CN105186663A - 基于超级电容的不间断电源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于超级电容的不间断电源系统，包括充电单元、超级电容器模组、管理保护模块、电源切换电路和电压控制单元，供电电源和电压控制单元的输出分别通过电源切换装置与负载相连，供电电源与充电单元的输入相连，充电单元的输出与超级电容模组的输入相连，超级电容模组的输出与电压控制单元的输入相连，管理保护模块与充电单元、超级电容模组和电压控制单元分别相连。本发明具有增大充放电电流和功率、增加寿命、对环境友好并且免维护的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源系统，具体地说，涉及基于一种基于超级电容的不间断电源系统。
背景技术
当前，在各种不间断电源系统或备份电源系统中，多采用可反复充电的蓄电池作为电源系统的后备电源。用于当外部供电系统突然断电或异常时为负载提供短时的电能。然而蓄电池存在诸多的缺点：充放电速度慢，不能大电流充放，维护工作繁杂，工作温度范围较窄等。综上，蓄电池在供电系统中应用一段时间后会出现容量大幅下降，并影响到输出电源的性能。因此，采用蓄电池的储能系统的供电安全可靠性问题日益凸显。而超级电容的特性介于传统电容器和电池之间，具有充放电速度快、循环寿命长（≥50万次循环）、功率密度大、低温性能优异、充放电循环效率高、工作电压范围广，并且绿色环保的特点。因此在不间断电源应用中具有较大的理论研究和实际推广的前景。
发明内容
本发明的目的，在于克服上述问题，提供一种绿色环保、优质高效、免维护、应用范围广、低成本的基于超级电容的不间断电源系统。
本发明的一种基于超级电容的不间断电源系统，包括充电单元、超级电容器模组、管理保护模块、电源切换电路和电压控制单元，供电电源和电压控制单元的输出分别通过电源切换装置与负载相连，供电电源与充电单元的输入相连，充电单元的输出与超级电容模组的输入相连，超级电容模组的输出与电压控制单元的输入相连，管理保护模块与充电单元、超级电容模组和电压控制单元分别相连；
所述超级电容模组为能量存储元件，所述超级电容模组包括超级电容、电压均衡电路和状态监视电路，超级电容与电压均衡电路相连，电压均衡电路与状态监视电路相连；所述充电单元为超级电容充电装置，为开关电源或充电机，实现对超级电容的充电控制，在充电初始阶段采用恒流充电，在中间段采用恒功率充电，在最后阶段采用恒压充电；
所述管理保护模块在超级电容充放电过程中实现对系统的检测和保护；
所述电压控制单元在电网断电等异常情况时，向负载提供恒定的电压；
所述超级电容为双电层超级电容器（EDLC）、锂离子超级电容器（LIC）或化学赝电容器，所述超级电容由单个超级电容单元或者多个超级电容单元组成，多个所述超级电容通过串并联形式组合在一起；
所述电压均衡电路为被动式电压均衡电路、主动式电压均衡电路或者二者结合的电压均衡电路。
所述的状态监视电路监视单个电容单元的状态，当出现异常时，输出异常信号，异常信号输出为电气隔离信号或非电气隔离信号。
当系统要求的电流较小或者对充电时间不敏感时，所述充电单元采用电阻限流的方式，外部供电电源正常时，负载直接由供电电源供电，同时供电电源通过充电单元给超级电容器模组充电，当供电电源异常时，通过电源切换电路自动切换为超级电容模组通过电压控制单元向负载供电并提供恒定的电压。
本发明与现有技术相比具有以下明显优点：
1、绿色环保、无污染：和传统储能器件相比，超级电容在储能中不存在化学反应，是清洁的储能装置。
2、优质高效、免维护：超级电容器模组充放电循环效率高，寿命长，实现真正的免维护。
3、应用范围广：充放电速度快，温度范围广，可应用于要求快速充放电和环境温度变化范围大的场合。
4、应用简便，低成本：充电电路简单，体积小，系统成本低。
附图说明
图1是本发明的系统结构图；
图中标号：1-充电单元、2-超级电容器模组、3-管理保护模块、4-电源切换电路、5-电压控制单元、2.1-超级电容、2.2-电压均衡电路、2.3-状态监视电路。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1所示的一种基于超级电容的不间断电源系统的具体实施方式：包括充电单元1、超级电容器模组2、管理保护模块3、电源切换电路4和电压控制单元5，供电电源和电压控制单元5的输出分别通过电源切换装置4与负载相连，供电电源与充电单元1的输入相连，充电单元1的输出与超级电容模组2的输入相连，超级电容模组2的输出与电压控制单元5的输入相连，管理保护模块3与充电单元、超级电容模组2和电压控制单元5分别相连；
