[发明专利]一种基于温度抑制的可重构超级电容堆栈充放电控制方法及系统

权利要求书

1.一种基于温度抑制的可重构超级电容堆栈充放电控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在超级电容堆栈充放电过程中，每隔一定时间采集一次各个超级电容单体的温度；

其中，每个超级电容单体配置有两个可控开关，超级电容单体与其中一个可控开关串联后再与另一个可控开关并联；两个可控开关用于实现超级电容单体接入和切出超级电容堆栈；每个超级电容单体分别与其两个可控开关构成一个超级电容模块；各个超级电容模块相互串并联构成超级电容堆栈；其中超级电容单体间的串联以满足负载电压需求，并联以提供输出大电流；

步骤2：根据每次采集到的每个超级电容单体的温度，进行超级电容堆栈的重构和温度抑制，即根据当前采集到的温度控制各个超级电容单体的两个可控开关在下一个控制周期内的导通时间，使当前温度高的超级电容单体串联的可控开关在下一个控制周期内的导通时间短，并联的可控开关在下一个控制周期内的导通时间长；

所述步骤2具体过程如下：

a：计算当前采集到的所有超级电容单体的温度的平均值，即平均温度；

b：计算当前采集到的每个超级电容单体的温度与平均温度的差值；

c：基于当前采集到的每个超级电容单体的温度与平均温度的差值，分别产生每个超级电容单体对应的重构控制信号；

d：根据每个超级电容单体的重构控制信号控制每个超级电容单体的两个可控开关在下一个控制周期内的导通时间。

2.根据权利要求1所述的基于温度抑制的可重构超级电容堆栈充放电控制方法，其特征在于，所述步骤1中，周期性地采集各个超级电容单体的温度，具体方法为：首先采集每个超级电容单体初始温度，再以初始温度采集时间为起始时刻，每隔一个周期采集一下每个超级电容单体的温度。

3.根据权利要求1所述的基于温度抑制的可重构超级电容堆栈充放电控制方法，其特征在于，在超级电容堆栈充放电过程中，使用电压和电流传感器实时测量超级电容堆栈的端电压和输出电流大小，并以此判定充电是否完成，或者是否停止放电或边放边充；具体来说，在超级电容堆栈充电过程中，若超级电容堆栈端电压达到其额定电压即判定充电完成；在超级电容堆栈放电过程中，若超级电容堆栈输出电流或端电压小于预设值则选择以下方式之一进行处理：1)停止使用超级电容堆栈对负载放电，转为向超级电容堆栈充电，充电完成后继续使用超级电容堆栈对负载放电；2)在使用超级电容堆栈对负载放电的同时，采用外部电源向超级电容堆栈充电；持续上述过程直至完成对负载的供能。

4.根据权利要求1所述的基于温度抑制的可重构超级电容堆栈充放电控制方法，其特征在于，所述步骤b中，当前采集到的每个超级电容单体的温度与平均温度的差值的计算公式如下：

式中，δ_mn(t)为当前，即第t次采集到的超级电容单体mn的温度与平均温度的差值，T_mn(t)为当前采集到的超级电容单体mn的温度，为当前采集到的所有超级电容单体的平均温度。

5.根据权利要求4所述的基于温度抑制的可重构超级电容堆栈充放电控制方法，其特征在于，所述步骤c中，采用PID控制得到每个超级电容单体对应的重构控制信号，计算公式如下：

式中，Δ(t)_mn为超级电容单体mn串联的可控开关在一个控制周期内的导通时间占比，k_p、τ_i和τ_d分别为比例参数、积分参数和微分参数，为δ_mn的微分，δ_mn(t-1)表示上一次，即第t-1次采集到的超级电容单体mn的温度与平均温度的差值。

6.根据权利要求1所述的基于温度抑制的可重构超级电容堆栈充放电控制方法，其特征在于，将重构控制信号转换为PWM信号输出；对于控制同一个超级电容单体的两个可控开关的PWM信号，它们的电平相反，即占空比互补。