[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于高比能鋰電子電容器的電源成組系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110378323.4
• 申請(qǐng)日: 2021-04-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113178902B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭俊生;孫晗斌;于冬銘;張璐瑤;宋與非;辛亞行
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02J7/00
• 分類(lèi)號(hào): H02J7/00;H02J7/34
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 孫永申

1.一種基于高比能鋰電子電容器的電源成組系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：

串聯(lián)鋰離子電容器系統(tǒng)的荷電狀態(tài)估計(jì)模塊，用于針對(duì)高比能鋰離子電容器，通過(guò)SOC分區(qū)和數(shù)據(jù)融合的方法估計(jì)出對(duì)應(yīng)的荷電狀態(tài)；

高比能鋰離子電容器成組后的均衡控制模塊，包括基于Buck-Boost變換器的二級(jí)均衡電路結(jié)構(gòu)以及能夠?qū)崿F(xiàn)均衡電路可調(diào)電流的模糊控制器結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)鋰離子電容器組在任意狀態(tài)下的工作狀態(tài)按照要求運(yùn)行；

所述的針對(duì)高比能鋰離子電容器，通過(guò)SOC分區(qū)和數(shù)據(jù)融合的方法估計(jì)出對(duì)應(yīng)的荷電狀態(tài)的過(guò)程具體包括：利用算法針對(duì)高比能鋰離子電容器構(gòu)建所對(duì)應(yīng)的電池模型，基于該模型估計(jì)動(dòng)態(tài)量之后，根據(jù)動(dòng)態(tài)量估計(jì)值對(duì)SOC分區(qū)估計(jì)，得到對(duì)應(yīng)的荷電狀態(tài)；

所述的根據(jù)動(dòng)態(tài)量估計(jì)值對(duì)SOC分區(qū)估計(jì)的過(guò)程依據(jù)鋰離子電容器的電化學(xué)特征，在電容特性占主導(dǎo)地位的區(qū)間，使用擴(kuò)展卡爾曼濾波法進(jìn)行估計(jì)；在電池特性占主導(dǎo)地位的區(qū)間，使用安時(shí)法進(jìn)行估計(jì)，具體為：SOC在20-80％的區(qū)間使用安時(shí)法，在SOC于3-20％和80-100％的區(qū)間使用擴(kuò)展卡爾曼濾波法進(jìn)行估計(jì)；

所述的模糊控制器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)均衡電路可調(diào)電流的過(guò)程具體包括：將精確的輸入值轉(zhuǎn)換為模糊值，然后將模糊值發(fā)送到推理機(jī)，并根據(jù)控制規(guī)則表進(jìn)行處理，最后將結(jié)果輸入到解模糊器并將其轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)確值，對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行控制用于調(diào)節(jié)均衡電路的電流大小；

所述的控制規(guī)則表為：

當(dāng)兩電容器的SOC差值和SOC均值都大于對(duì)應(yīng)閾值時(shí)，采用設(shè)定范圍內(nèi)的電流進(jìn)行均衡；

當(dāng)SOC差值和SOC均值都小于對(duì)應(yīng)閾值時(shí)，采用小于設(shè)定值的均衡電流，以防止過(guò)度均衡；

當(dāng)SOC差值小于對(duì)應(yīng)閾值和SOC均值大于對(duì)應(yīng)閾值時(shí)，采用小于設(shè)定值的均衡電流，以在保證均衡速度的前提下防止過(guò)度均衡；

當(dāng)SOC差值和SOC均值都小于更小的對(duì)應(yīng)閾值時(shí)，采用大于設(shè)定值的均衡電流以加快電容器的均衡過(guò)程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高比能鋰電子電容器的電源成組系統(tǒng)，其特征在于，所述的電池模型為一階RC模型，針對(duì)所述電池模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)量估計(jì)的方法為帶遺忘因子的遞推最小二乘法，所述動(dòng)態(tài)量包括依據(jù)端電流端電壓估計(jì)極化現(xiàn)象帶來(lái)的四個(gè)動(dòng)態(tài)量：電池極化內(nèi)阻R_d、電池極化電容C_d、RC環(huán)節(jié)壓降U_d和電池開(kāi)路電壓U_OC。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高比能鋰電子電容器的電源成組系統(tǒng)，其特征在于，所述的基于Buck-Boost變換器的二級(jí)均衡電路結(jié)構(gòu)包括第一MOS管、第二MOS管、第一單體二極管、第二單體二極管、電感和電阻，所述第一MOS管和所述第二MOS管各自經(jīng)并聯(lián)連接的所述電感和電阻后與各自對(duì)應(yīng)的鋰離子電容器形成閉環(huán)回路，所述第一MOS管和所述第二MOS管自身還各自經(jīng)另一支路與所述第一單體二極管和所述第二單體二極管對(duì)應(yīng)相并聯(lián)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于高比能鋰電子電容器的電源成組系統(tǒng)，其特征在于，該均衡電路結(jié)構(gòu)的均衡電流，其對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)描述公式為：

式中，i_max為均衡電流，V1為第一MOS管電壓，R₀和L分別為等效電阻和電容，t_on為第一MOS管的閉合時(shí)間。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高比能鋰電子電容器的電源成組系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括控制器，用于整體控制所述串聯(lián)鋰離子電容器系統(tǒng)的荷電狀態(tài)估計(jì)模塊和高比能鋰離子電容器成組后的均衡控制模塊，所述的控制器包括MCU、電壓電流傳感器以及均衡控制電路模塊，其中，所述MCU，用于通過(guò)CAN傳輸SOC的相關(guān)數(shù)據(jù)至車(chē)輛主控制器，所述電壓電流傳感器，用于采集鋰離子電容器單體的電壓電流信號(hào)以輔助所述串聯(lián)鋰離子電容器系統(tǒng)的荷電狀態(tài)估計(jì)模塊實(shí)現(xiàn)SOC估計(jì)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高比能鋰電子電容器的電源成組系統(tǒng)，其特征在于，該基于高比能鋰電子電容器的電源成組系統(tǒng)應(yīng)用于48V汽車(chē)啟停電源成組設(shè)計(jì)中。