CN114914094A - 一种高可靠性电容储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高可靠性电容储能系统，包括电容组和壳体，所述壳体内设置横板；所述横板的上下两侧设置有纵板；所述纵板与横板垂直设置；所述横板、纵板与壳体的内侧形成多个腔室，所述腔室外侧设置有散热机构；所述电容组设置在腔室内；所述壳体的左右两端的内侧均设置有能够移动的活动板，所述活动板上设置有第一通孔；所述壳体的左右两侧设置有第二通孔；所述壳体的上表面设置有盖板；所述盖板与壳体之间为活动连接；所述壳体内设置有顶起机构；所述顶起机构与盖板接触；所述壳体的底部设置有加热机构。通过设置散热机构和加热机构，能够使壳体内保持在一定的温度范围内，增加了电容工作的可靠性，延长了电容及电子元件的使用寿命。

Description

一种高可靠性电容储能系统
技术领域
本发明属电容储能设备技术领域，尤其涉及一种高可靠性电容储能系统。
背景技术
电容是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此电容器可以反复充放电数十万次。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。电容在使用时，通常采用多个电容单体串联使用。
电容储能系统易受环境温度影响，可靠性不足，在较高温度时，电容的充放电过程散发热量，此时导致电容的稳定性较差，同时，较高的温度加速了电子元件的老化，缩短了电子元件的使用寿命；在温度较低时，电容的充放电性能较差，延长了电容的充放电时间。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种高可靠性电容储能系统，通过设置散热机构和加热机构，能够使壳体内保持在一定的温度范围内，增加了电容工作的可靠性，延长了电容及电子元件的使用寿命。
本发明提供如下技术方案：
一种高可靠性电容储能系统，包括电容组和壳体，所述壳体内设置横板；所述横板的上下两侧设置有纵板；所述纵板与横板垂直设置；所述横板、纵板与壳体的内侧形成多个腔室，所述腔室外侧设置有散热机构；所述电容组设置在腔室内；所述壳体的左右两端的内侧均设置有能够移动的活动板，所述活动板上设置有第一通孔；所述壳体的左右两侧设置有第二通孔；所述壳体的上表面设置有盖板；所述盖板与壳体之间为活动连接；所述壳体内设置有顶起机构；所述顶起机构与盖板接触；所述盖板通过拉线与活动板连接；所述壳体的底部设置有加热机构。
优选的，所述腔室内设置有多组电容组；多组所述电容组之间串联连接。
优选的，所述纵板包括第一纵板和第二纵板；所述第二纵板设置在横板的下侧；所述第一纵板设置在横板的上侧；所述横板设置有用于连通腔室的第一气孔和用于贯穿壳体前后两侧面的第二气孔；所述第一气孔和第二气孔的轴线互相垂直。
优选的，所述散热机构为风扇，所述风扇设置在壳体的第二通孔处，所述风扇工作时风向有腔室内侧流向外侧。
优选的，所述加热机构为电加热丝，所述电加热丝镶嵌在壳体的内侧底部；所述电加热与电容组电连接。
优选的，所述盖板通过转轴与壳体连接；两个所述盖板的相对侧设置有磁铁；所述盖板盖合时，两个盖板之间通过磁铁之间互相吸引。
优选的，所述腔室内设置有支架，所述电容组通过支架设置在腔室内，所述电容组之间设置有空隙。
优选的，所述顶起机构包括凸轮和电机，所述凸轮设置在电机的输出轴上，所述电机为伺服电机。
优选的，所述横板的前后两侧设置有密封结构，所述密封结构包括密封板，所述密封板连接有螺纹杆，所述螺纹杆的一端设置有齿轮结构，所述齿轮结构与第三电机的输出轴连接。
