CN208674930U - 一种基于超级电容的可充电电池功率保护装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于超级电容的可充电电池功率保护装置，一级控制电路的充电控制电路和放电控制电路分别设有三极管，三极管的基极分别连接充电控制引脚，和放电控制引脚，三极管的集电极分别连接主电路两个P型MOS管的栅极、电源和超级电容正极引脚，主电路的两个P型MOS管串联连接，串联连接的超级电容和负载并联于两个P型MOS管的输出端，前部P型MOS管输出端串联恒压横流模块输入端和恒压恒流模块输出端，后部P型MOS管输出端串联升压模块输入端和升压模块输出端。本实用新型利用超级电容作为蓄能缓冲装置为负载设备提供大电流输出，解决了机器人和电动车在爬坡和越障时电池无法提供大电流输出的问题，防止锂电池或蓄电池大电流放电输出影响电池使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及储能控制技术领域，尤其涉及一种电池保护技术。
背景技术
机器人和电动车等设备一般采用可充电锂电池或蓄电池作为储能装置，可充电锂电池或蓄电池的寿命与放电功率即放电电流密切相关，机器人和电动车在爬坡和越障过程中会产生较大的功率输出，电池放电功率过大会严重缩短电池的使用寿命。目前，市场上一般是采用电池电压模拟电路、电子负载仪等一些方案对电池进行放电大电流过流保护，主要用调节电压的方法来降低电流输出，现有的方案只是对电池起到保护作用，无法做到对负载设备大电流输出，从而无法满足负载对大功率的需求。
实用新型内容
为了克服传统可充电锂电池或蓄电池存在的上述问题，本实用新型提供了一种可充电电池功率保护装置。
本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于超级电容的可充电电池功率保护装置，包括一级控制电路和主电路，一级控制电路包括充电控制电路和放电控制电路，充电控制电路和放电控制电路分别设有三极管，三极管的基极分别连接充电控制引脚A1和放点控制引脚A2，三极管的集电极分别连接主电路两个P型MOS管的栅极P1、P2、电源Vcc和超级电容CAP的正极引脚Vcap，主电路的两个P型MOS管串联连接，串联连接的超级电容CAP和负载M并联于两个P型MOS管的输出端，前部P型MOS管输出端串联恒压横流模块输入端IN1和恒压恒流模块输出端OUT1，后部P型MOS管输出端串联升压模块输入端IN2和升压模块输出端OUT2。
所述前部P型MOS管输出端串联前部二极管D2，后部P型MOS管输出端串联后部二极管D3。
还设有电容电量检测电路，电容电量检测电路包括三极管，三极管的发射极连接模拟输出引脚A3，三极管的集电极连接超级电容CAP的电压引脚Vcap。
本实用新型的基于超级电容的可充电电池功率保护装置，利用超级电容作为蓄能缓冲装置为负载设备提供大电流输出，不但对电池起到了保护作用，而且还能满足负载的需求。超级电容具有快速充放电的特性，并且可以反复充放电十万次，解决了机器人和电动车在爬坡和越障时电池无法提供大电流输出的问题，防止锂电池或蓄电池大电流放电输出影响电池使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型基于超级电容的可充电电池功率保护装置一级控制电路图。
图2是本实用新型基于超级电容的可充电电池功率保护装置主电路图。
图3是本实用新型基于超级电容的可充电电池功率保护装置电容电量检测电路图。
具体实施方式
