CN220398614U - 一种超级电容器工况诊断与报警电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了超级电容器工况诊断与报警电路，包括：超级电容器单元、漏液检测报警单元及若干过压检测报警单元及若干温度检测报警单元；超级电容器单元包括若干串联的超级电容单体，若干超级电容单体分别与若干过压检测报警单元连接，过压检测报警单元包括过压检测主动均衡电路模块和过压报警电路模块；漏液检测报警单元包括漏液检测传感器和漏液报警电路模块，温度检测报警单元包括温度传感器和温度报警电路模块，漏液检测传感器、温度传感设于超级电容器单元内，漏液检测传感器与漏液报警电路模块连接，温度传感器与温度报警电路模块连接。本方案可实现超级电容器过温、过压、漏液检测报警，方便工作人员及时处理，避免发生爆炸等安全问题。

Description

一种超级电容器工况诊断与报警电路

技术领域

本实用新型涉及超级电容器技术领域，尤其是一种超级电容器工况诊断与报警电路。

背景技术

随着人们对碳排放重视程度的提高，新能源产业也日益发展壮大，市面上出现了越来越多新能源电动摩托车、汽车等。超级电容器是一种能够高效存储和释放能量的电子元件，被经常用于新能源产业中。然而，在超级电容器的使用中，也会存在一些安全风险，如由于过压、温度过高等其它因素会引发爆炸问题，会造成财产损失甚至威胁到人身安全。

实用新型内容

鉴于上述情况，有必要提供一种超级电容器工况诊断与报警电路，以解决超级电容器在应用中易出现爆炸的问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种超级电容器工况诊断与报警电路，包括：超级电容器单元、漏液检测报警单元及若干过压检测报警单元及若干温度检测报警单元；

超级电容器单元包括若干串联的超级电容单体，若干超级电容单体分别与若干过压检测报警单元连接，过压检测报警单元包括过压检测主动均衡电路模块和过压报警电路模块；

漏液检测报警单元包括漏液检测传感器和漏液报警电路模块，温度检测报警单元包括温度传感器和温度报警电路模块，漏液检测传感器、温度传感器设于超级电容器单元内，漏液检测传感器与漏液报警电路模块连接，温度传感器与温度报警电路模块连接。

在本实用新型超级电容器工况诊断与报警电路中，还包括DC/DC电源转换单元，DC/DC电源转换单元的输入端与超级电容器单元连接，输出端输出有电源VC1和电源VC2。

在本实用新型超级电容器工况诊断与报警电路中，漏液报警电路模块包括：电压放大芯片U3、电阻R18和电阻R20、PNP三极管T3、电压比较芯片Q4、光藕PC5及警报灯LED3；

电压放大芯片U3的IN端与漏液检测传感器连接，电阻R18的一端与电压放大芯片U3的OUT端连接，另一端与电阻R20连接，电阻R20接地；

电压比较芯片Q4的1端连接在电阻R18与电阻R19之间，电压比较芯片Q4的3端接地，电压比较芯片Q4的2端分别与PNP三极管T3的发射极、基极连接；

PNP三极管T3的发射极外接所述电源VC1，PNP三极管T3的集电极与光藕PC5的发光二极管端阳极连接，光藕PC5的发光二极管端阴极端通过电阻R23接地；

光藕PC5的三极管端发射极通过电阻R26接地，光藕PC5的三极管端集电极与警报灯LED3的阴极连接，警报灯LED3的阳极外接电源VC2。

在本实用新型超级电容器工况诊断与报警电路中，温度报警电路模块包括：PNP三极管T2、电压比较芯片Q3、电阻R16、光藕PC3及警报灯LED1；

电压比较芯片Q3的1端连接到温度传感器上，电压比较芯片Q3的2端与PNP三极管T2的基极连接，电压比较芯片Q3的1端和2端通过电容C4连接；

电阻R16连接在电压比较芯片Q3的1端和3端之间，电压比较芯片Q3的3端接地；

PNP三极管T2的发射极外接电源VC1并与温度传感器连接，PNP三极管T2的集电极与光藕PC3的发光二极管端阳极连接，光藕PC3的发光二极管端阴极通过电阻R17接地；

光藕PC3的三极管端发射极通过电阻R24进行接地，光藕PC3的三极管端集电极与警报灯LED1的阴极连接，警报灯LED1的阳极外接电源VC2。

在本实用新型超级电容器工况诊断与报警电路中，过压检测主动均衡电路模块包括：串联的电阻R1和电阻R2、电容C1、电压比较器U1、MOS管Q1 及光藕PC1；

串联的电阻R1和所述电阻R2两端分别并联在超级电容单体两端，电容C1的一端与超级电容单体连接，另一端连接在电阻R1和电阻R2之间；

电压比较器U1的3端连接在电阻R1和电阻R2之间，电压比较器U1的2端接地，电压比较器U1的1端与MOS管Q1 的栅极连接；

MOS管Q1的栅极、漏极分别通过电阻R10、电阻R9连接在超级电容单体的正极，MOS管Q1 的源极接地；

光藕PC1的发光二极管端阳极通过电阻R8连接到超级电容单体的正极，光藕PC1的发光二极管端阴极连接到MOS管Q1的漏极，光藕PC1的三极管端集电极与过压报警电路模块连接，光藕PC1的三极管端发射极接地。

在本实用新型超级电容器工况诊断与报警电路中，过压报警电路模块包括PNP三极管T1、光藕PC4及警报灯LED2；

PNP三极管T1的发射极外接电源VC1，PNP三极管T1的基极与光藕PC1的三极管端集电极连接，PNP三极管T1的集电极与光藕PC4的发光二极管端的阳极连接，光藕PC4的发光二极管端的阴极通过电阻R13接地；

光藕PC4的三极管端发射极通过电阻R25进行接地，光藕PC4的三极管端集电极与警报灯LED2的阴极连接，警报灯LED2的阳极外接所述电源VC2。

在本实用新型超级电容器工况诊断与报警电路中，若干超级电容单体两端均并联有被动均衡电阻。

在本实用新型超级电容器工况诊断与报警电路中，温度传感器采用热敏电阻NTC。

在本实用新型超级电容器工况诊断与报警电路中，漏液检测传感器采用乙腈检测传感器。

通过以上技术方案，本实用新型的有益效果：本实用新型通过设置温度检测报警单元、漏液检测报警单元及过压检测报警单元，可以实现温度过高报警、漏液报警、过压报警功能。将漏液检测传感器、温度传感器设于超级电容器单元内，可以及时检测到超级电容器是否发热异常和产生漏液，进而将信息反馈给温度报警电路模块和漏液报警电路模块进行报警，方便工作人员及时去处理解决，避免发生爆炸、起火等安全问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例的电路示意图；

图2是本实用新型实施例的原理框图。

100、超级电容器单元；110、超级电容单体；200、漏液检测报警单元；210、漏液检测传感器；220、漏液报警电路模块；300、过压检测报警单元；310、过压检测主动均衡电路模块；320、过压报警电路模块；400、温度检测报警单元、410、温度传感器；420、温度报警电路模块；500、DC/DC电源转换单元。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型一种超级电容器工况诊断与报警电路进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参照图1-2，一种超级电容器工况诊断与报警电路，包括：超级电容器单元100、漏液检测报警单元200及若干过压检测报警单元300及若干温度检测报警单元400；超级电容器单元100包括若干串联的超级电容单体110，具体的，如图1所示，超级电容单元100包括超级电容单体UC1-UCN。

若干超级电容单体110分别与若干过压检测报警单元300连接，过压检测报警单元300包括过压检测主动均衡电路模块310和过压报警电路模块320；漏液检测报警单元200包括漏液检测传感器210和漏液报警电路模块220，温度检测报警单元400包括温度传感器410和温度报警电路模块420，漏液检测传感器210、温度传感器410设于超级电容器单元100内，漏液检测传感器210与漏液报警电路模块220连接，温度传感器410与温度报警电路模块420连接。

超级电容器是一种能够高效存储和释放能量的电子元件，短时间提供大功率输出。例如应用于平稳风力发电电网电压波动、新能源车启动、港口吊车启动、叉车启动、电磁弹射等领域。但是由于其自身特性，在过压、过温或破损下都会造成安全隐患。而本申请通过设置温度检测报警单元400、漏液检测报警单元200及过压检测报警单元300，可以实现温度过高报警、漏液报警、过压报警功能。将漏液检测传感器210、温度传感器410设于超级电容器单元100内，可以及时检测到超级电容器单元100是否发热异常和产生漏液，进而将信息反馈给温度报警电路模块420和漏液报警电路模块220进行报警，方便工作人员及时去处理解决，避免发生爆炸、起火等安全问题。

在本实施例中，还包括DC/DC电源转换单元500，DC/DC电源转换单元500的输入端与超级电容器单元100连接，输出端输出有电源VC1和电源VC2，具体的，使用Fly-back反激拓扑开关电源技术把超级电容器单元100两端的电压转换成两路隔离的直流输出电压，即电源VC1和电源VC2，分别用于给检测电路部分和报警灯LED进行供电。

在本实施例中，漏液报警电路模块220包括：电压放大芯片U3、电阻R18和电阻R20、PNP三极管T3、电压比较芯片Q4、光藕PC5及警报灯LED3；电压放大芯片U3的IN端与漏液检测传感器210连接，电阻R18的一端与电压放大芯片U3的OUT端连接，另一端与电阻R20连接，电阻R20接地；电压比较芯片Q4的1端连接在电阻R18与电阻R19之间，电压比较芯片Q4的3端接地，电压比较芯片Q4的2端分别与PNP三极管T3的发射极、基极连接；PNP三极管T3的发射极外接所述电源VC1，PNP三极管T3的集电极与光藕PC5的发光二极管端阳极连接，光藕PC5的发光二极管端阴极端通过电阻R23接地；光藕PC5的三极管端发射极通过电阻R26进行接地，光藕PC5的三极管端集电极与警报灯LED3的阴极连接，警报灯LED3的阳极外接电源VC2。具体的，电压放大芯片U3采用INA283-Q1。

当漏液检测传感器210检测到有漏液时，会输出的小信号电压，经过高精度电压放大芯片U3放大后，由电阻R18、电阻R20进行分压送到电压比较器Q4的1端，即图1中的C点。当C点电压大于电压比较器Q4的1端基准电压时，本实施例中，基准电压为2.5V。电压比较器Q4的2端由高电平变成低电平从而导致PNP三极管T3导通，进而使得光藕PC5的二极管导通，相应地，光藕PC5的三极管端C-E极导通，此时由VC2、警报灯LED3、光藕PC5的三极管端C-E极、电阻R26组成的电路会有电流流过，使警报灯LED3发光，从而提示超级电容器单元100中的漏液超过了设定阈值。

在本实施例中，温度报警电路模块420包括：PNP三极管T2、电压比较芯片Q3、电阻R16、光藕PC3及警报灯LED1；电压比较芯片Q3的1端连接到温度传感器410上，电压比较芯片Q3的2端与PNP三极管T2的基极连接，电压比较芯片Q3的1端和2端通过电容C4连接；电阻R16连接在电压比较芯片Q3的1端和3端之间，电压比较芯片Q3的3端接地；PNP三极管T2的发射极外接电源VC1并与温度传感器410连接，PNP三极管T2的集电极与光藕PC3的发光二极管端阳极连接，光藕PC3的发光二极管端阴极通过电阻R17接地；光藕PC3的三极管端发射极通过电阻R24进行接地，光藕PC3的三极管端集电极与警报灯LED1的阴极连接，警报灯LED1的阳极外接电源VC2。

当超级电容器单元100内温升高时，温度传感器410的阻值不断减小，从而使得图1中A点电压不断升高。当A点电压大于电压比较芯片Q3的1端基准电压时，电压比较芯片Q3的2端由高电平变成低电平，从而导致PNP三极管T2导通，进而使得光藕PC3导通，此时由电源VC2、警报灯LED1、光藕PC3的三极管端C-E极、电阻R24组成的电路会有电流流过，因而警报灯LED1发光，提示超级电容器单元100中相应的超级电容单体110温度过高。

在本实施例中，过压检测主动均衡电路模块310包括：串联的电阻R1和电阻R2、电容C1、电压比较器U1、MOS管Q1 及光藕PC1；串联的电阻R1和所述电阻R2两端分别并联在超级电容单体110两端，电容C1的一端与超级电容单体110连接，另一端连接在电阻R1和电阻R2之间；电压比较器U1的3端连接在电阻R1和电阻R2之间，电压比较器U1的2端接地，电压比较器U1的1端与MOS管Q1 的栅极连接；MOS管Q1的栅极、漏极分别通过电阻R10、电阻R9连接在超级电容单体的正极，MOS管Q1的源极接地；光藕PC1的发光二极管端阳极通过电阻R8连接到超级电容单体110的正极，光藕PC1的发光二极管端阴极连接到MOS管Q1的漏极，光藕PC1的三极管端集电极与过压报警电路模块320连接，光藕PC1的三极管端发射极接地。

电阻 R2、电阻R1、电容C1组成超级电容单体110两端电压的过压检测分压电路，该分压点与电压比较器U1的3端相连，当该分压点电压大于电压比较器U1的3端基准电压时，电压比较器U1的1端输出高电平，从而驱动MOS管Q1 导通，MOS管Q1导通后其漏极和源极两端电压差近似为零。此时电阻R9上流过电流，电阻R9相当于并联在超级电容单体110两端进行放电，以便降低电压，达到电压主动均衡的目的。

在本实施例中，过压报警电路模块320包括PNP三极管T1、光藕PC4及警报灯LED2；PNP三极管T1的发射极外接电源VC1，PNP三极管T1的基极与光藕PC1的三极管端集电极连接，PNP三极管T1的集电极与光藕PC4的发光二极管端的阳极连接，光藕PC4的发光二极管端的阴极通过电阻R13接地；光藕PC4的三极管端发射极通过电阻R25进行接地，光藕PC4的三极管端集电极与警报灯LED2的阴极连接，警报灯LED2的阳极外接所述电源VC2。

当某组超级电容单体110过压导致MOS管Q1导通时，光藕PC1的发光二极管端也会导通，从而使得光藕PC1的三极管端C-E极导通，如图1所示，此时B点电压近似为零，因而导致PNP三极管T1的C-E极导通，然后光藕PC4工作，导致警报灯LED2发光，提示某组超级电容单体110上的电压出现过压情况。

在本实施例中，若干超级电容单体110两端均并联有被动均衡电阻，如图1中电阻RC1、电阻RC2所示。

在本实施例中，温度传感器410采用热敏电阻NTC。根据超级电容器单元100的超级电容单体110个数、摆放位置、散热方式、箱体结构等条件，通过软件仿真出超级电容器单元100内各超级电容单体110的温度，然后选几个不同位置的超级电容单体110安装上热敏电阻NTC，测出相应电芯的温度。随着超级电容单体110温度的升高，热敏电阻NTC的阻值会不断减小，从而引发温度报警电路模块420进行报警。

在本实施例中，漏液检测传感器210采用乙腈检测传感器。可了解的，超级电容电解液的成分通常包括溶剂、电解质以及添加剂等三个部分。 溶剂是电解液中最主要的成分,其主要作用是承载电解质,并在电解液中形成离子导体，超级电容器电解液主要溶剂是乙腈，当乙腈液体渗漏到超级电容器单元100后会变成气体挥发在密闭空间中。具体的，乙腈检测传感器可采用NF-TTL-C2H3N-MZC型号传感器，其检测原理为：气敏材料在通电状态下，可燃性气体氧化燃烧或者在催化剂作用下发生氧化燃烧，电热丝由于燃烧而升温，感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧，温度升高使感应电阻的阻值发生变化，打破电桥平衡，使之输出稳定的电流信号，再经过后期电路的放大、稳定和处理最终显示可靠的数值。

可选的，警报灯LED1、警报灯LED2、警报灯LED2、可采用不同颜色的灯光，方便对故障类型进行快速判断。

可选的，电压比较器可以采用AZ431、XC61等，具体可以根据需要进行选择，这里并不作出限制。电路中还设有其它一些阻容元件，用于滤波、限流等作用，这些都是常规电路设置需求，不作详细描述。

本实用新型未尽详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种超级电容器工况诊断与报警电路，其特征在于，包括：超级电容器单元（100）、漏液检测报警单元（200）及若干过压检测报警单元（300）及若干温度检测报警单元（400）；

所述超级电容器单元（100）包括若干串联的超级电容单体（110），若干所述超级电容单体（110）分别与若干所述过压检测报警单元（300）连接，所述过压检测报警单元（300）包括过压检测主动均衡电路模块（310）和过压报警电路模块（320）；

所述漏液检测报警单元（200）包括漏液检测传感器（210）和漏液报警电路模块（220），所述温度检测报警单元（400）包括温度传感器（410）和温度报警电路模块（420），所述漏液检测传感器（210）、所述温度传感器（410）设于所述超级电容器单元（100）内，所述漏液检测传感器（210）与所述漏液报警电路模块（220）连接，所述温度传感器（410）与所述温度报警电路模块（420）连接。

2.根据权利要求1所述的一种超级电容器工况诊断与报警电路，其特征在于，还包括DC/DC电源转换单元（500），所述DC/DC电源转换单元（500）的输入端与所述超级电容器单元（100）连接，输出端输出有电源VC1和电源VC2。

3.根据权利要求2所述的一种超级电容器工况诊断与报警电路，其特征在于，所述漏液报警电路模块220包括：电压放大芯片U3、电阻R18和电阻R20、PNP三极管T3、电压比较芯片Q4、光藕PC5及警报灯LED3；

所述电压放大芯片U3的IN端与所述漏液检测传感器（210）连接，所述电阻R18的一端与所述电压放大芯片U3的OUT端连接，另一端与所述电阻R20连接，所述电阻R20接地；

所述电压比较芯片Q4的1端连接在所述电阻R18与所述电阻R19之间，所述电压比较芯片Q4的3端接地，所述电压比较芯片Q4的2端分别与所述PNP三极管T3的发射极、基极连接；

所述PNP三极管T3的发射极外接所述电源VC1，所述PNP三极管T3的集电极与所述光藕PC5的发光二极管端阳极连接，所述光藕PC5的发光二极管端阴极端通过电阻R23接地；

所述光藕PC5的三极管端发射极通过电阻R26进行接地，所述光藕PC5的三极管端集电极与所述警报灯LED3的阴极连接，所述警报灯LED3的阳极外接所述电源VC2。

4.根据权利要求2所述的一种超级电容器工况诊断与报警电路，其特征在于，所述温度报警电路模块（420）包括：PNP三极管T2、电压比较芯片Q3、电阻R16、光藕PC3及警报灯LED1；

所述电压比较芯片Q3的1端连接到所述温度传感器（410）上，所述电压比较芯片Q3的2端与所述PNP三极管T2的基极连接，所述电压比较芯片Q3的1端和2端通过电容C4连接；

所述电阻R16连接在所述电压比较芯片Q3的1端和3端之间，所述电压比较芯片Q3的3端接地；

所述PNP三极管T2的发射极外接所述电源VC1并与所述温度传感器（410）连接，所述PNP三极管T2的集电极与所述光藕PC3的发光二极管端阳极连接，所述光藕PC3的发光二极管端阴极通过电阻R17接地；

所述光藕PC3的三极管端发射极通过电阻R24进行接地，所述光藕PC3的三极管端集电极与所述警报灯LED1的阴极连接，所述警报灯LED1的阳极外接所述电源VC2。

5.根据权利要求2所述的一种超级电容器工况诊断与报警电路，其特征在于，所述过压检测主动均衡电路模块（310）包括：串联的电阻R1和电阻R2、电容C1、电压比较器U1、MOS管Q1 及光藕PC1；

串联的所述电阻R1和所述电阻R2两端分别并联在所述超级电容单体（110）两端，所述电容C1的一端与所述超级电容单体（110）连接，另一端连接在所述电阻R1和所述电阻R2之间；

所述电压比较器U1的3端连接在所述电阻R1和所述电阻R2之间，所述电压比较器U1的2端接地，所述电压比较器U1的1端与所述MOS管Q1 的栅极连接；

所述MOS管Q1 的栅极、漏极分别通过电阻R10、电阻R9连接在所述超级电容单体的正极，所述MOS管Q1的源极接地；

所述光藕PC1的发光二极管端阳极通过电阻R8连接到所述超级电容单体（110）的正极，所述光藕PC1的发光二极管端阴极连接到所述MOS管Q1的漏极，所述光藕PC1的三极管端集电极与所述过压报警电路模块（320）连接，所述光藕PC1的三极管端发射极接地。

6.根据权利要求5所述的一种超级电容器工况诊断与报警电路，其特征在于，所述过压报警电路模块（320）包括PNP三极管T1、光藕PC4及警报灯LED2；

所述PNP三极管T1的发射极外接所述电源VC1，所述PNP三极管T1的基极与所述光藕PC1的三极管端集电极连接，所述PNP三极管T1的集电极与所述光藕PC4的发光二极管端的阳极连接，所述光藕PC4的发光二极管端的阴极通过电阻R13接地；

所述光藕PC4的三极管端发射极通过电阻R25进行接地，所述光藕PC4的三极管端集电极与所述警报灯LED2的阴极连接，所述警报灯LED2的阳极外接所述电源VC2。

7.根据权利要求1所述的一种超级电容器工况诊断与报警电路，其特征在于，若干所述超级电容单体（110）两端均并联有被动均衡电阻。

8.根据权利要求1或4所述的一种超级电容器工况诊断与报警电路，其特征在于，所述温度传感器（410）采用热敏电阻NTC。

9.根据权利要求1或3所述的一种超级电容器工况诊断与报警电路，其特征在于，所述漏液检测传感器（210）采用乙腈检测传感器。