CN202770905U - 大容量超级电容模组智能报警系统 - Google Patents
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Abstract
一种可以使应用系统实时了解电容模组工作情况，保证系统正常工作的大容量超级电容模组智能报警系统。它包括多个相互串联并与直流母线相连的超级电容单体，所述的超级电容单体分为一～三个小模组单元，在直流母线上分别设有霍尔电流传感器和霍尔电压传感器，在每个超级电容单体两端接有电压监测电路，在电压监测电路输出端连接有驱动电路，每个模组单元中的驱动电路输出端分别接有保护二极管，保护二极管负极并接后连接有一个光耦器件，所述霍尔电流传感器、霍尔电压传感器和光耦器件输出端接有中央处理单元，在中央处理单元输入端还接有用来监测模组温度的热敏电阻，所述中央处理单元设有用来发出超压、低容值和超温报警信号的串行通讯接口。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种能够有效判断超级电容模组的工作情况，对应用系统提出多种警示，保证系统可靠工作的大容量超级电容模组智能报警系统。
背景技术
超级电容器在“充电-放电”过程中，实现电能-电场能-电能的转换，整个过程中，没有任何化学反应，不对周边环境造成污染，是一种理想的储能器。超级电容器的功率密度高于现有任何各种蓄电池，并具有高能量密度，大容量超级电容单体充放电电流可高达几百安培。超级电容器能够实现快速充电，在极短时间内即可完成对电容器的充电。工作温度范围为-40℃~+50℃，循环寿命长，性能稳定，没有任何噪音，结构简单，质量轻，体积小。超级电容器可以大电流放电，可以补充主电源（蓄电池或燃料电池）在大功率应用如电动车辆起动时所需要的峰值电流，减小主电源的负荷。
但超级电容单体耐压一般只有2.5V~3V，要想达到使用电压必须串联构成超级电容模组使用。超级电容模组可以将多个电容串联构成一个小模组单元，以此小模组单元串并联可以构成更大的模组。这样使用又引入了新的问题：由于生产工艺及使用时间等原因，同型号各单体电容的内阻、容量及寿命等参数不能保证一致，各单体电容在串联充放电时，电压会不一致，有时会差的越来越大，充电时导至有的单体电容电压远不够高，有的却已经超压，造成损坏，甚至可能造成安全问题。另外超级电容的工作受高温影响较大，当温度超过摄氏70度时，可能会引起工作不正常。针对上述问题，有人发明了各种串联电容均压电路，这些电路在大电流充放电时作用不大。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种可以实时监测电容单体电压、母线电流值和模组温度，判断电容单体是否超压、模组总电压是否超压、电容值是否过低和模组的温度是否超范围，可发送各参数及报警信息，使应用系统实时了解电容模组工作情况，保证使用超级电容模组的系统正常工作的大容量超级电容模组智能报警系统。
本实用新型涉及的大容量超级电容模组智能报警系统，包括多个相互串联并与直流母线相连的超级电容单体，其特殊之处是：所述的超级电容单体分为一～三个小模组单元，每个小模组单元中包括6-20个超级电容单体，在直流母线上分别设有用来测量模组电流的霍尔电流传感器和用来测量模组总电压的霍尔电压传感器，在每个超级电容单体两端分别接有用来监测超级电容单体是否超压的电压监测电路，在电压监测电路的输出端连接有驱动电路，每个模组单元中的驱动电路输出端分别接有保护二极管，保护二极管负极并接后连接有一个光耦器件，所述霍尔电流传感器、霍尔电压传感器和光耦器件输出端接有中央处理单元，在中央处理单元输入端还接有用来监测模组温度的热敏电阻，所述中央处理单元设有用来发出超压、低容值和超温报警信号的串行通讯接口。
