[发明专利]一种超级电容器储能系统的滑模引导控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种超级电容器储能系统充电的滑模引导控制方法及装置，其方法为：从超级电容器储能系统中选择充电曲线最低的超级电容单体作为引导节点，任选一个最小生成树作为超级电容器储能系统充电的通信拓扑；在超级电容器储能系统充电期间，周期性采集每个超级电容单体的端电压，并将端电压数据按照通信拓扑关系发送给本地以及下级超级电容单元的控制器；每个超级电容单元的控制器在每个周期得到本地以及上级超级电容单体的端电压数据时，计算电压跟踪误差并基于滑模控制生成开关控制信号；将开关控制信号转换为驱动信号，以驱动本地超级电容单元中开关的通断。本发明可减小电压偏差，提高系统的可靠性，而且有效提高能效，有良好的可扩展性。

技术领域

本发明涉及超级电容技术领域，具体涉及一种超级电容器储能系统的滑模引导控制方法及装置。

背景技术

在实际应用中，超级电容器通常作为固定模块串联连接，以满足应用场景的电压要求。由于制造公差，超级电容器通常会受到电压不平衡的影响，这可能导致一些超级电容器在充电过程中过度充电，以至由多个超级电容器构成的超级电容器储能系统的可靠性和寿命退化。因此，平衡电路通常应用于超级电容器储能系统，以消除不平衡，提高系统的可靠性。现有的超级电容器平衡电路可以归纳为两类，即主动平衡电路和无源平衡电路。有源平衡电路通过有源元件(如电容器、电感或DC-DC变换器)将能量从高压电池转移到低压电池。

有源平衡电路具有较高的能量效率，但这种有源平衡电路体积大，成本较高。在无源平衡电路中，无源元件，例如电阻器，被用来消散高压电池的多余能量。虽然能量效率相对较低，但无源平衡电路在系统规模和成本预算有限的应用中得到了广泛的应用，特别是在低功耗应用中。具体来说，开关电阻电路由于其在性能和成本上的良好折衷，在实际中已成为一种流行的平衡电路。开关电阻电路的一种经典的电池平衡充电方法是分散控制法。其中，开关的状态是通过比较相应的电池电压和参考电压来确定的。如果电池电压高于基准，则开关将打开；然后充电电流预计将分流到平衡电阻，电池电压稳定在参考电压。尽管分散控制方法已被广泛应用在实践中，该方法有两个局限性：1)由于平衡电阻的热效应会引起电压偏差，电池容易过度充电；2)由于充电过程中电池的高压特性，能量效率相对较低。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于，提供一种超级电容器储能系统的滑模引导控制方法及装置，在不延长充电时间的前提下，不仅提高了能量效率，减少能量浪费更加环保，而且降低了电压偏差防止过充，提高了超级电容器的寿命和储能系统的可靠性。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种超级电容器储能系统充电的滑模引导控制方法，包括：

从超级电容器储能系统中选择充电曲线最低的超级电容单体作为引导节点，任选一个最小生成树作为超级电容器储能系统充电的通信拓扑；

在超级电容器储能系统充电期间，周期性采集其中每个超级电容单体的端电压，并将端电压数据按照通信拓扑关系发送给本地以及下级超级电容单元的控制器；

其中，超级电容器储能系统包括若干相互串联的超级电容单元，每个超级电容单元包括1个超级电容单体、1个开关和1个开关电阻，开关电阻与开关串联后再与超级电容单体并联；

每个超级电容单元的控制器在每个周期得到本地以及上级超级电容单体的端电压数据时，均按照以下关系式生成开关控制信号：