本實用新型涉及超級電容器管理系統(tǒng)，特別是涉及一種超級電容器組均衡及檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著能源危機和環(huán)境惡化問題的不斷加劇演變，世界各國都在致力于新能源的開發(fā)和環(huán)境保護，尤其在環(huán)保新能源如太陽能、風(fēng)能等一系列的清潔能源上，世界各國更是加大力度去研發(fā)，但由于此類能源具有波動性大和不連續(xù)的特點，因此需要以先進的儲能技術(shù)作為支撐。在這種背景下，各種電能存儲器件如：鋰離子電池、飛輪電池、超導(dǎo)電磁線圈和電化學(xué)超級電容器等備受研究人員的青睞和認可。其中，電化學(xué)的超級電容器因具有功率密度大、工作溫度范圍寬和可循環(huán)利用等優(yōu)勢，在可再生清潔能源發(fā)電、電壓補償、電動汽車節(jié)能運行和城市軌道交通制動能量回收等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

因為超級電容器單體電壓低，在實際應(yīng)用過程中常常需要對多個超級電容器進行串并聯(lián)的方式形成大功率的儲能系統(tǒng)，以滿足用戶的能量需求?，F(xiàn)有的超級電容器管理系統(tǒng)，傳統(tǒng)方式都為在每個超級電容器連接均衡電路、檢測電路等，實時監(jiān)控超級電容器的狀態(tài)，防止超級電容器出現(xiàn)故障。倘若單體超級電容器的個數(shù)較多，需要設(shè)置均衡電路、檢測電路等就要相應(yīng)的增加，造成監(jiān)控系統(tǒng)非常龐大，造價不菲，且對每個單體超級電容器上的單體電壓進行采集，對電壓采集芯片IC要求較高，成本也會相應(yīng)的增加。

根據(jù)中國公開專利文件CN201310295898.5的一種大規(guī)模超級電容儲能模塊監(jiān)控系統(tǒng)，用于對超級電容器進行監(jiān)控管理，其技術(shù)方案通過電量采集模塊對單體超級電容器上的電壓進行采集并傳輸至下位機監(jiān)控模塊，當(dāng)單體超級電容器上的電壓超出預(yù)設(shè)值時，下位機控制模塊發(fā)出信號至電壓均衡模塊，對單體超級電容器的電壓進行均衡處理，但由于此技術(shù)方案需要在每個單體超級電容器上設(shè)置相應(yīng)的電量采集模塊和電壓均衡模塊，使得系統(tǒng)龐大，成本高，不利于推廣，使得此技術(shù)方案具有一定的局限性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種超級電容器組均衡及檢測系統(tǒng)。

本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種超級電容器組均衡及檢測系統(tǒng)，所述超級電容器組均衡及檢測系統(tǒng)包括：超級電容器組、均衡模塊、檢測報警模塊和MCU控制單元，所述超級電容組有三個輸出端，分別為總正輸出端、中間輸出端和總負輸出端；

所述均衡模塊包括：正半部分均衡電路和負半部分均衡電路；

所述檢測報警模塊包括：正半部分過壓檢測電路、負半部分檢測電路和過壓報警電路；

所述正半部分均衡電路的兩個輸入端分別與所述超級電容器組的總正輸出端和中間輸出端連接；

所述負半部分均衡電路的兩個輸入端分別與所述超級電容器組的總負輸出端和中間輸出端連接；

所述正半部分過壓檢測電路的輸入端分別與所述超級電容器組總正輸出端和中間輸出端連接，輸出端與所述過壓報警電路連接；

所述負半部分過壓檢測電路的輸入端分別與所述超級電容器組總負輸出端和中間輸出端連接，輸出端與所述過壓報警電路連接；

所述過壓報警電路輸出端與所述MCU控制單元連接。

在其中一個實施例中，所述均衡模塊還包括：壓差均衡電路；

所述檢測報警模塊還包括：壓差過大檢測電路和壓差過大報警電路；

所述壓差均衡電路的三個輸入端分別與所述超級電容器的總正輸出端、中間輸出端和總負輸出端連接；

所述壓差過大檢測電路的三個輸入端分別與所述超級電容器組的總正輸出端、總負輸出端和中間輸出端連接，輸出端與所述壓差過大報警電路的輸入端連接；

所述壓差過大報警電路的輸出端與所述MCU控制單元連接。

在其中一個實施例中，所述檢測報警模塊還包括：溫度檢測報警電路，所述溫度檢測報警電路的輸入端與所述超級電容器組連接，輸出端與所述MCU控制單元連接。

在其中一個實施例中，所述檢測報警模塊還包括：反接報警電路，所述反接報警電路的輸入端分別與所述超級電容器組總正輸出端和總負輸出端連接，輸出端與所述MCU控制單元連接。

