CN107749656B - 一种储能电源电压均衡控制***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对超级电容储能电源的电压均衡控制方法。方法侧重点在于将电压、电流和温度的采样与均衡模块的开启进行分时操作，即按照：采样——判断——均衡——采样的循环顺序进行管理。在采样环节，分别采集储能电源内超级电容单体电压、电流和温度的信息并通过CAN网络将其上传至中央控制单元；在判断环节，中央控制单元依据传感器数据，将电容分为正常、预警和报警三种类别；在均衡环节，中央控制单元通过DC/DC模块，对属于预警和报警类别的单体开启电压均衡。另一方面，本发明提出的方法也适用于混合型超级电容组成的储能电源电压均衡管理。本发明有效地提高了超级电容储能电源运行效率和安全性能，在储能式电车上具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及储能装置技术领域，尤其涉及一种储能电源电压均衡控制***和方法。
背景技术
目前国内外在储能电源的管理***设计上已经取得了一些成果，但仍然有继续改进的空间。具体来说，目前以超级电容作为储能元件的储能电源模组大都没有采集模组电流数据，同时对温度数据的采集也较为缺乏，通常一个模组只有2路温度数据采集，因此无法全面掌握模组的状态。而在加装了多路传感器后，受干扰和运算空间影响，管理***往往由于不具备实时采集和计算的能力。基于此，有必要对超级电容储能电源提出一种可以更好地进行电压均衡控制方法，解决现有储能电源管理***数据采集不全及运算能力不够的问题，通过分时采集均衡，提升储能电源管理***的性能。
发明内容
本发明设计创造性地提出了分时采样和均衡的电压均衡控制方案，将电压、电流和温度的采样与均衡模块的开启进行分时操作，即按照：采样——判断——均衡——采样的循环顺序对储能电源模组进行管理。在采样环节，电压、电流和温度传感器分别采集储能电源内超级电容单体电压、电流和温度的信息并通过CAN网络将其上传至中央控制单元；在判断环节，中央控制单元依据传感器数据，对电容进行分为正常、预警和报警三种类别，其中报警又细分为报警(高)和报警(低)，预警又细分为预警(高)和预警(低)；在均衡环节，中央控制单元发出指令，通过DC/DC模块，对属于预警和报警类别的超级电容开启电压均衡。本发明提出的方案很好地解决了干扰和运算空间的问题,极具工程推广的前景。
本发明的技术方案如下：
一种储能电源电压均衡控制***包括测量模块、电压均衡控制模块、通讯控制模块、中央控制器；所述的测量模块包括电流采样模块、温度传感器、电压测量装置和第一网络接口；电流采样模块、温度传感器、电压测量装置分别测量待均衡的超级电容组内所有超级电容单体的电流、温度和电压数据；第一网络接口将采集到的电流、温度和电压数据通过通讯控制模块传输给中央控制器；所述的中央控制器包括电压判断模块和温度判断模块，电压均衡控制模块包括第二网络接口、双向DC/DC电路、放电电阻和保险丝；所述的第二网络接口通过通讯控制模块从中央控制器接收指令，所述的双向DC/DC和放电电阻通过选通开关分别与所有超级电容单体连接，根据中央控制单元的指令，执行双向DC/DC电路以及放电电阻的开通与关断，双向DC/DC用于调节超级电容组内单体电压，所述保险丝用于在所述DC/DC电路或放电电阻失效时熔断进而保护超级电容组。
所述的一种储能电源电压均衡控制***还包括显示器，显示器用于显示中央控制器的报警信号和电流采样值。
所述的一种储能电源电压均衡控制***，其特征在于还包括风扇，风扇与中央控制器连接，用于给超级电容组内部送风。
所述的通讯控制模块为CAN网络总线。
所述的电流采样模块为电流采样电阻，所述的电流采样电阻串联接入超级电容组主电流回路中。
所述***的储能电源电压均衡控制方法步骤如下：
