專利名稱：一種超級電容模組智能管理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及超級電容技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超級電容模組智能管理裝置。
背景技術(shù)：
超級電容模組在實際應(yīng)用中，是將多個單只超級電容串聯(lián)起來組成模組使用。由于超級電容模組中各個單體超級電容的自放電流、內(nèi)阻、容量存在差異，在多次、長時間的使用中，必然產(chǎn)生某些超級電容充電不足、某些超級電容過壓的現(xiàn)象，過壓對超級電容的損害是巨大的，會使電容的容量迅速減低，嚴重影響壽命，損壞的超級電容反過來對好電容造成損害，使整組電容的使用壽命大大降低。現(xiàn)有技術(shù)采用“限壓”法來限制單體超級電容的最高電壓，當某個單體超級電容電壓上升到設(shè)定值時(如2.6V)，限壓模塊通過旁路電阻泄放電流，達到阻止電壓上升的目的。限壓方法只有在某個超級電容的電壓達到設(shè)定值時才能開始限壓，其并沒有真正測量到單體超級電容的實際電壓值，而且，在充電電流很大時需要非常大的放電電流才能限住電壓。大電流放電實現(xiàn)有一定的難度，成本較高，放電時會產(chǎn)生大量熱量，不容易快速散掉，高溫環(huán)境對超級電容是不利的，會減低使用壽命。利用現(xiàn)有的限壓方法，無法獲知超級電容模組在使用時單體超級電容的具體電壓值，進而無法對單體超級電容的充放電過程進行實際有效的控制。

實用新型內(nèi)容本實用新型實施例的目的在于提供一種超級電容模組智能管理裝置，以獲得超級電容模組在使用過程中單體超級電容的具體電壓值，進而主動均衡超級電容模組內(nèi)各個單體超級電容的電壓值。本實用新型實施例提供了一種超級電容模組智能管理裝置，所述超級電容模組內(nèi)包括至少一個電容子模組，每個電容子模組內(nèi)包括若干個串聯(lián)的單體超級電容；所述超級電容模組智能管理裝置包括:主控模塊和至少一個電壓檢測及均衡模塊；所述主控模塊通過隔離的總線與各個電壓檢測及均衡模塊相連；每個電壓檢測及均衡模塊對應(yīng)連接一個電容子模組；所述主控模塊，通過所述隔離的總線向每個電壓檢測及均衡模塊發(fā)送電壓檢測指令，接收各個電壓檢測及均衡模塊反饋的其對應(yīng)的電容子模組中的單體超級電容的電壓值，根據(jù)各個電壓檢測及均衡模塊反饋的單體超級電容的電壓值計算電壓對比參數(shù)，將所述電壓對比參數(shù)發(fā)送給每個電壓檢測及均衡模塊；所述電壓檢測及均衡模塊，根據(jù)來自主控模塊的電壓檢測指令，對其對應(yīng)的電容子模組內(nèi)的每個單體超級電容的電壓分別進行檢測，將檢測到的每個單體超級電容的電壓值上報給主控模塊；接收來自主控模塊的電壓對比參數(shù)，判斷出檢測到的每個單體超級電容的電壓值與所述電壓對比參數(shù)之間滿足預(yù)設(shè)條件時，啟動單體超級電容電壓均衡操作。[0011]其中，所述智能管理裝置還包括:模組參數(shù)檢測模塊，通過隔離的總線與主控模塊連接；根據(jù)來自主控模塊的模組參數(shù)檢測指令，對超級電容模組狀態(tài)進行檢測，獲得模組參數(shù)，將所述模組參數(shù)反饋給主控模塊。其中，所述智能管理裝置還包括:至少一個通訊隔離模塊，每個通訊隔離模塊串聯(lián)在所述各個電壓檢測及均衡模塊與主控模塊之間的總線上，及所述模組參數(shù)檢測模塊與主控模塊之間的總線上，形成隔離的總線。其中，所述智能管理裝置還包括:上位機，與所述主控模塊連接，接收來自所述主控模塊的模組參數(shù)及各個單體超級電容的電壓值。其中，所述每個電壓檢測及均衡模塊包括:若干個減法器，減法器的數(shù)量與電容子模組內(nèi)單體超級電容的數(shù)量相同，每個減法器的兩個輸入端分別與單體超級電容的正負極分別連接，輸出所述單體超級電容的電壓
