CN116317033A - 一种模块化的法拉电容电能存储与释放控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模块化的法拉电容电能存储与释放控制装置，包括：输出采样与控制单元、输出载流单元和法拉电容组储能单元；所述输出采样与控制单元与所述输出载流单元可拆卸的叠放设置，且所述输出采样与控制单元与所述输出载流单元相互电连接；所述法拉电容组储能单元采用导线与所述输出载流单元相互电连接。本发明充分设计了法拉电容组及其保护电路、电容功率输出载流模块、电容输出采样与控制模块，能够保证电源全程以基本平稳的功率进行输出，在负载较低功率运行时，将冗余功率经由保护电路存入法拉电容组；在负载有高功率需求时，利用采样与控制模块，控制法拉电容组与电源共同输出功率。

Description

一种模块化的法拉电容电能存储与释放控制装置
技术领域
本发明涉及电化学储能技术领域，尤其涉及一种模块化的法拉电容电能存储与释放控制装置。
背景技术
近年来，随着智能化需求的不断上升，人们不断加快电能驱动的小型机器人的技术进步。小型电动机器人上的移动电源是至关重要的一个环节。当前对电动机器人的电源设计，主要是考虑其极限功率大小，附加冗余功率，作为电源的最大功率。此类方案电源的输出不够平稳，负载功率需求变化立即引起电源功率输出变化，对于机械狗、作战无人车等系统，瞬时、短期的高功率需求，可能导致电源研发的成本剧增，甚至在实际工作过程中引起电源的损坏。
目前，现有的电源功率调度控制方法中，直接设计高功率电源比较可靠，但是导致研发成本剧增；在特殊工况利用外接电源补偿会对机器本身产生运动束缚。因此，可以利用法拉电容存储冗余功率并稳定输出的功率调度与控制模块具有显著的优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模块化的法拉电容电能存储与释放控制装置。
为实现上述发明目的，本发明提供一种模块化的法拉电容电能存储与释放控制装置，包括：输出采样与控制单元、输出载流单元和法拉电容组储能单元；
所述输出采样与控制单元与所述输出载流单元采用紧固件可拆卸的叠放设置，且所述输出采样与控制单元与所述输出载流单元采用接线端子实现相互电连接；
所述法拉电容组储能单元采用导线与所述输出载流单元相互电连接；
所述输出采样与控制单元包括：第一基板，设置在所述第一基板上的负载电流采样模块、法拉电容电流采样模块、电源电流采样模块、CAN通信驱动模块、工作状态指示模块、二极管控制模块、主控及其外围电路模块、接口模块、电压采样调理模块、5V稳压输出模块、3.3V稳压输出模块、12V稳压输出模块、防反冲模块、电源滤波模块、输出载流单元电源接口和输出载流单元板通信接口；
所述负载电流采样模块、所述法拉电容电流采样模块、所述电源电流采样模块、所述CAN通信驱动模块、所述工作状态指示模块、所述接口模块、所述电压采样调理模块和输出载流单元板通信接口分别与所述主控及其外围电路模块相连接；
所述二极管控制模块分别与所述电源电流采样模块和所述防反冲模块相连接；
所述电压采样调理模块分别与所述法拉电容电流采样模块和所述电源电流采样模块相连接；
所述防反冲模块分别与所述5V稳压输出模块和所述12V稳压输出模块相连接；
所述5V稳压输出模块与所述3.3V稳压输出模块相连接。
根据本发明的一个方面，所述负载电流采样模块包括：负载电流采样电路和负载电流采样接口电路；
所述负载电流采样电路和所述负载电流采样接口电路相连接；
所述负载电流采样电路包括：电流灵敏放大器ADC_CHA、电阻R1、电感L3、电容C7和电容C8；
所述电阻R1相对的两端分别与所述电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚OUT和所述电容C8相连接，所述电容C8的另一端与模拟地AGND相连接；
所述电容C7的一端与所述电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与所述模拟地AGND相连接；
所述电感L3一端与所述电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与短路点A3V3相连接；
所述电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚REF1和引脚GND分别与所述模拟地AGND相连接，其引脚IN+与短路点C_OUT+相连接，其引脚IN-与短路点C_OUT-相连接；
所述负载电流采样接口电路包括：连接器CHASIS、电阻R4；
所述连接器CHASIS的负极与电源地GND相连接，其正极与所述电阻R4相连接；
所述电阻R4与所述连接器CHASIS相连接的一端与所述短路点C_OUT-相连接，其另一端分别与所述短路点C_OUT+和连接孔HOLE1相连接；
所述法拉电容电流采样模块包括：电容电流采样电路和电容电流采样接口电路；
所述电容电流采样电路和所述电容电流采样接口电路相连接；
所述电容电流采样电路包括：电流灵敏放大器ADC_CAP、电阻R2、电感L4、电容C9和电容C10；
所述电阻R2相对的两端分别与所述电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚OUT和所述电容C10相连接，所述电容C10的另一端与所述模拟地AGND相连接；
所述电容C9的一端与所述电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与所述模拟地AGND相连接；
所述电感L4一端与所述电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与所述短路点A3V3相连接；
所述电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚REF1和引脚GND分别与所述模拟地AGND相连接，其引脚IN+与短路点C_CAP+相连接，其引脚IN-与短路点C_CAP-相连接；
所述电容电流采样接口电路包括：连接器CAPACITOR、电阻R5；
所述连接器CAPACITOR的负极分别与所述电源地GND和短路点V_CAP-相连接，其正极与所述电阻R5相连接；
所述电阻R5与所述连接器CAPACITOR相连接的一端分别与所述短路点C_CAP+和短路点V_CAP+相连接，其另一端分别与所述短路点C_CAP-和连接孔HOLE2相连接；
所述电源电流采样模块包括：电源电流采样电路和电源电流采样接口电路；
所述电源电流采样电路和所述电源电流采样接口电路相连接；
所述电源电流采样电路包括：电流灵敏放大器ADC_SOU、电阻R3、电感L5、电容C11和电容C12；
所述电阻R3相对的两端分别与所述电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚OUT和所述电容C12相连接，所述电容C12的另一端与所述模拟地AGND相连接；
所述电容C11的一端与所述电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与所述模拟地AGND相连接；
所述电感L5一端与所述电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与所述短路点A3V3相连接；
所述电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚REF1和引脚GND分别与所述模拟地AGND相连接，其引脚IN+与短路点C_IN+相连接，其引脚IN-与短路点C_IN-相连接；
所述电源电流采样接口电路包括：连接器SOURCE、电阻R6；
所述连接器SOURCE的负极分别与所述电源地GND和短路点V_IN-相连接，其正极与所述电阻R6相连接；
所述电阻R6与所述连接器SOURCE相连接的一端分别与所述短路点C_IN+和短路点V_IN+相连接，其另一端分别与所述短路点C_IN-和短路点DIODE_IN相连接。
根据本发明的一个方面，所述CAN通信驱动模块包括：第一通信电路、第二通信电路、第一通信接口电路和第二通信接口电路；
所述第一通信电路包括：总线芯片CAN1、电阻R7和电容C13；
所述总线芯片CAN1的引脚RS与电源地GND相连接，其引脚CANH和引脚CANL分别与所述电阻R7的两端相连接；
所述总线芯片CAN1的引脚GND与所述电源地GND相连接，其引脚VCC与短路点3V3相连接；
所述电容C13相对的两端分别与所述总线芯片CAN1的引脚GND和引脚VCC相连接；
所述第二通信电路包括：总线芯片CAN2、电阻R8和电容C14；
所述总线芯片CAN2的引脚RS与所述电源地GND相连接，其引脚CANH和引脚CANL分别与所述电阻R8的两端相连接；
所述总线芯片CAN2的引脚GND与所述电源地GND相连接，其引脚VCC与所述短路点3V3相连接；
所述电容C14相对的两端分别与所述总线芯片CAN2的引脚GND和引脚VCC相连接；
所述第一通信接口电路包括：通信接口CAN1_1和通信接口CAN1_2；
所述通信接口CAN1_1与所述电阻R7的相对两端相连接，所述通信接口CAN1_2与所述电阻R7的相对两端相连接；
所述第二通信接口电路包括：通信接口CAN2_1和通信接口CAN2_2；
所述通信接口CAN2_1与所述电阻R8的相对两端相连接，所述通信接口CAN2_2与所述电阻R8的相对两端相连接；
所述工作状态指示模块包括：场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、开关二极管D1、三色发光二极管D2和无源蜂鸣器BUZZER；
所述场效应管Q1的D极与所述开关二极管D1相连接，G极与所述电阻R22的一端相连接，所述电阻R22的另一端与所述电源地GND相连接；
所述电阻R19一端与所述三色发光二极管D2相连接，另一端与所述场效应管Q2的D极相连接，所述场效应管Q2的G极与所述电阻R23的一端相连接，所述电阻R23的另一端与所述电源地GND相连接；
所述电阻R20一端与所述三色发光二极管D2相连接，另一端与所述场效应管Q3的D极相连接，所述场效应管Q3的G极与所述电阻R24的一端相连接，所述电阻R24的另一端与所述电源地GND相连接；
所述电阻R21一端与所述三色发光二极管D2相连接，另一端与所述场效应管Q4的D极相连接，所述场效应管Q4的G极与所述电阻R25的一端相连接，所述电阻R25的另一端与所述电源地GND相连接；
所述场效应管Q1的S极、所述场效应管Q2的S极、场效应管Q3的S极和所述场效应管Q4的S极均与所述电源地GND相连接；
所述二极管控制模块包括：热交换电压控制器U12，场效应管Q5、电阻R30和电容C42；
所述热交换电压控制器U12的引脚OUT与所述场效应管Q5的D极相连接，其引脚GATE与所述场效应管Q5的G极相连接，其引脚IN与所述场效应管Q5的S极相连接；
所述电阻R30相对的两端分别与所述热交换电压控制器U12的引脚OUT和引脚VS相连接；
所述电容C42的两端分别与所述热交换电压控制器U12的引脚VS和引脚OFF相连接，且所述热交换电压控制器U12的引脚CND和引脚OFF与所述电源地GND相连接。