在其中一個實施例中，所述超級電容器組通過充放電開關(guān)連接有外部的充放電電路，所述MCU控制單元與所述充放電開關(guān)連接。

在其中一個實施例中，還包括：顯示模塊，所述顯示模塊與所述MCU控制單元連接。

本次技術(shù)方案相比于現(xiàn)有技術(shù)有以下有益效果：

1.通過半點電壓檢測的方法，實現(xiàn)超級電容器組電壓采集、均衡、過壓報警，簡化電壓采集電路和均衡電路，在不制約系統(tǒng)功能的同時降低了系統(tǒng)規(guī)模，節(jié)約成本，利于推廣。

2.超級電容器組通過充放電開關(guān)連接至外部的充放電電路，利用MCU控制單元控制充放電開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)閉，可以有效的防止超級電容器出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)時及時斷開，提高系統(tǒng)的安全性和安全性。

3.反接報警電路的設(shè)計實時監(jiān)控超級電容器組是否存在反接狀態(tài)，進一步提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。

4.溫度檢測報警電路的設(shè)計可以實時檢測超級電容器組的內(nèi)部溫度，當(dāng)出現(xiàn)溫度過高情況時，可以輸出信號至MCU控制單元，由MCU控制單元控制充放電開關(guān)斷開，實現(xiàn)過溫保護，進一步提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本實施例中的超級電容器組均衡及檢測系統(tǒng)框架圖；

圖2為本實施例中的正半部分均衡電路原理圖；

圖3為本實施例中的負半部分均衡電路原理圖；

圖4為本實施例中的正半部分過壓檢測電路原理圖；

圖5為本實施例中的負半部分過壓檢測電路原理圖；

圖6為本實施例中的壓差過大檢測電路原理圖；

圖7為本實施例中的過壓報警電路原理圖；

圖8為本實施例中的壓差過大報警電路原理圖；

圖9為本實施例中的溫度檢測報警電路原理圖；

圖10為本實施例中的反接報警電路原理圖。

具體實施方式

為了便于理解本實用新型，下面將參照相關(guān)附圖對本實用新型進行更全面的描述。附圖中給出了本實用新型的較佳實施方式。但是，本實用新型可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施方式。相反地，提供這些實施方式的目的是使對本實用新型的公開內(nèi)容理解的更加透徹全面。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本實用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本實用新型的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本實用新型。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。

如圖1所示為一種超級電容器組均衡及檢測系統(tǒng)框架圖，超級電容器組均衡及檢測系統(tǒng)包括：超級電容器組100、均衡模塊200、檢測報警模塊300和MCU控制單元400，超級電容組100有三個輸出端，分別為總正輸出端、中間輸出端和總負輸出端。

具體地，均衡模塊200包括：正半部分均衡電路201和負半部分均衡電路202。

具體地，檢測報警模塊300包括：正半部分過壓檢測電路301、負半部分檢測電路302和過壓報警電路304；

正半部分均衡電路201的兩個輸入端分別與超級電容器組100的總正輸出端和中間輸出端連接；

負半部分均衡電路202的兩個輸入端分別與超級電容器組100的總負輸出端和中間輸出端連接；

正半部分過壓檢測電路301的兩個輸出端分別與超級電容器組100總正輸出端和中間輸出端連接，輸出端過壓報警電路304連接；

負半部分過壓檢測電路302的兩個輸入端分別與超級電容器組100總負輸出端和中間輸出端連接，輸出端與過壓報警電路304的連接；

過壓報警電路304輸出端與MCU控制單元400連接。

需要說明的是，超級電容器組100的總正輸出端，記為B+，總負輸出端記為B-，中間輸出端記為BM。本次技術(shù)方案采用的是半點電壓檢測方法即B+與BM之間的電壓，記為V+，以及BM和B-之間的電壓值，記為V-，系統(tǒng)根據(jù)V+和V-的值判斷是否啟用均衡或者過壓報警電路。

還需要說明的是，請一并結(jié)合參照圖2和圖3，超級電容器組100的總正輸出端B+和中間輸出端BM輸入至正半部分均衡電路201，當(dāng)電壓V+大于預(yù)設(shè)值時，正半部分均衡電路201內(nèi)置芯片將會控制電路開始工作，將電壓V+進行校正均衡；同理，超級電容器組100的總負輸出端B-和中間輸出端BM輸入至負半部分均衡電路202，當(dāng)電壓V-大于預(yù)設(shè)值時，負半部分均衡電路202內(nèi)置芯片將會控制電路開始工作，將電壓V-進行校正均衡。

還需要說明的是，請一并結(jié)合參照圖4、圖5和圖7，超級電容器組100的電壓V+除了輸入至正半部分均衡電路201之外，還輸入至正半部分過壓檢測電路301，當(dāng)電壓V+大于預(yù)設(shè)值時，正半部分過壓檢測電路301內(nèi)置的芯片會輸出一個高電平信號至過壓報警電路304，即在A節(jié)點輸出一個高電平信號，促使過壓報警電路304的光耦二極管導(dǎo)通，過壓報警電路304會產(chǎn)生過壓報警信號OVP傳輸至MCU控制單元400，即在E節(jié)點輸出過壓報警信號OVP，產(chǎn)生報警；同理超級電容器組100的電壓V-除了輸入至負半部分均衡電路202之外，還輸入至負半部分過壓檢測電路302，當(dāng)電壓V-大于預(yù)設(shè)值時，負半部分過壓檢測電路302內(nèi)置的芯片會輸出一個高電平信號至過壓報警電路304，即在B節(jié)點輸出一個高電平信號，促使過壓報警電路304的光耦二極管導(dǎo)通，過壓報警電路304會產(chǎn)生過壓報警信號OVP傳輸至MCU控制單元400，即在E節(jié)點輸出過壓報警信號OVP，產(chǎn)生報警。

