[发明专利]一种含有超级电容器的多电源系统及控制方法

说明书

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种含有超级电容器的多电源系统及控制方法。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。本发明的含有超级电容器的多电源系统，通过能量、成本和体积确定超级电容器的参数，根据荷电状态选择多电源工作模式，合理分配超级电容器和电池的能量和功率的输入或输出，有效缓解大电流对电池的冲击损害，提高电池的使用寿命，提高输出响应，提高系统效率，电池均衡管理。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体的说是一种含有超级电容器的多电源系统及控制方法。

背景技术

随着汽车电气化的发展，作为电能存储的电池的作用越来越重要。电池在满足车辆大功率需求以及频繁启停时，承受不断变化的瞬态电流的冲击，过大的充放电电流对电池具有较大的损害。针对于此，人们开始研究具有能量和功率不同特征的多电源组成的系统，尤其是含有超级电容器的多电源系统。基于电池能量密度大和超级电容器功率密度高的特点，在多电源系统中，电池和超级电容器之间的功率合理分配是至关重要的，有必要使用有效的控制策略、较低的成本使超级电容器运行于较佳的荷电状态，合理分配功率，同时解决电池均衡管理。

发明内容

本发明提供了一种含有超级电容器的多电源系统及控制方法，针对现有的多电源系统的超级电容器成本高，系统效率低的问题，通过能量、成本和体积确定超级电容器的参数，根据荷电状态选择多电源的工作模式，合理分配超级电容器和电池的能量和功率输入或输出，电池均衡管理。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种含有超级电容器的多电源系统，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。

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。

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。