CN104218647B - 超级电容充电器并联使用控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超级电容充电器并联使用控制方法，首先在超级电容器的两端分别并联n个超级电容充电器Pi；其次在每个超级电容充电器中安装一个控制器；每个控制器中预设启动电压Ustart、超级电容器两端的端电压与启动电压之间压差ΔU和超级电容器的最大容量；第三当P0检测到超级电容器两端的端电压U0≤Ustart时启动P0，否则判断Pi检测到端电压是否满足Ui≤Ustart+ΔU，满足则继续判断Ui>Umin是否满足，满足启动Pi，最后当超级电容器的容量等于最大容量时，结束充电。该方法实现了将不具备均流控制和通讯功能的超级电容充电器进行两级及以上的并联运行，增加了充电功率，缩短充电时间，提高了充电效率。

Description

超级电容充电器并联使用控制方法

技术领域

本发明涉及超级电容器，具体指超级电容充电器并联使用控制方法。

背景技术

超级电容器又叫双电层电容器，是一种新型储能装置，与传统的储能设备相比具有充电电流大、充电时间短、大电流放电能力强、使用寿命长、温度特性好、绿色环保无污染等特点。近年来，在交通、电力、医药以及国防工业等领域得到广泛使用，而且随着研究的深入，其性能将不断提高，应用范围也将越来越广。

既为储能装置，则需要有与其配套使用的充电装置。由于超级电容所具有的上述特性，其充电装置也与电池超级电容充电器不同，根据能量守恒定律，由于充电时间很短，所以要求超级电容充电器的输出功率相对较大，但是由于成本和技术的原因，超级电容充电器的功率不可能无限制增大，采用超级电容充电器并联工作的方法则成为一种必然的选择。

超级电容的寿命是以充放电次数来确定的，即超级电容的充放电次数是固定不变的，在相同时间内充放电次数越少，则其时间寿命越长。除了工作环境温度的影响外，如何减少充放电次数以延长使用时间是提高超级电容使用效率的关键。

目前，超级电容的充电方式主要有两种，即浮充和循环充电方式，两种方式各有优劣，适用于不同的场合，但都需要进行反复充电，充电电流的控制都是以超级电容的端电压为依据，即必须对超级电容端电压进行实时检测，具体方式就是当端电压低于某一设定值时，输出相应的电流对其进行充电。当两台或两台以上超级电容充电器在没有均流控制和相互通讯又需要并联工作时，由于不同的超级电容充电器检测到的超级电容端电压存在误差，则首先检测到端电压满足条件的超级电容充电器会率先启动，将导致端电压向满足超级电容充电器启动条件的反方向变化，使其他超级电容充电器永远达不到启动条件，从而始终只能有一台超级电容充电器工作，最终导致并联工作方式失败。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是实现超级电容充电器在没有均流控制和相互通讯的条件下对超级电容进行并联充电。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：超级电容充电器并联使用控制方法，包括如下步骤：

S1：在超级电容器的两端分别并联n个超级电容充电器P₀、P₁、P₂…P _i …P_n，i =1，2，…n；

S2：在每个超级电容充电器中安装一个控制器，该控制器用于控制超级电容充电器的启动和停止，还用于对超级电容的充电电流和端电压进行检测；在每个控制器中预设启动电压Ustart、超级电容器两端的端电压与启动电压之间压差ΔU和超级电容器的最大容量Cmax，ΔU>0；

S3：n个超级电容充电器P₀、P₁、P₂…P _i …P_n的启动过程具体如下，Umin为超级电容器两端的端电压在下降过程中的最小值：

1）令i= 0；

2）当第一个超级电容充电器P₀的控制器检测到超级电容器两端的端电压U₀≤Ustart时，启动第一个超级电容充电器P₀给超级电容器充电，否则执行步骤2）；

3）i= i+1，执行步骤4）；

4）当第i 个超级电容充电器P _i 的控制器检测到超级电容器两端的端电压U_i≤Ustart+ΔU时，执行步骤5）；否则返回步骤1）；

5）当第i 个超级电容充电器P _i 的控制器检测到超级电容器两端的端电压U_i>Umin时，启动第i 个超级电容充电器P _i 给超级电容器充电，否则返回步骤1）；

6）当i=n 时，结束；

S4：判断超级电容器的容量C与最大容量 Cmax之间的关系，当C= Cmax时，控制器控制对应的超级电容充电器停止工作，充电结束。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明提供的控制方法由于设置了层级的超级电容充电器的启动条件，当第一个超级电容充电器满足条件启动后，还控制方法还会继续检测下一层启动条件是否满足，如果满足则启动并联的其他超级电容充电器，从而实现了将不具备均流控制和通讯功能的超级电容充电器进行两级及两级以上的并联运行，增加了充电功率，缩短超级电容器的充电时间，提高了充电效率。

