复合能源系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种复合能源系统，其包括复合电源，所述复合电源包括并联连接的储能电池组与超级电容器模组，所述复合能源系统还包括控制系统；所述控制系统包括控制单元及放电/欠压控制电路；所述放电/欠压控制电路连接于所述控制单元，且所述放电/欠压控制电路包括一个连接所述储能电池组和所述超级电容器模组的第三电子开关。本实用新型的复合能源系统通过控制单元采集复合电源的电压或电流数据，并根据该数据进行分析判断后发送控制信号给放电/欠压控制电路，以控制第三电子开关断开。此时，储能电池组和超级电容器模组断开连接，保护储能电池组不被过放电和减少能量损耗，从而避免了复合电源的过度放电，达到保护复合电源的目的。
【专利说明】复合能源系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及由锂离子电池或者铅酸电池与超级电容器模组构成的复合电源的控制【技术领域】，尤其涉及一种复合能源系统。
【背景技术】
[0002]复合能源系统由储能电池组与超级电容器模组通过电子连接和机械连接部件稳固集合而成的ー个整体。目前，常用的储能电池组包括铅酸电池组、锂离子电池组和燃料电池组。复合电源通过超级电容器模组高功率密度与储能电池组高能量密度之间的优势互ネト，满足应用现场对能量和功率的同时需求。
[0003]然而，由于超级电容器模组和储能电池组自身特性的不同，直接将超级电容器模组并入现有的储能电池组时，如果没有一定的电子控制手段，往往会造成储能电池组的损坏。比如，由于超级电容器模组的漏电流比较大，当超级电容器模组放电到OV时，如果不对超级电容器模组和储能电池组之间的能量流动做出一定的调度，将会有很大的电流通过储能电池组向超级电容模组充电，这样会出现打火或由于大电流放电而损坏储能电池组。另夕卜，当超级电容器和储能电池组长时间闲置不用时，超级电容器模组会将储能电池组的能量不断消耗，以至将储能电池组的电压放到过放电压以下，使复合电源的性能受到严重影响，在极端的情况下，甚至引发安全隐患。
实用新型内容
[0004]为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了ー种储能电池组不会因为超级电容器模组的漏电流自放电而被超级电容器模组过放电的复合能源系统。所述技术方案如下:
[0005]一方面，提供了一种复合能源系统，其包括复合电源，所述复合电源包括并联连接的储能电池组与超级电容器模组，所述复合能源系统还包括控制系统；所述控制系统包括控制单元及放电/欠压控制电路；所述放电/欠压控制电路连接于所述控制单元，且所述放电/欠压控制电路包括一个连接所述储能电池组和所述超级电容器模组的第三电子开关。
[0006]进ー步地，所述控制系统还包括分流控制电路，所述分流控制电路连接于所述控制単元，且所述分流控制电路包括ー个第二电子开关及ー个与所述储能电池组串联的限流电阻。
[0007]进ー步地，所述控制系统还包括预充电控制电路，所述预充电控制电路连接于所述控制単元，且所述预充电控制电路包括一个连接所述储能电池组和所述超级电容器模组的第一电子开关。
[0008]进ー步地，所述控制単元包括信息采集模块及与所述信息采集模块连接的逻辑控制模块，所述信息采集模块电气连接所述复合电源的两端、所述超级电容器模组及所述储能电池组所在的支路，所述预充电控制电路、所述分流控制电路及所述放电/欠压控制电路均连接所述逻辑控制模块。[0009]进ー步地，所述控制单元还包括与所述逻辑控制模块连接的脉冲宽度调制模块，所述控制系统还包括连接所述接脉冲宽度调制模块和所述复合电源的充电控制电路。
[0010]进ー步地，所述控制单元为一个单片机。
[0011]本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0012]本实用新型的复合能源系统通过控制单元采集复合电源的电压或电流数据，井根据该数据进行分析判断后发送控制信号给放电/欠压控制电路，以控制第三电子开关断开。此时，储能电池组和超级电容器模组断开连接，保护储能电池组不被过放电和減少能量损耗，从而避免了复合电源的过度放电，达到保护复合电源的目的。
