一种汽车用双电层超级电容的充放电控制方法及装置与流程
本发明汽车技术领域，尤其涉及一种汽车用双电层超级电容的充放电控制方法及装置。
背景技术：
EDLC(Electric Double Layer Capacitor)，双电层超级电容，目前主要应用在汽车制动能量回收、起重机等机械的能量回收、太阳能发电、充当UPS应急电源等方面。
汽车制动能量回收中，其对EDLC的要求是能尽量多将汽车制动或者重物下降的能量转换为电能，储存在电容中，而在需要用电的时候将电容中的电能释放出来为其他负载供电，从而实现能量回收，节能减排的目的。因为EDLC能量密度低而功率密度高，因此为更高效地利用EDLC，需要对EDLC进行快速频繁地充放电，充电时，更多地将制动能量转换为电能，放电时，尽量为负载多供电。
现有的一种EDLC充电电路，主要用于对EDLC进行充电控制，使得EDLC在电压较低时采用恒流充电，电压较高时采用恒功率充电，而在电压达到设定值时，则采用恒压方式对EDLC补充电荷。采用该充电电路可以避免恒流充电方式在EDLC端电压升高后，对供电电源功率要求过高的情况。
EDLC的寿命很大程度受到温度的影响，温度每上升10℃，EDLC寿命减半，并且EDLC不能超过温度限值工作。而当EDLC快速频繁地充放电时，容易造成其内部温度的快速上升，从而影响其使用寿命。因此需要合适的充放电控制方法进行控制，在保证高效使用EDLC的同时尽量延长其使用寿命。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种汽车用双电层超级电容的充放电控制方法及装置，在保证EDLC使用寿命的前提下，提高其使用效率。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种汽车用双电层超级电容的充放电控制方法，包括：
步骤S1，获取EDLC的电压和温度信息；
步骤S2，判断EDLC是继续使用还是长期储存，若是长期储存则执行步骤S3，若是继续使用则执行步骤S4；
步骤S3，控制EDLC以不超过其储存电压的电压进行储存；
步骤S4，根据整车控制器充放电指令，需对EDLC放电时，确定供汽车启动放电或供汽车负载放电，需对EDLC充电时，确定恒压充电或小电流预充电或大电流快速充电。
其中，所述步骤S2中，判断EDLC是继续使用还是长期储存，具体是根据整车下电后，一定时间内整车无用电需求，即整车无需双电层超级电容供电，若是则判断为长期储存，否则为继续使用。
其中，如果所述步骤S2判断EDLC将长期储存，则步骤S3还包括：判断EDLC的电压是否大于其储存电压，如是则控制EDLC放电至所述储存电压。
其中，所述步骤S4中，如果需要对EDLC进行放电，则具体包括以下步骤：
步骤S41，计算出下次汽车启动时EDLC的最低电压预判值；
步骤S42，比较计算出的EDLC最低电压预判值和启动电压阈值的大小；
步骤S43，如果EDLC的最低电压预判值大于启动电压阈值，则以大电流供汽车启动放电，如果下次汽车启动的EDLC最低电压预判值小于启动电压阈值，则供汽车负载放电。
其中，所述下次汽车启动的EDLC的最低电压预判值的计算方式是：先计算线束电阻值和EDLC内阻值之和与上次汽车启动的最大电流值的乘积，再将EDLC当前电压值减去所述乘积。
其中，所述EDLC内阻值的计算方式是：根据不同放电电流下的电压值，通过散点拟合出直线，计算出直线的斜率。
其中，如果供汽车负载放电，则放电时监测EDLC的电压，达到放电截止电压时停止放电。
其中，如果供汽车启动放电，则以大电流持续放电t秒，t大于汽车启动时间。
其中，所述步骤S4中，如果需要对EDLC进行充电，则具体包括以下步骤：
步骤S44，根据所述步骤S1中获取的EDLC温度查询获得其充电截止电压；
步骤S45，判断EDLC当前电压是否连续N次小于所述充电截止电压，如是则对EDLC进行大电流快速充电或小电流预充电，否则对EDLC进行恒压充电。