优选的，所述腔室内有温度传感器，所述温度传感器、电机均与处理器电连接，所述风扇上的第二电机与处理器电连接。
优选的，该系统还包括连接在电源输出端的恒流限压充电电路；与电容组连接的输入电压均衡电路，所述输入电压均衡电路的输入端连接恒流限压充电电路的输出端。
优选的，所述恒流限压充电电路包括：双管正激变换器、驱动电路、电流检测电路、电压检测电路以及控制电路，所述双管正激变换器输入端连接电源输出端，输出端连接电容组；所述驱动电路与双管正激变换器连接，用于驱动双管正激变换器；所述电流检测电路与双管正激变换器连接，用于双管正激变换器输出电流检测；所述电压检测电路与双管正激变换器连接，用于双管正激变换器输出电压检测；所述控制电路与电流检测电路、电压检测电路以及驱动电路连接，用于根据检测电流和检测电压并通过驱动电路对双管正激变换器的输出电流和输出电压进行控制。
优选的，所述恒流限压充电电路还包括：输入端连接电源输出端，输出端连接双管正激变换器的整流电路。
优选的，该系统还包括：与恒流限压充电电路连接的过压保护电路。
优选的，所述过压保护电路包括：控制芯片U1、光耦U2、电阻R7、R8、R9、R10、电容C2、C3、可控稳压源D2以及稳压二极管D3，所述稳压二极管D3的负极连接电压输出端，稳压二极管D3的正极连接电阻R7的一端以及电阻R9的一端，所述电阻R7的另一端连接光耦U2的第一端，所述电阻R9的另一端连接光耦U2的第二端、电容C2的一端、电阻R10的一端以及可控稳压源D2的K极，所述电容C2的另一端连接电阻R8的一端以及电容C3的一端，所述电阻R10的另一端连接电容C3的另一端，所述电阻R8的另一端连接电压输出端，所述光耦U2的第三端连接控制芯片U1的输入端，光耦U2的第四端连接公共端。串联电容器单元的基础增加恒流限压充电电路、输入电压均衡电路、动态柔性输出电路以及过压保护电路，以实现对各电容器单元进行恒流恒压充电、各电容器单元两端的电压达到均衡、动态柔性均压输出以及过压保护。
优选的，所述电容储能系统的输入端连接电源输出端，电源输出端连接负载的第一切换开关K1；电容储能系统输出端连接负载的第二切换开关K2；当电源断电时，所述切换开关控制单元控制第一切换开关K1断开，控制第二切换开关K2导通，所述电容储能系统对负载进行供电；当电源来电时，所述切换开关控制单元控制第一切换开关K1导通，控制第二切换开关K2断开，所述电源对负载进行供电。
优选的，还包括：第一AC-DC转换单元、第二AC-DC转换单元、第一DC-DC转换单元，所述第一AC-DC转换单元的输入端连接第一切换开关K1的输出端，第一AC-DC转换单元的输出端连接负载；所述第二AC-DC转换单元的输入端连接电源的输出端，第二AC-DC转换单元的输出端连接电容储能系统的输入端；所述第一DC-DC转换单元的输入端连接电容储能系统的输出端，第一DC-DC转换单元的输出端连接负载。
优选的，为了使壳体内保持恒温的工作环境，每个所述腔室电容组的体积之和V1、腔室的体积V2、每个腔室对应的第一气孔的截面积之和S之间满足以下关系：
V1＝α·[(V2/S)1/2]+M；
其中，V1、V2的单位为dm3；S的单位为dm2，α为相关系数，取值范围为0.3-1.2；M为修正系数，取值范围为1-3。
优选的，一种高可靠性电容储能系统的使用方法包括以下步骤：
S1：温度检测，温度传感器检测腔室的温度数据，并将数据传输至处理器；
S2：温度判端，处理器将温度传感器检测到的数据与预先设置的阈值进行比较；
S3：若温度高于预先设置的阈值T1时，处理器控制顶起机构和密封结构，顶起机构顶起盖板，密封结构的密封板打开，形成通风口，进行自然散热；
S4：若温度高于预先设置的阈值T2时，(此处T2大于T1)，处理器控制散热机构进行通风散热；
