CN205429784U - 应用于锂离子电容器的管理模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了应用于锂离子电容器的管理模块，包括连接锂离子电容器模组的电芯正、负极的信号输入端；用于采集锂离子电容器模组中各个电芯的电压并做出判断的电压均衡模块；用于采集锂离子电容器模组中各个电芯的电压并输出的电压采集模块；将电压采集模块和电压均衡模块输出的信号转换为外部控制器可处理的信号的逻辑控制模块；连接外部控制器的信号输出端；主要起限制车载蓄电池向锂离子电容器模组充电过程中的电流大小的限流电阻模块；主要起防止锂离子电容器模组在放电过程中对车载蓄电池反充电的单向二极管模块；当检测到逻辑控制模块输出的在充电过程中锂离子电容器模组中电芯电压值超过额定电压值时，将断开充电电路的过充保护模块。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电源管理模块，具体是一种应用于锂离子电容器的管理模块。
背景技术
由于锂离子电池的生产工艺限制，锂离子电池单体之间存在容量、电压、内阻等等的不一致，即使在同一批电池中也会存在差异。另外，即使是电池组在出厂的时候一致性比较好，在以后的使用过程中，这种不一致会随着电池组的循环次数的增加而增加。锂离子电池组中，单体不一致会造成电池组无法发挥最大容量，而且会极大地缩短电池组的使用寿命。另外，由于锂离子电池的特殊性，在使用中如果发生过充、过放及过流等，会对电池造成不可逆的损坏，甚至造成安全事故。所以，锂离子电池组在使用之前，首先要解决的问题之一就是对电池组的管理。
电池管理系统的主要作用是检测并保护电池，提高其使用效率和使用寿命，从而提高使用电池的设备年限。
电池管理系统为满足电池使用的要求需要具有如下功能：(1)高精度的单电池电压快速采集及处理。(2)较高精度的电池组电压和电流快速采集及处理。(3)充电过压(高于电压上限值)及放电过压(低于电压下限值)保护。(4)充电及放电过电流保护；其电流的大小与SOC的关系趋势具体数字应根据试验标定。(5)电池箱内温度检测及过热保护。(6)电池组内的所有单体电池SOC与电压均衡。(7)与外部设备通信功能。
基于电池管理系统要具备的功能，系统应该包含的模块有：用于消除电池组各单体电池电量不一致的均衡电路模块；用于电池电压、电流和温度测量的测量模块；用于实现模块间通信的接口模块；负责对系统中各个模块的数据进行处理和监控的管理模块；用于人机交互的人机接口模块，以及电池的保护模块等。
随着科学技术的进步和环境保护的需求，超级电容器因其容量大、寿命长、放电速度快、工作温度范围宽、可以串并联使用等优点，在电动汽车、智能微网等领域得到广泛关注。
单体超级电容器的额定电压低，为获得较高电压，因此需要许多单体超级电容器进行串联使用。然而，各单体超级电容器由于内部结构特殊性复杂，工艺上很难保证很高的一致性，因此存在容量偏差、漏电流偏差和ESR的不一致，这些原因都会导致各单体超级电容器充电电压不均衡，如果不采取必要均压措施，会导致整个电容器模组的储能效率降低。另外，过高的电压、温度都会降低超级电容器的寿命。因此，超级电容器模组管理系统对于提高超级电容器的使用寿命和储能效率是十分必要的。
超级电容器模组管理系统应具有对超级电容器模组的单体电压与温度等信息的检测、电压均衡、过压与过流保护和数据通信等功能。
锂离子电容器是一种新兴的新能源储能器件，是采用锂离子电池和超级电容器混合结构，其正极采用超级电容器的正极，负极采用锂离子电池的负极结构，兼具超级电容器的高功率密度(其功率密度远大于铅酸蓄电池)、长寿命特性和锂离子电池高能量密度的特性。本身具有很高的电压保持能力，常温25℃放置3个月，电压下降≤5％；宽使用温度范围(-40℃～70℃)的运行安全性、可靠性。因此，应该综合锂离子电池管理系统和超级电容器的管理模块设计出锂离子电容器的管理模块，才能够让锂离子电容器更好地发挥其功效。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种应用于锂离子电容器的管理模块，应用该管理模块能够快速实现能量的均衡，充分利用每个电芯的能量。
