[发明专利]超级电容组串主动均衡控制方法

说明书

本发明涉及超级电容储能系统设计与控制技术领域，公开了一种超级电容组串主动均衡控制方法，包括如下步骤：充电前，获取各单体的电容值，计算将各单体充满所需的电量；取将各单体充满所需的电量中的最大值为电量基准，以此电量基准计算其它单体冲入该电量基准将达到的预测电压值；将所有预测电压值与额定电压进行对比，将偏差值大于均衡允许范围的单体进行放电，直至偏差值都在均衡允许范围内。本发明一种超级电容组串主动均衡控制方法，实时采样单体电压、充电电流，计算各单体的电容量，根据单体电容量计算出各单体初始电压目标值，并控制相应开关电阻的导通放电时间，达到使得下一次充电完成时各单体电压均衡的目标。

技术领域

本发明涉及超级电容储能系统设计与控制技术领域，具体涉及一种超级电容组串主动均衡控制方法。

背景技术

超级电容器由于具有较好的大电流放电特性，并且兼具较高的储能密度，在电磁发射、电机启动、轨道交通、新能源发电等领域得到大规模应用。

受到尺寸、重量的限制，超级电容器的单体最高电压一般只有2.5到3V，为了提高电容量，实际应用时，通常通过串并联的方式组成组串，以满足系统电压和容量的需求。随着系统容量和电压等级的提高，超级电容器组串的单体串联数也相应增加，比如一套额定电压为720V的储能系统，即使采用3V的单体，也需要240个单体串联组成。由于各单体之间存在性能的差异，如：单体电容量、内阻、漏电流等，必然会导致电压不均衡的问题。尤其是使用时间较长、寿命中后期的单体，电压不均衡问题更加严重，达到一定程度后，会导致系统电压充满时，组串中电压较高的单体处于过压的状态，严重影响储能系统的安全性和可靠性。因此，必须对组串中的超级电容器单体进行均衡控制。

常用的超级电容器单体均衡方法分为被动均衡和主动均衡控制两种。被动均衡方法通过在单体两端并联均衡电阻或者二极管等器件，主要作用是抵消由于单体间漏电流的差异引起的电压不均衡，缺点主要是均衡时间过长，并且均衡电阻还会持续耗能；主动均衡的方法一般是在单体两端并联开关电阻，通过控制各个开关的通断时间，达到各个单体电压均衡的目标。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种超级电容组串主动均衡控制方法，实时采样单体电压、充电电流，计算各单体的电容量，根据单体电容量计算出各单体初始电压目标值，并控制相应开关电阻的导通放电时间，达到使得下一次充电完成时各单体电压均衡的目标。

为实现上述目的，本发明所涉及的超级电容组串主动均衡控制方法，包括如下步骤：

A)充电前，获取各单体的电容值；

B)实时采样各单体的当前电压，计算将各单体充满所需的电量；

C)取将各单体充满所需的电量中的最大值为电量基准，以此电量基准计算其它单体冲入该电量基准将达到的预测电压值；

D)将所有预测电压值与额定电压进行对比，将偏差值大于均衡允许范围的单体进行放电，并实时计算其预测电压值，直至所有单体的预测电压值与额定电压的偏差值都在均衡允许范围内；

E)对组串进行一次恒流充电，即可达到各单体电压均衡的目标。

优选地，所述步骤A)中，各单体电容值的初始值为单体的额定电容量，单体完成一次充电后，其电容值为：

式中，t为时间，k为单体的序号，n为单体的总数，i(t)为单体上一次充电的充电电流，ΔU_k为单体在上一次恒流充电的过程中电压的变化量。

优选地，所述步骤A)中，当上一次充电为恒流充电时，单体的电容值可以简化为：

式中，I为上一次恒流充电的电流。

优选地，所述步骤B)中，各单体充满所需的电量Q_k为：