CN204666754U - 一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其技术要点在于：包括超级电容、供电单元和微处理器，所述超级电容分别连接供电单元、电流传感器、电压传感器、温度传感器、报警单元和风冷单元，电流传感器、电压传感器和温度传感器连接微处理器，微处理器连接显示单元，所述供电单元分别连接报警单元、电流传感器、电压传感器、温度传感器、信号调理电路、微处理器和显示单元。本实用新型能检测并显示超级电容的电压、电流和温度，若超级电容内部温度发生异常时可进行灯光报警，从而使驾驶员实时了解超级电容的工作状态和健康程度，还可为超级电容进行降温，延长超级电容的使用寿命。

Description

一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统

技术领域：

本实用新型涉及电源控制系统，具体涉及一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统。

背景技术：

复合能源电动汽车在驱动和制动中超级电容起着重要作用，在汽车行驶过程中，由于频繁地启动、加速、减速、停车，超级电容会瞬时大电流充放电，超级电容内分压高的单体电容已经充满时，分压低的单体还处于未充满状态，若不对超级电容进行实时监测的话，在汽车行驶过程中将对超级电容性能造成极大影响，会减少超级电容的使用寿命，所以安装超级电容能量监测系统，使驾驶人员实时了解超级电容的健康状态，对保障电动汽车安全行驶来说是十分必要的。

发明内容：

本实用新型为克服现有技术的不足，提供了一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其能检测并显示超级电容的电压、电流和温度，若超级电容内部温度发生异常时可进行灯光报警，从而使驾驶员实时了解超级电容的工作状态和健康程度，还可为超级电容进行降温，延长超级电容的使用寿命。

本实用新型的用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，为实现上述目的所采用的技术方案在于：包括超级电容、供电单元和微处理器，所述超级电容分别连接供电单元、电流传感器、电压传感器、温度传感器、报警单元和风冷单元，电流传感器、电压传感器和温度传感器连接微处理器，微处理器连接显示单元，所述供电单元分别连接报警单元、电流传感器、电压传感器、温度传感器、信号调理电路、微处理器和显示单元。

作为本实用新型的进一步改进，所述电流传感器、电压传感器和温度传感器分别通过信号调理电路连接微处理器，各传感器采集到的微弱信号经信号调理电路调整放大后传送给微处理器。

作为本实用新型的进一步改进，所述温度传感器由NTC热电偶和电压检测器构成，NTC热电偶的两端连接电压检测器，NTC热电偶处于超级电容的内部，电压检测器处于超级电容的外部，电压检测器通过信号调理电路连接微处理器。通过电压检测器检测到NTC热电偶两端的电压并传送给微处理器，微处理器将采集的电压进行计算后得到对应的NTC热电偶的电阻值与微处理器中的设定值进行对比分析，从而得到NTC热电偶的对应温度。

作为本实用新型的进一步改进，所述NTC热电偶的两端从超级电容内引出后与风冷单元的输入端相连。根据超级电容内部的温度变化自动调节风冷单元中风扇的转速。

作为本实用新型的进一步改进，所述报警单元是由光耦三极管6N137、电阻R1和发光二极管LED1构成的灯光报警器，光耦三极管6N137安装在超级电容内部并与处于超级电容外部的电阻R1和发光二极管LED1依次串联后连接供电单元，发光二极管LED1安装在驾驶室内，方便驾驶员观看。

作为本实用新型的进一步改进，所述信号调理电路包括依次连接的第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器，对各传感器采集的信号进行分级放大。

作为本实用新型的进一步改进，所述电压传感器与超级电容的出线正负极两端连接，电压传感器为莱姆电压传感器DVL50，用来检测超级电容两端的电压；

作为本实用新型的进一步改进，所述电流传感器与超级电容的出线正极端连接，用来检测超级电容充放电电流，电流传感器为莱姆电流传感器LT208-S7，电流传感器的输出端连接有电阻，以便将电流信号转换为电压信号。

