一种蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法
【专利摘要】本发明公开了一种蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，包括：优先采用蓄电池充电，其次为超级电容器充电；在蓄电池负脉冲放电期间，超级电容器吸收蓄电池放电能量。本发明所述蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，可以克服现有技术中充电时间长、电池损害大和使用不方便等缺陷，以实现充电时间短、电池损害小和使用方便的优点。
【专利说明】一种蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子【技术领域】，具体地，涉及一种蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法。
【背景技术】
[0002]储能系统作为微电网系统和电动汽车不可或缺的重要部分，它的快速发展一直受到人们的广泛关注。铅酸蓄电池具有化学能和电能相互转换的特点，同时具有充放电循环次数多，容量大，成本低等优点。
[0003]但是，充电方法对铅酸蓄电池的寿命影响很大，常规的充电方法有恒压充电法、恒流充电法、阶段充电法，上述每种充电方法的充电时间都很长。
[0004]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在充电时间长、电池损害大和使用不方便等缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，以实现充电时间短、电池损害小和使用方便的优点。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，包括:
优先采用蓄电池充电，其次为超级电容器充电；在蓄电池负脉冲放电期间，超级电容器吸收蓄电池放电能量。
[0007]进一步地，所述优先采用蓄电池充电，其次为超级电容器充电的操作，具体包括: 铅酸蓄电池由第一双向充放电变换器实现正负脉冲充电过程，超级电容器利用第二双向充放电变换器实现单向充电过程，第一双向充放电变换器和第二双向充放电变换器的直流输入并联，作为稳定的公共直流电源；
第一双向充放电变换器由非隔离的降压BUCK电路和升压BOOST电路组成，BUCK电路负责给蓄电池正脉冲充电，BOOST电路负责给蓄电池负脉冲放电；
第二双向充放电变换器由非隔离的降压BUCK电路组成，该BUCK电路只能对超级电容器进行充电。
[0008]进一步地，所述铅酸蓄电池由第一双向充放电变换器实现正负脉冲充电过程分为三个阶段，具体如下:
第一阶段为基于脉冲密度调制的变平均电流间歇充电；
第二阶段为基于脉冲密度调制的正负脉冲间歇充电；
第三阶段为基于单脉冲的恒压涓流间歇充电；
在蓄电池充电的第二阶段开始，才对超级电容器进行充电。
[0009]进一步地，所述第一阶段中基于脉冲密度调制的变平均电流间歇充电的操作，具体包括: 首先，检测蓄电池端电压及其温度，当蓄电池端电压不低于满充电压的预设比例时，则跨过第一阶段充电过程，而直接进入第二阶段进行充电；反之，则以三分之一的蓄电池标称容量对应的电流值为参考电流值，完成蓄电池预充电过程；
当反馈电流值等于预设参考电流值时，记录此时的驱动脉冲信号，在预设时间段Tl内逐步均匀减少驱动脉冲的数量，如此循环反复进行，直到驱动脉冲数量减为最初的预设比例为止；
在相邻的两个Tl时间内比较蓄电池平均端电压的差值，若电压差值上升速率高于预设速率，则继续进行上述充电过程，直到蓄电池充电电压达到满充电压的预设比例时才进入蓄电池充电的第二阶段；若电压差值上升速率低于预设阈值，则进入蓄电池充电的第二阶段。
[0010]进一步地，所述第二阶段中基于脉冲密度调制的正负脉冲间歇充电的操作，具体包括:
以第一阶段Tl时间内预设比例的驱动脉冲数量为基础继续进行蓄电池充电，在该Tl时间后第一双向充放电变换器的BUCK电路停止充电工作，接下来的T2时间内，改为第一双向充放电变换器的BOOST电路放电工作，完成第一次正负脉冲充放电过程；
等到T2时间到时，再以第一阶段Tl时间内预设比例的驱动脉冲数量为基础继续进行蓄电池充电，在Tl时间后第一双向充放电变换器的BUCK电路停止充电工作，接下来的T2时间内，改为第一双向充放电变换器的BOOST电路放电工作，完成第二次正负脉冲充放电过程；
