一種超級(jí)電容單體主動(dòng)均衡系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容單體主動(dòng)均衡系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器是介于傳統(tǒng)電解電容和可充電電池之間、具有特殊性能的儲(chǔ)能器件，其具有功率密度高、充放電時(shí)間短、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，頗具應(yīng)用價(jià)值。超級(jí)電容單體的工作電壓一般不超過(guò)3V，在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要將多個(gè)超級(jí)電容單體進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)組合才能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的電壓和能量等級(jí)需求，但是每個(gè)單體的充電電壓很難保證相同，在充電過(guò)程中可能導(dǎo)致單體過(guò)壓損壞。為此，現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)了針對(duì)超級(jí)電容單體的主動(dòng)均衡電路來(lái)進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)，但現(xiàn)有的主動(dòng)均衡電路大多設(shè)計(jì)較為復(fù)雜并且功能單一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種超級(jí)電容單體主動(dòng)均衡系統(tǒng)，能夠以簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容單體的主動(dòng)均衡以及過(guò)壓、欠壓、開(kāi)路告警。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:
[0004]一種超級(jí)電容單體主動(dòng)均衡系統(tǒng)，包括電壓采樣電路，具有正、負(fù)輸入端以及信號(hào)輸出端，其中正、負(fù)輸入端分別連接于所述超級(jí)電容單體的正、負(fù)極，用于采集所述超級(jí)電容單體的電壓；主動(dòng)均衡電路，具有正、負(fù)輸入端，輸出端以及驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，其中正、負(fù)輸入端分別連接于所述超級(jí)電容單體的正、負(fù)極，驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端連接于所述電壓采樣電路的信號(hào)輸出端；告警電路，具有正、負(fù)輸入端，正輸入端連接至所述主動(dòng)均衡電路的輸出端，負(fù)輸入端連接至所述超級(jí)電容單體的負(fù)極；所述告警電路包括一光耦，光耦原邊形成所述告警電路的正、負(fù)輸入端，光耦的副邊連接于用戶端以通過(guò)副邊的導(dǎo)通、截止來(lái)分別表示所述超級(jí)電容單體的電壓的正常、異常；
[0005]從而使得:
[0006]當(dāng)所述超級(jí)電容單體的電壓達(dá)到一過(guò)壓閾值時(shí):所述電壓采樣電路的信號(hào)輸出端與所述主動(dòng)均衡電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端同時(shí)被鉗位至高電平，所述主動(dòng)均衡電路的輸出端與所述超級(jí)電容單體的負(fù)極導(dǎo)通，使得所述主動(dòng)均衡電路的放電回路閉合以對(duì)所述超級(jí)電容單體放電；同時(shí)所述告警電路的正、負(fù)輸入端之間導(dǎo)通使得所述光耦不啟動(dòng)工作，光耦副邊不導(dǎo)通；
[0007]當(dāng)所述超級(jí)電容單體的電壓低于所述光耦的開(kāi)啟電壓時(shí):所述電壓采樣電路的信號(hào)輸出端與所述主動(dòng)均衡電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端同時(shí)連接至所述超級(jí)電容單體的負(fù)極，使得所述主動(dòng)均衡電路的所述放電回路斷開(kāi)，從而所述告警電路的輸入電壓為所述超級(jí)電容單體的當(dāng)前電壓，使得光耦無(wú)法開(kāi)啟，光耦副邊不導(dǎo)通；
