[發明專利]超級電容與儲能單元的充放電控管電路及其方法

無效

• 申請號: 201210574420.1
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103187756A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 周憲忠;楊亮達
• 申請（專利權）人: 瑞能儲電科技股份有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 任默聞

技術領域

本發明為一種超級電容與儲能單元的充放電控管電路，特別是指一種兼具串級式充電控管模式、放電控管模式與回充控管模式切換功能，以及并聯式充放電控管模式切換功能的控管電路。

背景技術

所謂超級電容，其特色是除了本身容量大以外，可以將相當大的電能暫時儲存，不但具可逆性，且可以在短時間內作儲存能量與釋放能量的動作，是一功率密度高、能量密度低的蓄能元件，近年來更有一種新型的混合超級電容電池已兼具電池的功能與特性；相較于超級電容，一般的儲能單元無法承受短時間內的大電流充電的能量儲存與大電流電能的釋放，且功率密度低、能量密度高，兩者各自擁有它們的優缺點。

這兩者之間的互補特性，早已為大眾所熟悉，市面上也有不少兩者互相搭配應用的技術，而這些相關技術大致上可以分做兩類。第一類是將超級電容與儲能單元做并聯式（Parallel?Mode）的應用，亦即將兩者的互補特性，通過一控制單元來做選擇，視當時的使用情況來取最適當的供電模式，用儲能單元進行供電，或是經由超級電容將不穩定電力源的電力做暫存后再供應，將所欲瞬間啟動運轉大電流供電或常規運轉供電的目標做最有效的使用（如各式各樣的馬達），屆時達到靈活運用兩者優點的目的；第二類則是將超級電容與儲能單元做串級式（Cascade?Mode）的應用，亦即經由超級電容收集間歇性電力源來對儲能單元進行充電，而儲能單元再對負載裝置做供電的動作，此時超級電容扮演著輔助儲能單元充電的角色，可以避免間歇性電力源對儲能單元直接造成的傷害，此功能為一保護充電作用。

然而，以上兩類應用技術雖然兼具創新與實用上的特色，卻不見其全面性與多元化的發展，在兩者之間的搭配技術與應用電路的設計上實有創新與躍進的空間。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的即是提供一種超級電容與儲能單元的充放電控管電路，其中該超級電容與儲能單元的串級式充電控管電路不但做到了串級模式的保護充電功能，更提供了智能型并聯供電功能的選擇。本發明設計出的一種超級電容與儲能單元的充放電控管電路，其主要包括有至少一電力源、至少一超級電容、一充放電控管電路、至少一儲能單元；其中該充放電控管電路包括有一控制單元、至少一路徑切換單元、一儲能單元狀態感測電路與一超級電容狀態感測電路；而該路徑切換單元包括有至少一共同連接端、至少一充電路徑連接端、至少一放電路徑連接端，此控制單元同時兼具保護充電與并聯供電的切換功能。在不同實施例中，此超級電容狀態感測電路與儲能單元感測電路也可以設置在本發明的充放電控管電路之外，然后電連接至充放電控管電路，在此并不局限。

該充放電控管電路中的控制單元可以根據電力源供電的狀態、超級電容或儲能單元所儲存的電能狀態，以及負載需求電流量大小的變化狀態，進而指示路徑切換單元做出相對應的路徑選擇。

第一種路徑選擇是充電控管模式切換功能，此時常態電力源（如：市電、發電機發電）或是間歇不穩定電力源（如：剎車、下坡、強弱不穩定風力電力源等）將先經由超級電容再供應電能至儲能單元，超級電容所扮演的即是輔助性充電的重要角色，并同時保護儲能單元免于被電力源的電能直接傷害，隨后儲能單元再將傳送過來的電能供應至負載裝置。經過超級電容而放電的電流，對于交流電及直流電中的電波、電頻、電磁均有杰出的自動調整作用，應對充電時被充電的儲能單元（電池）產生的內阻減低有幫助，有利充電的進行。

第二種路徑選擇是放電控管模式切換功能，依負載需求的電流量大小分別選擇。

1.超級電容徑予單獨放電—在電力源可源源不絕的供應電能的前提下，儲能單元已充飽電能，超級電容不至于閑置，而浪費來自于電力源所供應的電力。

2.儲能單元單獨放電—在電力源已停止供電或超級電容儲蓄電量不足持續供應負載的需求，且負載需求電流量較小。

3.超級電容單獨放電—在負載需求電流量中等，但超逾儲能單元單獨放電的供應能力時，由超級電容單獨放電。

4.并聯放電—在負載需求電流量較大，需集合儲能單元與超級電容共同協力供應放電時。

第三種路徑選擇是回充控管模式切換功能，當超級電容接受來自于電力源的電能不穩定或電力源已中止供電，而超級電容內儲存的電能已釋放至預設下限值，超級電容與儲能單元的角色在此時將做互換，變成儲能單元對超級電容輔助性充電，以保障超級電容隨時有適量的電能儲存，以備若需要大電流時超級電容再將傳送過來的電能供應至負載裝置；而若需要更大電流時，超級電容與儲能單元更包含并聯的狀態，以利待命執行有更大電流放電需求時的共同供電放電給負載裝置使用的任務。