CN103499748B - 一种超级电容器组在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超级电容器组在线监测系统，其中，包括超级电容器组电流采集电路、温度采集电路及超级电容器组电压采集电路分别连接信号调理电路后与CPU相连接；所述CPU还与通信单元电路、键盘与显示电路及报警电路相连接。采用上述方案，解决了超级电容器组在电压较高时，接近直流母线的超级电容两端电压难以低成本检测的问题。
Description
技术领域
本发明属于电容器组在线监测技术领域，尤其涉及的是一种超级电容器组在线监测系统。
背景技术
超级电容由于具有循环寿命长、充放电时间短等优势，成为近年来新型能源器件的一个研究热点。由于超级电容单体额定耐压较低，在实际应用中，往往由多个超级电容通过串联和并联方式组成超级电容模块，以满足储能容量和电压等级需要。但由于电容器组中电容的分散性，在充电时，容量较小的电容充满时，容量较大的电容还未充满，在放电过程中，容量较小的电容放完时，容量较大的电容处于未放完状态，这种不平衡将导致超级电容单体的寿命不一致。另外，在大功率应用中，往往需要串联的超级电容器节数较多，如果某个超级电容器损坏，整串都无法使用，在寻找失效的电容器时，由于电容器上存在残留电压，导致检测困难。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种电容器组在线监测系统。
本发明的技术方案如下：
一种超级电容器组在线监测系统，其中，由超级电容器组电流采集电路、温度采集电路及超级电容器组电压采集电路分别连接信号调理电路后与CPU相连接；所述CPU还与通信单元电路、键盘与显示电路及报警电路相连接而成。
所述的超级电容器组在线监测系统，其中，所述超级电容器组电流采集电路采用闭环型电流霍尔传感器，测量超级电容组的电流，送至信号调理电路。
所述的超级电容器组在线监测系统，其中，所述温度采集电路采集的温度范围为-55℃-150℃；采集的精度为±0.4℃。
所述的超级电容器组在线监测系统，其中，所述超级电容器组电压采集电路为至少一个超级电容器、至少一个共模滤波器、至少一个光继电器、至少一个肖特基开关二极管及至少一个控制网络接口相互连接而成。
所述的超级电容器组在线监测系统，其中，所述控制网络接口用于控制所述光继电器的开通与关断。
所述的超级电容器组在线监测系统，其中，所述信号调理电路为差模放大电路。
所述的超级电容器组在线监测系统，其中，所述通信协议采用通用Modbus协议。
所述的超级电容器组在线监测系统，其中，当所述报警电路检测到所述超级电容器组电流采集电路、所述温度采集电路及所述超级电容器组电压采集电路采集的数值超过预设数值时，进行声和/或光的提示报警。
所述的超级电容器组在线监测系统，其中，所述CPU根据所述超级电容器组电流采集电路采集的电流值及所述超级电容器组电压采集电路采集的电压值，根据公式计算超级电容器组电容容量。
所述的超级电容器组在线监测系统，其中，当所述报警电路检测到所述超级电容器组电容容量超过预设值时，进行声和/或光的提示报警。
采用上述方案，解决了超级电容器组在电压较高时，接近直流母线的超级电容两端电压难以低成本检测的问题。由于采用了二极管的开关网络特性，减少了一半光继电器的使用数量，降低了系统成本；采用光继电器，使得系统响应速度快；采用共模滤波器，提高了系统的抗干扰性。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明超级电容电压采集电路图；
图3为本发明信号调理电路图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1-3所示，本发明提供一种超级电容器组在线监测系统，其中超级电容器组电流采集电路101，由于充电时电磁干扰较大，为了保证该时间段内的电压检测精度，为动态均压电路提供准确的单体电压数值，采用闭环型电流霍尔传感器，测量超级电容组的电流，送至信号调理电路；
温度采集电路102，采用NationalSemiconductor公司的LM35，测量的温度范围为-55℃-150℃，精度为±0.4℃，快速的温度响应时间，满足了本系统的温度测量要求；
超级电容器组电压采集电路103，采用光继电器，利用二极管的单向导通特性，将待测的单体超级电容器两端电压引出来，送至信号调理电路，超级电容器组电压采集电路103具体电路如图2所示；
