[发明专利]一种适用于超级电容的成组方式与充放电控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于超级电容的成组方式与充放电控制方法，电容在串联之后会形成新的等效电容，储存的电荷量是按照新的等效电容为基准的，如果在串联之前，先行将电荷储存，再串联就能避免电容在串联之后，容量减小的问题，所以使用并联充电，串联放电的思路，通过继电器或半导体元件进行控制；本方法在充电中，只需要增加保护电路，不需要单独的泄流与保护电路；由于此方法极大的减少电容器的用量，与传统方式相比，此方法的用量仅为串联数量的倒数，所以极大的降低了电容器的用量，也极大的降低了成本。

技术领域

本发明涉及新能源领域，用于超级电容组的安全控制以及充放电控制。涉及储能型超级电容的成组方式与充放电控制。涉及混合动力电动汽车技术以及其他使用超级电容器储能设备，具体的说是一种适用于超级电容的成组方式与充放电控制方法。

技术背景

现阶段超级电容的充电方式为直接串联充电，当保护板检测到超级电容即将过充的情况下会开启单体电容泄流；充电过程中会产生短板效应，并且短板效应会累加；容量最低的电容会先充满，之后泄流电路就会开启，这部分能量会被作为热能白白耗散掉；并且每一个单体都需要连接电压检测电路和泄流电路，能量利用率较低；充电功率必须小于泄流功率，否则，很容易导致电容过充。

此外，单体电容器的耐压值很低，所以只能储存2V左右的电压。如果需要驱动一个48伏的负载，就要很多电容器串联起来。将耐压值提高上去，超级电容器也是遵循电容串并联规律的。和普通电容器一样，储存的是电场能。规律如下：

把几个电容器的极首尾相接，连成一串，这就是电容器的串联。

电容器的串联有以下几个特点：

①每个电容器上所带的电荷都相等，并等于电容器串联后的等效电容器上所带的电荷；

②总电压等于各个电容器两端的电压之和；

③串联电容器的等效电容的倒数，等于各个电容器的电容的倒数之和。

电容器的并联有以下几个特点：

①各个电容器两端的电压都相等，并等于外加电压；

②并联电容器的等效电容器所带电荷，等于各个电容器的电荷之和；

③并联后的等效电容等于各个电容器电容之和。

多电容器并联计算公式：C＝C1+C2+C3+…+Cn

多电容器串联计算公式：1/C＝1/C1+1/C2+…+1/Cn

三电容器串联：C＝(C1*C2*C3)/(C1*C2+C2*C3+C1*C3)

由上述和公式可以看出。电容器并联过程容量是增加的。能量密度不变。如果将电容器串联起来。串联多少个电容器，能量密度将减少多少倍。

比如两个300F电容耐压值2.7V容量之和为2.7V600F串联之后变为150F 5.4V，如果三个串联变为100F8.1V，相当于多组串联容量仅为一个电容的能量。串联越多能量密度降低越多。又因为电容器要比化学蓄电池的能量密度本身就小很多。电容器的串联特性，更加剧了其能量密度的降低。所以电池串联效应的能量密度降低是超级电容应用的一大障碍，但为了提高储存电压又不得不这样成组。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种大容量、高效、损耗小，克服电容串联后能量密度会严重降低的特性的一种适用于超级电容的成组方式与充放电控制方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案实现的：