信號;濾波器，將所述減法器輸出的電壓信號濾波后傳送給多路開關(guān)；其中，所述濾波器的個數(shù)與所述減法器的個數(shù)相同；多路開關(guān)，將來自濾波器的電壓信號傳送給第一單片機；第一單片機，根據(jù)所述主控模塊實時或定時發(fā)送的電壓檢測指令，通過多路開關(guān)選擇與所述檢測指令對應(yīng)的來自濾波器的電壓信號，將所述電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給主控模塊；接收來自主控模塊的電壓對比參數(shù)，判斷出所述來自濾波器的電壓信號與所述電壓對比參數(shù)之間滿足預(yù)設(shè)條件時，啟動直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊；直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊，比較相鄰電容的電壓，并使電壓高的電容向電壓低的電容充電。其中，所述模組參數(shù)包括:模組總電壓值、充放電電流值以及環(huán)境溫度值；所述模組參數(shù)檢測模塊包括:電壓信號調(diào)理單元，將檢測到的模組總電壓進行調(diào)理后作為模組總電壓值傳送給電壓和充放電電流檢測模塊；霍爾傳感器，根據(jù)電流方向輸出表不充放電電流值的電壓，將所輸出的電壓作為充放電電流值傳送給電壓和充放電電流檢測模塊；電壓和充放電電流檢測模塊，將來自電壓信號調(diào)理單元的模組總電壓，和來自霍爾傳感器的表示充放電電流值的電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給第二單片機；溫度傳感器，將檢測到的溫度數(shù)據(jù)作為環(huán)境溫度值傳送給第二單片機；第二單片機，根據(jù)來自主控模塊的信號，將模組總電壓值、充放電電流值以及環(huán)境溫度值反饋給主控模塊。其中，所述電壓對比參數(shù)包括:所有單體超級電容的最高電壓值、平均電壓值和最低電壓值。其中，所述主控模塊為dsPIC30F6010A單片機；所述通訊隔離模塊為高速光隔6N137。[0032]其中，所述濾波器為阻容濾波器。其中，所述電壓和充放電電流檢測模塊為AD7321芯片；所述溫度傳感器為DS18B20。綜上，應(yīng)用本實用新型實施例所提供的超級電容模組智能管理裝置，可實時或定時取得各個單體超級電容的電壓值，通過電壓檢測及均衡模塊實現(xiàn)主動均衡各個單體超級電容的電壓值，使得各個單體超級電容的電壓達到均衡。本實用新型實施例還通過引入用于監(jiān)測模組參數(shù)的模組參數(shù)檢測模塊，可以獲得超級電容模組的總電壓值、充放電電流值以及當前所處的溫度等信息，可為后續(xù)應(yīng)用、調(diào)度策略等提供必要的數(shù)據(jù)支持。本實用新型實施例能夠?qū)误w超級電容電壓主動均衡，模組總電壓、溫度及充放電電流檢測組合為一體，并將檢測到的數(shù)據(jù)上傳到上位機，為上位機的控制提供依據(jù)。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是根據(jù)本實用新型實施例的超級電容模組智能管理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是根據(jù)本實用新型實施例的電壓檢測及均衡模塊的原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是根據(jù)本實用新型實施例的模組參數(shù)檢測模塊的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。參見圖1，其是根據(jù)本實用新型實施例的超級電容模組智能管理裝置結(jié)構(gòu)示意圖，本實施例的超級電容模組智能管理裝置用于對超級電容模組進行管理，其中，每個超級電容模組內(nèi)包括至少一個電容子模組，每個電容子模組內(nèi)包括若干個單體超級電容。例如，在一個可能的實施例中每個電容子模組內(nèi)可以包括8只串聯(lián)的單體超級電容，對于多于8只電容的模組，通過電容子模組級聯(lián)的方式擴展。圖1所述超級電容模組智能管理裝置具體包括:主控模塊100、至少一個電壓檢測及均衡模塊200，以及隔離的總線300，其中，主控模塊100通過隔離的總線300與各個電壓檢測及均衡模塊200相連；每個電壓檢測及均衡模塊200對應(yīng)連接一個電容子模組；主控模塊100，通過所述隔離的總線300向每個電壓檢測及均衡模塊200發(fā)送電壓檢測指令，接收各個電壓檢測及均衡模塊200反饋的其對應(yīng)的電容子模組中的單體超級電容的電壓值，根據(jù)各個電壓檢測及均衡模塊200反饋的單體超級電容的電壓值計算電壓對比參數(shù)，將所述電壓對比參數(shù)發(fā)送給每個電壓檢測及均衡模塊200 ；每個電壓檢測及均衡模塊200，根據(jù)來自主控模塊100的電壓檢測指令，對其對應(yīng)的電容子模組內(nèi)的每個單體超級電容的電壓分別進行檢測，將檢測到的每個單體超級電容的電壓值上報給主控模塊100 ;接收來自主控模塊100的電壓對比參數(shù)，判斷出檢測到的每個單體超級電容的電壓值與所述電壓對比參數(shù)之間滿足預(yù)設(shè)條件時，啟動單體超級電容電壓均衡操作。