脚3串联电阻R7后接工作电源，运算放大器的引脚3经电容C1后接地；运算放大器的引脚2串联电阻R12接地，运算放大器的引脚2和引脚1之间并联电容C2和电阻R11；运算放大器的引脚1与微控制单元U1的引脚31连接；运算放大器的引脚7与微控制单元的引脚17连接，运算放大器的引脚7经电阻R10连接工作电源。
稳压模块(07)包括电解电容C14，电阻R37，电阻R40，电阻R36，电阻R39，电容C6，电解电容C16，电容C7，电容C18，电阻R38，第一稳压模块，第二稳压模块；第一稳压模块的引脚2串联电阻R37与电阻R40后连接蓄电池接线柱；第一稳压模块的引脚3连接第二稳压模块的引脚2；第一稳压模块的引脚1与第一稳压模块的引脚3之间连接电阻R36，第一稳压模块的引脚1经电阻R39接地；电解电容C14一端接地，另一端连接第一稳压模块的引脚2；第二稳压模块的引脚2经电解电容C16接地，第二稳压模块的引脚2接工作电源；第二稳压模块的引脚1接地；第二稳压模块的引脚3接工作电源，第二稳压模块的引脚3经电容C7接地；第二稳压模块的引脚2与第二稳压模块的引脚3之间连接电阻R38，电容C7并联电解电容C18，电容C6与电解电容C16并联。
直流变换模块包括第一MOS管，电解电容C19，电容C20，电阻R3，电阻R35，二极管D5，电容C8，三极管Q3，电阻R34，三极管Q2，电解电容C17，二极管D6，电阻R33，电容C9，三极管Q1，电阻R32，电阻R31，电阻R1；第一MOS管的漏极连接电解电容C19，电容C20与电解电容C19并联后接工作电源，第一MOS管的源极经电感线圈L1分别连接第三MOS管的源极和第二MOS管的漏极，电阻R4一端连接电感线圈L1，另一端连接第二MOS管的源极，第一MOS管的源极串联电阻R3，电阻R0接保护地，电阻R3的一端接第一MOS管的源极，另一端接第二MOS管的源极；三极管Q3的发射极连接第一MOS管的栅极，三极管Q3的集电极连接第一MOS管的源极，三极管Q3的基极连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的集电极串联二极管D5，电阻R35后连接第一MOS管的栅极，三极管Q2的发射极与基极之间连接电阻R33，三极管Q3的集电极与基极之间连接电阻R34，三极管Q3的集电极与发射极之间连接电容C8，三极管Q3的集电极与三极管Q2的发射极之间连接电解电容C17；三极管Q2的基极连接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极串联电阻R32，电容C9，二极管D6连接三极管Q2的发射极，电容C9与二极管D6间接工作电源；电阻R32与电容C9之间接地；三极管Q1的基极经电阻R31连接微控制单元的引脚27，微控制单元的引脚27经电阻R1接地。
直流变换模块还包括第二MOS管，电阻R4，电容C11，电阻R25，三极管Q6，三极管Q5，电阻R23，三极管Q4，电阻R24，电阻R21，电阻R22；第二MOS管的源极和栅极之间连接电容C11，第二MOS管的源极和漏极之间连接电阻R4；三极管Q6的集电极连接第二MOS管的栅极，发射极接地，基极经电阻R21连接微控制单元的引脚10，微控制单元的引脚10经电阻R22连接工作电源；三极管Q5的集电极和第二MOS管的栅极之间连接电阻R25，三极管Q5的发射极与基极之间连接电阻R23，三极管Q5的发射极连接工作电源；三极管Q4的集电极连接三极管Q5的基极，发射极经电阻R24连接微控制单元的引脚10，三极管Q4的基极接工作电源。
