[发明专利]矿井提升机超级电容快速储能自重构冗余容错电源及控制

说明书

技术领域

本发明涉及矿井提升机自发电快速储能系统超级电容自重构冗余容错电源技术领域，具体为矿井提升机快速储能系统一种超级电容新型自重构冗余容错电源技术。

背景技术

串联和并联超级电容器件组中，各单体充、放电时都会有电压均衡保护问题。但现有的电压均衡技术多为能量消耗型电压均衡，在充、放电过程中，通过消耗多余能量实现均压，当某个单体出现异常时，并不能将其剔除(即无法实现容错充、放电)。因此，在充、放电过程中往往会出现以下两种情况：第一，继续充电，但单体受损甚至自燃或者爆炸；第二，整体停止充、放电。

发明内容

针对上述问题，本发明针对矿井提升机自发电快速储能系统的超级电容器储能系统提出一种超级电容自重构冗余容错电源技术，其不仅能实现电压均衡，还能实现超级电容器储能电源的器件组冗余容错和自重构功能。在超级电容器储能电源的充、放电过程中通过自重构将异常或故障单体剔除，且不影响超级电容器储能电源的其它单体的正常充、放电。

本发明的系统：主要包括超级电容器充、放电转换接口、电源模块、电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块、驱动模块、主电路、控制模块、保护电路、按键电路、LCD液晶显示等模块。所述超级电容器充、放电转换接口接电源模块与电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块相连接；所述控制模块与电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块、按键电路、LCD液晶、保护电路相连接；所述驱动模块与控制模块相连接，主电路与驱动模块与电源模块相连接。其系统的工作原理特征在于：所述电压、电流、温度、按键、保护信号通过所述模块连接到单片机控制模块；所述单片机控制模块通过驱动模块对主电路进行控制，通过LCD液晶显示当前各单体超级电容状态。当各个单体超级电容充、放电状态都正常时，单片机控制模块仅执行电压均衡；当充、放电过程中某个单体超级电容或者多个单体超级电容出现异常或故障时，单片机控制模块立即执行冗余容错保护功能。

其进一步的工作原理特征在于：所述充、放电转换接口可以实现充、放电自由切换；所述主电路包括：超级电容单体，开关管。每个单体超级电容两端并联一个电压检测模块和温度检测模块，对各个单体超级电容实现实时检测；电流检测模块两端分别与充、放电转换接口、主电路连接，在充、放电过程中可以实时监测充、放电电流。各个变化量经过所述对应模块处理，送入单片机控制模块，并通过LCD液晶显示出来。

本发明与现有电压均衡技术相比，其特点在于：不仅可以实现单体间电压均衡，还可以通过自重构改变电源结构实现冗余容错。在不影响其它单体充、放电的前提下，将故障单体剔除，提高了整个系统可靠性。

附图说明

附图1所示为矿井提升机超级电容快速储能自重构冗余容错电源系统拓扑图；

附图2所示为矿井提升机超级电容快速储能自重构冗余容错电源主电路原理图；

附图3所示为矿井提升机超级电容快速储能自重构冗余容错电源控制流程图；

附图4所示为矿井提升机超级电容快速储能充电均压控制流程图；

附图5所示为矿井提升机超级电容快速储能充电冗余容错保护控制流程图；

附图6所示为矿井提升机超级电容快速储能放电均压控制流程图；

附图7所示为矿井提升机超级电容快速储能放电冗余容错保护控制流程图。

具体实施方式

如附图1所示，为本发明的系统组成拓扑图；本发明包括：超级电容器充、放电转换接口、电源模块、电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块、按键电路、保护电路、LCD液晶显示、驱动电路、超级电容器主电路及PIC单片机控制模块。PIC单片机控制模块为核心，在计算与处理其它检测模块采样、调理、滤波、稳压后的数据的基础上，将控制信号和显示信号分别传送给驱动电路和LCD液晶显示。该冗余容错电源主要包括两大功能：电压均衡和冗余容错保护。

如附图2所示，为本发明的超级电容快速储能自重构冗余容错电源的主电路原理图。在正常充、放电模式下，PIC单片机控制模块实时监测各个单体超级电容状态，若所有单体超级电容都正常，则只实现电压均衡控制正常充、放电；若充、放电过程中出现状态异常单体超级电容，则切换为冗余容错保护模式，将异常或故障单体超级电容进行旁路短路剔除，并进行超级电容器主电路的自重构。