[發明專利]一種具有自匹配功能的低功耗超級電容器系統

有效

• 申請號: 201610113826.8
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105576796B
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 阮殿波;崔文峰;傅冠生;余為俊;應造時;傅博宇
• 申請（專利權）人: 寧波中車新能源科技有限公司
• 主分類號: H02J7/34
• 分類號: H02J7/34
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 張向飛

本發明公開了一種具有自匹配功能的低功耗超級電容系統，包括若干超級電容器，若干放電回路，電壓檢測模塊和控制器，通過控制器和電壓檢測模塊對超級電容器的工作狀態進行監控和運算，來調整與超級電容器連接的放電回路，有效實現串聯的超級電容器組的自匹配低功耗控制；具有自匹配功能的低功耗超級電容器系統的制造成本低，運行損耗小，超級電容器的最高運行電壓一致，系統壽命高，可靠性強。

技術領域

本發明涉及超級電容器系統，具體涉及一種具有自匹配功能的低功耗超級電容器系統。

背景技術

超級電容器是一種介于傳統電容器與電池之間，具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原假電容。電荷存儲電能；但是在其儲能的過程并不發生化學反應，這種儲能過程是可逆的，也正因為此超級電容器可以反復充放電數十萬次，其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質組成的雙電層結構獲得超大的容量；其具有能量密度高，使用壽命長，工作溫度范圍寬等技術特點，在軌道交通，特種電源和軍工設備等領域都得到了應用。

單個超級電容器的輸出電壓一般低于3.0V，無法直接應用在需要高電壓的工業應用領域；在實際工程應用中，通常將超級電容器單體進行串聯，提升超級電容器系統的使用電壓，在一些高功率應用場合，還可再通過并聯的方式提升超級電容器系統的輸出功率；然而，串聯后的超級電容器存在均壓問題；串聯后的超級電容器間的電容容值不同，等效并聯放電電阻不同，在超級電容器系統工作時組內的超級電容器單體電壓會存在一定的偏差，且電壓偏差隨著工作時間的增加而增大；對于超級電容器而言，工作電壓每上升0.1V，工作壽命就會降低一半，使得成本大大增加；因此，如何平衡串聯超級電容器單體間的電壓成為了超級電容器應用的關鍵技術。

發明專利CN101060253A可充電電池監控及平衡電路公開了平衡電路、電子設備及平衡多個電池的電壓的方法；該方法在每一個電池上設置監控電路，當兩個電池的電壓差大于電池平衡門限時，平衡電路提供一個平衡信號，控制放電電路對電池單體進行放電；但是，當上述電壓平衡技術存在以下問題：

1、 門限電壓不適合超級電容器單體電壓調節。超級電容器在充放電過程中，電壓幅值的變化量遠大于電池單體的電壓變化量。若超級電容器單體的電壓差門限值較低，則放電電路長期工作，造成系統的能量浪費以及器件壽命的降低；電壓差門限值較高，則放電電路基本失效，無法完成電壓平衡任務。

2、不具備自調整功能。隨著電容器等動力電池的持續使用，動力電池間的電參數將產生差異化。若始終針對出廠參數進行控制，可能導致參數失配，引起超級電容器等動力電池提前失效。

發明內容

本發明提供一種具有自匹配功能，實現實時自匹配參數優化功能的低功耗超級電容器系統。

本發明通過以下技術方案實現：一種具有自匹配功能的低功耗超級電容器系統，包括若干超級電容器，若干放電回路，電壓檢測模塊和控制器，所述超級電容器與所述放電回路連接，每個超級電容器連接一個放電回路，所述超級電容器串聯組成超級電容器組；所述電壓檢測模塊連接所述超級電容器組，用于對超級電容器工作電壓進行檢測；所述電壓檢測模塊還連接所述控制器，用于上傳檢測數據；所述控制器與若干放電回路連接，通過檢測到的數據計算調節放電回路來實現超級電容器的低功耗均壓控制；所述電壓檢測模塊包括模數轉換模塊和信號傳輸模塊，所述模數轉換模塊用于對超級電容器工作電壓進行檢測，所述信號傳輸模塊用于將檢測數據傳輸到控制器；所述超級電容器為電化學雙電層電容器；所述放電回路包括若干開關和若干電阻，通過改變開關的開通占空比實現放電功率的控制；所述電阻為放電電阻。

一種具有自匹配功能的低功耗超級電容器系統的控制方法，步驟如下：

A）電壓檢測模塊檢測超級電容器兩端的電壓，當檢測到一次完整的充電過程結束后，控制器計算每個超級電容器的電壓變化量，并根據電壓變化量計算得到超級電容器組的電容容值比；