上述電壓對比參數(shù)包括所有單體超級電容的最高電壓值、平均電壓值和最低電壓值。需要說明的是，上述電壓對比參數(shù)并不限于此，可根據(jù)實際需求增加或減少。在一個可能的實施例中，主控模塊可實時或定時向每個電壓檢測及均衡模塊發(fā)送電壓檢測指令。在一個可能的實施例中，主控模塊計算電壓對比參數(shù)的步驟包括計算所有單體超級電容的最高電壓值、平均電壓值和最低電壓值。在一個可能的實施例中，上述主控模塊采用Microchip的dsPIC30F6010A單片機，該單片機帶有2個CAN 口，2個全雙工串口。由于每個電壓檢測及均衡模塊檢測一個電容子模組內(nèi)串聯(lián)的電容，例如一個電容子模組內(nèi)八只相鄰的串聯(lián)電容，且每個電容子模組內(nèi)的單體超級電容是串聯(lián)的，因而每個單體超級電容的地電位有很大差異，因此控制模塊與電壓檢測及均衡模塊之間還可以串聯(lián)通訊隔離模塊，以實現(xiàn)隔離的總線。在一個可能的實施例中，上述通訊隔離模塊為高速光隔6N137。仍參見圖1，在一個可能的實施例中，還可以包括至少一個通訊隔離模塊400，每個電壓檢測及均衡模塊200通過通訊隔離模塊400及總線300與主控模塊100連接；也即，每個通訊隔離模塊400串聯(lián)在各個電壓檢測及均衡模塊200與主控模塊100之間的總線上，形成隔離的總線。應(yīng)用本實用新型實施例所提供的超級電容模組智能管理裝置，可實時或定時取得各個單體超級電容的電壓值，通過電壓檢測及均衡模塊實現(xiàn)主動均衡各個單體超級電容的電壓值，使得各個單體超級電容的電壓達到均衡?！爸鲃泳狻笔窃陔娙莩浞烹娺^程中，主動對電壓較高的電容電壓進行限制，達到各個單體超級電容電壓基本一致，避免單體過壓。而現(xiàn)有技術(shù)的“限壓”，是等電壓達到設(shè)定值時再放電，其不是在充放電過程中實時平衡電壓，因此，使用本實用新型提供的方案，使得整組電容電壓的一致性更好，所需均衡電流更小，還可以根據(jù)不同的運行場合靈活變更控制策略。對于圖1所述的超級電容模組智能管理裝置，還可以包括:模組參數(shù)檢測模塊500，此時，通訊隔離模塊400串聯(lián)在所述模組參數(shù)檢測模塊400與主控模塊100之間的總線上；模組參數(shù)檢測模塊500根據(jù)來自主控模塊100的模組參數(shù)檢測指令，對超級電容模組狀態(tài)進行檢測，獲得模組參數(shù)，將所述模組參數(shù)反饋給主控模塊100。其中，所述模組參數(shù)包括:模組總電壓值、充放電電流值以及環(huán)境溫度值等等。這樣，主控模塊100可以獲得超級電容模組的總電壓值、充放電電流值以及當前所處的溫度，可為后續(xù)應(yīng)用、策略等提供必要的數(shù)據(jù)支持。在一個可能的實施例中，主控模塊可實時或定時向模組參數(shù)檢測模塊發(fā)送模組參數(shù)檢測指令，模組參數(shù)檢測模塊根據(jù)實時或定時的模組參數(shù)檢測指令執(zhí)行相應(yīng)操作。對于圖1所示的超級電容模組智能管理裝置，還可以包括:上位機(圖未示)，其通過串行通訊接口與主控模塊100連接，接收來自主控模塊的模組參數(shù)及各個單體超級電容的電壓值。這樣，可以將所有檢測到的所有數(shù)據(jù)上傳到上位機，為上位機的后續(xù)控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。在一個可能的實施例中，主控模塊通過CAN、485或RS232接口與上位機進行通訊，可實時上傳數(shù)據(jù)。綜上，應(yīng)用本實用新型實施例所提供的超級電容模組智能管理裝置，可以將電壓主動均衡，電壓、溫度及充放電電流檢測組合為一體，并將檢測到的數(shù)據(jù)上傳到上位機，為上位機的控制提供依據(jù)。