本發(fā)明涉及一種基于超級電容的dc輸出端儲能裝置，尤其涉及新能源汽車車載dc-dc輸出端的輔助儲能裝置，屬于新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，對車載電器的功能要求越來越多，勢必導(dǎo)致對dc-dc輸出電能質(zhì)量要求的提高，因此，為確保低壓端電器的正常工作，需要dc輸出端的輔助儲能裝置。而目前大多作為dc輸出端儲能裝置的是鉛酸蓄電池。

公開號為cn104247196a的專利涉及一種便攜式電源系統(tǒng)(30)，旨在為遠(yuǎn)程控制的電驅(qū)動工作機(jī)器(1)供應(yīng)電力，其中該工作機(jī)器是以下類型的工作機(jī)器，示范有包括連續(xù)履帶(8b)的推進(jìn)器械并配備有：旨在承載其自由端的工具的可操縱臂(10)，以及連接至液壓泵(20)并旨在為機(jī)器的操作器械(8c，10a)供應(yīng)液壓介質(zhì)的電動機(jī)(19)，其中該工作機(jī)器旨在正常操作下經(jīng)由電纜(2')連接至主電力源(30a)，該主電力源包括所在位置的固定的交流電流配電電網(wǎng)。該電源系統(tǒng)包括：次電力源(30b)，為了能夠供應(yīng)所需的電流，該次電力源包括dc儲能裝置(29)，該裝置能存儲能量并在需要時供應(yīng)電形式的能量；耦接裝置(31，33，34，34')，使得可以選擇主電力源(30a)或次電力源(30b)來連接至電動機(jī)，以驅(qū)動該電動機(jī)。

公開號為cn106887894a的專利涉及一種長期自發(fā)電、能量源壽命長的無線傳感器節(jié)點系統(tǒng)及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。該無線傳感器節(jié)點系統(tǒng)包括：傳感器，用于采集環(huán)境信息以輸出傳感數(shù)據(jù)；主控器，與所述傳感器連接，用于讀取所述傳感數(shù)據(jù)；無線發(fā)射器，與所述主控器連接，用于根據(jù)主控器的控制向外發(fā)射所述傳感數(shù)據(jù)；能量裝置，與所述傳感器和主控器連接，為所述傳感器和主控器提供電能；其中，所述能量裝置為自發(fā)電儲能裝置，在自發(fā)電過程中采用儲能電容組存儲電能，并在電能達(dá)到設(shè)定閾值后啟動主控器讀取所述傳感數(shù)據(jù)、通過無線發(fā)射器向外發(fā)射。所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括無線網(wǎng)關(guān)和多個無線傳感器節(jié)點系統(tǒng)。

公開號為cn106887841a的專利涉及一種含電動汽車微電網(wǎng)容量配置的多種群遺傳粒子群優(yōu)化方法，在滿足電動汽車用電需求的情況下，發(fā)揮電動汽車所具有的儲能功能，提出了包含年費(fèi)用成本、全年負(fù)荷缺電概率和負(fù)荷曲線峰谷差為目標(biāo)的多目標(biāo)模型，運(yùn)用多種群遺傳粒子群算法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，可以精確的獲得微電網(wǎng)系統(tǒng)中各單元的最優(yōu)容量，在保證系統(tǒng)可靠性及平抑負(fù)荷波動的情況下，還可以實現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)效益。通過對含有電動汽車的微電網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化。

公開號為cn106881903a的專利涉及一種伺服壓力機(jī)控制系統(tǒng)，包括伺服壓力機(jī)，所述伺服壓力機(jī)包括伺服電機(jī)、伺服控制器、傳動機(jī)構(gòu)、滑塊、工作臺和光柵尺，伺服控制器通過網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)動控制器通訊連接，該運(yùn)動控制器上連接有i/o接口模塊、操作面板和人機(jī)界面，伺服控制器的輸入端連接有電容儲能裝置，伺服控制器的輸出端與伺服電機(jī)連接，伺服電機(jī)與傳動機(jī)構(gòu)連接，滑塊與傳動機(jī)構(gòu)連接，人機(jī)界面通過網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)動控制器通訊連接。

