專利名稱：一種超級(jí)電容器的充電控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及充電方法，尤其涉及一種帶有充電失效識(shí)別與健康狀態(tài)指示功能的超級(jí)電容器的充電控制方法。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，超級(jí)電容器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。超級(jí)電容器具有強(qiáng)大的比功率，目前被廣泛應(yīng)用于混合動(dòng)力新能源汽車、軍工產(chǎn)品的瞬間起動(dòng)能量提供和制動(dòng)能量回收系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的后備電源等。超級(jí)電容器初始能量的提供需要超級(jí)電容器充電機(jī)來(lái)完成，超級(jí)電容器充電機(jī)和有效的充電控制方法成為該領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。目前所用的充電機(jī)及充電控制方法都無(wú)法對(duì)充電故障進(jìn)行有效的識(shí)別，也不能對(duì)超級(jí)電容器的健康狀態(tài)進(jìn)行判斷和指示。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種帶有充電失效識(shí)別與健康狀態(tài)指示功能的超級(jí)電容器的充電控制方法，充電過(guò)程包括充電電流的設(shè)定階段、恒流充電階段、 恒壓充電階段、超級(jí)電容自放電階段和涓流充電階段；其中，在恒流充電階段、恒壓充電階段還對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行充電容量檢測(cè)，并做異常判斷、健康分析和處理。根據(jù)實(shí)施例，還可采用以下優(yōu)選的技術(shù)方案
所述充電電流的設(shè)定根據(jù)電容器的容值和充電時(shí)間計(jì)算得到。所述異常判斷、健康分析和處理包括超級(jí)電容器的容量變化率、開路識(shí)別和短路識(shí)別，以及關(guān)閉充電機(jī)輸出并提示輸出狀態(tài)。所述容量變化率通過(guò)充電容量與額定容量計(jì)算得到；所述開路識(shí)別和短路識(shí)別根據(jù)電壓變化情況得到，具體是在恒流充電階段，當(dāng)電容器兩端電壓以小于正常三分之一的時(shí)間達(dá)到額定充電電壓，則判斷為開路；當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)電容器兩端電壓不增加，則判斷為短路。所述恒流充電階段的初始電壓為0V。充電過(guò)程中還對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行健康分析與處理，具體是對(duì)超級(jí)電容兩端的電壓、充電電流、充電能量、電容器容量變化范圍和自放電的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)顯示器上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)將所述數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸接口與外部進(jìn)行通訊。本發(fā)明的有益效果是
恒流充電過(guò)程可對(duì)電容的充電容量進(jìn)行計(jì)算和電容器開路、充電器輸出短路檢測(cè)，恒壓充電過(guò)程可檢測(cè)電容器是否充電達(dá)到額定電容值，并將結(jié)果應(yīng)用于健康分析和處理控制模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載、超級(jí)電容器充電機(jī)的保護(hù)及有效提升系統(tǒng)的可靠性。


圖1為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的控制方法流程圖；圖2為本發(fā)明所述充電控制原理框圖； 圖3為本發(fā)明所述充電方法的充電曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1所示，是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的控制方法流程圖，該超級(jí)電容充電器的充電控制根據(jù)充電時(shí)間計(jì)算充電電流的大小，并進(jìn)行電流調(diào)節(jié)，其充電過(guò)程主要分為五個(gè)階段充電機(jī)充電電流的設(shè)定階段、恒流充電階段、恒壓充電階段、超級(jí)電容自放電、涓流充電階段。 