本实用新型专利技术提供一种最大输入功率自动跟踪超级电容储能转供装置，首级超级电容单向充电电路模块IC1、中间可控串联并联相互转换超级电容组合体IC2、末级超级电容单向充电电路模块IC3依次串联连接，IC1保证Kh处于最高参考电位，IC3保证Kl处于最低参考电位，IC1与IC3不参与对外供电，IC2完成储能和供电工作。当需要进行最大输入功率检测时，单片机模块IC5将功率检测电容单独连接在充电端子和控制负极端子之间；IC5根据测得的最大输入功率所对应的充电电压，控制IC2中多个超级电容的串并组合状态，使输入功率维持在最大值附近，多个同类装置可以通过放电端子和放电地端子进行并联或串联组合应用。本实用新型专利技术充电电压范围宽，能够满足稳压、恒流、预定电压曲线等多种供电需求；充放电效率高、控制灵活、使用简便、应用范围广、工作安全可靠。
【技术实现步骤摘要】
最大输入功率自动跟踪超级电容储能转供装置
本技术涉及一种电子设备，特别是一种最大输入功率自动跟踪超级电容储能转供装置。
技术介绍
随着社会倡导绿色能源，光伏电站建设的数量越来越多，光伏电池发电效率是影响光伏电站经济效益的重要因素。太阳能电池板的输出功率随输出电压的不断升高呈抛物线形状变化，两头为零功率输出，且太阳能电池板的最大输出功率在不同的日照条件下变化很大，如果能将太阳能电池板的输出功率一直维持在最大值附近，那么光伏电站的发电效率将会大幅提高。目前光伏电站常用的最大功率跟踪方法有定电压跟踪法、扰动观察法、电导增量法、直线拟合法、实际测量法，这些方法均是通过改变MOSFET占空比控制直流斩波电路(DC/DC电路)的电压输出来实现最大功率跟踪的目的，但这些方法均存在功能单一、设备成本较高、功耗较大、结构复杂的缺点，如果能设计一款能够自动跟踪太阳能电池最大输出功率的超级电容储能转供装置，同时采用超级电容取代光伏电站目前所必备的昂贵且寿命短的蓄电池设备，这无疑将大幅降低光伏电站的运营成本，且能同时明显提高光伏电站的发电效率。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本技术提供一种最大输入功率自动跟踪超级电容储能转供装置。本技术的技术方案如下：一种最大输入功率自动跟踪超级电容储能转供装置，包括首级超级电容单向充电电路模块IC1、中间可控串联并联相互转换超级电容组合体IC2、末级超级电容单向充电电路模块IC3、功率检测电容模块IC4、电控开关K、单片机模块IC5、输出控制模块IC6、充电保护稳压二极管D6、充电端子Vin、充电地端子Gin、放电端子Vout、放电地端子Gout、控制正极端子Kh、控制负极端子Kl、AD采样分压电阻R，如附图1所示。所述的首级超级电容单向充电电路模块IC1与中间可控串联并联相互转换超级电容组合体IC2、末级超级电容单向充电电路模块IC3依次串联连接；IC1用于提供控制回路中的最高参考电位，保证Kh处于最高参考电位，IC3用于提供控制回路中的最低参考电位，保证Kl处于最低参考电位，IC1与IC3不参与对外供电，储能和供电工作仅由IC2完成。当需要进行最大输入功率检测时，所述单片机模块IC5通过控制功率检测电容模块IC4，将IC4中的功率检测电容C2单独连接在充电端子Vin和控制负极端子Kl之间；当不需要进行最大输入功率检测时，则IC5将C2与IC3中的末级超级电容Cn+2同极性并联，IC5根据测得的最大输入功率所对应的充电电压，通过控制IC2中的电控开关(K2～Kn+1)使IC2中的多个超级电容(C3～Cn+1)进行串联到并联，或并联到串联的连接转换，以使输入功率维持在最大值附近。多个同类装置可以通过放电端子和放电地端子进行并联或串联组合应用。所述的IC4中C2的额定电压高于外部充电电源的最高工作电压，当外部充电电源仅对C2进行充电时，IC5根据一段时间Δt内C2电压的变化情况(由U1到U2)，依据公式W＝[0.5*C2*(U22-U12)]/Δt，计算出外部充电电源在这段时间内的平均输出功率，IC5通过对比连续多次的功率测量值，找到最大功率所对应的充电电压；所述的IC2包括多个超级电容C3～Cn+1和多个电控开关K2～Kn+1，超级电容的序号按电位高低依次排序(从左到右)；C3的正极与IC1的超级电容C1的负极、IC6的电控开关Kn+5的一端连接，Cn+1的负极与放电地端子Gout、IC3的超级电容在Cn+2的正极、IC4的电控开关Kn+4的一端连接；在IC2内部，两个相邻超级电容的正极与正极、负极与负极、上一个超级电容的负极与下一个超级电容的正极之间分别通过1个电控开关连接，K2～Kn+1电控开关在IC5控制下对C3～Cn+1超级电容进行串联到并联，或并联到串联的自动组合连接；所述的电控开关可以是场效应管、继电器，至少其中的一种。