[发明专利]一种大规模超级电容储能模块监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种储能元件管理系统，尤其是涉及一种大规模超级电容储能模块监控系统。

背景技术

随着能源危机和环境恶化问题的不断加剧，世界各国开始大力发展太阳能和风能等可再生清洁能源的开发与利用技术。由于此类能源具有波动性大和不连续的特点，因此需要以先进的电能存储技术作为支撑。在此背景下，各种电能存储器件如：锂离子电池、飞轮电池、超导电磁线圈和电化学超级电容器等受到研究者的广泛重视。其中，电化学超级电容器因具有功率密度大、工作温度范围宽、循环寿命长等优点，在可再生清洁能源发电、电压补偿、电动汽车节能运行和城市轨道交通制动能量回收等领域具有广阔的应用前景。

由于超级电容器单体电压较低，在具有工程实际意义的运用场合需要很多单体进行串并联组合构成储能系统，以满足储能系统的功率和能量要求。现有的超级电容管理系统一般具有必要的电量监测，阈值报警，简单的单体过压均衡和SOC预估等功能，上述功能基本满足大规模超级电容器使用时的管理要求。为使用户可以充分了解每个单体的工作情况，需要一套功能完善的系统进行管理，不仅可以显示基本的电压电流温度等电量信息，还需要通过合适的数据处理手段实时估算出超级电容SOC、剩余能量和模型参数，结合寿命曲线及老化标准预估超级电容器使用期限，为超级电容模块的使用对象提出合理的检修或更换建议，从而为超级电容器的优化使用和安全工作提供保障。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可实时监控超级电容工作状态、提高超级电容模块的安全性和可靠性的大规模超级电容储能模块监控系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种大规模超级电容储能模块监控系统，用于对超级电容器进行监控管理，所述的监控系统包括电量采集模块、保护与报警模块、电压均衡模块和下位机控制模块，所述的超级电容器、电量采集模块、电压均衡模块和下位机控制模块依次连接，所述的保护与报警模块分别连接超级电容器和下位机控制模块；

电量采集模块采集超级电容器的状态信号，并通过电压均衡模块传输给下位机控制模块，下位机控制模块根据接收到的状态信号发送相应的控制信号控制保护与报警模块或电压均衡模块动作。

所述的电量采集模块包括分别与超级电容器连接的单体电压检测单元、温度检测单元和电流检测单元。

所述的超级电容器通过充放电开关连接有外部充放电电路，所述的保护与报警模块与充放电开关连接，当保护与报警模块检测到超级电容器总电压超出最大值或低于最小值时自动切断充放电开关，同时给出报警信号。

所述的下位机控制模块的功能包括：

a)根据接收到的状态信号估算超级电容器的SOC；

b)根据某超级电容器单体电压值、该单体与邻近单体的压差以及实时估算的SOC，判断该超级电容器单体是否达到均衡条件，若是，则通过电压均衡模块使能对应的均压电路；

c)根据接收到的状态信号判断超级电容器是否存在过压、欠压、过温现象，若是，则向保护与报警模块发送控制信号启动保护动作；

d)对超级电容器的经典RC模型参数利用最小二乘法进行在线辨识。

所述的状态信息包括超级电容器的单体电压、各节点温度和充放电电流。

该监控系统还包括上位机处理模块，该上位机处理模块与下位机控制模块通信连接。

所述的上位机处理模块的功能包括：

1)向下位机控制模块发送请求，获得并显示超级电容器的单体电压、各节点温度、充放电电流、实时估算SOC和剩余能量；

2)根据单体电压、电流数据采用粒子群算法或差分进化算法进行模型参数辨识；

3)根据模型参数辨识得到的结果与所监控超级电容器的寿命曲线相对应，如未知其寿命曲线，可根据所监控超级电容器的老化判断标准做判断，实时预测超级电容器的使用期限。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明针对大规模应用场合，克服了一般超级电容管理系统功能比较单一的缺陷，在必要的电量监测和报警等超级电容管理系统功能的基础上，下位机控制模块集成了经典RC模型在线辨识和实时SOC预估等功能；同时在上位机处理模块的设计上，集成了SOC和剩余能量在线预估、模型参数辨识和老化预警等功能，为大规模超级电容模块的使用对象提供更详细的数据参考，可实时监控超级电容工作状态，提高超级电容模块的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的功能示意图；

图3为本发明的工作流程示意图。