CN105743202B - 一种具有自匹配功能的超级电容器单体 - Google Patents

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宋文权
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Abstract

本发明公开了一种具有自匹配功能的超级电容器单体，包括超级电容器本体，并联充放电回路以及自匹配控制器；自匹配控制器通过电子线载波通信，实时获取超级电容器系统的工作信息，进而计算超级电容器单体的最优工作参数，从而控制并联充放电回路的工作曲线，使更换的超级电容器单体的外特性与系统中其它串联的超级电容器单体保持基本一致，进而优化超级电容器单体和超级电容器系统的可靠性及其使用寿命。

Description

一种具有自匹配功能的超级电容器单体
技术领域
本发明涉及超级电容器系统，具体涉及一种具有自匹配功能的超级电容器单体。
背景技术
近年来，环境危机日益加剧，大气污染已经严重影响了人们的生活；因此推广新能源汽车已经成为各国政府改善环境问题的一大重要手段；而国家规定对于新能源汽车的动力电池、电机、电控等关键零部件需提供不低于5年或10万公里的质保。
如今，受限于工作原理、材料、工艺等问题，蓄电池以及锂电池很难满足5年或者10万公里的质保；相较于传统电池技术，超级电容器具有使用寿命长、能量密度大、工作问题范围宽等技术特点在汽车领域得到了应用；超级电容器是一种介于传统电容器与电池之间，具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容。电荷存储电能；但是在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
但是，超级电容器单体组成储能系统后，超级电容器单体的容值、内阻、漏电电阻等电性能参数呈现出分布特性；若串联的超级电容器组内的其中一个电容器单体因使用不当出现提前失效现象，该电容器的容值将发生电容容值降低，漏电流增加等情况，进而影响整个系统的正常工作。
为了确保储能装置能长久可靠运行，必须对失效的电容器进行替换；若采用全新的超级电容器单体替换失效电容器，则会出现下述情况：新的超级电容器单体Cn的漏电流会明显低于其它超级电容器的漏电流；因此，当储能装置使用后，新超级电容器单体Cn的电压将显著高于其它超级电容器单体；超级电容器的相关理论显示，电容器单体的电压每提高0.1V，寿命降低一半；因此，新单体可能再度出现提前失效的情况。
针对电容器参数不匹配引发的提前失效问题，常用技术手段是通过生产工艺控制确保电容器的一致性的同时，在产品出厂前进行电容器参数匹配，将电性能一致的电容器串联成超级电容器模组。
但是，该方法应用于单个失效电容器单体的替换时，首先需要获得组内其它超级电容器的老化参数；然后根据上述参数，计算所需超级电容器单体的参数；最后，从已有的超级电容器单体中选出相匹配的电容器，若参数失配严重，则需要根据参数定制一个电容器。该方法存在下述问题：测试手段复杂。为了获得串联电容器中各个电容器的参数，需要将整个超级电容器系统拆卸，返厂，测量；且维修周期长。超级电容器系统的重量较大，若需要返厂测试参数，可能带来维修周期偏长的问题；而且生产成本高；根据老化参数，定制一个超级电容器的成本很高，工艺难度大。
发明内容
本发明提供一种能解决更换单个超级电容器单体时存在的电容器参数失配引发的电容器失效问题的具有自匹配功能的超级电容器单体。
本发明通过以下技术方案实现：一种具有自匹配功能的超级电容器单体，包括超级电容器本体、自匹配控制器、并联充放电回路；所述超级电容器本体与并联充放电回路连接，所述并联充放电回路连接自匹配控制器；所述自匹配控制器包括运算模块和通信电路，所述运算模块用于接收和计算系统运行信息和系统中各个超级电容器的容值和漏电流速率并控制并联充放电回路；所述通信电路用于电力线载波通信；所述并联充放电回路用于改变超级电容器的外部电气特性；所述超级电容器本体为双电层电容器；所述并联充放电回路包括若干电阻与若干开关，为能耗型放电回路；所述电阻为功率电阻；所述并联充放电回路是双向功率变换器组成的能量转移型充放电回路。
