CN203859574U - 一种超级电容辅助供电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超级电容辅助供电装置，包括用与连接负载两端的端口A和端口B，在端口A和端口B之间依次设置有母线电流检测单元、防止反向二极管、超级电容器组放电电路和超级电容器组，所述的超级电容器组与端口A之间还依次设置有超级电容器组充电电路和固态继电器开关。本实用新型通过在现有电车的铅酸蓄电池输出上增设超级电容器组辅助供电装置，在电动车电机启动时，产生的6-7倍于正常行驶时的电流，部分通过超级电容器组充电电路存储在超级电容器组中，从而当铅酸蓄电池电量不足时，再转化超级电容器内的能量辅助电池供电，达到平抑电动车行驶时的启动峰值电流的效果，从而提高续航里程。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电动自行车使用的电源管理装置，尤其涉及一种超级电容辅助供电装置。
背景技术
城市短途快捷交通工具——电动自行车的数量已经非常庞大，并且大部分使用的是铅酸蓄电池。铅酸蓄电池是一种污染比较严重的电能储存物质，在巨大的使用基数并且短期没有同样的替代品的情况下，提高电池放电能力和使用寿命是一种经济且环保的解决方式。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种超级电容辅助供电装置，可以转化超级电容器内的能量辅助电池供电，平抑电动车行驶时的启动峰值电流，延长电池的使用寿命，提高铅酸蓄电池的放电能力。
本实用新型采用下述技术方案：
一种超级电容辅助供电装置，包括用与连接负载两端的端口A和端口B，在端口A和端口B之间依次设置有母线电流检测单元、防止反向二极管、超级电容器组放电电路和超级电容器组，所述的超级电容器组与端口A之间还依次设置有超级电容器组充电电路和固态继电器开关；所述超级电容器组放电电路的输出端通过母线电流检测单元连接端口A，且超级电容器组放电电路的电流反馈端通过逻辑控制电路连接固态继电器开关的输入端。
所述逻辑控制电路包括电流取样滞回比较器电路、电流反馈电路和控制驱动继电器开关构成，所述电流取样滞回比较器电路与控制驱动继电器开关串联在母线电流检测单元和固态继电器开关之间，电流反馈电路的输入端连接超级电容器组放电电路的输出端，电流反馈电路的输出端连接母线电流检测单元的输入端。
所述电流取样滞回比较器电路由运算放大器LM358及其外围电路构成。
所述的母线电流检测单元为霍尔电流传感器，工作范围0-20A。
所述的超级电容器组由六节电容组串联构成，每节均由2.7V电压的均压电路板构成。
所述超级电容器放电电路是具有输入电压为12V，输出电压为50V，且带有辅助恒流功能的DC/DC Boost型电源变换电路。
所述超级电容器充电电路是具有输入电压50V，输出电压16V、5A的DC/DC Buck型电源变换电路。
本实用新型通过在现有电车的铅酸蓄电池输出上增设超级电容器组辅助供电装置，在电动车电机启动时，产生的6-7倍于正常行驶时的电流，部分通过超级电容器组充电电路存储在超级电容器组中，从而当铅酸蓄电池电量不足时，再转化超级电容器内的能量辅助电池供电，达到平抑电动车行驶时的启动峰值电流的效果，从而提高续航里程。同样较小电流放电可以减缓电池极板的极化效应，使电池寿命可以延长大约一倍。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图。
具体实施方式
如图所示，一种超级电容辅助供电装置，包括用与连接负载两端的端口A和B端口，所述的端口A和端口B也为电动车中铅蓄电池的输出端，用于对负载提供电能；在端口A和端口B之间依次设置有母线电流检测单元、防止反向二极管、超级电容器组放电电路和超级电容器组，所述的超级电容器组与端口A之间还依次设置有超级电容器组充电电路和固态继电器开关；
所述超级电容器组放电电路的输出端通过母线电流检测单元连接端口A，且超级电容器组放电电路的电流反馈端通过逻辑控制电路连接固态继电器开关的输入端,由电流大小决定固态继电器的开闭。所述逻辑控制电路包括电流取样滞回比较器电路、电流反馈电路和控制驱动继电器开关构成，所述电流取样滞回比较器电路与控制驱动继电器开关串联在母线电流检测单元和固态继电器开关之间，电流反馈电路的输入端连接超级电容器组放电电路的输出端，电流反馈电路的输出端连接母线电流检测单元的输入端。
