[发明专利]一种用于超级电容器的充电方法及装置

说明书

技术领域：

本发明涉及电源充电方法及装置技术领域，更具体地，特指一种用于超级电容器的充电方法及装置。

背景技术：

超级电容器又称为双电层电容器（EDLC），它是一种具有革命性的新型储能元器件，其特有的低内阻、高倍率、高安全性以及超低温性能可以有效的弥补铅酸电池、锂离子电池以及常规电容器性能上的不足。在绿色环保、低碳出行的生活理念逐步深入人心的大环境下，超级电容器已成为设备厂商配置电源时的首要选择。

超级电容器也有它自身的局限性，其自身很低的ESR（等效串联电阻）以及充电电流大小没有限制的特性，也给系统集成人员带来了一个问题：标准的电池充电系统并不能有效的对超级电容器进行充电。因为对于充电系统来说，超级电容器部件表现为一个虚拟的短路电子元件。一般的充电器都具备短路保护功能，在对超级电容器充电时，短路保护功能会自动切断流向超级电容器的电流；另一方面，过大的电流输出也有可能会烧毁充电器和电容，引发不必要的安全隐患。另外，超级电容器的自放电特性也和一般的储能装置有着明显的不同，当总电压下降10%后，伴随的能量损失可以达到20%。

为了解决这些技术难题，国内外众多的科研团队进行了多方面的尝试。例如见公告号为CN101657947A的中国专利文献，其公开了一种“双电层电容器的充电方法”，该方法基于储能装置测量电压与预置电压的比较，确定对电化学储能装置进一步充电或者终止充电过程。另外，见公告号为CN1813385A的中国专利文献，其公开了一种“用于对功率模块充电的快速充电电路”。该充电装置包括功率模块、能量源和控制电路。其中控制电路包括脉宽调制器和电感元件。控制电路耦合到功率模块和能量源，以针对至少部分充电时段将比所述能量源输出的电流电平高的电流电平提供给所述功率模块。再者，专利公告号为CN102105957A中国专利文献提出了一种“改善超级电容器充电效率的方法”，该方法根据超级电容器的电压信号采用不同的电流对超级电容器充电。在提高充电效率的同时，也不会降低充电的时长。

上述三个专利分别从超级电容器的荷电状态、电源转换模块、控制方法以及充电效率等几个方面对超级电容器的充电过程进行了研究，他们的成果对于提高超级电容器的使用性能、延长使用寿命和改善充电效率起到了一定的积极作用，但是仍然无法解决以下问题：

第一，不能保证超级电容器的工作电压位于全电压和半电压之间，因而超级电容器有可能会出现“亚健康”的工作状态；

第二，不能根据超级电容器的自身特点以及现场温度、电压等参数适时的调整充电电流或电压以及做出充电模式的调整；

第三，在间歇式的应用环境中，无法及时的判断超级电容器的荷电状态并提供相应的补电措施。

本发明针对上述的几个问题，对现有技术进行了改进。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题就在于克服现有技术的不足，提供一种用于超级电容器的充电方法，该方法可以在不同的充电时段采取不同的充电方式的对超级电容器进行充电。

本发明所要解决的第二个技术问题就在于提供一种采用上述方法制作的用于超级充电器的充电装置。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用了如下的技术方案：该方法包括：A、将超级电容器与一能量源连接，由该能量源为超级电容器提供充电电源；B、定时采集超级电容器的电压和温度数据，并将采集的数据反馈到一控制单元，该控制单元根据接收的数据计算出超级电容器的荷电状态数值SOC；C、将上述数值与控制单元内预设的两个数值SOC1、SOC2进行比较，其中SOC1>SOC2；D、控制单元根据比较结果计算出超级电容器需要的充电电压和充电电流，并发出具体的调制信号给控制单元内的脉冲宽度调制模块；E、脉冲宽度调制模块将对充电脉冲宽度调整到需要的大小，并通过控制单元内的转化器为超级电容器进行充电；F、不断重复上述步骤，直至超级电容器完成充电或者终止充电。

进一步而言，上述技术方案中，所述超级电容器为超级电容器单体，或者为由超级电容器单体串/并联构成的超级电容器模组。

进一步而言，上述技术方案中，所述的步骤E中，脉冲宽度调制模块对脉冲宽度进行调整，令超级电容器可在三种模式下进行充电：第一种模式下，超级电容器在零或者接近零电压状态下进行充电，此时满足SOC<SOC2；第二种模式下，对超级电容器进行恒流恒压充电，此时满足SOC1>SOC>SOC2；第三种模式下，超级电容器在满电或接近满电状态下进行充电，此时满足SOC1<SOC。