CN109450042A - 超级电容充放电控制电路及其充放电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超级电容充放电控制电路，包括电池、功率检测模块、处理器、限流电阻、第一继电器模块、第二继电器模块、超级电容、电压检测模块、稳压模块和负载；功率检测模块分别与电池、处理器、限流电阻和负载连接，处理器分别与第一继电器模块和第二继电器模块连接，稳压模块分别与第二继电器模块和负载连接，电压检测模块分别与第二继电器模块和超级电容的放电口连接，第一继电器模块分别与限流电阻和超级电容的充电口连接。本发明利用超级电容解决解决电池输出功率过大的问题。

Description

超级电容充放电控制电路及其充放电方法

技术领域

本发明属于超级电容领域，具体涉及一种超级电容充放电控制电路及其充放电方法。

背景技术

在日常生活中，电动汽车、电动自行车等都需要移动电源，所以移动电源的在我们生活中的应用范围越来越广，作为移动电源使用的大多是锂电池、铅酸电池等化学电池，这些化学电池造价高昂，且不能大电流放电，安全性较差，在某些需要特定的需要瞬时大电流的场合，蓄电池不能很好地满足要求。

超级电容器是一种新型储能装置，它具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长、温度特性好等特点。凭借这些优势，超级电容器被广泛的应用到各个领域中，尤其是在电动汽车领域，超级电容器被普遍认为是电动汽车电能存储装置的最佳选择。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超级电容充放电控制电路及其充放电方法，利用超级电容解决解决电池输出功率过大的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种超级电容充放电控制电路，包括电池、功率检测模块、处理器、限流电阻、第一继电器模块、第二继电器模块、超级电容、电压检测模块、稳压模块和负载；功率检测模块分别与电池、处理器、限流电阻和负载连接，处理器分别与第一继电器模块和第二继电器模块连接，稳压模块分别与第二继电器模块和负载连接，电压检测模块分别与第二继电器模块和超级电容的放电口连接，第一继电器模块分别与限流电阻和超级电容的充电口连接。

电池，用于给负载供电以及给超级电容充电。

功率检测模块，用于检测电池给负载供电以及超级电容充电时所提供的总功率，并将所测得的功率信息发送给处理器。

处理器，用于处理功率检测模块反馈的功率数据，根据功率数据，控制继电器模块的通断，从而将电池的功率控制在限定值以下。

限流电阻，用于限制电池给超级电容充电的电流大小，防止电池给超级电容充电时的输出电流过大。

第一继电器模块，用于控制电池给超级电容充电的充电回路的通断。

第二继电器模块，用于控制超级电容给负载供电的放电回路的通断。

稳压模块，用于将超级电容的输出电压稳定在某个特定值，从而给负载提供稳定电压。

电压检测模块，用于检测超级电容的实时电压，且电压检测模块会根据设定条件自动控制超级电容放电口的通断，当超级电容电压高于设定值时，放电口电路导通，可以给外部供电，当超级电容电压低于设定值时，放电电路断开，无法给外部供电。

负载采用四个直流无刷减速电机。

一种基于超级电容充放电控制电路的充放电方法，方法如下：

电池流经功率检测模块给负载和超级电容供电，功率检测模块会实时检测电池总输出功率，并将检测到的功率值反馈给处理器；处理器对读取到的输出总功率进行处理，并根据输出总功率控制第一继电器模块和第二继电器模块的通断：

当输出总功率小于设定的上限值时，第一继电器模块闭合，电池给超级电容充电，直至充满为止，同时第二继电器模块断开，超级电容不给负载供电；

当输出总功率大于设定的上限值时，第一继电器模块断开，电池不给超级电容充电，同时第二继电器模块闭合，超级电容给负载供电；

电压检测模块实时检测超级电容的电压，根据设定条件自动控制超级电容放电口的通断，当超级电容电压高于设定值时，放电口电路导通，可以给外部供电，当超级电容电压低于设定值时，放电电路断开，无法给外部供电；由于负载需要一个稳定的电压输入，在超级电容不断放电的过程中，电压会不断降低，稳压模块将超级电容的电压以稳定值输出给负载。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）超级电容充电时间短，使用寿命长，大电流放电能力强。

