【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池组均衡控制，特别涉及了改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法。
技术介绍
1、超级电容器作为一种高性能的储能元件，具有充放电速度快、稳定性好、使用寿命长及功率密度大等特点，在交通运输、航空、工业等多个领域获得广泛应用。尤其是在交通运输领域，为了获得大功率输出，超级电容器作为城市轨道交通的主要电源；也可以和锂电池混合作为电动汽车的储能器件，以此来增加汽车的功率。单个超级电容器的终端电压一般不超过2.7v，需要将超级电容器进行串联来增加电压。在串联电路中，由于超级电容器的制造工艺以及自身物理特性、使用环境等因素的影响，会使得整个串联系统的内部各个超级电容器的电压出现不一致的现象。这对整个串联系统的储能能力和安全性都有较大的影响。因此保证串联系统内部电压一致性具有重大意义。
2、均衡主要包括均衡策略和均衡电路，均衡策略主要目的是确定每个超级电容器需要均衡的电量，而均衡电路是将这部分电量以特定的形式转移。常见的均衡方式包括基于荷电状态(soc)均衡策略、基于超级电容器容量均衡策略和基于终端电压一致性均衡策略，目前的技术对剩余电量以及对容量的估计精度不高，然而超级电容器的两端电压可直接测得并且可以保证较高的准确度，因此采用电压均衡是一个较为可行的方案，根据在均衡过程中是否产生能量的损耗分为主动均衡和被动均衡。主动均衡是设计电路，利用电容或者电感将能量从高能量的超级电容器转移到低能量的超级电容器中，主动均衡电路结构比较复杂但在均衡过程中不产生能量的损耗。因此设计一款既简单又不产生能力损耗的模型至关重要。对于电
技术实现思路
1、鉴于现有的超级电容器串联系统中存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术所要解决的问题在于解决传统电压一致性均衡策略在充电均衡过程中的弊端，提出了改建电压一致性均衡策略，延长使用寿命并且减少了充电周期。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
4、搭建可重构超级电容器均衡电路，建立电压均衡开关切换系统；
5、引用传统电压一致性均衡策略了解问题后，提出改进电压一致性均衡策略；
6、提出内阻补偿法进一步提高电压一致性。
7、作为本专利技术所述改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法的一种优选方案，其中：所述搭建可重构超级电容器均衡电路具体为将n个超级电容器串联，并且为每个超级电容器分别串联和并联一个状态开关构成可重构均衡电路。
8、作为本专利技术所述改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法的一种优选方案，其中：所述建立电压均衡开关切换系统包括，
9、根据搭建的可重构超级电容器均衡电路，采集内部各个超级电容器的电压，根据电压关系建立相应的电压均衡开关切换系统，开关系统包括电压保持状态和正常充电状态，开关切换系统为：
10、
11、式中ic表示系统恒定充电电流，iai表示流入分流支路的电流，ui表示超级电容器终端电压，vi表示内部等效电容两端电压，ci超级电容器等效电容，ri表示等效内阻，{sai,sbi}表示可重构电路状态开关。
12、电压保持状态为：
13、
14、正常充电状态为：
15、
16、作为本专利技术所述改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法的一种优选方案，其中：所述在建立电压均衡开关切换系统的基础上分析了影响超级电容器老化的因素，具体关系表示为：
17、
18、式中t表示充电周期，τ0表示初始寿命，τi表示当前剩余寿命，vi(t)电容器i充电过程中的电压,μi(t)为电池充电过程的温度，τ0和μ0为常数：
19、
20、作为本专利技术所述改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法的一种优选方案，其中：所述传统电压一致性均衡策略包括电压一致性的均衡略和另一电压一致性均衡策略；
21、所述传统电压一致性均衡策略具体为选取额定电压urate作为各个超级电容器的参考量，在恒流充电过程中，开关{sai,sbi}保持{0,1}状态充电，当终端电压ui达到额定电压urate时，将开关{sai,sbi}切换成{1,0}状态保持当前电压不变，直至所有超级电容器的终端电压都达到额定电压urate时停止充电，第i个超级电容器遵循以下规则：
22、
23、作为本专利技术所述改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法的一种优选方案，其中：所述另一电压一致性均衡策略具体为比较第i个超级电容器的终端电压和第i个超级电容器左右两边的超级电容器电压平均值记为的关系，决定开关{sai,sbi}是处于正常充电状态还是电压保持状态，直至所有单元的终端电压都达到额定电压时结束充电，该策略遵循以下规则：
24、
25、其中mi表示相邻集合，m表示集合内部超级电容器的个数；且ui≤urate，当ui>urate时，表示充电过程已经结束。
26、作为本专利技术所述改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法的一种优选方案，其中：所述提出改进电压一致性均衡策略具体为根据引用传统电压一致性均衡策略出现的问题进行改进，不再以相邻集合电压的平均值作为参考，而是选择充电初期整个储能系统中具有最低电压的单元的终端电压记为umin作为参考量，当第i个单元的终端电压小于umin时，开关{sai,sbi}处于{0,1}状态，第i个单元进行充电，当ui电压增大直到大于umin时，开关{sai,sbi}切换成{1,0}状态保持电压不变直至ui再次小于umin，直到所有单元的终端电压达到额定电压urate后停止充电。
