CN107181301A - 一种多串锂离子超级电容组均衡管理方法 - Google Patents

一种多串锂离子超级电容组均衡管理方法 Download PDF

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安石峰
张建
方城杰
余洋
黄家俊
王婷
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Shanghai Power Energy Storage Battery System Engineering Technology Co ltd
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明公开了一种多串锂离子超级电容组均衡管理方法，该方法包含以下步骤：S1，对所述的多串锂离子超级电容组进行充电，当其中一锂离子超级电容单体达到满充状态时，分别记录其他锂离子超级电容单体的电压值和系统功率，确定各个锂离子超级电容单体的荷电状态；S2，通过计算每个锂离子超级电容单体的容量和荷电状态，得到各个锂离子超级电容单体同时达到满充所需的最小均衡电量；S3，根据设定的均衡电流得到对应锂离子超级电容单体所需的均衡时间；S4，所述的锂离子超级电容单体达到均衡状态后，将所有锂离子超级电容单体达到满充的电量差值均衡成一致。

Description

一种多串锂离子超级电容组均衡管理方法
技术领域
本发明特别涉及一种多串锂离子超级电容组均衡管理方法。
背景技术
锂离子超级电容作为功率电源应用在储能系统上，具有很高的功率密度，非常短的充放电时间，极长的循环寿命以及高可靠性。 实际使用中，需要大量单体电容进行串并联组合。由于单体电容在制造过程中存在差异（制造工艺、筛选工艺、配组方法等），使用过程中存在差异(模组内温度场、单体并接分流不均、充放电效率、自放电率等)，不一致性会逐渐表现出来，在不加外部措施的条件下，不一致性会越来越大，进而会影响到电容系统的整体性能进一步下降。由于各单体电容之间参数的离散性，以及在长期使用过程中，各单体的物理参数会发生不同程度的改变，从而导致各单体电容电压变化速度不同，即在充电过程中，同一 串联组中有的单体电压上升快，有的单体电压上升慢，从而导致有的单体先充满，如继续充电就会产生过充现象。同理，放电过程中也可能会产生过放现象。这种过充或过放现象，会严重影响锂离子超级电容器的使用寿命和系统的稳定性。
传统的多串锂离子超级电容组均衡管理方法存在如下不足之处：
1）均衡期间需要静置或小电流充电；
2）没有考虑充放电流对电压采集的影响，在动态工作情况下容易判断错误，反复来回均衡，做无效功；
3）没有记录均衡工作时间，不利于长期跟踪维护。
发明内容
本发明的目的是提供一种多串锂离子超级电容组均衡管理方法，利于锂离子超级电容本身容量小循环次数多的特点，通过系统满充满放在描述单体差异的时候应按照单体容量差异和所处的荷电状态来启动均衡。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种多串锂离子超级电容组均衡管理方法，其特点是，该方法包含以下步骤：
S1，对所述的多串锂离子超级电容组进行充电，当其中一锂离子超级电容单体达到满充状态时，分别记录其他锂离子超级电容单体的电压值和系统功率，确定各个锂离子超级电容单体的荷电状态；
S2，通过计算每个锂离子超级电容单体的容量和荷电状态，得到各个锂离子超级电容单体同时达到满充所需的最小均衡电量；
S3，根据设定的均衡电流得到对应锂离子超级电容单体所需的均衡时间；
S4，所述的锂离子超级电容单体达到均衡状态后，将所有锂离子超级电容单体达到满充的电量差值均衡成一致。
所述的步骤S1之前还包含：
S0，采集各个锂离子超级电容单体的电压值、荷电状态和多串锂离子超级电容组运行电流。
所述的步骤S2中通过查找每个锂离子超级电容单体的荷电状态信息，确定各个锂离子超级电容单体的荷电状态。
所述的步骤S4后还包含：
S5，根据各个锂离子超级电容单体的均衡电量分布，比较各个锂离子超级电容单体的平均均衡电量。
所述的步骤S3中在得到对应均衡时间后，还包含记录各个锂离子超级电容单体所需的均衡时间这一步骤。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、没有静置要求，充分利用均衡能力；由于采用各锂离子超容单体的荷电状态作为均衡判断依据，而非用电容串内电压差作为均衡判断依据的传统方式，这样即使电容在充放电过程中由于电流波动产生电压波动进而产生了电压差波动，同样可以进行均衡，在电容的整个循环过程中都可以做均衡。