直流变换模块04还包括第三MOS管，电感线圈L1，电阻R30，电容C13，三极管Q7，二极管D8，电阻R29，三极管Q8，电解电容C15，二极管D7，电阻R28，三极管Q9，电阻R27，电容C10，电阻R26，电阻R2；第三MOS管的漏极连接电阻R14，第三MOS管的栅极经电容C13连接第二MOS管的漏极；三极管Q7的发射极连接第三MOS管的栅极，三极管Q7的集电极连接第三MOS管的源极；三极管Q7的集电极与基极之间连接电阻R29，三极管Q8的基极与三极管Q7的集电极之间串联电阻R28，电解电容C15；三极管Q8的集电极与第三MOS管的栅极之间串联二极管D8，电阻R30；三极管Q8的基极与三极管Q9的集电极连接，三极管Q9的发射极与三极管Q8的的发射极之间串联电阻R27，电容C10，二极管D7，电阻R27和电容C10之间接地，电容C10的一端接地，另一端接工作电源；三极管Q9的的基极经电阻R26连接微控制单元的引脚12；微控制单元的引脚12经电阻R2接地。
利用本发明的复合电源，完成调整超级电容和蓄电池输出功率的方法，步骤包括：
复合电源上电初始化；
1)蓄电池电压检测模块检测蓄电池电压，超级电容电压检测模块检测超级电容电压，电流检测模块检测蓄电池电流；
2)微控制单元判断蓄电池电压值是否低于欠压值，低于欠压值，复合电源停止工作；
3)微控制单元判断超级电容电压值是否低于欠压值，低于欠压值时，控制直流变换模块增大蓄电池对超级电容的补偿电流，高于欠压值时，控制直流变换模块减小蓄电池对超级电容的补偿电流；
4)微控制单元判断蓄电池电流值是否超过电流上限值，高于电流上限值时，控制直流变换模块减小蓄电池放电电流的同时，增大超级电容的放电电流，低于电流上限值时，控制直流变换模块增大蓄电池放电电流的同时，减小超级电容的放电电流；
5)重复以上步骤1)至4)。
本发明的复合电源的超级电容功率密度较大，可大电流放电，改善电动自行车的启动、加速、爬坡性能。避免了蓄电池单独大电流充放电的情况，降低了对蓄电池的损害，可提高蓄电池的使用寿命3-5倍，可增加续行里程30％-50％，减少了蓄电池更换频率，不仅减轻了对环境的污染，同时降低了用户的电池成本。
下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的一种复合电源实施例的结构示意图；
图2为本发明的一种复合电源实施例的超级电容电压检测模块的电路连接示意图；
图3为本发明的一种复合电源实施例的蓄电池电压检测模块的电路连接示意图；
图4为本发明的一种复合电源实施例的信号放大模块的电路连接示意图；
图5为本发明的一种复合电源实施例的稳压模块的电路连接示意图；
图6为本发明的一种复合电源实施例的直流变换模块的电路连接示意图；
图7为本发明的一种复合电源实施例的微控制单元的引脚连接示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括微控制单元01，蓄电池电压检测模块02，超级电容电压检测模块03，直流变换模块04，电流检测模块05，信号放大模块06，稳压模块07，超级电容08，和蓄电池09。其中：
超级电容08为双电层电容器，具有高功率密度，相对能量密度较低；
超级电容电压检测模块03用于检测超级电容08的电压值，并将检测值发送到微控制单元01，避免超级电容电压过低而损坏；
蓄电池09为铅酸电池或镍氢电池或锂离子电池，具有高能量密度，相对功率密度较低；
蓄电池电压检测模块02用于检测蓄电池09的电压值并将检测值发送到微控制单元01，避免蓄电池电压过低而损坏；
电流检测模块05用于检测蓄电池09放电电流值，并将检测值发送到信号放大模块06，避免蓄电池大电流放电而损坏；
信号放大模块06，用于对电流检测模块05传送的电压值进行放大，对蓄电池09放电电流值进行判断，将电流值比较结果和电压值传送到微控制单元01；
稳压模块07用于从蓄电池中分流出工作电流，转换为微控制单元01和信号放大模块06需要的工作电压；
微控制单元01用于将各种模拟状态信号转换为数字信号，根据预设参数对状态信号进行处理，向直流变换模块04发出控制指令，调整直流变换模块04的输出频率和占空比，控制超级电容08的输出功率和蓄电池09的输出功率，协调超级电容08和蓄电池09的复合输出功率；监控超级电容08和蓄电池09的工作临界电压，当超过临界电压时，调整复合电源输出功率；监控蓄电池09输出电流，当超过上限值时，向直流变换模块04发出过流保护信号；
