CN105471027A - 超级电容预充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超级电容预充电系统，包括超级电容器、电压传感器、基准电压、电压比较器、第一接触器、限流电阻、第二接触器和恒定电流源；恒定电流源与为超级电容器充电；电压传感器检测超级电容器两端电压，并输入至电压比较器；电压比较器比较超级电容器两端电压值与基准电压电压值大小，控制第一接触器与所述第二接触器通断；第一接触器与限流电阻串联后与第二接触器并联。本发明可以有效避免超级电容器预充电完成后，限流电阻等发热器件在系统中持续发热，造成能源浪费的现象。

Description

超级电容预充电系统

技术领域

本发明涉及电能存储系统技术领域，特别是涉及一种超级电容预充电系统。

背景技术

超级电容器作为储能元件可实现在能量密度和功率密度上的有机结合，日益展现出其卓越的储能优势。与蓄电池相比，超级电容器内阻小，具有较高的功率密度。与传统的电容器相比，其能量密度较大，可以解决传统电容器储能少的问题。另外，超级电容器还具有循环寿命长、充放电效率高、功率密度大、高低温性能好以及对脉动负载适应能力强等优点。超级电容器与蓄电池并联使用可以大大提升储能系统的性能，并具有无需维护和环境友好等优点，已逐步应用于变电站直流电源系统。安装调试超级电容时，需要对其进行预充电。

目前，在对超级电容进行预充电的技术方案中，为了防止因充电回路电流过大，对电路元器件构成损坏，一般在预充电装置中设置限流电阻。在充电过程中，限流电阻与超级电容串联，保证了流经超级电容和充电回路的电流在一定范围内，以确保充电回路的安全。预充电结束后，超级电容通过二极管与铅酸电池并联。

然而，超级电容器预充电回路中的限流电阻发热量较大，在预充电过程结束后，限流电阻持续发热，导致预充电装置的温度过高，降低预充电装置的安全性，减少预充电装置使用寿命，也会造成能源的浪费。为了降低预充电装置的整体温度，通常会在限流电阻上加一个热交换器，但是安装热交换器会增加预充电装置的成本。

发明内容

本发明提供了一种超级电容器预充电方法及装置，以解决现有技术中超级电容预充电系统中能源浪费问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了如下技术方案：

一种超级电容预充电系统，包括超级电容器、电压传感器、基准电压、电压比较器、第一接触器、限流电阻、第二接触器和恒定电流源；

恒定电流源与所述超级电容器连接，为所述超级电容器充电；

电压传感器与超级电容器并联，检测超级电容器两端电压；

电压比较器输入端分别与电压传感器与基准电压相连，比较超级电容器两端电压值与基准电压电压值大小；

电压比较器输出端与第一接触器与第二接触器相连，控制第一接触器与第二接触器闭合与断开；

第一接触器与第二接触器并联；

第一接触器与限流电阻串联，控制电路通断；限流电阻与所述恒定电流源相连；

第二接触器与恒定电流源相连，控制电路通断。

优选的，恒定电流源为铅酸电池或锂电池。

优选的，超级电容预充电系统包括热交换器；热交换器套于所述限流电阻外。

优选的，超级电容预充电系统包括指示灯；指示灯与限流电阻并联。

优选的，超级电容预充电系统包括二极管；二极管与所述第二接触器串联；二极管负极与恒定电流源正极相连。

由以上技术方案可见，本发明提供的超级电容预充电系统，包括超级电容器、电压传感器、基准电压、电压比较器、第一接触器、限流电阻、第二接触器和恒定电流源；恒定电流源与为超级电容器充电；电压传感器检测超级电容器两端电压，并输入至电压比较器；电压比较器比较超级电容器两端电压值与基准电压电压值大小，控制第一接触器与所述第二接触器通断；第一接触器与限流电阻串联后与第二接触器并联。充电时接通含有限流电阻的电路，超级电容器通过限流电阻与恒定电流源并联；充电结束后，含有限流电阻的电路断开，超级电容器通过旁路与恒定电流源并联。本发明的实施可以有效避免超级电容器预充电完成后，限流电阻等发热器件在系统中持续发热，造成能源浪费的现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种超级电容预充电系统电路示意图；

图2为本发明提供的一种超级电容器预充电方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例的附图，对发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参见图1，为本发明实施例提供的一种超级电容预充电系统电路示意图，包括超级电容器101、电压传感器102、基准电压103、电压比较器104、第一接触器105、限流电阻107、第二接触器106和恒定电流源111。

恒定电流源111与超级电容器101相连，为超级电容器101充电。恒定电流源选择铅酸电池或锂电池的一种，这是因为超级电容的单体工作电压不高，大多在1V-4V之间，并且超级电容器充电电流选择范围较大，超级电容器充电过程需要持续稳定的电流源提供电流输出。铅酸蓄电池与锂电池电压稳定、价格便宜，可以提供2伏，4伏，6伏，8伏，12伏，24伏等不同电压充电，可以满足一个或多个超级电容器串联预充电的需要。