作为本实用新型的进一步改进，所述供电单元为DC/DC转换电源，通过供电单元为能量监测系统提供电源。

作为本实用新型的进一步改进，所述显示单元为LCD液晶屏。微处理器将接收到的信号进行处理并通过LCD液晶屏进行显示。

作为本实用新型的进一步改进，所述NTC热电偶的两端连接有电压检测器，电压检测器通过信号调理电路连接微控制器，通过电压检测器来检测NTC热电偶两端的电压值，并将信号经信号调理电路放大后传送给微控制器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过电压传感器、电流传感器和温度传感器来采集超级电容的电压、电流及温度信号，采集的各个信号分别经过信号调理电路转换为电压信号传给微处理器进行处理后由LCD液晶屏以图像和数字的形式进行显示，供给驾驶员观看，为驾驶员判别超级电容的健康性能评估提供依据，本实用新型的供电电源均来自超级电容，系统接近一体化，当驾驶人员通过查看LCD液晶屏发现超级电容电量偏低时可以及时给超级电容充电，以免汽车在行驶途中电量不足。此外本实用新型增设了报警单元，当超级电容模块内部任何一个单体电容发生过压情况时，报警单元启动点亮发光二极管，以便驾驶员能够及时观看到。再者超级电容旁增设了风冷单元，当超级电容内部的温度过高时，风冷单元启动，迅速为其降温。

附图说明：

图1为本实用新型的电路原理图；

图2是报警单元、温度传感器和风冷单元的连接电路图；

图3是信号调理电路图；

图4是供电单元电路图。

具体实施方式：

参照图1，该用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，包括超级电容1、供电单元2和微处理器9，所述超级电容1分别连接供电单元2、电流传感器3、电压传感器4、温度传感器5、报警单元6和风冷单元7，电流传感器3、电压传感器4和温度传感器5分别通过信号调理电路8连接微处理器9，微处理器9连接显示单元10，所述供电单元2分别连接报警单元6、电流传感器3、电压传感器4、温度传感器5、信号调理电路8、微处理器9和显示单元10。

所述供电单元2为DC/DC电源模块，其可输出±12V、±15V、5V等几档供电电压，所述显示单元10为LCD液晶屏，所述超级电容1选用BMOD0165-P048，其额定电压为48V，容量为165F；电压传感器4为莱姆电压传感器DVL50，其额定电压为50V，精度为0.5％，安装在超级电容1出线正负极的两端，供电电压为±15V，供电两端连接供电单元2。电流传感器3采用莱姆电流传感器LT208-S7，额定电流200A，转换率为1:2000，精度0.5％，安装在超级电容1出线的正极端，供电电压为±15V，供电两端连接供电单元2。温度传感器5由NTC热电偶和电压检测器51构成，NTC热电偶的两端连接电压检测器51，NTC热电偶处于超级电容1的内部，电压检测器51处于超级电容1的外部，电压检测器51通过信号调理电路8连接微处理器9。

参照图2，所述温度传感器5由NTC热电偶和电阻R2构成，所述报警单元6由光耦三极管6N137、电阻R1、发光二极管LED1构成，所述风冷单元7由电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、三极管Q1、风扇M及双运算放大器LM358构成，NTC热电偶和光耦三极管6N137处于超级电容1内部，光耦三极管6N137的集电极通过超级电容1外部的引脚12与R1串联后连接发光二极管LED1的负极，发光二极管LED1的正极连接+15V电源，光耦三极管6N137的发射极通过超级电容1外部的引脚11连接NTC热电偶的一端，NTC热电偶的另一端通过超级电容1外部的引脚14与电阻R2串联后连接+15V电源，NTC热电偶的另一端还通过引脚14连接双运算放大器LM358的正极，双运算放大器LM358的负极同时连接电阻R3的一端和电阻R4的一端，电阻R3的另一端同时连接双运算放大器LM358的引脚78、电阻R5的一端、三极管Q1的发射极、电阻R6的一端及+12V电源，电阻R4的另一端同时连接双运算放大器LM358的引脚74和风扇M的负极，双运算放大器LM358的引脚71分别连接电阻R5的另一端和三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极分别连接电阻R6的另一端和风扇M的正极，电阻R4的另一端和超级电容1的外部引脚11接地。