[0008]當(dāng)所述超級(jí)電容單體開(kāi)路時(shí):所述電壓采樣電路無(wú)電壓輸入，所述電壓采樣電路的信號(hào)輸出端與所述主動(dòng)均衡電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端同時(shí)連接至所述超級(jí)電容單體的負(fù)極，使得所述主動(dòng)均衡電路的所述放電回路斷開(kāi)，從而所述告警電路無(wú)電壓輸入，所述光耦不開(kāi)啟，光親副邊不導(dǎo)通；
[0009]當(dāng)所述超級(jí)電容單體的電壓高于所述光耦的開(kāi)啟電壓且低于所述過(guò)壓閾值時(shí):所述電壓采樣電路的信號(hào)輸出端與所述主動(dòng)均衡電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端同時(shí)連接至所述超級(jí)電容單體的負(fù)極，使得所述主動(dòng)均衡電路的所述放電回路斷開(kāi)，從而所述告警電路的輸入電壓為所述超級(jí)電容單體的當(dāng)前電壓，使得光耦開(kāi)啟工作，光耦副邊導(dǎo)通。
[0010]本發(fā)明提供的上述技術(shù)方案，電壓采樣電路、主動(dòng)均衡電路以及告警電路三個(gè)模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單巧妙的連接，基于電壓采樣電路對(duì)超級(jí)電容單體電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控，主動(dòng)均衡電路根據(jù)電壓采樣電路的信號(hào)輸出情況進(jìn)行開(kāi)啟(對(duì)電容單體放電)或關(guān)閉(不進(jìn)行放電)，同時(shí)主動(dòng)均衡電路的開(kāi)啟/關(guān)閉、以及電容單體的電壓高低又能直接影響告警電路的開(kāi)啟/關(guān)閉，即:
[0011]情況一:當(dāng)超級(jí)電容單體電壓過(guò)壓，則電壓采樣電路的信號(hào)輸出端的輸出信號(hào)能使得主動(dòng)均衡電路開(kāi)啟工作(即對(duì)單體進(jìn)行放電)時(shí)，告警電路因放電回路的閉合而導(dǎo)致正、負(fù)輸入端之間短路，即光耦原邊短路而無(wú)法啟動(dòng)工作，此時(shí)光耦副邊不會(huì)導(dǎo)通，用戶端能夠因此得知電容單體的電壓異常；
[0012]情況二:可以根據(jù)用戶對(duì)超級(jí)電容單體低壓閾值的需求來(lái)選擇具有相應(yīng)電壓開(kāi)啟點(diǎn)的光耦，例如:用戶需要在單體電壓低于IV時(shí)認(rèn)定為欠壓，則可以選擇開(kāi)啟電壓點(diǎn)為IV的光耦，那么，當(dāng)單體電壓低于IV，電壓采樣電路的信號(hào)輸出端的電壓無(wú)法驅(qū)動(dòng)主動(dòng)均衡電路開(kāi)啟工作，則告警電路的正、負(fù)輸入端之間的電壓即為電容單體的當(dāng)前電壓(低于IV)，光耦因原邊電壓過(guò)低而不開(kāi)啟，則光耦副邊不導(dǎo)通，判斷為電壓異常；
[0013]情況三:超級(jí)電容單體開(kāi)路，則電壓采樣電路無(wú)輸入，主動(dòng)均衡電路不工作，同樣地，告警電路的正、負(fù)輸入端的電壓即為電容單體的當(dāng)前電壓，而由于此時(shí)是開(kāi)路，因此告警電路無(wú)輸入，光耦不開(kāi)啟，則光耦副邊不導(dǎo)通，判斷為電壓異常；
[0014]情況四:即超級(jí)電容單體的電壓屬于正常范圍(高于光耦的開(kāi)啟電壓點(diǎn)且低于過(guò)壓閾值)，此時(shí)電壓采樣電路的信號(hào)輸出端的電壓(同情況二)無(wú)法驅(qū)動(dòng)主動(dòng)均衡電路開(kāi)啟工作，即此時(shí)放電回路斷開(kāi)，使得告警電路的輸入電壓即為電容單體的當(dāng)前電壓(即正常的電壓值，是高于光耦開(kāi)啟點(diǎn))，使得光耦能夠開(kāi)啟工作，光耦副邊導(dǎo)通，判斷為電壓正常。
[0015]總之，本發(fā)明提供的上述技術(shù)方案電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，成本低，能夠?qū)Τ?jí)電容單體的過(guò)壓、欠壓、開(kāi)路都進(jìn)行告警，同時(shí)兼具過(guò)壓時(shí)放電的主動(dòng)均衡功能。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的超級(jí)電容單體主動(dòng)均衡系統(tǒng)的一種【具體實(shí)施方式】的電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]說(shuō)明:在本發(fā)明提供的【具體實(shí)施方式】中，超級(jí)電容單體的負(fù)極可以作為參考地端，正極作為高電平端。
