[发明专利]超级电容组储能均压充放电控制系统及荷电状态估计方法

说明书

本发明属于电力系统储能控制技术领域，尤其涉及一种超级电容组储能均压充放电控制系统及荷电状态估计方法，系统包括：微处理器控制模块、超级电容组测量模块、开关驱动模块、超级电容开关阵列模块、超级电容阵列模块、人机交互模块、直流充电电源模块和SOC模块；方法包括：在状态预测的基础上，基于最小均方误差估计，利用观测方程得到的观测值，对现实状态变量进行修正。本发明基于概率论和电路理论，使用传感器获取的信息，通过控制策略和SOC状态估计，保证整个超级电容器组储能系统工作在最佳状态，使系统安全充放电。与现有超级电容阵列充放电技术相比具有可靠，简单，高效，快速，节能等优点，同时为超级电容阵列的检修提供参考依据。

技术领域

本发明属于电力系统储能控制技术领域，尤其涉及一种超级电容组储能均压充放电控制系统及荷电状态估计方法。

背景技术

超级电容器是一种新型电力储能器件出现在本世纪初。超级电容器的电容量极大，可达数千法拉，既具有静电电容器的高放电功率优势又像电池一样具有较大电荷储存能力。此外，超级电容器还具有容量配置灵活、易于实现模块化设计、循环使用寿命长、工作温度范围宽、环境友好、免维护等优点，使其更适于苛刻的工作环境。

现有充放电方式由于超级电容器单体端电压不高，对于大功率储能系统来说，为了满足容量和电压等级的需要，一般是由多个超级电容器串联和并联的组合方式工作，它们作为一个整体进行充电，具有同样的充电电流。在串联组件设计中，由于制造工艺与材质不均，超级电容器存在离散度较大，即使在配组时经过严格的一致性筛选，但其偏差也不可避免。为了避免过充，常常在容量小的电容充满后即停止充电，这样电容组的储能容量得不到最大利用；同样，放电时为了避免过放，也不能最大利用电容器组的容量。现有电压均衡电路的类型主要划分为能耗型和非能耗型。

总之，现有技术的不足之处是：复杂实用性差，可靠性差，能耗高，效率低等。这些缺点制约了超级电容的推广使用。

发明内容

针对现有技术中存在的超级电容单体容量误差较大等问题，本发明提出了一种超级电容组储能均压充放电控制系统及荷电状态估计方法。

控制系统包括：微处理器控制模块1、超级电容组测量模块2、开关驱动模块3、超级电容开关阵列模块4、超级电容阵列模块5、人机交互模块6、直流充电电源模块7和SOC模块8；

其中，微处理器控制模块1、开关驱动模块3、超级电容开关阵列模块4、超级电容阵列模块5、直流充电电源模块7依次相连，超级电容阵列模块5、超级电容组测量模块2、SOC模块8、人机交互模块6、微处理器控制模块1依次相连，超级电容组测量模块2和SOC模块8分别与微处理器控制模块1相连。

所述超级电容开关阵列模块4由2m个开关组成，所述超级电容阵列模块5由n个超级电容器单体并联为一组，每一组超级电容与一个开关串后再与另一开关并联组成一个单位，共有m个单位。

所述超级电容组分为p个子模块，子模块内与子模块间分别通过模块内电压均衡电路与模块间电压均衡电路同时进行电压均衡。

所述微处理器控制模块1根据超级电容组测量模块2和SOC模块8输入的信息，完成控制超级状态的算法，输出控制信号至开关驱动模块3驱动超级电容开关阵列模块4，实现对超级电容器组的均压充放电控制；

所述超级电容组测量模块2用于实时采集超级的电压和所有单体的温度数据并送至微处理器控制模块1；

所述开关驱动模块3的输入端与微处理器控制模块1的控制输出端相连；将微处理器模块产生的控制信号转化为开关阵列可用的信号，控制开关阵列；

所述人机交互模块6包括键盘、显示器和转换接口，用于进行参数设置、实时显示系统的数据和状态，实现系统与上位机的串行通信；

所述超级电容开关阵列模块4通过控制开关组合实现将超级串入电路和从电路中切除；