CN210625741U - 超级电容模组信息采集控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种超级电容模组信息采集控制系统,包括:控制器；模拟信号监测电路，包括电压信号监测电路和温度信号监测电路；电压信号监测电路包括多路电压调理采集电路和与每路电压调理采集电路连接的模组电压报警信号输出电路，模组电压报警信号输出电路与控制器连接；温度信号监测电路包括激励电路和与激励电路连接的测量电路，测量电路包括状态判断电路和与状态判断电路连接的温度状态信号输出电路，温度状态信号输出电路与控制器连接；数字信号监测电路，分别与超级电容模组的温度开关状态的输出及储能系统的风扇状态监测电路的输出连接。本实用新型能够实现对超级电容模组的状态监测，并进行保护报警控制，提高储能系统安全性及使用寿命。

Description

超级电容模组信息采集控制系统

技术领域

本实用新型属于超级电容储能技术领域，涉及超级电容信息采集技术，具体地说，涉及一种超级电容模组信息采集控制系统。

背景技术

超级电容作为一种新型储能元件，以其较高的功率密度与较长的使用寿命得到广泛关注，在大功率短时间充放电的场合优势明显，在风电、电动汽车、城市轨道交通节能、提升装置能量回收及功率补偿方面都有着广泛应用。超级电容单体电压较低，在其应用时需要将大量的超级电容单体进行串并联组成超级电容模组进行使用，使用时不能超压或者超温，当有故障时应及时停机检查。若超级电容超压或者超温，会对产品本身造成不可逆转的影响，损害超级电容，从而影响储能系统的安全性，降低储能系统的使用寿命。由于储能系统中超级电容单体数量众多，需要对超级电容单体的电压、温度进行检测，并对故障状态进行及时判断并报警，但超级电容模组采集的电压、温度信号均为模拟信号，需要人工现场测量进行信号采集，不能直接直观的读出，检测效率低，且人工测量比较危险，安全性差，维护效率低。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的超级电容模组安全性差、使用寿命短等上述问题，提供了一种提高超级电容模组安全性、延长超级电容模组使用寿命的超级电容模组信息采集控制系统，能够实现对超级电容模组的状态监测，并进行保护报警控制。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种超级电容模组信息采集控制系统，包括：

控制器；

模拟信号监测电路，包括电压信号监测电路和温度信号监测电路；

所述电压信号监测电路包括多路电压调理采集电路和与每路电压调理采集电路连接的模组电压报警信号输出电路，所述模组电压报警信号输出电路与所述控制器连接；

所述温度信号监测电路包括激励电路和与所述激励电路连接的测量电路，所述测量电路包括状态判断电路和与所述状态判断电路连接的温度状态信号输出电路，所述温度状态信号输出电路与所述控制器连接；

数字信号监测电路，分别与超级电容模组的温度开关状态的输出及储能系统的风扇状态监测电路的输出连接，用于对超级电容模组的温度状态及储能系统的风扇开关状态进行监测，所述数字信号监测电路与所述控制器连接。

进一步的，还包括与所述控制器连接的通信模块，所述控制器通过通信模块与上级控制器通信。

优选的，所述电压调理采集电路包括第一分压电路R1、与第一分压电阻R1连接的电压传感器、与所述电压传感器连接的采样电阻以及与所述采样电阻连接的第一电压跟随电路，所述第一电压跟随电路的输出与所述模组电压报警信号输出电路和所述控制器的输入接口Ⅰ连接。

优选的，所述模组电压报警信号输出电路包括多个阴极相连的二极管Ⅰ、基极和集电极均与所述二极管Ⅰ的阴极连接的三极管Ⅰ以及与所述三极管Ⅰ的基极和集电极连接的光耦元件，所述二极管Ⅰ的阳极与所述第一电压跟随电路的输出的连接，所述光耦元件的输出与所述控制器的输入接口Ⅱ连接。

优选的，所述激励电路包括放置于超级电容模组中的热敏电阻、第二分压电阻R2以及第二电压跟随电路，热敏电阻与第二分压电阻R2组成串联电路，该串联电路一端接地，一端连接电源VDD,第二电压跟随电路的输入连接于所述热敏电阻与第二分压电阻R2之间；所述状态判断电路包括输入与第二电压跟随电路的输出连接的电压比较器以及与所述电压比较器输出连接的光耦元件，光耦元件的输出与所述温度状态信号输出电路的输入连接。

