CN105529797A - 超级电容和电池复合的供电系统及其供电方法 - Google Patents

超级电容和电池复合的供电系统及其供电方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了超级电容和电池复合的供电系统，包括：AC/DC转换器，接入市电，将交流电转为直流电，并给超级电容充电；超级电容，连接双向DC/DC变换器和用电设备，给用电设备供电、通过双向DC/DC变换器给电池组充电和通过双向DC/DC变换器获得电池组放出的电；双向DC/DC变换器，连接AC/DC转换器和电池组，用于实现电池组和超级电容之间的电量转移；电池组，通过双向DC/DC变换器给超级电容充电和通过双向DC/DC变换器获得超级电容模块放出的电；供电时间长，使用寿命长，可循环使用50~100万次，充电快，可稳定应对启动、爬坡等大功率输出状态，电池组为备用电源，很少使用，规避的危险。超级电容采用环保材料，不会污染环境，安全。

Description

超级电容和电池复合的供电系统及其供电方法
技术领域
本发明涉及超级电容和电池复合的供电领域，尤其涉及超级电容和电池复合的供电系统及其供电方法。
背景技术
现有的移动供电系统主要采用单一铅酸电池直接充放电、单一锂电池直接充放电、或单一聚合物电池直接充放电，这三种供电方案都存在缺陷：铅酸电池方案持续供电时间长，但是存在充电时间长，寿命周期短，不能在线充电，爬坡启动等需要大功率输出的时候会出现动力不足，功率不能得到补充，笨重，有严重的污染等缺陷。锂电池方案，虽解决了一部分功率补偿问题，小幅提升了使用寿命，但是存在充电慢，长期不间断使用会存在发热，连续使用，大功率充放电都会导致热量堆积，起火甚至爆炸的危险。聚合物电池和锂电池一样，存在起火的危险。
发明内容
本发明的目的是提供超级电容和电池复合的供电系统及其供电方法，供电时间长，使用寿命长，充电快，可稳定应对启动、爬坡等大功率输出状态，环保，节能，安全。
本发明的技术方案是超级电容和电池复合的供电系统，包括：
AC/DC转换器，连接超级电容，接入市电，将交流电转为直流电，并给超级电容充电；
超级电容，连接双向DC/DC变换器和用电设备，给用电设备供电、通过双向DC/DC变换器给电池组充电和通过双向DC/DC变换器获得电池组放出的电；
双向DC/DC变换器，连接AC/DC转换器和电池组，用于实现电池组和超级电容之间的电量转移；
电池组，通过双向DC/DC变换器给超级电容充电和通过双向DC/DC变换器获得超级电容模块放出的电；
辅助电源，连接所述AC/DC转换器和CPU，给CPU供电；
用电设备，和所述超级电容并联，获得超级电容的供电；以及
CPU，同时连接辅助电源、电池组和超级电容，分别监测并控制辅助电源、电池组和超级电容的工作状态。
所述AC/DC转换器通过插头接入220V或380V的交流电。
用电设备包括电机、监控、控制器、显示器以及远程控制模块。
本发明供电时间长，使用寿命长，可循环使用50~100万次。
进一步地，所述CPU连接CAN。CPU通过CAN线将采集的信息发送到控制器。
进一步地，所述双向DC/DC变换器采用三绕组变压器，第2抽头连接AC/DC转换器，第2抽头连接电池组，第5抽头连接用电设备。
进一步地，CPU通过第一控制器连接AC/DC转换器。所述第一控制器采用P沟道MOS晶体管，源极连接三绕组变压器的第1抽头，漏极连接AC/DC转换器，栅极连接CPU。
进一步地，CPU通过第二控制器连接电池组。所述第二控制器采用P沟道MOS晶体管，源极连接三绕组变压器的第4抽头，漏极连接电池组，栅极连接CPU。
进一步地，CPU通过第三控制器连接超级电容。所述第三控制器采用P沟道MOS晶体管，源极连接超级电容，漏极连接三绕组变压器的第6抽头，栅极连接CPU。
进一步地，CPU通过控制单元连接用电设备。
本发明的另一个技术方案是超级电容和电池复合的供电系统的供电方法，包括如下步骤：
S1、AC/DC转换器连接市电后，给超级电容充电，该超级电容给电池组充电；
S2、超级电容给用电设备供电，所述电池组给超级电容供电；以及
S3、供电系统待机。
进一步地，步骤S1包括如下步骤：
S101、AC/DC转换器给超级电容充直流电；
S102、CPU持续检测超级电容的电压，当超级电容的电压没有达到30V时，超级电容拒绝对外供电；当超级电容的电压达到或超过30V时，CPU控制超级电容开始给电池组供电；以及
S103、CPU持续检测电池组的电量，电池组充电不足100%时，CPU控制超级电容继续给电池组充电；电池组充电至100%时，AC/DC转换器给超级电容浮充。
进一步地，步骤S2包括如下步骤：
S201、超级电容给用电设备供电；