根据本发明的一个方面，所述主控及其外围电路模块包括：微控制单元G474RET6、晶振电路、复位电路、第一外围电路和发光二极管OPERATING；
所述晶振电路包括：有源晶振X1、电容C1；其中，所述有源晶振X1的引脚GND与所述电源地GND相连接，其引脚OUT与所述微控制单元G474RET6的引脚PF0-OSC_IN相连接；
所述电容C1相对的两端分别与所述有源晶振X1的引脚VCC和所述电源地GND相连接，且所述电容C1与所述有源晶振X1的引脚VCC相连接的一端与所述短路点3V3相连接；
所述复位电路包括：复位开关RESET、电容C2；其中，所述复位开关RESET相对的两端分别与所述微控制单元G474RET6的引脚PG10-NRST和所述电源地GND相连接；
所述电容C2与所述复位开关RESET并联设置；
所述第一外围电路包括：电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电感L1和电感L2；其中，所述电感L1的一端分别与所述电容C3、所述电容C4、所述电容C5、所述电容C6和所述微控制单元G474RET6的引脚VSSA相连接，所述电感L1的另一端与所述模拟地AGND相连接；所述电容C3、所述电容C4的另一端与所述微控制单元G474RET6的引脚VREF+相连接，所述电感L2一端分别与所述电容C5和所述电容C6相连接，另一端与所述短路点3V3相连接；
所述发光二极管OPERATING的阳极与所述微控制单元G474RET6的引脚PB3相连接，阴极与所述电源地GND相连接；
所述接口模块包括：程序写入接口PROGRAM、调试接口DEBUG和显示器接口OLED；
所述程序写入接口PROGRAM、调试接口DEBUG和显示器接口OLED分别与所述微控制单元G474RET6相连接；
所述电压采样调理模块包括：第一电路部分和第二电路部分；
所述第一电路部分包括：第一运算放大器U7.1、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R14和电容C15；
所述第一运算放大器U7.1的反向输入端与所述电阻R9相连接，其同向输入端与所述电阻R11、电阻R12相连接；
所述电阻R10的相对两端分别与所述第一运算放大器U7.1的输出端和所述电容C15相连接；
所述电阻R14相对的两端分别与所述第一运算放大器U7.1的反向输入端和输出端相连接；
所述第二电路部分包括：第二运算放大器U7.2、电阻R13、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电感L6、电容C16和电容C17；
所述第二运算放大器U7.2的反向输入端与所述电阻R15相连接，其同向输入端与所述电阻R16、电阻R17相连接；
所述电阻R13的相对两端分别与所述第二运算放大器U7.2的输出端和所述电容C16相连接；
所述电阻R18相对的两端分别与所述第二运算放大器U7.2的反向输入端和输出端相连接；
所述第二运算放大器U7.2的VCC端与所述电感L6和所述电容C17相连接；
所述5V稳压输出模块包括：电源芯片5VOUT、电容C22、电容C23、电容C24、电容C26、电容C28、电容C40、电容C41、电阻R31、电阻R32、功率电感U14和肖特基二极管D4；
所述电源芯片5VOUT的引脚GND和引脚ON/OFF与所述电源地GND相连接；
所述电阻R31的相对两端分别与所述电源芯片5VOUT的引脚FB和所述电容C22的一端相连接，所述电容C22的另一端与所述电源地GND相连接；
所述电容C40与所述电阻R31并联连接；
所述电容C26和所述电容C28分别与所述电容C22并联连接；
所述肖特基二极管D4相对的两端分别与所述电源芯片5VOUT的引脚OUT和所述电源地GND相连接；
所述功率电感U14相对的两端分别与所述电源芯片5VOUT的引脚OUT和所述电容C22连接所述电阻R31的一端相连接；
所述电阻R32的相对两端分别与所述电源芯片5VOUT的引脚FB和所述电源地GND相连接；
所述电容C23相对的两端分别与所述电源芯片5VOUT的引脚VIN和所述电源地GND相连接；
所述电容C24、所述电容C41分别与所述电容C23并联连接；
所述3.3V稳压输出模块包括：稳压器3V3OUT、自恢复保险丝F1、电容C30、电容C32和电感L9；
所述稳压器3V3OUT的引脚Input通过所述自恢复保险丝F1与所述5V稳压输出模块相连接，其引脚Output分别与所述电容C32和所述电感L9相连接，所述电容C32的另一端与电源地GND相连接；
所述电容C30相对的两端分别与所述自恢复保险丝F1和所述电容C32连接所述电源地GND的一端相连接；
所述12V稳压输出模块包括：电源芯片12VOUT、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C25、电容C27、电容C31、电阻R26、电阻R27、功率电感U10和肖特基二极管D6；
所述电源芯片12VOUT的引脚GND和引脚ON/OFF与所述电源地GND相连接；
所述电阻R26的相对两端分别与所述电源芯片5VOUT的引脚FB和所述电容C27的一端相连接，所述电容C27的另一端与所述电源地GND相连接；
所述电容C21与所述电阻R26并联连接；
所述电容C20和所述电容C31分别与所述电容C27并联连接；
所述肖特基二极管D6相对的两端分别与所述电源芯片12VOUT的引脚OUT和所述电源地GND相连接；
所述功率电感U10相对的两端分别与所述电源芯片12VOUT的引脚OUT和所述电容C27连接所述电阻R26的一端相连接；
所述电阻R27的相对两端分别与所述电源芯片12VOUT的引脚FB和所述电源地GND相连接；
所述电容C19相对的两端分别与所述电源芯片12VOUT的引脚VIN和所述电源地GND相连接；
所述电容C25、所述电容C18分别与所述电容C19并联连接。
根据本发明的一个方面，所述防反冲模块包括：肖特基二极管D5；
所述肖特基二极管D5与所述5V稳压输出模块和所述12V稳压输出模块相连接；
所述电源滤波模块包括：电容C33、电容C34和电容C35；
所述电容C33的两端分别与所述短路点3V3和所述电源地GND相连接；
所述电容C34和所述电容C35分别与所述电容C33并联的设置。
根据本发明的一个方面，所述输出载流单元包括：第二基板，设置在所述第二基板上的半桥驱动电路模块、输出采样与控制单元通信接口、输出采样与控制单元电流接口和电源滤波模块；
所述输出采样与控制单元通信接口、所述输出采样与控制单元电流接口和所述电源滤波模块分别与所述半桥驱动电路模块相连接。
根据本发明的一个方面，所述半桥驱动电路模块包括：第一驱动电路部分、电感L1a和第二驱动电路部分；
所述第一驱动电路部分包括：半桥栅极驱动器U1、电阻R1a、电阻R2a、电阻R3a、电阻R4a、电阻R9a、电阻R10a、电阻R12a、电容C1a、电容C2a、场效应管Q1a、场效应管Q2a、二极管D1a和二极管D2a；
所述电阻R1a相对的两端分别与所述半桥栅极驱动器U1的引脚HI和所述电源地GND相连接；
所述电阻R2a相对的两端分别与所述半桥栅极驱动器U1的引脚LI和所述电源地GND相连接；
所述半桥栅极驱动器U1的引脚VSS与所述电源地GND相连接；
所述半桥栅极驱动器U1的引脚LO与所述二极管D2a的阴极相连接，所述二极管D2a的阳极与所述场效应管Q2a的G极相连接，所述场效应管Q2a的D极与所述半桥栅极驱动器U1的引脚HS相连接；
所述电阻R9a与所述二极管D2a并联设置；
所述电阻R3a一端与所述二极管D2a的阳极相连接，另一端与所述电源地GND相连接；
所述场效应管Q2a的S极与所述电源地GND相连接；
所述半桥栅极驱动器U1的引脚HB与所述电容C2a的一端相连接，所述电容C2a的另一端与所述电阻R4a的一端相连接，所述电阻R4a的另一端与所述二极管D1a的阳极相连接，所述二极管D1a的阴极与所述半桥栅极驱动器U1的引脚HO相连接；
所述电阻R10a与所述二极管D1a并联设置；
所述场效应管Q1a的S极分别与所述场效应管Q2a的D极，所述电容C2a与所述电阻R4a相连接的一端和所述半桥栅极驱动器U1的引脚HS相连接；
所述半桥栅极驱动器U1的引脚VDD分别与所述电阻R12a和所述电容C1a相连接；
所述半桥栅极驱动器U1的引脚EP和所述电容C1a的另一端与所述电源地GND相连接；
所述第二驱动电路部分包括：半桥栅极驱动器U2、电阻R5a、电阻R6a、电阻R7a、电阻R8a、电阻R11a、电阻R13a、电阻R14a、电容C3a、电容C4a、场效应管Q3a、场效应管Q4a、二极管D3a和二极管D4a；
所述电阻R5a相对的两端分别与所述半桥栅极驱动器U2的引脚HI和所述电源地GND相连接；
所述电阻R6a相对的两端分别与所述半桥栅极驱动器U2的引脚LI和所述电源地GND相连接；
所述半桥栅极驱动器U2的引脚VSS与所述电源地GND相连接；
所述半桥栅极驱动器U2的引脚LO与所述二极管D3a的阴极相连接，所述二极管D3a的阳极与所述场效应管Q4a的G极相连接，所述场效应管Q4a的D极与所述半桥栅极驱动器U2的引脚HS相连接；
所述电阻R11a与所述二极管D3a并联设置；
所述电阻R7a一端与所述二极管D3a的阳极相连接，另一端与所述电源地GND相连接；
所述场效应管Q4a的S极与所述电源地GND相连接；
所述半桥栅极驱动器U2的引脚HB与所述电容C4a的一端相连接，所述电容C4a的另一端与所述电阻R8a的一端相连接，所述电阻R8a的另一端与所述二极管D4a的阳极相连接，所述二极管D4a的阴极与所述半桥栅极驱动器U2的引脚HO相连接；
所述电阻R13a与所述二极管D4a并联设置；
所述场效应管Q3a的S极分别与所述场效应管Q4a的D极，所述电容C4a与所述电阻R8a相连接的一端和所述半桥栅极驱动器U2的引脚HS相连接；
所述半桥栅极驱动器U2的引脚VDD分别与所述电阻R14a和所述电容C3a相连接；
所述半桥栅极驱动器U2的引脚EP和所述电容C3a的另一端与所述电源地GND相连接；
所述电感L1a相对的两端分别与所述场效应管Q2a的D极和所述场效应管Q4a的D极相连接。
根据本发明的一个方面，所述电源滤波模块包括：第一滤波电路和第二滤波电路；
所述第一滤波电路包括：并联设置的电容C5a、电容C7a、电容C8a、电容C9a、电容C10a、电容C15a和电容C17a；
所述第二滤波电路包括：并联设置的电容C6a、电容C11a、电容C12a、电容C13a、电容C14a、电容C16a和电容C18a。
根据本发明的一个方面，所述法拉电容组储能单元包括：多个串联的储能电路；
所述储能电路包括：法拉电容保护芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、LED灯珠、第一场效应管、第一电容和法拉电容；
所述第一电阻相对的两端分别与所述法拉电容保护芯片的引脚VDD和引脚SEL相连接；
所述第二电阻一端与所述法拉电容保护芯片的引脚IOUT相连接，另一端与所述第一场效应管的S极相连接；