2、正确开启均衡，减少反复来回均衡，提供系统运行效率；采用计算各锂离子超容单体的容量和荷电状态控制均衡时间，参照均衡的效果来调整均衡时间，均衡效果按照电容在整个循环的数据来评估。相比只用某一时段或某一刻的电压差值来决定均衡时间以及没有均衡效果反馈的传统方式，本发明更能针对电容状态有效控制均衡时间，避免过度均衡而导致反复来回均衡。
3、能够筛选出不匹配模组的锂离子超容单体，方便后期维护。由于将所有单体达到满充的电量差值均衡成一致，可以根据均衡电量分布，找与平均电量差异较大锂离子超容单体，筛选出模组内不匹配的单体进行维护。
附图说明
图1为本发明一种多串锂离子超级电容组均衡管理方法的流程图；
图2为本发明一种多串锂离子超级电容组的采集系统图；
图3为计算各单体的容量和荷电状态的示意图；
图4为计算各单体所需均衡电量的示意图；
图5为所有单体同时达到满充状态的示意图；
图6为统计均衡量的示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种多串锂离子超级电容组均衡管理方法，该方法包含以下步骤：
S1，对所述的多串锂离子超级电容组进行充电，当其中一锂离子超级电容单体达到满充状态时，分别记录其他锂离子超级电容单体的电压值和系统功率，确定各个锂离子超级电容单体的荷电状态；参见图2，均衡模块通过A/D转换，采集各单体超级电容的电压值，并通过通信总线传递至主控模块；主控模块在获得单体超容的电压值的同时采集系统电流。
S2，通过计算每个锂离子超级电容单体的容量和荷电状态，得到各个锂离子超级电容单体同时达到满充所需的最小均衡电量；参见图3、4；
S3，根据设定的均衡电流得到对应锂离子超级电容单体所需的均衡时间；
S4，所述的锂离子超级电容单体达到均衡状态后，即当达到启动均衡条件(均衡条件：单体最高电压与单体最低电压差值大于设定值)后，执行被动均衡(被动均衡：通过耗散回路来消耗多余的容量，该耗散回路受开关控制)，将所有锂离子超级电容单体达到满充的电量差值均衡成一致，参见图5、6。
在具体实施例中，上述的步骤S1之前还包含：
S0，采集各个锂离子超级电容单体的电压值、荷电状态和多串锂离子超级电容组运行电流。
所述的步骤S2中通过查找每个锂离子超级电容单体的荷电状态信息，确定各个锂离子超级电容单体的荷电状态，其中锂离子超级电容的 SOC曲线近似为一组二维线性簇，SOC （State of Charge）在 0%-100% 区间范围内电压基本是根据不同的工作电流I线性递增的，因此可以采用实时电压检测方式判断出锂离子超级电容单体之间的容量差异，对其进行均衡操作。
在具体实施例中，上述的步骤S4后还包含：S5，根据各个锂离子超级电容单体的均衡电量分布，比较各个锂离子超级电容单体的平均均衡电量，找与平均电量差异较大锂离子超容单体，筛选出模组内不匹配的单体进行维护。
上述的步骤S3中在得到对应均衡时间后，还包含记录各个锂离子超级电容单体所需的均衡时间这一步骤。
综上所述，本发明一种多串锂离子超级电容组均衡管理方法，利于锂离子超级电容本身容量小循环次数多的特点，通过系统满充满放在描述单体差异的时候应按照单体容量差异和所处的荷电状态来启动均衡。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种多串锂离子超级电容组均衡管理方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：
S1，对所述的多串锂离子超级电容组进行充电，当其中一锂离子超级电容单体达到满充状态时，分别记录其他锂离子超级电容单体的电压值和系统功率，确定各个锂离子超级电容单体的荷电状态；
S2，通过计算每个锂离子超级电容单体的容量和荷电状态，得到各个锂离子超级电容单体同时达到满充所需的最小均衡电量；
S3，根据设定的均衡电流得到对应锂离子超级电容单体所需的均衡时间；
S4，所述的锂离子超级电容单体达到均衡状态后，将所有锂离子超级电容单体达到满充的电量差值均衡成一致。
2.如权利要求1所述的多串锂离子超级电容组均衡管理方法，其特征在于，所述的步骤S1之前还包含：
S0，采集各个锂离子超级电容单体的电压值、荷电状态和多串锂离子超级电容组运行电流。
3.如权利要求1所述的多串锂离子超级电容组均衡管理方法，其特征在于，所述的步骤S2中通过查找每个锂离子超级电容单体的荷电状态信息，确定各个锂离子超级电容单体的荷电状态。
4.如权利要求1所述的多串锂离子超级电容组均衡管理方法，其特征在于，所述的步骤S4后还包含：
S5，根据各个锂离子超级电容单体的均衡电量分布，比较各个锂离子超级电容单体的平均均衡电量。
5.如权利要求1所述的多串锂离子超级电容组均衡管理方法，其特征在于，所述的步骤S3中在得到对应均衡时间后，还包含记录各个锂离子超级电容单体所需的均衡时间这一步骤。
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