[发明专利]超级电容与储能单元的充放电控管电路及其方法

说明书

技术领域

本发明为一种超级电容与储能单元的充放电控管电路，特别是指一种兼具串级式充电控管模式、放电控管模式与回充控管模式切换功能，以及并联式充放电控管模式切换功能的控管电路。

背景技术

所谓超级电容，其特色是除了本身容量大以外，可以将相当大的电能暂时储存，不但具可逆性，且可以在短时间内作储存能量与释放能量的动作，是一功率密度高、能量密度低的蓄能元件，近年来更有一种新型的混合超级电容电池已兼具电池的功能与特性；相较于超级电容，一般的储能单元无法承受短时间内的大电流充电的能量储存与大电流电能的释放，且功率密度低、能量密度高，两者各自拥有它们的优缺点。

这两者之间的互补特性，早已为大众所熟悉，市面上也有不少两者互相搭配应用的技术，而这些相关技术大致上可以分做两类。第一类是将超级电容与储能单元做并联式（Parallel Mode）的应用，亦即将两者的互补特性，通过一控制单元来做选择，视当时的使用情况来取最适当的供电模式，用储能单元进行供电，或是经由超级电容将不稳定电力源的电力做暂存后再供应，将所欲瞬间启动运转大电流供电或常规运转供电的目标做最有效的使用（如各式各样的马达），届时达到灵活运用两者优点的目的；第二类则是将超级电容与储能单元做串级式（Cascade Mode）的应用，亦即经由超级电容收集间歇性电力源来对储能单元进行充电，而储能单元再对负载装置做供电的动作，此时超级电容扮演着辅助储能单元充电的角色，可以避免间歇性电力源对储能单元直接造成的伤害，此功能为一保护充电作用。

然而，以上两类应用技术虽然兼具创新与实用上的特色，却不见其全面性与多元化的发展，在两者之间的搭配技术与应用电路的设计上实有创新与跃进的空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的即是提供一种超级电容与储能单元的充放电控管电路，其中该超级电容与储能单元的串级式充电控管电路不但做到了串级模式的保护充电功能，更提供了智能型并联供电功能的选择。本发明设计出的一种超级电容与储能单元的充放电控管电路，其主要包括有至少一电力源、至少一超级电容、一充放电控管电路、至少一储能单元；其中该充放电控管电路包括有一控制单元、至少一路径切换单元、一储能单元状态感测电路与一超级电容状态感测电路；而该路径切换单元包括有至少一共同连接端、至少一充电路径连接端、至少一放电路径连接端，此控制单元同时兼具保护充电与并联供电的切换功能。在不同实施例中，此超级电容状态感测电路与储能单元感测电路也可以设置在本发明的充放电控管电路之外，然后电连接至充放电控管电路，在此并不局限。

该充放电控管电路中的控制单元可以根据电力源供电的状态、超级电容或储能单元所储存的电能状态，以及负载需求电流量大小的变化状态，进而指示路径切换单元做出相对应的路径选择。

第一种路径选择是充电控管模式切换功能，此时常态电力源（如：市电、发电机发电）或是间歇不稳定电力源（如：剎车、下坡、强弱不稳定风力电力源等）将先经由超级电容再供应电能至储能单元，超级电容所扮演的即是辅助性充电的重要角色，并同时保护储能单元免于被电力源的电能直接伤害，随后储能单元再将传送过来的电能供应至负载装置。经过超级电容而放电的电流，对于交流电及直流电中的电波、电频、电磁均有杰出的自动调整作用，应对充电时被充电的储能单元（电池）产生的内阻减低有帮助，有利充电的进行。

第二种路径选择是放电控管模式切换功能，依负载需求的电流量大小分别选择。

1.超级电容径予单独放电—在电力源可源源不绝的供应电能的前提下，储能单元已充饱电能，超级电容不至于闲置，而浪费来自于电力源所供应的电力。

2.储能单元单独放电—在电力源已停止供电或超级电容储蓄电量不足持续供应负载的需求，且负载需求电流量较小。

3.超级电容单独放电—在负载需求电流量中等，但超逾储能单元单独放电的供应能力时，由超级电容单独放电。

4.并联放电—在负载需求电流量较大，需集合储能单元与超级电容共同协力供应放电时。

第三种路径选择是回充控管模式切换功能，当超级电容接受来自于电力源的电能不稳定或电力源已中止供电，而超级电容内储存的电能已释放至预设下限值，超级电容与储能单元的角色在此时将做互换，变成储能单元对超级电容辅助性充电，以保障超级电容随时有适量的电能储存，以备若需要大电流时超级电容再将传送过来的电能供应至负载装置；而若需要更大电流时，超级电容与储能单元更包含并联的状态，以利待命执行有更大电流放电需求时的共同供电放电给负载装置使用的任务。