CN103595101B - 超级电容储能装置 - Google Patents

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王刚
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Abstract

一种超级电容储能装置，包括多个串联的超级电容及与每个超级电容并联的单体超级电容保护电路；所述的单体超级电容保护电路，由均压电路及过压报警电路组成；所述的均压电路与过压报警电路并联；所述的均压电路用于稳定与其并联的超级电容两端的电压，使多个串联的超级电容两端的电压相一致；所述的过压报警电路用于检测电压超限时报警，检测电压超限时，过压报警电路输出报警信号；本发明涉及的单体超级电容保护电路可独立实现每个单体超级电容的均压及过压保护；在每个单体超级电容保护电路中，设计了过压报警电路，可使生产人员通过有无报警信息，实时了解电路的工作情况；本发明的电路结构简单，工作可靠，易于实现。

Description

超级电容储能装置
技术领域
本发明涉及一种储能装置，尤其涉及一种超级电容储能装置。
背景技术
超级电容器是一种电化学元件，其介于传统电容器与电池之间，是一种具有特殊性能的电源，超级电容主要依靠双电层和氧化还原电容电荷储存电能，利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量，可以反复充放电数十万次，其具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等特点。
单个超级电容的电压一般不超过3V，且能量较小，因此一般采用多个电容串联的方式来组成所需的储能装置以提高储能装置的能量存储，现有超级电容储能装置不能根据需要扩展串联电容的数量，较难实现对电容储能装置内每个超级电容单体的均压和过压保护，不具备过压报警能力，降低了超级电容储能装置应用过程中的安全性和可靠性。
发明内容
本发明提供了一种充电储存能量装置，可作为系统后备电源使用，此装置通过被动均衡与主动均衡的电压均衡方式，控制装置内部单体超级电容保护电路，在断电及其它意外状况下，被储能的装置能够正常稳定的回到安全控制位置，并可实现任意单体超级电容保护电路过压报警。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超级电容储能装置，包括多个串联的超级电容及与每个超级电容并联的单体超级电容保护电路；
所述的单体超级电容保护电路，由均压电路及过压报警电路组成；所述的均压电路与过压报警电路并联；
所述的均压电路用于稳定与其并联的超级电容两端的电压，使多个串联的超级电容两端的电压相一致；电阻R1的一端接电源正极，电阻R1、R2、R3串联，电压基准源U1的参考端与电阻R2、R3相连，R3的另一端接电源负极；电压基准源U1的阴极与电阻R4、R5的一端相连，电压基准源U1的阳极接电源负电压，电阻R4的另一端与电源正极相连，电阻R5的另一端与三极管D1的基极相连；三极管D1的发射极接电源正极，三极管D1的集电极与电阻R6、R7的一端相连，电阻R6的另一端接电源负极，电阻R7的另一端接三极管D2的基极，三极管D2的发射极接电源负极，三极管D2的集电极与电阻R8、R9的一端相连，电阻R8、R9的另一端与电源正极相连；
所述的过压报警电路用于检测电压超限时报警，检测电压超限时，过压报警电路输出报警信号；电阻R10的一端接电源正极，电阻R10、R11、R12串联，电压基准源U2的参考端与电阻R12的一端相连，电压基准源U2的阴极与三极管D3的基极相连，电压基准源U2的阳极接电源负极，电阻R12的另一端接电源负极，三极管D3的集电极接电源负极，三极管D3的发射极与光电耦合器连接。
本发明的有益效果为：
本发明所述的一种充电储存能量装置可在断电及其它意外情况发生时，作为与其连接的系统的后备电源；并且本发明可扩展性好，可以根据供给需求决定超级电容的串接数量，可移植性好；本发明涉及的单体超级电容保护电路可独立实现每个单体电容的均压及过压保护；在每个单体超级电容保护电路中，设计了过压报警电路，可使生产人员通过有无报警信息，实时了解电路的工作情况；本发明的电路结构简单，工作可靠，易于实现。
附图说明
本发明共有附图3幅；
图1为单体超级电容保护电路的电路原理图；
图2为超级电容储能装置内部结构图；
图3为本发明与被保护系统连接的示意图。
具体实施方式
结合附图及具体实施例对本发明进一步说明。
如图3所示，超级电容储能装置与被保护系统的供电电源正、负极并联，当系统正常供电时，超级电容储能装置处于被动充电状态，当系统电源切断时，超级电容储能装置处于主动放电状态，继续维持被保护系统的正常工作。
如图1及图2所示，一种超级电容储能装置，包括多个串联的超级电容及与每个超级电容并联的单体超级电容保护电路；
所述的单体超级电容保护电路，由均压电路及过压报警电路组成；所述的均压电路与过压报警电路并联；
所述的均压电路用于稳定与其并联的超级电容两端的电压，使多个串联的超级电容两端的电压相一致；电阻R1的一端接电源正极，电阻R1、R2、R3串联，电压基准源U1的参考端与电阻R2、R3相连，R3的另一端接电源负极；电压基准源U1的阴极与电阻R4、R5的一端相连，电压基准源U1的阳极接电源负电压，电阻R4的另一端与电源正极相连，电阻R5的另一端与三极管D1的基极相连；三极管D1的发射极接电源正极，三极管D1的集电极与电阻R6、R7的一端相连，电阻R6的另一端接电源负极，电阻R7的另一端接三极管D2的基极，三极管D2的发射极接电源负极，三极管D2的集电极与电阻R8、R9的一端相连，电阻R8、R9的另一端与电源正极相连；
所述的过压报警电路用于检测电压超限时报警，检测电压超限时，过压报警电路输出报警信号；电阻R10的一端接电源正极，电阻R10、R11、R12串联，电压基准源U2的参考端与电阻R12的一端相连，电压基准源U2的阴极与三极管D3的基极相连，电压基准源U2的阳极接电源负极，电阻R12的另一端接电源负极，三极管D3的集电极接电源负极，三极管D3的发射极与光电耦合器连接。
所述的均压电路工作过程：直流母线与电阻R1、R2、R3连接，检测电压为R3分压后的电压值，设定V1为均压保护电路的工作时的电容电压，在直流母线给电容充电时，当电压达到V1，R3上的电压使电压基准源U1导通，三极管D1导通，D2相继导通，放电电阻R8、R9开始放电，电容电压下降，直至均压电路停止工作。
所述的过压报警电路工作过程：直流母线与电阻R10、R11、R12连接，检测电压为R12分压后的电压值，在直流母线给电容充电时，当电压达到V2，R12上的电压使电压基准源U2导通，从而使D3导通，光耦导通，输出过压报警信号。