其中，如果EDLC当前电压连续N次小于所述充电截止电压，所述步骤S45进一步包括：
判断EDLC当前电压是否连续M次大于大电流充电电压限值，如是则计算当前最大允许充电电流，并采用所述当前最大允许充电电流对EDLC进行充电，否则对EDLC采用小电流进行预充电。
其中，所述EDLC当前容量变化率的计算方式是由所述EDLC的初始电容值与所述EDLC的当前电容值的差值除以所述EDLC的初始电容值，所述EDLC内阻变化率的计算方式是由所述EDLC的初始直流电阻值与所述EDLC的内阻值的差值除以所述EDLC的初始直流电阻值。
其中，所述EDLC的当前电容值的计算方式是：将EDLC在一段时间内的放电电流平均值与该段时间的时长相乘，再除以该段时间内放电电压的差值。
本发明还提供一种汽车用双电层超级电容的充放电控制装置，包括：
获取单元，用于获取EDLC的电压和温度信息；
判断单元，用于判断EDLC是继续使用还是长期储存；
储存控制单元，用于在所述判断单元判断EDLC是长期储存时，控制EDLC以不超过其储存电压的电压进行储存；
充放电控制单元，用于在所述判断单元判断EDLC是继续使用时，根据整车控制器充放电指令，在需对EDLC放电时，确定供汽车启动放电或供汽车负载放电，以及在需对EDLC充电时，确定恒压充电或小电流预充电或大电流快速充电。
其中，所述判断单元具体是根据整车下电后，一定时间内整车无用电需求，即整车无需双电层超级电容供电，若是则判断为长期储存，否则为继续使用。
其中，所述储存控制单元还用于在所述判断单元判断EDLC将长期储存时，判断EDLC的电压是否大于其储存电压，如是则控制EDLC放电至所述储存电压。
其中，所述充放电控制单元进一步包括放电控制单元，所述放电控制单元包括：
计算模块，用于计算出下次汽车启动的EDLC的最低电压预判值；
比较模块，用于比较计算出的EDLC的最低电压预判值和启动电压阈值的大小；
放电控制模块，用于在EDLC的最低电压预判值大于启动电压阈值时，控制以大电流供汽车启动放电，以及用于在EDLC的最低电压预判值小于启动电压阈值时，控制供汽车负载放电。
其中，所述下次汽车启动的EDLC最低电压预判值的计算方式是：先计算线束电阻值和EDLC内阻值之和与上次汽车启动的最大电流值的乘积，再将EDLC当前电压值减去所述乘积。
其中，所述EDLC内阻值的计算方式是：根据不同放电电流下的电压值，通过散点拟合出直线，计算出直线的斜率。
其中，所述放电控制模块还用于控制供汽车负载放电时监测EDLC的电压，达到放电截止电压时停止放电。
其中，所述放电控制模块还用于供汽车启动放电时，以大电流持续放电t秒，t大于汽车启动时间。
其中，所述充放电控制单元进一步包括充电控制单元，所述充电控制单元包括：
查询模块，用于根据所述获取单元获取的EDLC温度查询获得其充电截止电压；
充电控制模块，用于判断EDLC当前电压是否连续N次小于所述充电截止电压，如是则对EDLC进行大电流快速充电或小电流预充电，否则对EDLC进行恒压充电。
其中，所述充电控制模块还用于在EDLC当前电压连续N次小于所述充电截止电压时，进一步判断EDLC当前电压是否连续M次大于大电流充电电压限值，如是则计算当前最大允许充电电流，并采用所述当前最大允许充电电流对EDLC进行充电，否则对EDLC采用小电流进行预充电。
其中，所述EDLC当前容量变化率的计算方式是由所述EDLC的初始电容值与所述EDLC的当前电容值的差值除以所述EDLC的初始电容值，所述EDLC内阻变化率的计算方式是由所述EDLC的初始直流电阻值与所述EDLC的内阻值的差值除以所述EDLC的初始直流电阻值。
其中，所述EDLC的当前电容值的计算方式是：将EDLC在一段时间内的放电电流平均值与该段时间的时长相乘，再除以该段时间内放电电压的差值。
本发明实施例的有益效果在于：
本发明在EDLC电压较低时采用小电流预充电，在电压较高时采用大电流快速充电，从而保证EDLC使用寿命的前提下，提高其使用效率；