其中，在恒流、恒壓充電過(guò)程中對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行充電容量檢測(cè)，電容故障異常判斷處理和超級(jí)電容器的狀態(tài)健康指示；所述自放電階段用以檢測(cè)超級(jí)電容或模組的漏電流，同時(shí)判斷電容模組的自放電是否滿足電容與電路的需求；所述涓流充電則補(bǔ)充自放電階段損失的能量°與傳統(tǒng)電池的充電機(jī)相比，超級(jí)電容器用充電機(jī)不具備充電電壓平臺(tái)，拿12V的鉛酸電池來(lái)講，鉛酸電池的截止電壓為IOV左右，則充電機(jī)以IOV開始對(duì)電池進(jìn)行恒流充電，而超級(jí)電容器的初始充電電壓為0V，超級(jí)電容器用充電機(jī)開始對(duì)電容器從OV進(jìn)行恒流充電。相應(yīng)的控制策略不局限于恒流、恒壓、電容自放電、涓流充電的過(guò)程，該超級(jí)電容充電機(jī)還增加了系統(tǒng)校驗(yàn)、超級(jí)電容開路，電容容量變化、及超級(jí)電容模組的自放電等智能識(shí)別、控制功能。具體是，在電流設(shè)定過(guò)程中，用戶可根據(jù)電容的容值和充電時(shí)間對(duì)充電機(jī)的充電電流進(jìn)行設(shè)定。根據(jù)Ι*τ= Δ U*C的電容公式，其中充電電壓范圍Δ U為已知，C為已知的額定容量，根據(jù)所要求的充電時(shí)間Τ，調(diào)節(jié)充電機(jī)的電流I，對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行充電。進(jìn)一步的系統(tǒng)自檢過(guò)程，對(duì)充電機(jī)內(nèi)部進(jìn)行識(shí)別，如無(wú)故障則對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充電，在充電過(guò)程中控制處理器實(shí)時(shí)查詢各種充電狀態(tài)，如有故障則關(guān)閉充電器輸出，程序執(zhí)行狀態(tài)指示程序。整個(gè)充電過(guò)程的充電曲線如圖2所示，包括
a.恒流充電階段
b.恒壓充電階段
c.充電機(jī)開路狀態(tài)
d.涓流充電階段
e.恒壓充電階段
圖2的充電控制具體是先以恒流充到到額定電壓，然后恒壓充壓、待電容兩端的末期電流達(dá)到額定范圍內(nèi)，或者恒壓一預(yù)定的時(shí)間，則關(guān)閉充電機(jī)輸出，在額定的時(shí)間內(nèi)觀察超級(jí)電容兩端的電壓是否滿足于超級(jí)電容或電容模組的自放電規(guī)格。涓流充電是補(bǔ)充由于充電機(jī)關(guān)閉輸出時(shí)，超級(jí)電容或超級(jí)電容模組自放電損失的能量，補(bǔ)充達(dá)到額定電壓后充電機(jī)再為關(guān)閉輸出，以此循環(huán)的充電過(guò)程。以下結(jié)合圖2進(jìn)一步講述超級(jí)電容充電的控制過(guò)程中，如何實(shí)現(xiàn)恒流充電判斷電容容量變化和超級(jí)電容異常(如超級(jí)電容開路、超級(jí)電容短路)的分析處理過(guò)程。在恒流充電的過(guò)程中，根據(jù)Ι*Τ= Δ U*C的公式，超級(jí)電容兩端的電壓近似于線性增長(zhǎng)關(guān)系，如對(duì)1法拉額定電壓16伏的超級(jí)電容模組以1安培的恒定電流從OV開始充電，根據(jù)公式可以計(jì)算出充電時(shí)為16秒，同理，如果給定充電電壓范圍，以恒定的電流進(jìn)行充電，測(cè)量充電到額定電壓所用的時(shí)間，可計(jì)算出超級(jí)電容的充電容量，進(jìn)而以充電容量與模組的額定容量的比值，可求得電容的變化率。超級(jí)電容開路的識(shí)別，則可以根據(jù)觀察模組兩端的電壓變化情況進(jìn)行識(shí)別，如果在恒流充電的過(guò)程中，電容兩端的電壓以3倍以上的時(shí)間快速達(dá)到額定電壓，則可以認(rèn)為是電容器內(nèi)部開路所致或者連接線開路所致；超級(jí)電容短路或者負(fù)載的短路識(shí)別，同樣也是在超級(jí)電容模組的恒流充電過(guò)程中完成，如前如述，在超級(jí)電容恒流的充電過(guò)程中，電容器兩端的電壓近似為性線的增長(zhǎng)關(guān)系，如果在恒流狀態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)電容兩端的電壓不增長(zhǎng)，則可以判定為充電機(jī)輸出端短路或都超級(jí)電容內(nèi)部短路。此時(shí)，必須得關(guān)閉充電機(jī)輸出，提示輸出的狀態(tài)，進(jìn)而保護(hù)負(fù)載和超級(jí)電容充電機(jī)。進(jìn)一步的，還對(duì)超級(jí)電容充電控制過(guò)程的超級(jí)電容機(jī)進(jìn)行健康分析與處理，主要是對(duì)超級(jí)電容兩端的電壓、電流、充電能量、電容器狀態(tài)(如超級(jí)電容開路、充電機(jī)負(fù)載短路、容量變化范圍，自放電)等在數(shù)據(jù)顯示器上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，讓用戶實(shí)時(shí)了解充電機(jī)與超級(jí)電容器的狀態(tài)，同時(shí)可將充電機(jī)數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸接口與外部進(jìn)行通訊，更有利系統(tǒng)的管理和有效提升系統(tǒng)的可靠性。