CN111391676A - 超级电容与电池并联控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超级电容与电池并联控制系统，属于电子元件领域。该系统包括超级电容器模组；所述超级电容器模组包括控制装置和超级电容器组件；所述控制装置包括备用电池、电充模块、电源模块、MCU、电压采集和电子开关；所述备用电池分别与电源模块、充电模块和超级电容器组件电连接；所述MCU分别与电压采集、电源模块、充电模块和电子开关信号连接；所述超级电容器组件分别与电压采集和电子开关信号连接。AGV车辆上的控制系统失效时，本发明自动启用备用电池向无线充电系统供电，从而有效解决因超级电容器放电，低至主电源工作范围后，无线充电控制系统失效问题，以实现整个超级电容器在AGV车辆无线充电控制系统不间断地工作。
Description
技术领域
本发明属于电子元件领域，涉及超级电容与电池并联控制系统。
背景技术
超级电容器因其本身的快速和大电流充电能力，目前在AGV车辆领域应用得到了一定范围内的推广。超级电容器模组充放电过程电压变化较大。当超级电容器模组放电至低电压长期静置而又未及时补电时，超级电容器模端电压会低于AGV车辆上的DC-DC转换器的工作范围，DC-DC转换器不工作，导致AGV车辆上的控制系统失效。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超级电容与电池并联控制系统。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
超级电容与电池并联控制系统，包括超级电容器模组；
所述超级电容器模组包括控制装置和超级电容器组件；
所述控制装置包括备用电池、电充模块、电源模块、MCU、电压采集和电子开关；
所述备用电池分别与电源模块、充电模块和超级电容器组件电连接；
所述MCU分别与电压采集、电源模块、充电模块和电子开关信号连接；
所述超级电容器组件分别与电压采集和电子开关信号连接。
可选的，所述备用电池采用4串3并的18650三元锂电池组成备用电池；当超级电容器组件的端电压，低于9V时，在MCU的控制下为AGV车辆的无线充电系统提供电源。
可选的，所述电充模块为备用电池提供能量补给的模块；
在MCU的控制指令下，判断是否满足备用电池充电条件；
备用电池充电条件：备用电池电压≤15.2V时，具备充电；备用电池电压≥15.2V不充电；充电过程中，截止电压为16.4V。
可选的，所述电源模块在MCU的控制指令下，将备用电池的电压稳压并限流至12V/1.5A输出，为AGV车辆的无线充电系统提供12V电源。
可选的，所述MCU收集来自外部触发信号，并处理信号，达到设置条件，向充电模块下发充电或停止充电指令、电源模块下发是否输出12V电源指令、电子开关下发下发闭合与断开指令。
可选的，所述电压采集实时监控超级电容器组件的端电压，将采集到的模拟电压信号转换为数字信号传输给MCU。
可选的，所述电子开关6内部使用MOS作为开关器件，在MCU的控制下对超级电容器组件的正极进行控制，实现超级电容器组件是否向AGV车辆提供能量。
可选的，所述超级电容器组件包括由32个3.2V/2200F的超级电容器单体，采用4并8串的方式组成能量储存装置。
可选的，所述超级电容器模组与控制装置8和超级电容器组件7集成一体化，对外输出12V、正极和总负极引线。
可选的，所述系统在使用或静置过程中，出现两种情况：
第一种情况：超级电容器组件端电压会低于9V，AGV车辆上的DC/DC电源转换器进入低压保护，无输出，导致无线充电系统失去供电电源，不能启动无线充电系统；引入控制装置，在此情况下，超级电容器组件端电压被控制装置的电压采集实时监测，并将此电压信号送人MCU，监测到超级电容器组件端电压低于9V，MCU向电源模块和电子开关发出使能指令；由备用电池提供能源，经电源模块使能后输出12V电源，向AGV无线充电系统供电，无线充电系统得到电源后，判断是否启动无线充电系统充电；电子开关收到使能指令后，将开关闭合为来自无线充电系统向超级电容器组件充电作准备；
第二种情况：超级电容器组件端电压会高于9V；超级电容器组件端电压送入电压采集实时监控，再将超级电容器组件的端电压信号传输给MCU进行判断，电压高于9V，MCU向电源模块发关闭指令，关闭用电池通过电源模块对外提供电源；同时MCU向电子开关发出闭合指令，通过主正和总负输出能量；