公開號為cn106877409a的專利涉及一種通過電轉(zhuǎn)氣儲能技術(shù)提高電力系統(tǒng)對風(fēng)電消納能力的方法，包括預(yù)測日前t時段系統(tǒng)負(fù)荷和日前t時段風(fēng)電出力、以“確保系統(tǒng)對預(yù)測所得風(fēng)電按最小棄風(fēng)方式消納”為原則，設(shè)定優(yōu)化風(fēng)電消納能力的調(diào)度方案ⅰ、判斷是否需要平移負(fù)荷參與、求解可平移負(fù)荷、判斷是否需要電轉(zhuǎn)氣儲能裝置工作和啟動電氣儲能步驟。本發(fā)明可在風(fēng)電出力過大時通過電轉(zhuǎn)氣裝置消納一部分風(fēng)電，減少對電力系統(tǒng)的沖擊，其得到的人造天然氣可以直接在天然氣系統(tǒng)中進(jìn)行存儲和運(yùn)輸。

綜上所述，鉛酸電池由于其儲電量大，普及度高的優(yōu)點而被廣泛使用。但是鉛酸電池的充放電次數(shù)較少導(dǎo)致其壽命較短，因此在注重綠色環(huán)保的今天，其帶來的污染問題也不容忽視。并且，鉛酸蓄電池的瞬間充放電電流有限，在遇到瞬時大負(fù)載時難免出現(xiàn)供電不足而產(chǎn)生的瞬間電壓跌落現(xiàn)象。另外，長時間放置的鉛酸電池會產(chǎn)生嚴(yán)重的虧電現(xiàn)象；工作溫度范圍受限，高溫低溫穩(wěn)定性較差。

根據(jù)上述問題，需要一種瞬時充放電電流大，充放電次數(shù)多，工作溫度范圍廣，能自我控制充放電的更為環(huán)保高效的dc輸出端儲能裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服上述技術(shù)問題的基于超級電容的dc輸出端儲能裝置。

本發(fā)明所述裝置包括dc-dc輸出端、預(yù)充電阻r1、超級電容電路、電壓轉(zhuǎn)換模塊、比較電路模塊和繼電器模塊。所述dc-dc輸出端、預(yù)充電阻r1、繼電器模塊、超級電容電路、電壓轉(zhuǎn)換模塊、比較電路模塊依次連接。

本發(fā)明所述裝置用于dc輸出端的儲能和放電并能夠自檢輸出電壓控制超級電容的充電與放電，本發(fā)明所述裝置適用于12v系統(tǒng)。所述超級電容電路為本發(fā)明所述裝置的儲電放電部分。所述超級電容電路包括預(yù)充電阻r1及超級電容組，在超級電容組中的每個超級電容兩端并聯(lián)電阻以使每個超級電容充放電保持均衡。

本發(fā)明所述裝置的dc-dc輸出端與預(yù)充電阻r1連接后與繼電器的觸點端直接相連，再連接超級電容電路，超級電容電路分別為負(fù)載、繼電器模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊供電。

所述比較電路模塊用于將輸入端電壓與基準(zhǔn)電壓比較，當(dāng)輸入電壓低于9v時，其輸出端輸出高電平；當(dāng)輸入電壓高于13v時，其輸出端輸出低電平。所述比較電路模塊包含比較器電路及穩(wěn)壓管，穩(wěn)壓管用于穩(wěn)定比較器基準(zhǔn)電壓。比較電路模塊輸入為超級電容電路正極，超級電容電路工作在放電模式下時，比較電路模塊輸出低電平，繼電器線圈不通電，觸點端不吸合；超級電容電路連接負(fù)載持續(xù)放電，當(dāng)其放電后電壓值低至設(shè)定值9v時，比較電路模塊輸出高電平，繼電器線圈通電，觸點吸合，超級電容電路由dc-dc供電開始充電；當(dāng)超級電容電路充滿電，兩端電壓升至設(shè)定的13v時，比較電路模塊再次輸出低電平，繼電器線圈斷電，觸點斷開。至此，超級電容電路完成一個充放電循環(huán)，并且能夠利用超級電容電路充放電的電壓變化自動實現(xiàn)多次循環(huán)。由此循環(huán)本發(fā)明能夠長時間工作。

