復合能源系統及控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種復合能源系統及方法，控制方法用于對復合能源系統進行控制。該控制方法為：當所述復合電源的電壓值小于系統預設的放電電壓閥值或所述復合電源的電壓變化梯度為與由所述復合電源自放電引起的電壓變化梯度對比的結果范圍為0.8-1時，所述邏輯控制模塊控制所述第三電子開關斷開。此時，儲能電池組和超級電容器模組斷開連接，保護儲能電池組不被過放電和減少能量損耗，從而避免了復合電源的過度放電，達到保護復合電源的目的。
【專利說明】復合能源系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及由鋰離子電池或者鉛酸電池與超級電容器模組構成的復合電源的控制【技術領域】，尤其涉及一種復合能源系統及控制方法。
【背景技術】
[0002]復合能源系統由儲能電池組與超級電容器模組通過電子連接和機械連接部件穩固集合而成的一個整體。目前，常用的儲能電池組包括鉛酸電池組、鋰離子電池組和燃料電池組。復合電源通過超級電容器模組高功率密度與儲能電池組高能量密度之間的優勢互補，滿足應用現場對能量和功率的同時需求。
[0003]然而，由于超級電容器模組和儲能電池組自身特性的不同，直接將超級電容器模組并入現有的儲能電池組時，如果沒有一定的電子控制手段，往往會造成儲能電池組的損壞。比如，由于超級電容器模組的漏電流比較大，當超級電容器模組放電到OV時，如果不對超級電容器模組和儲能電池組之間的能量流動做出一定的調度，將會有很大的電流通過儲能電池組向超級電容模組充電，這樣會出現打火或由于大電流放電而損壞儲能電池組。另夕卜，當超級電容器和儲能電池組長時間閑置不用時，超級電容器模組會將儲能電池組的能量不斷消耗，以至將儲能電池組的電壓放到過放電壓以下，使復合電源的性能受到嚴重影響，在極端的情況下，甚至引發安全隱患。

【發明內容】

[0004]為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種儲能電池組不會因為超級電容器模組的漏電流自放電而被超級電容器模組過放電的復合能源系統及控制方法。所述技術方案如下:
[0005]一方面，提供了一種復合能源系統，其包括復合電源，所述復合電源包括并聯連接的儲能電池組與超級電容器模組，所述復合能源系統還包括控制系統；所述控制系統包括控制單元、預充電控制電路、分流控制電路及放電/欠壓控制電路；所述預充電控制電路連接于所述控制單元，且所述預充電控制電路包括一個連接所述儲能電池組和所述超級電容器模組的第一電子開關；所述分流控制電路連接于所述控制單元，且所述分流控制電路包括一個第二電子開關及一個與所述儲能電池組串聯的限流電阻；所述放電/欠壓控制電路連接于所述控制單元，且所述放電/欠壓控制電路包括一個連接所述儲能電池組和所述超級電容器模組的第三電子開關。
[0006]進一步地，所述控制單元包括信息采集模塊及與所述信息采集模塊連接的邏輯控制模塊，所述信息采集模塊電氣連接所述復合電源的兩端、所述超級電容器模組及所述儲能電池組所在的支路，所述預充電控制電路、所述分流控制電路及所述放電/欠壓控制電路均連接所述邏輯控制模塊。
[0007]進一步地，所述控制單元還包括與所述邏輯控制模塊連接的脈沖寬度調制模塊，所述控制系統還包括連接所述接脈沖寬度調制模塊和所述復合電源的充電控制電路。[0008]進一步地，所述控制單元為一個單片機。
[0009]另一方面，還提供了一種控制方法，用于對上述復合能源系統進行控制，當所述復合電源的電壓值小于系統預設的放電電壓閥值或所述復合電源的電壓變化梯度為與由所述復合電源自放電引起的電壓變化梯度對比的結果范圍為0.8-1時，所述邏輯控制模塊控制所述第三電子開關斷開。
[0010]進一步地，所述信息采集模塊周期性的檢測所述復合電源的電壓并發送給所述邏輯控制模塊；所述邏輯控制模塊將所述電壓值與所述系統預設的放電電壓閥值進行比較，并根據比較結果發出控制信號給所述放電/欠壓控制電路，使得所述第三電子開關斷開。
[0011]進一步地，當所述儲能電池組的支路電流大于所述系統設定的允許通過的最大電流值時，所述邏輯控制模塊控制所述第二電子開關斷開。