在Tl时间内第一双向充放电变换器的BUCK电路以第一阶段Tl时间内预设比例的驱动脉冲数量为基础继续进行蓄电池充电，在接下来的T2时间内第一双向充放电变换器的BOOST电路放电工作，其连续放电的脉冲数总比前一次T2时间内连续放电的脉冲数多I个，如此循环反复进行，直到放电脉冲数占满了 T2时间时，则放电脉冲数不再增加；
在上述循环工作过程中，直到本次T1+T2时间内测量的蓄电池平均电压与前一次T1+T2时间内测量的蓄电池平均电压之差出现负值时，则停止蓄电池第二阶段的充放电过程，即第一双向充放电变换器的BUCK电路和BOOST电路都停止工作，直接进入蓄电池充电的第三阶段。
[0011]进一步地，所述第三阶段中基于单脉冲的恒压涓流间歇充电的操作，具体包括: 以蓄电池充电第二阶段结束时所对应的蓄电池端电压为参考电压值，当检测到蓄电池端电压有所下降时，在一定时间Tl内第一双向充放电变换器的BUCK电路工作；
在Tl其余时间内第一双向充放电变换器的BUCK电路停止工作，在Tl时间结束时再检测蓄电池端电压是否回升到参考电压值，若已回升到参考电压值，则直到检测到蓄电池端电压有所下降时再重复上述充电过程为止；
若经过上述充电过程，蓄电池端电压回升速率没有达到预设参考电压值，则在下一个Tl时间内第一双向充放电变换器的BUCK电路再进行相同的单脉冲充电，继续重复上述单脉冲充电过程，直到检测到蓄电池端电压回升到参考电压值为止，如此反复循环进行。
[0012]进一步地，所述超级电容器利用第二双向充放电变换器实现单向充电过程为两个阶段，具体如下:
第一阶段为吸收蓄电池在其充电过程的第二阶段中负脉冲放电时所发出的电能； 第二阶段是在蓄电池充电的第三阶段期间超级电容器开始基于变电流的恒流充电。
[0013]进一步地，所述第一阶段中吸收蓄电池在其充电过程的第二阶段中负脉冲放电时所发出的电能的操作，具体包括:
以蓄电池初始充电时公共直流电源侧滤波电容的电压值为参考电压值，与反馈回来的公共直流电源侧滤波电容电压值进行作差，两者电压之差经过比例积分调节，其输出值与高频三角载波信号相比较，得到第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关驱动脉冲信号；该驱动脉冲信号作用到第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关产生超级电容器充电电流，从而回收蓄电池放电的能量。
[0014]进一步地，所述第二阶段中在蓄电池充电的第三阶段期间超级电容器开始基于变电流的恒流充电的操作，具体包括:
初始电流参考值为三分之一的超级电容器额定电流，以第二双向充放电变换器的BUCK电路的电感电流为反馈电流值，两者之差进行比例积分调节，其输出值与高频三角载波信号相比较，得到第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关驱动脉冲信号，完成预充电过程；
当反馈电流值等于参考电流值时，记录此时的驱动脉冲信号，以此脉冲信号为基础，开始进行开环的脉冲密度调制方式，即此后脉冲信号频率和宽度一直不变，在一定时间T3内逐步均匀减少驱动脉冲的数量，如此循环反复进行，直到驱动脉冲数量减为最初的预设比例为止；
在如此循环反复充电期间，若超级电容器电压达到额定电压值，则停止对超级电容器充电。
[0015]本发明各实施例的蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，由于包括:优先采用蓄电池充电，其次为超级电容器充电；在蓄电池负脉冲放电期间，超级电容器吸收蓄电池放电能量；从而可以克服现有技术中充电时间长、电池损害大和使用不方便的缺陷，以实现充电时间短、电池损害小和使用方便的优点。
[0016]本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
[0017]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是本发明铅酸蓄电池和超级电容器混合储能充电变换器的连接电路框图；
图2是铅酸蓄电池在第一阶段充电时第一双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关SI的驱动脉冲信号示意图；