本实用新型的优点是：采用热敏电阻、霍尔电压传感器和霍尔电流传感器，可以实时测量各模组的温度值，单体电容是否超压及模组总电压是否超压，模组动态电容值，可提高测量精度；由于霍尔电流传感器10和霍尔电压传感器8与直流母线隔离，可提高中央处理单元的抗干扰能力。由中央处理单元对模组能否继续使用及使用期限预测，将故障消灭于萌芽状态，通过串行方式发送各参数及报警信息，使应用系统实时了解电容模组工作情况，保证使用超级电容模组的系统正常工作，本系统既适合小模组单元也适合由小模组单元组合的复杂模组。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理图。
图中：超级电容单体1，电压监测电路2，驱动电路3，保护二极管4，光耦器件5，中央处理单元6，串行通讯接口601，热敏电阻7，霍尔电压传感器8，直流母线9，霍尔电流传感器10。
具体实施方式
如图所示，本实用新型包括相互串联并连接在直流母线9上的超级电容单体1，所述的超级电容单体1分为一～三个小模组单元，每个小模组单元中包括6个～20个超级电容单体，本实施例以二个小模组单元，每个小模组单元中包括10个超级电容单体为例。在直流母线9上分别设有用来测量模组电流的霍尔电流传感器10和用来测量模组总电压的霍尔电压传感器8，在每个超级电容单体1两端分别接有用来监测超级电容单体1是否超压的电压监测电路2，在电压监测电路2的输出端连接有驱动电路3，每个模组单元中的驱动电路3输出端分别接保护二极管4，保护二极管4负极并联后与光耦器件5连接，光耦器件5输出正端通过电阻R1接电源Vcc，所述霍尔电流传感器10、霍尔电压传感器8和光耦器件5输出端接有中央处理单元6，在中央处理单元6输入端还接有用来监测模组温度的热敏电阻7，所述中央处理单元5设有用来发出超压、低容值和超温报警信号的串行通讯接口601。
系统由霍尔电流传感器10测量母线电流，由霍尔电压传感器8测量总电压。它们的输出都传输至中央处理单元6。由电压监控电路2监测超级电容单体1的电压，经驱动电路3驱动光耦器件5。由于每个驱动电路3输出连接了保护二极管4，使某组的报警驱动信号不影响其它报警驱动电路。两个光耦器件5输出并联将超压报警信号传输至中央处理单元6。中央处理单元6通过霍尔电流传感器10实时测量的电流值积分可以动态测量模组总体电容值，模组温度测量采用放置在模组箱中心位置的热敏电阻7 ，输出信号至中央处理单元6。
当模组充电使某个超级电容单体1电压超过约2.8V时，与之并联的电压监测电路2输出信号，通过驱动电路3驱动光耦器件5经隔离后向中央处理单元6发出超压报警信号，中央处理单元6可知模组中有电容超压，此时可根据总电压的范围判断模组是否能继续工作，并实现模组工作性能的预测。根据实时测量的电流值积分可以动态测量模组总体电容值，可以与要求值比较，如果比要求值小，则模组即使没有报警，但容值已经不能满足要求，中央处理单元6要发出报警信号。系统使用热敏电阻7测量模组温度，如果温度超过超级电容工作极限，则中央处理单元6发出报警信号。中央处理单元6通过串行通讯接口601经串行CAN总线向主机发送的报警数据，保证可靠、实时、主动传输。
Claims (1)
1.一种大容量超级电容模组智能报警系统，包括多个相互串联并与直流母线相连的超级电容单体，其特征是：所述的超级电容单体分为一～三个小模组单元，每个小模组单元中包括6-20个超级电容单体，在直流母线上分别设有用来测量模组电流的霍尔电流传感器和用来测量模组总电压的霍尔电压传感器，在每个超级电容单体两端分别接有用来监测超级电容单体是否超压的电压监测电路，在电压监测电路的输出端连接有驱动电路，每个模组单元中的驱动电路输出端分别接有保护二极管，保护二极管负极并接后连接有一个光耦器件，所述霍尔电流传感器、霍尔电压传感器和光耦器件输出端接有中央处理单元，在中央处理单元输入端还接有用来监测模组温度的热敏电阻，所述中央处理单元设有用来发出超压、低容值和超温报警信号的串行通讯接口。
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