[0012]進一步地，所述信息采集模塊采集所述儲能電池組所在支路的支路電流并發送給所述邏輯控制模塊；所述邏輯控制模塊將所述儲能電池組的支路電流與系統設定的允許通過的最大電流值進行比較，并根據比較結果發出控制信號給所述分流控制電路，使得所述第二電子開關斷開。
[0013]進一步地，所述信息采集模塊周期性的檢測所述復合電源的電壓并發送給所述邏輯控制模塊；所述邏輯控制模塊進行分析得到所述復合電源的電壓變化梯度；所述邏輯控制模塊將所述復合電源的電壓變化梯度與所述系統預設的放電電壓閥值進行比較，當對比結果范圍為0.8-1時，所述邏輯控制模塊發出控制信號給所述放電/欠壓控制電路，使得所述第三電子開關斷開。
[0014]進一步地，當信息采集模塊采集到的所述超級電容器模組與所述儲能電池模組的端電壓的差值大于所述控制單元設定的差值時，所述邏輯控制模塊控制所述第一電子開關導通、控制所述第三電子開關斷開
[0015]本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
[0016]本發明的復合能源系統及方法通過控制單元采集復合電源的電壓或電流信息，當控制單元采集的復合電源的電壓值小于系統預設的放電電壓閥值或控制單元分析的復合電源的端電壓變化梯度為與由所述復合電源自放電引起的電壓變化梯度對比的結果范圍為0.8-1時，邏輯控制模塊控制第三電子開關斷開。此時，儲能電池組和超級電容器模組斷開連接，保護儲能電池組不被過放電和減少能量損耗，從而避免了復合電源的過度放電，達到保護復合電源的目的。
[0017]此外，復合能源系統通過控制單元采集儲能電池組和超級電池模組的電壓，并根據該數據進行分析判斷后發送控制信號給預充電控制電路，以控制第一電子開關的閉合與斷開，從而達到儲能電池組不會因為與超級電容模組電壓差別過大(IV以上)時連接產生打火或大電流放電的現象，而損害儲能電池組，對儲能電池組起到保護作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。[0019]圖1是本發明的復合能源系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0021]請參照圖1，本發明實施例提供了一種復合能源系統，其包括復合電源及控制系統，該控制系統用于對復合電源在各種不同模式下工作時的充放電電流以及荷電狀態進行調控。該控制系統包括控制單元1、充電控制電路2、預充電控制電路3、分流控制電路4及放電/欠壓控制電路5。
[0022]復合電源包括并聯連接的儲能電池組10與超級電容器模組20。
[0023]控制單元I包括信息采集模塊11、邏輯控制模塊13及脈沖寬度調制模塊15。作為優選實施方式，控制單元I為一單片機。信息采集模塊11電氣連接復合電源的兩端、超級電容器模組20的兩端、儲能電池組10所在的支路，用于檢測復合電源的電壓、流經儲能電池組10所在支路的支路電流及超級電容器模組20的電壓。邏輯控制模塊13連接信息采集模塊11，用于對信息采集模塊11采集的數據進行分析對比。脈沖寬度調制模塊15連接邏輯控制模塊13，用于根據邏輯控制模塊13的分析結果進行信號的脈寬調整。
[0024]充電控制電路2用于對復合電源充電。充電控制電路2連接脈沖寬度調制模塊15及復合電源。
[0025]放電/欠壓控制電路5連接于控制單元I的邏輯控制模塊13。放電/欠壓控制電路5包括一個連接儲能電池組10和超級電容器模組20的第三電子開關51。
[0026]預充電控制電路3連接于控制單元I的邏輯控制模塊13。預充電控制電路3包括一個連接儲能電池組10和超級電容器模組20的第一電子開關31。由于超級電容模組20可以放電到0V，而儲能電池組10不可放電到OV并且電壓較高，不能短路或大電流放電。當超級電容模組20的電壓為OV或電壓較低時，儲能電池組10的電壓還比較高。如果沒有控制電路控制儲能電池組10放電，此時將會有很大的電流通過儲能電池組10向超級電容模組20充電，這樣會出現打火或由于大電流放電而損壞儲能電池組10。當設置有預充電控制電路3后，控制單元I的信息采集模塊11采集到超級電容器模組20與儲能電池組10的電壓差值大于控制單元I設定的差值時時，邏輯控制模塊13控制第一電子開關31導通，控制第三電子開關51斷開，此時儲能電池模組10通過預充控制電路31給超級電容模組20充電，避免了超級電容模組20和儲能電池組10通過第三電子開關51形成閉合回路，從而有很大的電流通過儲能電池組10向超級電容模組20充電，這樣可以避免出現打火或由于大電流放電而損壞儲能電池組10。作為優選實施方式，控制單元I設定的差值為IV，即是:超級電容器模組20的電壓與儲能電池組10的電壓差值大于IV以上時，邏輯控制模塊13控制第一電子開關31閉合、控制第三電子開關51斷開。