参照图3，所述信号调理电路8包括第一运算放大器81、第二运算放大器82、第三运算放大器83和第四运算放大器84，第一运算放大器81的引脚813分别连接电流传感器2、电压传感器4和温度传感器5的输出端及电阻R7一端，电阻R7另一端接地，第一运算放大器81的引脚818同时连接电容C1一端和+12V电源，电容C1另一端接地，第一运算放大器81的引脚814同时连接电容C2一端和-12V电源，电容C2另一端接地，第一运算放大器81的引脚811分别连接第一运算放大器81的引脚812和电阻R8一端，电阻R8另一端同时连接电容C3一端和电阻R9一端，电容C3另一端同时连接第二运算放大器82的引脚826和引脚827，第二运算放大器82的引脚825同时连接电阻R9另一端和电容C4的一端，电容C4的另一端接地，第二运算放大器82的引脚827连接电阻R10的一端，第二运算放大器82的引脚824和引脚828悬空，第三运算放大器83的引脚832同时连接电阻R10另一端和可调电阻R11的一端，第三运算放大器83的引脚831同时连接可调电阻R11的另一端和电阻R14的一端，第三运算放大器83的引脚833连接电阻R12一端，电阻R12另一端接地，第三运算放大器83引脚838同时连接电容C5一端和+12V电源，电容C5的另一端接地，第三运算放大器83的引脚834同时连接-12V电源和电容C6的一端，电容C6的另一端接地，第四运算放大器84的引脚846同时连接电阻R14的另一端、电阻R13的一端和电阻R16的一端，电阻R13的另一端接电源，第四运算放大器84的引脚844和引脚848悬空，第四运算放大器84的引脚845连接电阻R15的一端，电阻R15的另一端接地，第四运算放大器84的引脚847同时连接电阻R16的另一端和电阻R17的一端，电阻R17的另一端同时连接二极管D1的正极和二极管D2的负极，二极管D1的负极连接+3.3V电源，二极管D2的正极接地，二极管D1的正极接微处理器9的A/D芯片。

参见图4，所述的供电单元2的电路结构为：输入端Vin+和Vin-分别连接超级电容1的正负端，Vin+同时连接电容C7的一端、电阻R18的一端、稳压管DZ1的正极和线圈N1的一端，电阻R18的另一端同时连接三极管Q2的基极和电阻R19的一端，三极管Q2的集电极连接电阻R20的一端，三极管Q2的发射极连接二极管D4的负极，二极管D4的正极连接电阻R21的一端，电阻R21的另一端连接电容C8的一端，电容C8的另一端连接电源芯片TOPSwitch的S端，稳压管DZ1的负极连接二极管D3的负极，线圈N1的另一端同时连接二极管D3的正极和电源芯片TOPSwitch系列单片开关电源芯片的D端，供电单元2的负输入端同时连接电容C7的另一端、电阻R19的另一端、电阻R20的另一端和电源芯片TOPSwitch的S端；线圈N2的一端连接二极管D5的正极，二极管D5的负极同时连接电容C9的一端、耦合电感L1的一端，耦合电感L1的另一端连接电阻R22的一端之后输出+15V电源，线圈N2的另一端连接二极管D6的负极，二极管D6的正极同时连接电容C10的一端和耦合电感L2的一端，耦合电感L2的另一端连接电阻R23的一端之后输出-15V电源，线圈N2的中间抽头连接电容C9的另一端、电阻R22的另一端、电容C10的另一端、电阻R23的另一端和地；线圈N3的一端连接二极管D7的正极，二极管D7的负极同时连接电容C11的一端和耦合电感L3的一端，耦合电感L2的另一端连接电阻R24的一端之后输出+12V电源，线圈N3的另一端连接二极管D8的负极，二极管D8的正极同时连接电容C12的一端和耦合电感L4的一端，耦合电感L4的另一端连接电阻R25的一端之后输出-12V电源，线圈N3的中间抽头连接电容C11的另一端、电阻R24的另一端、电容C12的另一端、电阻R25的另一端和地；线圈N4的一端连接二极管D9的正极，二极管D9的负极同时连接电容C13的一端、电感L5的一端和光电耦合器PS2701的2引脚，电感L5的另一端同时连接电阻R28的一端、电阻R29的一端和电阻R26的一端之后输出+5V电源，线圈N4的另一端同时连接电容C13的另一端、电阻R26的另一端和地；线圈N5的一端连接二极管D10的正极，二极管D10的负极同时连接电容C14的一端和光电耦合器PS2701的5引脚，线圈N5的另一端同时连接电容C14的另一端、电容C17的一端和供电单元负输入端Vin-，电源芯片TOPSwitch的C端连接光电耦合器PS2701的6端，光电耦合器PS2701的3端连接电阻R27的一端，电阻R27的另一端同时连接电阻R28的另一端、电容C15的一端、三端稳压管TL431P的负极和电容C16的一端，电容C15的另一端连接电阻R30的一端，电阻R30的另一端同时连接三端稳压管TL431P的VREF端、电阻R29的另一端和电阻R31的一端，电阻R31的另一端同时连接电容C17的另一端、电容C16的另一端和三端稳压管TL431P的正极端接地。

本实用新型的超级电容能量监测系统适用于电动汽车上的能量监测，超级电容1经过DC/DC电源输出几路规格的电压源给系统供电，用电压传感器4、电流传感器3检测超级电容1两端的电压和流经的电流，检测到的信号经过相应的信号调理电路8放大后传送给微处理器9中的A/D单元，经过微处理器9将数据进行分析处理后，由LCD液晶屏以图像和数字的形式显示出来，其中由于电压和电流信息是时变的，若以数字形式显示很难分辨，因此采用图像形式显示，其图像类似于手机电池的电量显示，而温度信号则以数字形式显示。