A1.获取所述的超级电容组内超级电容单体电压、电流和温度数据，并传输至中央控制器；
A2.判断所述单体有无过压，如存在过压现象，中央控制器将该单体状态标记为报警高；
A3.判断所述单体有无欠压，如存在欠压现象，中央控制器将该单体状态标记为报警低；
A4.判断所述单体有无温度过高，如存在温度过高现象，中央控制器将该单体状态标记为报警高；
A5.计算所有单体平均电压，将电压高于平均值一定阈值的电容单体的单体状态标记为预警高；
A6.将电压低于平均值一定阈值的电容单体的单体状态标记为预警低；
A7.将其余的电容单体的单体状态标记为正常；
A8.中央控制器发出指令，对状态为报警高的单体，接通放电电阻回路，并将报警状态传送至显示屏，并且加大超级电容组内部送风量；
对状态为预警高的单体，开通DC/DC降压电路；
对状态为预警低的单体，开通DC/DC升压电路；
A9.循环执行步骤A1～A8,直至所有电容单体电压保持在平均值一定范围内，同时保证没有温度过高单体。
本发明提出的储能电源模组结构和均衡控制方法有以下几点优势：
1.精确监控储能电源模组状态
目前市场上一般的储能模组，并不具备多路温度采集和电流采样功能，因此，无法准确掌握储能模组中每个单体的状态，当储能***中某一单体出现过温故障时，往往不能及时发现，直至演化为严重的故障，带来安全风险。本发明提出了对各单体温度、电压和电流的测量方案，能够准确监控单体状态，及时发现故障隐患。
2.提升电压均衡控制效率
电压均衡的重要性对于储能模组来说是不言而喻的，以往的工程应用案例往往采用实时采样和均衡的方案，但随着储能电源规模的不断增加，运算能力和抗干扰能力不断受到挑战，由此引起的故障在目前的工程中非常常见。本发明提出的方案通过分时采样和均衡的方法，在有效规避运算空间不足的硬件缺陷同时，提升了电源管理***的工作效率。
3.模块化设计
本发明将电容管理***(CMS)的测量模块和均衡模块进行了模块化设计，为后续工程化应用和维护提供了便利。
附图说明
图1为超级电容储能电源电压均衡装置的结构示意图。
图2为超级电容储能电源电压均衡控制方法示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
图1为本发明所提及均衡方案硬件示意图。参照图1下面以具体实施例详细叙述本发明的实施方案。
在一个实施例中，一种储能电源电压均衡控制***包括测量模块、电压均衡控制模块、通讯控制模块、中央控制器；所述的测量模块包括电流采样模块、温度传感器、电压测量装置和第一网络接口；电流采样模块、温度传感器、电压测量装置分别测量待均衡的超级电容组内所有超级电容单体的电流、温度和电压数据；第一网络接口将采集到的电流、温度和电压数据通过通讯控制模块传输给中央控制器；所述的中央控制器包括电压判断模块和温度判断模块，电压均衡控制模块包括第二网络接口、双向DC/DC电路、放电电阻和保险丝；所述的第二网络接口通过通讯控制模块从中央控制器接收指令，所述的双向DC/DC和放电电阻通过选通开关分别与所有超级电容单体连接，根据中央控制单元的指令，执行双向DC/DC电路以及放电电阻的开通与关断，双向DC/DC用于调节超级电容组内单体电压，所述保险丝用于在所述DC/DC电路或放电电阻失效时熔断进而保护超级电容组。所述的一种储能电源电压均衡控制***还包括显示器，显示器用于显示中央控制器的报警信号和电流采样值。所述的一种储能电源电压均衡控制***，其特征在于还包括风扇，风扇与中央控制器连接，用于给超级电容组内部送风。
在本发明的一个实施例中，所述的通讯控制模块为CAN网络总线。
在本发明的一个实施例中，所述的电流采样模块为电流采样电阻，所述的电流采样电阻串联接入超级电容组主电流回路中。
如图2所示，本发明实施例所述***的储能电源电压均衡控制方法步骤如下：
A1.获取所述的超级电容组内超级电容单体电压、电流和温度数据，并传输至中央控制器；
