CN202142913U

CN202142913U - 一种超级电容组储能巡检控制系统

Info

Publication number: CN202142913U
Application number: CN201120159121U
Authority: CN
Inventors: 刘君; 李岩松
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2021-05-18

Abstract

本实用新型公开了属于储能设备的监视与控制技术领域中的一种超级电容组储能巡检控制系统。该系统由超级电容、工业控制计算机及分布连接于各个超级电容组中各元件的超级电容监控单元、监控微处理器和实时数据传输器组成。本实用新型可以为超级电容器组的荷电状态估计提供数据基础，实时监视每个超级电容的状态，从而保证整个超级电容器组储能系统工作在最佳状态。

Description

一种超级电容组储能巡检控制系统

技术领域

本实用新型属于储能设备的监视与控制技术领域，尤其涉及一种超级电容组储能巡检控制系统。

背景技术

超级电容器是一种介于电池与传统电容器之间的新型储能器件，它利用电极和电解液之间形成的界面双电层电容来存储电能，电介质具有极高的介电常数，电容量极大，可在较小体积下制成容量为几百至上千法拉的电容器。此外，超级电容器还具有容量配置灵活、循环使用寿命长、工作温度范围宽、易于实现模块化设计、环境友好、免维护等优点。虽然超级电容的优点众多，但是其电介质耐压很低，要把超级电容器应用于实际就必须将大量的超级电容器进行串并联组合使用。由于制造工艺与材质不均，超级电容器存在不一致性，如果将超级电容器直接串并联使用就会出现单体电压不均衡的现象，并且，单体电压不均衡的积累又会加剧超级电容器的参数不一致性，这就形成了恶性循环，会影响整个超级电容器组模块的存储容量与使用寿命。因此，需要对超级电容器组模块进行监视和控制，实时监测各单体超级电容器，同时还需要对超级电容器组的电流、温度等状态进行监测，为超级电容器组的荷电状态估计提供数据基础。当前的超级电容器储能方面主要集中于解决超级电容的串联均压方法，通过在超级电容并联均压电路试图实现加载到超级电容的两端电压均匀一致，但是没有对单体超级电容的进行巡检和控制，也没有在超级电容失效和故障情况下的处理方法。

总之，现有技术的不足之处是：没有对超级电容组中各个单体电容进行巡检和控制。

发明内容

针对上述背景技术中提到的超级电容组中各个单体电容缺乏巡检和控制的不足，本实用新型提出了一种超级电容组储能巡检控制系统。

本实用新型的技术方案是，一种超级电容组储能巡检控制系统，其特征是该系统包括工业控制计算机、实时数据传输器、监控微处理器、电流测量模块和超级电容储能单元；

所述工业控制计算机与设定个实时数据传输器连接；实时数据传输器与设定个监控微处理器连接；监控微处理器与电流测量模块连接；设定个超级电容储能单元串联后，与电流测量模块连接；

所述超级电容储能单元包括超级电容和超级电容监控单元；所述超级电容监控单元包括电压切换模块、支撑电压模块、电压测量模块和测温模块；

所述电压切换模块分别与支撑电压模块和电压测量模块连接；支撑电压模块和电压测量模块连接；电压测量模块和超级电容并联；

所述测温模块包括温度敏感子模块；

所述温度敏感子模块位置于超级电容的外壳上；

所述电压切换模块、电压测量模块和测温模块分别与监控微处理器连接。

所述电压切换模块包括开关管CM1和开关管CM2；

开关管CM1的一端和开关管CM2连接，开关管CM1的另一端与支撑电压模块连接；开关管CM2的另一端与超级电容的一端连接。

所述支撑电压模块包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4；

二极管D1的正极与开关管CM1的一端连接；二极管D1的负极与二极管D2的正极连接；二极管D2的负极与二极管D3的正极连接；二极管D3的负极与二极管D4的正极连接；二极管D4的负极与超级电容的另一端连接。

所述电压测量模块包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；

电阻R1和电阻R2分别与超级电容的两端连接；电阻R1接运算放大器U1的正相输入端；电阻R2接运算放大器U1的反相输入端；电阻R3连接在运算放大器U1的正相输入端和输出端之间；电阻R4的一端接运算放大器U1的反相输入端，另一端接地；运算放大器U1的输出端与监控微处理器连接。

所述测温模块包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、三端稳压管DR1、测温电阻Pt100和运算放大器U2；

电阻R5的一端接直流电源Vcc，电阻R5的另一端接三端稳压管DR1的负极；三端稳压管DR1的正极接地；电阻R6和电阻R7串联，电阻R6的另一端接三端稳压管DR1的负极，电阻R7的另一端接三端稳压管DR1的正极，电阻R6和电阻R7中间的连线接三端稳压管DR1的控制极；电阻R8并联在电阻R6和电阻R7两端；电阻R9和电阻R10串联，电阻R9的另一端接三端稳压管DR1的负极，电阻R10的另一端接测温电阻Pt100的一端；测温电阻Pt100的另一端接三端稳压管DR1的正极；电阻R11的一端接运算放大器U2的正相输入端，电阻R11的另一端接三端稳压管DR1的正极；电阻R12的一端接运算放大器U2的反相输入端，电阻R12的另一端接在电阻R9和电阻R10之间的连线上；电阻R13接在运算放大器U2的正相输入端和输出端之间；电阻R14的一端接在运算放大器U2反相输入端，电阻R14的另一端接地；运算放大器U2的输出端与监控微处理器连接。