S202、CPU持续检测超级电容的电压，当超级电容的电压低于18V时，CPU控制电池组通过双向DC/DC变换器给超级电容充电；当超级电容的电压等于或高于18V时，CPU控制超级电容继续给用电设备供电；以及
S203、CPU持续检测电池组的电量，当电池组放出的电量达到60%时，CPU给出电量不足的预警，将AC/DC转换器在15min之内接入市电；当电池组放出的电量少于60%时，CPU控制电池组给超级电容继续供电。
进一步地，AC/DC转换器给超级电容充电时，AC/DC转换器的输出功率为3.6KW。
有益效果：供电时间长，充满一次电可用30~40分钟，使用寿命长，可循环使用50~100万次，充电快,只需50~60秒即可充满，可稳定应对启动、爬坡等大功率输出状态，电池组为备用电源，很少使用，规避的危险。超级电容采用环保材料，不会污染环境，安全。
附图说明
图1是超级电容和电池复合供电系统的电路框图；
图2是超级电容和电池复合供电系统的电路图；
图3是超级电容和电池复合供电系统的工作流程图。
图中标记：1-AC/DC转换器；2-电池组；3-超级电容；4-电机；5-双向DC/DC变换器；6-辅助电源；7-CPU；8-CAN；9-第一控制器；10-第二控制器；11-第三控制器；12-控制单元。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：
结合图1和图2，超级电容和电池复合的供电系统，包括：
AC/DC转换器1，一端连接超级电容3，另一端通过插头接入市电，将交流电转为直流电，并给超级电容3充电；
超级电容3，连接双向DC/DC变换器5和用电设备，给用电设备供电、通过双向DC/DC变换器5给电池组2充电和通过双向DC/DC变换器5获得电池组2放出的电；
双向DC/DC变换器5，连接AC/DC转换器1和电池组2，用于实现电池组2和超级电容3之间的电量转移；
电池组2，通过双向DC/DC变换器5给超级电容3充电和通过双向DC/DC变换器5获得超级电容3模块放出的电；
辅助电源6，连接所述AC/DC转换器1和CPU7，给CPU7供电；
用电设备，和所述超级电容3并联，获得超级电容3的供电；以及
CPU7，同时连接辅助电源6、电池组2和超级电容3，分别监测并控制辅助电源6、电池组2和超级电容3的工作状态。
所述AC/DC转换器1通过插头接入22V或380V的交流电。
用电设备包括电机4、监控、控制器、显示器以及远程控制模块。
本发明供电时间长，使用寿命长，可循环使用50~100万次。
所述CPU7连接CAN8。CPU7通过CAN8线将采集的信息发送到控制器。
所述双向DC/DC变换器5采用三绕组变压器，第2抽头连接AC/DC转换器1，第3抽头连接电池组2，第5抽头连接用电设备4。
结合图2，CPU7通过第一控制器9连接AC/DC转换器1。所述第一控制器9采用P沟道MOS晶体管，源极连接三绕组变压器的第1抽头，漏极连接AC/DC转换器1，栅极连接CPU7。
结合图2，CPU7通过第二控制器10连接电池组2。所述第二控制器10采用P沟道MOS晶体管，源极连接三绕组变压器的第4抽头，漏极连接电池组2，栅极连接CPU7。
结合图2，CPU7通过第三控制器11连接超级电容3。所述第三控制器11采用P沟道MOS晶体管，源极连接超级电容3，漏极连接三绕组变压器的第6抽头，栅极连接CPU7。
结合图2，CPU7通过控制单元12连接用电设备。
超级电容和电池复合的供电系统，工作原理如下：
在充电环节，由AC220V/AC380V市电供电，经过AC/DC转换器1先在3.6KW的功率下给超级电容3从0V开始充电，实现快速充电处理，预计充电时间为50-60S；
50S之后，CPU7开始实现电路转换，双向DC/DC变换器5实现超级电容3到电池组2方向充电环节，由超级电容3给电池组2做充电补充，AC/DC转换器1继续工作；
当电池充电至28.6V之后，CPU7切换关闭双向DC/DC变换器5，若供电系统需要工作，断开AC/DC转换器1，若不需要工作，持续AC/DC转换器1浮充，浮充功率<24W。
在放电环节处理，放电开始，CPU7控制超级电容3给电池组2放电，超级电容3从30V开始放电，持续放电15-20min；
当超级电容3放电至电压低至18V时，CPU7实现电路转换，双向DC/DC变换器5实现电池组2到超级电容3方向充电环节，由电池组2给超级电容3做充电补充，超级电容3给用电设备的放电继续工作；
CPU7监测电池组2放电至60%的时候，提出馈电警告，提示电池组2的电量状态，需要在15min之内进入充电模式。
结合图1至3，超级电容3和电池复合的供电系统的供电方法，包括如下步骤：
S1、AC/DC转换器1给超级电容3充直流电；
S2、CPU7持续检测超级电容3的电压，当超级电容3的电压没有达到30V时，超级电容3拒绝对外供电；当超级电容3的电压达到或超过30V时，CPU7控制超级电容3开始给电池组2供电；