直流变换模块04根据微控制单元01的控制信号，控制超级电容08和蓄电池09的输出功率，协调超级电容08和蓄电池09的复合输出功率。
如图2所示，超级电容电压检测模块03包括超级电容C0，电容C21，电阻R14，电阻R45，电阻R43，三极管Q10，电阻R17，电容C5，电阻R19；三极管Q10的集电极经电阻R14与第三MOS管M3漏极连接，发射极经电阻R19与微控制单元U1的引脚29连接，基极经电阻R43与微控制单元U1的引脚25连接，基极串联电阻R45和电阻R17后与发射极连接，电容C5与电阻R17并联接地；超级电容C0与电容C21并联后与第三MOS管M3漏极连接。超级电容C0，电容C21与电阻R14并联。当三极管Q10的基极为高电平输入时，三极管Q10导通，超级电容C0的电压值经电阻R14，电阻R19分压后传送至微控制单元U1。
如图3所示，蓄电池电压检测模块02包括电阻R18，电容C4，电阻R44，电阻R13；电阻R13一端连接蓄电池接线柱KEY，另一端经电阻R18与微控制单元U1的引脚30连接，电阻R44与电容C4并联后，一端与电阻R13连接，另一端接地。蓄电池09的电压信号经电阻R13，电阻R14分压后传送至微控制单元U1。
如图4所示，信号放大模块06包括电阻R10，电阻R5，电阻R9，电阻R8，电阻R6，电阻R7，电容C1，电阻R12，电阻R11，电容C2，运算放大器U2；运算放大器U2的引脚5经电阻R8连接工作电源，运算放大器U2的引脚5经电阻R9接地；运算放大器U2的引脚4接地；运算放大器U2的引脚6经电阻R5连接保护地；运算放大器U2的引脚3经电阻R6连接保护地，运算放大器U2的引脚3串联电阻R7后接工作电源，运算放大器U2的引脚3经电容C1后接地；运算放大器U2的引脚2串联电阻R12接地，运算放大器U2的引脚2和引脚1之间并联电容C2和电阻R11；运算放大器U2的引脚1与微控制单元U1的引脚31连接；运算放大器U2的引脚7与微控制单元U1的引脚17连接，运算放大器U2的引脚7经电阻R10连接工作电源。运算放大器U2的两路放大器，一路将放大后电压信号通过引脚1传送至微控制单元U1的模拟/数字转换接口转换为数字电平信号，实现对电流实时控制；另一路作为比较器使用，当蓄电池输出电流超过上限值时，比较器输出端电平翻转，通过引脚7传送至微控制单元U1，触发中断处理，实现对蓄电池的过流保护。
如图5所示，稳压模块07包括电解电容C14，电阻R37，电阻R40，电阻R36，电阻R39，电容C6，电解电容C16，电容C7，电容C18，电阻R38，第一稳压模块U3，第二稳压模块U4；第一稳压模块U3的引脚2串联电阻R37与电阻R40后连接蓄电池接线柱KEY；第一稳压模块U3的引脚3连接第二稳压模块U4的引脚2；第一稳压模块U3的引脚1与第一稳压模块U3的引脚3之间连接电阻R36，第一稳压模块U3的引脚1经电阻R39接地；电解电容C14一端接地，另一端连接第一稳压模块U3的引脚2；第二稳压模块U4的引脚2经电解电容C16接地，第二稳压模块U4的引脚2接工作电源；第二稳压模块U4的引脚1接地；第二稳压模块U4的引脚3接工作电源，第二稳压模块U4的引脚3经电容C7接地；第二稳压模块U4的引脚2与第二稳压模块U4的引脚3之间连接电阻R38，电容C7并联电解电容C18，电容C6与电解电容C16并联。稳压模块07将从蓄电池09中分流的电流的电压值转换为复合电源自身的工作电压值，同时限制最大输出电流和空载电流。
