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制造技术

本发明专利技术为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，本发明专利技术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。本发明专利技术介绍该电源拓扑结构及各控制模块，并详细阐述该电源在电压均衡情况下和冗余容错情况下的控制策略。本发明专利技术基于超级电容单体而设计，通过各检测模块实时监测各单体性能，并将数据送入单片机，进行分析、计算，通过驱动来控制相应MOSFET开关管来改变超级电容快速储能电源结构，实现矿井提升机超级电容快速储能电源的冗余容错和自重构快速充放电，从而保证矿井提升机超级电容快速储能系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术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。本专利技术的系统：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。本专利技术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，为本专利技术的系统组成拓扑图；本专利技术包括：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，为本专利技术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。如附图3所示，为本专利技术的超级电容快速储能自重构冗余容错电源的控制算法流程图。系统开始工作时，PIC单片机控制模块收集各个检测模块传递过来的数据并进行分析、计算，判断电源模块处于充电还放电阶段。若处于充电阶段首先判断是否已经达到额定电压值，并判断是否存在异常单体超级电容。若未达到额定电压值，则进入电压均衡充电模式，反之则系统停止运行。若电压均衡充电模式过程中检测到异常单体超级电容或者故障单体超级电容，则立即进入冗余容错保护模式，对异常或故障单体超级电容进行旁路短路剔除，保证系统可靠、稳定工作。如附图4所示，为本专利技术的超级电容快速储能充电均压和自重构控制模式流程图。当系统判断矿井提升机储能系统超级电容充电电流I处于恒定值时，则为超级电容处于充电均压模式，则控制系统继续驱动充电均压的相应开关管处于开通状态，保持各单体超级电容处于充电均压模式。当系统判断矿井提升机储能系统超级电容充电电流I处于不恒定值时，则为超级电容处于充电不均压模式，说明有单体超级电容处于故障或不正常状态，则控制系统驱动相应开关管开通进入超级电容充电冗余模式。如附图5所示，为本专利技术的超级电容快速储能充电冗余容错保护模式控制流程图，在控制系统给各个串联单体超级电容充电过程中，检测出某个单体超级电容出现异常或者故障时，则控制系统驱动相应开关管开通进入超级电容充电冗余模式，此时控制系统的单片机控制模块直接控制超级电容充电主电路转到冗余容错保护模式，立即发出驱动信号，控制主电路将该故障单体剔除，并进行超级电容充电电路的重组，使超级电容充电电路进入冗余容错重组充电模式。图6、图7分别为本专利技术的超级电容快速储能放电过程中放电均压模式和冗余容错放电保护模式控制流程图。该控制过程与充电过程相类似，此处不再详细阐述。上述快速储能超级电容冗余容错电源的电压均衡充放电和冗余容错充放电保护过程，通过控制系统的信号检测、调理、分析、计算，即可实现对矿井提升机快速储能系统的超级电容进行自重构冗余容错的电压均衡充放电及冗余容错保护充、放电，从而保证矿井提升机超级电容快速储能系统的可靠性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其系统可根据实际电源大小需要由若干个超级电容储能单体，若干个开关管，若干个检测模块，若干个控制模块组成。其特征在于：所述超级电容储能单体数据采集节点通过各检测模块将数据送入单片机进行分析、计算，可实现对超级电容快速储能自重构冗余容错电源的电压均衡充放电和自重构冗余容错保护控制。

【技术特征摘要】
1.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，其系统可根据实际电源大小需要由若干个超级电容储能单体，若干个开关管，若干个检测模块，若干个控制模块组成。其特征在于：所述超级电容储能单体数据采集节点通过各检测模块将数据送入单片机进行分析、计算，可实现对超级电容快速储能自重构冗余容错电源的电压均衡充放电和自重构冗余容错保护控制。2.根据权利要求1所述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，可采用多个超级电容储能单体进行串、并联结构和自重构冗余容错。各单体超级电容充、放电转换接口可以实...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡国文，刘荣升，杨晓冬，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32