超级电容器101两端并联有电压传感器102，检测预充电时超级电容器101两端电压大小，并将接受到的电压转化成输出信号输送至电压比较器104。电压比较器104对输入的超级电容器两端电压和基准电压输入信号进行鉴别与比较。当电压差在阈值以上时，输出低电平信号，第一接触器闭合，第二接触器断开，接通含有限流电阻107的电路。充电过程中，限流电阻与超级电容器串联，保证了流经超级电容器101和充电回路的电流在一定范围内。当电压差在阈值以下时，输出高电平信号，第二接触器闭合，第一接触器断开。在本实施例中，阈值设定为0.1V，实际应用中，阈值范围由超级电容器工作电压与基准电压的大小决定。当恒定电流源电压大于超级电容器两端电压时，基准电压设定为超级电容器两端电压；当超级电容器两端电压大于恒定电流源电压时，基准电压设定为恒定电流源电压。

本实施例中，超级电容预充电系统还包括套于限流电阻107外的热交换器108。热交换器108能够降低预充电装置的整体温度，保证充电过程中超级电容的安全以及提高预充电装置的安全性使用寿命。

本实施例中，超级电容预充电系统还包括与限流电阻107并联的指示灯109，在超级电容器充电，即第一接触器闭合时，指示灯109亮起；在超级电容器充电结束后，即第一接触器断开时，指示灯109熄灭。

本实施例中，超级电容预充电系统还包括与第二接触器106串联的二极管110，二极管110负极与恒定电流源111正极相连。当超级电容器110充电完成后，第二接触器闭合，超级电容器101电流会发生向恒定电流源111倒灌的情况，二极管110的设置可以确保恒定电流源111和超级电容器101不受电路中过大的瞬间电流的影响，正常工作。

与本发明提供的超级电容预充电系统实施例相对应，本发明还提供了一种超级电容预充电方法，图2为本发明实施例提供的预充电方法的流程示意图，包括以下步骤：

在预充电开始前，设定基准电压u₀；

电压传感器获取超级电容器两端电压u₁；

电压比较器比较u₀与u₁的值，获得电压差；

电压比较器104判断电压差是否在阈值以上，若是，则断开第二接触器，闭合第一接触器，接通含有限流电阻107的电路。充电过程中，限流电阻与超级电容器串联，保证了流经超级电容器101和充电回路的电流在一定范围内。返回电压传感器获取超级电容器两端电压u₁步骤，进行循环；

若电压差是否在阈值以下，则断开第一接触器，闭合第二接触器。充电电流会通过含有第二接触器的电路，限流电阻不会在系统中发热，节约能源。

在本实施例中，阈值设定为0.1V，实际应用中，阈值范围由超级电容器工作电压与基准电压的大小决定。当恒定电流源电压大于超级电容器两端电压时，基准电压设定为超级电容器两端电压；当超级电容器两端电压大于恒定电流源电压时，基准电压设定为恒定电流源电压。

通过以上的方法实施例的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中的实施例采用递进的方式描述。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

可以理解的是，本发明可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种超级电容预充电系统，其特征在于，

包括超级电容器(101)、电压传感器(102)、基准电压(103)、电压比较器(104)、第一接触器(105)、限流电阻(107)、第二接触器(106)和恒定电流源(111)；

所述恒定电流源(111)与所述超级电容器(101)连接，为所述超级电容器(101)充电；

所述电压传感器(102)与所述超级电容器(101)并联，检测所述超级电容器(101)两端电压；

所述电压比较器(104)输入端分别与所述电压传感器(102)与所述基准电压(103)相连，比较所述超级电容器(101)两端电压值与所述基准电压(103)电压值大小；

所述电压比较器(104)输出端与所述第一接触器(105)与所述第二接触器(106)相连，控制所述第一接触器(105)与所述第二接触器(106)闭合与断开；

所述第一接触器(105)与所述第二接触器(106)并联；

所述第一接触器(105)与所述限流电阻(107)串联，控制电路通断；所述限流电阻(107)与所述恒定电流源(111)相连；

所述第二接触器(106)与所述恒定电流源(111)相连，控制电路通断。

2.根据权利要求1所述的超级电容预充电系统，其特征在于，所述恒定电流源(111)为铅酸电池或锂电池。

3.根据权利要求1所述的超级电容预充电系统，其特征在于，所述超级电容预充电系统包括热交换器(108)；所述热交换器(108)套于所述限流电阻(107)外。

4.根据权利要求1所述的超级电容预充电系统，其特征在于，所述超级电容预充电系统包括指示灯(109)；所述指示灯(109)与所述限流电阻(107)并联。

5.根据权利要求1所述的超级电容预充电系统，其特征在于，所述超级电容预充电系统包括二极管(110)；所述二极管(110)与所述第二接触器(106)串联；所述二极管(110)负极与所述恒定电流源(111)正极相连。