[0019]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】提供一種超級(jí)電容單體主動(dòng)均衡系統(tǒng)，用于對(duì)超級(jí)電容單體(以下簡(jiǎn)稱單體)進(jìn)行主動(dòng)均衡以及過(guò)壓、欠壓、開(kāi)路的告警提示，如圖1所示，包括電壓采樣電路100、主動(dòng)均衡電路200以及告警電路300，下面對(duì)每個(gè)電路模塊及其相互之間的連接關(guān)系、電路工作原理進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0020]參考圖1，電壓采樣電路100具有正、負(fù)輸入端和輸出端，其中正、負(fù)輸入端分別連接于單體的正、負(fù)極(即單體的兩端)V+和V-之間，單體可以是一個(gè)，也可以是參數(shù)相同的兩個(gè)、三個(gè)甚至多個(gè)串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)形成的單體模組，本實(shí)施方式中以兩個(gè)串聯(lián)的單體C1、C2為例，電壓采樣電路100用于采集串聯(lián)單體Cl、C2的電壓(即V+與V-之間的電壓)。主動(dòng)均衡電路200具有正、負(fù)輸入端，輸出端以及驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，其正、負(fù)輸入端分別連接至單體Cl的正極(高電平端V+)、C2的負(fù)極(參考地端V-)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端連接于電壓采樣電路100的信號(hào)輸出端。告警電路300具有正、負(fù)輸入端，其中正輸入端連接至主動(dòng)均衡電路200的輸出端，負(fù)輸入端連接至單體的負(fù)極V-，如圖1，告警電路300包括一光耦U2，光耦U2原邊形成告警電路300的所述正、負(fù)輸入端，副邊連接至用戶端以通過(guò)副邊的導(dǎo)通、截止來(lái)分別表示單體電壓的正常、異常，即:當(dāng)副邊的OVP+、OVP-之間導(dǎo)通，則通過(guò)用戶端與OVP+、OVP-連接的電路向用戶展示當(dāng)前單體電壓正常，反之，若副邊的OVP+、OVP-之間斷開(kāi)，向用戶展示為當(dāng)前單體電壓存在異常(可能是過(guò)壓、欠壓或開(kāi)路)。
[0021]上述超級(jí)電容單體主動(dòng)均衡系統(tǒng)的工作原理大致如下:
[0022]當(dāng)單體的電壓達(dá)到一過(guò)壓閾值時(shí)，電壓采樣電路100的信號(hào)輸出端與主動(dòng)均衡電路200的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端同時(shí)被鉗位至高電平，主動(dòng)均衡電路200的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端的高電平驅(qū)動(dòng)主動(dòng)均衡電路200開(kāi)啟工作，主動(dòng)均衡電路200開(kāi)啟工作后，其輸出端與單體的負(fù)極導(dǎo)通(即輸出端接通參考地端)，即主動(dòng)均衡電路200的放電回路閉合以對(duì)單體進(jìn)行放電(實(shí)現(xiàn)主動(dòng)均衡)；此時(shí)，告警電路300的正、負(fù)輸入端之間導(dǎo)通，則光耦的原邊短路，光耦不啟動(dòng)，光耦U2副邊的OVP+、OVP-之間斷開(kāi)，表示此時(shí)單體電壓異常；
[0023]當(dāng)單體的電壓低于光耦U2的開(kāi)啟電壓時(shí)，電壓采樣電路100的信號(hào)輸出端與主動(dòng)均衡電路200的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端同時(shí)連接于單體的負(fù)極(即參考地端)，因此無(wú)法驅(qū)動(dòng)主動(dòng)均衡電路200開(kāi)啟，即所述放電回路斷開(kāi)，放電回路的斷開(kāi)使得告警電路300的輸入電壓為單體的當(dāng)前電壓，而單體的當(dāng)前電壓無(wú)法開(kāi)啟光耦U2，從而，光耦副邊的OVP+、OVP-之間是斷開(kāi)的，表示此時(shí)單體電壓異常；
[0024]當(dāng)單體開(kāi)路時(shí)，電壓采樣電路100沒(méi)有電壓輸入，其信號(hào)輸出端與主動(dòng)均衡電路200的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端同時(shí)連接于參考地端，同樣無(wú)法驅(qū)動(dòng)主動(dòng)均衡電路200工作，放電回路斷開(kāi)，告警電路300的輸入端電壓為單體的當(dāng)前電壓，但是此時(shí)單體開(kāi)路，無(wú)電壓輸入，因此光耦U2也