專利名稱：一種超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰電池生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在鋰電池的生產(chǎn)過(guò)程中，有一個(gè)很重要的裝置是化成設(shè)備，其工作過(guò)程比較簡(jiǎn)單， 對(duì)上架后的電池進(jìn)行循環(huán)的充電和放電。當(dāng)電池被充滿能量后，又將其能量釋放掉，目前大多的能量釋放過(guò)程都是將其釋放于電阻性負(fù)載，或IGBT(可空負(fù)載)，當(dāng)放電完成后的電池又被重新充電。這樣周而復(fù)始的往復(fù)充放電，最終使電池制作出來(lái)。當(dāng)然，在循環(huán)的充電和放電過(guò)程中，還必須對(duì)電量進(jìn)行計(jì)量，以算出其電池的容量。循環(huán)過(guò)程中的放電過(guò)程是將其能量釋放，釋放的過(guò)程將轉(zhuǎn)變成熱量，因此，目前的循環(huán)充放電設(shè)備主要有充電設(shè)備部分、 可控放電設(shè)備、散熱冷卻設(shè)備以及計(jì)算機(jī)計(jì)量功能設(shè)備。目前常規(guī)的此類設(shè)備，由于放電過(guò)程是向阻性負(fù)載釋放，因此帶來(lái)兩個(gè)很明顯的問(wèn)題，一，能量白白地就釋放了，不能回收，造成了能量的浪費(fèi)；二、大量的電池同時(shí)釋放能量，必將產(chǎn)生很大的熱量，散熱設(shè)備是必須的，而且，散熱設(shè)備也需要耗能，從而需要消耗大量的能量。所以，現(xiàn)有的此類設(shè)備每天都要消耗大量的能量，日積月累的，其耗能是非常巨大的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，能夠?qū)⒎烹娺^(guò)程中所消耗的能量進(jìn)行回收，同時(shí)降低了熱能的產(chǎn)生，使能量利用率達(dá)到最大化。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，包括主控制器、電源轉(zhuǎn)換模塊和η個(gè)超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置；所述的超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置包括充電裝置、通道分配裝置、電池和放電裝置；所述的充電裝置的輸出端通過(guò)充電開(kāi)關(guān)與所述的電池相連；所述的放電裝置的輸入端通過(guò)放電開(kāi)關(guān)與所述的電池相連；所述的通道分配裝置分別與所述的充電開(kāi)關(guān)和放電開(kāi)關(guān)相連，所述的主控制器分別與所述的電源轉(zhuǎn)換模塊、充電裝置、放電裝置和通道分配裝置的控制端相連；所述的電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與輸入電源相連，輸出端通過(guò)直流母線分別與η個(gè)超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置中的充電裝置的輸入端相連；所述的η個(gè)超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置中的放電裝置的輸出端均連有超級(jí)電容；所述的η個(gè)超級(jí)電容通過(guò)串聯(lián)后與所述的直流母線相連；其中，η > 2。所述的超級(jí)電容兩端并聯(lián)有超級(jí)電容電壓檢測(cè)電路。所述的電池兩端并聯(lián)有電池電壓檢測(cè)電路。所述的電池與充電裝置之間設(shè)有充電電流檢測(cè)電路；所述的電池與放電裝置之間設(shè)有放電電流檢測(cè)電路。所述的電源轉(zhuǎn)換模塊為AC/DC電源模塊或DC/DC電源模塊。
所述的充電裝置為由正激變換器構(gòu)成的DC/DC電源模塊。所述的放電裝置為由反激變換器構(gòu)成的DC/DC電源模塊。所述的主控制器由FPGA芯片和DSP芯片組成。有益效果由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明在放電過(guò)程中采用放電裝置將能量進(jìn)行釋放和轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移出來(lái)的能量被超級(jí)電容所吸收，超級(jí)電容將所得到的小部分能量進(jìn)行串聯(lián)疊加，電壓經(jīng)過(guò)串聯(lián)相加后又被用于新電池所需的充電能量。這樣反復(fù)循環(huán)使能量利用率達(dá)到最大化。