所述超级电容模组2为能量存储元件，所述超级电容模组2包括超级电容2.1、电压均衡电路2.2和状态监视电路2.3，超级电容2.1与电压均衡电路2.2相连，电压均衡电路2.2与状态监视电路2.3相连；所述充电单元1为超级电容充电装置，为开关电源或充电机，实现对超级电容的充电控制，在充电初始阶段采用恒流充电，在中间段采用恒功率充电，在最后阶段采用恒压充电；
所述管理保护模块3在超级电容充放电过程中实现对系统的检测和保护；
所述电压控制单元5在电网断电等异常情况时，向负载提供恒定的电压；
所述超级电容2.1为双电层超级电容器（EDLC）、锂离子超级电容器（LIC）或化学赝电容器，所述超级电容2.1由单个超级电容单元或者多个超级电容单元组成，多个所述超级电容通过串并联形式组合在一起；
所述电压均衡电路2.2为被动式电压均衡电路、主动式电压均衡电路或者二者结合的电压均衡电路。
所述的状态监视电路2.3监视单个电容单元的状态，当出现异常时，输出异常信号，异常信号输出为电气隔离信号或非电气隔离信号。
当系统要求的电流较小或者对充电时间不敏感时，所述充电单元1采用电阻限流的方式，外部供电电源正常时，负载直接由供电电源供电，同时供电电源通过充电单元1给超级电容器模组2充电，当供电电源异常时，通过电源切换电路4自动切换为超级电容模组2通过电压控制单元5向负载供电并提供恒定的电压。
综上所述，本发明具有以下明显优点：
1、绿色环保、无污染：和传统储能器件相比，超级电容在储能中不存在化学反应，是清洁的储能装置。
2、优质高效、免维护：超级电容器模组充放电循环效率高，寿命长，实现真正的免维护。
3、应用范围广：充放电速度快，温度范围广，可应用于要求快速充放电和环境温度变化范围大的场合。
4、应用简便，低成本：充电电路简单，体积小，系统成本低。
申请人又一声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的实现方法及装置结构，但本发明并不局限于上述实施方式，即不意味着本发明必须依赖上述方法及结构才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开的范围之内。本发明并不限于上述实施方式，凡采用和本发明相似结构及其方法来实现本发明目的的所有方式，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于超级电容的不间断电源系统，其特征在于：包括充电单元（1）、超级电容器模组（2）、管理保护模块（3）、电源切换电路（4）和电压控制单元（5），供电电源和电压控制单元（5）的输出分别通过电源切换装置（4）与负载相连，供电电源与充电单元（1）的输入相连，充电单元（1）的输出与超级电容模组（2）的输入相连，超级电容模组（2）的输出与电压控制单元（5）的输入相连，管理保护模块（3）与充电单元、超级电容模组（2）和电压控制单元（5）分别相连。
2.根据权利要求1所述一种基于超级电容的不间断电源系统，其特征在于：所述超级电容模组（2）为能量存储元件，所述超级电容模组（2）包括超级电容（2.1）、电压均衡电路（2.2）和状态监视电路（2.3），超级电容（2.1）与电压均衡电路（2.2）相连，电压均衡电路（2.2）与状态监视电路（2.3）相连。
3.根据权利要求1所述一种基于超级电容的不间断电源系统，其特征在于：所述充电单元（1）为超级电容充电装置，为开关电源或充电机，实现对超级电容的充电控制，在充电初始阶段采用恒流充电，在中间段采用恒功率充电，在最后阶段采用恒压充电。
4.根据权利要求1所述一种基于超级电容的不间断电源系统，其特征在于：所述管理保护模块（3）在超级电容充放电过程中实现对系统的检测和保护。
5.根据权利要求1所述一种基于超级电容的不间断电源系统，其特征在于：所述电压控制单元（5）在电网断电等异常情况时，向负载提供恒定的电压。
6.根据权利要求2所述一种基于超级电容的不间断电源系统，其特征在于：所述超级电容（2.1）为双电层超级电容器（EDLC）、锂离子超级电容器（LIC）或化学赝电容器，所述超级电容（2.1）由单个超级电容单元或者多个超级电容单元组成，多个所述超级电容通过串并联形式组合在一起。
7.根据权利要求6所述一种基于超级电容的不间断电源系统，其特征在于：所述电压均衡电路（2.2）为被动式电压均衡电路、主动式电压均衡电路或者二者结合的电压均衡电路。
8.根据权利要求6所述一种基于超级电容的不间断电源系统，其特征在于：所述的状态监视电路（2.3）监视单个电容单元的状态，当出现异常时，输出异常信号，异常信号输出为电气隔离信号或非电气隔离信号。
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