所述第三电阻一端与所述LED灯珠的正极相连接，另一端与所述法拉电容保护芯片的引脚LED相连接，所述LED灯珠的负极与所述第一场效应管的S极相连接；
所述法拉电容的正极分别与所述法拉电容保护芯片的引脚VDD和所述第一场效应管的D极相连接，所述法拉电容的负极与所述第一场效应管的S极相连接；
所述第一场效应管的G极与所述法拉电容保护芯片的引脚IOUT相连接；
所述第一电容和所述法拉电容并联设置；
所述法拉电容保护芯片的引脚GND与所述电源地GND相连接。
根据本发明的一种方案，本发明充分设计了法拉电容组及其保护电路、电容功率输出载流模块、电容输出采样与控制模块，能够保证电源全程以基本平稳的功率进行输出，在负载较低功率运行时，将冗余功率经由保护电路存入法拉电容组；在负载有高功率需求时，利用采样与控制模块，控制法拉电容组与电源共同输出功率。
根据本发明的一种方案，本发明通过各单元之间的闭环双向可流通设计方案，能够实现双向升降压，实现了输出电压恒为电源电压，并且，只需要一个DCDC模块的前提下，能够很好地避免法拉电容存在无法释放的死电问题，保证了冗余功率存储的利用率，同时减轻主控的处理压力。
根据本发明的一种方案，本发明在电源输出功率有限、负载可能存在短期高功率需求的情况下，能够对所使用法拉电容电能的存储与释放进行稳定控制的电路模块。能够在负载功率低于电源输出功率的情况下，稳定保证电源冗余功率单向输入法拉电容组；能够在负载功率需求频繁变化的情况下，迅速控制法拉电容进行的稳定功率输出。
根据本发明的一种方案，本发明对电源没有特殊要求，通过对电源冗余功率与负载需求功率进行采样计算，利用控制电路使法拉电容存储冗余功率或输出补偿功率，可长时间保证电源以基本平稳的功率进行输出。另外，本发明作为电源外接模块，能够起到阻隔电源与负载的作用，保护电源；同时其模块化的设计，能够便于维护与更换。
根据本发明，本发明将板上各功能模块利用短路点进行分离设计，能够高效利用短路点进行调试与检修。在生产过程中能够单独调试各模块，功能正常后利用短路点将各模块之间进行连接，同时短路点起到0Ω电阻同等效用，保证的信号的稳定。
附图说明
图1是示意性表示根据本发明的一种实施方式的法拉电容电能存储与释放控制装置中输出采样与控制单元与输出载流单元的连接结构图；
图2是示意性表示根据本发明的一种实施方式的法拉电容电能存储与释放控制装置中法拉电容组储能单元的结构图；
图3是示意性表示根据本发明的一种实施方式的输出采样与控制单元结构图；
图4是示意性表示根据本发明的一种实施方式的输出采样与控制单元原理图；
图5是示意性表示根据本发明的一种实施方式的负载电流采样模块中负载电流采样电路的电路原理图；
图6是示意性表示根据本发明的一种实施方式的负载电流采样模块中负载电流采样接口电路的电路原理图；
图7是示意性表示根据本发明的一种实施方式的法拉电容电流采样模块中电容电流采样电路的电路原理图；
图8是示意性表示根据本发明的一种实施方式的法拉电容电流采样模块中电容电流采样接口电路的电路原理图；
图9是示意性表示根据本发明的一种实施方式的电源电流采样模块中电源电流采样电路的电路原理图；
图10是示意性表示根据本发明的一种实施方式的电源电流采样模块中电源电流采样接口电路的电路原理图；
图11是示意性表示根据本发明的一种实施方式的CAN通信驱动模块中第一通信电路和第二通信电路的电路原理图，其中，（a）表示第一通信电路的电路原理图，（b）表示表示第二通信电路的电路原理图；
图12是示意性表示根据本发明的一种实施方式的CAN通信驱动模块中第一通信接口电路和第二通信接口电路的电路原理图，其中，（a）表示第一通信接口电路的通信接口CAN1_1，（b）表示第一通信接口电路的通信接口CAN1_2，（c）表示第二通信接口电路的通信接口CAN2_1，（d）表示第二通信接口电路的通信接口CAN2_2；
图13是示意性表示根据本发明的一种实施方式的工作状态指示模块电路原理图；
图14是示意性表示根据本发明的一种实施方式的二极管控制模块电路原理图；
图15是示意性表示根据本发明的一种实施方式的主控及其外围电路模块电路原理图；
图16是示意性表示根据本发明的一种实施方式的接口模块电路原理图，其中，（a）表示程序写入接口PROGRAM，（b）表示调试接口DEBUG，（c）表示显示器接口OLED；
图17是示意性表示根据本发明的一种实施方式的电压采样调理模块的第一电路部分电路原理图；
图18是示意性表示根据本发明的一种实施方式的电压采样调理模块的第二电路部分电路原理图；
图19是示意性表示根据本发明的一种实施方式的5V稳压输出模块电路原理图；
图20是示意性表示根据本发明的一种实施方式的3.3V稳压输出模块电路原理图；
图21是示意性表示根据本发明的一种实施方式的12V稳压输出模块电路原理图；
图22是示意性表示根据本发明的一种实施方式的防反冲模块电路原理图；
图23是示意性表示根据本发明的一种实施方式的电源滤波模块电路原理图；
图24是示意性表示根据本发明的一种实施方式的输出载流单元电源接口电路原理图，其中，（a）表示连接孔HOLE3，（b）表示连接孔HOLE4；
图25是示意性表示根据本发明的一种实施方式的输出载流单元板通信接口电路原理图，其中，（a）表示半通信接口H1，（b）表示半通信接口H2；
图26是示意性表示根据本发明的一种实施方式的裁判系统通信接口电路原理图；
图27是示意性表示根据本发明的一种实施方式的输出载流单元结构图；
图28是示意性表示根据本发明的一种实施方式的输出载流单元电路原理图；
图29是示意性表示根据本发明的一种实施方式的半桥驱动电路模块电路原理图；
图30是示意性表示根据本发明的一种实施方式的输出采样与控制单元通信接口电路原理图，其中，（a）表示通信接口H1a，（b）表示通信接口H2a；
图31是示意性表示根据本发明的一种实施方式的输出采样与控制单元电流接口电路原理图，其中，（a）表示接口VCC电路原理图，（b）表示接口VCAP电路原理图，（c）表示接口GND电路原理图，（d）表示接口GND电路原理图；
图32是示意性表示根据本发明的一种实施方式的电源滤波模块电路原理图，其中，（a）表示第一滤波电路，（b）表示第二滤波电路；
图33是示意性表示根据本发明的一种实施方式的法拉电容组储能单元电路原理图；
图34是示意性表示根据本发明的一种实施方式的储能电路的电路原理图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
结合图1和图2所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种模块化的法拉电容电能存储与释放控制装置，包括：输出采样与控制单元1、输出载流单元2和法拉电容组储能单元3。在本实施方式中，输出采样与控制单元1与输出载流单元2采用螺纹紧固件实现可拆卸的叠放设置，且输出采样与控制单元1与输出载流单元2采用凸字形接线端子实现相互电连接；法拉电容组储能单元3采用导线与输出载流单元2相互电连接。
结合图1、图3和图4所示，根据本发明的一种实施方式，输出采样与控制单元1包括：第一基板，设置在第一基板上的负载电流采样模块101、法拉电容电流采样模块102、电源电流采样模块103、CAN通信驱动模块104、工作状态指示模块105、二极管控制模块106、主控及其外围电路模块107、接口模块108、电压采样调理模块109、5V稳压输出模块110、3.3V稳压输出模块111、12V稳压输出模块112、防反冲模块113、电源滤波模块114、输出载流单元电源接口115和输出载流单元板通信接口116。在本实施方式中，负载电流采样模块101、法拉电容电流采样模块102、电源电流采样模块103、CAN通信驱动模块104、工作状态指示模块105、接口模块108、电压采样调理模块109和输出载流单元板通信接口116分别与主控及其外围电路模块107相连接；二极管控制模块106分别与电源电流采样模块103和防反冲模块113相连接；电压采样调理模块109分别与法拉电容电流采样模块102和电源电流采样模块103相连接；防反冲模块113分别与5V稳压输出模块110和12V稳压输出模块112相连接；5V稳压输出模块110与3.3V稳压输出模块111相连接。
结合图5和图6所示，根据本发明的一种实施方式，负载电流采样模块101包括：负载电流采样电路1011和负载电流采样接口电路1012。其中，负载电流采样电路1011和负载电流采样接口电路1012相连接。在本实施方式中，负载电流采样电路1011包括：电流灵敏放大器ADC_CHA、电阻R1、电感L3、电容C7和电容C8；其中，电流灵敏放大器ADC_CHA采用INA240A1PWR芯片实现。在本实施方式中，电阻R1相对的两端分别与电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚OUT和电容C8相连接，电容C8的另一端与模拟地AGND相连接。其中，电容C8与电阻R1相连接的位置之间设置有测试孔C_OUT和短路点ADC1_C_OUT。在本实施方式中，电容C7的一端与电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与模拟地AGND相连接；电感L3一端与电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与短路点A3V3相连接。在本实施方式中，电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚REF1和引脚GND分别与模拟地AGND相连接，其引脚IN+与短路点C_OUT+相连接，其引脚IN-与短路点C_OUT-相连接。
结合图5和图6所示，根据本发明的一种实施方式，负载电流采样接口电路1012包括：连接器CHASIS、电阻R4；其中，连接器CHASIS采用XT30UPB-F连接器。在本实施方式中，连接器CHASIS的负极与电源地GND相连接，其正极与电阻R4相连接；电阻R4与连接器CHASIS相连接的一端与短路点C_OUT-相连接，其另一端分别与短路点C_OUT+和连接孔HOLE1相连接。
结合图7和图8所示，根据本发明的一种实施方式，法拉电容电流采样模块102包括：电容电流采样电路1021和电容电流采样接口电路1022；其中，电容电流采样电路1021和电容电流采样接口电路1022相连接。在本实施方式中，电容电流采样电路1021包括：电流灵敏放大器ADC_CAP、电阻R2、电感L4、电容C9和电容C10；其中，电流灵敏放大器ADC_CAP 采用INA240A1PWR芯片实现。在本实施方式中，电阻R2相对的两端分别与电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚OUT和电容C10相连接，电容C10的另一端与模拟地AGND相连接；其中，电容C10与电阻R2相连接的位置之间设置有测试孔C_CAP和短路点ADC3_C_CAP。在本实施方式中，电容C9的一端与电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与模拟地AGND相连接；电感L4一端与电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与短路点A3V3相连接。在本实施方式中，电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚REF1和引脚GND分别与模拟地AGND相连接，其引脚IN+与短路点C_CAP+相连接，其引脚IN-与短路点C_CAP-相连接。
