电容器充电电压的调节制造技术

在此提供了一种用于调节电容器的充电电压的方法和安排，该电容器被用作具有所需能量水平的系统中的功率备份。该方法包括基于所接收的电容值和所接收的所需能量水平的值调节该电容器的充电电压。执行该调节，从而使得该电容器中所存储的能量水平被保持基本不变。本发明专利技术的优点在于，其延长了电容器的使用期。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电容器充电电压的调节
本专利技术总体上涉及具有充电部件和放电部件的系统中的电容器的充电领域。具体地，本专利技术涉及一种用于调节这种系统中的电容器的充电电压的方法和安排。背景电化学双层电容器(EDLC)(也被称为超电容器或超级电容器)经常被用作电子电路中的能量存储装置。例如，EDLC可以被用作系统中的功率备份。EDLC的问题在于，它们具有有限的使用期，因为电容和电导率由于电化学反应而降低。当在对长产品使用期有要求的应用中使用EDLC时，EDLC的有限使用期特别成问题。EDLC的老化受到温度和电压的影响。提高电压和温度将以指数方式加速电化学反应并因此导致电容和电导率降低。EDLC的使用期可以被定义为直到电容已经降低至其初始值的50％和电阻已经增加至其初始值的300％时的时候。一种对EDLC的老化进行补偿的方法一直是使用具有高初始电容的电容器。这种方法的缺点在于，最初电容器中存储比所需的能量更多的能量。本方法的进一步的缺点在于，大的电容器是昂贵的并且将大的电容器充电至高电压电平需要更大且更昂贵的电源电路。进一步地，大的电容器的充电是耗时的。JP2005117792A披露了一种延长EDLC的使用期的方法。更确切地说，其披露了一种用于控制可以增加EDLC组的使用期的功率的设备。温度传感器检测元件温度。作为对其的响应，用于控制功率的设备驱动冷却风扇，从而使得内部元件温度变为50℃摄氏度或更低。如JP2005117792中所披露的对EDLC进行冷却以延长使用期的解决方案的缺点在于，其需要庞大的风扇。其结果是，当空间有限时，其可能不在应用中使用。进一步地，不可以在恶劣和粉尘环境中使用风扇。因此，需要延长EDLC的使用期的其他方法。专利技术概述鉴于以上内容，因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于延长在系统中被用作功率备份的电容器的使用期的方法和安排。根据本专利技术的一个第一方面，通过一种用于调节系统中的电容器的充电电压的方法来实现上述目的，该系统具有一个与该充电电压相关联的充电部件和一个具有一个所需能量水平W需要的放电部件，该充电电压与所述电容器中所存储的一个能量水平W存储相关，该方法包括：接收该电容器的一个电容值；接收该所需能量水平W需要的一个值；以及基于所述电容值和该所需能量水平W需要的所述值调节该电容器的该充电电压，从而使得所述电容器中所存储的该能量水平W存储被保持基本不变。电容器中所存储的能量W存储与该电容值以及与跨该电容器的电压的平方成比例。由于老化，电容值随时间而降低。相应地，如果充电电压保持不变，则电容器中所存储的能量W存储随时间而降低，并且不久后电容器中所存储的能量W存储将低于所需能量水平W需要。然而，在本专利技术的方法的情况下，调节充电电压以补偿电容器的老化。调节充电电压，从而使得电容器中所存储的能量水平W存储被保持基本不变。因此，随着电容由于电容器的老化而降低，将提高充电电压并且电容器中所存储的能量水平W存储可保持在所需能量水平W需要以上。由此增加了电容器的使用期。此外，由于在任何时候充电电压可以被选择成尽可能低同时仍然将电容器中所存储的能量水平保持在一个超过所需能量水平W需要的水平，从而减缓了电容器的老化。进一步地，以此方式减少了对电容器进行充电所花费的时间。电容器中所存储的能量水平W存储优选地大于或等于所需能量水平W需要。该电容器可以是电化学双层电容器EDLC。该方法可以进一步包括接收该电容器的一个电导率值，所述电导率值与欧姆电压下降相关，并且其中，所述调节该电容器的充电电压进一步基于所述电导率值以补偿所述欧姆电压下降。由于电导率随时间降低和欧姆电压下降由此随时间增加，这对于要求电容器的长使用期的应用而言是特别有利的。欧姆电压下降是指当电流开始从电容器流向系统的放电部件时由于跨电容器内的电阻组件生成的电压而引起的电压下降。该方法可以进一步包括迭代以下步骤：接收该电容器的一个电容值；基于该电容值和该所需能量水平W需要的值调节该电容器的该充电电压直到该电容器中所存储的能量水平W存储基本上等于该所需能量水平W需要。这是有利的，因为可以将电容对充电电压的非线性依赖性考虑在内。可以循环地执行接收一个电容值、接收所需能量水平W需要的一个值、以及调节该充电电压这些动作。例如，充电电压的调节可以每天一次或每秒一次来执行。这是有利的，因为可以周期性地调节充电电压以确保电容器中所存储的能量水平被保持基本不变。该方法可以进一步包括接收环境温度的温度值、以及基于该温度值确定这些循环的周期。温度影响电容器的老化。因此，针对高温，电容迅速降低，并且比针对低温更频繁地有利地实施该调节。该方法可以进一步包括确定该电容器的电容值。在一个实施例中，确定电容器的电容值的动作可以包括：通过向该电容器提供一个充电电流来执行该电容器的充电或放电其中之一，或与该电容器并联地连接一个负载，从而使得由此引起一个放电电流从该电容器流出，其中在一个第一时间点发起该充电或放电，在当对该电容器进行充电或放电时的一个时间段期间测量该电容器的电荷变化，其中该时间段在该第一时间点之后发生，在同一时间段期间测量跨该电容器的一个第一电压变化，以及确定该电容值作为所测量的电荷变化和所测量的第一电压变化之间的一个比率。