依赖于实际情况的超级电容器电压控制制造技术

提供了一种用于在过程控制系统中操作耦合到输入电源以及在高温下易受损坏的超级电容器的电路的系统和方法。控制器使得改电路将来自输入电源的电荷供应给超级电容器。该控制器还使得该电路将来自超级电容器的电荷供应给现场设备(诸如，致动器)。该控制器至少部分地基于与所述超级电容器相关联的检测到的温度来选择所述超级电容器将被充电到的电压；并且得所述电路基于所选的电压将来自所述输入电源的电荷供应给所述超级电容器。

Supercapacitor Voltage Control Depending on Actual Conditions

A system and method for operating a circuit coupled to an input power supply in a process control system and a vulnerable supercapacitor at high temperature are provided. The controller enables the circuit to supply charges from the input power supply to the supercapacitor. The controller also enables the circuit to supply charges from supercapacitors to field devices (such as actuators). The controller selects the voltage to which the supercapacitor will be charged based at least in part on the detected temperature associated with the supercapacitor, and the circuit supplies the charge from the input power source to the supercapacitor based on the selected voltage.

【技术实现步骤摘要】
依赖于实际情况的超级电容器电压控制相关申请的引用本申请要求于2017年9月29日提交的美国临时申请号为62/566,168的优先权，该申请的全部内容以全文引用的方式并入本文中。
本申请一般涉及在过程控制系统中操作耦合到输入电源以及在高温下易受损坏的超级电容器的电路。
技术介绍
本文中提供的背景描述用于概括地呈现本公开的上下文的目的。目前指明的专利技术人的工作(在本
技术介绍
部分中在某种程度上对其进行了描述)以及本描述中在提交时原本还不能作为现有技术的各方面既不明确地也不暗示地被认为是本公开的现有技术。过程控制系统(如在化工、石油、工业或其他过程工厂中用于制造、精炼、转换、生成、或生产物理材料或产品的那些过程控制系统)通常包括一个或多个过程控制器，该一个或多个过程控制器经由模拟总线、数字总线或经组合的模拟/数字总线或者经由无线通信链路或网络通信地耦合到一个或多个现场设备的。可以是例如阀、阀定位器、致动器、交换器或变送器(例如，温度、压力、液位和流率传感器)的现场设备位于过程环境内，并且通常执行物理或过程控制功能(诸如，打开或关闭阀，测量诸如压力、温度等过程参数等等)以控制在过程工厂或系统内执行的一个或多个过程。智能现场设备(例如符合公知的现场总线协议的现场设备)也可执行控制计算、报警功能、以及通常在控制器内实现的其他控制功能。通常也位于工厂环境内的过程控制器接收指示由现场设备作出的过程测量的信号和/或与现场设备有关的其他信息，并执行运行例如不同控制模块的控制器应用，这些控制模块作出过程控制决策，基于接收到的信息生成控制信号，并与正在现场设备(例如和现场总线现场设备)中执行的控制模块或块协调。控制器中的控制模块通过通信线路或链路向现场设备发送控制信号，从而控制过程工厂或系统的至少一部分的操作，例如控制正在工厂或系统内运行或执行的一个或多个工业过程的至少一部分。通常也位于工厂环境内的I/O设备通常被设置在控制器和一个或多个现场设备之间，并实现其间的通信，例如通过将电信号转换为数字值来实现期间的通信，并且反之亦然。现场设备、控制器和I/O设备通常位于、设置或安装在过程控制系统或工厂的现场环境中。超级电容器可在过程控制系统中被用于各种目的，例如在电力故障或电力短缺期间为现场设备提供备用电源。也就是说，用于为现场设备供电的输入电源可以是可变电源(诸如，太阳能电池板)，并且可能有时无法提供电力。当输入电源正常工作时，输入电源将为现场设备供电，并还为超级电容器供电。因此，在输入电源可用时，超级电容器可被充电，例如到为相应的现场设备供电所需的特定电压。然后，当输入电源不再提供足够的电力时，超级电容器可被放电，以便为现场设备供电。例如，在停电之际，超级电容器可向致动器供电，以在电力故障和/或电力短缺期间将阀驱动到预先配置的“安全”位置。通过这种方式，过程控制系统的安全性即使在电力故障和/或电力短缺期间也可得到维持。更一般地，超级电容器在过程控制系统中可用作各种应用中的备用存储设备或主要电力存储设备。在老化(其涉及化学降解)之际，超级电容器可不再为过程控制系统中的现场设备提供备用电力。一般来说，超级电容器当在高温下工作时老化得更快。然而，在许多情况下，过程控制系统中的设备必须在相对较高的环境温度下操作。
