CN108321889A - 超级电容电池均衡高效供电系统及其供电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超级电容电池均衡高效供电系统及其供电方法，该系统包括超级电容模块、锂电池组模块、采集模块、以及控制模块；锂电池组模块由若干个锂电池单体串联而成，各个锂电池单体分别与超级电容模块之间通过电路连接；采集模块用于采集各个锂电池单体的电压信息，将A/D转换后的电压数据信号传递给控制模块；控制模块用于接收电压数据信号，并计算锂电池组模块的电压均衡控制带的范围，再将各个锂电池单体的电压值与电压均衡控制带的范围单独进行电压比较，根据比较结果来控制电路的通电或断电。本发明通过电子开关控制超级电容与各个锂电池单体之间的通路，使每个锂电池单体的电压数值在均衡控制带范围内，从而保持电池的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及超级电容电池供电系统及方法，具体地指一种超级电容电池均衡高效供电系统及其供电方法。
背景技术
电能具有经济、实用、清洁且容易控制和转换的优越性，被广泛应用在动力、照明、通信、广播等各个领域。锂电池体积小、重量轻，能量密度高，单体电池电压平台高，便于组成电池电源组，而且具备高功率承受能力，高低温环境适应性强，自放电率低，无记忆效应，使用寿命较长，因此被广泛应用在生活的各个地方。由于在很多地方需要的电压比较高，因此需要多个锂电池单体串联以满足提供高电压的需求。
锂电池组中各锂电池单体由于制作工艺和工作环境的限制，电池荷电状态不可能保持一致。在这种情况下，电池组的性能就取决于性能最差的那节锂电池单体。经过充放电循环使用次数越多，荷电状态的不一致现象逐渐加剧，单体间的差异也会越来越大，电池组的性能也会随之下降很多。这种情况会导致整个电池组提供的电压下降，容量利用率下降，进而影响输出功率和充放电功率，缩短电池组的使用寿命，对机器本身也会造成一定程度的影响。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种超级电容电池均衡高效供电系统及其供电方法，该系统通过电子开关控制超级电容与锂电池组中锂电池单体之间的通路，使每个锂电池单体的电压数值在均衡控制带范围内，从而在一定程度上保持电池的一致性，不仅可以使电池组的电压的输出稳定，还可以使整体容量得到最大程度的利用，减缓电池组性能的下降，提高电池寿命。
为实现上述目的，本发明提供的超级电容电池均衡高效供电系统，包括超级电容模块、锂电池组模块、采集模块、以及控制模块；
所述锂电池组模块由若干个锂电池单体串联而成，各个锂电池单体分别与超级电容模块之间通过电路连接；
所述采集模块用于采集各个锂电池单体的电压信息，并对采集的电压信息进行A/D转换，将转换后的电压数据信号传递给控制模块；
所述控制模块用于接收来自采集模块的电压数据信号，并计算锂电池组模块的电压均衡控制带的范围，再将各个锂电池单体的电压值v与电压均衡控制带的范围单独进行电压比较，根据比较结果来控制各个锂电池单体与超级电容模块之间电路的通电或断电。
进一步地，所述控制模块包括：信号接收器，用于接收来自采集模块的各个锂电池单体的电压数据信号；主控制器，用于计算锂电池组模块的电压均衡控制带的范围，并判断各个锂电池单体的电压值v是否在锂电池组模块的电压均衡控制带的范围内；电子开关，用于控制各个锂电池单体与超级电容模块之间电路的通电或断电；PWM控制器，用于控制电子开关的闭合或者断开；
所述信号接收器的数据信号输入端与采集模块的数据信号输出端连接，所述信号接收器的数据信号输出端与主控制器的数据信号输入端连接，所述主控制器的控制信号输出端与PWM控制器的控制信号输入端连接，所述PWM控制器的控制信号输出端与电子开关的控制信号输入端连接。
进一步地，所述超级电容模块与各个锂电池单体之间的电路上均设置有一个电子开关，所述PWM控制器分别单独控制各个电子开关。
本发明还提供一种上述的超级电容电池均衡高效供电系统进行供电的方法，包括如下步骤：
1)利用采集模块采集各个锂电池单体的电压信息，并对采集的电压信息进行A/D转换，将转换后的电压数据信号传递给控制模块；
2)控制模块接收来自采集模块的电压数据信号，并计算锂电池组模块的电压均衡控制带的范围；
3)将各个锂电池单体的电压值v与电压均衡控制带的范围单独进行电压比较，根据比较结果来控制各个锂电池单体与超级电容模块之间电路的通电或断电。
进一步地，所述步骤3)中，电压均衡控制带的范围为 其中，平均电压值为锂电池组模块中各个锂电池单体的电压值v的平均值，均衡控制值dv＝0.1～0.5v。
进一步地，所述均衡控制值dv＝0.2v。