结合图7和图8所示，根据本发明的一种实施方式，电容电流采样接口电路1022包括：连接器CAPACITOR、电阻R5；其中，连接器CAPACITOR采用XT30UPB-F连接器。在本实施方式中，连接器CAPACITOR的负极分别与电源地GND和短路点V_CAP-相连接，其正极与电阻R5相连接。在本实施方式中，电阻R5与连接器CAPACITOR相连接的一端分别与短路点C_CAP+和短路点V_CAP+相连接，其另一端分别与短路点C_CAP-和连接孔HOLE2相连接。
结合图9和图10所示，根据本发明的一种实施方式，电源电流采样模块103包括：电源电流采样电路1031和电源电流采样接口电路1032；其中，电源电流采样电路1031和电源电流采样接口电路1032相连接。在本实施方式中，电源电流采样电路1031包括：电流灵敏放大器ADC_SOU、电阻R3、电感L5、电容C11和电容C12；其中，电流灵敏放大器ADC_SOU采用INA240A1PWR芯片实现。在本实施方式中，电阻R3相对的两端分别与电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚OUT和电容C12相连接，电容C12的另一端与模拟地AGND相连接；其中，电容C12与电阻R3相连接的位置之间设置有测试孔C_IN和短路点ADC2_C_IN。在本实施方式中，电容C11的一端与电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与模拟地AGND相连接；电感L5一端与电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与短路点A3V3相连接。在本实施方式中，电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚REF1和引脚GND分别与模拟地AGND相连接，其引脚IN+与短路点C_IN+相连接，其引脚IN-与短路点C_IN-相连接。
结合图9和图10所示，根据本发明的一种实施方式，电源电流采样接口电路1032包括：连接器SOURCE、电阻R6；其中，连接器SOURCE采用XT30UPB-F连接器。在本实施方式中，连接器SOURCE的负极分别与电源地GND和短路点V_IN-相连接，其正极与电阻R6相连接；电阻R6与连接器SOURCE相连接的一端分别与短路点C_IN+和短路点V_IN+相连接，其另一端分别与短路点C_IN-和短路点DIODE_IN相连接。
结合图11和图12所示，根据本发明的一种实施方式，CAN通信驱动模块104包括：第一通信电路、第二通信电路、第一通信接口电路和第二通信接口电路。在本实施方式中，第一通信电路包括：总线芯片CAN1、电阻R7和电容C13；其中，总线芯片CAN1采用SN65HVD230DR芯片。在本实施方式中，总线芯片CAN1的引脚RS与电源地GND相连接，其引脚CANH和引脚CANL分别与电阻R7的两端相连接；其中，总线芯片CAN1的引脚CANH同时与短路点CAN1+相连接，其引脚CANL同时与短路点CAN1-相连接。在本实施方式中，总线芯片CAN1的引脚GND与电源地GND相连接，其引脚VCC与短路点3V3相连接；电容C13相对的两端分别与总线芯片CAN1的引脚GND和引脚VCC相连接。在本实施方式中，总线芯片CAN1的引脚D与短路点CAN1_TX相连接，其引脚R与短路点CAN1_RX相连接。
在本实施方式中，第二通信电路包括：总线芯片CAN2、电阻R8和电容C14；其中，总线芯片CAN2采用SN65HVD230DR芯片。在本实施方式中，总线芯片CAN2的引脚RS与电源地GND相连接，其引脚CANH和引脚CANL分别与电阻R8的两端相连接；其中，总线芯片CAN2的引脚CANH同时与短路点CAN2+相连接，其引脚CANL同时与短路点CAN2-相连接。在本实施方式中，总线芯片CAN2的引脚GND与电源地GND相连接，其引脚VCC与短路点3V3相连接；电容C14相对的两端分别与总线芯片CAN2的引脚GND和引脚VCC相连接；在本实施方式中，总线芯片CAN2的引脚D与短路点CAN2_TX相连接，其引脚R与短路点CAN2_RX相连接。
在本实施方式中，第一通信接口电路包括：通信接口CAN1_1和通信接口CAN1_2；其中，通信接口CAN1_1和通信接口CAN1_2分别采用GH1.25-2PLTPZ接口。在本实施方式中，通信接口CAN1_1通过所连接的短路点CAN1+和短路点CAN1-与电阻R7的相对两端相连接，通信接口CAN1_2通过所连接的短路点CAN1+和短路点CAN1-与电阻R7的相对两端相连接。
在本实施方式中，第二通信接口电路包括：通信接口CAN2_1和通信接口CAN2_2；其中，通信接口CAN2_1和通信接口CAN2_2分别采用GH1.25-2PLTPZ接口。在本实施方式中，通信接口CAN2_1通过所连接的短路点CAN2+和短路点CAN2-与电阻R8的相对两端相连接，通信接口CAN2_2通过所连接的短路点CAN2+和短路点CAN2-与电阻R8的相对两端相连接；
如图13所示，根据本发明的一种实施方式，工作状态指示模块105包括：场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、开关二极管D1、三色发光二极管D2和无源蜂鸣器BUZZER。在本实施方式中，场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4分别采用SK3400_C122850场效应管。三色发光二极管D2采用RGB5050灯珠。在本实施方式中，场效应管Q1的D极与开关二极管D1的正极相连接，G极与电阻R22的一端相连接，电阻R22的另一端与电源地GND相连接；其中，场效应管Q1的G极同时与短路点BUZZER相连接。
在本实施方式中，电阻R19一端与三色发光二极管D2相连接，另一端与场效应管Q2的D极相连接，场效应管Q2的G极与电阻R23的一端相连接，电阻R23的另一端与电源地GND相连接；其中，场效应管Q2的G极同时与短路点LED_B相连接。
在本实施方式中，电阻R20一端与三色发光二极管D2相连接，另一端与场效应管Q3的D极相连接，场效应管Q3的G极与电阻R24的一端相连接，电阻R24的另一端与电源地GND相连接；其中，场效应管Q3的G极同时与短路点LED_R相连接。
在本实施方式中，电阻R21一端与三色发光二极管D2相连接，另一端与场效应管Q4的D极相连接，场效应管Q4的G极与电阻R25的一端相连接，电阻R25的另一端与电源地GND相连接；其中，场效应管Q4的G极同时与短路点LED_G相连接。
在本实施方式中，场效应管Q1的S极、场效应管Q2的S极、场效应管Q3的S极和场效应管Q4的S极均与电源地GND相连接；
在本实施方式中，开关二极管D1的负极和三色发光二极管D2远离电阻R19、R20、R21的另一端与+5V端相连接。同时，开关二极管D1的负极与短路点BUZZER+相连接。
在本实施方式中，无源蜂鸣器BUZZER采用GSC8530YA-16R2700蜂鸣器，其中，无源蜂鸣器BUZZER的引脚分别与短路点BUZZER+、短路点BUZZER-和电源地GND相连接。
通过上述设置，本发明的工作状态指示模块105利用封装无源蜂鸣器、RGB三彩贴片灯珠模块实现了装置工作状态指示，能够很好地辅助使用者进行装置使用反馈。
如图14所示，根据本发明的一种实施方式，二极管控制模块106包括：热交换电压控制器U12，场效应管Q5、电阻R30和电容C42；其中，热交换电压控制器U12采用LM5050MK-1/NOPB芯片。在本实施方式中，热交换电压控制器U12的引脚OUT与场效应管Q5的D极相连接，其引脚GATE与场效应管Q5的G极相连接，其引脚IN与场效应管Q5的S极相连接；其中，热交换电压控制器U12的引脚OUT与短路点DIODE_OUT相连接，其引脚IN与短路点DIODE_IN相连接。在本实施方式中，电阻R30相对的两端分别与热交换电压控制器U12的引脚OUT和引脚VS相连接；电容C42的两端分别与热交换电压控制器U12的引脚VS和引脚OFF相连接，且热交换电压控制器U12的引脚CND和引脚OFF与电源地GND相连接。
如图15所示，根据本发明的一种实施方式，主控及其外围电路模块107包括：微控制单元G474RET6、晶振电路、复位电路、第一外围电路和发光二极管OPERATING；其中，微控制单元G474RET6采用STM32G474RET6芯片实现。在本实施方式中，晶振电路包括：有源晶振X1、电容C1；其中，有源晶振X1的引脚GND与电源地GND相连接，其引脚OUT与微控制单元G474RET6的引脚PF0-OSC_IN相连接；在本实施方式中，电容C1相对的两端分别与有源晶振X1的引脚VCC和电源地GND相连接，且电容C1与有源晶振X1的引脚VCC相连接的一端与短路点3V3相连接。
在本实施方式中，复位电路包括：复位开关RESET、电容C2；其中，复位开关RESET相对的两端分别与微控制单元G474RET6的引脚PG10-NRST和电源地GND相连接；电容C2与复位开关RESET并联设置。
在本实施方式中，第一外围电路包括：电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电感L1和电感L2；其中，电感L1的一端分别与电容C3、电容C4、电容C5、电容C6和微控制单元G474RET6的引脚VSSA相连接，电感L1的另一端与模拟地AGND相连接；电容C3、电容C4的另一端与微控制单元G474RET6的引脚VREF+相连接，且同时与短路点A3V3相连接，电感L2一端分别与电容C5、电容C6和微控制单元G474RET6的引脚VDDA相连接，另一端与短路点3V3相连接。
在本实施方式中，发光二极管OPERATING的阳极与微控制单元G474RET6的引脚PB3相连接，阴极与电源地GND相连接。
在本实施方式中，微控制单元G474RET6的引脚VBAT和引脚VDD与短路点3V3相连接，引脚VSS与电源地GND相连接，引脚PA7与短路点ADC2_C_IN相连接，引脚PC4与短路点USART1_TX相连接，引脚PC5与短路点USART1_RX相连接，引脚PB1与短路点ADC1_C_OUT相连接，引脚PB9与短路点CAN1_TX相连接，引脚PB8-BOOT0与短路点CAN1_RX相连接，引脚PB6与短路点CAN2_TX相连接，引脚PB5与短路点CAN2_RX相连接，引脚PC11与短路点USART3_RX相连接，引脚PC10与短路点USART3_TX相连接，引脚PA14与短路点SWCLK相连接，引脚PC13与短路点SWDIO相连接，引脚PA11与短路点HRTIM_CHB2相连接，引脚PA10与短路点HRTIM_CHB1相连接，引脚PA9与短路点HRTIM_CHA2相连接，引脚PA8与短路点HRTIM_CHB1相连接，引脚PC9与短路点OLED_SDA相连接，引脚PC8与短路点OLED_SCL相连接，引脚PC7与短路点LED_G相连接，引脚PC6与短路点LED_R相连接，引脚PB15与短路点LED_B相连接，引脚PB14与短路点BUZZER相连接，引脚PB13与短路点ADC3_C_CAP相连接，引脚PB12与短路点ADC4_V_CAP相连接，引脚PB11与短路点ADC12_V_IN相连接。
