CN103630773A

CN103630773A - 超级电容管理系统的监测装置

Info

Publication number: CN103630773A
Application number: CN201310565822.XA
Authority: CN
Inventors: 王兵; 赵星; 杨涛; 张昉; 李红民
Original assignee: Cama Luoyang Electronics Co Ltd
Current assignee: Cama Luoyang Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2014-03-12

Abstract

本发明提供一种超级电容管理系统的监测装置，包括单片机、总电压监测模块、漏电流监测模块、总电流监测模块、CAN通讯模块及电源模块；其中，上述的总电压监测模块、漏电流监测模块、总电流监测模块及CAN通讯模块都以单片机为核心，并都与单片机相连接；该电源模块同时与单片机、总电压监测模块、漏电流监测模块、总电流监测模块及CAN通讯模块连接；同时，该总电压监测模块与超级电容组的两端连接，该漏电流监测模块与超级电容组连接，该总电流监测模块也与超级电容组连接；该CAN通讯模块与超级电容管理系统的控制系统连接。

Description

超级电容管理系统的监测装置

技术领域

本发明涉及一种检测装置，特别是涉及一种超级电容管理系统的监测装置。

背景技术

超级电容器又叫法拉电容器、黄金电容器，是一种新型储能元器件，具有长寿命、高能量密度的特点，同时是可提供超大功率，且兼备电容和电池特性的新型元件。

目前，上述的超级电容器主要应用于混合动力汽车、风力发电、电力设备、微网储能、军工大功率装备和轨道交通等领域。超级电容器在各应用行业的快速应用及推广，除了自身独的产品性能、技术优势，也有国家政策的大力推动和扶持。随着超级电容器规模推广应用，其已从价格、技术等方面取得较大突破。未来，超级电容器将有着更为广阔的发展空间，为推动全球低碳、环保，快速改善人类生存环境起着重大促进作用。

超级电容器在电力行业的应用主要有以下几个方面：

1、风电变桨系统的后备电源，具有快速充电和放电的能力；

2、馈线自动化测控终端(FTU)后备电源，线路有电时，DC/DC电源模块为FTU提供工作电源，超级电容器提供给开关设备的电动分闸机构分闸电源；当线路没有电时，超级电容器作为FTU的后备电源，同时也为开关设备的电动分闸机构提供分闸电源；

3、微电网超级电容储能系统，用于调整微电网功率，以及提供微电网功率支撑。

而且，在储能领域，当将超级电容模块成组串联组成储能系统之后，串联储能系统的总电压可以达到直流800～1000V。但是，多组串联获得高电压的方法带来了一系列问题，如总电压测量精确度难以达到要求，设备绝缘强度降低、设备维护人员存在触电风险等。同时，由于超级电容放电快，电流变化率高，故对电流测量的反应时间要求苛刻。而现有的一些监测装置无法满足需求。

发明内容

本发明的目的是在提供一种超级电容管理系统的监测装置，能够实现对超级电容组的总电流、总电压、漏电流及内阻的监测，保证超级电容管理系统的正常运行，且能够及时发现故障，保证操作人员的安全。

本发明的目的是采用以下的技术方案来实现的。本发明提供一种超级电容管理系统的监测装置，包括单片机、总电压监测模块、漏电流监测模块、总电流监测模块、CAN通讯模块及电源模块；其中，上述的总电压监测模块、漏电流监测模块、总电流监测模块及CAN通讯模块都以单片机为核心，并都与单片机相连接；该电源模块同时与单片机、总电压监测模块、漏电流监测模块、总电流监测模块及CAN通讯模块连接；同时，该总电压监测模块与超级电容组的两端连接，该漏电流监测模块与超级电容组连接，该总电流监测模块也与超级电容组连接；该CAN通讯模块与超级电容管理系统的控制系统连接。

本发明的目的还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的超级电容管理系统的监测装置，其中该总电压监测模块包括转换电路和高精度AD采集芯片。

前述的超级电容管理系统的监测装置，其中该高精度AD采集芯片的采集结果通过I2C总线送至单片机。

前述的超级电容管理系统的监测装置，其中该漏电流监测模块包括漏电流传感器。

前述的超级电容管理系统的监测装置，其中该总电流监测模块包括霍尔电流传感器和转换电路。

前述的超级电容管理系统的监测装置，其中该电源模块包括4个隔离电源模块，其中一个隔离电源模块与总电流监测模块连接，另一个隔离电源模块与漏电流监测模块和单片机连接，而另两个隔离电源模块分别与总电压监测模块和CAN通讯模块连接。

借由上述技术方案，本发明的的超级电容管理系统的监测装置至少具有下列优点及有益效果：本发明提供一种超级电容管理系统的监测装置，能够实现对超级电容组的总电流、总电压、漏电流及内阻的监测，保证超级电容管理系统的正常运行，且能够及时发现故障，保证操作人员的安全。同时，借由本发明，能够实现隔离供电，且各个模块工作时互不干扰，保证单片机工作的稳定可靠。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1：为本发明的超级电容管理系统的监测装置的结构框图。

图2：为本发明的电源模块与各模块的连接图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种超级电容管理系统的监测装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

