[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

说明书

本发明公开了一种基于温度抑制的可重构超级电容堆栈的充放电控制方法及系统，在充放电过程中周期性采集每个超级电容单体的温度；每个超级电容单体通过可控开关相互串并联连接；步骤2：根据每次采集到的每个超级电容单体的温度实时进行温度抑制处理，温度抑制过程为：计算当前采集到的每个超级电容单体的温度和平均温度的差值。根据差值信息得到每个超级电容单体的重构控制信号；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可控开关的开闭。本发明通过控制超级电容单体在充放电过程中的接入和切出来实现温度抑制，延长整个超级电容堆栈的使用寿命，使得超级电容堆栈的所有个体的使用寿命达到一致。

技术领域

本发明属于超级电容技术领域，具体涉及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。

背景技术

在由大量超级电容单体串并联构成的超级电容堆栈能源系统中，不同的超级电容单体状态不一样(比如端电压和内阻)，老化程度也不一样。在充放电过程中，这些参数的差异往往会影响系统充放电时的性能。比如老化严重的超级电容单体会在充放电的时候产生较大的热能，有可能会损坏超级电容单体使得整个超级电容堆栈无法正常工作，其次老化严重的超级电容单体放电时候的容量(端电压)相对也会降低得很快，这些问题就会造成堆栈中得单体不平衡。随着时间推移，这种不平衡将会更加严重，会加速老化严重得单体得老化速度。对于由多个超级电容单体串联形成的超级电容组，其整体的寿命取决于老化最严重的单体，所以不平衡问题将会大大限制超级电容堆栈的使用寿命。

因此，有必要设计一种能够上述不平衡问题的方案。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术的不足，提供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，本发明能够实现超级电容堆栈中超级电容单体寿命的真正均衡，提高系统的使用性能并延长整个超级电容堆栈的使用寿命。

本发明所提供的技术方案为：

一方面，本发明提供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，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，实时进行超级电容堆栈的重构和温度抑制(超级电容的接入和切出)，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。本步骤实际上是根据当前采集到的温度控制各个超级电容单体在下一个控制周期内接入和切出超级电容堆栈的时间，即进行超级电容堆栈的重构。

进一步地，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。

进一步地，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(即输出电流或端电压的最小正常值)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。