专利名称：超级电容检测控制电路系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及超级电容技术领域，特别地，涉及一种超级电容检测控制电路系统。
背景技术：
在节能减排、发展绿色能源的号召下，电动汽车的使用和普及已成为一种趋势。电动汽车与传统的内燃机车辆相比，因为具有节能、环�：驮诵邪簿驳挠帕脊ぷ� 性能而成为当前新一代汽车研发技术中的热点。目前，电动汽车的电能存储装置主要有蓄 电池和超级电容(UC)两种。由于超级电容具有内阻小、效率高、循环寿命长、重量轻的特 点，被普遍认为是电动汽车电能存储的最佳选择。超级电容可用于储存电能，现有技术中，为了累积较多能量和较高电压，通常将多 个超级电容串联成组，以得到600V以上的电压。但是，现有技术中，随着充放电过程的反 复，各个单体超级电容会产生电压不一致的问题，从而使各个单体超级电容之间的容量不 一致，从而在超级电容模组中产生单体超级电容的损坏，包括爆炸和燃烧。如何对超级电容模组中的单体超级电容的电压进行检测，并保证超级电容模组的 安全工作是一个尚待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超级电容检测控制电路系统，其提高了超级电容模组 的可靠性和安全性。为实现本发明目的而提供的一种超级电容检测控制电路系统，包括放电电路装置 和中央处理器；所述中央处理器控制所述放电电路装置对所述超级电容的两端电压进行检测，并 在检测到所述超级电容的端电压高于预设放电电压值时，就输出一个高电平信号，控制所 述放电电路装置放电，达到所述超级电容的自平衡。较优地，所述放电电路装置包括2. 8V电压检测集成电路，功率M0SFET，上拉电阻 和放电电阻；上拉电阻Rl控制功率MOSFET开始工作；当2.8V电压检测集成电路的输出口无信号时，上拉电阻两端电压为高，功率 MOSFET导通工作；放电电阻当功率MOSFET工作时，进行放电。较优地，本发明的超级电容检测控制电路系统，还包括过压报警装置；在单体超级电容的端电压高于预设放电电压值时，中央处理器控制所述过压报警 装置对单体超级电容的两端电压进行检测；当检测到单体超级电容的两端电压上升到过压报警电压时，所述过压报警装置输 出一个高电平信号，控制所述过压报警装置的报警电路报警。较优地，所述过压报警装置包括3. OV电压检测集成电路和报警电路；所述报警电
4路包括NPN型三极管和蜂鸣器；在单体超级电容的端电压高于2. 8V时，中央处理器控制所述3. OV电压检测IC 对单体超级电容的两端电压进行检测，当检测到单体超级电容的两端电压上升到3. OV时， 3. OV电压检测IC输出一个高电平信号，控制所述3. OV电压检测IC的报警电路报警，报警 电路的外围NPN型三极管导通，而使报警电路上的蜂鸣器发音以示报警。较优地，超级电容检测控制电路系统，还包括低电压复位装置；中央处理器控制所述低电压复位装置对所述超级电容的两端电压进行检测；当所述低电压复位装置检测到所述超级电容的两端电压低于预设复位电压时，输 出给所述中央处理器一高电平信号，执行出厂复位状态，对所述超级电容进行放电，直到所 述超级电容电位为零。 本发明的有益效果本发明的超级电容检测控制电路系统，对超级电容模组中的 单体超级电容的电压进行检测，使得超级电容模组的单体电容之间电压平衡，并在单体电 容为低电压时自动恢复出厂设置，保证超级电容模组的安全工作。
图1是本发明实施例的超级电容检测控制电路系统结构示意图；图2是图1中的放电电路装置电路结构示意图；图3是本发明实施例的超级电容检测控制电路系统放电过程示意图；图4是图1中的中央处理器(CPU)结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明的超级电容检测控制电路系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明而不是对本发明的限制。如图1 4所示，本发明实施例的超级电容检测控制电路系统，包括放电电路装置 2和中央处理器(CPU)l。所述中央处理器1控制所述放电电路装置2对所述超级电容(未示出)的两端电 压进行检测，并在检测到所述超级电容的端电压高于预设放电电压值时，就输出一个高电 平信号，控制所述放电电路装置2放电，达到所述超级电容的自平衡。作为一种可实施方式，如图2所示，本发明实施例的放电电路装置包括2. 