CN206922489U - 基于超级电容的能量存储控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于超级电容的能量存储控制系统，涉及能量存储领域；它包括：电压源、降压电路、超级电容、环境监测单元、电压采样单元、D/A转换单元、过压保护单元和控制单元；电压源的输出端与降压电路的输入端相连，降压电路的输出端与超级电容的输入端相连，降压电路的输出端与电压采样单元的输入端相连，电压采样单元的输出端与控制单元的输入端相连，环境监测单元的输出端与控制单元的输入端相连，控制单元的输出端分别与D/A转换单元和过压保护单元的输出端相连，D/A转换单元的输出端与降压电路的输入端相连，过压保护单元的输出端与降压保护电路的输入端相连。本实用新型精确控制能量存储的时间，降低了阻抗和功率损耗，提高了转换效率。

Description

基于超级电容的能量存储控制系统

技术领域

本实用新型涉及能量存储领域，尤其是基于超级电容的能量存储控制系统。

背景技术

超级电容器诞生以来,其独具的循环寿命长、功率密度高、充电速度快、放电电流大等特点使其应用越来越受到人们的重视,在电动汽车中替代蓄电池作为储能元件已经在多个城市试点应用,在光伏发电领域,用超级电容器作为光伏发电的储能装置也具有良好的发展前景。超级电容器与普通电池相比较,有很多优点：超低等效串联电；充电速度快,充电10s～10min可达到其额定容量的95％以上；循环使用寿命长,深度充放电循环使用次数可达50万次,是锂离子电池的500倍,是镍氢和镍镉电池的1000倍,如果对超级电容每天充放电20次,连续使用可达68年,而且没有“记忆效应”；大电流放电能力超强,能量转换效率高,过程损失小,大电流能量循环效率≥90％(5)功率密度高,可达3000W/KG-5000W/KG,相当于电池的5～10倍；产品原材料构成、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；超低温特性好,温度范围宽-40℃～+70℃,普通电池是-20～60℃；检测方便,剩余电量可直接读出。

正是基于超级电容的诸多优点,使它应用越性不同于普通蓄电池,目前在国内一般都是使用有恒流限压功能的线性充电器,对于超级电容的充电特性来讲,这种常规充电方式效率会很低,尤其在充电起始阶段,其效率甚至低于5％且很难精确控制超级电容并实现存储。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于超级电容的能量存储控制系统，实现了对自身存储环境的实时监测，精确控制能量存储的时间，克服了高频工作下电流趋肤效应带来的阻抗升高现象，采用同步整流晶体管，代替传统电路中的肖特基二极管，克服了肖特基二极管固有的导通电压带来的固定损耗，从而降低续流二极管带来的功率损耗，提高了转换效率。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：基于超级电容的能量存储控制系统，它包括：电压源、降压电路、超级电容、环境监测单元、电压采样单元、D/A转换单元、过压保护单元和控制单元；

所述的电压源的输出端与降压电路的输入端相连，降压电路的输出端与超级电容的输入端相连，降压电路的输出端与电压采样单元的输入端相连，电压采样单元的输出端与控制单元的输入端相连，环境监测单元的输出端与控制单元的输入端相连，控制单元的输出端分别与D/A转换单元和过压保护单元的输出端相连，D/A转换单元的输出端与降压电路的输入端相连，过压保护单元的输出端与降压保护电路的输入端相连。

进一步的，所述的降压电路的拓扑结构，具体包括：电压源输入电压V1、降压输出电压V2、开关管Q1、续流晶体管Q2、第一电容C1、第二电容C2和电感L1；所述的第一电容C1和第二电容C2依次并联在电压源输入电压V1和降压输出电压V2的两端；所述的电压源输入电压V1、开关管Q1、电感L1和降压输出电压V2依次串联；所述的续流晶体管Q2与开关管Q1串联。

进一步的，所述的电感L1采用多股绕制的储能电感，防止高频工作下电流趋肤效应导致的阻抗升高现象。

进一步的，所述的续流晶体管Q2采用同步整流晶体管，代替传统电路中的肖特基二极管，克服了肖特基二极管固有的导通电压带来的固定损耗，从而降低续流二极管带来的功率损耗。