通过上述设置，本发明的主控及其外围电路模块107能够提供高效精确的电压、电流采样与信号处理。
如图16所示，根据本发明的一种实施方式，接口模块108包括：程序写入接口PROGRAM、调试接口DEBUG和显示器接口OLED。在本实施方式中，程序写入接口PROGRAM、调试接口DEBUG和显示器接口OLED分别与微控制单元G474RET6相连接；其中，程序写入接口PROGRAM采用GH1.25-4PLTPZ接口，其引脚1与短路点SWCLK相连接，其引脚2与短路点SWDIO相连接，其引脚3与电源地GND相连接，其引脚4与短路点3V3相连接。调试接口DEBUG采用GH1.25-4PLTPZ接口，其引脚1与短路点USART3_RX相连接，其引脚2与短路点USART3_TX相连接，其引脚3与电源地GND相连接，其引脚4与短路点3V3相连接。显示器接口OLED采用A2541HWV-4P接口，其引脚1与短路点OLED_SDA相连接，其引脚2与短路点OLED_SCL相连接，其引脚3与短路点3V3相连接，其引脚4与电源地GND相连接。
通过上述设置，本发明的接口模块108中通过设置显示器接口OLED，能够实现与外部显示器的连接，能够实时将装置工作状态及其相关参数反馈给用户，便于生产过程的调试以及提高使用过程的直观性。
结合图17和图18所示，根据本发明的一种实施方式，电压采样调理模块109包括：第一电路部分和第二电路部分。在本实施方式中，第一电路部分包括：第一运算放大器U7.1、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R14和电容C15；在本实施方式中，第一运算放大器U7.1的反向输入端与电阻R9相连接，其同向输入端与电阻R11、电阻R12相连接；其中，电阻R9的另一端与短路点V_IN-相连接，电阻R11的另一端与短路点V_IN+相连接，电阻R12的另一端与模拟地AGND相连接；电阻R10的相对两端分别与第一运算放大器U7.1的输出端和电容C15相连接；其中，电阻R10与电容C15相连接的一端同时与测试孔V_CAP和短路点ADC12_V_IN相连接。在本实施方式中，电阻R14相对的两端分别与第一运算放大器U7.1的反向输入端和输出端相连接；在本实施方式中，电容C15远离电阻R10的一端分别与模拟地AGND相连接。
结合图17和图18所示，根据本发明的一种实施方式，第二电路部分包括：第二运算放大器U7.2、电阻R13、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电感L6、电容C16和电容C17；其中，第二运算放大器U7.2采用OPA2350UA/2K5零漂移放大器。在本实施方式中，第二运算放大器U7.2与第一运算放大器U7.1集成在同一芯片上。在本实施方式中，第二运算放大器U7.2的反向输入端与电阻R15相连接，其同向输入端与电阻R16、电阻R17相连接；其中，电阻R15的另一端与短路点V_CAP-相连接，电阻R16的另一端与短路点V_CAP+相连接，电阻R17的另一端与模拟地AGND相连接。在本实施方式中，电阻R13的相对两端分别与第二运算放大器U7.2的输出端和电容C16相连接；其中，电阻R13与电容C16相连接的一端同时与测试孔V_IN和短路点ADC4_V_CAP相连接；电容C16的另一端与模拟地AGND相连接。在本实施方式中，电阻R18相对的两端分别与第二运算放大器U7.2的反向输入端和输出端相连接；在本实施方式中，第二运算放大器U7.2的VCC端与电感L6和电容C17相连接；其中，电感L6的另一端与短路点3V3相连接，电容C17的另一端与模拟地AGND相连接。
如图19所示，根据本发明的一种实施方式，5V稳压输出模块110包括：电源芯片5VOUT、电容C22、电容C23、电容C24、电容C26、电容C28、电容C40、电容C41、电阻R31、电阻R32、功率电感U14和肖特基二极管D4；其中，电源芯片5VOUT采用XL1509-ADJE1芯片。在本实施方式中，电源芯片5VOUT的引脚GND和引脚ON/OFF与电源地GND相连接；电阻R31的相对两端分别与电源芯片5VOUT的引脚FB和电容C22的一端相连接，电容C22的另一端与电源地GND相连接；其中，电阻R31与所述电容C22相连接的一端与短路点+5V相连接。在本实施方式中，电容C40与电阻R31并联连接；在本实施方式中，电容C26和电容C28分别与电容C22并联连接；肖特基二极管D4相对的两端分别与电源芯片5VOUT的引脚OUT和电源地GND相连接；功率电感U14相对的两端分别与电源芯片5VOUT的引脚OUT和电容C22连接电阻R31的一端相连接。在本实施方式中，电阻R32的相对两端分别与电源芯片5VOUT的引脚FB和电源地GND相连接；电容C23相对的两端分别与电源芯片5VOUT的引脚VIN和电源地GND相连接；电容C24、电容C41分别与电容C23并联连接；在本实施方式中，电容C23与电源芯片5VOUT的引脚VIN相连接的一端同时与短路点BUCK_IN相连接。
如图20所示，根据本发明的一种实施方式，3.3V稳压输出模块111包括：稳压器3V3OUT、自恢复保险丝F1、电容C30、电容C32和电感L9；其中，稳压器3V3OUT采用AMS1117-3.3_C369933芯片。在本实施方式中，稳压器3V3OUT的引脚Input通过自恢复保险丝F1与5V稳压输出模块110相连接，其引脚Output分别与电容C32和电感L9相连接，电容C32的另一端与电源地GND相连接；其中，电容C32与引脚Output相连接的一端同时与短路点3V3相连接，以及电容C32的另一端与模拟地AGND相连接，电感L9的另一端与短路点A3V3相连接。在本实施方式中，电容C30相对的两端分别与自恢复保险丝F1和电容C32连接电源地GND的一端相连接。
如图21所示，根据本发明的一种实施方式，12V稳压输出模块112包括：电源芯片12VOUT、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C25、电容C27、电容C31、电阻R26、电阻R27、功率电感U10和肖特基二极管D6；其中，电源芯片12VOUT采用XL1509-ADJE1芯片。在本实施方式中，电源芯片12VOUT的引脚GND和引脚ON/OFF与电源地GND相连接；电阻R26的相对两端分别与电源芯片5VOUT的引脚FB和电容C27的一端相连接，电容C27的另一端与电源地GND相连接；其中，电阻R26与所述电容C27相连接的一端与短路点+12V相连接。在本实施方式中，电容C21与电阻R26并联连接；在本实施方式中，电容C20和电容C31分别与电容C27并联连接；肖特基二极管D6相对的两端分别与电源芯片12VOUT的引脚OUT和电源地GND相连接；功率电感U10相对的两端分别与电源芯片12VOUT的引脚OUT和电容C27连接电阻R26的一端相连接。在本实施方式中，电阻R27的相对两端分别与电源芯片12VOUT的引脚FB和电源地GND相连接；电容C19相对的两端分别与电源芯片12VOUT的引脚VIN和电源地GND相连接；电容C25、电容C18分别与电容C19并联连接；在本实施方式中，电容C19与电源芯片12VOUT的引脚VIN相连接的一端同时与短路点BUCK_IN相连接。
如图22所示，根据本发明的一种实施方式，防反冲模块113包括：肖特基二极管D5；其中，肖特基二极管D5与5V稳压输出模块110和12V稳压输出模块112相连接，具体的，肖特基二极管D5的相对两端分别连接短路点DIODE_IN和短路点BUCK_IN，通过所连接的短路点实现与5V稳压输出模块110和12V稳压输出模块112的连接。
如图23所示，根据本发明的一种实施方式，电源滤波模块114包括：电容C33、电容C34和电容C35。在本实施方式中，电容C33的两端分别与短路点3V3和电源地GND相连接；电容C34和电容C35分别与电容C33并联的设置。
如图24所示，根据本发明的一种实施方式，输出载流单元电源接口115包括：连接孔HOLE3和连接孔HOLE4。
如图25所示，根据本发明的一种实施方式，输出载流单元板通信接口116包括：半通信接口H1和半通信接口H2。在本实施方式中，半通信接口H1和半通信接口H2均采用X6521WVS-2x02H-C60D74接口实现。其中，半通信接口H1的引脚1与短路点HRTIM_CHA2相连接，引脚2与短路点HRTIM_CHA1相连接，引脚3与短路点+12V相连接，引脚4与电源地GND相连接。在本实施方式中，半通信接口H2的引脚1与短路点HRTIM_CHB2相连接，引脚2与短路点HRTIM_CHB1相连接，引脚3与短路点+12V相连接，引脚4与电源地GND相连接。
如图26所示，根据本发明的一种实施方式，输出采样与控制单元1还包括：裁判系统通信接口117；其中，包括：通信接口CN3和通信接口CN4，且通信接口CN3和通信接口CN4分别采用GH1.25-3PLTPZ接口实现。在本实施方式中，通信接口CN3和和通信接口CN4的引脚1与短路点USART1_TX相连接，通信接口CN3和和通信接口CN4的引脚2与短路点USART1_RX相连接，通信接口CN3和和通信接口CN4的引脚3与电源地GND相连接。
结合图1、图27和图28所示，根据本发明的一种实施方式，输出载流单元2包括：第二基板，设置在第二基板上的半桥驱动电路模块201、输出采样与控制单元通信接口202、输出采样与控制单元电流接口203和电源滤波模块204。在本实施方式中，输出采样与控制单元通信接口202、输出采样与控制单元电流接口203和电源滤波模块204分别与半桥驱动电路模块201相连接。在本实施方式中，第二基板采用铝基板，能够更好的减轻元器件散热压力。