技术实现思路
在一个方面，提供了一种操作耦合到输入电源以及在高温下易受损坏的超级电容器的电路的方法。该方法包括：由处理硬件检测与所述超级电容器相关联的温度；由所述处理硬件至少部分地基于检测到的温度来选择所述超级电容器将被充电到的电压；以及由处理硬件使得所述电路基于所选的电压将来自所述输入电源的电荷供应给所述超级电容器。在另一个方面，提供了一种操作耦合到输入电源以及在高温下易受损坏的超级电容器的电路的方法。该方法包括：由处理硬件使得该电路在第一时间段期间将来自输入电源的电荷供应给超级电容器；由过程硬件检测与超级电容器相关联的温度的升高；以及，由处理硬件使得该电路在第二时间段期间至少部分地基于所检测到的温度的升高来降低超级电容器被充电到的电压。在又一个方面，提供了一种系统，该系统包括：输入电源；超级电容器；现场设备；耦合到输入电源、超级电容器和现场设备的电路；以及，控制器。该控制器被配置为：使得该电路将来自输入电源的电荷供应给超级电容器；并使得该电路至少部分地基于与超级电容器相关联的温度的升高来降低超级电容器被充电到的电压。附图说明图1是耦合到输入电源、在高温下易受损坏的超级电容器、以及现场设备的示例电路的电路图。图2是包含在高温下易受损坏的超级电容器的示例过程控制系统的电路图。图3是操作耦合到输入电源以及在高温下易受损坏的超级电容器的电路的示例方法的流程图。具体实施方式如上所述，当以越高温度操作时，超级电容器老化得越快。然而，在许多情况下，过程控制系统中的设备在高环境温度下操作和/或在操作期间加热。降低高温对超级电容器的老化的影响的一种方式是降低超级电容器被充电到的电压。然而，超级电容器必须维持足够的电荷以向过程控制系统的现场设备提供备用电力，这在较低温度下可能需要额外的电力。本公开的系统和方法至少部分地基于超级电容器的温度来自动控制超级电容器被充电到的电压。例如，控制器在较高温度下可自动降低超级电容器被充电到的电压，并在较低温度下增加超级电容器被充电到的电压。当在高温下工作时降低超级电容器被充电到的电压将降低高温所具有的对超级电容器的老化的影响。因此，过程控制系统中的超级电容器的使用寿命可被延长。另外，当在较低温度下操作时增加超级电容器被充电到的电压将确保超级电容器可为过程控制系统中的现场设备提供足够的备用电力。最初，可确定超级电容器的温度，并且至少部分地基于该温度，控制器能够确定超级电容器的适当目标电压。为此，控制器能够采用查找表，限定在温度与电压之间的比例关系的线性功能，限定在温度与电压之间的更为复杂关系的非线性功能，或者其他适合的算法。控制器可以重复该检测，并且在某些情况下，周期性地调整(例如，每分钟，每十分钟，每小时)。一般而言，控制器采用的算法可在较低温度下输出较高的目标电压，并在较高温度下输出较低的目标电压。然而，温度和目标电压之间的关系可能不是严格线性的。也就是说，在一些情况下，该算法可涉及滞后，并且因此，温度的特定升高或降低可能不会引起目标电压的任何变化。因此，控制器可使用另一算法来确定需要充电还是放电来达到目标电压。一般来说，在超级电容器上的电压过低时需要充电，并且在超级电容器上的电压过高时需要放电。然而，该算法也可涉及滞后，并且因此，在某些情况下，当前电压和目标电压之间的特定差异可能不会导致电容器的任何充电或放电。当该算法确定输入功率可用并且需要充电时，控制器可以使得电容器被充电到目标电压。当该算法确定需要放电时，控制器可以使得电容器被放电到目标电压。控制器可以周期性地重复该过程(例如，每十分钟一次)。另外，控制器可持续地(或几乎持续地)监视电源。如果输入功率失效，则控制器可以使得电源根据需要从超级电容器抽取电力给功率场设备，即作为备用电源。控制器可以被配置为在几毫秒内执行该过程，以防止现场设备在其已达到预配置的电源失效状态之前重新启动。现转向附图，在图1中以高度简化的方式例示的示例电路100可包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种操作电路的方法，所述电路耦合到输入电源以及在高温下易受损坏的超级电容器，该方法包括：由处理硬件检测与所述超级电容器相关联的温度；由所述处理硬件至少部分地基于检测到的温度来选择所述超级电容器将被充电到的电压；由处理硬件使得所述电路基于所选的电压将来自所述输入电源的电荷供应给所述超级电容器。