温度传感器5的温度测量是基于NTC热电偶的阻值变化来得知超级电容1内部的温度变化，所述NTC热电偶在25℃时，其阻值为10K欧姆，超级电容1外接电阻R2，其阻值为10K欧姆，电阻R2的另一端连接+15V电源，用电压检测器51测量NTC热电偶两端的电压V1传送给微处理器9。NTC热电偶在温度t时阻值与电压V1的满足关系式为：Rt＝10000V1/(15-V1)，微处理器9采集V1后，经此关系式进行计算得到对应NTC热电偶的电阻值，和事先在微处理器9中存储的NTC热电偶阻值和温度的对应数据库进行对比分析，从而得到NTC热电偶的对应温度，微处理器9将此温度值通过LCD液晶屏进行显示。

NTC热电偶的两端连接有电压检测器，由于NTC热电偶的阻值随温度变化，通过测量NTC热电偶两端的电压可计算得到NTC热电偶的电阻值从而了解超级电容1的内部温度，当超级电容1温度升高超过某一温度时，风冷单元7中的风扇M会高速旋转，迅速给超级电容1降温散热。报警单元6连接超级电容1，当超级电容1内部任何一个单体发生过压情况时，就会点亮发光二极管LED1，从而实现灯光报警。

所述风冷单元7控制为NTC热电偶两端电压为当超级电容1内部温度变化时NTC热电偶的阻值跟随变化，从而NTC热电偶两端的电压发生变化，在超级电容1内部温度为t时，查询NTC热电偶的温度和阻值对应表，得到温度t时NTC热电偶的阻值为R_t，NTC热电偶两端电压值为双运算放大器LM358用作电压比较器，电压比较器的负输入端的电压为设定超级电容超过温度t后风扇M就会高速旋转，电压比较器在负输入端电压值大于正输入端电压时，风扇M高速旋转，因此通过设定R₃、R₄的阻值来满足关系式这样当温度升高后对应V₁'变小，导致电压比较器的负输入端电压高于正输入端电压，从而调节风扇高速旋转给超级电容1降温。

Claims (10)

1.一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于：包括超级电容(1)、供电单元(2)和微处理器(9)，所述超级电容(1)分别连接供电单元(2)、电流传感器(3)、电压传感器(4)、温度传感器(5)、报警单元(6)和风冷单元(7)，电流传感器(3)、电压传感器(4)和温度传感器(5)连接微处理器(9)，微处理器(9)连接显示单元(10)，所述供电单元(2)分别连接报警单元(6)、电流传感器(3)、电压传感器(4)、温度传感器(5)、信号调理电路(8)、微处理器(9)和显示单元(10)。

2.如权利要求1所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于：电流传感器(3)、电压传感器(4)和温度传感器(5)分别通过信号调理电路(8)连接微处理器(9)。

3.如权利要求2所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于：所述温度传感器(5)由NTC热电偶和电压检测器(51)构成，NTC热电偶的两端连接电压检测器(51)，NTC热电偶处于超级电容(1)的内部，电压检测器(51)处于超级电容(1)的外部，电压检测器(51)通过信号调理电路(8)连接微处理器(9)。

4.如权利要求3所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于：所述NTC热电偶的两端从超级电容(1)内引出后与风冷单元(7)的输入端相连。

5.如权利要求1所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于：所述报警单元(6)是由光耦三极管6N137、电阻R1和发光二极管LED1构成的灯光报警器，光耦三极管6N137安装在超级电容(1)内部并与处于超级电容(1)外部的电阻R1和发光二极管LED1依次串联后连接供电单元(2)。

6.如权利要求1所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于：所述信号调理电路(8)包括依次连接的第一运算放大器(81)、第二运算放大器(82)、第三运算放大器(83)和第四运算放大器(84)。

7.如权利要求1所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于：所述电压传感器(4)与超级电容(1)的出线正负极两端连接，电压传感器(4)为莱姆电压传感器DVL50。

8.如权利要求1所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于：所述电流传感器(3)与超级电容(1)的出线正极端连接，电流传感器(3)为莱姆电流传感器LT208-S7，电流传感器(3)的输出端连接有电阻。

9.如权利要求1所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于：所述供电单元(2)为DC/DC电源模块。

10.如权利要求1所述的一种用于电动汽车上的超级电容能量监测系统，其特征在于：所述显示单元(10)为LCD液晶屏。