优选的，所述温度状态信号输出电路包括多个阴极相连的二极管Ⅱ、基极和集电极均与所述二极管Ⅱ阴极连接的三极管Ⅱ、与所述三极管Ⅱ的集电极和发射极连接的光耦元件、基极和发射极均与所述光耦元件的输出连接的三极管Ⅲ以及输入与所述三极管Ⅲ的基极和集电极连接的继电器，所述继电器的输出与所述控制器的输入接口Ⅲ连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

本实用新型监测系统设有由电压信号监测电路与温度信号监测电路组成模拟信号监测电路以及数字信号监测电路，能够对储能单元内各超级电容模组的电压、温度及储能单元内的风扇开关状态进行监测，并进行故障判断和报警，提高了储能系统的安全性并提高了储能系统的维护效率，延长储能系统的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述超级电容模组信息采集控制系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例电压信号采集电路的原理图；

图3为本实用新型实施例模组电压报警信号输出电路的原理图；

图4为本实用新型实施例激励电路的原理图；

图5为本实用新型实施例状态判断电路的原理图；

图6为本实用新型实施例温度状态信号输出电路的原理图；

图7为本实用新型实施例控制器接口连接示意图；

图8为现有超级电容模组的温度开关状态监测图；

图9为现有储能系统的风扇状态监测图。

图中，1、控制器，2、模拟信号监测电路，3、电压信号监测电路，31、电压调理采集电路，311、电压传感器，312、采样电阻，313、第一电压跟随电路，32、模组电压报警信号输出电路，321、二极管Ⅰ，322、三极管Ⅰ，323、光耦元件，4、温度信号监测电路，41、激励电路,411、热敏电阻，412、第二电压跟随电路，42、测量电路，421、状态判断电路，4211、电压比较器，4212、光耦元件，422、温度状态信号输出电路，5、数字信号监测电路，6、通信模块，7、上级控制器。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

参见图1，本实用新型实施例提供了一种超级电容模组信息采集控制系统，包括：

控制器1；

模拟信号监测电路2，包括电压信号监测电路3和温度信号监测电路4；

所述电压信号监测电路3包括多路电压调理采集电路31和与每路电压调理采集电路31连接的模组电压报警信号输出电路32，所述模组电压报警信号输出电路32与所述控制器1连接；

所述温度信号监测电路4包括激励电路41和与所述激励电路41连接的测量电路42，所述测量电路42包括状态判断电路421和与所述状态判断电路421连接的温度状态信号输出电路422，所述温度状态信号输出电路422与所述控制器1连接；

数字信号监测电路5，分别与超级电容模组的温度开关状态的输出及储能系统的风扇状态监测电路的输出连接，用于对超级电容模组的温度状态及储能系统的风扇开关状态进行监测，所述数字信号监测电路5与所述控制器1连接。

模拟信号监测电路和数字信号监测电路采集超级电容模组的电压、温度及风扇开关状态的信号，并进行电压、温度故障的判断，若判断为故障则触发报警信号，并将监测信号及报警信号发送至控制器，由控制器进行标识，并输出控制信号，能够实现对多个超级电容模组工作状态的有效监测及故障报警控制，监测效率高，在出现故障时能够及时控制，维护效率高，提高了储能系统的安全性及使用寿命。

继续参见图1，在一具体实施方式中，上述控制系统还包括与所述控制器1连接的通信模块6，所述控制器1通过通信模块6与上级控制器7通信。控制器将汇总的监测信号、报警信号及控制信号通过通信模块发送至上级控制器，便于工作人员进行维修控制。

具体地，参见图2，所述电压调理采集电路包括第一分压电阻R1、与第一分压电阻R1连接的电压传感器311、与所述电压传感器311连接的采样电阻312以及与所述采样电阻312连接的第一电压跟随电路313，所述第一电压跟随电路313的输出与所述模组电压报警信号输出电路32和所述控制器1的输入接口Ⅰ101连接。在一具体实施方式中，电压调理采集电路共设为5路，可以同时对5个超级电容模组的电压情况进行采集。需要说明的是，电压调理采集电路不仅可以设为5路，还可以设为3路、4路、6路等多路，具体可以根据实际情况设置。电压调理采集电路可以实现对多个超级电容模组的电压信号采集，有效提高了对储能单元各超级电容模组电压信号的监测效率。