[0027]分流控制電路4連接于控制單元I的邏輯控制模塊13。分流控制電路4包括一個與儲能電池組10串聯的限流電阻41及一個第二電子開關43。第二電子開關43與限流電阻41并聯，即是第二電子開關43的兩端分別連接在限流電阻41的兩端。
[0028]本發明的復合能源系統的控制系統可以根據復合電源的不同工作狀態，采取相應的充放電控制模式以及相應的電路結構，以實現對復合電源在各種不同模式下工作時的充放電電流以及荷電狀態進行調控。具體如下:
[0029]當復合電源處于充電模式下工作時，信息采集模塊11周期性的檢測復合電源的端電壓；邏輯控制模塊13將信息采集模塊11采集到的電壓值和系統設定的充電電壓值進行比較，并根據比較結果發出控制信號給脈沖寬度調制模塊15，以實現根據復合能源的不同荷電狀態，靈活的采用不同的充電方式為復合能源補充電力的目的。作為優選實施方式，具體地，本實施例中，邏輯控制模塊13根據信息采集模塊11采集到的電壓對復合電源的荷電狀態進行計算，并將復合電源的荷電狀態與系統設定的充電電壓值進行比較。當復合電源的荷電狀態小于5%時，脈沖寬度調制模塊15發出控制信號給充電控制電路2，使得充電控制電路2采用恒流充電的方式為復合電源充電，此時的充電電流的大小為II。當復合電源的荷電狀態大于15%小于95%時,控制充電控制電路2米用恒流-恒壓的方式進行充電，此時的充電電流的大小為12，且12 > Il ;恒壓充電階段的電壓大小為VC，且VC小于充電的上限電壓V±R。當復合電源的荷電狀態接近100%時，邏輯控制模塊13起監測作用，其根據信息采集模塊11采集到的電壓信號判斷涓流充電時的電流的大小，一方面對復合電源進行維護，一方面使復合電源的荷電狀態維持在最佳的備用狀態。
[0030]當復合電源處于放電模式下工作時，信息采集模塊11周期性的檢測復合電源的電壓；邏輯控制模塊13將信息采集模塊11采集到的電壓值與系統預設的放電電壓閥值進行比較。當信息采集模塊11采集到的電壓值小于系統預設的放電電壓閥值時，邏輯控制模塊13發出一個斷開放電回路的信號給放電/欠壓控制電路5，使得放電/欠壓控制電路5的第三電子開關51斷開。此時，儲能電池組10和超級電容器模組20斷開連接，從而避免了復合電源的過度放電。
[0031]且在放電模式下工作時，信息采集模塊11采集儲能電池組10支路的電流大?。贿壿嬁刂颇K13將信息采集模塊11采集到的儲能電池組10的支路電流與系統設定的允許通過的最大電流值進行比較。當信息采集模塊11檢測到儲能電池組10的支路電流大于系統設定的允許通過的最大電流值時，邏輯控制模塊13發出控制信號給分流控制電路4，使得分流控制電路4的第二電子開關43斷開，此時，限流電阻41與儲能電池組10串聯。電流經過限流電阻41從而降低儲能電池組10的放電電流，以降低儲能電池組10所在支路的電流；讓超級電容模組20承擔大部分的電流脈沖，保證了流經儲能電池組10所在支路的電流不超過儲能電池組10安全工作的最大電流值，從而達到保護儲能電池組10的目的。
[0032]當復合電源處于閑置狀態時，信息采集模塊11周期性的檢測復合電源的電壓；邏輯控制模塊13將信息采集模塊11采集到復合電源的端電壓進行分析以得到電壓的變化梯度為dv/dt，并將該變化梯度為dv/dt與由復合電源自放電引起的電壓變化梯度dvO/dtO對t匕，當對比結果范圍在0.8-1時，邏輯控制模塊13發出一個控制信號給放電/欠壓控制電路5，使放電/欠壓控制電路5的第三電子開關51斷開。此時，儲能電池組10和超級電容器模組20斷開連接，保護儲能電池組10不被過放電和減少能量損耗，達到保護復合電源的目的。作為優選實施方式，復合電源的端電壓的變化梯度為dv/dt與由復合電源自放電引起的電壓變化梯度dvO/dtO對比，當對比結果為I時，邏輯控制模塊13控制第三電子開關51斷開。