【技术特征摘要】
2017.09.29 US 62/566,1681.一种操作电路的方法，所述电路耦合到输入电源以及在高温下易受损坏的超级电容器，该方法包括：由处理硬件检测与所述超级电容器相关联的温度；由所述处理硬件至少部分地基于检测到的温度来选择所述超级电容器将被充电到的电压；由处理硬件使得所述电路基于所选的电压将来自所述输入电源的电荷供应给所述超级电容器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测到的温度是在第一时间检测到的第一温度，并且其中，所述电压是第一电压，所述方法还包括：由所述处理硬件在第二时间检测所述超级电容器的第二温度，其中所述第二温度高于所述第一温度；由所述处理硬件至少部分地基于检测到的第二温度来选择所述超级电容器将被充电到的第二电压，其中所述第二电压低于所述第一电压；由所述处理硬件使得所述电路基于所选的第二电压将来自所述输入电源的电荷供应给所述超级电容器。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测到的温度是在第一时间检测到的第一温度，并且其中，所述电压是第一电压，所述方法还包括：由所述处理硬件在第二时间检测所述超级电容器的第二温度，其中所述第二温度低于所述第一温度；由所述处理硬件至少部分地基于检测到的第二温度来选择所述超级电容器将被充电到的第二电压，其中所述第二电压高于所述第一电压；由所述处理硬件使得所述电路基于所选的第二电压将来自所述输入电源的电荷供应给所述超级电容器。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：由所述处理硬件确定为所述超级电容器处于电压电平VC；以及由所述处理硬件根据检测到的温度来确定所述超级电容器将被充电到的目标电压电平VT。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：确定为所述目标电压VT低于所述电压VC；以及使得所述电路操作分流元件以从所述超级电容器移除多余的电荷，直到所述目标电压VT被达到为止。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：确定为所述目标电压VT高于所述电压VC；以及由所述处理硬件使得所述电路供应来自所述输入电源的电荷，以将所述超级电容器充电到目标电压VT。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：由所述处理硬件使得所述电路将来自所述超级电容器的电力供应给现场设备；以及由所述处理硬件确定所述现场设备的功率要求；其中，确定所述目标电压电平VT还基于所述现场设备的功率要求。8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定所述目标电压电平VT还基于所述输入电源处的电力可用性。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测所述超级电容器的温度包括从温度传感器接收指示所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·G·西伯杰，S·E·洛辛，Z·M·布赖恩特，
申请(专利权)人：费希尔控制产品国际有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US