[发明专利]一种高压超级电容模组的自适应充电方法

说明书

一种高压超级电容模组的自适应充电方法，包括以下步骤：对超级电容模组进行电压检测，当检测电压正常时，对超级电容模组的内阻进行检测；当检测电阻正常时，对超级电容模组进行温度检测；当检测温度低于0°时，充电机采用CC‑CW‑CV模式充电，其中，当检测温度低于负40°时，将充电机的输出功率调整到其额定功率的200%；当检测温度超过40°时，充电机采用CC‑CC模式充电，当检测温度超过70°时，充电机自动暂停充电，并在超级电容模组温度降到40°时，恢复充电。低温工作和高温工作的情况下自动调整充电机的充电策略，从而改善超级电容模组低温工况的性能，及防止超级电容模组过温导致单体鼓胀、自放电率高的问题。

技术领域

本发明涉及高压超级电容模组充电技术领域，具体涉及一种高压超级电容模组的自适应充电方法。

背景技术

车辆在进行高压启动的过程先由高压超级电容充电机从车载蓄电池取电，为高压超级电容模组充电，当高压超级电容充满电后对起动机放电从而使发动机启动，发动机启动后部分能量带动低压发电机运转并为蓄电池充电。从高压超级电容充电完成到车辆被启动这个过程，超级电容并不会被彻底放电，通常只会被消耗掉40%电量，因超级电容自放电率高，所以剩余的电量将随着超级电容自放电被白白消耗掉。另外，目前，充电方式以及参数在充电机出厂时已经固化无法根据超级电容特性而调整导致：

1.低温高温环境超级电容储能量不足或过剩现象，根据超级电容特性，低温工作的情况下其容量降低15%，内阻提高20%，而高温工作过程情况相反，导致在模组设计过程中要留有充足的余量以满足低温工作/启动所需能量，而高温工作又存在储能过量，自放电速度加快的问题导致能源利用率降低。所以在低温工作的情况下应提高充电机的充电速度使得超级电容自身发热量增加，此时充电机也可超额运行以提高发热量为超级电容模组加热，使其温度回升从而逐渐接近常温特性。并且适当提高满电电压从而达到启动所需能量要求。根据公式E=1/2CV²，3.4F模组270V~180V储能量为69768J，低温容量降低为2.8F如果仍然将满电电压定义为270V则储能量为56700J无法满足车辆启动，此时需将满电电压定义为287V才能满足启动要求。

2.温差过压易造成过压现象，根据超级电容特性当超级电容充满电后储能量一定，根据公式C=Q/U，储能量不变的情况下电荷量Q的数量不会发生变化则当电容量C降低则电压将升高。在温度较低的环境下，充电机与超级电容模组连续高倍率充放电导致快速升温，当某一时刻充电至接近于满电电压，此时停止工作，温度不断下降将引起超级电容模组过压导致击穿。

3.恒定不变的充电方式导致能量利用率下降，超级电容自放电率高，长期将能量存储于超级电容内会因为自放电而消耗掉，特别是高温运行过程中的能量过剩现象，此时如果将超级电容模组剩余能量反馈回自放电率较低的蓄电池将能够有效提高能量利用率。充电机从车载低压蓄电池取电升压后为高压超级电容模组充电，蓄电池通常为铅酸电池，其放电效率与剩余电量、当前温度有关。当剩余电量高温度环境高的情况下，其放电效率高，低压电可大功率输入充电机。而当剩余电量低或低环境温度其放电效率可低于40%。如果此时不调节充电机功率可能导致，超级电容充电程度未达到启动要求而低压蓄电池电量已经彻底耗尽。所以若充电机功率能够根据低压蓄电池储能情况科学调整充电功率，则能够有效降低车辆因无法启动发生抛锚的概率。

4.模组发生故障后盲目充电导致电容爆炸风险，当超级电容内其中一个单体发生开路，此时如果充电机对其所在的模组充电将导致，相当于模组满电电压集中在开路的单体超级电容两段，单体超级电容耐压值仅有3V，而模组充电总压可达上百伏将直接引起超级电容单体爆炸。现有充电机技术没有相应的检测与保护，出现此故障后，充电机将进入持续模式，不断启停充电，开启充电后单体故障端电压将等于模组额定电压，关闭后又马上恢复0V电压，导致严重的故障范围扩大现象。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种高压超级电容模组的自适应充电方法。

一种高压超级电容模组的自适应充电方法，包括以下步骤：