2、该控制方法还解决大功率超级电容充电器的技术和成本问题，而且该控制方法技术风险低，实施简单，具有很强的实用性，市场空间大，具有较高的经济价值。

附图说明

图1为超级电容器并联充电控制原理。

图2为本发明控制方法的控制流程图。

图3为安装在超级电容充电器中的控制器的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2，超级电容充电器并联使用控制方法，包括如下步骤：

S1：在超级电容器的两端分别并联n个超级电容充电器P₀、P₁、P₂…P _i …P_n；

S2：在每个超级电容充电器中安装一个控制器，该控制器用于控制超级电容充电器的启动、停止以及电压电流进行控制，还用于对超级电容的充电电流和端电压进行检测；在每个控制器中预设启动电压Ustart、超级电容器两端的端电压与启动电压之间压差ΔU和超级电容器的最大容量Cmax，ΔU>0（可根据超级电容器的最大容量和超级电容充电器的功率即充电电流确定）；

S3：n个超级电容充电器P₀、P₁、P₂…P _i …P_n的启动过程具体如下，Umin为超级电容器两端的端电压在下降过程中的最小值：

1）令i= 0；

2）当第一个超级电容充电器P₀的控制器检测到超级电容器两端的端电压U₀≤Ustart时，启动第一个超级电容充电器P₀给超级电容器充电，否则执行步骤2）；

3）i=i+1，执行步骤4）；

4）当第i 个超级电容充电器P _i 的控制器检测到超级电容器两端的端电压U_i≤Ustart+ΔU时，执行步骤5）；否则返回步骤1）；

5）当第i 个超级电容充电器P _i 的控制器检测到超级电容器两端的端电压U_i>Umin时，启动第i 个超级电容充电器P _i 给超级电容器充电，否则返回步骤1）；

6）当i=n 时，结束；

S4：判断超级电容器的容量C与最大容量 Cmax之间的关系，当C= Cmax时，控制器控制对应的超级电容充电器停止工作，充电结束。

如图1所示，P₀、P₁、P₂…P _i …P_n分别为相互并联的充电器在t₀时刻检测到的超级电容器两端的端电压，当第一个充电器P₀检测到超级电容器两端的端电压小于或等于启动电压Ustart，第一个充电器P₀启动，当P₀启动后，超级电容器两端的端电压不再下降开始回升，超级电容充电器P _i 检测到超级电容两端的端电压下降趋势改变后，将进一步对检测到的超级电容两端的端电压与Ustart进行比较，如果其差值小于等于△U，则还需要再进一步比较超级电容两端的端电压与端电压下降过程中的最小值之间的关系，当超级电容两端的端电压大于端电压下降过程中的最小值时，确定为符合启动条件，启动P _i 。

参见图3，安装在超级电容充电器内的控制器的工作原理：超级电容器、功率输出控制和控制开关K1依次连接形成超级电容器充电回路，在超级电容器充电回路中连接控制器，控制器具有电压信号控制输出端，电流信号控制输出端及与超级电容负极连接的输出端，电压信号控制输出端和电流信号控制输出端分别与功率输出控制对应的电压信号控制信号输入端和电流控制信号输入端连接，控制开关K1与超级电容器的正极之间设有互感器和用于测量超级电容器端电压的电压计，所述互感器的信号输出端与控制器的电流信号输入端连接，电压计的电压信号输出端与控制器的电压信号输入端连接。控制器还具有一个与超级电容器负极连接的输出端，控制器与超级电容器负极之间还连接有输出控制的开关K2。控制器根据反馈回来的电压信号和电流信号控制功率输出控制部分输出适当的功率为超级电容器充电。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.超级电容充电器并联使用控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：在超级电容器的两端分别并联n个超级电容充电器P₁、P₂…P _i …P_n，i =1，2，…n；

S2：在每个超级电容充电器中安装一个控制器，该控制器用于控制超级电容充电器的启动和停止，还用于对超级电容的充电电流和端电压进行检测；在每个控制器中预设启动电压Ustart、超级电容器两端的端电压与启动电压之间压差ΔU和超级电容器的最大容量Cmax，ΔU>0；

S3：n个超级电容充电器P₁、P₂…P _i …P_n的启动过程具体如下，Umin为超级电容器两端的端电压在下降过程中的最小值：

1）令i =1；

2）当第一个超级电容充电器P₁的控制器检测到超级电容器两端的端电压U₁≤Ustart时，启动第一个超级电容充电器P₁给超级电容器充电，否则执行步骤2）；

3）i= i+1，执行步骤4）；

4）当第i 个超级电容充电器P _i 的控制器检测到超级电容器两端的端电压U_i≤Ustart+ΔU时，执行步骤5）；否则返回步骤1）；

5）当第i 个超级电容充电器P _i 的控制器检测到超级电容器两端的端电压U_i>Umin时，启动第i个超级电容充电器P _i 给超级电容器充电，否则返回步骤1）；

6）当i=n 时，结束；

S4：判断超级电容器的容量C与最大容量 Cmax之间的关系，当C= Cmax时，控制器控制对应的超级电容充电器停止工作，充电结束。