所述的IC1包括1个充电二极管D1、1个稳压二极管D3、1个首级超级电容C1、1个电控开关K1。C1的正极与控制正极端子Kh、D1的负极、D3的负极连接，C1的负极与IC2中C3的正极、D3的正极、IC6中Kn+5的一端、K1的一端连接，K1的另一端与D1的正极、充电端子Vin连接；所述的充电二极管D1可由MOSFET开关管中的二极管代替；所述的Kh用于提供控制回路的最高参考电位，C1只能参与充电而不能参与向外部负载供电，D1的作用是防止C1向充电端放电，D3的作用是保护C1不发生过压充电；当IC5通过AD3采样点和AD2采样点的差值判断最高参考电位Kh足以满足控制要求时，将K1闭合，C1在充电端被旁路，退出充电过程。所述的IC3包括1个放电地二极管D2、1个稳压二极管D4、1个末级超级电容Cn+2、1个电控开关Kn+2；所述的Cn+2的正极与放电地端子Gout、D4的负极、IC4的电控开关Kn+4的一端、Kn+2的一端连接，Kn+2的另一端与D2的负极连接，D2的负极还与充电地端子Gin连接，D2的正极与D4的正极、Cn+2的负极连接，Cn+2的负极还与控制负极端子Kl连接；所述的D2可由MOSFET开关管中的二极管代替；所述的Kl用于提供控制回路的最低参考电位，Cn+2只能参与充电和所述IC5的供电，而不能参与向外部负载供电，D2用于保证Cn+2不向充电端放电，D4用于Cn+2的过压保护，当所述IC5通过AD1采样点判断最低参考电位Kl足以满足控制要求和所述IC5的供电要求时，将Kn+2闭合，Cn+2在充电端被旁路，退出充电过程。所述的IC4包括2个电控开关Kn+3与Kn+4、1个最大充电功率检测电容C2；C2的负极与控制负极端子Kl连接，C2的正极分别与Kn+3与Kn+4的一端连接，Kn+3的另一端与充电端子Vin连接，Kn+4的另一端与Cn+2的正极连接；当Kn+4断开及Kn+3闭合时，外部充电电源仅对C2充电，此时所述IC5通过AD4采样点检测C2的端电压，并计算输入功率，当Kn+3断开及Kn+4闭合时，C2并接到Cn+2的两端，C2对Cn+2放电，C2的容量要小于Cn+2容量的三分之一，Kn+3与Kn+4不能同时闭合。所述的输出控制模块IC6包括2个电控开关Kn+5、Kn+6；Kn+5的一端与IC1中的C1负极、IC3中的C3正极连接，Kn+5的另一端与放电端子Vout连接，Kn+6的一端与Vout连接，Kn+6的另一端与放电地端子连接；当Kn+5和Kn+6同时断开时，装置工作于充电状态，或与同类装置在输出端并联运行时的故障退出状态；当Kn+5闭合，同时Kn+6断开时，装置工作于正常供电状态；当Kn+6闭合时，装置工作于与同类装置在输出端串联运行时的旁路故障状态，Kn+5与Kn+6不能同时闭合。所述的充电保护稳压二极管D6的正极与充电端子Vin连接，D6的负极与充电地端子Gin连接，D6的作用是装置的过压保护。在Vin和Kl之间串联有2个AD采样分压电阻R7、R8，在R7和R8间的连接线上引出1个AD采样点连接到IC5的1个AD采样端口AD4上。在Kh和Kl之间串联有2个AD采样分压电阻R5、R6，在R5和R6间的连接线上引出1个AD采样点连接到IC5的1个AD采样端口AD3上。