所述电流取样滞回比较器电路由运算放大器LM358及外围电路构成，由于运算放大器LM358为常见运放，其外围结构也均为本领域人员熟知结构，具体连接关系在此不再赘述。
所述的母线电流检测单元为用来检测电池端电流输出的霍尔电流传感器，其工作范围0-20A。
所述的超级电容器组由六节电容组串联构成，每节均由2.7V电压的均压电路板构成。
所述的超级电容器组放电电路为输入电压为12V，输出电压为50V，且带有辅助恒流功能（可跟踪负载电压，维持电池恒流输出）的DC/DC Boost型电源变换电路，通过霍尔电流传感器获取的电流信号作为其反馈端输入来实现辅助恒流功能。超级电容器组放电电路的电流反馈端连接到霍尔电流传感器的输出端，再由超级电容器组放电电路内部调节使电池放电电流输出和超级电容器组放电电路输出构成辅助恒流结构。
本实用新型超级电容器组充电电路的功率端输出连接到超级电容器组输入端实现充电过程，超级电容器组放电电路输入端连接超级电容器组正、负电极之间，由此三者构成超级电容器组充、放电电路结构。
在实际使用过程中，当固态继电器开关在受控打开的情况下，铅酸蓄电池通过正向DC/DC恒流恒压充电电路向内部的超级电容器组进行充电，最高达到16.20V的充电电压即可表面超级电容组内电源已经充满。所述的正向DC/DC恒流恒压充电电路为50VDC变16VDC输出10V-16.2V可调恒压， 5A恒流的DC/DC Buck型电源变换电路。充电过程中，逻辑控制电路通过霍尔电流传感器获取的电流信号作为控制输入的依据，其工作电流设定为1A到8A的区间的滞回控制。当反馈的电流值下降且低于1A时，逻辑控制电路会打开固态继电器，超级电容器组得到充电能量；当反馈电流上升大于8A时，逻辑控制电路关闭固态继电器，超级电容器组会停止充电，进而减轻电池负荷。
当铅酸蓄电池的电量减少，且电流量过低时，超级电容器会通过放电电路释放内部存储的电流，供给电车的负载，从而提高电车的续航能力。
根据铅酸电池放电特性曲线，在0.6C-1C放电可以放出60%左右的容量，2C条件下只能放出不到30%的容量，可以消除电机启动时产生的大于10A的峰值电流，可以使蓄电池电流放电比较稳定，趋于0.6C-1C之间，从而在较小电流下增加电池放电量，防止电池极板的极化效应，延长电动自行车电池的续航能力和提高电池寿命。因而具有很大的环保和经济效益。本装置的设计体积比较紧凑，接线简单使得实际使用中也便于在现有电动车上进行改装、拆卸。
Claims (7)
1.一种超级电容辅助供电装置，包括用与连接负载两端的端口A和端口B，其特征在于：在端口A和端口B之间依次设置有母线电流检测单元、防止反向二极管、超级电容器组放电电路和超级电容器组，所述的超级电容器组与端口A之间还依次设置有超级电容器组充电电路和固态继电器开关；所述超级电容器组放电电路的输出端通过母线电流检测单元连接端口A，且超级电容器组放电电路的电流反馈端通过逻辑控制电路连接固态继电器开关的输入端。
2.根据权利要求1所述的超级电容辅助供电装置，其特征在于：所述逻辑控制电路包括电流取样滞回比较器电路、电流反馈电路和控制驱动继电器开关构成，所述电流取样滞回比较器电路与控制驱动继电器开关串联在母线电流检测单元和固态继电器开关之间，电流反馈电路的输入端连接超级电容器组放电电路的输出端，电流反馈电路的输出端连接母线电流检测单元的输入端。
3.根据权利要求2所述的超级电容辅助供电装置，其特征在于：所述电流取样滞回比较器电路由运算放大器LM358及其外围电路构成。
4.根据权利要求3所述的超级电容辅助供电装置，其特征在于：所述的母线电流检测单元为霍尔电流传感器，工作范围0-20A。
5.根据权利要求4所述的超级电容辅助供电装置，其特征在于：所述的超级电容器组由六节电容组串联构成，每节均由2.7V电压的均压电路板构成。
6.根据权利要求5所述的超级电容辅助供电装置，其中：所述超级电容器放电电路是具有输入电压为12V，输出电压为50V，且带有辅助恒流功能的DC/DC Boost型电源变换电路。
7.根据权利要求6所述的超级电容辅助供电装置，其中：所述超级电容器充电电路是具有输入电压50V，输出电压16V、5A的DC/DC Buck型电源变换电路。
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