[發(fā)明專利]一種超級電容功率緩存電路

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• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112311066A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 黃芳勝;賀小煥;董二寶;倪向貴;張世武;連厚泉;鮑本坤;戴童欣;劉煜川
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/34;H02M1/34
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發(fā)明涉及一種超級電容功率緩存電路，包括控制電路、超級電容器充電電路、超級電容器組、升壓電路；控制電路負責檢測超級電容器的實時電壓從而以電壓信號的形式輸出可用于接納的最大電流信息(V_FI)；超級電容器充電電路根據控制電路提供的V_FI信息對超級電容器組進行特定功率充電；升壓電路利用超級電容器提供的能量進行功率輸出，由于超級電容器的充電功率是恒定的，且超級電容器能夠緩沖能量，在系統(tǒng)負載較大時，也不需要擔心高耗電負載瞬間對電池的沖擊，從而實現電源能量的緩沖。另外升壓電路能夠將來自輸出端的反向能量回充到超級電容器組，從而實現系統(tǒng)負載的能量回收。

技術領域

本發(fā)明涉及機器人和工業(yè)控制領域，能夠應用在功率緩存或者能量回收的場景。

背景技術

隨著機器人和工業(yè)技術的發(fā)展，對電池功率的控制提出了更高的要求。某些特定領域需要電池進行穩(wěn)定的低功率輸出從而達到電池能量利用的最大化，但通常負載波動較大，有時甚至長時間處于高功率或者長時間空載。為此需要增加一定的功率補償機制，從而能將空載(或者能量回收)時的功率進行緩存，在持續(xù)高負載的時候釋放，從而提高電池持續(xù)供電能力。

通常現階段會采用一些軟起動等方法減緩對于電池的沖擊，但對于機器人和工業(yè)控制的要求而言，這些方法始終無法滿足快速地響應要求。本設計利用超級電容器作為儲能媒介，利用升壓和降壓的方法實現功率的緩存，另外通過監(jiān)測超級電容器組的端電壓并通過CAN總線通訊方式發(fā)送到外部主機，從而使得機器人控制可以根據電容內部緩存的能量做出一定調整。

發(fā)明內容

本發(fā)明技術解決問題：針對現有技術的不足，提供一種超級電容功率緩存電路，以解決上述背景技術中提出的問題，利用超級電容器的高循環(huán)壽命和快速充放電能力，實現對負載變化復雜情況下的功率緩存，適合用于各類機器人的電機功率緩存和補償。該設計能夠將電源(通常為電池)提供的能量進行緩存，從而減少機器人控制時高耗電負載瞬間對電池的沖擊，減少放電倍率小的電池在短時大電流造成電池續(xù)航能力下降的問題。

為實現以上目的，本發(fā)明通過以下技術方案予以實現：一種超級電容功率緩存電路，其特征在于包括：控制電路(1)、超級電容器充電電路(2)、超級電容器組(3)和升壓電路(4)；

所述控制電路(1)，實時檢測超級電容器組(3)的電壓V，通過CAN總線接收從外部主機處發(fā)來的最大充電功率P，根據I(max)＝P/V得到最大充電電流，將最大充電電流轉換成用以控制超級電容器充電電路(2)的電壓信號V_FI，并送至超級電容器充電電路(2)；同時通過CAN總線告知外部主機當前超級電容器組(3)的電壓；

所述超級電容器充電電路(2)，接受來自控制電路的電壓信號V_FI，并通過降壓轉換，控制從電源流向超級電容器組(3)的實時充電電流，從而控制輸入到超級電容器組(3)的功率，達到緩存電源功率的特性；此外超級電容器充電電路(2)預設了超級電容器組(3)的最大充電電壓，當超級電容器組(3)的電壓接近最大電壓時，超級電容器充電電路(2)會減小充電功率或者停止充電；

超級電容器組(3)緩存從超級電容器充電電路(2)流入的功率，還向升壓電路(4)輸出功率，保證輸出到系統(tǒng)負載的功率不會影響到系統(tǒng)電源；同時超級電容組(3)在單個超級電容超過最大耐壓時導通泄流電阻，從而保證不會出現過度充電現象；

升壓電路(4)將超級電容器組(3)的電壓升高到系統(tǒng)負載所需的電壓，從而為負載提供功率；升壓電路(4)具有雙向特性，不但能向系統(tǒng)負載提供功率，還能夠吸收系統(tǒng)負載(如電機)回充的功率，并將回充的功率反充到超級電容器組(3)，從而減少輸出到系統(tǒng)負載(如電機)的能量浪費。

所述控制電路包括主控芯片(101)、超級電容器電壓衰減器(102)、輸出電壓跟隨器(103)和降壓電路(104)；