8V 电压检测集成电路(IC)21，功率 MOSFET(Metal Oxide Semicoductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应管)22，上拉电阻(Rl)23和放电电阻(R2) 24 ；中央处理器控制1所述2. 8V电压检测IC 21对单体超级电容的两端电压进行检 测。如图2所示，如果2. 8V电压检测IC 21检测到单体超级电容的端电压高于2. 8V 时，就输出一个高电平信号，控制所述上拉电阻23，使得功率M0SFET22导通，使放电电阻24 工作放电，电流经MOSFET 22的D-S极通过，功率M0SFET22以150 250mA的电流进行放 电；同时所述2. 8V电压检测IC 21继续对单体超级电容的两端电压进行检测，当检测到单 体超级电容的两端电压低于2. 7V以下时，控制所述上拉电阻23，使得功率MOSFET 22不再导通，停止放电电阻24不再放电，使模组内单体超级电容的电压一致，达到自平衡。如图2所示，作为一种可实施方式，上拉电阻(Rl) 23控制功率MOSFET 22开始工 作；当2. 8V电压检测集成电路21的输出口无信号时，上拉电阻(Rl)两端电压为高，功率 MOSFET 22导通工作；放电电阻(R2)24当功率M0SFET22工作时，利用此放电电阻24进行 放电。较佳地，作为一种可实施方式，所述功率MOSFET 22为N沟道MOSFET (N-MOSFET)。更佳地，所述放电电阻(R2)24为200欧姆的放电电阻，将电能转换成热能而消耗 多余的电量，从而达到平衡的目的。作为一个例子，下面结合图3所示，说明本发明实施例的2. 8V电压检测IC 21的 工作过程电源电压(VDD)在解除电压(+VDET = 2. 8V)以上时，N-MOSFET关闭，无输出，配合 外围硬件工作，上拉电阻(Rl) 23两端电压为高，功率MOSFET 22导通工作，放电电阻(R2) 24 当MOSFET 22工作时，利用此电阻进行放电；VDD即使下降到+VDET以下时，只要在检测电压(-VDET = 2. 7V)以上时，N-M0SFET 还是停止工作，只有VDD下降到-VDET以下时，N-MOSFET开始工作，输出低电平，所述2. 8V 电压检测IC的上拉电阻，使得功率MOSFET不再导通，放电电阻不再放电；当电压低于最低工作电压以下时，2. 8V电压检测IC停止工作，由于上拉电阻Rl的 作用使外部的N-MOSFET工作，配合外围硬件工作，所述2. 8V电压检测IC的上拉电阻，使得 功率MOSFET不再导通，停止放电电阻不再放电；VDD上升到最低电压以上时，即使不到+VDE这个电压时，N-MOSFET输出也是低，只 有到了 +VDET以上时才停止输出，，Rl电阻两端电压为高，MOSFET导通工作，放电电阻R2当 MOSFET工作时，利用此电阻进行放电；2. 8V电压检测IC就这样周而复始的重复以上的动作。 较佳地，本发明实施例的超级电容检测控制电路系统，还包括过压报警装置3。在单体超级电容的端电压高于预设放电电压值时，中央处理器1控制所述过压报 警装置对单体超级电容的两端电压进行检测；当检测到单体超级电容的两端电压上升到过压报警电压时，所述过压报警装置输 出一个高电平信号，控制所述过压报警装置3的报警电路报警。作为一种可实施方式，过压报警装置3包括3. OV电压检测集成电路(IC)31和报 警电路；所述报警电路包括NPN型三极管32和蜂鸣器33。作为一种可实施方式，所述3. OV电压检测集成电路(IC)31的电路结构与所述 2. 8V电压检测IC的电路结构基本相同，只是所预设的电压检测值不相同，因此，在本发明 实施例中，不再一一详细描述。在单体超级电容的端电压高于2. 8V时中央处理器控制所述3. OV电压检测IC 31 对单体超级电容的两端电压进行检测；在单体超级电容的端电压高于2. 8V时，如果继续不停的往单体超级电容里面充 电，因放电电流有限，所以单体超级电容的端电压还在不停地上升。本发明实施例的超级电 容检测控制电路系统，在单体超级电容的端电压高于2. 8V时，中央处理器控制所述3. OV电 压检测IC对单体超级电容的两端电压进行检测，当检测到单体超级电容的两端电压上升到3. OV时，3. OV电压检测IC 31输出一个高电平信号，控制所述过压报警装置3报警，报警 电路的外围NPN型三极管32导通，而使报警电路上的蜂鸣器33发音以示报警。其后，中央处理器1继续控制所述2. 8V电压检测IC 21和所述3. OV电压检测IC 31对单体超级电容的两端电压进行检测。当发生报警或停止充电时，由于所述放电电路装置2在工作放电，而此时电压在 逐渐的下降，当电压低于2. 