[发明专利]基于嵌入式微控制器的超级电容高能脉冲源

说明书

一、技术领域：

本发明涉及蓄电池储能及快速充电技术领域，具体涉及一种基于嵌入式微控制器的超级电容高能脉冲源。

二、背景技术：

目前，新能源汽车特别是电动汽车的开发应用，是世界各国高度关注的重要科技领域。然而，限于电动车的核心技术—电池容量和快充技术的限制，滞后了电动汽车的发展及推广应用。电池容量取决于电池材料和制造工艺，而快速充电技术则是解决现有电动车长途续航能力的有效技术手段，它对电动车的普及应用具有至关重要的作用。

充电技术的发展，经历了传统的恒压充电、恒流充电和恒压/恒流综合充电方式。比较各种充电方式：恒压充电前期电流大，电池易发热，后期电流减小，导致充电时间过长；恒流充电方式，不符合电池充电接受规律，导致充电过程的中、后期电池发热，影响电池寿命；恒压/恒流综合方式，控制过程复杂，且不能有效解决快速充电问题。现代充电技术，几乎毫无例外地采用脉冲充电方式，分类如下：(1) 间歇式脉冲充电方式，即：充-停-充模式；(2) 间歇式充放电方式：充-停-放-充，该方式的控制相对复杂；(3) 基于微控制器的脉冲充放电系统，具有良好的实时测控功能，易于实现智能快充。脉冲充电模式必须保证脉冲源具有高功率，而未采取隔离措施的高功率脉冲源将会对电网带来严重影响，包括电网波动和全频带的谐波干扰。针对上述问题，国外电动汽车充电系统，均采用电源专线和专用充电站点。国内现状：限于电池、快充技术、设备、用地等问题，国内尚无专门的充电站、点。市售所谓多用快充设备，既没有采取与电网的隔离措施，也并非真正的高功率源，其对电网的不良影响不容忽视。

三、发明内容：

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种基于嵌入式微控制器的超级电容高能脉冲源，以解决上述普通功率脉冲源快充效果差和对电网系统的影响问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

 一种基于嵌入式微控制器的超级电容高能脉冲源，包括嵌入式微控制器主控单元和超级电容，其特征在于：所述的主控单元分别连接电容充电控制开关单元和电池充电控制开关单元，在电容充电控制开关单元和电池充电控制开关单元之间连接超级电容单元，超级电容单元连接电容均衡电路，充电源依次串联连接电容充电开关单元、电池充电控制开关单元至电池单元。

所述的电容均衡电路单元包括自检测闭环均衡电路和微控制器闭环均衡电路，超级电容单元与电容均衡电路单元并联连接，且超级电容单元为超级电容单体或并联组合。

所述自检测闭环均衡电路，包括可控电子负载A单元、阈值检测/调理单元和驱动单元，所述的超级电容单元与可控电子负载A单元并联连接，可控电子负载A单元上端与阈值检测/调理单元连接，可控电子负载A单元控制端和阈值检测/调理单元之间连接驱动单元。

所述微控制器闭环均衡电路，包括可控电子负载B单元、接口单元和信号调理/驱动单元，所述的超级电容单元与可控电子负载B单元并联连接，可控电子负载B单元控制端与信号调理/驱动单元连接，微控制器主控单元分别连接接口单元和信号调理/驱动单元的另一端。 

单组超级电容单元与电容均衡电路单元并联构成超级电容应用体，多个超级电容应用体的连接为串联连接，且系统包含的超级电容应用体的数目不受限制。

所述电容充电开关单元和电池充电开关单元包括各种电子开关器件构成的开关电路，以及固态开关、电磁开关或光电开关模块，所述电子开关器件包括：开关三极管、达林顿管、IGBT、MOS功率开关、单向或双向可控硅晶体管开关器件。 

所述的电容充电控制开关单元用于高能脉冲源电压幅度调节。

所述嵌入式微控制器单元包括8位、16位、32位MCU、DSP、PLC、FPGA及SOC嵌入式微控制器及可编程逻辑器件。

所述微控制器主控单元是系统的核心控制单元，该主控单元除输出不同时序和占空比的PWM信号控制电容充电开关单元和电池充电开关单元外，同时实现系统数据采集、信号处理、算法优化、过程管理、全部终端控制及人机界面接口。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

(1) 首创基于超级电容的高能脉冲源快充系统应用设计；

(2) 首创基于自检测闭环控制的超级电容均衡电路设计。

(3) 首创基于微控制器的闭环控制超级电容均衡电路设计。

(4) 首创基于PWM控制的高能脉冲源幅度调节功能设计；

本发明的应用效果在于：

(1) 脉冲源的负载能力及快充效果显著提高；

(2) 高能脉冲源对电源系统的波动影响明显减小；