为解决以上技术问题，本实用新型所述应用于锂离子电容器的管理模块，包括
连接锂离子电容器模组的电芯正、负极，检测每个电芯的电压的信号输入端；
用于采集锂离子电容器模组中各个电芯的电压并做出判断，再决定是否起作用的电压均衡模块；即如果有电芯电压超过均衡电压阈值或两个电芯之间的压差超过一定值，则电压均衡模块起作用，电压均衡模块发出的信号通过下述的逻辑控制模块、信号输出端将信号传输给外部控制器；
用于采集锂离子电容器模组中各个电芯的电压并输出，防止各个电芯的电压出现过压或欠压的情况的电压采集模块；如果检测到电芯的电压出现异常，则会通过下述的逻辑控制模块、信号输出端将信号传输给外部控制器；
将电压采集模块和电压均衡模块输出的信号转换为外部控制器可处理的信号的逻辑控制模块；
连接外部控制器，将电压信号传输给外部控制器的信号输出端；
主要起限制车载蓄电池向锂离子电容器模组充电过程中的电流大小的限流电阻模块；该限流电阻模块主要是限制车载蓄电池向锂离子电容器模组充电过程中的电流大小，用于保护电路板不会因为电流过大而烧坏；
主要起防止锂离子电容器模组在放电过程中对车载蓄电池反充电的单向二极管模块；
当检测到逻辑控制模块输出的在充电过程中锂离子电容器模组中电芯电压值超过额定电压值时，将断开充电电路的过充保护模块。
进一步地，所述管理模块还包括用于对锂离子电容器模组中电芯进行放电处理的耗电部件。
进一步地，所述整个系统供电电路均来自信号输入端。
本实用新型的锂离子电容器管理模块体积小、性能稳定、采集精度高、成本低、可靠性强等特点，可应用于慢充电快放电的场合。
本实用新型的应用于锂离子电容器的管理模块能够快速实现能量的均衡，充分利用每个电芯的能量。
本实用新型的应用于锂离子电容器的管理模块可以防止锂离子电容器的过充或过放现象，尤其是可以自动实现过充保护，提高了锂离子电容器模组的安全性和稳定性。
应用本实用新型管理模块的锂离子电容器模组可应用于慢充电快放电的场合。并且本管理模块可批量化生产。
附图说明
图1为本实用新型的锂离子电容器管理模块电路原理图；
图2为信号输入端电路原理图；
图3为电压均衡模块电路原理图；
图4为电压采集模块电路原理图；
图5A为逻辑控制模块中的过充保护模块的控制电路原理图；
图5B为逻辑控制模块中的过放保护模块的控制电路原理图；
图6为信号输出端电路原理图；
图7为限流电阻模块电路原理图；
图8为单向二极管模块电路原理图；
图9为过充保护模块电路原理图。
其中，图1中，1-信号输入端，2-电压均衡模块，3-电压采集模块，4-逻辑控制模块，5-信号输出端，6-限流电阻模块，7-单向二极管模块，8过充保护模块。
具体实施方式
实施例：本实用新型提出的应用于锂离子电容器的管理模块，如图1所示，该管理模块主要包括：信号输入端1、电压均衡模块2、电压采集模块3、逻辑控制模块4、信号输出端5、限流电阻模块6、单向二极管模块7、过充保护模块8八大部分。
信号输入端1如图2所示，该信号输入端1连接锂离子电容器模组的电芯正、负极，检测每个电芯的电压。
电压均衡模块2如图3所示，该电压均衡模块2是采集锂离子电容器模组中各个电芯的电压并判断，如果有电芯电压超过均衡电压阈值或两个电芯之间的压差超过一定值，则电压均衡模块起作用，电压均衡模块发出的信号通过逻辑控制模块4、信号输出端5将信号传输给外部控制器。
电压采集模块3如图4所示，该电压采集模块3是采集锂离子电容器模组中各个电芯的电压并输出，防止各个电芯的电压出现过压或欠压的情况。如果检测到电芯的电压出现异常，则会通过逻辑控制模块、信号输出端将信号传输给外部控制器。用于采集锂离子电容器模组中各个电芯的电压并输出，防止各个电芯的电压出现过压或欠压的情况的电压采集模块；如果检测到电芯的电压出现异常，则会通过下述的逻辑控制模块、信号输出端将信号传输给外部控制器；