參見圖2，其是根據(jù)本實用新型實施例的電壓檢測及均衡模塊的原理結(jié)構(gòu)示意圖。該電壓檢測及均衡模塊200包括:若干個減法器210、濾波器220、多路開關(guān)230，第一單片機240，以及直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊(DC/DC雙向轉(zhuǎn)換模塊)250，其中，減法器210的數(shù)量與電容子模組內(nèi)單體超級電容的數(shù)量相同，每個減法器的兩個輸入端分別與單體超級電容的正負極分別連接，輸出所述單體超級電容的電壓信號。仍參見圖2，本實施例中，每個減法器可采用精密運算放大器來實現(xiàn)，例如，可以采用LM324芯片來實現(xiàn)，具體的，該芯片的I號引腳作為減法器的輸出端，2號引腳作為減法器的負極輸入端，該負極輸入端通過第一電阻Rl與一只單體超級電容的負端連接，并且，該2號引腳還通過第二電阻R12連接至I號引腳；上述芯片的3號引腳為減法器的正極輸入端，該正極輸入端通過第三電阻R3與上述單體超級電容的正端連接，并且，該3號引腳還通過第四電阻R4與地(GND)連接；上述芯片的4號引腳與24V電源連接；上述芯片的11號引腳與GND連接?？梢岳斫獾氖?，每個LM324芯片可提供四個減法器，如果有多個單體超級電容，可采用多個LM324芯片來實現(xiàn)。當然，本申請中并不對實現(xiàn)減法器所使用的具體芯片做限定，只要能夠具備減法器功能的芯片都可應(yīng)用于本申請中。濾波器220，將所述減法器輸出的電壓信號濾波后傳送給多路開關(guān)230 ;其中，所述濾波器的個數(shù)與所述減法器的個數(shù)相同。仍參見圖2，本實施例中，采用阻容濾波器來實現(xiàn)，具體的，阻容濾波器包括第五電阻R5和第一電容Cl,其中，第五電阻R5的一端與減法器的輸出端即LM324芯片的I號引腳連接，第五電阻R5的另一端與第一電容Cl的正極連接,第一電容Cl的負極接GND ;第一電容Cl的正極作為阻容濾波器的輸出端，連接至多路開關(guān)230。需要說明的是，本申請中并不對濾波器的具體實現(xiàn)形式做限定，任何可以消除高頻紋波的濾波器都可應(yīng)用于本申請中。多路開關(guān)230,將來自濾波器的電壓信號傳送給第一單片機；第一單片機240，根據(jù)所述主控模塊實時或定時發(fā)送的電壓檢測指令，通過多路開關(guān)選擇與所述檢測指令對應(yīng)的來自濾波器的電壓信號，將來自多路開關(guān)的電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給主控模塊；接收來自主控模塊的電壓對比參數(shù)，判斷出所述來自濾波器的電壓信號與所述電壓對比參數(shù)之間滿足預(yù)設(shè)條件時，啟動直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊。上述預(yù)定條件可以根據(jù)實際需求確定，例如，一種可能的實現(xiàn)方案是，電壓對比參數(shù)為單體超級電容的平均電壓值；單片機判斷出來自濾波器的電壓信號與所述單體超級電容的平均電壓值的差值超過預(yù)設(shè)的啟動閾值后，啟動均衡操作即啟動直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊250。直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊250，比較相鄰電容的電壓，并使電壓高的電容向電壓低的電容充電，其中，直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊250的比單體超級電容個數(shù)少一個。綜上，應(yīng)用圖2所述實施例，要檢測電容子模組中串聯(lián)的單電容的電壓，并要保證足夠的檢測精度，可采用精密運算放大器組成減法器實現(xiàn)單體超級電容的電壓檢測。每個減法器的輸入端輸入一只單體超級電容的正負極，輸出為該單體超級電容電壓。通過設(shè)定電阻的比例可使輸出電壓等于R1/R2(V2-V1)。運放的輸出通過阻容濾波器進行濾波，以消除高頻紋波對電壓測量的影響，再通過模擬多路器將每個電容的電壓輸入到單片機的A/D轉(zhuǎn)換端進行A/D變換。單片機的I/O端口用來選通模擬多路器和控制均衡電路的啟停。