圖1是本發(fā)明的原理圖；圖2是本發(fā)明中充電裝置的電路圖；圖3是本發(fā)明中放電裝置的電路圖；圖4是本發(fā)明中充電裝置和放電裝置的原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括主控制器1、電源轉(zhuǎn)換模塊3和η個(gè)超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置；所述的超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置包括充電裝置101、通道分配裝置102、電池106和放電裝置109 ； 所述的充電裝置101的輸出端通過(guò)充電開(kāi)關(guān)103與所述的電池106相連；所述的放電裝置 109的輸入端通過(guò)放電開(kāi)關(guān)108與所述的電池106相連；所述的通道分配裝置102分別與所述的充電開(kāi)關(guān)103和放電開(kāi)關(guān)108相連，所述的主控制器1分別與所述的電源轉(zhuǎn)換模塊3、 充電裝置101、放電裝置109和通道分配裝置102的控制端相連；所述的電源轉(zhuǎn)換模塊3的輸入端與輸入電源2相連，輸出端通過(guò)直流母線4分別與η個(gè)超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置中的充電裝置101的輸入端相連；所述的η個(gè)超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置中的放電裝置109的輸出端均連有超級(jí)電容111 ；所述的η個(gè)超級(jí)電容111通過(guò)串聯(lián)后與所述的直流母線4相連；其中，η > 2。系統(tǒng)中各個(gè)裝置的用途如下主控制器1用于建立通訊協(xié)議和控制各個(gè)裝置的開(kāi)啟和關(guān)閉，由FPGA芯片和DSP芯片組成；電源轉(zhuǎn)換模塊3用于將輸入電源4轉(zhuǎn)換為直流電源，并向本發(fā)明補(bǔ)充小部分的功率損耗，即補(bǔ)充循環(huán)過(guò)程中各個(gè)裝置的部分能量消耗；充電裝置101用于為電池充電；通道分配裝置102用于實(shí)現(xiàn)將主控制器1發(fā)出或接收的訊息進(jìn)行集中組合，便于分組控制，即控制電池106進(jìn)行放電還是充電；放電裝置109用于為電池放電；充電開(kāi)關(guān)103用于連通充電裝置101和電池106，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池106的充電；放電開(kāi)關(guān)108用于連通放電裝置109和電池106，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池106 的放電；超級(jí)電容111用于對(duì)放電裝置109釋放的能量進(jìn)行儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換，并為充電裝置101 和放電裝置109提供合適的工作條件，維持直流母線4的電壓穩(wěn)定。
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所述的超級(jí)電容111兩端并聯(lián)有超級(jí)電容電壓檢測(cè)電路110，超級(jí)電容電壓檢測(cè)電路110用于檢測(cè)超級(jí)電容111兩端的電壓，主控制器1可根據(jù)各個(gè)超級(jí)電容111的電壓來(lái)控制電壓轉(zhuǎn)換模塊3是否需要補(bǔ)充功率損耗。所述的電池106兩端并聯(lián)有電池電壓檢測(cè)電路104，主控制器1通過(guò)電池106的電壓判斷電池106是否充滿或放空；所述的電池106 與充電裝置101之間設(shè)有充電電流檢測(cè)電路105，主控制器1可通過(guò)充電電流的大小來(lái)確保電池106充電過(guò)程的安全性。所述的電池106與放電裝置109之間設(shè)有放電電流檢測(cè)電路 107，主控制器1可通過(guò)放電電流的大小來(lái)確保電池放電過(guò)程的安全性。所述的電源轉(zhuǎn)換模塊3為AC/DC電源模塊或DC/DC電源模塊，從而保證了當(dāng)輸入電源為交流或直流時(shí)本發(fā)明仍可使用，實(shí)現(xiàn)方式相當(dāng)靈活。