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超级电容器组及能量管理系统.

超级电容器组及能量管理系统.

点击数:7541 次   录入时间:03-04 11:38:45   整理:http://www.55dianzi.com   电工基础

  另外,系统要在第一时间将故障状态经过CAN-bus上报给主机管理系统,而且需要检测直流总线上的电压、电流及SOC上传主机管理系统。并且系统需要提供显示具体的故障点和实时监测数字显示,并且提供历史数据储存,能够和PC机通过串行口通信,分析和处理历史数据。

  超级电容器组的能量管理系统由以下几部分组成:单体检测单元、子机MCU系统、能量管理系统单元、历史数据管理单元。

  4.1单体检测单元为其设置单体超级电容器失效监测电路,当某一单体超级电容器因各种原因失效,监测电路都会在第一时间内向超级电容器组能量管理系统报警。

  体故障判别模块构成。

  温度传感器采用单总线温度传感器,初始设置上下限温度,将各个单体电容器的单位温度转化成数字信号直接传送子机MCU系统完成实时监控功能,每组子机服务单元测量8个电容温度、量程-2070 *C,测量精度*0. 4.3能量管理系统单元数据采集部分采用分辨率不低于12Bit的A/D转换器,并采用电器隔离和抗干扰技术。CPU采用以89C51的高性能单片机为核心,CAN总线硬件作为CAN控制器和CAN控制器接口与多能源管理系统的通讯,为多能源管理系统提供电源组工作状态信息,支持CAN2.0B协议。

  该单元的硬件电路采用电器隔离和抗干扰技术,完成电容器组的能量管理系统功能。能量管理系统单元通过内部总线得到各单体电容器的电压、温度等数据的实时故障状态,并实时监测单体电压完成故障诊断与报警状态的判别,确保系统的实时性。

  另外整个系统还加一部分具有一定的数据存储功具体的每一个监测电路都确定四个监测阈值电压,然后通过相应的逻辑变换电路,转化成为子机MCU系统能够识别电压监测单元数据,具体每组单元故障判别都是通过相应的逻辑电路来实现。

  4.2子机MCU系统子机MCU系统完成的功能主要是:采集各个单体电容器的电压监测单元数据,连接各单体故障判别单元数据,另外还要采集各个超级电容器的温度状态,实时监测各个单体超级电容器的温度。

  整体的子机MCU系统设计框图如所示。

  子机MCU系统设计框图该单元采用电器隔离和抗干扰技术完成电容器组各单体电容器的电压、温度等数据的实时测量,并实时监测单体电压完成故障诊断与报警状态的判别,并通过内部总线将结果提供给数据采集及能量管理控制单元。

  本单元硬件采用89C2051CPU和基于内部总能的硬件结构,通过软硬件同时过滤故障数据,防止因为某种原因系统的误认和误动作,从而确保了上传的故障状态数据和存入历史状态数据库中历史数据的真实和准确。

  4.4历史数据管理单元历史数据管理单元主要完成管理历史数据的任务,完成与PC机连接,能够通过液晶屏显示相应的信息。

  5测试结果5.1超级电容器单体均压电路测试超级电容器单体均压电路的转折电压在2. 722.74V之间,最大电压偏差20mV,在工程允许范围内。有效均流值大于2A(国外同类产品仅能达到0.7A),2A均流条件下的端电压为2.953. 00V,低于超级电容器的3.6V分解电压,符合超级电容器的工作电压范围。

  5.2超级电容器组特性测试放电电流下,输出电压从390V放电到252V,可以持续约18s.由于三组并联的总内阻(0.2mQ)比单0.45mQ)小,使超级电容器组在放电时由于内阻造成的压降由15V减小到5V,这样超级电容器组就多出10V的放电空间,在同样的放电初线的多个数据采集电压监测模块、温度监测模块、单始电压终了电压和放电电流的条件巧大约可以梦t放电约3s.放电曲线如。

  超级电容器组的放电特性5.3单体电容器的电压均匀性在电容器组的初始电压为零的条件下以50A的充电电流充电到400V,各单体电容器的电压最高值和最低值分别为3.1V和2.75V,偏差0.35V,最高值低于超级电容器的3.6V分解电压,符合超级电容器的工作电压范围。

  6结论从测试结果和仿真效果可以看出,由大量单体超级电容器串并联组成超级电容器组以提高电压是可行的。配以单体电容器的电压均衡电路可以提高系统的效率和可靠性,能量管理系统对超级电容器组中的任一单体的各种故障能够实时测量并报警,实现能量管理功能,提高系统的可靠性和稳定性,在混合动力汽车应用中具有重要的实用价值。

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