如图6所示，直流变换模块04包括第一MOS管M1，电解电容C19，电容C20，电阻R3，电阻R35，二极管D5，电容C8，三极管Q3，电阻R34，三极管Q2，电解电容C17，二极管D6，电阻R33，电容C9，三极管Q1，电阻R32，电阻R31，电阻R1；第一MOS管M1的漏极连接电解电容C19，电容C20与电解电容C19并联后接工作电源，第一MOS管M1的源极经电感线圈L1分别连接第三MOS管M3的源极和第二MOS管M2的漏极，电阻R4一端连接电感线圈L1，另一端连接第二MOS管M2的源极，第一MOS管M1的源极串联电阻R3，电阻R0接保护地，电阻R3的一端接第一MOS管M1的源极，另一端接第二MOS管M2的源极；三极管Q3的发射极连接第一MOS管M1的栅极，三极管Q3的集电极连接第一MOS管M1的源极，三极管Q3的基极连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的集电极串联二极管D5，电阻R35后连接第一MOS管M1的栅极，三极管Q2的发射极与基极之间连接电阻R33，三极管Q3的集电极与基极之间连接电阻R34，三极管Q3的集电极与发射极之间连接电容C8，三极管Q3的集电极与三极管Q2的发射极之间连接电解电容C17；三极管Q2的基极连接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极串联电阻R32，电容C9，二极管D6连接三极管Q2的发射极，电容C9与二极管D6间接工作电源；电阻R32与电容C9之间接地；三极管Q1的基极经电阻R31连接微控制单元U1的引脚27，微控制单元U1的引脚27经电阻R1接地。
第三MOS管M3，电感线圈L1，电阻R30，电容C13，三极管Q7，二极管D8，电阻R29，三极管Q8，电解电容C15，二极管D7，电阻R28，三极管Q9，电阻R27，电容C10，电阻R26，电阻R2；第三MOS管M3的漏极连接电阻R14，第三MOS管M3的栅极经电容C13连接第二MOS管M2的漏极；三极管Q7的发射极连接第三MOS管M3的栅极，三极管Q7的集电极连接第三MOS管M3的源极；三极管Q7的集电极与基极之间连接电阻R29，三极管Q8的基极与三极管Q7的集电极之间串联电阻R28，电解电容C15；三极管Q8的集电极与第三MOS管M3的栅极之间串联二极管D8，电阻R30；三极管Q8的基极与三极管Q9的集电极连接，三极管Q9的发射极与三极管Q8的的发射极之间串联电阻R27，电容C10，二极管D7，电阻R27和电容C10之间接地，电容C10的一端接地，另一端接工作电源；三极管Q9的的基极经电阻R26连接微控制单元U1的引脚12；微控制单元U1的引脚12经电阻R2接地。
第二MOS管M2，电阻R4，电容C11，电阻R25，三极管Q6，三极管Q5，电阻R23，三极管Q4，电阻R24，电阻R21，电阻R22；第二MOS管M2的源极和栅极之间连接电容C11，第二MOS管M2的源极和漏极之间连接电阻R4；三极管Q6的集电极连接第二MOS管M2的栅极，发射极接地，基极经电阻R21连接微控制单元U1的引脚10，微控制单元U1的引脚10经电阻R22连接工作电源；三极管Q5的集电极和第二MOS管M2的栅极之间连接电阻R25，三极管Q5的发射极与基极之间连接电阻R23，三极管Q5的发射极连接工作电源；三极管Q4的集电极连接三极管Q5的基极，发射极经电阻R24连接微控制单元U1的引脚10，三极管Q4的基极接工作电源。根据复合电源PWM的占空比，微控制单元U1控制超级电容08和蓄电池09的放电电流的脉冲宽度大小，进而起到控制超级电容08和蓄电池09之间的功率分配。
电流检测模块05包括电阻R0，一端接地，另一端与电阻R3串联。通过测量电阻R0两端的压降，判断电流变化的状态。
如图7所示，微控制单元U1采用R5F212K4SDFP芯片，微控制单元U1的引脚32通过串联的电阻R20和二极管D11连接工作电源，微控制单元U1的引脚1连接工作电源前，经电容C3接地；微控制单元U1的引脚7连接工作电源，微控制单元U1的引脚7和引脚5之间连接电容C12。
本发明的实施例中，微控制单元U1根据蓄电池电压检测模块02和超级电容电压检测模块03的检测值向直流变换模块04发送控制信号，超级电容08电压低于限定值时蓄电池09单独供电，蓄电池09电压低于限定值时启动电池保护停止工作。
