[发明专利]一种基于高比能锂电子电容器的电源成组系统

说明书

本发明涉及一种基于高比能锂电子电容器的电源成组系统，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。与现有技术相比，本发明具有可实现锂离子电容器组在任意状态下的高效、快速均衡，改善一致性，提升锂离子电容器组的使用寿命等优点。

技术领域

本发明涉及储能元器件技术领域，尤其是涉及一种基于高比能锂电子电容器的电源成组系统。

背景技术

锂离子电容器是一种新型的非对称电容器，与传统双电层电容器相比，锂离子电容器在能量密度、功率密度等各方面已经得到很大提升，具有非常广阔的发展前景，可以应用于汽车、备用电源、轨道、可再生能源发电与储存、自动导引运输车(AGV)、不间断电源等多领域。电池荷电状态(State of charge，SOC)描述电池剩余电量，是表征电池状态信息的重要参数。准确估计车载动力电池SOC，能够为BMS决策提供科学有效的信息，是使电池性能得到充分发挥的前提，对于保证电池系统高效运行、提高整车性能都具有重要意义。明确SOC的定义是对其进行准确估计的前提，关于SOC的定义可以从多种角度进行，目前比较统一的认识是从剩余容量的角度对其进行定义。美国先进电池联合会发布的《电动汽车电池实验手册》中，将SOC定义为：电池在一定的放电倍率下，剩余容量与相同条件下额定容量的比值。高比能锂离子电容器SOC值的非线性、强时变特征非常明显，传统的安时法、开路电压法在估计该电容器时的误差都非常大。安时法是一种开环方法，用于锂离子电容器的工况下会带来明显误差；而开路电压法有需要电源一定的静置时间才能测量以保证精度。

此外，在实际应用中，单个锂离子电容器的电压和容量并不能满足系统的工作需要，因此需要以一定的串、并联形式使用。由于实际工艺条件的限制，锂离子电容器的不一致性难以避免，即使是同一批次的电容器单体都会出现明显的容量、内阻等方面的差异。为了充分利用电容器能量，延长电容器使用寿命，在使用过程中必须对电容器组进行均衡管理，使各单体电容器达到同时充放电完毕的效果，以提高电容器容量利用率。

现有的均衡技术主要分为能量耗散型和非能量耗散型。能量耗散型是通过并联电阻来实现的，此方法结构简单对控制系统要求低，但是能量浪费严重，且耗能电阻发热会对电容器组造成不利影响，均衡电流大小也会受到限制。非能量耗散型方法中电容型开关阵列复杂，均衡速度慢。变压器型，成本高、体积大、效率低、系统变更困难。传统的变换器型能量只能在相邻电池间传递，若待均衡单体位置不相邻，则会加长均衡时间，降低均衡效率。

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基于高比能锂电子电容器的电源成组系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于高比能锂电子电容器的电源成组系统，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。

进一步地，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。