信号调理电路104：该电路采用差模放大电路，提高了系统抗干扰性能；本系统的信号调理电路均为同一信号调理电路104，在此不再赘述。
通信单元电路，用于将采集的单体超级电容两端的电压、电流、温度以及通过电容电压和电流粗略估计出的单体超级电容容量变化率传送至CPU105，其中，通信协议采用通用Modbus协议；
报警电路108，当单体超级电容端电压过压、环境温度过温、充电电流过流时，将相应的故障信号上报CPU105，同时根据功能码的选择，判断是否声光报警。
附图2中，C1、C2、C3为待监控的超级电容器，R1-R4用于检测时，限制超级电容上的电流，L1、L2、L3为共模滤波器，C1-C6、L1-L3组成共模抑制电路，R5-R10用于防止共模抑制电路中的谐振，U1、U2、U3、U4为光继电器，C7-C10用于滤波作用，防止光继电器U1-U4误开通，R11-R14是限流电阻，用于限制流过光继电器控制边的电流。D1、D2、D3、D4为肖特基开关二极管，P1、P2、P3、P4为控制网络接口，该接口用于控制光继电器的开通与关断，DC+、DC-为超级电容器的两端电压。当P2、P3施加电压时，光继电器U2、U3导通，这样超级电容器C2上的电压通过共模滤波器L2和光继电器U2、U3，施加到开关二极管D2、D3上，利用开关二极管D1-D4的正向导通和反向截止特性，把每只待检测的超级电容器的正极上的电压引到DC+、负极上的电压引到DC-，通过这种二极管的开关网络，可节省一半的光继电器数量，从而降低成本，DC+、DC-分别连接到信号调理电路图3的DC+、DC-，这样通过信号调理电路就把DC+、DC-的电压调整为CPU要求的输入范围电压，并把该信号施加到CPU的模拟通道上待检测。这样通过循环施加电压到相邻端口，以本电路为例，循环施加电压到P1和P2、P2和P3、P3和P4上，可分别检测C1、C2、C3上的电压数值。检测出电容电压数值后，结合采集到的该电容器组的相应电流数值，根据公式即可计算得到电容器的电容容量，上式中，△U是△t时间段超级电容上的电压变化差值，I是流过超级电容上的平均电流。检测出所有数值后，发送至CPU，通过通信网络，再上传至主站监测系统进一步判断。
在上述方案的基础上，提供一种超级电容器组在线监测系统，其中，由超级电容器组电流采集电路101、温度采集电路102及超级电容器组电压采集电路103分别连接信号调理电路104后与CPU105相连接；所述CPU105还与通信单元电路106、键盘与显示电路107及报警电路108相连接而成。
进一步而言，所述超级电容器组电流采集电路101采用闭环型电流霍尔传感器，测量超级电容组的电流，送至信号调理电路104。
进一步而言，所述温度采集电路102采集的温度范围为-55℃-150℃；采集的精度为±0.4℃。
进一步而言，所述超级电容器组电压采集电路103为至少一个超级电容器、至少一个共模滤波器、至少一个光继电器、至少一个肖特基开关二极管及至少一个控制网络接口相互连接而成。
进一步而言，所述控制网络接口用于控制所述光继电器的开通与关断。
进一步而言，所述信号调理电路104为差模放大电路。
优选的，所述通信协议采用通用Modbus协议。
进一步而言，当所述报警电路108检测到所述超级电容器组电流采集电路101、所述温度采集电路102及所述超级电容器组电压采集电路103采集的数值超过预设数值时，进行声和/或光的提示报警。
进一步而言，所述CPU105根据所述超级电容器组电流采集电路101采集的电流值及所述超级电容器组电压采集电路103采集的电压值，根据公式计算超级电容器组电容容量。
进一步而言，当所述报警电路108检测到所述超级电容器组电容容量超过预设值时，进行声和/或光的提示报警。
采用上述方案，解决了超级电容器组在电压较高时，接近直流母线的超级电容两端电压难以低成本检测的问题。由于采用了二极管的开关网络特性，减少了一半光继电器的使用数量，降低了系统成本；采用光继电器，使得系统响应速度快；采用共模滤波器，提高了系统的抗干扰性。
实施例2