（2）采用MOS管控制板代替普通物理继电器开关，可以实现电路高频快速频繁通断，无限次通断都不会产生物理结构损耗，可靠性更高，且通断过程没有电火花，更加安全。

（3）采用升压模块将超级电容的输出电压稳定在与电池相同的电压下，能够使电机一直在额定电压下运转，不会因为供电方式不同而变化，电机运行更加稳定。

（4）采用电压检测模块能够实现对超级电容剩余电量的实时监测，防止超级电容放电或者充电过度,更加安全可靠。

附图说明

图1为本发明超级电容充放电控制电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明所述的一种超级电容充放电控制电路，利用超级电容解决电池超功率问题，包括电池、功率检测模块、处理器、限流电阻、第一继电器模块、第二继电器模块、超级电容、电压检测模块、稳压模块和负载。

电池，用于给负载供电以及给超级电容充电。

功率检测模块，用于检测电池给负载供电以及超级电容充电时所提供的总功率，并将所测得的功率信息发送给处理器。

处理器，用于处理功率检测模块反馈的功率数据，根据功率数据，控制继电器模块的通断，从而将电池的功率控制在限定值以下。

限流电阻，用于限制电池给超级电容充电的电流大小，防止电池给超级电容充电时的输出电流过大。

第一继电器模块，用于控制电池给超级电容充电的充电回路的通断。

第二继电器模块，用于控制超级电容给负载供电的放电回路的通断。

稳压模块，用于将超级电容的输出电压稳定在某个特定值，从而给负载提供稳定电压。

电压检测模块，用于检测超级电容的实时电压，且电压检测模块会根据设定条件自动控制超级电容放电口的通断，当超级电容电压高于设定值时，放电口电路导通，可以给外部供电，当超级电容电压低于设定值时，放电电路断开，无法给外部供电。

负载，采用四个直流无刷减速电机。

超级电容，用于存储电量，当负载所需要的功率较小时，可将多余的电量存储在超级电容中，当负载所需要的功率很大，电池无法直接提供这么大功率时，由超级电容给负载供电，避免超功率。

功率检测模块分别与电池、处理器、限流电阻和负载连接，处理器分别与第一继电器模块和第二继电器模块连接，稳压模块分别与第二继电器模块和负载连接，电压检测模块分别与第二继电器模块和超级电容的放电口连接，第一继电器模块分别与限流电阻和超级电容的充电口连接。

一种超级电容充放电控制电路的充放电方法，方法如下：

电池流经功率检测模块给负载和超级电容供电，功率检测模块会实时检测电池总输出功率，并将检测到的功率值反馈给处理器。处理器对读取到的输出总功率进行处理，并根据输出总功率控制第一继电器模块和第二继电器模块的通断：

当输出总功率小于设定的上限值时，第一继电器模块闭合，电池给超级电容充电，直至充满为止，同时第二继电器模块断开，超级电容不给负载供电。

当输出总功率大于设定的上限值时，第一继电器模块断开，电池不给超级电容充电，同时第二继电器模块闭合，超级电容给负载供电。

电压检测模块实时检测超级电容的电压，根据设定条件自动控制超级电容放电口的通断，当超级电容电压高于设定值时，放电口电路导通，可以给外部供电，当超级电容电压低于设定值时，放电电路断开，无法给外部供电。由于负载需要一个稳定的电压输入，在超级电容不断放电的过程中，电压会不断降低，稳压模块可以将超级电容的电压以稳定值输出给负载。

实施例1

如图1所示，在Robomaster机器人比赛中，比赛规则规定电池流经功率检测模块的功率不得高于80W，所用的电池为大疆公司生产的TB47电池，可以稳定输出24V电压，负载为大疆公司生产的4个直流无刷减速电机，将它们并联，额定输入电压为24V，处理器为大疆公司生产的STM32单片机。功率检测模块为大疆公司生产的裁判系统，能够实时监测电池的输出功率，一旦监测到电池的输出功率高于80W，会对参赛机器人做出一定的判罚，限流电阻为昆山凯火电子科技有限公司生产的RX24大功率黄金铝壳电阻、第一继电器模块和第二继电器模块为Telesky旗舰店购买的额定电压24V的MOS管控制板、超级电容为CSDWELL牌的电压为24V容量为11F的电容模组，由9支2.7V100F的电容串联而成、电压检测模块、稳压模块为深圳优信电子科技有限公司购买的100W大功率可调升压模块。

