CN206401973U - 一种基于超级电容储能直流电源系统 - Google Patents

一种基于超级电容储能直流电源系统 Download PDF

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邹坤显
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Abstract

本实用新型公开了一种基于超级电容储能直流电源系统,所述系统包括:电压输入主备充电单元、主备直流电压输出单元、中央处理单元和超级电容模组单元。本实用新型可在电压输入主备充电单元出现故障时,由超级电容模组单元为主备直流电压输出单元进行供电,从而使得系统的充电速度快、循环使用寿命长、功率密度高、无污染、充放电线路简单且超低温特性好,其在运行工程中真正免维护,减轻增加配网管理负担。

Description

一种基于超级电容储能直流电源系统
技术领域
本实用新型涉及电源设备技术领域,尤其涉及一种基于超级电容储能直流电源系统。
背景技术
随着城镇规模扩大,为之提供电力的配套设施也在同步发展,无论其数量还是运行的要求,都在发生显著变化,尤其是在电网建设中,电网建设规模逐渐由经济发达地区扩大范围,越来越多的地区正在进行或者准备进行电力基础建设。
采用带蓄电池的高频开关电源系统为全所二次设备及断路器分合闸供电,蓄电池在运行过程中,需要运行维护,增加配网管理负担。随着可以预见的开闭所数量较快增长速度,势必造成配网运行人员负担过重,因此相关运行部门普遍反对增设大容量蓄电池的供电方式。现有的UPS电源主要存在如下不足:现有的UPS电源需要每年进行维护,配网运行人员负担过重;现有的UPS电源系统无主备两用,当UPS电源系统故障,就面临失电风险;现有的UPS电源系统功率不高,增大功率,就必须增加蓄电池组投入。
上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案,并不代表承认上述内容是现有技术。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种基于超级电容储能直流电源系统,旨在解决现有技术中的UPS电源系统需要每年维护、UPS电源系统故障就面临失电风险、以及UPS电源系统功率不高的技术问题。
为实现上述目的,本实用新型提供一种基于超级电容储能直流电源系统,所述系统包括:电压输入主备充电单元、主备直流电压输出单元、中央处理单元和超级电容模组单元;
所述电压输入主备充电单元,用于对所述超级电容模组单元进行充电;
所述中央处理单元,用于获取所述电压输入主备充电单元的通电状态,并根据所述通电状态向所述主备直流电压输出单元发送输出指令;
所述主备直流电压输出单元,用于根据所述输出指令来采用所述电压输入主备充电单元或超级电容模组单元进行供电,以实现直流电压输出。
优选地,所述系统还包括:与所述中央处理单元相连的超级电容组在线监测单元;
所述超级电容组在线监测单元,用于监控所述超级电容模组单元的模组状态,并将所述模组状态发送至所述中央处理单元。
优选地,所述超级电容组在线监测单元包括:CPU模块、差分AD采样模块和数据通信模块;
所述CPU模块通过所述差分AD采样模块分别采集单体超级电容的差分电压,将所述差分电压作为所述模组状态,并将所述模组状态通过所述数据通信模块发送至所述中央处理单元。
优选地,所述系统还包括:与所述中央处理单元相连的通讯单元;
所述中央处理单元通过所述通讯单元与远方主站进行通信。
优选地,所述通讯单元包括GPRS模块和以太网模块,所述GPRS模块和以太网模块分别与所述中央处理单元连接。
优选地,所述电压输入主备充电单元为双路,在一路电压输入主备充电单元出现故障时,另一路电压输入主备充电单元可持续工作。
优选地,所述超级电容模组单元包括:超级电容单体保护模块和若干个串联连接的超级电容。
优选地,所述主备直流电压输出单元设置有过流保护接口。
优选地,所述电压输入主备充电单元设置有过压保护接口。
优选地,所述超级电容模组单元设置有过压保护接口。
本实用新型可在电压输入主备充电单元出现故障时,由超级电容模组单元为主备直流电压输出单元进行供电,从而使得系统的充电速度快、循环使用寿命长、功率密度高、无污染、充放电线路简单且超低温特性好,其在运行工程中真正免维护,减轻增加配网管理负担。