参阅图1所示，为本发明的超级电容管理系统的监测装置的结构框图。该超级电容管理系统的监测装置包括单片机1、总电压监测模块2、漏电流监测模块3、总电流监测模块4、CAN通讯模块5及电源模块6；其中，上述的总电压监测模块2、漏电流监测模块3、总电流监测模块4及CAN通讯模块5都以单片机1为核心，并都与单片机1相连接，该电源模块6与单片机1、总电压监测模块2、漏电流监测模块3、总电流监测模块4及CAN通讯模块5连接，提供其正常工作所需的电源。该总电压监测模块2、CAN通讯模块5与单片机1隔离供电，该漏电流监测模块3和总电流监测模块4通过电流传感器与外部电气网络隔离，保护该超级电容管理系统的监测装置的安全。

该总电压监测模块2与单片机1连接，还与超级电容组的两端连接，监测超级电容组的总电压并传至单片机1。在一般应用中，超级电容组的总电压为800～1000V，实际测量范围为0～1000V。当采集总电压时，使用专用高精度AD采集芯片，这可以保证在全范围内的测量精度，同时便于将总电压监测模块2与单片机1隔离。该AD采集芯片采集电压范围只有0～2.048V，故该总电压监测模块2包括转换电路，将超级电容组的总电压转换为适合AD采集芯片采集的电压。同时，该AD采集芯片的采集结果通过I2C总线送至单片机1，经其处理得到实际电压值。由于该部分测量的直流电压较高，故该总高压监测模块2的电源和I2C通讯均采用隔离方式，即电源使用隔离电源，I2C通讯使用隔离芯片，这可以保证测量的精确度。

该漏电流监测模块3包括漏电流传感器，与单片机1连接，还与超级电容组连接；该超级电容组的正负动力线同时通过漏电流传感器，该漏电流传感器监测两根动力线的电流差值，并通过485通讯将漏电流值传至单片机1，该单片机1依据漏电流值的大小，判断是否漏电。同时，该漏电流监测模块3通过漏电流传感器与外部电气网络隔离。

该总电流监测模块4与单片机1连接，还与超级电容组连接，监测超级电容组的总电流并传至单片机1。具体来说，该总电流监测模块4包括霍尔电流传感器和转换电路，借由该霍尔电流传感器和转换电路，能够将超级电容组产生的较大电流转换为适合单片机1采集的电压。在实际应用中，该单片机1在100ms内多次采样，并将采样值求平均值，经过换算得到实际电流值。该总电流监测模块4通过霍尔电流传感器与外部电气网络隔离。

上述超级电容组的内阻是借由单片机1计算出来的，实现过程如下：在放电截止时刻，记录总电压U₁，电流I₁,停止放电100ms后，记录总电压U₂；按照以下公式计算内阻值：

R=(U₁-U₂)/I₁

式中：

R—超级电容组的内阻，单位：Ω；

U₁—超级电容组放电截止时刻的电压，单位：V；

I₁—超级电容组放电截止时刻放电电流，单位：A；

U₂—超级电容组放电截止后100ms时的电压，单位：V。

该CAN通讯模块5与单片机1连接，还与超级电容管理系统的控制系统连接，借由该CAN通讯模块5，该单片机1接收到控制系统的检测命令，还可主动发送相应的总电压、总电流、漏电流等数据。该CAN通讯模块5与单片机1双向隔离，可使用隔离芯片及隔离电源进行隔离。

参阅图2所示，为本发明的电源模块6与各模块的连接图。为了保证各个模块工作时互不干扰，且单片机1工作的稳定可靠，本发明的电源模块6隔离设置。详细来说，不同的监测模块使用不同的电源子模块，以达到隔离效果。该电源模块6包括4个电源子模块，即隔离电源模块61、62、61及64。其中，该总电流监测模块4的霍尔电流传感器的功率较大，单独使用隔离电源模块61，该漏电流监测模块3和单片机1共用隔离电源模块62，而该总电压监测模块2和CAN通讯模块5分别使用隔离电源模块63和隔离电源模块64。这样，可以保证各个模块之间互不干扰，且工作的稳定性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种超级电容管理系统的监测装置，其特征在于其包括单片机、总电压监测模块、漏电流监测模块、总电流监测模块、CAN通讯模块及电源模块；

其中，上述的总电压监测模块、漏电流监测模块、总电流监测模块及CAN通讯模块都以单片机为核心，并都与单片机相连接；该电源模块同时与单片机、总电压监测模块、漏电流监测模块、总电流监测模块及CAN通讯模块连接；同时，该总电压监测模块与超级电容组的两端连接，该漏电流监测模块与超级电容组连接，该总电流监测模块也与超级电容组连接；该CAN通讯模块与超级电容管理系统的控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的超级电容管理系统的监测装置，其特征在于其中该总电压监测模块包括转换电路和高精度AD采集芯片。

3.根据权利要求2所述的超级电容管理系统的监测装置，其特征在于其中该高精度AD采集芯片的采集结果通过I2C总线送至单片机。

4.根据权利要求1所述的超级电容管理系统的监测装置，其特征在于其中该漏电流监测模块包括漏电流传感器。

5.根据权利要求1所述的超级电容管理系统的监测装置，其特征在于其中该总电流监测模块包括霍尔电流传感器和转换电路。

6.根据权利要求1所述的超级电容管理系统的监测装置，其特征在于其中该电源模块包括4个隔离电源模块，其中一个隔离电源模块与总电流监测模块连接，另一个隔离电源模块与漏电流监测模块和单片机连接，而另两个隔离电源模块分别与总电压监测模块和CAN通讯模块连接。