如图29所示，根据本发明的一种实施方式，半桥驱动电路模块201包括：第一驱动电路部分、电感L1a和第二驱动电路部分。在本实施方式中，第一驱动电路部分包括：半桥栅极驱动器U1、电阻R1a、电阻R2a、电阻R3a、电阻R4a、电阻R9a、电阻R10a、电阻R12a、电容C1a、电容C2a、场效应管Q1a、场效应管Q2a、二极管D1a和二极管D2a；其中，半桥栅极驱动器U1采用UCC27211DDAR芯片实现。在本实施方式中，电阻R1a相对的两端分别与半桥栅极驱动器U1的引脚HI和电源地GND相连接；其中，半桥栅极驱动器U1的引脚HI同时与短路点INH相连接。在本实施方式中，电阻R2a相对的两端分别与半桥栅极驱动器U1的引脚LI和电源地GND相连接；其中，半桥栅极驱动器U1的引脚LI同时与短路点INL相连接。在本实施方式中，半桥栅极驱动器U1的引脚VSS与电源地GND相连接；半桥栅极驱动器U1的引脚LO与二极管D2a的阴极相连接，二极管D2a的阳极与场效应管Q2a的G极相连接，场效应管Q2a的D极与半桥栅极驱动器U1的引脚HS相连接，场效应管Q2a的S极与电源地GND相连接。在本实施方式中，电阻R9a与二极管D2a并联设置；电阻R3a一端与二极管D2a的阳极相连接，另一端与电源地GND相连接。在本实施方式中，半桥栅极驱动器U1的引脚HB与电容C2a的一端相连接，电容C2a的另一端与电阻R4a的一端相连接，电阻R4a的另一端与二极管D1a的阳极相连接，二极管D1a的阴极与半桥栅极驱动器U1的引脚HO相连接。在本实施方式中，电阻R10a与二极管D1a并联设置；场效应管Q1a的S极分别与场效应管Q2a的D极，电容C2a与电阻R4a相连接的一端和半桥栅极驱动器U1的引脚HS相连接；场效应管Q1a的G极与二极管D1a的正极相连接，场效应管Q1a的D极与短路点VCC相连接。在本实施方式中，半桥栅极驱动器U1的引脚VDD分别与电阻R12a和电容C1a相连接；其中，电阻R12a的另一端与短路点12VA相连接，电容C1a的另一端与电源地GND相连接。在本实施方式中，半桥栅极驱动器U1的引脚EP与电源地GND相连接。
如图29所示，根据本发明的一种实施方式，第二驱动电路部分包括：半桥栅极驱动器U2、电阻R5a、电阻R6a、电阻R7a、电阻R8a、电阻R11a、电阻R13a、电阻R14a、电容C3a、电容C4a、场效应管Q3a、场效应管Q4a、二极管D3a和二极管D4a；其中，半桥栅极驱动器U2采用UCC27211DDAR芯片实现。在本实施方式中，电阻R5a相对的两端分别与半桥栅极驱动器U2的引脚HI和电源地GND相连接；其中，半桥栅极驱动器U2的引脚HI同时与短路点OUTH相连接。在本实施方式中，电阻R6a相对的两端分别与半桥栅极驱动器U2的引脚LI和电源地GND相连接；其中，半桥栅极驱动器U2的引脚LI同时与短路点OUTL相连接。在本实施方式中，半桥栅极驱动器U2的引脚VSS与电源地GND相连接；半桥栅极驱动器U2的引脚LO与二极管D3a的阴极相连接，二极管D3a的阳极与场效应管Q4a的G极相连接，场效应管Q4a的D极与半桥栅极驱动器U2的引脚HS相连接；场效应管Q4a的S极与电源地GND相连接。在本实施方式中，电阻R11a与二极管D3a并联设置；电阻R7a一端与二极管D3a的阳极相连接，另一端与电源地GND相连接。在本实施方式中，半桥栅极驱动器U2的引脚HB与电容C4a的一端相连接，电容C4a的另一端与电阻R8a的一端相连接，电阻R8a的另一端与二极管D4a的阳极相连接，二极管D4a的阴极与半桥栅极驱动器U2的引脚HO相连接；在本实施方式中，电阻R13a与二极管D4a并联设置；场效应管Q3a的S极分别与场效应管Q4a的D极，电容C4a与电阻R8a相连接的一端和半桥栅极驱动器U2的引脚HS相连接；场效应管Q3a的G极与二极管D4a的正极相连接，场效应管Q3a的D极与短路点VCAP相连接。在本实施方式中，半桥栅极驱动器U2的引脚VDD分别与电阻R14a和电容C3a相连接；其中，电阻R14a的另一端与短路点12VB相连接，电容C3a的另一端与电源地GND相连接。在本实施方式中，半桥栅极驱动器U2的引脚EP与电源地GND相连接。
在本实施方式中，电感L1a相对的两端分别与场效应管Q2a的D极和场效应管Q4a的D极相连接。
如图30所示，根据本发明的一种实施方式，输出采样与控制单元通信接口202包括：通信接口H1a和通信接口H2a；其中，通信接口H1a和通信接口H2a分别采用X6521WVS-2x02H-C60D74接口。在本实施方式中，通信接口H1a的引脚1与短路点12VA相连接，其引脚2与电源地GND相连接，其引脚3与短路点INH相连接，其引脚4与短路点INL相连接。在本实施方式中，通信接口H2a的引脚1与短路点12VB相连接，其引脚2与电源地GND相连接，其引脚3与短路点OUTH相连接，其引脚4与短路点OUTL相连接。
如图31所示，根据本发明的一种实施方式，输出采样与控制单元电流接口203包括：接口VCC、接口VCAP和接口GND；其中，接口VCC、接口VCAP和接口GND分别采用AluminumConnector_M3接口。在本实施方式中，接口VCC与短路点VCC相连接，接口VCAP与短路点VCAP相连接，接口GND与电源地GND相连接。在本实施方式中，接口GND设置有两个。
如图32所示，根据本发明的一种实施方式，电源滤波模块204包括：第一滤波电路和第二滤波电路。在本实施方式中，第一滤波电路包括：并联设置的电容C5a、电容C7a、电容C8a、电容C9a、电容C10a、电容C15a和电容C17a；第二滤波电路包括：并联设置的电容C6a、电容C11a、电容C12a、电容C13a、电容C14a、电容C16a和电容C18a。
结合图2、图33和图34所示，根据本发明的一种实施方式，法拉电容组储能单元3包括：多个串联的储能电路。在本实施方式中，储能电路设置有9个，其中，储能电路包括：法拉电容保护芯片U1b、第一电阻R1b、第二电阻R2b、第三电阻R3b、LED灯珠LED1、第一场效应管Q1b、第一电容C1b和法拉电容U10b。在本实施方式中，第一电阻R1b相对的两端分别与法拉电容保护芯片U1b的引脚VDD和引脚SEL相连接；第二电阻R2b一端与储法拉电容保护芯片U1b的引脚IOUT相连接，另一端与第一场效应管Q1b的S极相连接；第三电阻R3b一端与LED灯珠LED1的正极相连接，另一端与法拉电容保护芯片U1b的引脚LED相连接，LED灯珠LED1的负极与第一场效应管Q1b的S极相连接；法拉电容U10b的正极分别与法拉电容保护芯片U1b的引脚VDD和第一场效应管Q1b的D极相连接，法拉电容U10b的负极与第一场效应管Q1b的S极相连接；第一场效应管Q1b的G极与法拉电容保护芯片U1b的引脚IOUT相连接；第一电容C1b和法拉电容U10b并联设置；法拉电容保护芯片U1b的引脚GND与电源地GND相连接。
在本实施方式中，前一个储能电路的第一场效应管Q1b的S极与后一个储能电路的第一场效应管Q1b的D极相连接，以实现相邻两个储能电路的串联。
在本实施方式中，第一个储能电路连接有连接接口CN1b，最后一个储能电路与电源地GND相连接。
通过上述设置，本发明通过接口模块108、CAN通信驱动模块104能够保证在不同控制信号的驱动下均能够实现其功能，保证了接口的完备性。
根据本发明的一种实施方式，本发明的一种模块化的法拉电容电能存储与释放控制装置还包括：第一外壳和第二外壳；其中，第一外壳用于容纳输出采样与控制单元1和输出载流单元2的组合体，第二外壳用于容纳法拉电容组储能单元3。通过上述设置。本发明通过设置专用外壳，能够在预留出必需接口的条件下，将电路模块部分与外界基本隔离，防止不必要的电气安全问题或者物理损伤。
根据本发明，通过将输出采样与控制单元1和输出载流单元2中各功能模块利用短路点进行分离设计，能够高效利用短路点进行调试与检修。在生产过程中能够单独调试各模块，功能正常后利用短路点将各模块之间进行连接，同时短路点起到0Ω电阻同等效用，保证的信号的稳定。
根据本发明，其整体装置设计遵循模块化思路，采用电容组及其保护电路、控制与载流模块分离结构，能够根据实际设计需求灵活选择模块安装位置。
根据本发明，输出采样与控制单元、输出载流单元之间采用双层结构，将载流部分与控制部分在硬件上区分开，利用贴片端子作为板间连接，保证了信号与电流线路的相对隔离，提高装置工作稳定性。
根据本发明，印制电路板设计过程中，综合考虑模块体积、电路性能等指标，按照功能-整体的设计思路，将各模块layout优化至单一线路平面，使得整体线路间相互耦合干扰尽可能降低。
根据本发明，整体的模块化结构设计。将输出采样与控制单元、输出载流单元及其保护外壳作为模块A，将法拉电容组储能单元及其保护外壳作为模块B，能够根据实际设计需求灵活选择模块安装位置。
根据本发明，在输出载流单元上，根据电源、DCDC、法拉电容组双向对称升压电路的设计方案，采取对称分散设计，优化散热布局。
根据本发明，其印制电路板的设计具有高度集成化、电路拓扑结构高度优化的优点，单板体积仅86mm×66mm×1.6mm，在很高的集成度前提下，保证了输出采样与控制电路良好的信号相对隔离性能，保证功率输出采样模块均匀的散热工作布局。
根据本发明，法拉电容组储能单元可通过预留了法拉电容接口的方式，灵活根据实际需求进行电容组容量增补。
为进一步说明本发明的效果，对本发明进行实物验证，具体的，经过实验，本发明能够实现双向升降压，模块可实现输出电压恒为电源电压，整体装置工作稳定。同时，本发明能够将法拉电容组的能量利用到 0.8v 左右，具有极高的容量利用率，基本不存在无法利用的死电。
此外，本发明在200w充电时DCDC效率为96.4%。空载功率为4w，数值固定。所以负载越大效率越高。但是负载如果过高会导致磁芯饱和效率则会降低。
同时，本发明的输出功率载流单元的升降压电路结构能够根据固件设计，将电压升高到比电源电压更高的电压。更高的电压上限可以更好配置法拉电容组的容量，进一步提高负载性能。
为进一步说明本方案，结合附图对其工作流程做进一步阐述。
参见图3，输出采样与控制单元1上设置有电源输入接口a1，连接用电负载的负载供电接口a2，连接法拉电容组储能单元3的法拉电容组接口a3，接口模块108中用于程序烧录与调试的程序烧录与调试接口a4，用于串口通信的串口通信接口a5，用于表示CAN通信驱动模块104中第一通信接口电路的通信接口CAN1_1和通信接口CAN1_2的接口a6，用于表示CAN通信驱动模块104中第二通信接口电路的通信接口CAN2_1和通信接口CAN2_2的接口a7，以及相互并联的两个预留信息输出调试接口a8（即裁判系统通信接口117）。
在本实施方式中，负载供电接口a2可通过电源输入接口a1单独供电，也可通过电源输入接口a1、法拉电容组接口a3共同供电。其中，电源通过电源输入接口a1接入输出采样与控制单元1，为整板各芯片供电并且提供驱动所需功率和提供法拉电容充电功率。负载通过负载供电接口a2接入输出采样与控制单元1，输出经过控制板调制的来自电源和法拉电容组的功率。
在本实施方式中，法拉电容组储能单元3通过法拉电容组接口a3接入输出采样与控制单元1，当负载需求功率低于电源输入功率，其冗余功率对法拉电容组进行充电；当负载需求功率高于电源输入功率，法拉电容组与电源对负载同时供电补充额外功率。
在本实施方式中，负载供电接口a2、法拉电容组接口a3、电源输入接口a1分别对应的连接负载电流采样模块101、法拉电容电流采样模块102、电源电流采样模块103，实现每一接口均配对一套由INA240芯片及其外围元件构成的电流采样电路，结合电压采样调理模块109，即可计算电源输入功率、负载输出功率、法拉电容组输出功率。进一步的，通过CAN通信实时发送负载当前所需的输出功率，并通过对各功率参数运算后，施加控制，实现可依据负载功率需求变化的恒功率输出。
上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
以上所述仅为本发明的一个方案而已，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 (9)

1.一种模块化的法拉电容电能存储与释放控制装置，其特征在于，包括：输出采样与控制单元（1）、输出载流单元（2）和法拉电容组储能单元（3）；