在上述实施例的基础上，如图2所示，C1、C2、C3为待监控的超级电容器，R1-R4用于检测时，限制超级电容上的电流，L1、L2、L3为共模滤波器，C1-C6、L1-L3组成共模抑制电路，R5-R10用于防止共模抑制电路中的谐振，U1、U2、U3、U4为光继电器，C7-C10用于滤波作用，防止光继电器U1-U4误开通，R11-R14是限流电阻，用于限制流过光继电器控制边的电流，。D1、D2、D3、D4为肖特基开关二极管，P1、P2、P3、P4为控制网络接口，该接口用于控制光继电器的开通与关断，DC+、DC-为超级电容器的两端电压。当P2、P3施加电压时，光继电器U2、U3导通，这样超级电容器C2上的电压通过共模滤波器L2和光继电器U2、U3，施加到开关二极管D2、D3上，利用开关二极管D1-D4的正向导通和反向截止特性，把每只待检测的超级电容器的正极上的电压引到DC+、负极上的电压引到DC-，通过这种二极管的开关网络，可节省一半的光继电器数量，从而降低成本，DC+、DC-分别连接到信号调理电路图3的DC+、DC-，这样通过信号调理电路就把DC+、DC-的电压调整为CPU要求的输入范围电压，并把该信号施加到CPU的模拟通道上待检测。这样通过循环施加电压到相邻端口，以本电路为例，循环施加电压到P1和P2、P2和P3、P3和P4上，可分别检测C1、C2、C3上的电压数值。检测出电容电压数值后，结合采集到的该电容器组的相应电流数值，根据公式即可计算得到电容器的电容容量。
实施例3
在上述实施例的基础上，如图3所示，R1和R2用于图2中相应的二极管D1、D2、D3和D4导通时，把超级电容上的电压施加到R1和R2上，TL072A和外围电阻电容组成差动有源滤波放大电路，用于信号放大和消除干扰，同时该电路还具有输入阻抗大的特点，TL072B及周围电阻电容构成电压跟随电路，用于减小输出阻抗的影响，图3中二极管D1用于对输出电压进行限幅，Voltage即超级电容连端电压，连接到CPU的模拟通道上。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种超级电容器组在线监测系统，其特征在于，超级电容器组由至少一个待测超级电容器组成，由超级电容器组电流采集电路、温度采集电路及超级电容器组电压采集电路分别连接各自对应的信号调理电路后与CPU相连接；所述CPU还与通信单元电路、键盘与显示电路及报警电路相连接而成；所述超级电容器组电流采集电路采用闭环型电流霍尔传感器，测量超级电容组的电流，送至对应的信号调理电路；所述超级电容器组电压采集电路为所述至少一个待测超级电容器、至少一个共模滤波器、至少一个光继电器、至少一个肖特基开关二极管及至少一个控制网络接口依次相互连接而成；所述控制网络接口用于控制所述光继电器的开通与关断；所述超级电容器上的电压通过共模滤波器和光继电器，施加到肖特基开关二极管上，利用所述肖特基开关二极管的正向导通和反向截止特性，把每个待测超级电容器的正极上的电压引到超级电容器组正极电压端DC+、负极上的电压引到超级电容器组负极电压端DC-；所述DC+、所述DC-分别连接到信号调理电路正极电压端DC+＇、信号调理电路负极电压端DC-＇，通过信号调理电路就把DC+＇、DC-＇的电压调整为CPU要求的输入范围电压，并把调整后的信号施加到CPU的模拟通道上待检测,通过循环施加电压到控制网络接口，检测出电容电压数值后，结合采集到的所述超级电容器组的相应电流数值，根据公式即可计算得到所述超级电容器的电容容量，上式中，△U是△t时间段超级电容上的电压变化差值，I是流过超级电容上的平均电流，检测出所有数值后，发送至CPU，通过通信单元电路，再上传至主站监测系统进一步判断。
2.如权利要求1所述的超级电容器组在线监测系统，其特征在于，所述温度采集电路采集的温度范围为-55℃-150℃；采集的精度为±0.4℃。
3.如权利要求1所述的超级电容器组在线监测系统，其特征在于，所述信号调理电路为差模放大电路。
4.如权利要求1所述的超级电容器组在线监测系统，其特征在于，所述通信单元电路中的通信协议采用通用Modbus协议。
5.如权利要求1所述的超级电容器组在线监测系统，其特征在于，当所述报警电路检测到所述超级电容器组电流采集电路、所述温度采集电路及所述超级电容器组电压采集电路采集的数值超过预设数值时，进行声和/或光的提示报警。
6.如权利要求1所述的超级电容器组在线监测系统，其特征在于，当所述报警电路检测到所述超级电容器组电容容量超过预设值时，进行声和/或光的提示报警。
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