所述实时数据传输器包括监控微处理器8051F040、芯片CP2102、USB、电容C1和电容C2；

监控微处理器8051F040的P2.1端口和P2.2端口分别与芯片CP2102的RXD端口和TXD端口连接；芯片CP2102的VBUS端口和REGIN端口连接后与USB的VBUS端口连接；芯片CP2102的D+端口和D-端口分别与USB的D+端口和D-端口连接；USB的GND端口接地；USB的VBUS端口与地之间分别并联电容C1和电容C2。

所述电容C1为1微法。

所述电容C2为0.1微法。

与现有技术相比较，本实用新型的优点如下：

(1)每个超级电容监控单元实时测量超级电容的电压、电流和温度，并将测量值传输给对应的监控微处理器和工业控制计算机，为超级电容器组的荷电状态估计提供数据基础。

(2)在超级电容失效和故障情况下启动电压切换模块和电压支撑模块实现切除故障超级电容，用来保护整个超级电容组。

(3)超级电容巡检控制系统可以实时监视每个超级电容的状态，及时发现和切除故障单体电容，便于在线更换电容，从而保证整个超级电容器组储能系统工作在最佳状态。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为超级电容监控单元的原理图；

图3为实时数据传输器的原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本实用新型提供了一种超级电容器组储能巡检控制系统，下面结合附图，通过具体实施对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。

本发明的结构图如图1所示，在每个超级电容两端并联有超级电容监控单元，超级电容监控单元包括电压切换模块、支撑电压模块、电压测量模块和测温模块；电压测量模块并联于超级电容两端，电压切换模块分别与支撑电压模块、电压测量模块连接，支撑电压模块与电压测量模块连接，测温模块的温度敏感子模块置于超级电容外壳上，测温模块、电压切换模块和电压测量模块与监控微处理器连接。

超级电容和超级电容监控单元构成一个超级电容储能单元，多个超级电容储能单元串联，再与电流测量模块串联，多个超级电容监控单元、电流测量模块与监控微处理器连接，多个监控微处理器与实时数据传输器连接，实时数据传输器与工业控制计算机连接。超级电容监控单元实时测量超级电容的电压、电流和温度，并将测量值传输给对应的监控微处理器，多个监控微处理器将超级电容对应的测量数据通过实时数据传输器传输给工业控制计算机，监控微处理器在超级电容失效和故障情况下启动超级电容监控单元切除出现故障的超级电容。

超级电容监控单元的原理图如图2所示，图中C是超级电容，开关管CM1和CM2构成电压切换模块，开关管CM1和CM2的一端连接，开关管CM1的另一端与四个串联在一起的二极管组D1、D2、D3和D4的负极连接，开关管CM2的另一端与超级电容C连接，开关管CM1和CM2的控制极分别与监控微处理器的P1.1、P1.2连接，二极管D1、D2、D3和D4构成支撑电压模块，四个串联在一起的二极管D1、D2、D3和D4的正极与超级电容C的另一端连接，超级电容C的两端分别与电阻R1、R2连接，电阻R1、R2、R3、R4和运算放大器U1构成电压测量模块，运算放大器U1的输出端与监控微处理器的P0.2连接，测温电阻Pt100与电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、三端稳压管DR1和运算放大器U2构成测温模块，电阻R6、R7和三端稳压管DR1构成测温模块的电源，电阻R8、R9、R10和测温电阻Pt100构成测温电桥，电阻R11、R12、R13、R14和运算放大器U2构成测温差分放大器，运算放大器U2的输出与监控微处理器的P0.3连接.

实时数据传输器的原理图如图3所示，监控微处理器8051F040的P2.1、P2.2端口分别与芯片CP2102的RXD、TXD端口对应连接，芯片CP2102的VBUS、REGIN端口连接后与USB的VBUS端口连接，芯片CP2102的D+、D-端口分别与USB的D+、D-端口对应连接，USB的GND端口接地。USB的VBUS端口与地之间分别并联电容C1(1微法)和C2(0.1微法)。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种超级电容组储能巡检控制系统，其特征是该系统包括工业控制计算机、实时数据传输器、监控微处理器、电流测量模块和超级电容储能单元；

所述测温模块包括温度敏感子模块；

所述温度敏感子模块位置于超级电容的外壳上；

2.根据权利要求1所述一种超级电容组储能巡检控制系统，其特征是所述电压切换模块包括开关管CM1和开关管CM2；

3.根据权利要求1所述一种超级电容组储能巡检控制系统，其特征是所述支撑电压模块包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4；

4.根据权利要求1所述一种超级电容组储能巡检控制系统，其特征是所述电压测量模块包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；

5.根据权利要求1所述一种超级电容组储能巡检控制系统，其特征是所述测温模块包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、三端稳压管DR1、测温电阻Pt100和运算放大器U2；

6.根据权利要求1所述一种超级电容组储能巡检控制系统，其特征是所述实时数据传输器包括监控微处理器8051F040、芯片CP2102、USB、电容C1和电容C2；

7.根据权利要求6所述一种超级电容组储能巡检控制系统，其特征是所述电容C1为1微法。

8.根据权利要求6所述一种超级电容组储能巡检控制系统，其特征是所述电容C2为0.1微法。