进一步地，所述步骤3)中，若锂电池单体的电压值则PWM控制器控制对应的电子开关闭合，锂电池单体向超级电容模块放电。
再进一步地，所述步骤3)中，若锂电池单体的电压值则PWM控制器控制对应的电子开关闭合，超级电容模块向锂电池单体充电。
更进一步地，所述步骤3)中，若锂电池单体的电压值v为 则PWM控制器控制对应的电子开关断开，重复步骤1)～步骤3)。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明的锂电池组充放电效率提高，由于锂电池组在充电时，某些锂电池单体会优先充满电，若此时停止充电会导致整个锂电池组容量没有最大程度利用。本发明通过采集模块将采集来的每个锂电池单体的电压信息，传递给控制模块，控制模块做出计算并确定均衡控制带，命令PWM控制器有针对性地开闭通道，超级电容与电池之间进行能量传输，使锂电池单体之间电压达到均衡，这样可以使整个锂电池组的容量得到最大利用，提高充放电效率。
其二，本发明的锂电池组的输出功率提高，尽管锂电池组都是由相同规格的锂电池单体串联而成的，但它们的参数并非完全一致，在使用过程中的温度差异等都会造成它们参数不一致，随着锂电池的充放电次数的增多，锂电池单体之间的不一致性增大，放电率的差异也会越来越大，容量较小的电池提供的电压会大幅度降低，从而造成电池组输出功率降低。本发明通过超级电容模块与锂电池组模块中的每个锂电池单体之间脉冲大电流充放电，维持锂电池单体间均衡、电压稳定，提高锂电池的输出功率。
其三，本发明的系统通过电子开关控制超级电容与锂电池组中锂电池单体之间的通路，使每个锂电池单体的电压数值在均衡控制带范围内，从而在一定程度上保持电池的一致性，不仅可以使电池组的电压的输出稳定，还可以使整体容量得到最大程度的利用，减缓电池组性能的下降，提高电池寿命。
附图说明
图1为一种超级电容电池均衡高效供电系统的结构示意图；
图2为图1所示超级电容电池均衡高效供电系统进行供电方法的流程示意图；
图中，超级电容模块1、锂电池组模块2(锂电池单体2.1)、采集模块3、控制模块4(信号接收器4.1、主控制器4.2、电子开关4.3、PWM控制器4.4)。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图所示的一种超级电容电池均衡高效供电系统，包括超级电容模块1、锂电池组模块2、采集模块3、以及控制模块4；锂电池组模块2由若干个锂电池单体2.1串联而成，各个锂电池单体2.1分别与超级电容模块1之间通过电路连接；采集模块3用于采集各个锂电池单体2.1的电压信息，并对采集的电压信息进行A/D转换，将转换后的电压数据信号传递给控制模块4；控制模块4用于接收来自采集模块3的电压数据信号，并计算锂电池组模块2的电压均衡控制带的范围，再将各个锂电池单体2.1的电压值v与电压均衡控制带的范围单独进行电压比较，根据比较结果来控制各个锂电池单体2.1与超级电容模块1之间电路的通电或断电。
上述技术方案中，控制模块4包括：信号接收器4.1，用于接收来自采集模块3的各个锂电池单体2.1的电压数据信号；主控制器4.2，用于计算锂电池组模块2的电压均衡控制带的范围，并判断各个锂电池单体2.1的电压值v是否在锂电池组模块2的电压均衡控制带的范围内；电子开关4.3，用于控制各个锂电池单体2.1与超级电容模块1之间电路的通电或断电；PWM控制器4.4，用于控制电子开关4.3的闭合或者断开。
信号接收器4.1的数据信号输入端与采集模块3的数据信号输出端连接，信号接收器4.1的数据信号输出端与主控制器4.2的数据信号输入端连接，主控制器4.2的控制信号输出端与PWM控制器4.4的控制信号输入端连接，PWM控制器4.4的控制信号输出端与电子开关4.3的控制信号输入端连接。超级电容模块1与各个锂电池单体2.1之间的电路上均设置有一个电子开关4.3，PWM控制器4.4分别单独控制各个电子开关4.3。
利用上述超级电容电池均衡高效供电系统进行供电的方法，包括如下步骤：
1)利用采集模块3采集各个锂电池单体2.1的电压信息，并对采集的电压信息进行A/D转换，将转换后的电压数据信号传递给控制模块4；
2)控制模块4接收来自采集模块3的电压数据信号，并计算锂电池组模块2的电压均衡控制带的范围；电压均衡控制带的范围为其中，平均电压值为锂电池组模块2中各个锂电池单体2.1的电压值v的平均值，均衡控制值dv＝0.1～0.5v；最佳地，均衡控制值dv＝0.2v；
3)将各个锂电池单体2.1的电压值v与电压均衡控制带的范围单独进行电压比较，根据比较结果来控制各个锂电池单体2.1与超级电容模块1之间电路的通电或断电，具体包括如下三种情形：
若锂电池单体2.1的电压值则PWM控制器4.4控制对应的电子开关4.3闭合，锂电池单体2.1向超级电容模块1放电。