A2.判断所述单体有无过压，如存在过压现象，中央控制器将该单体状态标记为报警高；
A3.判断所述单体有无欠压，如存在欠压现象，中央控制器将该单体状态标记为报警低；
A4.判断所述单体有无温度过高，如存在温度过高现象，中央控制器将该单体状态标记为报警高；
A5.计算所有单体平均电压，将电压高于平均值一定阈值的电容单体的单体状态标记为预警高；
A6.将电压低于平均值一定阈值的电容单体的单体状态标记为预警低；
A7.将其余的电容单体的单体状态标记为正常；
A8.中央控制器发出指令，对状态为报警高的单体，接通放电电阻回路，并将报警状态传送至显示屏，并且加大超级电容组内部送风量；
对状态为预警高的单体，开通DC/DC降压电路；
对状态为预警低的单体，开通DC/DC升压电路；
A9.循环执行步骤A1～A8,直至所有电容单体电压保持在平均值一定范围内，同时保证没有温度过高单体。
本发明的双向DC/DC用于调节模组内单体电压，当单体电压过低时，模组对单体充电，当单体电压过高时，单体反向给模组充电，当单体电压达到最高工作电压时，位于其正负极上的放电电阻及时接通，达到降压的目的。所述保险丝用于在所述DC/DC电路或放电电阻失效时熔断进而保护储能模组。
Claims (4)
1.一种储能电源电压均衡控制***，其特征在于包括测量模块、电压均衡控制模块、通讯控制模块、中央控制器；所述的测量模块包括电流采样模块、温度传感器、电压测量装置和第一网络接口；电流采样模块、温度传感器、电压测量装置分别测量待均衡的超级电容组内所有超级电容单体的电流、温度和电压数据；所述的电流采样模块为电流采样电阻，所述的电流采样电阻串联接入超级电容组主电流回路中；第一网络接口将采集到的电流、温度和电压数据通过通讯控制模块传输给中央控制器；所述的中央控制器包括电压判断模块和温度判断模块，电压均衡控制模块包括第二网络接口、双向DC/DC电路、放电电阻和保险丝；所述的第二网络接口通过通讯控制模块从中央控制器接收指令，所述的双向DC/DC和放电电阻通过选通开关分别与所有超级电容单体连接，根据中央控制单元的指令，执行双向DC/DC电路以及放电电阻的开通与关断，双向DC/DC用于调节超级电容组内单体电压，所述保险丝用于在所述DC/DC电路或放电电阻失效时熔断进而保护超级电容组；
所述的储能电源电压均衡控制***的控制方法包括：
A1.获取所述的超级电容组内超级电容单体电压、电流和温度数据，并传输至中央控制器；
A2.判断所述单体有无过压，如存在过压现象，中央控制器将该单体状态标记为报警高；
A3.判断所述单体有无欠压，如存在欠压现象，中央控制器将该单体状态标记为报警低；
A4. 判断所述单体有无温度过高，如存在温度过高现象，中央控制器将该单体状态标记为报警高；
A5. 计算所有单体平均电压，将电压高于平均值一定阈值的电容单体的单体状态标记为预警高；
A6.将电压低于平均值一定阈值的电容单体的单体状态标记为预警低；
A7.将其余的电容单体的单体状态标记为正常；
A8. 中央控制器发出指令，对状态为报警高的单体，接通放电电阻回路，并将报警状态传送至显示屏，并且加大超级电容组内部送风量；
对状态为预警高的单体，开通DC/DC降压电路；
对状态为预警低的单体，开通DC/DC升压电路；
A9.循环执行步骤A1~A8,直至所有电容单体电压保持在平均值一定范围内，同时保证没有温度过高单体。
2.如权利要求1所述的一种储能电源电压均衡控制***，其特征在于还包括显示器，显示器用于显示中央控制器的报警信号以及显示电流采样值。
3.如权利要求1所述的一种储能电源电压均衡控制***，其特征在于还包括风扇，风扇与中央控制器连接，用于给超级电容组内部送风。
4.如权利要求1所述的一种储能电源电压均衡控制***，其特征在于所述的通讯控制模块为CAN网络总线。
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