Claims (1)

1.一种超级电容储能装置，其特征在于：包括多个串联的超级电容及与每个超级电容并联的单体超级电容保护电路；
所述的单体超级电容保护电路，由均压电路及过压报警电路组成；所述的均压电路与过压报警电路并联；
所述的均压电路用于稳定与其并联的超级电容两端的电压，使多个串联的超级电容两端的电压相一致；电阻R1的一端接电源正极，电阻R1、R2、R3依次串联，电压基准源U1的参考端与电阻R2、R3的连接处相连，R3的另一端接电源负极；电压基准源U1的阴极与电阻R4、R5的连接处相连，电压基准源U1的阳极接电源负极，电阻R4的另一端与电源正极相连，电阻R5的另一端与三极管D1的基极相连；三极管D1的发射极接电源正极，三极管D1的集电极与电阻R6、R7的连接处相连，电阻R6的另一端接电源负极，电阻R7的另一端接三极管D2的基极，三极管D2的发射极接电源负极，三极管D2的集电极与电阻R8、R9的连接处相连，电阻R8、R9的另一端均与电源正极相连；
所述的过压报警电路用于检测电压超限时报警，检测电压超限时，过压报警电路输出报警信号；电阻R10的一端接电源正极，电阻R10、R11、R12依次串联，电压基准源U2的参考端与电阻R12的一端相连，电压基准源U2的阴极与三极管D3的基极相连，电压基准源U2的阳极接电源负极，电阻R12的另一端接电源负极，三极管D3的集电极接电源负极，三极管D3的发射极与光电耦合器连接；
所述的均压电路工作过程：直流母线与电阻R1、R2、R3依次连接，检测电压为R3分压后的电压值，设定V1为均压保护电路的工作时的电容电压，在直流母线给超级电容充电时，当电压达到V1，R3上的电压使电压基准源U1导通，三极管D1、D2相继导通，放电电阻R8、R9开始放电，超级电容电压下降，直至均压电路停止工作；
所述的过压报警电路工作过程：直流母线与电阻R10、R11、R12依次连接，检测电压为R12分压后的电压值，在直流母线给超级电容充电时，当电压达到V2，R12上的电压使电压基准源U2导通，从而使三极管D3导通，光电耦合器导通，输出过压报警信号。
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