具体地，参见体图3，所述模组电压报警信号输出电路32包括多个阴极相连的二极管Ⅰ321、基极和集电极均与所述二极管Ⅰ321的阴极连接的三极管Ⅰ322以及与所述三极管Ⅰ322的基极和集电极连接的光耦元件323，所述二极管Ⅰ321的阳极与所述第一电压跟随电路313的输出的连接，所述光耦元件323的输出与所述控制器1的输入接口Ⅱ102连接。各路电压状态信号通过模组电压报警信号输出电路输入至控制器中，当大于等于1台模组发出轻度温度报警、风扇开启(低电平有效)，则二极管Ⅰ导通，三极管Ⅰ截止，模组电压报警信号输出电路输出高电平。

温度信号监测电路通过电压激励、电阻分压使温度-阻值信号变为温度-电压信号，电压信号经过分压、比较将电压信号转换成温度状态信号，根据温度-电压变化，对超级电容模组温度状态进行判断。

具体地，参见体图4，所述激励电路41包括放置于超级电容模组中的热敏电阻411、第二分压电阻R2以及第二电压跟随电路412，热敏电阻411与第二分压电阻R2组成串联电路，该串联电路一端接地，一端连接电源VDD,第二电压跟随电路412的输入连接于所述热敏电阻411与第二分压电阻R2之间。其中，放置于超级电容模组中的热敏电阻与第二分压电阻R2分担电源VDD的电压，使温度-阻值信号变化为输出的温度-电压信号然后经过第二电压跟随电路输出。

具体地，参见图5，所述状态判断电路421包括输入与第二电压跟随电路412的输出连接的电压比较器4211以及与所述电压比较器4211输出连接的光耦元件4212，光耦元件4212的输出与所述温度状态信号输出电路422的输入连接。其中，电压比较器将电压信号转换成温度状态信号，当输入电压大于电压比较器电压时，即超级电容模组温度小于状态判定温度，电压比较器输出低电平，状态判断电路的光耦元件输出高电平，当超级电容模组温度高于状态判定温度，光耦元件输出低电平。状态判断电路通过调整电压比较器的第一比例电阻R3和第二比例电阻R4的比例来调整风扇开关，随着超级电容模组温度的提升，热敏电阻阻值减小，通过分压电路得到的电压信号降低，当温度高于风扇开启温度时风扇开启，状态判断电路的光耦元件输出低电平。轻度温度故障和重度温度故障报警同理。

具体地，参见图6，所述温度状态信号输出电路422包括多个阴极相连的二极管Ⅱ4221、基极和集电极均与所述二极管Ⅱ4221阴极连接的三极管Ⅱ4222、与所述三极管Ⅱ4222的集电极和发射极连接的光耦元件4223、基极和发射极均与所述光耦元件4223的输出连接的三极管Ⅲ4224以及输入与所述三极管Ⅲ4224的基极和集电极连接的继电器4225，所述继电器4225的输出与所述控制器1的输入接口Ⅲ103连接。当大于等于1台模组发出重度温度报警、风扇开启(低电平有效)，则二极管Ⅱ导通，三极管Ⅱ截止，光耦元件断开，三极管Ⅲ导通，继电器吸合，输出+24V有效电平。

数字信号监测电路监测储能系统的风扇开启状态，同时监控储能系统的温度开关状态，温度开关阈值设定为系统保护温度，当系统的温度升高至设定风扇启动温度，监测风扇状态是否开启，若开启，实时监测温度信号模拟量变化，根据温度变化曲线是否正常进入系统热平衡状态，若进入系统正常工作，如果未进入热平衡状态，发出报警信号至控制器，控制器输出控制信号至上级控制器，由上级控制器控制储能系统降功率继续工作。当温度状态变化达到保护阈值时，储能系统退出工作。其中，参见图8，温度开关为常闭(正常时导通)开关，当个别超级电容模组温度故障时，超级电容模组内温度开关断开，整体串联电路断开，数字信号监测电路输出低电平，控制器输入端变为低电平，故而监测到温度开关状态。参见图9，风扇状态为常开信号，风扇工作时闭合，监测与温度开关状态监测同理。