增加放电控制方法，根据判断分为启动供电和负载供电，启动供电使设备能快速启动，负载供电时保证EDLC在正常电压范围内放电；
增加EDLC储存电压控制，使EDLC以较低的电压进行储存，从而避免储存过程中容量衰减，保证其使用寿命；
EDLC最大充电电流由当前温度、容量变化率、内阻变化率等共同决定，并与三者成一定的函数关系，从而在不同的条件下，EDLC都能以最佳的电流进行快速地充电；
EDLC使用电压采用温度补偿的方式，其充电截止电压根据EDLC的当前温度确定，从而在不同温度下，EDLC都能最大限度被利用；
电压采集处理采用消抖滤波的方式，从而避免EDLC在恒流充电、恒压充电间频繁跳变，也能避免大电流快速充电、小电流预充电之间频繁跳变；
可以根据充放电过程中数据，实时计算出EDLC的容量变化率、内阻变化率，作为计算EDLC最大充电电流和预判最低启动电压的重要参考，也可为EDLC的寿命预测提供信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
图1是本发明实施例一一种汽车用双电层超级电容的充放电控制方法的流程示意图。
图2是本发明实施例一一种汽车用双电层超级电容的充放电控制方法的具体流程示意图。
图3是本发明实施例一中EDLC供负载放电电压曲线示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
请参照图1所示，本发明实施例一提供一种汽车用双电层超级电容的充放电控制方法，包括：
步骤S1，获取EDLC的电压和温度信息；
步骤S2，判断EDLC是继续使用还是长期储存，若是长期储存则执行步骤S3，若是继续使用则执行步骤S4；
步骤S3，控制EDLC以不超过其储存电压的电压进行储存；
步骤S4，根据整车控制器充放电指令，需对EDLC放电时，确定供汽车启动放电或供汽车负载放电，需对EDLC充电时，确定恒压充电或小电流预充电或大电流快速充电。
下面结合图2进行详细说明。
步骤S1获取EDLC的电压和温度信息，一方面EDLC的可使用电压上限与当前温度密切相关，温度越低，其可使用电压越高，储存的电量越多，因此可以根据EDLC的实际的温度，确定电压使用范围，从而提高EDLC的使用效果，尤其是低温下的使用效果；另一方面还可用于步骤S4中根据EDLC温度查询获得其充电截止电压，以及计算最大允许充电电流等。
步骤S2中，判断EDLC是继续使用还是长期储存，主要是基于整车下电后，一定时间内(比如4小时)整车无用电需求，即整车无需双电层超级电容供电，若是则表示不再使用，将长期储存，否则为继续使用。
如果EDLC将长期储存，则步骤S3还包括：判断其电压是否大于储存电压，如是则控制其放电至储存电压。
如果EDLC的电压大于其储存电压，需要将其内部储存的过高电量放出，使得EDLC以较低的电压进行储存，以避免储存过程中容量衰减，保证其使用寿命。如果EDLC的电压小于其储存电压，表明其内部储存的电量较低，直接可以以该较低的电压进行储存。
当EDLC继续使用时，则需要判断其是需要充电还是放电。EDLC本身无法作此判断，而是基于整车当前需求，由整车控制器发出充电或放电指令。
如果需要放电，则具体包括以下步骤：
步骤S41，计算出下次汽车启动时EDLC最低电压预判值Vs；
步骤S42，比较计算出的下次汽车启动时EDLC最低电压预判值Vs和启动电压阈值Vt的大小；
步骤S43，如果Vs大于Vt，则以大电流供汽车启动放电，如果Vs小于Vt，则供汽车负载放电。
进一步地，如果供汽车启动放电，则以大电流持续放电t秒。
如供汽车负载放电，则放电时监测EDLC电压，达到放电截止电压时停止放电。
步骤S41中下次汽车启动的EDLC最低电压预判值Vs是根据上次启动的最大电流值、线束电阻值和EDLC内阻值计算得出，是对下次汽车启动EDLC电压降低的最小值的预判，具体地，下次汽车启动的EDLC最低电压预判值Vs按照下式计算：