所述電壓轉(zhuǎn)換模塊用于將輸入12v電壓轉(zhuǎn)化為5v穩(wěn)定直流電并為比較電路模塊供電。所述電壓轉(zhuǎn)換模塊由直流電壓轉(zhuǎn)換芯片及外部整流濾波電路組成，所述電壓轉(zhuǎn)換模塊在輸入電壓為6-16v區(qū)間內(nèi)均能正常工作。由于使用了電壓轉(zhuǎn)換模塊，無論超級電容電路的輸出電壓如何變化，只需其電壓值在電壓轉(zhuǎn)換模塊的有效工作電壓范圍內(nèi)，輸出電壓始終為穩(wěn)定的5v。即比較電路模塊的輸出高電平始終為5v，不會出現(xiàn)高電平電壓不足導(dǎo)致繼電器驅(qū)動電路中的三極管開通不完全的現(xiàn)象。所述超級電容電路中的超級電容，每個電容兩端均并聯(lián)了一個阻值相同的電阻，因此能夠使超級電容充電時，每個電容兩端的電壓相同，避免了每個超級電容個體電壓不平衡的問題。

所述繼電器模塊用于控制超級電容輸入端電路的通斷，所述繼電器模塊由繼電器驅(qū)動電路及繼電器組成。繼電器線圈端由繼電器驅(qū)動電路控制，繼電器驅(qū)動電路輸入端接比較電路模塊輸出端，當(dāng)比較電路輸出高電平時，繼電器開關(guān)端閉合；繼電器開關(guān)端接于dc輸出端正極與超級電容電路正極之間。繼電器模塊的繼電器驅(qū)動電路采用了二級驅(qū)動，提高了驅(qū)動電路的穩(wěn)定性與可靠性。

所述比較電路模塊其基準(zhǔn)電壓值使用電壓轉(zhuǎn)換模塊的5v電壓分壓后使用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓得到，以使參考電壓值穩(wěn)定，從而使比較電路模塊的動作閾值電壓更準(zhǔn)確穩(wěn)定。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1.本發(fā)明選用超級電容作為儲能元件，充分發(fā)揮其充放電次數(shù)多，瞬間充放電流大，工作溫度范圍廣，與鉛酸電池充放電的化學(xué)過程相比，其物理原理的充放電過程更加環(huán)保。

2.本發(fā)明選用滯回比較電路作為繼電器驅(qū)動電路的控制電路，能控制超級電容電壓低于9v自動充電，高于13v自動停止充電，能有效避免長時間過充帶來的安全隱患與長時間虧電造成的電池報廢問題。

3.本發(fā)明的繼電器驅(qū)動電路與比較電路供電使用5v電壓，繼電器驅(qū)動電路采用多級驅(qū)動，使整個控制電路不會因電容電壓變化而波動，更加穩(wěn)定可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明所述裝置的電氣原理圖；

圖3是本發(fā)明所述裝置的工作流程示意圖；

圖4是本發(fā)明所述裝置的繼電器模塊的電路示意圖；

圖5是本發(fā)明所述裝置的比較電路模塊的電氣原理圖；

圖6是本發(fā)明所述裝置的電壓轉(zhuǎn)換模塊的電氣原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1、2所示，本發(fā)明所述裝置包括dc-dc輸出端、預(yù)充電阻r1、超級電容電路、電壓轉(zhuǎn)換模塊、比較電路模塊和繼電器模塊。所述dc-dc輸出端、預(yù)充電阻r1、繼電器模塊、超級電容電路、電壓轉(zhuǎn)換模塊、比較電路模塊依次連接。

本發(fā)明所述裝置用于dc輸出端的儲能和放電并能夠自檢輸出電壓控制超級電容的充電與放電，本發(fā)明所述裝置適用于12v系統(tǒng)。所述繼電器模塊如圖1虛線框內(nèi)部分所示。

