【技术领域】
本发明属于一种能源存储管理集成控制系统，尤其涉及应用于蓄电池与超级电容成的能源存储管理控制系统，主要用于汽车领域，也可以应用于日用电器、电梯、发电、轮船和飞机等领域实现对能源的集成控制和管理。
背景技术：
传统的蓄电池与电容电池组成的能源存储系统普遍使用电容电池组与蓄电池简单并联提供电源输出，而且蓄电池与电容电池组之间的能源存储管理控制系统往往采用能源平衡伺服系统。比如，电动汽车的能源存储管理控制系统往往采用在行驶过程中主要由蓄电池提供电能作为电动汽车驱动动力，在车辆启动等需要瞬间大电流时由电容电池组瞬间供电，而在电容电池组瞬间放电后，蓄电池给电容电池组充电以备下次瞬间放电时使用。该系统的缺点在于，电池系统中的电容电池组仅仅用于提供车辆启动等需要瞬间大电流的情形，而电容电池组没有作为大容量储能单元储备行驶过程中需要的驱动能源。
因此，利用超级电容和电池组储存电能的节能技术，将电机机械运动过程中处于再生发电状态产生的电能储存起来,也是世界各国众多研究者的研究热点和开发重点，而如何实现蓄电池与超级电容组之间的能源存储管理控制是该系统能否成功应用的关键。此外，由于现有电容电池组往往不作为主要的储能单元，而蓄电池容量一般较小，电容电池组与蓄电池组成的动力电池系统往往不能实现快速充电，从而限制了电容电池组与蓄电池组动力电池组的推广应用。
本发明的目的在于，提出一种使用超级电容和蓄电池组成的能源存储管理集成控制系统，其中超级电容采用石墨烯电池结构，同时本发明提出采用能源存储管理控制系统实现能源的高效存储和管理利用，主要用于汽车领域，也可以应用于日用电器、电梯、发电、轮船和飞机等领域实现对能源的集成控制。
技术实现要素：
针对以上的技术问题，本发明提出了一种结构简单、低成本高效率、能够实现超快速充电的能源存储管理集成控制系统。
本发明为解决其技术问题所提出的技术方案是：
一种能源存储管理集成控制系统，包括超级电容、蓄电池组、负载、充电控制模块、放电控制模块、蓄电池组控制模块、超级电容控制模块、外部电源接口、dc/dc变换模块、显示模块，所述超级电容和蓄电池组分别通过所述dc/dc变换模块与所述外部电源接口连接，所述充电控制模块和放电控制模块均与蓄电池组控制模块、超级电容控制模块相连接，其特征在于，所述超级电容为石墨烯电池，其特征还在于，当负载开始启动时至启动后时段a内，所述放电控制模块控制所述超级电容向所述负载定向放电，同时所述放电控制模块控制所述蓄电池组向超级电容定向放电，当负载启动时段a后，所述充电模块控制所述蓄电池组控制模块从外部电源接口取电并向所述负载定向放电，所述充电模块控制所述超级电容控制模块从所述负载回收能源，其特征还在于，所述时段a为所述超级电容释放75%-95%电量容量的时间。
作为本发明技术方案的进一步优选方案，所述时段a为所述超级电容释放80%-90%电量容量的时间，更优选的，所述时段a为所述超级电容释放85%电量容量的时间。经理论计算和实验测试，功率在25kw内的负载启动功率一般能在容量1500f超级电容释放70%-95%电量容量的时间内完成瞬时启动和平稳运行阶段的平滑切换。
所述放电控制模块包括母线电压电流采集模块、s0c估算模块、安全保护模块、能源分配模块、放电控制模块控制单元，所述超级电容和蓄电池组通过能源分配模块与所述负载连接。
所述充电控制模块包括负载电压电流采集模块、s0c估算模块、安全保护模块、能源分配模块、充电控制模块控制单元，所述超级电容和蓄电池组通过能源分配模块与所述负载连接。
所述安全保护模块是一种集成电容的安全模块，当充电控制模块的或放电控制模块检测到充放电的电流或者电压超过集成电容内置的预设值时，保护电路启动直接熔断充放电回路，从而保护系统中其他各个模块。
所述蓄电池组控制模块，包括电压信号采集模块、温度信号采集模块、风扇驱动模块、均衡控制模块、安全保护模块、蓄电池控制模块控制单元，其中电压信号采集模块、温度信号采集模块、风扇驱动模块、均衡控制模块、安全保护模块均与蓄电池控制模块控制单元实现电连接。所述电压信号采集模块实时检测负载启动状态，并实时回馈给所述蓄电池控制模块控制单元。
所述超级电容控制模块，包括电压信号采集模块、温度信号采集模块、风扇驱动模块、超级电容控制模块控制单元，其中电压信号采集模块、温度信号采集模块、内部总线接口模块、风扇驱动模块均与超级电容控制模块连接。所述电压信号采集模块实时检测超级电容存储或释放电容电量，并实时回馈给超级电容控制模块控制单元。
所述蓄电池组控制模块和超级电容控制模块均采用功能模块化设计，包括多个传感器实时监测所述蓄电池组或超级电容的充放电电流的电流值和电压值、所述蓄电池组或超级电容的工作温度，并可以根据蓄电池组或超级电容的充放电电流电压以及温度信号调节风扇驱动以实现有效散热的有益技术效果。上述控制方式可以采用本领域技术人员所熟知的包括但不限于正向或反向反馈回路进行控制。
优选的，所述蓄电池组由多个蓄电池串联连接而成，所述蓄电池组的工作电压为24-310v，所述蓄电池由标称电压300v、标称电流为65ah的蓄电池组成。所述蓄电池组的单次充电存储电能不低于20kwh，优选的，单次充电后，所述蓄电池组储存电能量40kwh。进一步的，所述蓄电池组可以实现充电时间为10分钟-8小时的不同充电方式，优选的，充电时间为40分钟，更优选的，充电时间为10分钟。
优选的，所述超级电容的工作电压为24-310v，所述超级电容的电容容量不低于1500f，所述超级电容可以由1-30个低容量的超级电容合而成，所述低容量的超级电容由一系列石墨烯微片复合组成。作为优选方案，所述超级电容由15个电压为310v、电容容量为100f的超级电容电池并联组成。