Vs＝Vc–Ip×(Re+Rcable)
其中，Vc为EDLC当前电压值，Ip为上次汽车启动的最大电流值，Rcable为线束电阻值，Re为EDLC内阻值。
EDLC内阻值Re的计算方式是：根据不同放电电流下的电压值，通过散点拟合出直线，计算出直线的斜率，即为EDLC的内阻值Re。
当EDLC最低电压预判值低于启动电压阈值Vt时，启动瞬间用电设备供电可能会受到影响，因此只有当计算出的下次启动最低电压值Vs大于此值时，才可以用EDLC来启动供电。
供汽车启动放电时以大电流持续放电t秒，主要是用来持续对汽车启动供电，避免出现因启动过程瞬间压降过低导致的截止放电，t应稍大于汽车启动时间tstart。而供汽车负载放电时，放电截止电压为EDLC放电最低电压限值，当EDLC电压放电达到此值时，控制其截止放电。
如果需要充电，则具体包括以下步骤：
步骤S44，根据EDLC当前温度查询获得其充电截止电压Vh；
步骤S45，判断EDLC当前电压是否连续N次小于充电截止电压，如是则对EDLC进行大电流快速充电或小电流预充电，否则对EDLC进行恒压充电。
上述充电截止电压Vh为EDLC充电最高电压，其值与温度有关，可根据温度对应查询得到。对EDLC充电达到此电压时，应进行恒压充电，防止电压过高导致过充。
如果EDLC当前电压连续N次小于充电截止电压Vh，对于是采取大电流快速充电还是小电流预充电，需要进行进一步判断，即如果EDLC当前电压连续N次小于充电截止电压Vh，步骤S45进一步包括：
判断EDLC当前电压是否连续M次大于大电流充电电压限值Vm，如是则计算当前最大允许充电电流Ih，并采用该当前最大允许充电电流Ih对EDLC进行充电，否则对EDLC采用小电流进行预充电。
由上可以看出，本发明实施例中电压采集处理采用消抖滤波的方式，当判断是恒流充电还是恒压充电，必须是当前电压连续N次小于充电截止电压Vh才进行恒流充电；当判断是小电流预充电还是大电流快速充电时，必须是当前电压连续M次大于Vm时才进行大电流快速充电，从而避免EDLC在恒流充电、恒压充电或是大电流快速充电、小电流预充电之间进行频繁跳变。
需要说明的是，本实施例中，大电流、小电流和EDLC的额定容量有关，以额定容量1安时为例，小电流一般指10C～20C，大电流一般指100C～200C，C为充电倍率，是一个充电电流与额定容量的比例值。换言之，大电流是小电流的十倍。
最大允许充电电流Ih由EDLC当前容量变化率ΔC、内阻变化率ΔRe、当前温度Tc共同决定。容量变化率和内阻变化率越大、当前温度越高，则最大允许充电电流Ih越小，并且Ih与容量变化率ΔC、内阻变化率ΔRe、当前温度Tc满足一定的函数关系：Ih＝f(ΔC，ΔRe，Tc)，从而在不同的条件下，EDLC都能以最佳的电流进行快速地充电。
此处需要说明的是本实施例中容量变化率ΔC和内阻变化率ΔRe的计算方式。如图3所示，为EDLC供负载放电电压曲线示意图，计算EDLC的容量应选取负载放电过程中放电电流比较平稳、电压变化比较线性的区域，如图3中的T1至T2时间段。
EDLC的容量
容量变化率
其中，Ic是T1至T2时间段内放电平均电流，C0是EDLC初始电容值。
如前所述，内阻值Re的计算方式是：根据不同放电电流下的电压值，通过散点拟合出直线，计算出直线的斜率，即为EDLC的内阻值Re，则内阻变化率ΔRe为：
其中，R0为EDLC初始直流电阻值。
通过上述说明可知，本发明带来的有益效果包括：
本发明在EDLC电压较低时采用小电流预充电，在电压较高时采用大电流快速充电，从而保证EDLC使用寿命的前提下，提高其使用效率；
增加放电控制方法，根据判断分为启动供电和负载供电，启动供电使设备能快速启动，负载供电时保证EDLC在正常电压范围内放电；
增加EDLC储存电压控制，使EDLC以较低的电压进行储存，从而避免储存过程中容量衰减，保证其使用寿命；
EDLC最大充电电流由当前温度、容量变化率、内阻变化率等共同决定，并与三者成一定的函数关系，从而在不同的条件下，EDLC都能以最佳的电流进行快速地充电；
