【技术实现步骤摘要】
一种模块化的法拉电容电能存储与释放控制装置
[0001]本专利技术涉及电化学储能
，尤其涉及一种模块化的法拉电容电能存储与释放控制装置。
技术介绍
[0002]近年来，随着智能化需求的不断上升，人们不断加快电能驱动的小型机器人的技术进步。小型电动机器人上的移动电源是至关重要的一个环节。当前对电动机器人的电源设计，主要是考虑其极限功率大小，附加冗余功率，作为电源的最大功率。此类方案电源的输出不够平稳，负载功率需求变化立即引起电源功率输出变化，对于机械狗、作战无人车等系统，瞬时、短期的高功率需求，可能导致电源研发的成本剧增，甚至在实际工作过程中引起电源的损坏。
[0003]目前，现有的电源功率调度控制方法中，直接设计高功率电源比较可靠，但是导致研发成本剧增；在特殊工况利用外接电源补偿会对机器本身产生运动束缚。因此，可以利用法拉电容存储冗余功率并稳定输出的功率调度与控制模块具有显著的优势。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种模块化的法拉电容电能存储与释放控制装置。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种模块化的法拉电容电能存储与释放控制装置，包括：输出采样与控制单元、输出载流单元和法拉电容组储能单元；所述输出采样与控制单元与所述输出载流单元采用紧固件可拆卸的叠放设置，且所述输出采样与控制单元与所述输出载流单元采用接线端子实现相互电连接；所述法拉电容组储能单元采用导线与所述输出载流单元相互电连接；
[0006]所述输出采样与控制单元包括：第一基...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模块化的法拉电容电能存储与释放控制装置，其特征在于，包括：输出采样与控制单元（1）、输出载流单元（2）和法拉电容组储能单元（3）；所述输出采样与控制单元（1）与所述输出载流单元（2）采用紧固件可拆卸的叠放设置，且所述输出采样与控制单元（1）与所述输出载流单元（2）采用接线端子实现相互电连接；所述法拉电容组储能单元（3）采用导线与所述输出载流单元（2）相互电连接；所述输出采样与控制单元（1）包括：第一基板，设置在所述第一基板上的负载电流采样模块（101）、法拉电容电流采样模块（102）、电源电流采样模块（103）、CAN通信驱动模块（104）、工作状态指示模块（105）、二极管控制模块（106）、主控及其外围电路模块（107）、接口模块（108）、电压采样调理模块（109）、5V稳压输出模块（110）、3.3V稳压输出模块（111）、12V稳压输出模块（112）、防反冲模块（113）、电源滤波模块（114）、输出载流单元电源接口（115）和输出载流单元板通信接口（116）；所述负载电流采样模块（101）、所述法拉电容电流采样模块（102）、所述电源电流采样模块（103）、所述CAN通信驱动模块（104）、所述工作状态指示模块（105）、所述接口模块（108）、所述电压采样调理模块（109）和输出载流单元板通信接口（116）分别与所述主控及其外围电路模块（107）相连接；所述二极管控制模块（106）分别与所述电源电流采样模块（103）和所述防反冲模块（113）相连接；所述电压采样调理模块（109）分别与所述法拉电容电流采样模块（102）和所述电源电流采样模块（103）相连接；所述防反冲模块（113）分别与所述5V稳压输出模块（110）和所述12V稳压输出模块（112）相连接；所述5V稳压输出模块（110）与所述3.3V稳压输出模块（111）相连接。2.根据权利要求1所述的法拉电容电能存储与释放控制装置，其特征在于，所述负载电流采样模块（101）包括：负载电流采样电路（1011）和负载电流采样接口电路（1012）；所述负载电流采样电路（1011）和所述负载电流采样接口电路（1012）相连接；所述负载电流采样电路（1011）包括：电流灵敏放大器ADC_CHA、电阻R1、电感L3、电容C7和电容C8；所述电阻R1相对的两端分别与所述电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚OUT和所述电容C8相连接，所述电容C8的另一端与模拟地AGND相连接；所述电容C7的一端与所述电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与所述模拟地AGND相连接；所述电感L3一端与所述电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与短路点A3V3相连接；所述电流灵敏放大器ADC_CHA的引脚REF1和引脚GND分别与所述模拟地AGND相连接，其引脚IN+与短路点C_OUT+相连接，其引脚IN
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与短路点C_OUT