直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊采用雙向DC/DC變換的方式傳遞能量，使電壓高的電容能量轉(zhuǎn)移到電壓低的電容中，從而實現(xiàn)電壓均衡。每個DC/DC雙向轉(zhuǎn)換模塊輸入有三根線，為相鄰電容的總正、總負和兩個電容正負極連接點，如一個直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊接入電容組的V1，V2，V3電壓。如果單片機啟動均衡操作，該直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊自動比較相鄰單體超級電容的電壓，并使電壓高的電容向電壓低的電容充電，電壓高的電容能量向電壓低的電容流動，從而使相鄰單體超級電容電壓趨于一致。每個電壓檢測及均衡模塊包含七個直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊，負責八只電容的均衡，第七個直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊與下一電壓檢測及均衡模塊的第一個直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊對應(yīng)同一電容，以便通過該電容達到兩個電壓檢測及均衡模塊之間的能量流動，最終使整組電容電壓達到均衡。這里，直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊本身為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再詳細說明。參見圖3，其是根據(jù)本實用新型實施例的模組參數(shù)檢測模塊的原理結(jié)構(gòu)示意圖。該模組參數(shù)檢測模塊500包括:電壓信號調(diào)理單元510，霍爾傳感器520，電壓和充放電電流檢測模塊530，溫度傳感器540以及第二單片機550，其中，電壓信號調(diào)理單元510，將檢測到的模組總電壓進行調(diào)理后作為模組總電壓值傳送給電壓和充放電電流檢測模塊530 ；上述調(diào)理操作包括對電壓信號進行電平變化、限壓保護、緩沖等處理；根據(jù)實際處理的需求，電壓信號調(diào)理單元可以包括用于電平變化的分壓電阻、用于濾波的濾波電容、用于進行限壓保護的限壓二極管、用于緩沖的運放等等。具體采用哪些器件可根據(jù)實際需求而定，本文對此并不進行限定。具體的搭建方式也是常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)，這里也不再做詳細說明。霍爾傳感器520，根據(jù)電流方向輸出表不充放電電流值的電壓，將所輸出的電壓作為充放電電流值傳送給電壓和充放電電流檢測模塊530 ；電壓和充放電電流檢測模塊530，將來自電壓信號調(diào)理單元510的模組總電壓，和來自霍爾傳感器520的表不充放電電流值的電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給第二單片機550 ；在一種可能的實施例中，電壓和充放電電流檢測模塊530為12位的AD7321芯片；當然，本申請并不限定電壓和充放電電流檢測模塊所采用芯片的具體型號，只要能實現(xiàn)上述功能的任何芯片都可以應(yīng)用于本申請中。溫度傳感器540，將檢測到的溫度數(shù)據(jù)作為環(huán)境溫度值傳送給第二單片機550 ；在一種可能的實施例中，溫度傳感器540采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20 ;當然，本申請并不限定溫度傳感器的具體型號，只要能實現(xiàn)上述功能的任何溫度傳感器都可以應(yīng)用于本申請中。第二單片機550，根據(jù)來自主控模塊的信號，將模組總電壓值、充放電電流值以及環(huán)境溫度值反饋給主控模塊。綜上，應(yīng)用圖3所述實施例，AD7321芯片與第二單片機通過I2C總線相連，將檢測的超級電容模組的模組總電壓傳給第二單片機。電流檢測通過霍爾傳感器，根據(jù)電流的方向霍爾傳感器輸出+4V或-4V的電壓,將霍爾傳感器的輸出電壓輸入AD7321芯片的輸入端，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過I2C通訊線傳給第二單片機。