所述输出采样与控制单元（1）与所述输出载流单元（2）采用紧固件可拆卸的叠放设置，且所述输出采样与控制单元（1）与所述输出载流单元（2）采用接线端子实现相互电连接；
所述法拉电容组储能单元（3）采用导线与所述输出载流单元（2）相互电连接；
所述输出采样与控制单元（1）包括：第一基板，设置在所述第一基板上的负载电流采样模块（101）、法拉电容电流采样模块（102）、电源电流采样模块（103）、CAN通信驱动模块（104）、工作状态指示模块（105）、二极管控制模块（106）、主控及其外围电路模块（107）、接口模块（108）、电压采样调理模块（109）、5V稳压输出模块（110）、3.3V稳压输出模块（111）、12V稳压输出模块（112）、防反冲模块（113）、电源滤波模块（114）、输出载流单元电源接口（115）和输出载流单元板通信接口（116）；
所述负载电流采样模块（101）、所述法拉电容电流采样模块（102）、所述电源电流采样模块（103）、所述CAN通信驱动模块（104）、所述工作状态指示模块（105）、所述接口模块（108）、所述电压采样调理模块（109）和输出载流单元板通信接口（116）分别与所述主控及其外围电路模块（107）相连接；
所述二极管控制模块（106）分别与所述电源电流采样模块（103）和所述防反冲模块（113）相连接；
所述电压采样调理模块（109）分别与所述法拉电容电流采样模块（102）和所述电源电流采样模块（103）相连接；
所述防反冲模块（113）分别与所述5V稳压输出模块（110）和所述12V稳压输出模块（112）相连接；
所述5V稳压输出模块（110）与所述3.3V稳压输出模块（111）相连接。
2.根据权利要求1所述的法拉电容电能存储与释放控制装置，其特征在于，所述负载电流采样模块（101）包括：负载电流采样电路（1011）和负载电流采样接口电路（1012）；
所述负载电流采样电路（1011）和所述负载电流采样接口电路（1012）相连接；
所述负载电流采样电路（1011）包括：电流灵敏放大器ADC_CHA、电阻R1、电感L3、电容C7和电容C8；
所述电阻R1相对的两端分别与所述电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚OUT和所述电容C8相连接，所述电容C8的另一端与模拟地AGND相连接；
所述电容C7的一端与所述电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与所述模拟地AGND相连接；
所述电感L3一端与所述电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与短路点A3V3相连接；
所述电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚REF1和引脚GND分别与所述模拟地AGND相连接，其引脚IN+与短路点C_OUT+相连接，其引脚IN-与短路点C_OUT-相连接；
所述负载电流采样接口电路（1012）包括：连接器CHASIS、电阻R4；
所述连接器CHASIS的负极与电源地GND相连接，其正极与所述电阻R4相连接；
所述电阻R4与所述连接器CHASIS相连接的一端与所述短路点C_OUT-相连接，其另一端分别与所述短路点C_OUT+和连接孔HOLE1相连接；
所述法拉电容电流采样模块（102）包括：电容电流采样电路（1021）和电容电流采样接口电路（1022）；
所述电容电流采样电路（1021）和所述电容电流采样接口电路（1022）相连接；
所述电容电流采样电路（1021）包括：电流灵敏放大器ADC_CAP、电阻R2、电感L4、电容C9和电容C10；
所述电阻R2相对的两端分别与所述电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚OUT和所述电容C10相连接，所述电容C10的另一端与所述模拟地AGND相连接；
所述电容C9的一端与所述电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与所述模拟地AGND相连接；
所述电感L4一端与所述电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与所述短路点A3V3相连接；
所述电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚REF1和引脚GND分别与所述模拟地AGND相连接，其引脚IN+与短路点C_CAP+相连接，其引脚IN-与短路点C_CAP-相连接；
所述电容电流采样接口电路（1022）包括：连接器CAPACITOR、电阻R5；
所述连接器CAPACITOR的负极分别与所述电源地GND和短路点V_CAP-相连接，其正极与所述电阻R5相连接；
所述电阻R5与所述连接器CAPACITOR相连接的一端分别与所述短路点C_CAP+和短路点V_CAP+相连接，其另一端分别与所述短路点C_CAP-和连接孔HOLE2相连接；
所述电源电流采样模块（103）包括：电源电流采样电路（1031）和电源电流采样接口电路（1032）；
所述电源电流采样电路（1031）和所述电源电流采样接口电路（1032）相连接；
所述电源电流采样电路（1031）包括：电流灵敏放大器ADC_SOU、电阻R3、电感L5、电容C11和电容C12；
所述电阻R3相对的两端分别与所述电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚OUT和所述电容C12相连接，所述电容C12的另一端与所述模拟地AGND相连接；
所述电容C11的一端与所述电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与所述模拟地AGND相连接；
所述电感L5一端与所述电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与所述短路点A3V3相连接；
所述电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚REF1和引脚GND分别与所述模拟地AGND相连接，其引脚IN+与短路点C_IN+相连接，其引脚IN-与短路点C_IN-相连接；
所述电源电流采样接口电路（1032）包括：连接器SOURCE、电阻R6；
所述连接器SOURCE的负极分别与所述电源地GND和短路点V_IN-相连接，其正极与所述电阻R6相连接；
所述电阻R6与所述连接器SOURCE相连接的一端分别与所述短路点C_IN+和短路点V_IN+相连接，其另一端分别与所述短路点C_IN-和短路点DIODE_IN相连接。
3.根据权利要求2所述的法拉电容电能存储与释放控制装置，其特征在于，所述CAN通信驱动模块（104）包括：第一通信电路、第二通信电路、第一通信接口电路和第二通信接口电路；
所述第一通信电路包括：总线芯片CAN1、电阻R7和电容C13；
所述总线芯片CAN1的引脚RS与电源地GND相连接，其引脚CANH和引脚CANL分别与所述电阻R7的两端相连接；
所述总线芯片CAN1的引脚GND与所述电源地GND相连接，其引脚VCC与短路点3V3相连接；
所述电容C13相对的两端分别与所述总线芯片CAN1的引脚GND和引脚VCC相连接；
所述第二通信电路包括：总线芯片CAN2、电阻R8和电容C14；
所述总线芯片CAN2的引脚RS与所述电源地GND相连接，其引脚CANH和引脚CANL分别与所述电阻R8的两端相连接；
所述总线芯片CAN2的引脚GND与所述电源地GND相连接，其引脚VCC与所述短路点3V3相连接；
所述电容C14相对的两端分别与所述总线芯片CAN2的引脚GND和引脚VCC相连接；
所述第一通信接口电路包括：通信接口CAN1_1和通信接口CAN1_2；
所述通信接口CAN1_1与所述电阻R7的相对两端相连接，所述通信接口CAN1_2与所述电阻R7的相对两端相连接；
所述第二通信接口电路包括：通信接口CAN2_1和通信接口CAN2_2；
所述通信接口CAN2_1与所述电阻R8的相对两端相连接，所述通信接口CAN2_2与所述电阻R8的相对两端相连接；
所述工作状态指示模块（105）包括：场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、开关二极管D1、三色发光二极管D2和无源蜂鸣器BUZZER；
所述场效应管Q1的D极与所述开关二极管D1相连接，G极与所述电阻R22的一端相连接，所述电阻R22的另一端与所述电源地GND相连接；
所述电阻R19一端与所述三色发光二极管D2相连接，另一端与所述场效应管Q2的D极相连接，所述场效应管Q2的G极与所述电阻R23的一端相连接，所述电阻R23的另一端与所述电源地GND相连接；
所述电阻R20一端与所述三色发光二极管D2相连接，另一端与所述场效应管Q3的D极相连接，所述场效应管Q3的G极与所述电阻R24的一端相连接，所述电阻R24的另一端与所述电源地GND相连接；
所述电阻R21一端与所述三色发光二极管D2相连接，另一端与所述场效应管Q4的D极相连接，所述场效应管Q4的G极与所述电阻R25的一端相连接，所述电阻R25的另一端与所述电源地GND相连接；
所述场效应管Q1的S极、所述场效应管Q2的S极、场效应管Q3的S极和所述场效应管Q4的S极均与所述电源地GND相连接；
所述二极管控制模块（106）包括：热交换电压控制器U12，场效应管Q5、电阻R30和电容C42；
所述热交换电压控制器U12的引脚OUT与所述场效应管Q5的D极相连接，其引脚GATE与所述场效应管Q5的G极相连接，其引脚IN与所述场效应管Q5的S极相连接；
所述电阻R30相对的两端分别与所述热交换电压控制器U12的引脚OUT和引脚VS相连接；
所述电容C42的两端分别与所述热交换电压控制器U12的引脚VS和引脚OFF相连接，且所述热交换电压控制器U12的引脚CND和引脚OFF与所述电源地GND相连接。
4.根据权利要求3所述的法拉电容电能存储与释放控制装置，其特征在于，所述主控及其外围电路模块（107）包括：微控制单元G474RET6、晶振电路、复位电路、第一外围电路和发光二极管OPERATING；
所述晶振电路包括：有源晶振X1、电容C1；其中，所述有源晶振X1的引脚GND与所述电源地GND相连接，其引脚OUT与所述微控制单元G474RET6的引脚PF0-OSC_IN相连接；
所述电容C1相对的两端分别与所述有源晶振X1的引脚VCC和所述电源地GND相连接，且所述电容C1与所述有源晶振X1的引脚VCC相连接的一端与所述短路点3V3相连接；
所述复位电路包括：复位开关RESET、电容C2；其中，所述复位开关RESET相对的两端分别与所述微控制单元G474RET6的引脚PG10-NRST和所述电源地GND相连接；
所述电容C2与所述复位开关RESET并联设置；