超級(jí)電容器充電控制過(guò)程的電容自放電，通過(guò)圖2中控制處理器ADl檢測(cè)電容兩端電壓的情況，通過(guò)控制處理器AD2檢測(cè)恒壓階段的電流值是否達(dá)到設(shè)定值，如達(dá)到設(shè)定值，則由控制處理器在0N/0FF 口輸出關(guān)閉充電機(jī)輸出的信號(hào)，同時(shí)控制處理器實(shí)時(shí)的檢測(cè)電容兩端的電壓在單位時(shí)間內(nèi)是否滿足電容模組自放電的要求，并將結(jié)果在數(shù)據(jù)顯示器上顯示出來(lái)。該超級(jí)電容充電控制過(guò)程的電壓從OV開始恒流充電的過(guò)程，主要根據(jù)圖2中控制處理器的AD2進(jìn)行外部電流檢測(cè)，通過(guò)運(yùn)算，從控制處理器器DAO輸出一模擬電壓信號(hào)給 PWM處理器處理，使其PWM處理器輸出的PWM波形作用于輸出電流的狀態(tài)，電容器兩端始終恒流充電到超級(jí)電容器的額定電壓。
盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
權(quán)利要求
1.一種超級(jí)電容器的充電控制方法，其特征在于充電過(guò)程包括充電電流的設(shè)定階段、恒流充電階段、恒壓充電階段、超級(jí)電容自放電階段和涓流充電階段；其中，在恒流充電階段、恒壓充電階段還對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行充電容量檢測(cè)，并做異常判斷、健康分析和處理。
2.如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器的充電控制方法，其特征在于所述充電電流的設(shè)定根據(jù)電容器的容值和充電時(shí)間計(jì)算得到。
3.如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器的充電控制方法，其特征在于所述異常判斷、健康分析和處理包括超級(jí)電容器的容量變化率、開路識(shí)別和短路識(shí)別，以及關(guān)閉充電機(jī)輸出并提示輸出狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求3所述的超級(jí)電容器的充電控制方法，其特征在于所述容量變化率通過(guò)充電容量與額定容量計(jì)算得到；所述開路識(shí)別和短路識(shí)別根據(jù)電壓變化情況得到，具體是在恒流充電階段，當(dāng)電容器兩端電壓以小于正常三分之一的時(shí)間達(dá)到額定充電電壓，則判斷為開路；當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)電容器兩端電壓不增加，則判斷為短路。
5.如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器的充電控制方法，其特征在于所述恒流充電階段的初始電壓為0V。
6.如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器的充電控制方法，其特征在于充電過(guò)程中還對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行健康分析與處理，具體是對(duì)超級(jí)電容兩端的電壓、充電電流、充電能量、電容器容量變化范圍和自放電的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)顯示器上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)將所述數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸接口與外部進(jìn)行通訊。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超級(jí)電容器的充電控制方法，其特征在于充電過(guò)程包括充電電流的設(shè)定階段、恒流充電階段、恒壓充電階段、超級(jí)電容自放電階段和涓流充電階段；其中，在恒流充電階段對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行充電容量檢測(cè)，并做異常判斷、健康分析和處理。恒流充電過(guò)程可對(duì)電容的充電容量進(jìn)行計(jì)算和電容器開路、充電器輸出短路檢測(cè)，恒壓充電過(guò)程可檢測(cè)電容器是否充電達(dá)到額定電容值，并將結(jié)果應(yīng)用于健康分析和處理控制模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載、超級(jí)電容器充電機(jī)的保護(hù)及有效提升系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102437596SQ20111027795
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者余祥懿, 曹輝, 楊國(guó)慶, 黃傳仁, 齊玉峰 申請(qǐng)人:深圳市今朝時(shí)代新能源技術(shù)有限公司