逻辑控制模块4如图5所示，该逻辑控制模块4是将电压采集模块3和电压均衡模块2输出的信号转换为外部控制器可处理的信号。
信号输出端5如图6所示，该信号输出端5连接外部控制器，将电压信号传输给外部控制器。
限流电阻模块6如图7所示，该限流电阻模块6主要是限制车载蓄电池向锂离子电容器模组充电过程中的电流大小，用于保护电路板不会因为电流过大而烧坏。
单向二极管模块7如图8所示，该单向二极管模块7的主要作用是防止锂离子电容器模组在放电过程中对车载蓄电池反充电。
过充保护模块8如图9所示，该过充保护模块8是当检测到逻辑控制模块4输出的在充电过程中锂离子电容器模组中电芯电压值超过额定电压值时，将断开充电电路。
其中，为整个系统供电电路来自于信号输入端1的B4+端。
本实用新型的应用于锂离子电容器的管理模块，其管理过程如下：
(1)在充电过程中，车载蓄电池通过信号输出端5、过充保护模块8、单向二极管模块7、限流电阻模块6、信号输入端1为锂离子电容器模块充电。
信号输入端1将各个电芯的电压传输给电压均衡模块2和电压采集模块3。
电压均衡模块2判断是否有锂离子电容器模组中电芯的电压超过均衡电压阈值或者两个电芯之间的电压差超过一定值，如果该现象发生，则逻辑控制模块4将来自电压均衡模块2的信号处理后通过信号输出端5传输给外部控制器，然后外部控制器会使充电电路断开，电压异常的电芯通过设定的耗电部件放电处理后，使锂离子电容器模组中的每个电芯的电压具有均一性。
电压采集模块3则判断锂离子电容器模组中每个电芯是否会有过压现象的发生，如果有异常现象发生，则逻辑控制模块4将来自电压采集模块3的信号处理后传输给过充保护模块8，过充保护模块8使锂离子电容器模组充电电路断开，电压异常的电芯经过设定的耗电部件放电处理后处于正常电压范围。
所述的设定的耗电部件是MOS管等电阻。
(2)在放电过程中，信号输入端1将各个电芯的电压传输给电压采集模块3。
电压采集模块3则判断锂离子电容器模组中每个电芯是否会有过放导致欠压现象的发生，如果有异常现象发生，则逻辑控制模块4将来自电压采集模块3的信号处理后通过信号输出端5传输给外部控制器，外部控制器使锂离子电容器模组放电电路断开，并使整个系统处于休眠状态。
(3)在自然状态下，信号输入端1将各个电芯的电压传输给电压采集模块3。
若电压采集模块3判断锂离子电容器模组中有的电芯达到最低允许电压值，则逻辑控制模块4将来自电压采集模块3的信号处理后通过信号输出端5传输给外部控制器，外部控制器使整个系统处于休眠状态。
Claims (2)
1.一种应用于锂离子电容器的管理模块，其特征在于：包括
连接锂离子电容器模组的电芯正、负极，检测每个电芯的电压的信号输入端；
用于采集锂离子电容器模组中各个电芯的电压并做出判断，再决定是否起作用的电压均衡模块；
用于采集锂离子电容器模组中各个电芯的电压并输出，防止各个电芯的电压出现过压或欠压的情况的电压采集模块；
将电压采集模块和电压均衡模块输出的信号转换为外部控制器可处理的信号的逻辑控制模块；
连接外部控制器，将电压信号传输给外部控制器的信号输出端；
主要起限制车载蓄电池向锂离子电容器模组充电过程中的电流大小的限流电阻模块；
主要起防止锂离子电容器模组在放电过程中对车载蓄电池反充电的单向二极管模块；
当检测到逻辑控制模块输出的在充电过程中锂离子电容器模组中电芯电压值超过额定电压值时，将断开充电电路的过充保护模块。
2.根据权利要求1所述应用于锂离子电容器的管理模块，其特征在于：所述管理模块还包括用于对锂离子电容器模组中电芯进行放电处理的耗电部件。
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