超级电容器组件端电压送入电压采集实时监控，再将超级电容器组件的端电压信号传输给MCU进行判断，高于15V时，MCU发充电指令，此时由超级电容器组件通过电子开关向充电模块提供能量向备用电池充电。
本发明的有益效果在于：AGV车辆上的控制系统失效时，本发明自动启用备用电池向无线充电系统供电，从而有效解决因超级电容器放电，低至主电源工作范围后，无线充电控制系统失效问题，以实现整个超级电容器在AGV车辆无线充电控制系统不间断地工作。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明原理简图；
图2为本发明原理详图；
图3为本发明逻辑控制图。
附图标记：1-备用电池，2-电充模块，3-电源模块，4-MCU，5-电压采集，6-电子开关，7-超级电容器组件，8-控制装置，9-超级电容器模组。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
超级电容作为AGV小车动力源，能量有限，为了保护能正常充电和延长超级电容蓄电能力，增加一组12V/10Ah三元锂电池组和设计一款控制电路一并内置到超容模组中。控制示意图，见图1所示。
放电：MCU(单片机)实时监测超级电容端电压，当在行驶或停车过程中，电压下降到15V时，关闭外围400W功率DC/DC，MCU持续10秒监测到超级电容端电压低于15V，发出控制信号S1闭合，通过一个1Ω/50W限流电阻(防止电容与电池之间电势差拉电弧)，将电池并联超级电容两端；在此状态下，MCU收到外围低电平出发信号，MCU发控制信号开启2#DC/DC，输出24V/1A，此电源仅用于无线充电系统供电用，不能用于小车动力用。
无线充电系统给超级电容充电：MCU实时监测超级电容端电压，持续上升时间大于5秒或16V时，发控制信号关闭S1和2#DC/DC，同时开启1#DC/DC给蓄电池充电。
蓄电池充电条件：超级电容充电过程中或端电压大于20V,由1#DC/DC给蓄电池充电，否则不向蓄电池充电。
(1)备用电池1：采用4串3并的18650三元锂电池组成备用电池。超级电容器组件的端电压，低于9V时，在MCU的控制下为AGV车辆的无线充电系统提供电源；
(2)电充模块2：为备用电池提供能量补给的模块。MCU的控制指令下，可自主判断是否满足备用电池充电条件；备用电池充电条件：备用电池电压≤15.2V时，具备充电；备用电池电压≥15.2V不充电；充电过程中，截止电压为16.4V。
(3)电源模块3：在MCU的控制指令下，将备用电池的电压稳压并限流至12V/1.5A输出，为AGV车辆的无线充电系统提供12V电源。
(4)MCU4：收集来自外部触发信号，并处理信号，达到设置条件，向充电模块下发充电或停止充电指令、电源模块下发是否输出12V电源指令、电子开关下发下发闭合与断开指令。
(5)电压采集5：实时监控超级电容器组件的端电压，将采集到的模拟电压信号转换为数字信号传输给MCU。
(6)电子开关6：内部使用MOS作为开关器件，在MCU的控制下对超级电容器组件的正极进行控制，实现超级电容器组件是否向AGV车辆提供能量
(7)超级电容器组件7：由32个3.2V/2200F的超级电容器单体,4并8串的方式组成能量储存装置。
(8)控制装置8：由子模块备用电池1、电充模块2、电源模块3、MCU4、电压采集5、电子开关6进行高度集成化设计为一张PCB，实现对信号的采集、功能的控制。
(9)超级电容器模组9：控制装置8和超级电容器组件7一体化设计，对外输出12V、正极和总负极引线，外观呈现为一个物件。
如图2所示，使用或静置过程中，会出现2种情况：
第一种情况：超级电容器组件7端电压会低于9V，AGV车辆上的DC/DC电源转换器进入低压保护，无输出，导致无线充电系统失去供电电源，不能启动无线充电系统。引入控制装置8，在此情况下，超级电容器组件7端电压被控制装置8的电压采集5实时监测，并将此电压信号送人MCU4，监测到超级电容器组件7端电压低于9V,MCU4向电源模块3和电子开关6发出使能指令。由备用电池1提供能源，经电源模块3使能后输出12V电源，向AGV无线充电系统供电，无线充电系统得到电源后，可判断是否启动无线充电系统充电；电子开关6收到使能指令后，将开关闭合为来自无线充电系统向超级电容器组件7充电作准备。