一种具有自匹配功能的超级电容器单体的自匹配方法，其特征在于步骤如下：A）运算模块通过通信电路的电子线载波通信从储能系统中接收系统运行的信息，得到当前系统中各个超级电容器单体的容值和漏电流速率；
B）运算模块通过各个超级电容器单体的容值和漏电流速率计算得到系统的总电容值Ct以及系统的总等效并联电阻Rp；
C）将计算得到的总等效并联电阻Rp除以总电容容值Ct从而得到比例系数k；
D）将超级电容器单体的标称电容值Cs乘以比例系数k从而得到目标等效并联电阻Rd；
E）将目标等效并联电阻Rd减去替换后的超级电容单体的等效电阻Rs从而得到并联放电回路的等效放电电阻Rdp；
F）根据并联放电回路的等效放电电阻Rdp计算得到受控放电单元的开关管占空比d，通过计算得到的开关管占空比d来调整并联放电回路的开关管占空比使得替换后的超级电容器单体的运行电压能与其它串联的超级电容器单体的电压保持一致。
本发明集成超级电容器本体，并联充放电回路以及自匹配控制器；自匹配控制器通过电子线载波通信，实时获取超级电容器系统的工作信息，进而计算超级电容器单体的最优工作参数，从而控制并联充放电回路的工作曲线，使更换的超级电容器单体的外特性与系统中其它串联的超级电容器单体保持基本一致，进而优化超级电容器单体和超级电容器系统的可靠性及其使用寿命。
本发明的有益之处在于：1）简化超级电容器的维护流程，缩短了维修时间，通过自匹配功能，实现失效超级电容器单体的直接更换，无需返厂维修；2）实现超级电容器的实时监控，超级电容器单体设置控制器能实时检测超级电容器单体的工作状态，并通过控制器内的通信电路传输数据，为系统的远程监控提供基础；3）将自匹配控制器和并联充放电回路集成到超级电容器单体中，结构小巧简单，有利于系统集成化；4）通过自匹配控制，使得超级电容器单体的运行电压与其他串联的超级电容器单体的电压保持基本一致，避免了因工作电压偏高引起的使用寿命下降问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的框示图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式，对本发明作进一步描述。
见图1至图2，一种具有自匹配功能的超级电容器单体，包括超级电容器本体、自匹配控制器、并联充放电回路；所述超级电容器本体与并联充放电回路连接，所述并联充放电回路连接自匹配控制器；所述自匹配控制器包括运算模块和通信电路，所述运算模块用于接收和计算系统运行信息和系统中各个超级电容器的容值和漏电流速率并控制并联充放电回路；所述通信电路用于电力线载波通信；所述并联充放电回路用于改变超级电容器的外部电气特性；所述超级电容器本体为双电层电容器；所述并联充放电回路包括若干电阻与若干开关，为能耗型放电回路；所述电阻为功率电阻；所述并联充放电回路是双向功率变换器组成的能量转移型充放电回路。
一种具有自匹配功能的超级电容器单体的自匹配方法，其特征在于步骤如下：A）运算模块通过通信电路的电子线载波通信从储能系统中接收系统运行的信息，得到当前系统中各个超级电容器单体的容值和漏电流速率；
B）运算模块通过各个超级电容器单体的容值和漏电流速率计算得到系统的总电容值Ct以及系统的总等效并联电阻Rp；
C）将计算得到的总等效并联电阻Rp除以总电容容值Ct从而得到比例系数k；
D）将超级电容器单体的标称电容值Cs乘以比例系数k从而得到目标等效并联电阻Rd；
E）将目标等效并联电阻Rd减去替换后的超级电容单体的等效电阻Rs从而得到并联放电回路的等效放电电阻Rdp；
F）根据并联放电回路的等效放电电阻Rdp计算得到受控放电单元的开关管占空比d，通过计算得到的开关管占空比d来调整并联放电回路的开关管占空比使得替换后的超级电容器单体的运行电压能与其它串联的超级电容器单体的电压保持一致。
本实施方式中，所述的自匹配控制器，包括运算器和通信电路；运算器通过电力线载波通信，从储能系统中接收系统运行信息，得到当前系统中各个超级电容器的容值和漏电流速率；经过控制运算，得到本超级电容器的漏电流目标速率，并控制相对应的并联充放电回路；最后，控制器将当前的电容器运行信息传输至系统的通讯总线。
