朱芳
摘 要：介绍了超级电容储能系统的整体结构，对储能系统的各组成部分进行阐述和说明。针对超级电容储能装置系统的特点和要求，设计了一种性能稳定、高精度的电压采集电路。分析了电路的原理，给出了电路的原理图。对电路的实际运行数据和测试数据进行了分析，通过软件处理和温度补偿，提高了电路的测量精度。实验表明，该电压采集电路能够满足超级电容储能装置的要求，具有广泛的应用场景。
关键词：储能系统 超级电容 电压采集 数据分析
中图分类号：TM53 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）07（c）-0050-02
随着新材料的不断发现和储能技术的飞速发展，储能装置在电动汽车、光伏系统、数据中心和轨道交通等领域获得了广泛的应用。超级电容作为储能装置的重要组成部分，其性能的好坏影响着整个储能系统的稳定运行。电压采集电路作为超级电容储能装置的重要组成部分，对系统的稳定运行起到十分重要的作用。
本文设计了一种高性价比的电压采集电路，电路采用LM358运算放大器实现，通过对超级电容两端的电压进行差分采集，获取超级电容的两端电压。利用PCF8591实现采集电压数据的读取，AD转换后的数据存储在各通道的指定寄存器中，控制芯片通过I2C协议实现数据的读取。通过对读取的电压和实际电压数据的对比，分析系统的电压采样精度。利用软件调整和温度补偿方式，提高了系统的电压采样精度。最后，给出了改进前后系统的电压采集曲线。
1 超级电容储能系统介绍
超级电容作为一种新式储能元件，具有响应速度快、功率密度大、效率高、维护简单、对环境无污染等优点。因超级电容器具备的优异的長寿命特性，其还可作为系统的备份电源使用，提高系统整体的可靠稳定性。
储能系统主要用于能量的存储，通过能量转化的方式将电能存储在超级电容器中。目前，超级电容储能系统的应用场合较为广泛，其系统电路结构也有较大差异。以光伏储能系统为例，超级电容储能系统的电路结构如图1所示。
白天，光伏系统将发出的电能直接供给直流负载，并将多余的电能通过DC/DC转换电路存储在储能模块中；夜晚，光伏储能模块通过DC/DC转换电路将存储的能量转化为电能，供给直流负载使用。光伏储能系统中，储能模块起到调节负载的作用，延长了系统的工作时间，有利于系统的稳定运行。
2 电压采集电路设计
为保证系统电路的安全可靠运行，对电压采集电路进行设计。电路采用差分采集的方式，实现超级电容两端的电压数据采集，电压采集电路的结构如图2所示。
差分采集后的电压经过电压跟随电路连接至AD芯片的指定引脚。
3 测试数据分析
通过线性稳压电源对设计的电压采集系统进行测试，通过示波器获取稳压电源的实际输入功率，读取液晶显示屏上系统采样后的电压数据。
结合获取的测试数据，绘制出给定电压和测试电压的对比曲线，如图3所示。
式中，Vdata表示数据处理后的电压值；Vsample表示采样电压值；TEMP表示芯片运行的环境温度。利用上述公式，对采样获取的数据进行处理，给定电压数据和处理后数据的曲线如图4所示。
由图4可知，处理后的数据同给数据相比误差较小，最大误差小于1%，有效满足系统对电压的测量精度要求。
4 结语
电压采集电路通过差分测量的方式获取超级电容两端的电压，提高了硬件电路的可靠性。分析对比了电压采集电路在给定电压条件下获取的测试电压数值，通过软件方式对测量电压数据进行补偿。补偿后的电压数据和给定电压数据的对比可知，补偿后的电压数据和给定电压数据的误差小于1%，有效提高了系统的电压测量精度。
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