[发明专利]一种基于高比能锂电子电容器的电源成组系统

权利要求书

1.一种基于高比能锂电子电容器的电源成组系统，其特征在于，该系统包括：

串联锂离子电容器系统的荷电状态估计模块，用于针对高比能锂离子电容器，通过SOC分区和数据融合的方法估计出对应的荷电状态；

高比能锂离子电容器成组后的均衡控制模块，包括基于Buck-Boost变换器的二级均衡电路结构以及能够实现均衡电路可调电流的模糊控制器结构，用于实现锂离子电容器组在任意状态下的工作状态按照要求运行；

所述的针对高比能锂离子电容器，通过SOC分区和数据融合的方法估计出对应的荷电状态的过程具体包括：利用算法针对高比能锂离子电容器构建所对应的电池模型，基于该模型估计动态量之后，根据动态量估计值对SOC分区估计，得到对应的荷电状态；

所述的根据动态量估计值对SOC分区估计的过程依据锂离子电容器的电化学特征，在电容特性占主导地位的区间，使用扩展卡尔曼滤波法进行估计；在电池特性占主导地位的区间，使用安时法进行估计，具体为：SOC在20-80％的区间使用安时法，在SOC于3-20％和80-100％的区间使用扩展卡尔曼滤波法进行估计；

所述的模糊控制器结构实现均衡电路可调电流的过程具体包括：将精确的输入值转换为模糊值，然后将模糊值发送到推理机，并根据控制规则表进行处理，最后将结果输入到解模糊器并将其转换为准确值，对执行器进行控制用于调节均衡电路的电流大小；

所述的控制规则表为：

当两电容器的SOC差值和SOC均值都大于对应阈值时，采用设定范围内的电流进行均衡；

当SOC差值和SOC均值都小于对应阈值时，采用小于设定值的均衡电流，以防止过度均衡；

当SOC差值小于对应阈值和SOC均值大于对应阈值时，采用小于设定值的均衡电流，以在保证均衡速度的前提下防止过度均衡；

当SOC差值和SOC均值都小于更小的对应阈值时，采用大于设定值的均衡电流以加快电容器的均衡过程。

2.根据权利要求1所述的一种基于高比能锂电子电容器的电源成组系统，其特征在于，所述的电池模型为一阶RC模型，针对所述电池模型进行动态量估计的方法为带遗忘因子的递推最小二乘法，所述动态量包括依据端电流端电压估计极化现象带来的四个动态量：电池极化内阻R_d、电池极化电容C_d、RC环节压降U_d和电池开路电压U_OC。

3.根据权利要求1所述的一种基于高比能锂电子电容器的电源成组系统，其特征在于，所述的基于Buck-Boost变换器的二级均衡电路结构包括第一MOS管、第二MOS管、第一单体二极管、第二单体二极管、电感和电阻，所述第一MOS管和所述第二MOS管各自经并联连接的所述电感和电阻后与各自对应的锂离子电容器形成闭环回路，所述第一MOS管和所述第二MOS管自身还各自经另一支路与所述第一单体二极管和所述第二单体二极管对应相并联连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于高比能锂电子电容器的电源成组系统，其特征在于，该均衡电路结构的均衡电流，其对应的数学描述公式为：

式中，i_max为均衡电流，V1为第一MOS管电压，R₀和L分别为等效电阻和电容，t_on为第一MOS管的闭合时间。

5.根据权利要求1所述的一种基于高比能锂电子电容器的电源成组系统，其特征在于，该系统还包括控制器，用于整体控制所述串联锂离子电容器系统的荷电状态估计模块和高比能锂离子电容器成组后的均衡控制模块，所述的控制器包括MCU、电压电流传感器以及均衡控制电路模块，其中，所述MCU，用于通过CAN传输SOC的相关数据至车辆主控制器，所述电压电流传感器，用于采集锂离子电容器单体的电压电流信号以辅助所述串联锂离子电容器系统的荷电状态估计模块实现SOC估计。

6.根据权利要求1所述的一种基于高比能锂电子电容器的电源成组系统，其特征在于，该基于高比能锂电子电容器的电源成组系统应用于48V汽车启停电源成组设计中。