所述第一外围电路包括：电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电感L1和电感L2；其中，所述电感L1的一端分别与所述电容C3、所述电容C4、所述电容C5、所述电容C6和所述微控制单元G474RET6的引脚VSSA相连接，所述电感L1的另一端与所述模拟地AGND相连接；所述电容C3、所述电容C4的另一端与所述微控制单元G474RET6的引脚VREF+相连接，所述电感L2一端分别与所述电容C5和所述电容C6相连接，另一端与所述短路点3V3相连接；
所述发光二极管OPERATING的阳极与所述微控制单元G474RET6的引脚PB3相连接，阴极与所述电源地GND相连接；
所述接口模块（108）包括：程序写入接口PROGRAM、调试接口DEBUG和显示器接口OLED；
所述程序写入接口PROGRAM、调试接口DEBUG和显示器接口OLED分别与所述微控制单元G474RET6相连接；
所述电压采样调理模块（109）包括：第一电路部分和第二电路部分；
所述第一电路部分包括：第一运算放大器U7.1、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R14和电容C15；
所述第一运算放大器U7.1的反向输入端与所述电阻R9相连接，其同向输入端与所述电阻R11、电阻R12相连接；
所述电阻R10的相对两端分别与所述第一运算放大器U7.1的输出端和所述电容C15相连接；
所述电阻R14相对的两端分别与所述第一运算放大器U7.1的反向输入端和输出端相连接；
所述第二电路部分包括：第二运算放大器U7.2、电阻R13、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电感L6、电容C16和电容C17；
所述第二运算放大器U7.2的反向输入端与所述电阻R15相连接，其同向输入端与所述电阻R16、电阻R17相连接；
所述电阻R13的相对两端分别与所述第二运算放大器U7.2的输出端和所述电容C16相连接；
所述电阻R18相对的两端分别与所述第二运算放大器U7.2的反向输入端和输出端相连接；
所述第二运算放大器U7.2的VCC端与所述电感L6和所述电容C17相连接；
所述5V稳压输出模块（110）包括：电源芯片5VOUT、电容C22、电容C23、电容C24、电容C26、电容C28、电容C40、电容C41、电阻R31、电阻R32、功率电感U14和肖特基二极管D4；
所述电源芯片5VOUT的引脚GND和引脚ON/OFF与所述电源地GND相连接；
所述电阻R31的相对两端分别与所述电源芯片5VOUT的引脚FB和所述电容C22的一端相连接，所述电容C22的另一端与所述电源地GND相连接；
所述电容C40与所述电阻R31并联连接；
所述电容C26和所述电容C28分别与所述电容C22并联连接；
所述肖特基二极管D4相对的两端分别与所述电源芯片5VOUT的引脚OUT和所述电源地GND相连接；
所述功率电感U14相对的两端分别与所述电源芯片5VOUT的引脚OUT和所述电容C22连接所述电阻R31的一端相连接；
所述电阻R32的相对两端分别与所述电源芯片5VOUT的引脚FB和所述电源地GND相连接；
所述电容C23相对的两端分别与所述电源芯片5VOUT的引脚VIN和所述电源地GND相连接；
所述电容C24、所述电容C41分别与所述电容C23并联连接；
所述3.3V稳压输出模块（111）包括：稳压器3V3OUT、自恢复保险丝F1、电容C30、电容C32和电感L9；
所述稳压器3V3OUT的引脚Input通过所述自恢复保险丝F1与所述5V稳压输出模块（110）相连接，其引脚Output分别与所述电容C32和所述电感L9相连接，所述电容C32的另一端与电源地GND相连接；
所述电容C30相对的两端分别与所述自恢复保险丝F1和所述电容C32连接所述电源地GND的一端相连接；
所述12V稳压输出模块（112）包括：电源芯片12VOUT、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C25、电容C27、电容C31、电阻R26、电阻R27、功率电感U10和肖特基二极管D6；
所述电源芯片12VOUT的引脚GND和引脚ON/OFF与所述电源地GND相连接；
所述电阻R26的相对两端分别与所述电源芯片5VOUT的引脚FB和所述电容C27的一端相连接，所述电容C27的另一端与所述电源地GND相连接；
所述电容C21与所述电阻R26并联连接；
所述电容C20和所述电容C31分别与所述电容C27并联连接；
所述肖特基二极管D6相对的两端分别与所述电源芯片12VOUT的引脚OUT和所述电源地GND相连接；
所述功率电感U10相对的两端分别与所述电源芯片12VOUT的引脚OUT和所述电容C27连接所述电阻R26的一端相连接；
所述电阻R27的相对两端分别与所述电源芯片12VOUT的引脚FB和所述电源地GND相连接；
所述电容C19相对的两端分别与所述电源芯片12VOUT的引脚VIN和所述电源地GND相连接；
所述电容C25、所述电容C18分别与所述电容C19并联连接。
5.根据权利要求4所述的法拉电容电能存储与释放控制装置，其特征在于，所述防反冲模块（113）包括：肖特基二极管D5；
所述肖特基二极管D5与所述5V稳压输出模块（110）和所述12V稳压输出模块（112）相连接；
所述电源滤波模块（114）包括：电容C33、电容C34和电容C35；
所述电容C33的两端分别与所述短路点3V3和所述电源地GND相连接；
所述电容C34和所述电容C35分别与所述电容C33并联的设置。
6.根据权利要求5所述的法拉电容电能存储与释放控制装置，其特征在于，所述输出载流单元（2）包括：第二基板，设置在所述第二基板上的半桥驱动电路模块（201）、输出采样与控制单元通信接口（202）、输出采样与控制单元电流接口（203）和电源滤波模块（204）；
所述输出采样与控制单元通信接口（202）、所述输出采样与控制单元电流接口（203）和所述电源滤波模块（204）分别与所述半桥驱动电路模块（201）相连接。
7.根据权利要求6所述的法拉电容电能存储与释放控制装置，其特征在于，所述半桥驱动电路模块（201）包括：第一驱动电路部分、电感L1a和第二驱动电路部分；
所述第一驱动电路部分包括：半桥栅极驱动器U1、电阻R1a、电阻R2a、电阻R3a、电阻R4a、电阻R9a、电阻R10a、电阻R12a、电容C1a、电容C2a、场效应管Q1a、场效应管Q2a、二极管D1a和二极管D2a；
所述电阻R1a相对的两端分别与所述半桥栅极驱动器U1的引脚HI和所述电源地GND相连接；
所述电阻R2a相对的两端分别与所述半桥栅极驱动器U1的引脚LI和所述电源地GND相连接；
所述半桥栅极驱动器U1的引脚VSS与所述电源地GND相连接；
所述半桥栅极驱动器U1的引脚LO与所述二极管D2a的阴极相连接，所述二极管D2a的阳极与所述场效应管Q2a的G极相连接，所述场效应管Q2a的D极与所述半桥栅极驱动器U1的引脚HS相连接；
所述电阻R9a与所述二极管D2a并联设置；
所述电阻R3a一端与所述二极管D2a的阳极相连接，另一端与所述电源地GND相连接；
所述场效应管Q2a的S极与所述电源地GND相连接；
所述半桥栅极驱动器U1的引脚HB与所述电容C2a的一端相连接，所述电容C2a的另一端与所述电阻R4a的一端相连接，所述电阻R4a的另一端与所述二极管D1a的阳极相连接，所述二极管D1a的阴极与所述半桥栅极驱动器U1的引脚HO相连接；
所述电阻R10a与所述二极管D1a并联设置；
所述场效应管Q1a的S极分别与所述场效应管Q2a的D极，所述电容C2a与所述电阻R4a相连接的一端和所述半桥栅极驱动器U1的引脚HS相连接；
所述半桥栅极驱动器U1的引脚VDD分别与所述电阻R12a和所述电容C1a相连接；
所述半桥栅极驱动器U1的引脚EP和所述电容C1a的另一端与所述电源地GND相连接；
所述第二驱动电路部分包括：半桥栅极驱动器U2、电阻R5a、电阻R6a、电阻R7a、电阻R8a、电阻R11a、电阻R13a、电阻R14a、电容C3a、电容C4a、场效应管Q3a、场效应管Q4a、二极管D3a和二极管D4a；
所述电阻R5a相对的两端分别与所述半桥栅极驱动器U2的引脚HI和所述电源地GND相连接；
所述电阻R6a相对的两端分别与所述半桥栅极驱动器U2的引脚LI和所述电源地GND相连接；
所述半桥栅极驱动器U2的引脚VSS与所述电源地GND相连接；
所述半桥栅极驱动器U2的引脚LO与所述二极管D3a的阴极相连接，所述二极管D3a的阳极与所述场效应管Q4a的G极相连接，所述场效应管Q4a的D极与所述半桥栅极驱动器U2的引脚HS相连接；
所述电阻R11a与所述二极管D3a并联设置；
所述电阻R7a一端与所述二极管D3a的阳极相连接，另一端与所述电源地GND相连接；
所述场效应管Q4a的S极与所述电源地GND相连接；
所述半桥栅极驱动器U2的引脚HB与所述电容C4a的一端相连接，所述电容C4a的另一端与所述电阻R8a的一端相连接，所述电阻R8a的另一端与所述二极管D4a的阳极相连接，所述二极管D4a的阴极与所述半桥栅极驱动器U2的引脚HO相连接；
所述电阻R13a与所述二极管D4a并联设置；
所述场效应管Q3a的S极分别与所述场效应管Q4a的D极，所述电容C4a与所述电阻R8a相连接的一端和所述半桥栅极驱动器U2的引脚HS相连接；
所述半桥栅极驱动器U2的引脚VDD分别与所述电阻R14a和所述电容C3a相连接；
所述半桥栅极驱动器U2的引脚EP和所述电容C3a的另一端与所述电源地GND相连接；
所述电感L1a相对的两端分别与所述场效应管Q2a的D极和所述场效应管Q4a的D极相连接。
8.根据权利要求7所述的法拉电容电能存储与释放控制装置，其特征在于，所述电源滤波模块（204）包括：第一滤波电路和第二滤波电路；
所述第一滤波电路包括：并联设置的电容C5a、电容C7a、电容C8a、电容C9a、电容C10a、电容C15a和电容C17a；
所述第二滤波电路包括：并联设置的电容C6a、电容C11a、电容C12a、电容C13a、电容C14a、电容C16a和电容C18a。
9.根据权利要求8所述的法拉电容电能存储与释放控制装置，其特征在于，所述法拉电容组储能单元（3）包括：多个串联的储能电路；
所述储能电路包括：法拉电容保护芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、LED灯珠、第一场效应管、第一电容和法拉电容；
所述第一电阻相对的两端分别与所述法拉电容保护芯片的引脚VDD和引脚SEL相连接；
所述第二电阻一端与所述法拉电容保护芯片的引脚IOUT相连接，另一端与所述第一场效应管的S极相连接；
所述第三电阻一端与所述LED灯珠的正极相连接，另一端与所述法拉电容保护芯片的引脚LED相连接，所述LED灯珠的负极与所述第一场效应管的S极相连接；
所述法拉电容的正极分别与所述法拉电容保护芯片的引脚VDD和所述第一场效应管的D极相连接，所述法拉电容的负极与所述第一场效应管的S极相连接；
所述第一场效应管的G极与所述法拉电容保护芯片的引脚IOUT相连接；
所述第一电容和所述法拉电容并联设置；
所述法拉电容保护芯片的引脚GND与所述电源地GND相连接。
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