EDLC使用电压采用温度补偿的方式，其充电截止电压根据EDLC的当前温度确定，从而在不同温度下，EDLC都能最大限度被利用；
电压采集处理采用消抖滤波的方式，从而避免EDLC在恒流充电、恒压充电间频繁跳变，也能避免大电流快速充电、小电流预充电之间频繁跳变；
可以根据充放电过程中数据，实时计算出EDLC的容量变化率、内阻变化率，作为计算EDLC最大充电电流和预判最低启动电压的重要参考，也可为EDLC的寿命预测提供信息。
相应于本发明实施例一，本发明实施例二提供一种汽车用双电层超级电容的充放电控制装置，包括：
获取单元，用于获取EDLC的电压和温度信息；
判断单元，用于判断EDLC是继续使用还是长期储存；
储存控制单元，用于在所述判断单元判断EDLC是长期储存时，控制EDLC以不超过其储存电压的电压进行储存；
充放电控制单元，用于在所述判断单元判断EDLC是继续使用时，根据整车控制器充放电指令，在需对EDLC放电时，确定供汽车启动放电或供汽车负载放电，以及在需对EDLC充电时，确定恒压充电或小电流预充电或大电流快速充电。
其中，所述判断单元具体是根据整车下电后，一定时间内整车无用电需求，即整车无需双电层超级电容供电，若是则判断为长期储存，否则为继续使用。
其中，所述储存控制单元还用于在所述判断单元判断EDLC将长期储存时，判断EDLC的电压是否大于其储存电压，如是则控制EDLC放电至所述储存电压。
其中，所述充放电控制单元进一步包括放电控制单元，所述放电控制单元包括：
计算模块，用于计算出下次汽车启动时EDLC的最低电压预判值；
比较模块，用于比较计算出的EDLC最低电压预判值和启动电压阈值的大小；
放电控制模块，用于在EDLC的最低电压预判值大于启动电压阈值时，控制以大电流供汽车启动放电，以及用于在EDLC的最低电压预判值小于启动电压阈值时，控制供汽车负载放电。
其中，所述下次汽车启动的EDLC最低电压预判值的计算方式是：先计算线束电阻值和EDLC内阻值之和与上次汽车启动的最大电流值的乘积，再将EDLC当前电压值减去所述乘积。
其中，所述EDLC内阻值的计算方式是：根据不同放电电流下的电压值，通过散点拟合出直线，计算出直线的斜率。
其中，所述放电控制模块还用于控制供汽车负载放电时监测EDLC的电压，达到放电截止电压时停止放电。
其中，所述放电控制模块还用于供汽车启动放电时，以大电流持续放电t秒，t大于汽车启动时间。
其中，所述充放电控制单元进一步包括充电控制单元，所述充电控制单元包括：
查询模块，用于根据所述获取单元获取的EDLC温度查询获得其充电截止电压；
充电控制模块，用于判断EDLC当前电压是否连续N次小于所述充电截止电压，如是则对EDLC进行大电流快速充电或小电流预充电，否则对EDLC进行恒压充电。
其中，所述充电控制模块还用于在EDLC当前电压连续N次小于所述充电截止电压时，进一步判断EDLC当前电压是否连续M次大于大电流充电电压限值，如是则计算当前最大允许充电电流，并采用所述当前最大允许充电电流对EDLC进行充电，否则对EDLC采用小电流进行预充电。
其中，所述当前最大允许充电电流与EDLC当前容量变化率、内阻变化率、当前温度形成一定的函数关系。
其中，所述EDLC当前容量变化率的计算方式是由所述EDLC的初始电容值与所述EDLC的当前电容值的差值除以所述EDLC的初始电容值，所述EDLC内阻变化率的计算方式是由所述EDLC的初始直流电阻值与所述EDLC的内阻值的差值除以所述EDLC的初始直流电阻值。
其中，所述EDLC的当前电容值的计算方式是：将EDLC在一段时间内的放电电流平均值与该段时间的时长相乘，再除以该段时间内放电电压的差值。
有关本实施例的工作原理以及所带来的有益效果请参照本发明实施例一的说明，此处不再赘述。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！