9V时，所述过压报警装置3停止工作，不再报警，等待第二次的 报警工作；当电压继续下降到2. 7V时，所述放电电路装置2也停止放电，使电压两端电平衡 在2. 7V，所述放电电路装置2也继续等待第二次的电压上升；较佳地，本发明实施例的超级电容检测控制电路系统，还包括低电压复位装置4。中央处理器1控制所述低电压复位装置4对所述超级电容的两端电压进行检测；当所述低电压复位装置4检测到所述超级电容的两端电压低于预设复位电压时， 输出给所述中央处理器1 一高电平信号，执行出厂复位状态，对所述超级电容进行放电，直 到所述超级电容电位为零。作为一种可实施方式，本发明实施例的低电压复位装置包括1. 2V电压检测集成 电路(IC)和旁路放电电阻。作为一种可实施方式，所述1. 2V电压检测集成电路(IC)的电路结构与所述2. 8V 电压检测IC的电路结构基本相同，只是所预设的电压检测值不相同，因此，在本发明实施 例中，不再一一详细描述。中央处理器1控制所述1. 2V电压检测IC对单体超级电容的两端电压进行检测。当1. 2V低电压检测IC检测到单体超级电容的两端电压低于1. 2V时，输出给中央 处理器(CPU) —高电平信号，中央处理器(CPU)在接收到此信号后，检测单体超级电容两端 是否有人为的在放电或电容两端有人为在进行充电；如果没有人为的在工作，说明是电容 自放电把电压放得很低了，这样单体电容之间就会不平衡，中央处理器就立即执行出厂复 位状态，把旁路放电电阻打开进行放电，在10-30分钟内把电容的电压放为0V，以便电容在 第二次充电时所有电压是一致；当1. 2V低电压检测IC检测到单体超级电容的两端电压低于1. 2V，并且此时既没 有给电容充电的信号也没有由电容向外部放电的信号时，认为此状态为长期储藏、不工作 期间，中央处理器就立即执行出厂复位状态，把旁路放电电阻打开进行放电，以150-250mA 的放电电流放电，直到电容电位为零，即出厂状态为止，电路再恢复待机到下一次充电循环 的状态。较佳地，如图4所示，本发明实施例的超级电容检测控制电路系统还包括人工复 位电路5。所述中央处理器(CPU)还包括人工复位�？�11，用于检测到人工复位电路5被触 发时(即有人按下人工复位键，触发人工复位信号)，开启旁路放电电阻，进行放电直到为 OV。当电压没有低于1. 2V以下时，如果人为的想复位，只需按一下人工复位电路的复 位键，人工复位�？榧觳獾饺斯じ次恍藕疟淮シⅲ斯じ次荒？榧觳獾接腥斯は敫次涣耍� 上开启旁路放电电阻进行放电直到为OV时止。更佳地，所述中央处理器(CPU)还包括旁路电压监控�？�12，用于检测旁路电压
7和放电电流，在整个控制电路，包括所述2. 8V电压检测IC、所述3. OV电压检测IC、所述 1. 2V电压检测IC其中之一的电路出现故障时，及时替换到故障电路而保持工作。更佳地，所述中央处理器(CPU)还包括温度检测�？�13，用于在单体超级电容充 放电时，当单体超级电容温度达到预先设定的温度值时，停止充放电并进行报警。由于单体超级电容充放电时会产生热量，温度检测�？�13检测单体超级电容的 温度，当温度达到极限规定时，温度检测模块，使其停止充放电并进行报警。作为一种可实施方式，如图4所示，本发明实施例的中央处理器(CPU)，采用 12BIT-ADC转换器14读取单体超级电容两端及旁路放电的电压和电流。其能够准确的读出 电容两端及旁路放电的电压和电流，其采用模拟电路转数字电路进行采样，对数据进行处 理的；中央处理器(CPU)随时处于工作状态，随时监控单体超级电容的电压等一系列参数；本发明实施例的超级电容检测控制电路系统，对超级电容模组中的单体超级电容 的电压进行检测，使得超级电容模组的单体电容之间电压平衡，并在单体电容为低电压时 自动恢复出厂设置，保证超级电容模组的安全工作。最后应当说明的是，很显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变 型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要 求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
权利要求
一种超级电容检测控制电路系统，其特征在于，包括放电电路装置和中央处理器；所述中央处理器控制所述放电电路装置对所述超级电容的两端电压进行检测，并在检测到所述超级电容的端电压高于预设放电电压值时，就输出一个高电平信号，控制所述放电电路装置放电，达到所述超级电容的自平衡。