S3、CPU7持续检测电池组2的电量，电池组2充电不足100%时，CPU7控制超级电容3继续给电池组2充电；电池组2充电至100%时，如果供电系统要工作，断开AC/DC转换器1，停止充电，如果供电系统不工作，那么AC/DC转换器1给超级电容3浮充，当接到CPU7指令需要开始放电的时候，进入放电环节；
S4、CPU7持续检测超级电容3的电压，当超级电容3的电压低于18V时，CPU7控制AC/DC转换器1给超级电容3充电，同时，电池组2通过双向DC/DC变换器5给超级电容3充电；当超级电容3的电压等于或高于18V时，CPU7控制超级电容3继续给用电设备供电；以及
S5、CPU7持续检测电池组2的电量，当电池组2放出的电量达到60%时，CPU7给出电量不足的预警，将AC/DC转换器1在15min之内接入市电；当电池组2放出的电量少于60%时，CPU7控制电池组2给超级电容3继续供电。
本发明中，供电时间长，充满一次电可用30~40分钟，使用寿命长，可循环使用50~100万次，充电快,只需50~60秒即可充满，可稳定应对启动、爬坡等大功率输出状态，电池组2为备用电源，很少使用，规避了电池本身存在的发热、爆炸等危险。超级电容3采用环保材料，不会污染环境，安全。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.超级电容和电池复合的供电系统，其特征在于，包括：
AC/DC转换器，连接超级电容，接入市电，将交流电转为直流电，并给超级电容充电；
超级电容，连接双向DC/DC变换器和用电设备，给用电设备供电、通过双向DC/DC变换器给电池组充电和通过双向DC/DC变换器获得电池组放出的电；
双向DC/DC变换器，连接AC/DC转换器和电池组，用于实现电池组和超级电容之间的电量转移；
电池组，通过双向DC/DC变换器给超级电容充电和通过双向DC/DC变换器获得超级电容模块放出的电；
辅助电源，连接所述AC/DC转换器和CPU，给CPU供电；
用电设备，和所述超级电容并联，获得超级电容的供电；以及
CPU，同时连接辅助电源、电池组和超级电容，分别监测并控制辅助电源、电池组和超级电容的工作状态。
2.根据权利要求1所述的超级电容和电池复合的供电系统，其特征在于：所述CPU连接CAN。
3.根据权利要求2所述的超级电容和电池复合的供电系统，其特征在于：CPU通过第一控制器连接双向AC/DC转换器。
4.根据权利要求3所述的超级电容和电池复合的供电系统，其特征在于：CPU通过第二控制器连接电池组。
5.根据权利要求4所述的超级电容和电池复合的供电系统，其特征在于：CPU通过第三控制器连接超级电容。
6.根据权利要求5所述的超级电容和电池复合的供电系统，其特征在于：CPU通过控制单元连接用电设备。
7.根据权利要求1至5任意一项所述超级电容和电池复合的供电系统的供电方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、AC/DC转换器连接市电后，给超级电容充电，该超级电容给电池组充电；
S2、超级电容给用电设备供电，所述电池组给超级电容供电；以及
S3、供电系统待机。
8.根据权利要求7所述的超级电容和电池复合的供电系统的供电方法，其特征在于，步骤S1包括如下步骤：
S101、AC/DC转换器给超级电容充直流电；
S102、CPU持续检测超级电容的电压，当超级电容的电压没有达到30V时，超级电容拒绝对外供电；当超级电容的电压达到或超过30V时，CPU控制超级电容开始给电池组供电；以及
S103、CPU持续检测电池组的电量，电池组充电不足100%时，CPU控制超级电容继续给电池组充电；电池组充电至100%时，AC/DC转换器给超级电容浮充。
9.根据权利要求8所述的超级电容和电池复合的供电系统的供电方法，其特征在于，步骤S2包括如下步骤：
S201、超级电容给用电设备供电；
S202、CPU持续检测超级电容的电压，当超级电容的电压低于18V时，CPU控制电池组通过双向DC/DC变换器给超级电容充电；当超级电容的电压等于或高于18V时，CPU控制超级电容继续给用电设备供电；以及
S203、CPU持续检测电池组的电量，当电池组放出的电量达到60%时，CPU给出电量不足的预警，将AC/DC转换器在15min之内接入市电；当电池组放出的电量少于60%时，CPU控制电池组给超级电容继续供电。
10.根据权利要求9所述的超级电容和电池复合的供电系统的供电方法，其特征在于：AC/DC转换器给超级电容充电时，AC/DC转换器的输出功率为3.6KW。
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