S5：若温度低于预先设置的阈值T0时(T0小于T1)，启动电加热丝，对腔室内进行升温加热。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明一种高可靠性电容储能系统，通过设置顶起机构和密封结构，能够对腔室内进行自然通风降温，实现调节温度的目的，避免出现腔室内温度过高的现象，有效的保护了电子元件，延长了电容组的使用寿命。
(2)本发明一种高可靠性电容储能系统，通过设置加热机构，能够对腔室内进行升温处理，增加了电容组的结构的稳定性，适用于温度寒冷的场所，使用方便。
(3)本发明一种高可靠性电容储能系统，通过设置过压保护电路，避免了高压对电容组的损坏，有效的保护了电容组，延长了电容组的使用寿命。
(4)本发明一种高可靠性电容储能系统，通过限定腔室电容组的体积之和V1、腔室的体积V2、每个腔室对应的第一气孔的截面积之和S之间的关系，保证了电容组处于稳定的工作环境内，增加了电容组工作的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的内部结构示意图。
图3是本发明的盖板结构示意图。
图4是本发明的过压保护电路示意图。
图5是本发明的系统与负载连接电路图。
图中：1、壳体；2、散热机构；3、活动板；4、第二通孔；5、第一通孔；6、盖板；7、第一纵板；8、顶起机构；9、转轴；10、腔室；11、横板；12、第一气孔；13、电容组；14、第二纵板；15、电加热丝；16、充电接头；17、密封板；18、螺纹杆；19、齿轮结构；20、第三电机；21、滑槽。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1-3所示，一种高可靠性电容储能系统，包括电容组13和壳体1，所述壳体1内设置横板11；所述横板11的上下两侧设置有纵板；所述纵板与横板11垂直设置；所述横板11、纵板与壳体1的内侧形成多个腔室10，所述腔室10外侧设置有散热机构2；所述电容组13设置在腔室10内；所述壳体1的左右两端的内侧均设置有能够移动的活动板3，所述活动板3上设置有第一通孔5；所述壳体1的左右两侧设置有第二通孔4；所述壳体1的上表面设置有盖板6；所述盖板6与壳体1之间为活动连接；所述壳体1内设置有顶起机构8；所述顶起机构8与盖板6接触；所述盖板6通过拉线与活动板3连接；所述壳体1的底部设置有加热机构。在盖板6闭合时，第一通孔5与第二通孔4互相交错，当盖板6处于开启状态时，第一通孔5与第二通孔4正对，腔室10处于通风状态。所述壳体1上设置有充电接头16，所述充电接头16的输入端与电容组连接，用于连接负载。
所述腔室10内设置有多组电容组13；多组所述电容组13之间串联连接。所述纵板包括第一纵板7和第二纵板14；所述第二纵板14设置在横板11的下侧；所述第一纵板7设置在横板11的上侧；所述横板11设置有用于连通腔室10的第一气孔12和用于贯穿壳体1前后两侧面的第二气孔；所述第一气孔12和第二气孔的轴线互相垂直。所述横板11的前后两侧设置有密封结构，所述密封结构设置在第二气孔的两端，所述密封结构包括密封板17，所述密封板17连接有螺纹杆18，所述螺纹杆18的一端设置有齿轮结构19，所述齿轮结构19与第三电机20的输出轴连接。
所述散热机构2为风扇，所述风扇设置在壳体1的第二通孔4处，所述风扇工作时风向有腔室10内侧流向外侧。所述加热机构为电加热丝，所述电加热丝镶嵌在壳体1的内侧底部；所述电加热丝15与电容组13电连接，所述电加热丝15用于对腔室10内加热升温，使腔室内的温度处于一定的范围内。