進一步地，均衡模塊200還包括：壓差均衡電路203；

檢測報警模塊300還包括：壓差過大檢測電路303和壓差過大報警電路305；

壓差均衡電路203的三個輸入端分別與超級電容器組100的總正輸出端、中間輸出端和總負輸出端連接；

壓差過大檢測電路303的三個輸入端分別與超級電容器組100的總正輸出端、總負輸出端和中間輸出端連接，輸出端與壓差過大報警電路306的輸入端連接；

壓差過大報警電路306的輸出端與MCU控制單元400連接。

需要說明的是，壓差均衡電路203的電路原理和正半部分均衡電路201以及負半部分均衡電路202原理相同，在本實施例中，可以采用常規(guī)的均衡電路實現(xiàn)對超級電容器組兩個電壓V+和V-的矯正均衡。

還需要說明的是，請一并結(jié)合參照圖6和圖8，超級電容器組100的兩個電壓V+和V-除了輸入至壓差均衡電路203之外，還輸入至壓差過大檢測電路303，當(dāng)電壓V+和V-的壓差大于預(yù)設(shè)值時，壓差過大檢測電路303會輸出一個高電平信號傳輸至壓差過大報警電路306，即在C節(jié)點輸出高電平信號，促使壓差過大報警電路306的光耦二極管導(dǎo)通，壓差過大報警電路306會產(chǎn)生壓差過大報警信號CVP傳輸至MCU控制單元400，即在F節(jié)點輸出壓差過大報警信號CVP，產(chǎn)生報警。

進一步地，檢測報警模塊300還包括：溫度檢測報警電路306，溫度檢測報警電路306的輸入端與超級電容器組100連接，輸出端與MCU控制單元400連接。

需要說明的是，請一并結(jié)合參照圖9，在本實施例中，在超級電容器組100 中安置多個溫度檢測探頭，均勻分布在超級電容器組100的不同位置，當(dāng)超級電容器組100的溫度大于門限值時，溫度檢測報警電路306輸出過溫報警信號OTP至MCU控制單元400，即在G節(jié)點輸出過溫報警信號OTP至MCU控制單元400，產(chǎn)生過溫報警。

進一步地，檢測報警模塊300還包括：反接報警電路307，反接報警電路307的輸入端分別與超級電容器組100的總正輸出端和總負輸出端連接，輸出端與MCU控制單元400連接。

需要說明的是，請一并結(jié)合參照圖10，反接報警電路307設(shè)置有光耦二極管，當(dāng)檢測到超級電容器組100反接時，反接報警電路307的光耦二極管不導(dǎo)通，輸出低電平信號至MCU控制單元400產(chǎn)生反接報警POL，即在H節(jié)點輸出低電平信號產(chǎn)生反接報警POL。

進一步地，超級電容器組100通過充放電開關(guān)連接有外部的充放電電路，MCU控制單元與充放電開關(guān)連接。

需要說明的是，在接收到過壓報警信號OVP、壓差過大報警信號CVP、過溫報警信號OTP和反接報警信號POL中的某一個或者多個時，MCU控制單元400都會控制充放電開關(guān)斷開，切斷充放電電路對超級電容器組100的充放電，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的保護。

進一步地，超級電容器組100均衡及檢測系統(tǒng)，還包括：顯示模塊500，顯示模塊500與MCU控制單元400連接。

需要說明的是，MCU控制模塊400獲取超級電容器組100的狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，如電壓V+的值、電壓V-的值、電壓V+與電壓V-的壓差值和超級電容器組100溫度等信息數(shù)據(jù)，MCU控制單元400在接受到獲取數(shù)據(jù)信號后打包整理狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，傳輸至顯示模塊500進行顯示，方便用戶實時了解超級電容器組100的狀態(tài)信息，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。

本實用新型公開了一種超級電容器組均衡及檢測系統(tǒng)，包括：超級電容器組100、均衡模塊200、檢測報警模塊300和MCU控制單元400。所述均衡模塊200中三個電路的會實時采集超級電容器組100兩個半點電壓V+和V-的值以及V+和V-的壓差值，三個電路內(nèi)置的芯片會根據(jù)兩個半點電壓V+和V-的值以及V+和V-的壓差值判斷是否啟用均衡電路來校正均衡電壓；檢測報警模塊300會采集超級電容器組100的狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至MCU控制單元400，當(dāng)出現(xiàn)過壓、壓差過大、過溫或反接報警信號時，MCU控制單元400會斷開充放電開關(guān)，停止充放電電路對超級電容器組100的充放電，完成對系統(tǒng)的保護工作。

以上所述實施方式僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。