27、作为本专利技术所述改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法的一种优选方案，其中：所述提出改进电压一致性均衡策略还包括由开关切换系统公式可知第i个单元终端电压变化由内部电容电压变化决定，由正常充电状态公式可知电压增长率为其中ic为恒定充电电流，同一类型的超级电容器内部容值相近，短期时间内不会发生大幅度变化。
28、作为本专利技术所述改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法的一种优选方案，其中：所述提出改进电压一致性均衡策略还包括改进后的电压一致性均衡策略具有较短的充电周期，其遵守的规则如下：
29、
30、其中ui≤urate，当ui>urate时，开关{sai,sbi}保持{1,0}状态，此时表示充电过程已经结束。
31、作为本专利技术所述改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法的一种优选方案，其中：所述提本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：所述搭建可重构超级电容器均衡电路具体为将n个超级电容器串联，并且为每个超级电容器分别串联和并联一个状态开关构成可重构均衡电路。
3.如权利要求2所述的改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：所述建立电压均衡开关切换系统包括，
4.如权利要求3所述的改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：在建立电压均衡开关切换系统的基础上分析了影响超级电容器老化的因素，具体关系表示为：
5.如权利要求4所述的改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：所述传统电压一致性均衡策略包括电压一致性的均衡略和另一电压一致性均衡策略；
6.如权利要求5所述的改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：所述另一电压一致性均衡策略具体为比较第i个超级电容器的终端电压和第i个超级电容器左右两边的超级电容器电压平均值记为的关系，决定开关{Sai,Sbi}是处于正常充电状
7.如权利要求6所述的改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：所述提出改进电压一致性均衡策略具体为根据引用传统电压一致性均衡策略出现的问题进行改进，不再以相邻集合电压的平均值作为参考，而是选择充电初期整个储能系统中具有最低电压的单元的终端电压记为Umin作为参考量，当第i个单元的终端电压小于Umin时，开关{Sai,Sbi}处于{0,1}状态，第i个单元进行充电，当Ui电压增大直到大于Umin时，开关{Sai,Sbi}切换成{1,0}状态保持电压不变直至Ui再次小于Umin，直到所有单元的终端电压达到额定电压Urate后停止充电。
8.如权利要求7所述的改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：所述提出改进电压一致性均衡策略还包括由开关切换系统公式可知第i个单元终端电压变化由内部电容电压变化决定，由正常充电状态公式可知电压增长率为其中Ic为恒定充电电流，同一类型的超级电容器内部容值相近，短期时间内不会发生大幅度变化。
9.如权利要求8所述的改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：所述提出改进电压一致性均衡策略还包括改进后的电压一致性均衡策略具有较短的充电周期，其遵守的规则如下：
10.如权利要求9所述的改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：所述提出内阻补偿法进一步提高电压一致性包括，由于等效串联内阻的不同会使得串联系统内不同超级电容器的终端电压呈现一定的差异，记录不同超级电容器的压降，记作△Ui，△Ui可表示为：
...【技术特征摘要】
1.改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：所述搭建可重构超级电容器均衡电路具体为将n个超级电容器串联，并且为每个超级电容器分别串联和并联一个状态开关构成可重构均衡电路。
3.如权利要求2所述的改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：所述建立电压均衡开关切换系统包括，
4.如权利要求3所述的改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：在建立电压均衡开关切换系统的基础上分析了影响超级电容器老化的因素，具体关系表示为：
5.如权利要求4所述的改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：所述传统电压一致性均衡策略包括电压一致性的均衡略和另一电压一致性均衡策略；
6.如权利要求5所述的改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：所述另一电压一致性均衡策略具体为比较第i个超级电容器的终端电压和第i个超级电容器左右两边的超级电容器电压平均值记为的关系，决定开关{sai,sbi}是处于正常充电状态还是电压保持状态，直至所有单元的终端电压都达到额定电压时结束充电，该策略遵循以下规则：
7.如权利要求6所述的改进型可重构超级电容器组均衡电路设计方法，其特征在于：所述提出改进电压一致性均衡策略具体为根...
【专利技术属性】
技术研发人员：王立成，徐方旭，田恩刚，刘帅，李辉，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：
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