[0013]此外，复合能源系统通过控制单元采集储能电池组和超级电池模组的电压，井根据该数据进行分析判断后发送控制信号给预充电控制电路，以控制第一电子开关的闭合与断开，从而达到储能电池组不会因为与超级电容模组电压差别过大(IV以上)时连接产生打火或大电流放电的现象，而损害储能电池组，对储能电池组起到保护作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的ー些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1是本实用新型的复合能源系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进ー步地详细描述。
[0017]请參照图1，本实用新型实施例提供了一种复合能源系统，其包括复合电源及控制系统，该控制系统用于对复合电源在各种不同模式下工作时的充放电电流以及荷电状态进行调控。该控制系统包括控制单元1、充电控制电路2、预充电控制电路3、分流控制电路4及放电/欠压控制电路5。
[0018]复合电源包括并联连接的储能电池组10与超级电容器模组20。
[0019]控制单元I包括信息采集模块11、逻辑控制模块13及脉冲宽度调制模块15。作为优选实施方式，控制单元I为ー单片机。信息采集模块11电气连接复合电源的两端、超级电容器模组20的两端、储能电池组10所在的支路，用于检测复合电源的电压、流经储能电池组10所在支路的支路电流及超级电容器模组20的电压。逻辑控制模块13连接信息采集模块11，用于对信息采集模块11采集的数据进行分析対比。脉冲宽度调制模块15连接逻辑控制模块13，用于根据逻辑控制模块13的分析结果进行信号的脉宽调整。
[0020]充电控制电路2用于对复合电源充电。充电控制电路2连接脉冲宽度调制模块15及复合电源。
[0021]放电/欠压控制电路5连接于控制单元I的逻辑控制模块13。放电/欠压控制电路5包括ー个连接储能电池组10和超级电容器模组20的第三电子开关51。
[0022]预充电控制电路3连接于控制单元I的逻辑控制模块13。预充电控制电路3包括ー个连接储能电池组10和超级电容器模组20的第一电子开关31。由于超级电容模组20可以放电到0V，而储能电池组10不可放电到OV并且电压较高，不能短路或大电流放电。当超级电容模组20的电压为OV或电压较低时，储能电池组10的电压还比较高。如果没有控制电路控制储能电池组10放电，此时将会有很大的电流通过储能电池组10向超级电容模组20充电，这样会出现打火或由于大电流放电而损坏储能电池组10。当设置有预充电控制电路3后，控制单元I的信息采集模块11采集到超级电容器模组20与储能电池组10的电压差值大于控制単元I设定的差值时时，逻辑控制模块13控制第一电子开关31导通，控制第三电子开关51断开，此时储能电池模组10通过预充控制电路31给超级电容模组20充电，避免了超级电容模组20和储能电池组10通过第三电子开关51形成闭合回路，从而有很大的电流通过储能电池组10向超级电容模组20充电，这样可以避免出现打火或由于大电流放电而损坏储能电池组10。作为优选实施方式，控制单元I设定的差值为IV，即是:超级电容器模组20的电压与储能电池组10的电压差值大于IV以上吋，逻辑控制模块13控制第一电子开关31闭合、控制第三电子开关51断开。
[0023]分流控制电路4连接于控制单元I的逻辑控制模块13。分流控制电路4包括ー个与储能电池组10串联的限流电阻41及ー个第二电子开关43。第二电子开关43与限流电阻41并联，即是第二电子开关43的两端分别连接在限流电阻41的两端。
[0024]本实用新型的复合能源系统的控制系统可以根据复合电源的不同工作状态，采取相应的充放电控制模式以及相应的电路结构，以实现对复合电源在各种不同模式下工作时的充放电电流以及荷电状态进行调控。具体如下:
[0025]当复合电源处于充电模式下工作时，信息采集模块11周期性的检测复合电源的端电压；逻辑控制模块13将信息采集模块11采集到的电压值和系统设定的充电电压值进行比较，井根据比较结果发出控制信号给脉冲宽度调制模块15，以实现根据复合能源的不同荷电状态，灵活的采用不同的充电方式为复合能源补充电力的目的。作为优选实施方式，具体地，本实施例中，逻辑控制模块13根据信息采集模块11采集到的电压对复合电源的荷电状态进行计算，并将复合电源的荷电状态与系统设定的充电电压值进行比较。当复合电源的荷电状态小于5%时，脉冲宽度调制模块15发出控制信号给充电控制电路2，使得充电控制电路2采用恒流充电的方式为复合电源充电，此时的充电电流的大小为II。当复合电源的荷电状态大于15%小于95%时,控制充电控制电路2米用恒流-恒压的方式进行充电，此时的充电电流的大小为12，且12 > Il ;恒压充电阶段的电压大小为VC，且VC小于充电的上限电压V±R。当复合电源的荷电状态接近100%吋，逻辑控制模块13起监测作用，其根据信息采集模块11采集到的电压信号判断涓流充电时的电流的大小，一方面对复合电源进行维护，一方面使复合电源的荷电状态維持在最佳的备用状态。