所述盖板6通过转轴9与壳体1连接；两个所述盖板6的相对侧设置有磁铁；所述盖板6盖合时，两个盖板6之间通过磁铁之间互相吸引，通过设置磁铁实现固定盖板6的目的。所述腔室10内设置有支架，所述电容组13通过支架设置在腔室10内，所述电容组13之间设置有空隙。
所述顶起机构包括凸轮和电机，所述凸轮设置在电机的输出轴上，所述电机为伺服电机，所述盖板6上对应设置有滑槽21，所述凸轮与滑槽21接触，凸轮作用于滑槽21，实现盖板6的开启与闭合。
所述腔室10内有温度传感器，所述温度传感器、电机均与处理器电连接，所述风扇上的第二电机与处理器电连接。
实施例二
结合实施例一和图4-5，该系统还包括连接在电源输出端的恒流限压充电电路；与电容组连接的输入电压均衡电路，所述输入电压均衡电路的输入端连接恒流限压充电电路的输出端。
所述恒流限压充电电路包括：双管正激变换器、驱动电路、电流检测电路、电压检测电路以及控制电路，所述双管正激变换器输入端连接电源输出端，输出端连接电容组；所述驱动电路与双管正激变换器连接，用于驱动双管正激变换器；所述电流检测电路与双管正激变换器连接，用于双管正激变换器输出电流检测；所述电压检测电路与双管正激变换器连接，用于双管正激变换器输出电压检测；所述控制电路与电流检测电路、电压检测电路以及驱动电路连接，用于根据检测电流和检测电压并通过驱动电路对双管正激变换器的输出电流和输出电压进行控制。
所述恒流限压充电电路还包括：输入端连接电源输出端，输出端连接双管正激变换器的整流电路。
该系统还包括：与恒流限压充电电路连接的过压保护电路。
所述过压保护电路包括：控制芯片U1、光耦U2、电阻R7、R8、R9、R10、电容C2、C3、可控稳压源D2以及稳压二极管D3，所述稳压二极管D3的负极连接电压输出端，稳压二极管D3的正极连接电阻R7的一端以及电阻R9的一端，所述电阻R7的另一端连接光耦U2的第一端，所述电阻R9的另一端连接光耦U2的第二端、电容C2的一端、电阻R10的一端以及可控稳压源D2的K极，所述电容C2的另一端连接电阻R8的一端以及电容C3的一端，所述电阻R10的另一端连接电容C3的另一端，所述电阻R8的另一端连接电压输出端，所述光耦U2的第三端连接控制芯片U1的输入端，光耦U2的第四端连接公共端。串联电容器单元的基础增加恒流限压充电电路、输入电压均衡电路、动态柔性输出电路以及过压保护电路，以实现对各电容器单元进行恒流恒压充电、各电容器单元两端的电压达到均衡、动态柔性均压输出以及过压保护。
所述电容储能系统的输入端连接电源输出端，电源输出端连接负载的第一切换开关K1；电容储能系统输出端连接负载的第二切换开关K2；当电源断电时，所述切换开关控制单元控制第一切换开关K1断开，控制第二切换开关K2导通，所述电容储能系统对负载进行供电；当电源来电时，所述切换开关控制单元控制第一切换开关K1导通，控制第二切换开关K2断开，所述电源对负载进行供电。
还包括第一AC-DC转换单元、第二AC-DC转换单元、第一DC-DC转换单元，所述第一AC-DC转换单元的输入端连接第一切换开关K1的输出端，第一AC-DC转换单元的输出端连接负载；所述第二AC-DC转换单元的输入端连接电源的输出端，第二AC-DC转换单元的输出端连接电容储能系统的输入端；所述第一DC-DC转换单元的输入端连接电容储能系统的输出端，第一DC-DC转换单元的输出端连接负载。
实施例三：
与实施例一不同之处在于，为了使壳体内保持恒温的工作环境，每个所述腔室电容组的体积之和V1、腔室的体积V2、每个腔室对应的第一气孔的截面积之和S之间满足以下关系：
V1＝α·[V2/S1/2]+M；