微控制单元U1根据信号放大模块06对蓄电池09放电电流进行检测并向直流变换模块04发送控制信号，蓄电池09放电电流大于限定值时，增大超级电容08放电电流，减小蓄电池09放电电流；蓄电池09放电电流小于限定值时，减小超级电，08放电电流，增大蓄电池09放电电流。
本实施例的微控制单元01通过控制直流变换模块04，高效协调了超级电容的较高功率密度和蓄电池较大的能量密度，在电动自行车起步、加速、爬坡过程中，超级电容放电速度快和放电电量大，超级电容大电流放电在保证行车速率时，同时可以保证铅酸蓄电池不会因大电流放电充电极板硫化而使电池寿命缩短。
由于充电电路和放电电路都是低阻电路，其充、放电过程都比较快，本实施例中使用MOS管作为开关元件，使电路有较高的开关速度。
对本实施例进行输出功率控制的方法，其步骤包括：
复合电源上电初始化；
1、蓄电池电压检测模块02检测蓄电池09电压，超级电容电压检测模块03检测超级电容08电压，电流检测模块05检测蓄电池09电流；
2、微控制单元01判断蓄电池09电压值是否低于欠压值，低于欠压值，复合电源停止工作；
3、微控制单元01判断超级电容08电压值是否低于欠压值，低于欠压值时，控制直流变换模块04增大蓄电池09对超级电容08的补偿电流，高于欠压值时，控制直流变换模块04减小蓄电池09对超级电容08的补偿电流；
4、微控制单元01判断蓄电池09电流值是否超过电流上限值，高于电流上限值时，控制直流变换模块04减小蓄电池09放电电流的同时，增大超级电容08的放电电流，低于电流上限值时，控制直流变换模块04增大蓄电池09放电电流的同时，减小超级电容08的放电电流；
5、重复以上步骤1至4。
本发明的复合电源实现了超级电容和蓄电池共同为电动自行车供电，通过直流变换模块04协调超级电容和蓄电池之间的功率分配，使超级电容和蓄电池配合工作，为电动自行车提供能源。当电动自行车运行在启动、加速、爬坡等需要大电流的状态时，超级电容和蓄电池按照一定的功率比同时为电动自行车供电；当电动自行车正常行驶时，蓄电池不仅给电动自行车供电，在负载较轻时还给超级电容提供部分电量；当电动自行车刹车制动时，刹车装置回收能量过程中，大电流给超级电容充电，多余的小电流给蓄电池充电，能量回收率较高，可增加续行里程30％-50％。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种复合电源，包括超级电容(08，C0)，为双电层电容器；蓄电池(09)，为化学储能电池；其特征在于还包括：
超级电容电压检测模块(03)，用于检测超级电容(08)的电压值，并将检测值发送到微控制单元(01)；
蓄电池电压检测模块(02)，用于检测蓄电池(09)的电压值并将检测值发送到微控制单元(01)；
电流检测模块(05)，用于检测蓄电池(09)放电电流值极电压值，并将检测值发送到信号放大模块(06)；
信号放大模块(06)，用于对电流检测模块(05)传送的电压值进行放大，对蓄电池(09)放电电流值进行判断，将电流值比较结果和电压值传送到微控制单元(01)；
稳压模块(07)，用于从蓄电池中分流出工作电流，转换为微控制单元(01)和信号放大模块(06)需要的工作电压；
微控制单元(01，U1)，用于监视超级电容(08)和蓄电池(09)的工作电压，工作电流；将各种模拟状态信号转换为数字信号，根据预设参数对状态信号进行比较和处理后，向直流变换模块(04)发出控制指令；
直流变换模块(04)，根据微控制单元(01，U1)的控制信号，控制超级电容(08)和蓄电池(09)的输出功率，协调超级电容(08)和蓄电池(09)的复合输出功率。
2.如权利要求1所述的复合电源，其特征在于：信号放大模块(06)包括放大电路和比较电路，通过放大电路将电流检测模块(05)的检测值放大后传送至微控制单元(01)；同时对电流检测模块(05)的检测值进行比较，当检测电流值超过限定值时，向微控制单元(01)发送中断请求，实现过流保护控制。
