[發明專利]一種超級電容充電方法及其實現系統

有效

• 申請號: 201110371029.7
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN102403766A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 瞿磊
• 申請（專利權）人: 蘇州蓋婭智能科技有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陳忠輝

技術領域

本發明涉及采用各種類型電源面向超級電容的充電方法及其實現系統。

背景技術

超級電容作為一種超高循環壽命的儲能器件，其應用優勢非常明顯，但由于超級電容的充電特性與任何一種化學電池都不相同，目前對于大多數超級電容的充電大都采用恒流方式來實現。但是在某些應用中由于電源受到局限，例如當電源功率特別小的時候，恒流電路的損耗可能就已經大于電源的輸出功率。同時，對于一些小功率的應用來說，由于恒流電路的成本比較高，將大大的提高應用的成本。而對于一些輸出功率不穩定的可再生電源，例如太陽能電池、風力發電機等，由于在超級電容充電過程中阻抗變化比較大，而超級電容輸入阻抗的變化將導致充電功率的變化，而這些受到環境限制的可再生能源，不可能達到符合超級電容整個充電過程中的功率變化，因此采用恒流方式充電將導致可再生能源系統效能的降低。因而目前在以太陽能為主的可再生能源應用產品中，通常都采用直接并聯的方式使用超級電容。

但直接并聯仍然將導致能源效率的降低，以及超級電容充放電效率的損失。以太陽能光伏發電為例，由于PV的輸出電壓受到負載阻抗的影響非常大，而超級電容的輸出阻抗特別低，并且隨著儲能量在持續地發生變化。同時超級電容的額定工作電壓和最高擊穿電壓非常接近，這兩者完全不匹配。在超級電容儲能較低時，PV的有效輸出功率會降低，而到超級電容儲能較高時，PV的有效輸出功率升高，直接導致輸出電壓升高，又存在超過超級電容擊穿電壓的風險。因此太陽能電池直接并聯超級電容的充電方法，同樣存在著諸多問題，使得系統的效率大幅降低，同時PV長期工作于低輸出效率狀態下，將使其壽命大幅降低。

發明內容

鑒于上述現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提出一種超級電容充電方法及其實現系統，以提高電源輸出功率和效率的穩定性。

本發明充電方法的目的將通過以下技術方案得以實現：

一種超級電容充電方法，用于匹配超級電容作為電源的負載阻抗，包括：

電壓檢測步驟，檢測電源檢測點S3、緩沖電容C2檢測點S2和超級電容C1檢測點S1的電壓作為控制器的輸入信號；

緩沖電容C2充電步驟，電源與電容C3一并對緩沖電容C2充電；

超級電容C1充電步驟，緩沖電容C2對超級電容C1充電；

充電控制步驟，根據輸入信號控制器判斷緩沖電容C2的電壓低于超級電容C1的充電電壓時，保持電子開關M1呈關斷狀執行緩沖電容C2充電步驟，且根據輸入信號控制器判斷緩沖電容C2的電壓升至超級電容C1的充電電壓時，關斷電子開關M2并接通電子開關M1執行超級電容C1充電步驟。

進一步地，超級電容C1充電步驟中，電源檢測點S3的電壓處于電源額定輸出電壓范圍內的一個低點，關斷電子開關M2下電源對電容C3補能充電。

更進一步地，電容C3達到電源輸出電壓時，電源輸出端的續流電感L1對電容C3持續短時充電。

更進一步地，電子開關M2的通斷時間及頻率關聯于電容C3的充電及放電完成時刻。

對應該充電方法，本發明提供一種超級電容充電實現系統，包括控制器，電源及與電源相并聯的電容C3、緩沖電容C2和超級電容C1，且所述電源輸出端與電容C3的正極之間設有續流電感L1，電容C3與緩沖電容C2之間設有電子開關M2，緩沖電容C2與超級電容C1之間設有電子開關M1；各電容正極設為電壓檢測點，輸入連至控制器，且控制器的兩個輸出控制端分別與電子開關M1和電子開關M2相連。

本發明充電方法的目的還可以通過以下技術方案得以實現：

一種超級電容充電方法，用于匹配超級電容作為電源的負載阻抗，包括：

電壓檢測步驟，檢測電源檢測點S3和超級電容C1檢測點S1的電壓作為控制器的輸入信號；

電容C3充電步驟，電源持續對電容C3充電；

超級電容C1充電步驟，電容C3對超級電容C1充電；

充電控制步驟，根據輸入信號控制器判斷電容C3的電壓低于超級電容C1的充電電壓時，執行電容C3充電步驟并保持電子開關M1呈關斷狀等待，且根據輸入信號控制器判電容C3的電壓升至超級電容C1的充電電壓時，接通電子開關M1執行超級電容C1充電步驟。

對應該充電方法，本發明提供一種超級電容充電實現系統，包括控制器，電源及與電源相并聯的電容C3和超級電容C1，且電容C3與超級電容C1之間設有電子開關M1；各電容正極設為電壓檢測點，輸入連至控制器，且控制器的一個輸出控制端與電子開關M1相連。