其中，V1、V2的单位为dm3；S的单位为dm2，α为相关系数，取值范围为0.3-1.2；M为修正系数，取值范围为1-3。当α大于1.2时，V1过大，造成结构不合理，腔室利用率较低，在加热升温时，耗费电能较多，不利于节能环保的生产宗旨；当α小于0.3时，电容组之间结构紧凑，散热效果较差，单位时间温度升高较快，容易损坏电子元件。
实施例四：
为了提高装置的稳定性，本发明还公开了一种高可靠性电容储能系统还使用方法，步骤如下：
一种高可靠性电容储能系统的使用方法包括以下步骤：
S1：温度检测，温度传感器检测腔室的温度数据，并将数据传输至处理器；
S2：温度判端，处理器将温度传感器检测到的数据与预先设置的阈值进行比较；
S3：若温度高于预先设置的阈值T1时，处理器控制顶起机构和密封结构，顶起机构顶起盖板，密封结构的密封板打开，形成通风口，进行自然散热；
S4：若温度高于预先设置的阈值T2时，此处T2大于T1，处理器控制散热机构进行通风散热；
S5：若温度低于预先设置的阈值T0时T0小于T1，启动电加热丝，对腔室内进行升温加热。
通过上述技术方案得到的装置是一种高可靠性电容储能系统，通过设置散热机构和加热机构，能够使壳体内保持在一定的温度范围内，增加了电容工作的可靠性，延长了电容及电子元件的使用寿命。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高可靠性电容储能系统，包括电容组(13)；其特征在于，还包括壳体(1)，所述壳体(1)内设置横板(11)；所述横板(11)的上下两侧设置有纵板；所述纵板与横板(11)垂直设置；所述横板(11)、纵板与壳体(1)的内侧形成多个腔室(10)，所述腔室(10)外侧设置有散热机构(2)；所述电容组(13)设置在腔室(10)内；所述壳体(1)的左右两端的内侧均设置有能够移动的活动板(3)，所述活动板(3)上设置有第一通孔(5)；所述壳体(1)的左右两侧设置有第二通孔(4)；所述壳体(1)的上表面设置有盖板(6)；所述盖板(6)与壳体(1)之间为活动连接；所述壳体(1)内设置有顶起机构(8)；所述顶起机构(8)与盖板(6)接触；所述盖板(6)通过拉线与活动板(3)连接；所述壳体(1)的底部设置有加热机构。
2.根据权利要求1所述一种高可靠性电容储能系统，其特征在于，所述腔室(10)内设置有多组电容组(13)；多组所述电容组(13)之间串联连接。
3.根据权利要求1或2所述一种高可靠性电容储能系统，其特征在于，所述纵板包括第一纵板(7)和第二纵板(14)；所述第二纵板(14)设置在横板(11)的下侧；所述第一纵板(7)设置在横板(11)的上侧；所述横板(11)设置有用于连通腔室(10)的第一气孔(12)和用于贯穿壳体(1)前后两侧面的第二气孔；所述第一气孔(12)和第二气孔的轴线互相垂直。
4.根据权利要求1或3所述一种高可靠性电容储能系统，其特征在于，所述散热机构(2)为风扇，所述风扇设置在壳体(1)的第二通孔(4)处，所述风扇工作时风向有腔室(10)内侧流向外侧。
5.根据权利要求1-4所述一种高可靠性电容储能系统，其特征在于，所述加热机构为电加热丝(15)，所述电加热丝镶嵌在壳体(1)的内侧底部；所述电加热丝(15)与电容组(13)电连接。
6.根据权利要求1-5所述一种高可靠性电容储能系统，其特征在于，所述盖板(6)通过转轴(9)与壳体(1)连接；两个所述盖板(6)的相对侧设置有磁铁；所述盖板(6)盖合时，两个盖板(6)之间通过磁铁之间互相吸引。
7.根据权利要求1-5所述一种高可靠性电容储能系统，其特征在于，所述腔室(10)内设置有支架，所述电容组(13)通过支架设置在腔室(10)内，所述电容组(13)之间设置有空隙。
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