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相连接；所述负载电流采样接口电路（1012）包括：连接器CHASIS、电阻R4；所述连接器CHASIS的负极与电源地GND相连接，其正极与所述电阻R4相连接；所述电阻R4与所述连接器CHASIS相连接的一端与所述短路点C_OUT
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相连接，其另一端分别与所述短路点C_OUT+和连接孔HOLE1相连接；
所述法拉电容电流采样模块（102）包括：电容电流采样电路（1021）和电容电流采样接口电路（1022）；所述电容电流采样电路（1021）和所述电容电流采样接口电路（1022）相连接；所述电容电流采样电路（1021）包括：电流灵敏放大器ADC_CAP、电阻R2、电感L4、电容C9和电容C10；所述电阻R2相对的两端分别与所述电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚OUT和所述电容C10相连接，所述电容C10的另一端与所述模拟地AGND相连接；所述电容C9的一端与所述电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与所述模拟地AGND相连接；所述电感L4一端与所述电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与所述短路点A3V3相连接；所述电流灵敏放大器ADC_CAP的引脚REF1和引脚GND分别与所述模拟地AGND相连接，其引脚IN+与短路点C_CAP+相连接，其引脚IN
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与短路点C_CAP
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相连接；所述电容电流采样接口电路（1022）包括：连接器CAPACITOR、电阻R5；所述连接器CAPACITOR的负极分别与所述电源地GND和短路点V_CAP
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相连接，其正极与所述电阻R5相连接；所述电阻R5与所述连接器CAPACITOR相连接的一端分别与所述短路点C_CAP+和短路点V_CAP+相连接，其另一端分别与所述短路点C_CAP
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和连接孔HOLE2相连接；所述电源电流采样模块（103）包括：电源电流采样电路（1031）和电源电流采样接口电路（1032）；所述电源电流采样电路（1031）和所述电源电流采样接口电路（1032）相连接；所述电源电流采样电路（1031）包括：电流灵敏放大器ADC_SOU、电阻R3、电感L5、电容C11和电容C12；所述电阻R3相对的两端分别与所述电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚OUT和所述电容C12相连接，所述电容C12的另一端与所述模拟地AGND相连接；所述电容C11的一端与所述电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与所述模拟地AGND相连接；所述电感L5一端与所述电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚REF2和VS引脚相连接，另一端与所述短路点A3V3相连接；所述电流灵敏放大器ADC_SOU的引脚REF1和引脚GND分别与所述模拟地AGND相连接，其引脚IN+与短路点C_IN+相连接，其引脚IN
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与短路点C_IN
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相连接；所述电源电流采样接口电路（1032）包括：连接器SOURCE、电阻R6；所述连接器SOURCE的负极分别与所述电源地GND和短路点V_IN
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相连接，其正极与所述电阻R6相连接；所述电阻R6与所述连接器SOURCE相连接的一端分别与所述短路点C_IN+和短路点V_IN+相连接，其另一端分别与所述短路点C_IN
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和短路点DIODE_IN相连接。3.根据权利要求2所述的法拉电容电能存储与释放控制装置，其特征在于，所述CAN通信驱动模块（104）包括：第一通信电路、第二通信电路、第一通信接口电路和第二通信接口电路；