若锂电池单体2.1的电压值则PWM控制器4.4控制对应的电子开关4.3闭合，超级电容模块1向锂电池单体2.1充电。
若锂电池单体2.1的电压值v为则PWM控制器4.4控制对应的电子开关4.3断开，重复步骤1)～步骤3)。
本发明的系统通过电子开关控制超级电容与锂电池组中锂电池单体之间的通路，使每个锂电池单体的电压数值在均衡控制带范围内，从而在一定程度上保持电池的一致性，不仅可以使电池组的电压的输出稳定，还可以使整体容量得到最大程度的利用，减缓电池组性能的下降，提高电池寿命。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种超级电容电池均衡高效供电系统，其特征在于，包括超级电容模块(1)、锂电池组模块(2)、采集模块(3)、以及控制模块(4)；
所述锂电池组模块(2)由若干个锂电池单体(2.1)串联而成，各个锂电池单体(2.1)分别与超级电容模块(1)之间通过电路连接；
所述采集模块(3)用于采集各个锂电池单体(2.1)的电压信息，并对采集的电压信息进行A/D转换，将转换后的电压数据信号传递给控制模块(4)；
所述控制模块(4)用于接收来自采集模块(3)的电压数据信号，并计算锂电池组模块(2)的电压均衡控制带的范围，再将各个锂电池单体(2.1)的电压值v与电压均衡控制带的范围单独进行电压比较，根据比较结果来控制各个锂电池单体(2.1)与超级电容模块(1)之间电路的通电或断电。
2.根据权利要求1所述的超级电容电池均衡高效供电系统，其特征在于：所述控制模块(4)包括：
信号接收器(4.1)，用于接收来自采集模块(3)的各个锂电池单体(2.1)的电压数据信号；
主控制器(4.2)，用于计算锂电池组模块(2)的电压均衡控制带的范围，并判断各个锂电池单体(2.1)的电压值v是否在锂电池组模块(2)的电压均衡控制带的范围内；
电子开关(4.3)，用于控制各个锂电池单体(2.1)与超级电容模块(1)之间电路的通电或断电；
PWM控制器(4.4)，用于控制电子开关(4.3)的闭合或者断开；
所述信号接收器(4.1)的数据信号输入端与采集模块(3)的数据信号输出端连接，所述信号接收器(4.1)的数据信号输出端与主控制器(4.2)的数据信号输入端连接，所述主控制器(4.2)的控制信号输出端与PWM控制器(4.4)的控制信号输入端连接，所述PWM控制器(4.4)的控制信号输出端与电子开关(4.3)的控制信号输入端连接。
3.根据权利要求2所述的超级电容电池均衡高效供电系统，其特征在于：所述超级电容模块(1)与各个锂电池单体(2.1)之间的电路上均设置有一个电子开关(4.3)，所述PWM控制器(4.4)分别单独控制各个电子开关(4.3)。
4.一种权利要求1所述的超级电容电池均衡高效供电系统进行供电的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)利用采集模块(3)采集各个锂电池单体(2.1)的电压信息，并对采集的电压信息进行A/D转换，将转换后的电压数据信号传递给控制模块(4)；
2)控制模块(4)接收来自采集模块(3)的电压数据信号，并计算锂电池组模块(2)的电压均衡控制带的范围；
3)将各个锂电池单体(2.1)的电压值v与电压均衡控制带的范围单独进行电压比较，根据比较结果来控制各个锂电池单体(2.1)与超级电容模块(1)之间电路的通电或断电。
5.根据权利要求4所述的超级电容电池均衡高效供电系统进行供电的方法，其特征在于：所述步骤3)中，电压均衡控制带的范围为其中，平均电压值为锂电池组模块(2)中各个锂电池单体(2.1)的电压值v的平均值，均衡控制值dv＝0.1～0.5v。
6.根据权利要求5所述的超级电容电池均衡高效供电系统进行供电的方法，其特征在于：所述均衡控制值dv＝0.2v。
7.根据权利要求5或6所述的超级电容电池均衡高效供电系统进行供电的方法，其特征在于：所述步骤3)中，若锂电池单体(2.1)的电压值则PWM控制器(4.4)控制对应的电子开关(4.3)闭合，锂电池单体(2.1)向超级电容模块(1)放电。
8.根据权利要求5或6所述的超级电容电池均衡高效供电系统进行供电的方法，其特征在于：所述步骤3)中，若锂电池单体(2.1)的电压值则PWM控制器(4.4)控制对应的电子开关(4.3)闭合，超级电容模块(1)向锂电池单体(2.1)充电。
9.根据权利要求5或6所述的超级电容电池均衡高效供电系统进行供电的方法，其特征在于：所述步骤3)中，若锂电池单体(2.1)的电压值v为则PWM控制器(4.4)控制对应的电子开关(4.3)断开，重复步骤1)～步骤3)。
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