所述的充電裝置為由正激變換器構(gòu)成的DC/DC電源模塊，其電路圖如圖2所示， 圖中，電壓輸入端通過(guò)RC濾波電路與Buck型DC/DC主回路的第三管腳相連；Buck型DC/ DC主回路的第一管腳通過(guò)LC濾波電路與LC濾波電路相連。所述的放電裝置為由反激變換器構(gòu)成的DC/DC電源模塊，其電路圖如圖3所示，圖中，電壓輸入端通過(guò)RC濾波電路與 Buck-Boost型DC/DC主回路的第三管腳相連；電壓輸出端并聯(lián)有一個(gè)電容。圖4是充電裝置和放電裝置內(nèi)部原理圖。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的工作載體是電池，所有的控制都是圍繞著對(duì)電池實(shí)施的循環(huán)充電和放電，其中η為單臺(tái)設(shè)備中安置的電池個(gè)數(shù)，即通道數(shù)，η的大小取決與電源轉(zhuǎn)換模塊的電壓等級(jí)或容量。η 電源轉(zhuǎn)換模塊的最高電壓+單體電池的最高電壓，該公式只要滿足能對(duì)串聯(lián)后的超級(jí)電容組進(jìn)行補(bǔ)充能量的參數(shù)條件即可。本發(fā)明使用時(shí)，先將電池安裝在本發(fā)明上，主控制器首先啟動(dòng)電源轉(zhuǎn)換模塊，對(duì)串聯(lián)的超級(jí)電容進(jìn)行充電一次。當(dāng)直流母線上的電壓達(dá)到設(shè)定值后，輸入電源的將關(guān)閉，完成首次的能源供給。此后的所有操作過(guò)程，其能量就自行進(jìn)行傳遞，而無(wú)需給出很大的外部的供給，只需給出小部分的能量供給以彌補(bǔ)系統(tǒng)裝置在能量轉(zhuǎn)換中的功率損耗，這就是本發(fā)明與傳統(tǒng)的化成設(shè)備根本的差異所在。在主控制器的操作控制下，訊息通過(guò)通道分配裝置傳遞，閉合充電開(kāi)關(guān)，充電裝置的工作啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池進(jìn)行充電，并由充電電流檢測(cè)電路和電池電壓檢測(cè)電路分別檢測(cè)電池的充電電流和電壓，系統(tǒng)將自動(dòng)記錄充電過(guò)程中的能量。當(dāng)電池的電壓達(dá)到所設(shè)定的上限值時(shí)，充電過(guò)程完畢，充電開(kāi)關(guān)將分離；系統(tǒng)進(jìn)入電池的放電狀態(tài)。此時(shí)放電開(kāi)關(guān)將閉合，并啟動(dòng)放電裝置進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移，此時(shí)，電池上的電量將被轉(zhuǎn)移至超級(jí)電容上。隨之，電池的電壓將下降，當(dāng)下降至最低限的時(shí)候，放電裝置將停止工作，放電開(kāi)關(guān)分離。至此，完成了一次循環(huán)充放電，系統(tǒng)也將自動(dòng)記錄放電過(guò)程的能量。然后循環(huán)上述充電過(guò)程和放電過(guò)程， 直至達(dá)到設(shè)定的循環(huán)次數(shù)為止。在上述循環(huán)的過(guò)程中，由于充電和放電裝置本身的能耗，因此，由電源轉(zhuǎn)換模塊用于實(shí)現(xiàn)部分能量的補(bǔ)充，以使系統(tǒng)連續(xù)的循環(huán)，很顯然，這樣裝置的發(fā)明其循環(huán)過(guò)程能耗為最低。上述為單一通道的充放電過(guò)程，以下是系統(tǒng)的總體充放電平衡。對(duì)超級(jí)電容充電使得直流母線電壓達(dá)到預(yù)設(shè)值后，首先對(duì)系統(tǒng)中的m個(gè)電池進(jìn)行充電，完成后主控制器控制這m個(gè)電池開(kāi)始放電過(guò)程，同時(shí)將其余的n-m個(gè)電池進(jìn)行充電， 主控制器將檢測(cè)并控制每個(gè)電池的充放電狀態(tài)，循環(huán)往復(fù)。m個(gè)電池完成首次充電后的循環(huán)過(guò)程中每個(gè)電池充電時(shí)所需能量來(lái)自其他處于放電狀態(tài)的電池所釋放的能量以及η個(gè)超級(jí)電容中所存儲(chǔ)的能量；每個(gè)電池放電時(shí)所釋放的能量則供給其他充電狀態(tài)電池充電所用以及存儲(chǔ)于η個(gè)超級(jí)電容中；而超級(jí)電容則起到了能量存儲(chǔ)及平衡的橋梁作用。這個(gè)模式使得整個(gè)系統(tǒng)的能量流動(dòng)處于大致平衡狀態(tài)，消耗僅僅是在充放電過(guò)程中裝置本身所消耗的電能和電池、超級(jí)電容充放電時(shí)發(fā)熱所消耗的電能。
權(quán)利要求