[0033]本發明的復合能源系統及控制方法通過控制單元I采集復合電源的電壓或電流信息，當控制單元I采集的復合電源的電壓值小于系統預設的放電電壓閥值或控制單元I分析的復合電源的端電壓變化梯度為與由所述復合電源自放電引起的電壓變化梯度對比的結果范圍為0.8-1時，邏輯控制模塊13控制第三電子開關51斷開。此時，儲能電池組10和超級電容器模組20斷開連接，保護儲能電池組10不被過放電和減少能量損耗，從而避免了復合電源的過度放電，達到保護復合電源的目的。
[0034]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種復合能源系統，其包括復合電源，所述復合電源包括并聯連接的儲能電池組與超級電容器模組，其特征在于，所述復合能源系統還包括控制系統； 所述控制系統包括控制單元、預充電控制電路、分流控制電路及放電/欠壓控制電路； 所述預充電控制電路連接于所述控制單元，且所述預充電控制電路包括一個連接所述儲能電池組和所述超級電容器模組的第一電子開關； 所述分流控制電路連接于所述控制單元，且所述分流控制電路包括一個第二電子開關及一個與所述儲能電池組串聯的限流電阻； 所述放電/欠壓控制電路連接于所述控制單元，且所述放電/欠壓控制電路包括一個連接所述儲能電池組和所述超級電容器模組的第三電子開關。
2.根據權利要求1所述的復合能源系統，其特征在于，所述控制單元包括信息采集模塊及與所述信息采集模塊連接的邏輯控制模塊，所述信息采集模塊電氣連接所述復合電源的兩端、所述超級電容器模組及所述儲能電池組所在的支路，所述預充電控制電路、所述分流控制電路及所述放電/欠壓控制電路均連接所述邏輯控制模塊。
3.根據權利要求2所述的復合能源系統，其特征在于，所述控制單元還包括與所述邏輯控制模塊連接的脈沖寬度調制模塊，所述控制系統還包括連接所述接脈沖寬度調制模塊和所述復合電源的充電控制電路。
4.根據權利要求1所述的復合能源系統，其特征在于，所述控制單元為一個單片機。
5.一種控制方法，其用于對上述權利要求1至4中任一項所述的復合能源系統進行控制，其特征在于， 當所述復合電源的電壓值小于系統預設的放電電壓閥值或所述復合電源的電壓變化梯度為與由所述復合電源自放電引起的電壓變化梯度對比的結果范圍為0.8-1時，所述邏輯控制模塊控制所述第三電子開關斷開。
6.根據權利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述信息采集模塊周期性的檢測所述復合電源的電壓并發送給所述邏輯控制模塊；所述邏輯控制模塊將所述電壓值與所述系統預設的放電電壓閥值進行比較，并根據比較結果發出控制信號給所述放電/欠壓控制電路，使得所述第三電子開關斷開。
7.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于，當所述儲能電池組的支路電流大于所述系統設定的允許通過的最大電流值時，所述邏輯控制模塊控制所述第二電子開關斷開。
8.根據權利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述信息采集模塊采集所述儲能電池組所在支路的支路電流并發送給所述邏輯控制模塊；所述邏輯控制模塊將所述儲能電池組的支路電流與系統設定的允許通過的最大電流值進行比較，并根據比較結果發出控制信號給所述分流控制電路，使得所述第二電子開關斷開。
9.根據權利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述信息采集模塊周期性的檢測所述復合電源的電壓并發送給所述邏輯控制模塊；所述邏輯控制模塊進行分析得到所述復合電源的電壓變化梯度；所述邏輯控制模塊將所述復合電源的電壓變化梯度與所述系統預設的放電電壓閥值進行比較，當對比結果范圍為0.8-1時，所述邏輯控制模塊發出控制信號給所述放電/欠壓控制電路，使得所述第三電子開關斷開。
10.根據權利要求5所述的控制方法，其特征在于，當信息采集模塊采集到的所述超級電容器模組的電壓與所述儲能電池組的端電壓的差值大于所述控制單元設定的差值時，所述邏輯控制模塊控制所述第一電子開 關導通、控制所述第三電子開關斷開。
【文檔編號】H02J7/34GK103457338SQ201310362254
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月19日 優先權日:2013年8月19日
【發明者】田宏國, 沈道安, 黃永杰 申請人:武漢威科奇新動力能源科技有限公司