进一步的，所述的控制单元包括PLC控制器、单片机和工控机的至少一种。

基于超级电容的能量存储控制系统，还包括报警单元所述的报警单元包括蜂鸣器和报警指示灯的一种或多种。

进一步的，所述的控制单元根据环境监测单元与电压采样单元反馈，控制降压电路开关管Q1的状态实现存储能量的开始与停止。

进一步的，所述的电压采样单元是电压传感器。

进一步的，所述的环境监测单元包括温度传感器和湿度传感器的至少一种。

本实用新型的有益效果是：

(1)通过对自身存储环境的实时监测，精确控制能量存储的时间、实时预警有效预防了安全隐患；

(2)克服了高频工作下电流趋肤效应带来的阻抗升高现象，

(3)导通电压带来的固定损耗，从而降低续流二极管带来的功率损耗，提高了转换效率。

附图说明

图1为一个实施例的基于超级电容的能量存储控制系统框图；

图2为一个实施例的降压电路的电路图；

图3为另一个实施例的基于超级电容的能量存储控制系统框图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。

实施例1

如图1所示，基于超级电容的能量存储控制系统，它包括：电压源、降压电路、超级电容、环境监测单元、电压采样单元、D/A转换单元、过压保护单元和控制单元；

所述的电压源的输出端与降压电路的输入端相连，降压电路的输出端与超级电容的输入端相连，降压电路的输出端与电压采样单元的输入端相连，电压采样单元的输出端与控制单元的输入端相连，环境监测单元的输出端与控制单元的输入端相连，控制单元的输出端分别与D/A转换单元和过压保护单元的输出端相连，D/A转换单元的输出端与降压电路的输入端相连，过压保护单元的输出端与降压保护电路的输入端相连。

实施例2

基于超级电容的能量存储控制系统，它包括：电压源、降压电路、超级电容、环境监测单元、电压采样单元、D/A转换单元、过压保护单元和控制单元；

所述的电压源的输出端与降压电路的输入端相连，降压电路的输出端与超级电容的输入端相连，降压电路的输出端与电压采样单元的输入端相连，电压采样单元的输出端与控制单元的输入端相连，环境监测单元的输出端与控制单元的输入端相连，控制单元的输出端分别与D/A转换单元和过压保护单元的输出端相连，D/A转换单元的输出端与降压电路的输入端相连，过压保护单元的输出端与降压保护电路的输入端相连。

如图2所示，所述的降压电路的拓扑结构，具体包括：电压源输入电压V1、降压输出电压V2、开关管Q1、续流晶体管Q2、第一电容C1、第二电容C2和电感L1；所述的第一电容C1和第二电容C2依次并联在电压源输入电压V1和降压输出电压V2的两端；所述的电压源输入电压V1、开关管Q1、电感L1和降压输出电压V2依次串联；所述的续流晶体管Q2与开关管Q1串联。

实施例3

基于超级电容的能量存储控制系统，它包括：电压源、降压电路、超级电容、环境监测单元、电压采样单元、D/A转换单元、过压保护单元和控制单元；

所述的电压源的输出端与降压电路的输入端相连，降压电路的输出端与超级电容的输入端相连，降压电路的输出端与电压采样单元的输入端相连，电压采样单元的输出端与控制单元的输入端相连，环境监测单元的输出端与控制单元的输入端相连，控制单元的输出端分别与D/A转换单元和过压保护单元的输出端相连，D/A转换单元的输出端与降压电路的输入端相连，过压保护单元的输出端与降压保护电路的输入端相连。

所述的降压电路的拓扑结构，具体包括：电压源输入电压V1、降压输出电压V2、开关管Q1、续流晶体管Q2、第一电容C1、第二电容C2和电感L1；所述的第一电容C1和第二电容C2依次并联在电压源输入电压V1和降压输出电压V2的两端；所述的电压源输入电压V1、开关管Q1、电感L1和降压输出电压V2依次串联；所述的续流晶体管Q2与开关管Q1串联。

