超级电容充放电实验系统的研究与实现.pdf

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1、检测与仪表化工自动化及仪表，2010，37(9)：53—56ControlandInstrumentsinChemicalIndustry超级电容充放电实验系统的研究与实现张伟民，郭超，姚雷波(洛阳理工学院电气工程与自动化系，河南洛阳471023)摘要：为了开展超级电容的研究，了解超级电容的充放电特性，建立了太阳能作为充电设备、爆闪灯作为负载、sTCl2C5201AD作为控制电路处理器的超级电容充放电试验平台。并以ARM7为微处理器设计了一款通用型嵌入式检测仪表，将实验数据传送给上位机。上位机采用V

2、C设计监控软件，具有友好的人机界面，丰富的统计、计算、数据存储、报表打印等功能。关键词：超级电容；充放电；ARM7；VC++中图分类号：TP216文献标识码：A文章编号：1000—3932(2010)09-0053-041引言超级电容是20世纪七八十年代发展起来的一种介于电池和传统电容器之间的新型储能器件，它与常规电容器不同，其容量可达到法拉级甚至几千法拉。作为一种理想的新型能源器件，超级电容具有非常高的功率密度，电容器的功率密度可为电池的lO一100倍，可以在短时间内放出几百到几千安培的电流，非常

3、适合用于短时间高功率输出的场合；使用寿命长，充放电可达几十万次以上；充电速度快，由于超级电容的特点，在绿色环保、清洁能源、混合动力等众多领域有着巨大的应用价值和潜力⋯。本文提出并研制了超级电容充放电实验系统，该实验系统包括超级电容充放电实验平台控制部分(产品：太阳能爆闪灯)、超级电容实验数据测量部分(下位机)、上位机三部分。超级电容充放电实验平台部分通过单片机控制超级电容的充放电，实验数据测量部分采用基于ARM的通用型测量模块将超级电容状态信息传递给上位机，上位机进行数据处理以及分析。本系统测量精度

4、高、性能稳定，可对超级电容的充放电特性进行测量、分析，对了解超级电容特性的研究有重要意义。2超级电容充放电实验控制部分设计2．1充放电实验控制电路设计超级电容充放电实验采用太阳能作为充电设备、爆闪灯作为负载，并将超级电容(4节串联)和蓄电池特性进行对比。如图l所示，控制电路根据蓄电池和超级电容的电压来控制继电器1、继电器2选择充电对象，控制继电器3来选择放电设备(蓄电池或者超级电容)。控制电路检测超级电容电压，当超级电容电压大于12V，断开继电器2，停止给超级电容充电。闭合继电器1，太阳能板给蓄电池

5、充电。当蓄电池电压大于13V，断开继电器1，停止给蓄电池充电。当检测超级电容电压大于2V，超级电容通过升压DC给爆闪灯供电。当检测到超级电容电压小于2V，通过蓄电池给爆闪灯供电。检测蓄电池电压，当蓄电池电压小于1lV，停止蓄电池给爆闪灯供电。毳——厂——世娑丝麓由控制电路处理器选择STCl2C5201AD系列单片机，该系列单片机除具有高速、宽电压、低功耗设计、超强抗干扰、ISP／IAP的优点外，对于本系统STCl2C5201AD具有八通道、八路AD，可对蓄电池、超级电容多点电压进行检测，根据检测电压

6、进行控制，精度可满足要求；STCl2C520lAD具有PWM输出端口，单片机通过PWM输出方式控制超级电容输出到负载(爆闪灯)。2．2升压DC／DC电路设计根据爆闪灯负载的特点，当超级电容电压降低，希望还能够驱动负载，对负载的输出稳定，这对超级电容的应用来说非常重要，因此，超级电容电压通过DC／DC电路后输出给负载。收稿日期：2010-04-21(修改稿)·54·化工自动化及仪表第37卷DC／DC升压电路如图2所示，升压电路采用美信公司的MAXl771㈦，该控制器采用独特的控制方案，结合PFM(脉冲

7、频率调制)及PWM(脉冲宽度调制)的优越性，提供一个高效、较宽电压调节范围的电源。该控制器采用的是一种改进型的限流PFM控制方式，控制电路限制电感充电电流，使其不超过某一峰值电流。既保持了传统PFM的低静态电流，同时在较重负载下也具有很高的效率，而且由于限制了峰值电流，采用很小体积的外围元件就可获得满意的输出纹波。图2DC／DC升压电路3数据测量部分设计超级电容实验平台需要测试多个电容的串并联特性，数据测量部分有多个输入信号，信号范围也不固定，为了适应不同的测量情况，设计了一种通用型的多路数据测毋模

8、块。它可接收不同电压范围信号，输人量程范围可通过软件设置，可测量温度，支持MODBUS协议。数据测量部分是基于ARM微处理器的嵌入式硬件平台和斗C／OS一Ⅱ的嵌入式软件平台，综合了嵌入式平台的各种软硬件资源进行设计。数据测量部分结构如图3所示，输入信号经过两片模拟多路开关MAX338组成差分电路，通过模数转换器AD7710转换(带有可编程放大器)，送给嵌入式微处理器LPC2132，再通过Rs485／Rs232转换送入上位机。图3数据测量部分框图3．1嵌入式微处理器LP