3.如权利要求2所述的复合电源，其特征在于：超级电容电压检测模块(03)包括电容C21，电阻R14，电阻R45，电阻R43，三极管Q10，电阻R17，电容C5，电阻R19；三极管Q10的集电极经电阻R14与第三MOS管(M3)漏极连接，发射极经电阻R19与微控制单元(U1)的引脚29连接，基极经电阻R43与微控制单元U1的引脚25连接，基极串联电阻R45和电阻R17后与发射极连接，电容C5与电阻R17并联接地；超级电容(C0)与电容C21并联后与第三MOS管(M3)漏极连接。
4.如权利要求3所述的复合电源，其特征在于：蓄电池电压检测模块(02)包括电阻R18，电容C4，电阻R44，电阻R13；电阻R13一端连接蓄电池接线柱(KEY)，另一端经电阻R18与微控制单元(U1)的引脚30连接，电阻R44与电容C4并联后，一端与电阻R13连接，另一端接地。
5.如权利要求4所述的复合电源，其特征在于：信号放大模块(06)包括电阻R10，电阻R5，电阻R9，电阻R8，电阻R6，电阻R7，电容C1，电阻R12，电阻R11，电容C2，运算放大器(U2)；运算放大器(U2)的引脚5经电阻R8连接工作电源，运算放大器U2的引脚5经电阻R9接地；运算放大器(U2)的引脚4接地；运算放大器(U2)的引脚6经电阻R5连接保护地；运算放大器(U2)的引脚3经电阻R6连接保护地，运算放大器(U2)的引脚3串联电阻R7后接工作电源，运算放大器(U2)的引脚3经电容C1后接地；运算放大器(U2)的引脚2串联电阻R12接地，运算放大器(U2)的引脚2和引脚1之间并联电容C2和电阻R11；运算放大器(U2)的引脚1与微控制单元U1的引脚31连接；运算放大器(U2)的引脚7与微控制单元(U1)的引脚17连接，运算放大器(U2)的引脚7经电阻R10连接工作电源。
6.如权利要求5所述的复合电源，其特征在于：稳压模块(07)包括电解电容C14，电阻R37，电阻R40，电阻R36，电阻R39，电容C6，电解电容C16，电容C7，电容C18，电阻R38，第一稳压模块(U3)，第二稳压模块(U4)；第一稳压模块(U3)的引脚2串联电阻R37与电阻R40后连接蓄电池接线柱(KEY)；第一稳压模块(U3)的引脚3连接第二稳压模块(U4)的引脚2；第一稳压模块(U3)的引脚1与第一稳压模块(U3)的引脚3之间连接电阻R36，第一稳压模块(U3)的引脚1经电阻R39接地；电解电容C14一端接地，另一端连接第一稳压模块(U3)的引脚2；第二稳压模块(U4)的引脚2经电解电容C16接地，第二稳压模块(U4)的引脚2接工作电源；第二稳压模块(U4)的引脚1接地；第二稳压模块(U4)的引脚3接工作电源，第二稳压模块(U4)的引脚3经电容C7接地；第二稳压模块(U4)的引脚2与第二稳压模块(U4)的引脚3之间连接电阻R38，电容C7并联电解电容C18，电容C6与电解电容C16并联。
7.如权利要求6所述的复合电源，其特征在于：直流变换模块(04)包括第一MOS管(M1)，电解电容C19，电容C20，电阻R3，电阻R35，二极管D5，电容C8，三极管Q3，电阻R34，三极管Q2，电解电容C17，二极管D6，电阻R33，电容C9，三极管Q1，电阻R32，电阻R31，电阻R1；第一MOS管(M1)的漏极连接电解电容C19，电容C20与电解电容C19并联后接工作电源，第一MOS管(M1)的源极经电感线圈L1分别连接第三MOS管(M3)的源极和第二MOS管(M2)的漏极，电阻R4一端连接电感线圈L1，另一端连接第二MOS管(M2)的源极，第一MOS管(M1)的源极串联电阻R3，电阻R0接保护地，电阻R3的一端接第一MOS管(M1)的源极，另一端接第二MOS管(M2)的源极；三极管Q3的发射极连接第一MOS管(M1)的栅极，三极管Q3的集电极连接第一MOS管(M1)的源极，三极管Q3的基极连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的集电极串联