参见图7所示控制器接口连接示意图。电压调理采集电路输出的电压测量信号通过控制器的输入接口Ⅰ101输入至控制器，模组电压报警信号输出电路直接输出的电压报警信号通过输入接口Ⅱ102输入至控制器，温度状态信号输出电路的各超级电容模组重度温度报警信号，自输出端直接与控制器的输入端口Ⅲ103连接，自输入端口Ⅲ103输入至控制器，轻度温度报警信号和风扇开启信号经温度状态信号输出电路合并为2路信号经输入端口Ⅳ104输入至控制器。控制器根据各个超级电容模组状态的采集信号对电容工作、故障状态进行标志汇总，最后将各个超级电容模组的状态通过CAN通信接口105上传至上级控制器。

上述实施例用来解释本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种超级电容模组信息采集控制系统，其特征在于，包括：

控制器；

模拟信号监测电路，包括电压信号监测电路和温度信号监测电路；

所述电压信号监测电路包括多路电压调理采集电路和与每路电压调理采集电路连接的模组电压报警信号输出电路，所述模组电压报警信号输出电路与所述控制器连接；

所述温度信号监测电路包括激励电路和与所述激励电路连接的测量电路，所述测量电路包括状态判断电路和与所述状态判断电路连接的温度状态信号输出电路，所述温度状态信号输出电路与所述控制器连接；数字信号监测电路，分别与超级电容模组的温度开关状态的输出及储能系统的风扇状态监测电路的输出连接，用于对超级电容模组的温度状态及储能系统的风扇开关状态进行监测，所述数字信号监测电路与所述控制器连接。

2.如权利要求1所述的超级电容模组信息采集控制系统，其特征在于，还包括与所述控制器连接的通信模块，所述控制器通过通信模块与上级控制器通信。

3.如权利要求1或2所述的超级电容模组信息采集控制系统，其特征在于，所述电压调理采集电路包括第一分压电路R1、与第一分压电阻R1连接的电压传感器、与所述电压传感器连接的采样电阻以及与所述采样电阻连接的第一电压跟随电路，所述第一电压跟随电路的输出与所述模组电压报警信号输出电路和所述控制器的输入接口Ⅰ连接。

4.如权利要求3所述的超级电容模组信息采集控制系统，其特征在于，所述模组电压报警信号输出电路包括多个阴极相连的二极管Ⅰ、基极和集电极均与所述二极管Ⅰ的阴极连接的三极管Ⅰ以及与所述三极管Ⅰ的基极和集电极连接的光耦元件，所述二极管Ⅰ的阳极与所述第一电压跟随电路的输出的连接，所述光耦元件的输出与所述控制器的输入接口Ⅱ连接。

5.如权利要求3所述的超级电容模组信息采集控制系统，其特征在于，所述激励电路包括放置于超级电容模组中的热敏电阻、第二分压电阻R2以及第二电压跟随电路，热敏电阻与第二分压电阻R2组成串联电路，该串联电路一端接地，一端连接电源VDD,第二电压跟随电路的输入连接于所述热敏电阻与第二分压电阻R2之间；所述状态判断电路包括输入与第二电压跟随电路的输出连接的电压比较器以及与所述电压比较器输出连接的光耦元件，光耦元件的输出与所述温度状态信号输出电路的输入连接。

6.如权利要求1或2所述的超级电容模组信息采集控制系统，其特征在于，所述温度状态信号输出电路包括多个阴极相连的二极管Ⅱ、基极和集电极均与所述二极管Ⅱ阴极连接的三极管Ⅱ、与所述三极管Ⅱ的集电极和发射极连接的光耦元件、基极和发射极均与所述光耦元件的输出连接的三极管Ⅲ以及输入与所述三极管Ⅲ的基极和集电极连接的继电器，所述继电器的输出与所述控制器的输入接口Ⅲ连接。

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