在所述的IC1中C1的负极和Kl之间串本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种最大输入功率自动跟踪超级电容储能转供装置，其特征在于，所述的最大输入功率自动跟踪超级电容储能转供装置包括首级超级电容单向充电电路模块IC1、中间可控串联并联相互转换超级电容组合体IC2、末级超级电容单向充电电路模块IC3、功率检测电容模块IC4、电控开关K、单片机模块IC5、输出控制模块IC6、充电端子Vin、充电地端子Gin、放电端子Vout、放电地端子Gout、控制正极端子Kh、控制负极端子Kl；所述的IC1、IC2、IC3依次串联连接，IC1用于保证Kh处于最高参考电位，IC3用于保证Kl处于最低参考电位，IC1与IC3不参与对外供电，储能和供电工作仅由IC2完成；当需要进行最大输入功率检测时，IC5通过控制IC4，将IC4中的功率检测电容C2单独连接在Vin和Kl之间；当不需要进行最大输入功率检测时，则IC5将C2与IC3中的末级超级电容Cn+2同极性并联，IC5根据测得的最大输入功率所对应的充电电压，通过控制IC2中的电控开关K2～Kn+1使IC2中的多个超级电容C3～Cn+1进行串联到并联，或并联到串联的连接转换，保证输入功率维持在最大值附近；所述的IC1包括1个充电二极管D1、1个稳压二极管D3、1个首级超级电容C1、1个电控开关K1；C1的正极与控制正极端子Kh、D1的负极、D3的负极连接，C1的负极与IC2中C3的正极、D3的正极、IC6中Kn+5的一端、K1的一端连接，K1的另一端与D1的正极、充电端子Vin连接；所述的Kh用于提供控制回路的最高参考电位，C1只能参与充电而不能参与向外部负载供电，D1的作用是防止C1向充电端放电，D3的作用是保护C1不发生过压充电；当IC5通过AD3采样点和AD2采样点的差值判断最高参考电位Kh足以满足控制要求时，将K1闭合，C1在充电端被旁路，退出充电过程；所述的IC2包括多个超级电容C3～Cn+1和多个电控开关K2～Kn+1，超级电容的序号按电位高低依次排序；C3的正极与IC1的超级电容C1的负极、IC6的电控开关Kn+5的一端连接，Cn+1的负极与放电地端子Gout、IC3中超级电容Cn+2的正极、IC4的电控开关Kn+4的一端连接；在IC2内部，两个相邻超级电容的正极与正极、负极与负极、上一个超级电容的负极与下一个超级电容的正极之间分别通过1个电控开关连接，K2～Kn+1电控开关在IC5控制下对C3～Cn+1超级电容进行串联到并联，或并联到串联的自动组合连接；所述的IC3包括1个放电地二极管D2、1个稳压二极管D4、1个末级超级电容Cn+2、1个电控开关Kn+2；所述的Cn+2的正极与Gout、D4的负极、IC4的电控开关Kn+4的一端、Kn+2的一端连接，Kn+2的另一端与D2的负极连接，D2的负极还与充电地端子Gin连接，D2的正极与D4的正极、Cn+2的负极连接，Cn+2的负极还与控制负极端子Kl连接；所述的Kl用于提供控制回路的最低参考电位，Cn+2只能参与充电和所述IC5的供电，而不能参与向外部负载供电，D2用于保证Cn+2不向充电端放电，D4用于Cn+2的过压保护，当所述IC5通过AD1采样点判断最低参考电位Kl足以满足控制要求和所述IC5的供电要求时，将Kn+2闭合，Cn+2在充电端被旁路，退出充电过程；所述的IC4包括2个电控开关Kn+3与Kn+4、1个最大充电功率检测电容C2；C2的负极与控制负极端子Kl连接，C2的正极分别与Kn+3、Kn+4的一端连接，Kn+3的另一端与充电端子Vin连接，Kn+4的另一端与Cn+2的正极连接；当Kn+4断开及Kn+3闭合时，外部充电电源仅对C2充电，此时所述IC5通过AD4采样点检测C2的端电压，并计算输入功率，当Kn+3断开及Kn+4闭合时，C2并接到Cn+2的两端，C2对Cn+2放电，C2的容量要小于Cn+2容量的三分之一，Kn+3与Kn+4不能同时闭合；所述的IC5包括单片机IC7、外部启动开关K0、稳压电源模块IC8、标准电压源Vs、串口通信端子、指示灯LED1、稳压二极管D5；所述的IC8的电源输入端IN+与放电端子Vout、K0的一端连接，K0的另一端与外部启动电池的正极连接；所述的IC8的电源输出端OUT+与单片机电源Vcc相连；所述的IC8的接地端G与控制负极端子Kl相连；所述的Vout还与D5的负极连接，D5的正极与IC7的接地端脚Gnd连接，D5对IC7起到过压保护的作用，Gnd还与Kl连接；所述的指示灯LED1的负极与IC7的IO端口IOn+7连接，LED1的正极与Vcc连接；IC7的其它IO端口与相应的电控开关相连，IC7的AD5端口与标准电压源Vs相连，其它AD端口与相应的AD采样点连接，IC7的串口与串口通信端子相连，用于与外界通信，IC7与外界联系的还有中断端口INT1，中断端...