如圖2所示，所述超級電容電路為本發(fā)明所述裝置的儲電放電部分。所述超級電容電路包括預(yù)充電阻r1及超級電容組，在每個超級電容兩端并聯(lián)電阻以使每個超級電容充放電保持均衡。

本發(fā)明所述裝置的dc-dc輸出端與預(yù)充電阻r1連接后與繼電器的觸點端直接相連，再連接超級電容電路，超級電容電路分別為負(fù)載、繼電器模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊供電。

所述比較電路模塊用于將輸入端電壓與基準(zhǔn)電壓比較，當(dāng)輸入電壓低于9v時，其輸出端輸出高電平；當(dāng)輸入電壓高于13v時，其輸出端輸出低電平。所述比較電路模塊包含比較器電路及穩(wěn)壓管，穩(wěn)壓管用于穩(wěn)定比較器基準(zhǔn)電壓。比較電路模塊電氣原理圖如圖5所示。

比較電路模塊輸入為超級電容電路正極，超級電容電路工作在放電模式下時，比較電路模塊輸出低電平，繼電器線圈不通電，觸點端不吸合；超級電容電路連接負(fù)載持續(xù)放電，當(dāng)其放電后電壓值低至設(shè)定值9v時，比較電路模塊輸出高電平，繼電器線圈通電，觸點吸合，超級電容電路由dc-dc供電開始充電；當(dāng)超級電容電路充滿電，兩端電壓升至設(shè)定的13v時，比較電路模塊再次輸出低電平，繼電器線圈斷電，觸點斷開。至此，超級電容電路完成一個充放電循環(huán)，并且能夠利用超級電容電路充放電的電壓變化自動實現(xiàn)多次循環(huán)。其工作流程如圖3所示，由此循環(huán)本發(fā)明能夠長時間工作。

所述電壓轉(zhuǎn)換模塊用于將輸入12v電壓轉(zhuǎn)化為5v穩(wěn)定直流電并為比較電路模塊供電。所述電壓轉(zhuǎn)換模塊由直流電壓轉(zhuǎn)換芯片及外部整流濾波電路組成，所述電壓轉(zhuǎn)換模塊在輸入電壓為6-16v區(qū)間內(nèi)均能正常工作。電壓轉(zhuǎn)換模塊的電氣原理圖如圖6所示。由于使用了電壓轉(zhuǎn)換模塊，無論超級電容電路的輸出電壓如何變化，只需其電壓值在電壓轉(zhuǎn)換模塊的有效工作電壓范圍內(nèi)，輸出電壓始終為穩(wěn)定的5v。即比較電路模塊的輸出高電平始終為5v，不會出現(xiàn)高電平電壓不足導(dǎo)致繼電器驅(qū)動電路中的三極管開通不完全的現(xiàn)象。如圖6所示。

優(yōu)選地，對于超級電容電路中的超級電容，每個電容兩端均并聯(lián)了一個阻值相同的電阻，因此能夠使超級電容充電時，每個電容兩端的電壓相同，避免了每個超級電容個體電壓不平衡的問題。如圖2所示。

所述繼電器模塊用于控制超級電容輸入端電路的通斷，所述繼電器模塊由繼電器驅(qū)動電路及繼電器組成。繼電器線圈端由繼電器驅(qū)動電路控制，繼電器驅(qū)動電路輸入端接比較電路模塊輸出端，如圖3所示，當(dāng)比較電路輸出高電平時，繼電器開關(guān)端閉合；繼電器開關(guān)端接于dc輸出端正極與超級電容電路正極之間。繼電器模塊的繼電器驅(qū)動電路采用了二級驅(qū)動，如圖4所示，提高了驅(qū)動電路的穩(wěn)定性與可靠性。

所述比較電路模塊其基準(zhǔn)電壓值使用電壓轉(zhuǎn)換模塊的5v電壓分壓后使用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓得到，以使參考電壓值穩(wěn)定，從而使比較電路模塊的動作閾值電壓更準(zhǔn)確穩(wěn)定。如圖5所示。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明公開的范圍內(nèi)，能夠輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。