[发明专利]一种超级电容充电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级电容领域，具体涉及一种超级电容的充电系统。

背景技术

当前能源和环境已成为人类社会可持续发展的两大瓶颈，为了保持可持续发展，迫切需要发展可再生新能源及相关材料。超级电容器作为一种新型储能装置，具有容量大、功率密度高、充放电循环寿命长、温度运行范围大、不含有毒金属等优点。超级电容是介于传统电容器与电池之间的、有着特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原电容电荷储存电能。目前，超级电容被广泛应用到电动汽车、脉冲电压系统、应急电源及航天航空等领域。国内应用于超级电容充电装置的生产单位较少，无法满足对电容动力的快速需求。

发明内容

本发明旨在提出一种超级电容充电器。

本发明的技术方案在于：

一种超级电容充电系统，由上位机、单片机、以及与单片机相连的液晶显示器、开关电源、DA模块以及AD模块、以及信号调整电路、压控恒流源；其中，开关电源连接压控恒流源；压控恒流源与超级电容相连；AD模块与超级电容之间通过信号调整电路进行连接。

优选地，所述单片机为括STC90C58AD单片机。

优选地，所述AD模块采用TLC2543型AD转换器，DA模块TLC5618型DA转换器，连接单片机SPI端。

或者优选地，还设有4个按键控制，4个按键与单片机的P2.0-P2.3相连接。

或者优选地，所述压控恒流源采用IRF640场效应管作为调整管，采用50W、1Ω大功率黄金电阻作为采样电阻，使用高精度OP07作为运算放大器。

本发明的技术效果在于：

本发明实现对超级电容的充电的功能，通过上位机或按键设置，可为不同规格的超级电容充电。将充电过程分为大电流恒流充电阶段、逐渐减小充电电流阶段、微小恒定电流充电阶段，确保超级电容能够完全充满。实验表明，该系统稳定可靠，可以为超级电容充电。

附图说明

图1为本发明一种超级电容充电器的连接框图。

具体实施方式

超级电容可以近似等效为一个内阻串联一个电容器，若采用大电流充电至其额定电压停止充电，实际并没有充满。原因主要有两点:一是由于电流较大时，超级电容内阻上压降较大;二是由于大电流充电时，充电电荷易在电极两端出现瞬时积累，形成浮充。鉴于以上两点，系统将整个充电过程分为三个阶段，确保超级电容完全充满。第一阶段:采用恒定的大电流快速充电，充到电容的额定电压。第二阶段:逐渐减小充电电流，给超级电容补充充电。第三阶段:采用微小的电流充电，超级电容内阻等因素影响微小，确保完全充满。

本系统主要由上位机和下位机两部分构成。上位机主要用于设置待充电超级电容的额定电压、充电电流的大小以满足不同规格参数超级电容充电的需要，此外，上位机还可以显示超级电容充电时的电压值以及波形图。下位机采用STC90C58AD为主控制器，接收上位机的控制指令，根据上位机设置的充电电流大小改变DA转换器的输出电压，以调节恒流源输出电流的大小，充电电流的大小也可以通过按键设置，利用AD转换器实时采集超级电容的当前电压值。

系统可通过上位机或者按键设置超级电容的额定电压和充电电流大小。4个按键与单片机的P2.0-P2.3相连接，由于STC90C58ADP2口内部自带上拉电阻，所以外接按键不需要再接上拉电阻。4个按键的功能分别为设置额定电压+0.1V、-0.1V和充电电流+0.1A、-0.1A。

本发明利用TLC254312位AD转换器实时采集超级电容的电压值，通过TLC561812位DA转换器控制恒流源输出电流的大小。TLC2543为11路模拟输入串行AD转换器，通过SPI接口与单片机通信，本发明中超级电容的电压经过运算放大器处理后，由AD转换器采集其实时电压。TLC5618为双路DA转换器，单片机通过SPI接口输出数字量到TLC5618的输入端，TLC5618的模拟量输出端与恒流源模块的运放同向输入端连接，控制恒流源电路输出电流的大小。