这是有利的，因为其能够通过在电容器上执行直接测量来获得电容的精确电容值。在该充电电流或该放电电流在该第一时间点时具有一个已知电流值的情况下，该方法可以进一步包括：测量在该第一时间点发生的一个第二电压变化，该第二电压变化与跨该电容器中的一个电阻组件由该充电电流或该放电电流引起的一个电压相关；以及确定该电容器的一个电导率值作为该已知电流值和所测量的第二电压变化之间的比率。这是有利的，因为还可以通过直接测量来获得该电导率值，从而使得当调节充电电压时可以将欧姆电压下降考虑在内。该充电电流或该放电电流可以对应于一个恒定电流值，并且所述确定该电容值作为一个比率的动作可以包括确定该电容器的充电或放电期间跨该电容器的一个测量电压的一个梯度。这是有利的，因为电容值的确定简化成确定跨该电容器的测量电压的梯度。在一个实施例中，接收该电容器的电容值的动作包括接收与该电容值的变化相关的信息，该变化作为来自一条曲线或一个表的时间和/或温度的一个函数；以及确定该电容器的该电容值作为该曲线或表中的与一个当前时间和/或温度相对应的电容值。这是有利的，因为可以使用低量处理功率以一种简单的方式确定电容值。根据本专利技术的一个第二方面，该目的通过一种用于调节系统中的电容器的充电电压的控制单元来实现，该系统具有一个与该充电电压相关联的充电部件和和一个具有一个所需能量水平W需要的放电部件，该充电电压与所述电容器中所存储的一个能量水平W存储相关。该控制单元包括：一个接收器，被安排成用于接收该电容器的一个电容值；以及所需能量水平W需要的一个值；一个处理单元，被安排成用于基于所述电容值和该能量水平W需要的所述值调节该电容器的该充电电压，从而使得所述电容器中所存储的该能量水平W存储被保持基本不变；以及一个传输器，被安排成用于传输与所调节的充电电压相关的一个信号。根据本专利技术的一个第三方面，该目的通过一种用于调节系统中的电容器的充电电压的安排来实现，该系统具有一个与该充电电压相关联的充电部件和一个具有一个所需能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于调节系统中的电容器的充电电压的方法，该系统具有一个与该充电电压相关联的充电部件和一个具有一个所需能量水平W需要的放电部件，该充电电压与所述电容器中所存储的一个能量水平W存储相关，该方法包括：接收该电容器的一个电容值；接收该所需能量水平W需要的一个值；以及基于所述电容值和该所需能量水平W需要的所述值调节该电容器的该充电电压，从而使得所述电容器中所存储的该能量水平W存储被保持基本不变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于调节系统中的被用作功率备份的电容器的充电电压的方法，其中，该电容器为一个电化学双层电容器EDLC，该系统具有一个与该充电电压相关联的充电部件和一个具有一个所需能量水平W需要的放电部件，该充电电压与所述电容器中所存储的一个能量水平W存储相关，该方法包括：循环地调节该电容器的该充电电压，每个循环均包括：(a)接收该所需能量水平W需要的一个值；(b)接收该电容器的一个电容值；(c)基于所述电容值和该所需能量水平W需要的所述值调节该电容器的该充电电压，其中所述步骤(b)和(c)被迭代，直到该电容器中所存储的该能量水平W存储基本上等于该所需能量水平W需要，从而使得所述电容器中所存储的该能量水平W存储被保持基本不变。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括接收该电容器的一个电导率值，所述电导率值与一个欧姆电压下降相关，其中，所述调节该电容器的该充电电压进一步基于所述电导率值以补偿所述欧姆电压下降。3.根据权利要求1所述的方法，其中，该电容器中所存储的该能量水平W存储大于或等于该所需能量水平W需要。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括接收一个环境温度的一个温度值、以及基于该温度值确定这些循环的周期。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定该电容器的该电容值。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述确定该电容器的该电容值的动作包括通过向该电容器提供一个充电电流来执行该电容器的充电或放电其中之一，或与该电容器并联地连接一个负载，从而使得由此引起一个放电电流从该电容器中流出，其中在一个第一时间点发起该充电或放电，在当对该电容器进行充电或放电时的一个时间段期间测量该电容器的一个电荷变化，其中该时间段在该第一时间点之后发生，在同一时间段期间测量跨该电容器的一个第一电压变化，以及确定该电容值作为所测量的电荷变化和所测量的第一电压变化之间的一个比率。7.根据权利要求6所述的方法，其中，该充电电流或该放电电流在该第一时间点具有一个已知的电流值，该方法进一步包括：测量在该第一时间点发生的一个第二电压变化，该第二电压变化与跨该电容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·戈特，
申请(专利权)人：施耐德电气建筑有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US