所述的电感L1采用多股绕制的储能电感，防止高频工作下电流趋肤效应导致的阻抗升高现象。

实施例4

基于超级电容的能量存储控制系统，它包括：电压源、降压电路、超级电容、环境监测单元、电压采样单元、D/A转换单元、过压保护单元和控制单元；

所述的电压源的输出端与降压电路的输入端相连，降压电路的输出端与超级电容的输入端相连，降压电路的输出端与电压采样单元的输入端相连，电压采样单元的输出端与控制单元的输入端相连，环境监测单元的输出端与控制单元的输入端相连，控制单元的输出端分别与D/A转换单元和过压保护单元的输出端相连，D/A转换单元的输出端与降压电路的输入端相连，过压保护单元的输出端与降压保护电路的输入端相连。

所述的降压电路的拓扑结构，具体包括：电压源输入电压V1、降压输出电压V2、开关管Q1、续流晶体管Q2、第一电容C1、第二电容C2和电感L1；所述的第一电容C1和第二电容C2依次并联在电压源输入电压V1和降压输出电压V2的两端；所述的电压源输入电压V1、开关管Q1、电感L1和降压输出电压V2依次串联；所述的续流晶体管Q2与开关管Q1串联。

所述的电感L1采用多股绕制的储能电感，防止高频工作下电流趋肤效应导致的阻抗升高现象。

所述的续流晶体管Q2采用同步整流晶体管，代替传统电路中的肖特基二极管，克服了肖特基二极管固有的导通电压带来的固定损耗，从而降低续流二极管带来的功率损耗。

实施例5

如图3所示，基于超级电容的能量存储控制系统，它包括：太阳能电池板、降压电路、超级电容、电压传感器、D/A转换器、过压保护器、PLC控制器、蜂鸣器、湿度传感器和温度传感器。

所述的降压电路的拓扑结构，具体包括：电压源输入电压V1、降压输出电压V2、开关管Q1、续流晶体管Q2、第一电容C1、第二电容C2和电感L1；所述的第一电容C1和第二电容C2依次并联在电压源输入电压V1和降压输出电压V2的两端；所述的电压源输入电压V1、开关管Q1、电感L1和降压输出电压V2依次串联；所述的续流晶体管Q2与开关管Q1串联。

所述的电感L1采用多股绕制的储能电感，防止高频工作下电流趋肤效应导致的阻抗升高现象。

所述的续流晶体管Q2采用同步整流晶体管，代替传统电路中的肖特基二极管，克服了肖特基二极管固有的导通电压带来的固定损耗，从而降低续流二极管带来的功率损耗。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.基于超级电容的能量存储控制系统，其特征在于，它包括：电压源、降压电路、超级电容、环境监测单元、电压采样单元、D/A转换单元、过压保护单元和控制单元；

所述的电压源的输出端与降压电路的输入端相连，降压电路的输出端与超级电容的输入端相连，降压电路的输出端与电压采样单元的输入端相连，电压采样单元的输出端与控制单元的输入端相连，环境监测单元的输出端与控制单元的输入端相连，控制单元的输出端分别与D/A转换单元和过压保护单元的输出端相连，D/A转换单元的输出端与降压电路的输入端相连，过压保护单元的输出端与降压保护电路的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的基于超级电容的能量存储控制系统，其特征在于：所述的降压电路包括电压源输入电压V1、降压输出电压V2、开关管Q1、续流晶体管Q2、第一电容C1、第二电容C2和电感L1；所述的第一电容C1和第二电容C2依次并联在电压源输入电压V1和降压输出电压V2的两端；所述的电压源输入电压V1、开关管Q1、电感L1和降压输出电压V2依次串联；所述的续流晶体管Q2与开关管Q1串联。

3.根据权利要求2所述的基于超级电容的能量存储控制系统，其特征在于：所述的电感L1采用多股绕制的储能电感。

4.根据权利要求2所述的基于超级电容的能量存储控制系统，其特征在于：所述的续流晶体管Q2采用同步整流晶体管。

5.根据权利要求1所述的基于超级电容的能量存储控制系统，其特征在于：还包括报警单元所述的报警单元包括蜂鸣器和报警指示灯的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的基于超级电容的能量存储控制系统，其特征在于：所述的控制单元根据环境监测单元与电压采样单元反馈，控制降压电路开关管Q1的状态实现存储能量的开始与停止。

7.根据权利要求1所述的基于超级电容的能量存储控制系统，其特征在于：所述的电压采样单元是电压传感器。

8.根据权利要求1所述的基于超级电容的能量存储控制系统，其特征在于：所述的环境监测单元包括温度传感器和湿度传感器的至少一种。