关于新能源超级电容智能化管理系统的探究

关于新能源超级电容智能化管理系统的探究

李栋华

（江苏集盛星泰新能源科技有限公司江苏常州213000）

摘要：新能源超级电容储能装置和锂离子电池的结合，能够对电池的比功率不足的问题有很大的改善，不过另一方面却使其安全性与实时性降低。本文所涉及的超级电容智能化管理系统，经过大量的研究实验，找到了相匹配的采集频率，经过隔离技术的应用，对多路电压更高精准地进行采集等，最终使单体电压保持一致，能够对电容的工作状况进行实时监督控制、测试、保护而且提交讯息资料，起到了制衡电压、过压保护预防、精准定位故障、自测及监督警报作用，也就对上面提到的安全性有了很大帮助，弥补了其不足，对超级电容的安全顺利运行有了保障，这也就使其应用范围得到了扩展，使其发展态势有了更好的改善。

关键词：新能源；超级电容；智能化管理

新能源超级电容储能装置的比功率比较大，工作温度温差大，工作寿命很长，能在短时间内充满电，动态响应灵敏，它持有这些优势与锂离子结合，就能够有效补偿锂离子比功率小的缺陷。现阶段，这种结合在航空机载装置、新能源汽车等多种机电装置方面已经有了广泛的使用，它可以有效地提高储能元件的多种技术标准，来适应要求严谨的使用条件。伴随着信息高科技时代的不断发展，这项开发会在不久的将来应用到可充电电池的各种产品中，甚至能够替代可充电电池，比如电脑，手机，相机等产品，因此我们可以看到，它的发展前景和应用范围是很长远和宽广的。

一、超级电容器的管理方式

超级电容器的端电压通常只有2.7伏，要通过大量的串联、并联才能满足电压和容量的要求，对电容器的有效管理就是保证电容器安全使用的先决条件。超级电容管理系统能够对电容器实施管控，保障电容器在使用时更可靠，更安全，使电容器的工作寿命更长。现阶段一些知名的超级电容生产厂家所使用的超级电容器电压均衡体系有电阻消耗式均压和能量转移式均压。其中电阻消耗式均压法算是最简单的均衡方法，是靠在超级电容器表面安装电阻器而使超级电容器单体电压均衡的。它的弊端是消耗能量较多，电阻发热量大，均衡电流比较小，同时又因为超级电容使用时候的串并联较多，所以这种消耗式均压法所起到的作用还是不够。另一种能量转移式均压方式到现在还不成熟，全球还对其进行着试验研究，我国在超级电容器组电压动态均衡体系方面的研究较为滞后，现在还处于摸索时期，超级电容的制造与使用相对落后。现阶段我国最广泛应用的是电阻消耗式均压法，不过能量转移式均压将会有更大的发展空间与更好的发展前景。

二、核心技术与电路设计

1.采集电路

单体采集板的供电电压是24伏，工作电压是5伏，为了使性能更可靠更稳定，有针对性地选区电源模块，系统总功率消耗量不超过5瓦，择取24伏转5伏隔离电源模块，采集部分的功率消耗量处于0.1到0.3瓦之间，选取5伏转5伏隔离电源模块，利用将采集板和体系电源隔离；通信模块的隔离性能达，通信速率低于1Mbps，跟上一级的通信采用隔离通信模块，使整体使用体系更有保障，抗干扰能力也更强。

单体测量电压要求较精准，于是单体采集板采用12位，内部基准电压为4.096伏，全量程精度误差在上下6LSB以内，完全满足其高标准。采集方式采用浮地隔离采集，采集前端用把单体电容接入采集电路，采集部分供电通过跟数字部分隔离，经过12C磁耦隔离方式得到采集数值，降低了超级电容对体系的消耗，也使外部体系对采集部分的负面影响变小。经统计，采用光电继电器构成的采集前端在掉电情况下每个模块单体的放电量相差不到0.5微安，15个模块串联的单体放电量相差不到50微安，超级电容单体2伏电压72小时后漏电流不到178微安，为超级电容单体的一致性提供了有力的保障。并且光电继电器耐压达600伏，即使在极端状态下，管两端的耐压要求也低于这个数值。

采集电路时，为了防止增益电阻的耗损，耐冲击玻璃釉插装电阻，采集电路的误差不到输入电压的百分之二，利用程序校准之后误差可以控制在15毫伏以内。采集电路设计时，高精度多路电压隔离采集技术，能够很大程度上避免电压骤变给系统带来的伤害，增强了系统的可靠性。

2.均衡电路

均衡电路主要是通过消耗式方法来进行，超级电容工作区间均衡电流大于

200毫安，利用隔离控制，减弱了均衡器件所承受的应力，使系统的可靠性增强。均衡电路设计过程中，隔离式智能均衡技术，利用管将电容与部分分开，利用计算电容的对它进行智能均衡，使电容单体保持统一。

3.可靠性

为了增强其可靠性，系统电源利用了隔离变压器和共模扼流圈设计；差分运放采取单运放芯片，工作电压是5伏，能够达到满摆幅，输入偏置电流低，封装小的效果，最大输入偏置电压在4毫伏以内，每一个单体经过运放切换进入差分运放，等量转换后输出，浮地测量的优势在于减弱了增强电阻的应力，也就使器件的损坏降低了。为了避免多路开关失效使超级电容短路，每一路开关前端都要加一个5.9k耐冲击玻璃釉插装电阻，多路开关控制逻辑芯片实施互锁控制，使控制端一次只开启一个运放。

综上所述，新能源超级电容智能管理系统帮助高精度多路电压隔离采集技术与隔离式智能均衡技术得到成功实践运用，使电容单体保持统一，利用CAN总线使数据传输的过程更有保障。本系统可以对单体电容工作情况实时监督控制，测量并提供保护，加大了超级电容储能系统的安全性、精准性等，从而使系统安全运行，并在新一代社会中对新能源的利用与发展做出了很大的帮助，落实并发展超级电容在生活中的使用，对社会对国家的发展都有着不可估量的积极作用意义。

参考文献

[1]蒋玮.一种新型回馈式串联超级电容器组均压策略.电子电力技术,2012年09期:33-35.

[2]UnoM,KukitaA.Double-SwitchEqualizerUsingParallel-orSeries-Parallel-ResonantInverterandVoltageMultiplierforSeries-ConnectedSupercapacitors[J].2014.1-1.

作者简介

李栋华（1989-12），男，汉族，籍贯：江苏南通，学历：本科，当前职务：主任工程师，当前职称：助理工程师，研究方向：电子科学与技术专业。