[发明专利]一种含有超级电容器的多电源系统及控制方法

权利要求书

1.一种含有超级电容器的多电源系统，其特征在于，该系统包括超级电容器、DC/DC转换器、电池及系统控制单元；所述系统控制单元包括采集模块、充放电模块、微处理器模块及均衡模块；所述均衡模块与超级电容器和电池电连接；所述电池和DC/DC转换器与充放电模块电连接；所述DC/DC转换器与超级电容器电连接；所述采集模块与超级电容器、电池通讯连接；所述微处理器模块与DC/DC转换器、采集模块及均衡模块通讯连接；

所述超级电容器是由N个单体通过串并联组合成不超过60V的模组，其中N≥2，静电容量C通过目标函数计算得到，E_uc为超级电容器充电或放电能量、C_uc为超级电容器成本、V_uc为超级电容器体积，以最大能量、最低成本和最小体积建立C的目标函数，如下：

约束条件C≤C₀，I为超级电容器的工作电流，L_c为超级电容器储能活性物质活性炭负载，所述活性炭负载Lc为50～150mA/F；超级电容器充电或放电的能量E_uc＝f_E(C)，C为超级电容器静电容量，SOC为超级电容器荷电状态，U为超级电容器电压；所述超级电容器成本C_uc＝f_C(C)，k为超级电容器成本与全寿命周期成本对应的节省能源系数；所述超级电容器体积V_uc＝f_V(C)，a为体积系数，V_c为超级电容器体积，V_b为电池体积；目标函数(1)、(2)和(3)归一化，附加不同的权重系数ω_E，ω_C，ω_V得到总目标函数取极值时对应的C，其中，权重ω_E+ω_C+ω_V＝1。

2.根据权利要求1所述的一种含有超级电容器的多电源系统，其特征在于，所述电池包括锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池、燃料电池及太阳能电池中的一种或几种，是由N个单体组成的模组，其中N≥2。

3.根据权利要求1所述的一种含有超级电容器的多电源系统，其特征在于，所述系统控制单元用于检测每个电源的荷电状态，根据荷电状态选择多电源工作模式，包括电池单独工作模式、超级电容单独工作模式、电池与超级电容共同工作模式以及超级电容与电池均衡工作模式。

4.根据权利要求1所述的一种含有超级电容器的多电源系统，其特征在于，所述微处理器模块根据采集模块采集的数据信息估算超级电容器荷电状态SOC_c和电池荷电状态SOC_b，与电机和/或负载的需求功率P_req、多电源系统超级电容与电池的功率分配阈值P_x、电池工作门限值SOC_bs、超级电容辅助工作门限值SOC_ca、超级电容单独工作门限值SOC_cs进行逻辑运算与判断，控制多电源工作模式，包括电池单独工作模式、超级电容器单独工作模式、电池与超级电容器共同工作模式以及超级电容器与电池均衡工作模式。

5.根据权利要求4所述的一种含有超级电容器的多电源系统的控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

S1：当电机和/或负载的需求功率P_req≥0，P_req＞P_x时，SOC_c≥SOC_cs，超级电容器单独放电满足电机和/或负载的需求功率P_req；SOC_ca≤SOC_c＜SOC_cs，SOC_b≥SOC_bs时，超级电容器与电池共同放电满足电机和/或负载的需求功率P_req；SOC_c＜SOC_ca，SOC_b＜SOC_bs，多电源系统警告超级电容器或/和电池需要充电；

S2：当电机和/或负载的需求功率P_req≥0，P_req≤P_x时，SOC_b≥SOC_bs，SOC_c＜SOC_cs，电池单独放电满足电机和/或负载的需求功率P_req，电池剩余容量为超级电容器充电，超级电容器通过均衡模块与电池进行容量均衡；SOC_b≥SOC_bs，SOC_c≥SOC_cs，超级电容器单独放电满足电机和/或负载的需求功率P_req；SOC_b＜SOC_bs，SOC_c≥SOC_cs时，超级电容器单独放电满足电机和/或负载的需求功率P_req；SOC_b＜SOC_bs，SOC_c＜SOC_ca，多电源系统警告超级电容器或/和电池需要充电；

S3：当电机的需求功率P_req＜0，P_req＞P_x时，SOC_c＜SOC_cs，SOC_b＜SOC_bs，超级电容器充电，电池充电，超级电容器通过均衡模块与电池进行容量均衡；SOC_c＜SOC_cs，SOC_b≥SOC_bs时，超级电容器充电；SOC_c≥SOC_cs，SOC_b≥SOC_bs时，超级电容器通过均衡模块与电池进行容量均衡；SOC_c≥SOC_cs，SOC_b＜SOC_bs时，超级电容器为电池充电，SOC_c＝SOC_ca，超级电容器充电；

S4：当电机和/或负载的需求功率P_req＜0，P_req≤P_x时，SOC_b＜SOC_bs，电池充电；SOC_b≥SOC_bs，SOC_c＜SOC_cs，超级电容器充电；SOC_b≥SOC_bs，SOC_c≥SOC_cs，超级电容器通过均衡模块与电池进行容量均衡。