优选的，所述显示模块可以根据需要实时显示如下信息：超级电容存储的电量、蓄电池存储的电量、流经蓄电池组或超级电容的电压电流及其实时工作温度。
本发明与现有电源管理系统相比，取得的有益效果如下:
由于而且超级电容直接在负载启动时提供瞬时电流，因此不仅可以满足高电压输出，而且在系统需要大功率输出时超级电容发挥作用，保护蓄电池，防止其过充过放，提高系统安全性。
所述蓄电池组由多个蓄电池串联连接，然后通过所述dc/dc电源变换模块连到外部电源母线上，由于系统只需要连接单个dc/dc电源变换模块实现负载和外部电源双向电流控制，在减少功率损耗的同时也节约了成本。
同时，系统采用具有10万次高频耐受充放电能力的大容量超级电容，可以实现低成本、高效率的超级电容和蓄电池组的有效电源管理。
需要说明的是，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。基于本发明提供的信息，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，以相同或相似手段达到相同技术效果所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的一种实施例，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。
图1为本发明提供的能源存储管理集成控制系统的结构示意图。
【具体实施方式】
下面将结合本发明中的附图1，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本发明其中一个较佳实施例，但本发明包括但不限于下述实施例。
附图1公开了一种能源存储管理集成控制系统，主要用于汽车领域，也可以应用于日用电器、电梯、发电、轮船和飞机等领域。该能源存储管理集成控制系统包括超级电容10、蓄电池组20、负载40、充电控制模块50、放电控制模块60、蓄电池组控制模块21、超级电容控制模块11、外部电源接口30、dc/dc变换模块70。超级电容10和蓄电池组20并联后分别接入dc/dc变换模块70与外部电源接口30连接，超级电容10和蓄电池组20与负载40连接，所述充电控制模块50和放电控制模块60均与蓄电池组控制模块21、超级电容控制模块11相连接。
放电控制模块60包括外部电源接口电压电流采集模块、s0c估算模块、安全保护模块、放电控制模块控制单元。充电控制模块50包括负载电压电流采集模块、s0c估算模块、安全保护模块、充电控制模块控制单元。蓄电池组控制模块21包括电压信号采集模块、温度信号采集模块、风扇驱动模块、均衡控制模块、安全保护模块、蓄电池从控子模块控制单元，其中电压信号采集模块、温度信号采集模块、风扇驱动模块、均衡控制模块、安全保护模块均与蓄电池从控子模块控制单元实现电连接，电压信号采集模块实时检测负载启动状态，并实时回馈给所述蓄电池从控子模块控制单元。超级电容控制模块11包括电压信号采集模块、温度信号采集模块、风扇驱动模块、超级电容从控子模块控制单元，其中电压信号采集模块、温度信号采集模块、内部总线接口模块、风扇驱动模块均与超级电容从控子模块控制单元电连接，电压信号采集模块实时检测超级电容存储或释放电容电量，并实时回馈给超级电容控制模块控制单元。
附图1公开的能源存储管理集成控制系统的蓄电池组20由5个标称电压300v、标称电流为65ah的蓄电池串联连接而成，所述蓄电池组的工作电压为24-310v，该蓄电池组的单次充电存储电能为50kwh。所述蓄电池组20可以实现充电时间为10分钟-8小时的不同充电方式，最为优选的充电时间为40分钟。超级电容10由工作电压为24-310v、电容容量为100f的15个超级电容电池并联组成，上述低容量的超级电容由100-1000组石墨烯微片复合组成。附图1中的控制系统还可以包括一个显示模块（未标示），该显示模块可以根据需要实时显示如下信息：超级电容存储的电量、蓄电池存储的电量、流经蓄电池组或超级电容的电压电流及其实时工作温度。该能源存储管理集成控制系统运行过程如下：当负载40开始启动后，超级电容10瞬时释放电量，由放电控制模块60控制超级电容10向负载40定向放电，同时放电控制模块60控制蓄电池组20向超级电容10定向放电，当超级电容10瞬时释放电量达到80%后不再释放电量，此时充电控制模块50控制蓄电池组控制模块21从外部电源接口取电并向负载40定向放电，同时所述充电控制模块21控制超级电容控制模块11从所述负载40回收能源。
经理论计算和实验验证，功率在25kw内的负载启动功率在容量1500f超级电容释放70%电量容量后完成了瞬时启动和平稳运行阶段的平滑切换。由于超级电容直接在负载启动时提供瞬时电流，而且通过蓄电池继续向超级电容供电，因此不仅可以满足高电压输出，而且在系统需要大功率输出时超级电容发挥作用，保护了蓄电池，防止其过充过放，系统安全性达到了99%。由于系统只需要连接单个dc/dc电源变换模块实现负载和外部电源双向电流控制，在减少功率损耗的同时也节约了成本。由于系统采用了大容量的超级电容，所采用的超级电容具有10万次高频耐受的充放电能力，从而实现了低成本、高效率的超级电容和蓄电池组的有效电源管理，可以用于汽车领域，也可以应用于电梯、发电、轮船和飞机等领域的能源存储和利用管理。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。