[发明专利]用于使储能装置的电压稳定的设备和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年9月27日提交的题为“Device and Method for Stabilizing Voltage of Energy Storage(用于使储能装置的电压稳定的设备和方法)”的韩国专利申请第10-2010-0093207号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及用于使储能装置(energy storage)的电压稳定的设备和方法，更具体地，涉及用于其中组合软件控制方案和模拟电路控制方案来稳定地控制蓄电池或电容器的单元电池的电压而使储能装置的电压稳定的设备和方法。

背景技术

能量的稳定供给是诸如信息通信设备的各种电子产品中的一个重要因素。通常，该功能由电池来执行。近来，随着便携式设备使用的日趋增长，主要使用能够向设备提供能量而同时能够重复充电和放电数千次至几万次以上的蓄电池。

同时，作为蓄电池的典型实例，存在锂离子蓄电池。该锂离子蓄电池的优势在于其小且轻，且由于其高的能量密度而使得能够在长时间内执行稳定的电力供应，然而，锂离子蓄电池的局限性在于其具有低的瞬时输出、充电时间长并且由于低的功率密度而具有几千次量级的短的充电和放电寿命。

为了弥补锂离子蓄电池的局限性，人们已经将注意力集中在一种称作超级电容器(ultracapacitor)或超电容器(supercapacitor)的装置上。该装置具有快的充电和放电速度、高的稳定性以及环境友好特性，从而使其作为下一代储能装置具有显著的优势。上述的超级电容器或超电容器具有低于锂离子蓄电池的能量密度，但具有比锂离子蓄电池高几十至几百倍的功率密度，并且具有几十万次以上的充电和放电寿命以及具有可以仅在几秒内就可以完成充电的这样程度的快的充电和放电速度。

通常的超电容器由电极结构、隔离体(separator)、电解质溶液等构成。基于通过对电极结构施加电力而使得电解质溶液中的载体离子被选择性地吸收至电极的电化学反应机制来驱动超电容器。作为典型的超电容器，目前使用电偶层电容器(electric double layer capacitor，EDLC)、赝电容器(pseudocapacitor)、混合电容器等。

电偶层电容器是使用由活性碳制成的电极以及使用电偶层作为充电反应机构的超电容器。赝电容器是使用过渡金属氧化物或导电聚合物作为电极并使用赝电容作为反应机构的超电容器。混合电容器是特性介于电偶层电容器和赝电容器之间的超电容器。

作为储能装置的上述电池、蓄电池及电容器用于驱动各种电子应用产品。由于每个电池仅可以提供几伏特量级的低电压，所以为了使每个电池用作需要高电压的设备的能量源，需要使多个电池串联连接的模块化。

此外，在使用串联连接的单元电池作为能量源时，如果各个电池不一致地进行操作，则模块的寿命会快速地减少，并且会发生由于过电压导致设备损坏或由于低电压而使得设备不能正常运行的情况。因此，需要一种控制单元电池而使得单元电池可以在稳定的范围内执行充电和放电操作的单元。

同时，为了如上所述控制多个单元电池的稳定的充电和放电，已经提出了检测并监控各个电池的电压并且在检测的电池的电压值高于基准值时阻止向特定的电池提供电力的技术。

上述的电压稳定方案可以分为软件控制方案和模拟电路控制方案。

首先，软件控制方案以诸如微计算机的单独的控制器等检测电池的电压，并且使用软件算法来阻止向具有比基准值高的检测电压的电池供电，从而使电池的电压稳定。

其次，模拟电路控制方案将包含比较器和开关的模拟电路连接至各个电池以基于由该电路预设的值立即阻止施加至电池的电力。

然而，由于软件控制方案通过对检测值应用软件算法产生单独的控制信号来执行控制，所以其反应速度慢。在要控制的储能装置为如上所述的超级电容器或超电容器的情况下，由于超电容器以秒为单位重复充电和放电，所以仅通过具有慢的反应速度的软件控制在稳定的电压控制方面存在局限性。

此外，模拟控制方案比软件控制方案具有更快的数据擦除和反应速度。然而，当在特定的电容器中发生错误时，模拟电路控制方案不能监控该错误，从而导致模块故障。

在超电容器的情况下，其已经用于汽车的再生制动使用上，并且将广泛地用在电动车辆等中。因此，迫切地需要开发能够在充电和放电期间稳定地控制能量的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供用于使储能装置的电压稳定的设备和方法，其能够稳定地均衡和控制包含超电容器的储能装置中的各个单元电池的电压。