超級電容模組總電壓通過電壓信號調(diào)理單元對電壓信號進行電平變化、限壓保護、緩沖等處理，再輸入給AD7321芯片。環(huán)境溫度檢測采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，直接與第二單片機通過I2C總線相連，讀取溫度數(shù)據(jù)到第二單片機。參見圖1-圖3，一種可能的控制流程如下:主控模塊通過一個CAN 口連接隔離的總線，通過該隔離的總線與電壓檢測及均衡模塊和模組參數(shù)檢測模塊通訊；主控模塊實時或定時向所有電壓檢測及均衡模塊發(fā)送電壓檢測指令，向模組參數(shù)檢測模塊發(fā)出模組參數(shù)檢測指令，各個模塊同時開始檢測，這樣可以保證單體超級電容電壓是同時檢測的。延時0.1秒后，主控模塊向電壓檢測及均衡模塊發(fā)出傳送檢測電壓的指令，得到各個單體超級電容的電壓；向模組參數(shù)檢測模塊發(fā)指令取得模組參數(shù)。之后，主控模塊可以計算所有單體超級電容的平均電壓值，最高電壓值、最低電壓值，然后將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給每個電壓檢測及均衡模塊，根據(jù)預(yù)設(shè)條件，每個模塊將檢測的電壓值與這些接收的數(shù)值比較。例如，如果預(yù)設(shè)條件為判斷單體超級電容的電壓值過與單體超級電容的平均值的差值是否超過設(shè)定的啟動值閾值，則當根據(jù)該條件判斷結(jié)果為是時啟動均衡操作。另外，主控模塊還可以通過另一個CAN 口或RS485、RS232等串口上傳數(shù)據(jù)至上位機。主控模塊還將獲得的檢測結(jié)果，如電容組參數(shù)、各個單體超級電容的電壓、溫度等對超級電容模組狀態(tài)作出分析預(yù)測，將檢測到的數(shù)據(jù)和/或分析預(yù)測全部上傳給上位機，供后續(xù)控制使用。應(yīng)用本實用新型實施例所提供的超級電容模組智能管理裝置，將電容子模組內(nèi)單體超級電容電壓主動均衡，模組總電壓、溫度、電流快速檢測組合為一體，并將檢測數(shù)據(jù)上傳到上位機，為上位機的控制提供依據(jù)。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種超級電容模組智能管理裝置，其特征在于，所述超級電容模組內(nèi)包括至少一個電容子模組，每個電容子模組內(nèi)包括若干個串聯(lián)的單體超級電容；所述超級電容模組智能管理裝置包括:主控模塊和至少一個電壓檢測及均衡模塊； 所述主控模塊通過隔離的總線與各個電壓檢測及均衡模塊相連；每個電壓檢測及均衡模塊對應(yīng)連接一個電容子模組； 所述主控模塊，通過所述隔離的總線向每個電壓檢測及均衡模塊發(fā)送電壓檢測指令，接收各個電壓檢測及均衡模塊反饋的其對應(yīng)的電容子模組中的單體超級電容的電壓值，根據(jù)各個電壓檢測及均衡模塊反饋的單體超級電容的電壓值計算電壓對比參數(shù)，將所述電壓對比參數(shù)發(fā)送給每個電壓檢測及均衡模塊； 所述電壓檢測及均衡模塊，根據(jù)來自主控模塊的電壓檢測指令，對其對應(yīng)的電容子模組內(nèi)的每個單體超級電容的電壓分別進行檢測，將檢測到的每個單體超級電容的電壓值上報給主控模塊；接收來自主控模塊的電壓對比參數(shù)，判斷出檢測到的每個單體超級電容的電壓值與所述電壓對比參數(shù)之間滿足預(yù)設(shè)條件時，啟動單體超級電容電壓均衡操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述智能管理裝置還包括: 模組參數(shù)檢測模塊，通過隔離的總線與主控模塊連接；根據(jù)來自主控模塊的模組參數(shù)檢測指令，對超級電容模組狀態(tài)進行檢測，獲得模組參數(shù)，將所述模組參數(shù)反饋給主控模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述智能管理裝置還包括: 至少一個通訊隔離模塊，每個通訊隔離模塊串聯(lián)在所述各個電壓檢測及均衡模塊與主控模塊之間的總線上，及所述模組參數(shù)檢測模塊與主控模塊之間的總線上，形成隔離的總線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所 