本实用新型的基于超级电容的可充电电池功率保护装置电路如图1-2所示，包括一级控制电路和主电路，一级控制电路包括充电控制电路和放电控制电路，充电控制电路和放电控制电路分别设有三极管，三极管的基极分别连接充电控制引脚A1和放点控制引脚A2，三极管的集电极分别连接主电路两个P型MOS管的栅极P1、P2、电源Vcc和超级电容CAP的正极引脚Vcap，主电路的两个P型MOS管串联连接，串联连接的超级电容CAP和负载M并联于两个P型MOS管的输出端，前部P型MOS管输出端串联恒压横流模块输入端IN1和恒压恒流模块输出端OUT1，后部P型MOS管输出端串联升压模块输入端IN2和升压模块输出端OUT2，前部P型MOS管输出端串联前部二极管D2，后部P型MOS管输出端串联后部二极管D3。还设有电容电量检测电路，如图3所示，电容电量检测电路包括三极管，三极管的发射极连接模拟输出引脚A3，三极管的集电极连接超级电容CAP的电压引脚Vcap。
本实用新型选用二个P型MOSFET管作为两个控制开关来控制给超级电容充电和超级电容给负载放电。电源、电容、负载为并联关系，为了保证可靠性，电源和负载之间不加控制开关。电源与电容之间用P型MOS管控制充电，电容与负载之间用P型MOS管控制电容放电。控制原理包括以下几个部分：
(1)超级电容充放电电路是两级控制电路，通过控制NPN型三极管的导通来控制P型MOS管的导通；
(2)超级电容充电部分选用恒压恒流模块对其进行恒压恒流充电，来控制其充电速率；
(3)因为电池的电压不稳定，电池电量的多少会导致输出电压有一到两伏的差别，所以无法使电容输出电压与电池保持一致，所以超级电容放电是利用升压模块升压至比电池电压高一到两伏为负载供电。
(4)由P型MOS管导通条件，当Vgs小于某个值时，P型MOS管导通。P型MOS管完全导通时Vgs一般在-20V到-4V之间(看选择MOS管的具体参数)，最好在-10V左右，大于-4V时便进入放大状态，此时阻抗较高，MOS管很容易被击穿。在放电阶段电容电压逐渐减小，P型MOS管Vgs逐渐增大，导致MOS管被击穿。本设计方案设置MOS管的导通栅极电压选择源极电压的三分之二，即Vgs在-16V到-6.5V之间(由于升压板限制，电容从24V放电到10V将停止工作)，刚好解决了这个问题。(4)用反电动势吸收电路和两个防反向电压二极管来吸收和阻止反向电动势。具体设计方法见电路原理图。
控制超级电容充放电为两级控制方案，用三极管来控制MOS管的通断，进而控制超级电容充放电。A1为充电控制引脚(高电平导通)，A2为放电控制引脚(高电平导通)，A3为检测电容电量的模拟输出引脚。CAP、M分别对应电容与负载。IN1、OUT1是连接恒压恒流模块的端子，IN2、OUT2是连接升压模块的端子。利用超级电容作为蓄能缓冲装置来保护电池使用寿命；采用Vgs＝2/3电容电压的控制策略，解决了在放电后期MOS管工作在放大状态导致MOS管被击穿的问题；利用升压模块提升至负载所需电压范围，解决超级电容放电过程中放电过快的问题。
Claims (3)
1.一种基于超级电容的可充电电池功率保护装置，其特征在于：包括一级控制电路和主电路，一级控制电路包括充电控制电路和放电控制电路，充电控制电路和放电控制电路分别设有三极管，三极管的基极分别连接充电控制引脚(A1)和放电控制引脚(A2)，三极管的集电极分别连接主电路两个P型MOS管的栅极(P1、P2)、电源(Vcc)和超级电容(CAP)的正极引脚(Vcap)，主电路的两个P型MOS管串联连接，串联连接的超级电容(CAP)和负载(M)并联于两个P型MOS管的输出端，前部P型MOS管输出端串联恒压横流模块输入端(IN1)和恒压恒流模块输出端(OUT1)，后部P型MOS管输出端串联升压模块输入端(IN2)和升压模块输出端(OUT2)。
2.根据权利要求1所述的一种基于超级电容的可充电电池功率保护装置，其特征在于：所述前部P型MOS管输出端串联前部二极管(D2)，后部P型MOS管输出端串联后部二极管(D3)。
3.根据权利要求1所述的一种基于超级电容的可充电电池功率保护装置，其特征在于：还设有电容电量检测电路，电容电量检测电路包括三极管，三极管的发射极连接模拟输出引脚(A3)，三极管的集电极连接超级电容(CAP)的电压引脚(Vcap)。
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