[0026]当复合电源处于放电模式下工作时，信息采集模块11周期性的检测复合电源的电压；逻辑控制模块13将信息采集模块11采集到的电压值与系统预设的放电电压阀值进行比较。当信息采集模块11采集到的电压值小于系统预设的放电电压阀值时，逻辑控制模块13发出ー个断开放电回路的信号给放电/欠压控制电路5，使得放电/欠压控制电路5的第三电子开关51断开。此时，储能电池组10和超级电容器模组20断开连接，从而避免了复合电源的过度放电。
[0027]且在放电模式下工作时，信息采集模块11采集储能电池组10支路的电流大小；逻辑控制模块13将信息采集模块11采集到的储能电池组10的支路电流与系统设定的允许通过的最大电流值进行比较。当信息采集模块11检测到储能电池组10的支路电流大于系统设定的允许通过的最大电流值吋，逻辑控制模块13发出控制信号给分流控制电路4，使得分流控制电路4的第二电子开关43断开，此吋，限流电阻41与储能电池组10串联。电流经过限流电阻41从而降低储能电池组10的放电电流，以降低储能电池组10所在支路的电流；让超级电容模组20承担大部分的电流脉冲，保证了流经储能电池组10所在支路的电流不超过储能电池组10安全工作的最大电流值，从而达到保护储能电池组10的目的。
[0028]当复合电源处于闲置状态时，信息采集模块11周期性的检测复合电源的电压；逻辑控制模块13将信息采集模块11采集到复合电源的端电压进行分析以得到电压的变化梯度为dv/dt，并将该变化梯度为dv/dt与由复合电源自放电引起的电压变化梯度dvO/dtO对比，当对比结果范围在0.8-1吋，逻辑控制模块13发出ー个控制信号给放电/欠压控制电路5，使放电/欠压控制电路5的第三电子开关51断开。此时，储能电池组10和超级电容器模组20断开连接，保护储能电池组10不被过放电和減少能量损耗，达到保护复合电源的目的。作为优选实施方式，复合电源的端电压的变化梯度为dv/dt与由复合电源自放电引起的电压变化梯度dvO/dtO对比，当对比结果为I吋，逻辑控制模块13控制第三电子开关51断开。
[0029]本实用新型实施例的复合能源系统通过控制单元I采集复合电源的电压或电流数据，井根据该数据进行分析判断后发送控制信号给放电/欠压控制电路5，以控制第三电子开关51断开。此时，储能电池组和超级电容器模组断开连接，保护储能电池组不被过放电和减少能量损耗，从而避免了复合电源的过度放电，达到保护复合电源的目的。
[0030]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种复合能源系统，其包括复合电源，所述复合电源包括并联连接的储能电池组与超级电容器模组，其特征在于，所述复合能源系统还包括控制系统； 所述控制系统包括控制单元及放电/欠压控制电路； 所述放电/欠压控制电路连接于所述控制单元，且所述放电/欠压控制电路包括ー个连接所述储能电池组和所述超级电容器模组的第三电子开关。
2.根据权利要求1所述的复合能源系统，其特征在于，所述控制系统还包括分流控制电路，所述分流控制电路连接于所述控制单元，且所述分流控制电路包括ー个第二电子开关及ー个与所述储能电池组串联的限流电阻。
3.根据权利要求2所述的复合能源系统，其特征在干，所述控制系统还包括预充电控制电路，所述预充电控制电路连接于所述控制单元，且所述预充电控制电路包括一个连接所述储能电池组和所述超级电容器模组的第一电子开关。
4.根据权利要求3所述的复合能源系统，其特征在干，所述控制単元包括信息采集模块及与所述信息采集模块连接的逻辑控制模块，所述信息采集模块电气连接所述复合电源的两端、所述超级电容器模组及所述储能电池组所在的支路，所述预充电控制电路、所述分流控制电路及所述放电/欠压控制电路均连接所述逻辑控制模块。
5.根据权利要求4所述的复合能源系统，其特征在干，所述控制单元还包括与所述逻辑控制模块连接的脉冲宽度调制模块，所述控制系统还包括连接所述接脉冲宽度调制模块和所述复合电源的充电控制电路。
6.根据权利要求1所述的复合能源系统，其特征在于，所述控制单元为一个单片机。
【文档编号】H02J7/34GK203456930SQ201320507537
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】田宏国, 沈道安, 黄永杰 申请人:武汉威科奇新动力能源科技有限公司