本实施方式中，所述的并联充放电回路，可以为功率电阻与开关组成的能耗型放电回路，或者是双向功率变换器组成的能量转移型充放电回路；所述的并联充放电回路能够改变超级电容器的外部电气特性；所述超级电容器本体为双电层电容器。
本实施方式中，所述并联充分电回路为并联受控充放电回路，还包括受控放电单元。
本实施方式中，超级电容器单体的自匹配方法为运算器通过电力线载波通信，从储能系统中接收系统运行信息，得到当前系统中各个超级电容器的容值和漏电流速率；从而计算系统的总电容值Ct以及系统的总等效并联电阻Rp；将得到的总等效并联电阻Rp除以总电容容值Ct，得到比例系数k；将单体的标称电容值Cs乘以k，得到目标等效并联电阻Rd；将目标等效并联电阻Rd减去新单体的等效电阻Rs，得到并联放电回路的等效放电电阻Rdp；根据得到的并联等效放电电阻Rdp，反推受控放电单元的开关管占空比d；重复上述循环，不断地调整电容器单体的外部电气特性，发挥本发明的超级电容器的自匹配学习能力，最后可以确保超级电容器单体的外部电气特性与其他的超级电容器一致。
本实施方式中，具有自匹配功能的超级电容器单体，能够调整外部电气工作特性，有效匹配已有的超级电容器系统，从而提高单体的工作寿命，增强超级电容器系统的可靠性，从整体上优化超级电容器系统的使用寿命。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种具有自匹配功能的超级电容器单体，其特征在于：包括超级电容器本体、自匹配控制器、并联充放电回路；所述超级电容器本体与并联充放电回路连接，所述并联充放电回路连接自匹配控制器；所述自匹配控制器包括运算模块和通信电路，所述运算模块用于接收和计算系统运行信息和系统中各个超级电容器的容值和漏电流速率并控制并联充放电回路；所述通信电路用于电力线载波通信；所述并联充放电回路用于改变超级电容器的外部电气特性；所述超级电容器本体为双电层电容器；
所述并联充放电回路包括若干电阻与若干开关，为能耗型放电回路；
所述电阻为功率电阻；
所述并联充放电回路是双向功率变换器组成的能量转移型充放电回路；
所述具有自匹配功能的超级电容器单体采用以下控制方法，步骤为：
A)运算模块通过通信电路的电子线载波通信从储能系统中接收系统运行的信息，得到当前系统中各个超级电容器单体的容值和漏电流速率；
B)运算模块通过各个超级电容器单体的容值和漏电流速率计算得到系统的总电容值Ct以及系统的总等效并联电阻Rp；
C)将计算得到的总等效并联电阻Rp除以总电容容值Ct从而得到比例系数k；
D)将超级电容器单体的标称电容值Cs乘以比例系数k从而得到目标等效并联电阻Rd；
E)将目标等效并联电阻Rd减去替换后的超级电容单体的等效电阻Rs从而得到并联放电回路的等效放电电阻Rdp；
F)根据并联放电回路的等效放电电阻Rdp计算得到受控放电单元的开关管占空比d，通过计算得到的开关管占空比d来调整并联放电回路的开关管占空比使得替换后的超级电容器单体的运行电压能与其它串联的超级电容器单体的电压保持一致。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102832661A (zh) * 2012-08-06 2012-12-19 东南大学 一种新型串联超级电容器组动态均压装置
CN104410115A (zh) * 2014-11-18 2015-03-11 柳州市金旭节能科技有限公司 一种超级电容器模块开关电阻式电压均衡方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102832661A (zh) * 2012-08-06 2012-12-19 东南大学 一种新型串联超级电容器组动态均压装置
CN104410115A (zh) * 2014-11-18 2015-03-11 柳州市金旭节能科技有限公司 一种超级电容器模块开关电阻式电压均衡方法

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