在机器人电路中，电池直接与四个电机负载相连，同时通过一个限流电阻与超级电容充电口相连，功率检测模块、第一继电器模块和第二继电器模块都与STM32单片机相连。单片机实时读取功率检测模块反馈回的电池输出功率，并根据写在单片机中的程序对第一继电器模块和第二继电器模块进行控制。当机器人处于停止或者低速运动状态时所需功率较低，当检测到的电池功率低于80W时，第一继电器模块闭合，电池给超级电容充电，同时第二继电器模块断开，超级电容不给负载供电。当机器人处于突然起步或者快速上坡状态时所需功率较高，当检测到的电池功率高于80W时，第一继电器模块断开，此时电池不给超级电容充电，同时第二继电器模块闭合，由超级电容给负载供电，此时负载所需的功率大部分由超级电容提供，电池给负载提供的功率较小，因此电池的输出电流小，功率检测模块检测到的功率也很小。在超级电容不断给负载供电的过程中，超级电容的电压不断降低，无法达到负载所需的额定电压，因此接入一个稳压模块，可以将放电口的输出电压稳定到24V，从而给负载提供一个稳定的24V输入。电压检测模块会实时检测超级电容的电压，当检测到超级电容的电压低于设定值10V，代表超级电容电量快用完了，会自动断开超级电容放电回路，此时即使第二继电器模块闭合，超级电容也无法再给负载供电，当检测到超级电容电压高于设定值10V，代表超级电容有电，此时放电回路导通，此时若将第二继电器模块闭合，超级电容会通过稳压模块给负载供电。

Claims (3)

1.一种超级电容充放电控制电路，其特征在于：包括电池、功率检测模块、处理器、限流电阻、第一继电器模块、第二继电器模块、超级电容、电压检测模块、稳压模块和负载；功率检测模块分别与电池、处理器、限流电阻和负载连接，处理器分别与第一继电器模块和第二继电器模块连接，稳压模块分别与第二继电器模块和负载连接，电压检测模块分别与第二继电器模块和超级电容的放电口连接，第一继电器模块分别与限流电阻和超级电容的充电口连接；

电池，用于给负载供电以及给超级电容充电；

功率检测模块，用于检测电池给负载供电以及超级电容充电时所提供的总功率，并将所测得的功率信息发送给处理器；

处理器，用于处理功率检测模块反馈的功率数据，根据功率数据，控制继电器模块的通断，从而将电池的功率控制在限定值以下；

限流电阻，用于限制电池给超级电容充电的电流大小，防止电池给超级电容充电时的输出电流过大；

第一继电器模块，用于控制电池给超级电容充电的充电回路的通断；

第二继电器模块，用于控制超级电容给负载供电的放电回路的通断；

稳压模块，用于将超级电容的输出电压稳定在某个特定值，从而给负载提供稳定电压；

电压检测模块，用于检测超级电容的实时电压，且电压检测模块会根据设定条件自动控制超级电容放电口的通断，当超级电容电压高于设定值时，放电口电路导通，可以给外部供电，当超级电容电压低于设定值时，放电电路断开，无法给外部供电。

2.根据权利要求1所述的超级电容充放电控制电路，其特征在于：负载采用四个直流无刷减速电机。

3.一种基于权利要求1所述的超级电容充放电控制电路的充放电方法，其特征在于，方法如下：

电池流经功率检测模块给负载和超级电容供电，功率检测模块会实时检测电池总输出功率，并将检测到的功率值反馈给处理器；处理器对读取到的输出总功率进行处理，并根据输出总功率控制第一继电器模块和第二继电器模块的通断：

当输出总功率小于设定的上限值时，第一继电器模块闭合，电池给超级电容充电，直至充满为止，同时第二继电器模块断开，超级电容不给负载供电；

当输出总功率大于设定的上限值时，第一继电器模块断开，电池不给超级电容充电，同时第二继电器模块闭合，超级电容给负载供电；

电压检测模块实时检测超级电容的电压，根据设定条件自动控制超级电容放电口的通断，当超级电容电压高于设定值时，放电口电路导通，可以给外部供电，当超级电容电压低于设定值时，放电电路断开，无法给外部供电；由于负载需要一个稳定的电压输入，在超级电容不断放电的过程中，电压会不断降低，稳压模块将超级电容的电压以稳定值输出给负载。