2.根据权利要求1所述的超级电容检测控制电路系统，其特征在于，所述放电电路装 置包括2. 8V电压检测集成电路，功率M0SFET，上拉电阻和放电电阻；上拉电阻Rl控制功率MOSFET开始工作；当2. 8V电压检测集成电路的输出口无信号时，上拉电阻两端电压为高，功率MOSFET导 通工作；放电电阻当功率MOSFET工作时，进行放电。
3.根据权利要求2所述的超级电容检测控制电路系统，其特征在于，所述功率MOSFET 为N沟道MOSFET。
4.根据权利要求2所述的超级电容检测控制电路系统，其特征在于，所述放电电阻为 200欧姆的放电电阻。
5.根据权利要求1至4任一项所述的超级电容检测控制电路系统，其特征在于，还包括 过压报警装置；在单体超级电容的端电压高于预设放电电压值时，中央处理器控制所述过压报警装置 对单体超级电容的两端电压进行检测；当检测到单体超级电容的两端电压上升到过压报警电压时，所述过压报警装置输出一 个高电平信号，控制所述过压报警装置的报警电路报警。
6.根据权利要求5所述的超级电容检测控制电路系统，其特征在于，所述过压报警装 置包括3. OV电压检测集成电路和报警电路；所述报警电路包括NPN型三极管和蜂鸣器；在单体超级电容的端电压高于2. 8V时，中央处理器控制所述3. OV电压检测IC对单体 超级电容的两端电压进行检测，当检测到单体超级电容的两端电压上升到3. OV时，3. OV电 压检测IC输出一个高电平信号，控制所述3. OV电压检测IC的报警电路报警，报警电路的 外围NPN型三极管导通，而使报警电路上的蜂鸣器发音以示报警。
7.根据权利要求6所述的超级电容检测控制电路系统，其特征在于，还包括低电压复 位装置；中央处理器控制所述低电压复位装置对所述超级电容的两端电压进行检测；当所述低电压复位装置检测到所述超级电容的两端电压低于预设复位电压时，输出给 所述中央处理器一高电平信号，执行出厂复位状态，对所述超级电容进行放电，直到所述超 级电容电位为零。
8.根据权利要求7所述的超级电容检测控制电路系统，其特征在于，所述低电压复位 装置包括1. 2V电压检测集成电路，旁路放电电阻；中央处理器控制所述1. 2V电压检测IC对单体超级电容的两端电压进行检测；当1. 2V低电压检测IC检测到单体超级电容的两端电压低于1. 2V时，输出给中央处理 器一高电平信号，中央处理器在接收到此信号后，检测单体超级电容两端是否有人为的在 放电或电容两端有人为在进行充电；如果没有人为的在工作，中央处理器执行出厂复位状 态，把旁路放电电阻打开进行放电，直到电容电位为零；当1. 2V低电压检测IC检测到单体超级电容的两端电压低于1. 2V，并且此时既没有给 电容充电的信号也没有由电容向外部放电的信号时，中央处理器执行出厂复位状态，把旁 路放电电阻打开进行放电，直到电容电位为零。
9.根据权利要求8所述的超级电容检测控制电路系统，其特征在于，还包括人工复位 电路；所述中央处理器还包括人工复位�？椋糜诩觳獾饺斯じ次坏缏繁淮シ⑹保襞月� 放电电阻，进行放电直到为0V;当电压没有低于1. 2V以下时，如果人为的想复位，按下人工复位电路的复位键，人工 复位�？榧觳獾饺斯じ次恍藕疟淮シⅲ襞月贩诺绲缱杞蟹诺缰钡轿狾V时止。
10.根据权利要求8所述的超级电容检测控制电路系统，其特征在于，所述中央处理器 还包括旁路电压监控�？椋糜诩觳馀月返缪购头诺绲缌鳎谡隹刂频缏罚ㄋ�2. 8V 电压检测IC、所述3. OV电压检测IC、所述1. 2V电压检测IC其中之一的电路出现故障时， 替换到故障电路而保持工作；所述中央处理器还包括温度检测�？椋糜谠诘ヌ宄兜缛莩浞诺缡保钡ヌ宄兜� 容温度达到预先设定的温度值时，停止充放电并进行报警。
全文摘要
本发明公开一种超级电容检测控制电路系统，包括放电电路装置和中央处理器；所述中央处理器控制所述放电电路装置对所述超级电容的两端电压进行检测，并在检测到所述超级电容的端电压高于预设放电电压值时，就输出一个高电平信号，控制所述放电电路装置放电，达到所述超级电容的自平衡。其提高了超级电容模组的可靠性和安全性。
文档编号G01R19/165GK101949982SQ201010241950
公开日2011年1月19日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者李兵, 杨国庆, 沈阳, 阎贵东 申请人:深圳市今朝时代新能源技术有限公司
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