述的裝置，其特征在于，所述智能管理裝置還包括: 上位機，與所述主控模塊連接，接收來自所述主控模塊的模組參數(shù)及各個單體超級電容的電壓值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述每個電壓檢測及均衡模塊包括: 若干個減法器，減法器的數(shù)量與電容子模組內(nèi)單體超級電容的數(shù)量相同，每個減法器的兩個輸入端分別與單體超級電容的正負極分別連接，輸出所述單體超級電容的電壓信號; 濾波器，將所述減法器輸出的電壓信號濾波后傳送給多路開關(guān)；其中，所述濾波器的個數(shù)與所述減法器的個數(shù)相同； 多路開關(guān)，將來自濾波器的電壓信號傳送給第一單片機； 第一單片機，根據(jù)所述主控模塊實時或定時發(fā)送的電壓檢測指令，通過多路開關(guān)選擇與所述檢測指令對應(yīng)的來自濾波器的電壓信號，將所述電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給主控模塊；接收來自主控模塊的電壓對比參數(shù)，判斷出所述來自濾波器的電壓信號與所述電壓對比參數(shù)之間滿足預(yù)設(shè)條件時，啟動直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊； 直流/直流雙向轉(zhuǎn)換模塊，比較相鄰電容的電壓，并使電壓高的電容向電壓低的電容充電。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述模組參數(shù)包括:模組總電壓值、充放電電流值以及環(huán)境溫度值；所述模組參數(shù)檢測模塊包括: 電壓信號調(diào)理單元，將檢測到的模組總電壓進行調(diào)理后作為模組總電壓值傳送給電壓和充放電電流檢測模塊； 霍爾傳感器，根據(jù)電流方向輸出表不充放電電流值的電壓，將所輸出的電壓作為充放電電流值傳送給電壓和充放電電流檢測模塊； 電壓和充放電電流檢測模塊，將來自電壓信號調(diào)理單元的模組總電壓，和來自霍爾傳感器的表示充放電電流值的電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給第二單片機； 溫度傳感器，將檢測到的溫度數(shù)據(jù)作為環(huán)境溫度值傳送給第二單片機； 第二單片機，根據(jù)來自主控模塊的信號，將模組總電壓值、充放電電流值以及環(huán)境溫度值反饋給主控模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電壓對比參數(shù)包括:所有單體超級電容的最高電壓值、平均電壓值和最低電壓值。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述主控模塊為dsPIC30F6010A單片機；所述通訊隔離模塊為高速光隔6N137。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述濾波器為阻容濾波器。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于， 所述電壓和充放電電流檢測模塊為AD7321芯片； 所述溫度傳感器為DS18B20。
專利摘要本實用新型公開了一種超級電容模組智能管理裝置，所述超級電容模組內(nèi)包括至少一個電容子模組，每個電容子模組內(nèi)包括若干個串聯(lián)的單體超級電容；所述超級電容模組智能管理裝置包括主控模塊和至少一個電壓檢測及均衡模塊；所述主控模塊通過隔離的總線與各個電壓檢測及均衡模塊相連；每個電壓檢測及均衡模塊對應(yīng)連接一個電容子模組。應(yīng)用本實用新型，可實時或定時取得各個單體超級電容的電壓值，通過電壓檢測及均衡模塊實現(xiàn)主動均衡各個單體超級電容的電壓值，使得各個單體超級電容的電壓達到均衡。此外，還可以獲得超級電容模組的總電壓值、充放電電流值以及當前所處的溫度等信息，可為后續(xù)應(yīng)用、調(diào)度策略等提供必要的數(shù)據(jù)支持。
文檔編號H02J7/00GK202997597SQ20122054639
公開日2013年6月12日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者冉建國 申請人:冉建國