[發明專利]最大輸入功率自動跟蹤超級電容儲能轉供裝置

在審

• 申請號: 201711141912.0
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107666166A
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 石劉玉
• 申請（專利權）人: 石劉玉
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/35;H02J3/38
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 李曉亮

1.一種最大輸入功率自動跟蹤超級電容儲能轉供裝置，其特征在于，所述的最大輸入功率自動跟蹤超級電容儲能轉供裝置包括首級超級電容單向充電電路模塊IC1、中間可控串聯并聯相互轉換超級電容組合體IC2、末級超級電容單向充電電路模塊IC3、功率檢測電容模塊IC4、電控開關K、單片機模塊IC5、輸出控制模塊IC6、充電端子Vin、充電地端子Gin、放電端子Vout、放電地端子Gout、控制正極端子Kh、控制負極端子Kl；

所述的IC1、IC2、IC3依次串聯連接，IC1用于保證Kh處于最高參考電位，IC3用于保證Kl處于最低參考電位，IC1與IC3不參與對外供電，儲能和供電工作僅由IC2完成；當需要進行最大輸入功率檢測時，IC5通過控制IC4，將IC4中的功率檢測電容C2單獨連接在Vin和Kl之間；當不需要進行最大輸入功率檢測時，則IC5將C2與IC3中的末級超級電容C_n+2同極性并聯，IC5根據測得的最大輸入功率所對應的充電電壓，通過控制IC2中的電控開關K2～K_n+1使IC2中的多個超級電容C3～C_n+1進行串聯到并聯，或并聯到串聯的連接轉換，保證輸入功率維持在最大值附近；

所述的IC1包括1個充電二極管D1、1個穩壓二極管D3、1個首級超級電容C1、1個電控開關K1；C1的正極與控制正極端子Kh、D1的負極、D3的負極連接，C1的負極與IC2中C3的正極、D3的正極、IC6中K_n+5的一端、K1的一端連接，K1的另一端與D1的正極、充電端子Vin連接；所述的Kh用于提供控制回路的最高參考電位，C1只能參與充電而不能參與向外部負載供電，D1的作用是防止C1向充電端放電，D3的作用是保護C1不發生過壓充電；當IC5通過AD3采樣點和AD2采樣點的差值判斷最高參考電位Kh足以滿足控制要求時，將K1閉合，C1在充電端被旁路，退出充電過程；

所述的IC2包括多個超級電容C3～C_n+1和多個電控開關K2～K_n+1，超級電容的序號按電位高低依次排序；C3的正極與IC1的超級電容C1的負極、IC6的電控開關K_n+5的一端連接，C_n+1的負極與放電地端子Gout、IC3中超級電容C_n+2的正極、IC4的電控開關K_n+4的一端連接；在IC2內部，兩個相鄰超級電容的正極與正極、負極與負極、上一個超級電容的負極與下一個超級電容的正極之間分別通過1個電控開關連接，K2～K_n+1電控開關在IC5控制下對C3～C_n+1超級電容進行串聯到并聯，或并聯到串聯的自動組合連接；

所述的IC3包括1個放電地二極管D2、1個穩壓二極管D4、1個末級超級電容C_n+2、1個電控開關K_n+2；所述的C_n+2的正極與Gout、D4的負極、IC4的電控開關K_n+4的一端、K_n+2的一端連接，K_n+2的另一端與D2的負極連接，D2的負極還與充電地端子Gin連接，D2的正極與D4的正極、C_n+2的負極連接，C_n+2的負極還與控制負極端子Kl連接；所述的Kl用于提供控制回路的最低參考電位，C_n+2只能參與充電和所述IC5的供電，而不能參與向外部負載供電，D2用于保證C_n+2不向充電端放電，D4用于C_n+2的過壓保護，當所述IC5通過AD1采樣點判斷最低參考電位Kl足以滿足控制要求和所述IC5的供電要求時，將K_n+2閉合，C_n+2在充電端被旁路，退出充電過程；

所述的IC4包括2個電控開關K_n+3與K_n+4、1個最大充電功率檢測電容C2；C2的負極與控制負極端子Kl連接，C2的正極分別與K_n+3、K_n+4的一端連接，K_n+3的另一端與充電端子Vin連接，K_n+4的另一端與C_n+2的正極連接；當K_n+4斷開及K_n+3閉合時，外部充電電源僅對C2充電，此時所述IC5通過AD4采樣點檢測C2的端電壓，并計算輸入功率，當K_n+3斷開及K_n+4閉合時，C2并接到C_n+2的兩端，C2對C_n+2放電，C2的容量要小于C_n+2容量的三分之一，K_n+3與K_n+4不能同時閉合；

所述的IC5包括單片機IC7、外部啟動開關K0、穩壓電源模塊IC8、標準電壓源Vs、串口通信端子、指示燈LED1、穩壓二極管D5；所述的IC8的電源輸入端IN+與放電端子Vout、K0的一端連接，K0的另一端與外部啟動電池的正極連接；所述的IC8的電源輸出端OUT+與單片機電源Vcc相連；所述的IC8的接地端G與控制負極端子Kl相連；所述的Vout還與D5的負極連接，D5的正極與IC7的接地端腳Gnd連接，D5對IC7起到過壓保護的作用，Gnd還與Kl連接；所述的指示燈LED1的負極與IC7的IO端口IO_n+7連接，LED1的正極與Vcc連接；IC7的其它IO端口與相應的電控開關相連，IC7的AD5端口與標準電壓源Vs相連，其它AD端口與相應的AD采樣點連接，IC7的串口與串口通信端子相連，用于與外界通信，IC7與外界聯系的還有中斷端口INT1，中斷端口可設置多個；

所述的輸出控制模塊IC6包括2個電控開關K_n+5、K_n+6；K_n+5的一端與IC1中的C1負極、IC3中的C3正極連接，K_n+5的另一端與放電端子Vout連接，K_n+6的一端與Vout連接，K_n+6的另一端與放電地端子連接；當K_n+5和K_n+6同時斷開時，裝置工作于充電狀態，或與同類裝置在輸出端并聯運行時的故障退出狀態；當K_n+5閉合，同時K_n+6斷開時，裝置工作于正常供電狀態；當K_n+6閉合時，裝置工作于與同類裝置在輸出端串聯運行時的旁路故障狀態，K_n+5與K_n+6不能同時閉合。