1.一種超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，包括主控制器(1)、電源轉(zhuǎn)換模塊⑶和η 個(gè)超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置；所述的超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置包括充電裝置(101)、通道分配裝置(102)、電池(106)和放電裝置(109)；所述的充電裝置(101)的輸出端通過(guò)充電開(kāi)關(guān)(10 與所述的電池(106)相連；所述的放電裝置(109)的輸入端通過(guò)放電開(kāi)關(guān)(108)與所述的電池(106)相連；所述的通道分配裝置(102)分別與所述的充電開(kāi)關(guān)(103)和放電開(kāi)關(guān)(108)相連，其特征在于，所述的主控制器(1)分別與所述的電源轉(zhuǎn)換模塊(3)、充電裝置(101)、放電裝置(109)和通道分配裝置(10 的控制端相連；所述的電源轉(zhuǎn)換模塊⑶的輸入端與輸入電源⑵相連，輸出端通過(guò)直流母線⑷分別與η個(gè)超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置中的充電裝置(101)的輸入端相連；所述的η個(gè)超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置中的放電裝置(109)的輸出端均連有超級(jí)電容(111)；所述的η 個(gè)超級(jí)電容(111)通過(guò)串聯(lián)后與所述的直流母線⑷相連；其中，η > 2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的超級(jí)電容(111)兩端并聯(lián)有超級(jí)電容電壓檢測(cè)電路(110)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的電池(106)兩端并聯(lián)有電池電壓檢測(cè)電路(104)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的電池(106)與充電裝置(101)之間設(shè)有充電電流檢測(cè)電路(105)；所述的電池(106)與放電裝置(109)之間設(shè)有放電電流檢測(cè)電路(107)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的電源轉(zhuǎn)換模塊C3)為AC/DC電源模塊或DC/DC電源模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的充電裝置(101)為由正激變換器構(gòu)成的DC/DC電源模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的放電裝置(109)為由反激變換器構(gòu)成的DC/DC電源模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控制器(1)由FPGA芯片和DSP芯片組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，包括主控制器、電源轉(zhuǎn)換模塊和n個(gè)超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置；超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置包括充電裝置、通道分配裝置、電池和放電裝置；主控制器分別與電源轉(zhuǎn)換模塊、充電裝置、放電裝置和通道分配裝置的控制端相連；電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與輸入電源相連，輸出端通過(guò)直流母線分別與n個(gè)超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置中的充電裝置的輸入端相連；n個(gè)超級(jí)電容循環(huán)充放電儲(chǔ)能控制裝置中的放電裝置的輸出端均連有超級(jí)電容；n個(gè)超級(jí)電容通過(guò)串聯(lián)后與直流母線相連。本發(fā)明能夠?qū)⒎烹娺^(guò)程中所消耗的能量進(jìn)行回收，使能量利用率達(dá)到最大化。
文檔編號(hào)H02J7/02GK102163858SQ201110118108
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者帥鴻元, 陸政德 申請(qǐng)人:上海三玖電氣設(shè)備有限公司