附图说明
图1为本实用新型的基于超级电容储能直流电源系统第一实施例的结构框图;
图2为本实用新型的基于超级电容储能直流电源系统第二实施例的结构框图。
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
参照图1,本实用新型第一实施例提供一种基于超级电容储能直流电源系统,所述系统包括:电压输入主备充电单元101、主备直流电压输出单元102、中央处理单元103和超级电容模组单元104;
所述电压输入主备充电单元101,用于对所述超级电容模组单元104进行充电,并为所述主备直流电压输出单元102进行供电;
所述中央处理单元103,用于获取所述电压输入主备充电单元101的通电状态,并根据所述通电状态向所述主备直流电压输出单元102发送输出指令;
需要说明的是,所述中央处理单元103可为DSP处理单元,在具体实现中,其可采用BF518芯片。
所述主备直流电压输出单元102,用于根据所述输出指令来采用所述电压输入主备充电单元101或超级电容模组单元104进行供电,以实现直流电压输出。
为便于检测所述超级电容模组单元104的模组状态,本实施例中,所述系统还包括:与所述中央处理单元103相连的超级电容组在线监测单元105;
所述超级电容组在线监测单元105,用于监控所述超级电容模组单元104的模组状态,并将所述模组状态发送至所述中央处理单元103。
为便于实现所述超级电容组在线监测单元105,在具体实现中,所述超级电容组在线监测单元105包括:CPU模块、差分AD采样模块和数据通信模块;
所述CPU模块通过所述差分AD采样模块分别采集单体超级电容的差分电压,将所述差分电压作为所述模组状态,并将所述模组状态通过所述数据通信模块发送至所述中央处理单元103,在具体实现中,所述差分AD采样模块为64路,所述数据通信模块采用RS485与所述中央处理单元103相连。
为便于与远方主站进行通信,本实施例中,所述系统还包括:与所述中央处理单元103相连的通讯单元106;
所述中央处理单元103通过所述通讯单元106与远方主站进行通信。
为便于实现所述通讯单元106,本实施例中,所述通讯单元106包括GPRS模块和以太网模块,所述GPRS模块和以太网模块分别与所述中央处理单元103连接。
为防止所述电压输入主备充电单元101出现故障,本实施例中,所述电压输入主备充电单元101可为双路,在一路电压输入主备充电单元出现故障时,另一路电压输入主备充电单元可持续工作。
为提高输出电压,本实施例中,所述超级电容模组单元104可包括:超级电容单体保护模块和若干个串联连接的超级电容,在具体实现中,所述超级电容模组单元104中可包括200个串联连接的超级电容。
本实施例的系统的工作原理为:超级电容组在线监测单元105实时监测所述超级电容模组单元中的单体超级电容的充放电电压,并将所述充放电电压作为模组状态,超级电容组在线监测单元将所述模组状态上传至中央处理单元,由中央处理单元判断所述超级电容模组单元是否存在故障,中央处理单元通过通讯单元与远方主站进行通讯,并在双路的电压输入主备充电单元任意一路出现故障时,由另一路电压输入主备充电单元为超级电容模组单元进行充电,并向主备直流电压输出单元进行供电,从而使所述主备直流电压输出单元输出直流220V,当双路的电压输入主备充电单元均出现故障时,由所述超级电容模组单元向主备直流电压输出单元进行供电,从而使所述主备直流电压输出单元输出直流220V。
本实施例可在电压输入主备充电单元出现故障时,由超级电容模组单元为主备直流电压输出单元进行供电,从而使得系统的充电速度快、循环使用寿命长、功率密度高、无污染、充放电线路简单且超低温特性好,其在运行工程中真正免维护,减轻增加配网管理负担。
与现有技术相比,本实施例的系统具有以下优点:
(1)充电速度快;由于超级电容的充电10分钟可达到其额定容量的95%以上,因此充电响应速度快,在一次放完电后,能迅速充满电,满足开闭所下一次备用电源要求;(2)循环使用寿命长;由于超级电容深度充放电循环使用次数可达100万次,没有“记忆效应”,正常工作条件下平均寿命为10年,在运行过程中可以真正做到免维护;(3)功率密度高;由于超级电容的功能密度相当于电池的5~10倍,大电流放电能力超强,能量转换效率高,可为全所二次设备及断路器分合闸供电,电池储能系统通常不得不采用超大型设计以满足峰值电力要求--即便峰值需求只有短短几秒钟。因此,采用电池的系统相对来说更庞大、更笨重。本系统则要明显轻得多,因为超级电容本身能瞬间释放大功率,完全可满足峰值电力需求,因此本系统不需要采用超大型设计;(4)本系统原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染,是理想的绿色环保电源;(5)充放电线路简单,无需充电电池那样的充电电路,安全系数高,自身具备检测电路,剩余电量可直接读出,不需要更复杂的充电和监控系统;(6)超低温特性好,温度范围宽-40℃~+60℃,没有加热制冷成本。
参照图2,为便于连接所述中央处理单元103与通讯单元106,本实施例中,所述中央处理单元103与通讯单元106之间通过MII总线连接。
为便于连接所述中央处理单元103与超级电容组在线监测单元105,本实施例中,所述中央处理单元103与超级电容组在线监测单元105之间通过RS485总线连接。
为提高所述系统的安全性,本实施例中,所述主备直流电压输出单元102设置有过流保护接口,所述电压输入主备充电单元101设置有过压保护接口,所述超级电容模组单元104设置有过压保护接口。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
以上仅为本实用新型的优选实施例,并非因此限制本实用新型的专利范围,凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于超级电容储能直流电源系统,其特征在于,所述系统包括:电压输入主备充电单元、主备直流电压输出单元、中央处理单元和超级电容模组单元;
所述电压输入主备充电单元,用于对所述超级电容模组单元进行充电;
所述中央处理单元,用于获取所述电压输入主备充电单元的通电状态,并根据所述通电状态向所述主备直流电压输出单元发送输出指令;
所述主备直流电压输出单元,用于根据所述输出指令来采用所述电压输入主备充电单元或超级电容模组单元进行供电,以实现直流电压输出。
2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括:与所述中央处理单元相连的超级电容组在线监测单元;
所述超级电容组在线监测单元,用于监控所述超级电容模组单元的模组状态,并将所述模组状态发送至所述中央处理单元。
3.如权利要求2所述的系统,其特征在于,所述超级电容组在线监测单元包括:CPU模块、差分AD采样模块和数据通信模块;
所述CPU模块通过所述差分AD采样模块分别采集单体超级电容的差分电压,将所述差分电压作为所述模组状态,并将所述模组状态通过所述数据通信模块发送至所述中央处理单元。
4.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括:与所述中央处理单元相连的通讯单元;
所述中央处理单元通过所述通讯单元与远方主站进行通信。
5.如权利要求4所述的系统,其特征在于,所述通讯单元包括GPRS模块和以太网模块,所述GPRS模块和以太网模块分别与所述中央处理单元连接。
6.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述电压输入主备充电单元为双路,在一路电压输入主备充电单元出现故障时,另一路电压输入主备充电单元可持续工作。
7.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述超级电容模组单元包括:超级电容单体保护模块和若干个串联连接的超级电容。
8.如权利要求1~7中任一项所述的系统,其特征在于,所述主备直流电压输出单元设置有过流保护接口。
9.如权利要求1~7中任一项所述的系统,其特征在于,所述电压输入主备充电单元设置有过压保护接口。
10.如权利要求1~7中任一项所述的系统,其特征在于,所述超级电容模组单元设置有过压保护接口。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108710038A (zh) * 2018-04-28 2018-10-26 宁波中车新能源科技有限公司 一种便携式超级电容模组检测装置

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