【技术特征摘要】
1.一种最大输入功率自动跟踪超级电容储能转供装置，其特征在于，所述的最大输入功率自动跟踪超级电容储能转供装置包括首级超级电容单向充电电路模块IC1、中间可控串联并联相互转换超级电容组合体IC2、末级超级电容单向充电电路模块IC3、功率检测电容模块IC4、电控开关K、单片机模块IC5、输出控制模块IC6、充电端子Vin、充电地端子Gin、放电端子Vout、放电地端子Gout、控制正极端子Kh、控制负极端子Kl；所述的IC1、IC2、IC3依次串联连接，IC1用于保证Kh处于最高参考电位，IC3用于保证Kl处于最低参考电位，IC1与IC3不参与对外供电，储能和供电工作仅由IC2完成；当需要进行最大输入功率检测时，IC5通过控制IC4，将IC4中的功率检测电容C2单独连接在Vin和Kl之间；当不需要进行最大输入功率检测时，则IC5将C2与IC3中的末级超级电容Cn+2同极性并联，IC5根据测得的最大输入功率所对应的充电电压，通过控制IC2中的电控开关K2～Kn+1使IC2中的多个超级电容C3～Cn+1进行串联到并联，或并联到串联的连接转换，保证输入功率维持在最大值附近；所述的IC1包括1个充电二极管D1、1个稳压二极管D3、1个首级超级电容C1、1个电控开关K1；C1的正极与控制正极端子Kh、D1的负极、D3的负极连接，C1的负极与IC2中C3的正极、D3的正极、IC6中Kn+5的一端、K1的一端连接，K1的另一端与D1的正极、充电端子Vin连接；所述的Kh用于提供控制回路的最高参考电位，C1只能参与充电而不能参与向外部负载供电，D1的作用是防止C1向充电端放电，D3的作用是保护C1不发生过压充电；当IC5通过AD3采样点和AD2采样点的差值判断最高参考电位Kh足以满足控制要求时，将K1闭合，C1在充电端被旁路，退出充电过程；所述的IC2包括多个超级电容C3～Cn+1和多个电控开关K2～Kn+1，超级电容的序号按电位高低依次排序；C3的正极与IC1的超级电容C1的负极、IC6的电控开关Kn+5的一端连接，Cn+1的负极与放电地端子Gout、IC3中超级电容Cn+2的正极、IC4的电控开关Kn+4的一端连接；在IC2内部，两个相邻超级电容的正极与正极、负极与负极、上一个超级电容的负极与下一个超级电容的正极之间分别通过1个电控开关连接，K2～Kn+1电控开关在IC5控制下对C3～Cn+1超级电容进行串联到并联，或并联到串联的自动组合连接；所述的IC3包括1个放电地二极管D2、1个稳压二极管D4、1个末级超级电容Cn+2、1个电控开关Kn+2；所述的Cn+2的正极与Gout、D4的负极、IC4的电控开关Kn+4的一端、Kn+2的一端连接，Kn+2的另一端与D2的负极连接，D2的负极还与充电地端子Gin连接，D2的正极与D4的正极、Cn+2的负极连接，Cn+2的负极还与控制负极端子Kl连接；所述的Kl用于提供控制回路的最低参考电位，Cn+2只能参与充电和所述IC5的供电，而不能参与向外部负载供电，D2用于保证Cn+2不向充电端放电，D4用于Cn+2的过压保护，当所述IC5通过AD1采样点判断最低参考电位Kl足以满足控制要求和所述IC5的供电要求时，将Kn+2闭合，Cn+2在充电端被旁路，退出充电过程；所述的IC4包括2个电控开关Kn+3与Kn+4、1个最大充电功率检测电容C2；C2的负极与控制负极端子Kl连接，C2的正极分别与Kn+3、Kn+4的一端连接，Kn+3的另一端与充电端子Vin连接，Kn+4的另一端与Cn+2的正极连接；当Kn+4断开及Kn+3闭合时，外部充电电源仅对C2充电，此时所述IC5通过AD4采样点检测C2的端电压，并计算输入功率，当Kn+3断开及Kn+4闭合时，C2并接到Cn+2的两端，C2对Cn+2放电，C2的容量要小于Cn+2容量的三分之一，Kn+3与Kn+4不能同时闭合；所述的IC5包括单片机IC7、外部启动开关K0、稳压电源模块IC8、标准电压源Vs、串口通信端子、指示灯LED1、稳压二极管D5；所述的IC8的电源输入端IN+与放电端子Vout、K0的一端连接，K0的另一端与外部启动电池的正极连接；所述的IC8的电源输出端OUT+与单片机电源Vcc相连；所述的IC8的接地端G与控制负极端子Kl相连；所述的Vout还与D5的负极连接，D5的正极与IC7的接地端脚Gnd连接，D5对IC7起到过压保护的作用，Gnd还与Kl连接；所述的指示灯LED1的负极与I...
【专利技术属性】
技术研发人员：石刘玉，
申请(专利权)人：石刘玉，
类型：新型
国别省市：辽宁,21
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