第二种情况：超级电容器组件7端电压会高于9V。超级电容器组件7端电压送入电压采集5实时监控，再将超级电容器组件的端电压信号传输给MCU4进行判断，电压高于9V,MCU4向电源模块3发关闭指令，关闭用电池1通过电源模块3对外提供电源；同时MCU4向电子开关6发出闭合指令，通过主正和总负输出能量。
超级电容器组件7端电压送入电压采集5实时监控，再将超级电容器组件的端电压信号传输给MCU4进行判断，高于15V时，MCU4发充电指令，此时由超级电容器组件7通过电子开关6向充电模块2提供能量向备用电池1充电；
图3为本发明逻辑控制图。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.超级电容与电池并联控制系统，其特征在于：包括超级电容器模组；
所述超级电容器模组包括控制装置和超级电容器组件；
所述控制装置包括备用电池、电充模块、电源模块、MCU、电压采集和电子开关；
所述备用电池分别与电源模块、充电模块和超级电容器组件电连接；
所述MCU分别与电压采集、电源模块、充电模块和电子开关信号连接；
所述超级电容器组件分别与电压采集和电子开关信号连接。
2.根据权利要求1所述的超级电容与电池并联控制系统，其特征在于：所述备用电池采用4串3并的18650三元锂电池组成备用电池；当超级电容器组件的端电压，低于9V时，在MCU的控制下为AGV车辆的无线充电系统提供电源。
3.根据权利要求1所述的超级电容与电池并联控制系统，其特征在于：所述电充模块为备用电池提供能量补给的模块；
在MCU的控制指令下，判断是否满足备用电池充电条件；
备用电池充电条件：备用电池电压≤15.2V时，具备充电；备用电池电压≥15.2V不充电；充电过程中，截止电压为16.4V。
4.根据权利要求1所述的超级电容与电池并联控制系统，其特征在于：所述电源模块在MCU的控制指令下，将备用电池的电压稳压并限流至12V/1.5A输出，为AGV车辆的无线充电系统提供12V电源。
5.根据权利要求1所述的超级电容与电池并联控制系统，其特征在于：所述MCU收集来自外部触发信号，并处理信号，达到设置条件，向充电模块下发充电或停止充电指令、电源模块下发是否输出12V电源指令、电子开关下发下发闭合与断开指令。
6.根据权利要求1所述的超级电容与电池并联控制系统，其特征在于：所述电压采集实时监控超级电容器组件的端电压，将采集到的模拟电压信号转换为数字信号传输给MCU。
7.根据权利要求1所述的超级电容与电池并联控制系统，其特征在于：所述电子开关6内部使用MOS作为开关器件，在MCU的控制下对超级电容器组件的正极进行控制，实现超级电容器组件是否向AGV车辆提供能量。
8.根据权利要求1所述的超级电容与电池并联控制系统，其特征在于：所述超级电容器组件包括由32个3.2V/2200F的超级电容器单体，采用4并8串的方式组成能量储存装置。
9.根据权利要求1所述的超级电容与电池并联控制系统，其特征在于：所述超级电容器模组与控制装置8和超级电容器组件7集成一体化，对外输出12V、正极和总负极引线。
10.根据权利要求1所述的超级电容与电池并联控制系统，其特征在于：所述系统在使用或静置过程中，出现两种情况：
第一种情况：超级电容器组件端电压会低于9V，AGV车辆上的DC/DC电源转换器进入低压保护，无输出，导致无线充电系统失去供电电源，不能启动无线充电系统；引入控制装置，在此情况下，超级电容器组件端电压被控制装置的电压采集实时监测，并将此电压信号送人MCU，监测到超级电容器组件端电压低于9V，MCU向电源模块和电子开关发出使能指令；由备用电池提供能源，经电源模块使能后输出12V电源，向AGV无线充电系统供电，无线充电系统得到电源后，判断是否启动无线充电系统充电；电子开关收到使能指令后，将开关闭合为来自无线充电系统向超级电容器组件充电作准备；
第二种情况：超级电容器组件端电压会高于9V；超级电容器组件端电压送入电压采集实时监控，再将超级电容器组件的端电压信号传输给MCU进行判断，电压高于9V，MCU向电源模块发关闭指令，关闭用电池通过电源模块对外提供电源；同时MCU向电子开关发出闭合指令，通过主正和总负输出能量；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200710 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |