專利名稱：超級電容智能充電管理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及超級電容技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種超級電容智能充電控制及管理
裝置。
背景技術(shù)：
超級電容的比功率和比能量介于常規(guī)電容器和充電電池之間的新型器件，具有內(nèi) 阻小、充電速度快、充放電效率高、循環(huán)壽命長、無污染等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在眾多的應(yīng)用領(lǐng)域里 彌補(bǔ)了常規(guī)儲能器件的單方面缺陷。作為新型儲能元件，超級電容所能達(dá)到的能量特性已 經(jīng)有目共睹，已在新型清潔能源，室內(nèi)運(yùn)輸車，頻繁啟動和制動的城市公交車和大功率的港 口機(jī)械等領(lǐng)域充分展示了其獨(dú)特的優(yōu)越性。 在實(shí)際產(chǎn)業(yè)化運(yùn)用中，超級電容涉及的關(guān)鍵技術(shù)之一就是電容的充放電。超級電 容具有充電速度快、充放電效率高的特點(diǎn)，市場上現(xiàn)有的一些充電裝置主要是針對電池應(yīng) 用的，電流偏小。如果使用這種現(xiàn)成的充電裝置，客戶需要花費(fèi)很長的時間去給超級電容充 電，不能有效地發(fā)揮超級電容可大電流充電的優(yōu)勢。同時傳統(tǒng)的充電裝置都采用了恒流轉(zhuǎn) 恒壓的模式，若恒流充電過程當(dāng)中電流設(shè)定值很大，在恒流轉(zhuǎn)恒壓的過程中，受內(nèi)阻影響， 超級電容電壓跌落過多，為了防止過充，必須提前很大裕量轉(zhuǎn)為恒壓模式，造成浮充充電時 間過長；若恒流充電設(shè)定值較小，則在恒流階段需要花費(fèi)很長時間。兩種方式都造成充電時 間過長，儲能效率降低，不能很好的利用超級電容的特性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種超級電容智能充電 管理裝置，該裝置在保證超級電容儲能效率的基礎(chǔ)上，極大地提高了充電速度，充分發(fā)揮了 超級電容的優(yōu)勢，是一種智能芯片控制、具有參數(shù)自整定功能、隔離式、多級恒流轉(zhuǎn)恒壓的 超級電容充電管理技術(shù)。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型超級電容智能充電管理裝置包括電源濾波及整流 單元、功率變換單元、智能芯片控制單元、顯示操作單元、通信存儲單元、狀態(tài)量檢測保護(hù)單 元六部分。電源濾波及整流單元輸入端連接交流電源，電源濾波及整流單元的輸出端連接 功率變換單元和狀態(tài)量檢測保護(hù)單元，功率變換單元的輸入端連接電源濾波及整流單元和 智能芯片控制單元，功率變換單元的輸出端連接狀態(tài)量檢測保護(hù)單元，顯示操作單元、通信 存儲單元和狀態(tài)量檢測保護(hù)單元均與智能芯片控制單元連接。 所述電源濾波及整流單元包含低通濾波器以及串聯(lián)的整流和PFC(功率因數(shù)校 正)部分構(gòu)成。 所述功率變換單元包含高頻變壓器及功率開關(guān)，采用隔離式的功率變換拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)。 所述顯示操作單元包括LED顯示器、工作狀態(tài)指示器以及工作模式選擇器，這三 個部分均連接智能芯片控制單元。[0009] 所述通信存儲單元包含SD卡和上位機(jī)控制器，所述SD卡和上位機(jī)控制器均連接 到智能芯片控制單元。 所述狀態(tài)量檢測保護(hù)單元包括電流檢測部分、溫度檢測部分以及電壓檢測部分， 所述電流檢測部分的輸入連接功率變換單元，所述溫度檢測部分以及電壓檢測部分的輸入 分別連接電源濾波及整流單元，電流檢測部分、溫度檢測部分以及電壓檢測部分的輸出連 接所述智能芯片控制單元的中斷引腳。 所述電流檢測部分及電壓檢測部分全部采用霍爾傳感器，通過12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換 器連接到所述智能芯片控制單元。 系統(tǒng)工作時，外部交流電壓輸入，經(jīng)過電源濾波及整流單元轉(zhuǎn)換成直流電壓，智能 芯片控制單元通過檢測當(dāng)前輸出電流或電壓信號，與設(shè)定值比較，輸出P麗控制信號，控制 功率變換單元功率管的通斷，實(shí)現(xiàn)能量從變壓器原邊到副邊的傳遞。在超級電容充電過程 中，智能芯片控制單元實(shí)時檢測系統(tǒng)的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)多級恒流/恒壓的平滑切換，同時防止輸 入過壓、欠壓，輸出過流、短路，系統(tǒng)過溫等異常事件的發(fā)生。通信存儲單元可以接受上位 機(jī)的控制命令，設(shè)定系統(tǒng)整定參數(shù)，并利用SD卡實(shí)時記錄整個充電過程中超級電容組的狀 態(tài)，便于后期的維護(hù)和超級電容性能評估。 本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型采用智能控制芯片單元，使用帶整定的 多級恒流轉(zhuǎn)恒壓控制策略，最大限度的節(jié)約了充電時間，提高了超級電容組的儲能效率；同 時，隔離型功率變化拓?fù)涞倪x擇，減少了流過原邊開關(guān)管的電流，利于開關(guān)管的選型，由于 小電流高耐壓的開關(guān)管比較普遍和低廉，所以最終節(jié)省了裝置的制造成本，利用超級電容 智能充電模塊的推廣。最后，由于本實(shí)用新型采用SD卡存儲技術(shù)實(shí)時存儲了超級電容工作 過程中的電壓、電流及故障信息，用戶可以通過SD卡記錄的數(shù)據(jù)，配合上位機(jī)程序，對超級 電容的異常進(jìn)行診斷、預(yù)估超級電容的壽命、提取超級電容的模型參數(shù)、完成超級電容充電 參數(shù)的整定。最大限度的發(fā)揮智能超級電容充電裝置的性能。

圖1是本實(shí)用新型的一具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
為了能夠更清楚地理解本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實(shí)施例詳細(xì)說明。 如圖1所示，超級電容充電管理裝置包括電源濾波及整流單元1 、功率變換單元2、 智能芯片控制單元3、顯示操作單元4、通信存儲單元5、狀態(tài)量檢測保護(hù)單元6組成。電源 濾波及整流單元1輸入端連接交流電源，電源濾波及整流單元1的輸出端連接功率變換單 元2和狀態(tài)量檢測保護(hù)單元6，功率變換單元2的輸入端連接電源濾波及整流單元1和智能 芯片控制單元3，功率變換單元2的輸出端連接狀態(tài)量檢測保護(hù)單元6，顯示操作單元4、通 信存儲單元5和狀態(tài)量檢測保護(hù)單元6均與智能芯片控制單元3連接。 所述電源濾波及整流單元1包含EMI濾波器、整流和PFC部分，該部分確保本裝置 不會對電網(wǎng)產(chǎn)生任何諧波干擾，整個電路的PFC大于0. 95。 所述功率變換單元2包含高頻變壓器及功率開關(guān)，采用隔離式的功率變換拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)，通過變壓器的匝比實(shí)現(xiàn)了在副邊較大電流輸出的時候原邊只有比較小的電流流過，從
4而利于功率管的選型，保證了功率變換單元在成本上的優(yōu)勢。 所述智能芯片控制單元3采用32位的高性能ARM芯片作為微控制器，該芯片是 整個系統(tǒng)的核心，它實(shí)時檢測電壓及電流信號、通過計算和控制策略的約束、產(chǎn)生P麗控制 信號，同時它還起到檢測系統(tǒng)狀態(tài)的功能，一旦系統(tǒng)發(fā)生過壓、欠壓、短路、過溫等異常情況 時，ARM芯片即刻封鎖P麗輸出，達(dá)到保護(hù)系統(tǒng)和超級電容組的作用。 所述顯示操作單元4主要起到人機(jī)交互的作用，便于用戶觀察系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 顯示操作單元4包括LED顯示器、工作狀態(tài)指示器以及工作模式選擇器，這三個部分均連接 智能芯片控制單元3。 所述通信存儲單元5是本裝置的另外一個亮點(diǎn)，通信存儲單元5包含SD卡和上位 機(jī)控制器，SD卡和上位機(jī)控制器均連接到智能芯片控制單元3。其中SD卡存儲了超級電容 的充電電壓、電流及故障信息，類似飛機(jī)上的黑匣子，用戶可以通過SD卡記錄的數(shù)據(jù)，配合 上位機(jī)控制器，對超級電容的異常進(jìn)行診斷、預(yù)估超級電容的壽命、提取超級電容的模型參 數(shù)、完成超級電容充電參數(shù)的整定，最大限度的發(fā)揮智能超級電容充電裝置的性能。本裝置 通過利用SD卡記錄的數(shù)據(jù)信息，整定出多級恒流轉(zhuǎn)恒壓控制策略中的平滑切換參數(shù)，從而 使超級電容的儲能效率達(dá)到最優(yōu)。 所述狀態(tài)量檢測保護(hù)單元6是整個系統(tǒng)精度和安全性的保障，控制的精度完全依 賴于檢測的精度。狀態(tài)量檢測保護(hù)單元6包括電流檢測部分、溫度檢測部分以及電壓檢測 部分，電流檢測部分連接功率變換單元2，電流檢測部分的輸出連接到智能芯片控制單元 3，溫度檢測部分以及電壓檢測部分分別連接電源濾波及整流單元1中的EMI濾波器、整流 和PFC部分。 本實(shí)施例中，電流檢測部分及電壓檢測部分全部采用高精度的霍爾傳感器，通過 12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器傳入ARM控制器，確保了檢測的精確性。裝置中的各種保護(hù)電路在連接 于ARM控制器的中斷引腳的同時還在硬件上進(jìn)行了一定得處理，一旦保護(hù)情況發(fā)生，保護(hù) 電路可以直接封鎖P麗輸出，起到了保護(hù)整個裝置的作用。 本實(shí)施例中，所述智能芯片控制單元3控制所述功率變換單元的開關(guān)管驅(qū)動，完 成多級恒流轉(zhuǎn)恒壓的平滑切換，所述顯示操作單元提供工作模式選擇功能，所述通訊存儲 單元采用SD卡記錄超級電容組充電過程單體狀態(tài)信息，所述通訊存儲單元具有和上位機(jī) 通訊，接受上位機(jī)控制命令的功能。智能芯片控制單元3能夠接受所述通訊存儲單元的上 位機(jī)控制命令，更改多級恒流轉(zhuǎn)恒壓的充電參數(shù)；SD卡記錄的超級電容充電過程單體狀態(tài) 信息用于分析超級電容組的容量、內(nèi)阻、壽命，建立超級電容組充電模型。超級電容充電模 型用于計算超級電容組充電參數(shù)。 綜上所述，本裝置極大地提高了充電速度，充分發(fā)揮了超級電容的優(yōu)勢，是一種智 能芯片控制、具有參數(shù)自整定功能、隔離式、多級恒流轉(zhuǎn)恒壓的超級電容充電管理技術(shù)。 在此說明書中，本實(shí)用新型已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以 作出各種修改和變換而不背離本實(shí)用新型的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是 說明性的而非限制性的。
權(quán)利要求一種超級電容智能充電管理裝置，其特征在于包括電源濾波及整流單元、功率變換單元、智能芯片控制單元、顯示操作單元、通信存儲單元、狀態(tài)量檢測保護(hù)單元，其中所述電源濾波及整流單元輸入端連接交流電源，所述電源濾波及整流單元的輸出端連接所述功率變換單元和所述狀態(tài)量檢測保護(hù)單元，所述功率變換單元的輸入端連接所述電源濾波及整流單元和所述智能芯片控制單元，所述功率變換單元的輸出端連接電容以及所述狀態(tài)量檢測保護(hù)單元，所述顯示操作單元、通信存儲單元和狀態(tài)量檢測保護(hù)單元均與所述智能芯片控制單元連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容智能充電管理裝置，其特征在于所述電源濾波及整 流單元包含低通濾波器以及串聯(lián)的整流和功率因數(shù)校正部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容智能充電管理裝置，其特征在于所述功率變換單元 包含高頻變壓器及功率開關(guān)，采用隔離式的功率變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容智能充電管理裝置，其特征在于所述智能芯片控制 單元采用32位的高性能ARM芯片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容智能充電管理裝置，其特征在于所述顯示操作單元 包括LED顯示器、工作狀態(tài)指示器以及工作模式選擇器，這三個部分均連接智能芯片控制 單元。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容智能充電管理裝置，其特征在于所述通信存儲單元 包含SD卡和上位機(jī)控制器，所述SD卡和上位機(jī)控制器均連接到智能芯片控制單元。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級電容智能充電管理裝置，其特征在于所述狀態(tài)量檢測保 護(hù)單元包括電流檢測部分、溫度檢測部分以及電壓檢測部分，所述電流檢測部分的輸入連 接功率變換單元，所述溫度檢測部分以及電壓檢測部分的輸入分別連接電源濾波及整流單 元，電流檢測部分、溫度檢測部分以及電壓檢測部分的輸出連接所述智能芯片控制單元的 中斷引腳。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超級電容智能充電管理裝置，其特征在于所述電流檢測部分 及電壓檢測部分全部采用霍爾傳感器，通過12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接到所述智能芯片控制 單元。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種超級電容智能充電管理裝置，包括電源濾波及整流單元、功率變換單元、智能芯片控制單元、顯示操作單元、通信存儲單元、狀態(tài)量檢測保護(hù)單元六部分。電源濾波及整流單元輸入端連接交流電源，電源濾波及整流單元的輸出端連接功率變換單元和狀態(tài)量檢測保護(hù)單元，功率變換單元的輸入端連接電源濾波及整流單元和智能芯片控制單元，功率變換單元的輸出端連接狀態(tài)量檢測保護(hù)單元，顯示操作單元、通信存儲單元和狀態(tài)量檢測保護(hù)單元均與智能芯片控制單元連接。本實(shí)用新型極大地提高了充電速度，充分發(fā)揮了超級電容的優(yōu)勢，是一種智能芯片控制、具有參數(shù)自整定功能、隔離式、多級恒流轉(zhuǎn)恒壓的超級電容充電管理技術(shù)。
文檔編號G01R19/00GK201490769SQ20092007170
公開日2010年5月26日 申請日期2009年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月6日
發(fā)明者文東國, 王波, 胡小軍, 陳勝洪 申請人:上海庫源電氣科技有限公司