所述第一通信电路包括：总线芯片CAN1、电阻R7和电容C13；所述总线芯片CAN1的引脚RS与电源地GND相连接，其引脚CANH和引脚CANL分别与所述电阻R7的两端相连接；所述总线芯片CAN1的引脚GND与所述电源地GND相连接，其引脚VCC与短路点3V3相连接；所述电容C13相对的两端分别与所述总线芯片CAN1的引脚GND和引脚VCC相连接；所述第二通信电路包括：总线芯片CAN2、电阻R8和电容C14；所述总线芯片CAN2的引脚RS与所述电源地GND相连接，其引脚CANH和引脚CANL分别与所述电阻R8的两端相连接；所述总线芯片CAN2的引脚GND与所述电源地GND相连接，其引脚VCC与所述短路点3V3相连接；所述电容C14相对的两端分别与所述总线芯片CAN2的引脚GND和引脚VCC相连接；所述第一通信接口电路包括：通信接口CAN1_1和通信接口CAN1_2；所述通信接口CAN1_1与所述电阻R7的相对两端相连接，所述通信接口CAN1_2与所述电阻R7的相对两端相连接；所述第二通信接口电路包括：通信接口CAN2_1和通信接口CAN2_2；所述通信接口CAN2_1与所述电阻R8的相对两端相连接，所述通信接口CAN2_2与所述电阻R8的相对两端相连接；所述工作状态指示模块（105）包括：场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、开关二极管D1、三色发光二极管D2和无源蜂鸣器BUZZER；所述场效应管Q1的D极与所述开关二极管D1相连接，G极与所述电阻R22的一端相连接，所述电阻R22的另一端与所述电源地GND相连接；所述电阻R19一端与所述三色发光二极管D2相连接，另一端与所述场效应管Q2的D极相连接，所述场效应管Q2的G极与所述电阻R23的一端相连接，所述电阻R23的另一端与所述电源地GND相连接；所述电阻R20一端与所述三色发光二极管D2相连接，另一端与所述场效应管Q3的D极相连接，所述场效应管Q3的G极与所述电阻R24的一端相连接，所述电阻R24的另一端与所述电源地GND相连接；所述电阻R21一端与所述三色发光二极管D2相连接，另一端与所述场效应管Q4的D极相连接，所述场效应管Q4的G极与所述电阻R25的一端相连接，所述电阻R25的另一端与所述电源地GND相连接；所述场效应管Q1的S极、所述场效应管Q2的S极、场效应管Q3的S极和所述场效应管Q4的S极均与所述电源地GND相连接；所述二极管控制模块（106）包括：热交换电压控制器U12，场效应管Q5、电阻R30和电容C42；所述热交换电压控制器U12的引脚OUT与所述场效应管Q5的D极相连接，其引脚GATE与所述场效应管Q5的G极相连接，其引脚IN与所述场效应管Q5的S极相连接；所述电阻R30相对的两端分别与所述热交换电压控制器U12的引脚OUT和引脚VS相连
接；所述电容C42的两端分别与所述热交换电压控制器U12的引脚VS和引脚OFF相连接，且所述热交换电压控制器U12的引脚CND和引脚OFF与所述电源地GND相连接。4.根据权利要求3所述的法拉电容电能存储与释放控制装置，其特征在于，所述主控及其外围电路模块（107）包括：微控制单元G474RET6、晶振电路、复位电路、第一外围电路和发光二极管OPERATING；所述晶振电路包括：有源晶振X1、电容C1；其中，所述有源晶振X1的引脚GND与所述电源地GND相连接，其引脚OUT与所述微控制单元G474RET6的引脚PF0
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OSC_IN相连接；所述电容C1相对的两端分别与所述有源晶振X1的引脚VCC和所述电源地GND相连接，且所述电容C1与所述有源晶振X1的引脚VCC相连接的一端与所述短路点3V3相连接；所述复位电路包括：复位开关RESET、电容C2；其中，所述复位开关RESET相对的两端分别与所述微控制单元G474RET6的引脚PG10
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NRST和所述电源地GND相连接；所述电容C2与所述复位开关RESET并联设置；所述第一外围电路包括：电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电感L1和...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴佳妮，钟宇轩，于瑞航，胡巧晔，钟睿，赵乐汛，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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