二极管D5，电阻R35后连接第一MOS管(M1)的栅极，三极管Q2的发射极与基极之间连接电阻R33，三极管Q3的集电极与基极之间连接电阻R34，三极管Q3的集电极与发射极之间连接电容C8，三极管Q3的集电极与三极管Q2的发射极之间连接电解电容C17；三极管Q2的基极连接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极串联电阻R32，电容C9，二极管D6连接三极管Q2的发射极，电容C9与二极管D6间接工作电源；电阻R32与电容C9之间接地；三极管Q1的基极经电阻R31连接微控制单元(U1)的引脚27，微控制单元(U1)的引脚27经电阻R1接地。
8.如权利要求7所述的复合电源，其特征在于：直流变换模块(04)还包括第二MOS管(M2)，电阻R4，电容C11，电阻R25，三极管Q6，三极管Q5，电阻R23，三极管Q4，电阻R24，电阻R21，电阻R22；第二MOS管(M2)的源极和栅极之间连接电容C11，第二MOS管(M2)的源极和漏极之间连接电阻R4；三极管Q6的集电极连接第二MOS管(M2)的栅极，发射极接地，基极经电阻R21连接微控制单元(U1)的引脚10，微控制单元(U1)的引脚10经电阻R22连接工作电源；三极管Q5的集电极和第二MOS管(M2)的栅极之间连接电阻R25，三极管Q5的发射极与基极之间连接电阻R23，三极管Q5的发射极连接工作电源；三极管Q4的集电极连接三极管Q5的基极，发射极经电阻R24连接微控制单元(U1)的引脚10，三极管Q4的基极接工作电源。
9.如权利要求8所述的复合电源，其特征在于：直流变换模块(04)还包括第三MOS管(M3)，电感线圈L1，电阻R30，电容C13，三极管Q7，二极管D8，电阻R29，三极管Q8，电解电容C15，二极管D7，电阻R28，三极管Q9，电阻R27，电容C10，电阻R26，电阻R2；第三MOS管(M3)的漏极连接电阻R14，第三MOS管(M3)的栅极经电容C13连接第二MOS管(M2)的漏极；三极管Q7的发射极连接第三MOS管(M3)的栅极，三极管Q7的集电极连接第三MOS管(M3)的源极；三极管Q7的集电极与基极之间连接电阻R29，三极管Q8的基极与三极管Q7的集电极之间串联电阻R28，电解电容C15；三极管Q8的集电极与第三MOS管(M3)的栅极之间串联二极管D8，电阻R30；三极管Q8的基极与三极管Q9的集电极连接，三极管Q9的发射极与三极管Q8的的发射极之间串联电阻R27，电容C10，二极管D7，电阻R27和电容C10之间接地，电容C10的一端接地，另一端接工作电源；三极管Q9的的基极经电阻R26连接微控制单元(U1)的引脚12；微控制单元(U1)的引脚12经电阻R2接地。
10.利用权利要求1至9所述任一复合电源，完成调整超级电容和蓄电池输出功率的方法，步骤包括：
复合电源上电初始化；
1)蓄电池电压检测模块(02)检测蓄电池(09)电压，超级电容电压检测模块(03)检测超级电容(08)电压，电流检测模块(05)检测蓄电池(09)电流；
2)微控制单元(01，U1)判断蓄电池(09)电压值是否低于欠压值，低于欠压值，复合电源停止工作；
3)微控制单元(01，U1)判断超级电容(08)电压值是否低于欠压值，低于欠压值时，控制直流变换模块(04)增大蓄电池(09)对超级电容(08)的补偿电流，高于欠压值时，控制直流变换模块(04)减小蓄电池(09)对超级电容(08)的补偿电流；
4)微控制单元(01，U1)判断蓄电池(09)电流值是否超过电流上限值，高于电流上限值时，控制直流变换模块(04)减小蓄电池(09)放电电流的同时，增大超级电容(08)的放电电流，低于电流上限值时，控制直流变换模块(04)增大蓄电池(09)放电电流的同时，减小超级电容(08)的放电电流；
5)重复以上步骤1)至4)。
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