图3是铅酸蓄电池在第二阶段充电时第一双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关SI的驱动脉冲信号以及BOOST电路的功率开关S2的驱动脉冲信号示意图；
图4是铅酸蓄电池在第三阶段充电时第一双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关SI的驱动脉冲信号示意图；
图5是超级电容器在第二阶段充电时第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关S3驱动脉冲信号意图。
[0019]在图1-图5中，1.公共直流电源Vin ；2.防反充电二极管DO ；3.公共直流电源侧滤波电容Cl，滤波电容C2=C3 ;4.滤波电感L1=L2;5.功率开关S1、S2、S3都是带有各自二极管D1、D2、D3的IGBT元件；6.续流二极管D4 ;7.蓄电池指蓄电池储能介质；8.超级电容指超级电容器储能介质；9.滤波电感LI的电流iLl ；10.滤波电感L2的电流iL2 ；11.纵坐标Pl表示功率开关SI的驱动脉冲形式；12.纵坐标P2表示功率开关S2的驱动脉冲形式；13.纵坐标P3表示功率开关S3的驱动脉冲形式；14.横坐标tl表示时间；15.时间Tl是固定的，例如Tl=5s ；16.时间TO是固定的，例如TO=Ims ；17.时间T2是固定的，例如T2=ls ；18.时间 T3 是固定的，例如 T3=ls ;19.M 是定值，例如 M=70%*Tl/T0=70%*5s/lms=3500。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]快速充电法可以最大限度地加快蓄电池的化学反应速度，缩短蓄电池达到满充状态的时间，提高蓄电池使用效率。快速充电法包括脉冲式充电法、Reflex快速充电法、变电流间歇充电法、变电压间歇充电法以及变电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法，这些方法都围绕最佳充电曲线进行设计的，得到了较好的充电效果。超级电容器是利用双电层原理的电容器，其储能的过程不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，因此，储能速度非常快，它的充电方法相对简单，一般采用恒流限压的充电方法，第一阶段采用较大电流进行恒流充电，以节省充电时间，第二阶段采用恒压充电，以保证小电流充电，使得超级电容器充满。
[0022]根据本发明实施例，如图1-图5所示，提供了一种蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，属于分布式微电网系统和电动汽车应用领域。
[0023]本发明的技术方案，将铅酸蓄电池和超级电容器快速充电过程相结合，提出一种混合储能快速充电方法，保证铅酸蓄电池充电快、析气少、温度低、寿命长，超级电容器回收铅酸蓄电池负脉冲放电能量，提高整个储能系统的充电效率。
[0024]本发明技术方案的目的是提供一种蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，从铅酸蓄电池快速充电角度出发，采用优化的充电方法优先为蓄电池充电，以保证蓄电池充电效率高、使用寿命长。其次为超级电容器充电，在蓄电池负脉冲放电期间，超级电容器吸收蓄电池放电能量，防止直流输入滤波电容电压过高，同时也可以防止蓄电池放电能量白白浪费。最终达到蓄电池和超级电容器都能被快速的优化充电。
[0025]本发明的技术方案是，一种蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，铅酸蓄电池由第一双向充放电变换器实现正负脉冲充电过程和超级电容器利用第二双向充放电变换器实现单向充电过程，第一双向充放电变换器和第二双向充放电变换器的直流输入并联，是稳定的公共直流电源。铅酸蓄电池和超级电容器的充电顺序是先对蓄电池进行充电，蓄电池充电过程分为三个阶段，第一阶段为基于脉冲密度调制的变平均电流间歇充电，第二阶段为基于脉冲密度调制的正负脉冲间歇充电，第三阶段为基于单脉冲的恒压涓流间歇充电。在蓄电池充电的第二阶段开始，才对超级电容器进行充电，超级电容器充电分为两个阶段，第一阶段为吸收蓄电池在其充电过程的第二阶段中负脉冲放电时所发出的电能，第二阶段是在蓄电池充电的第三阶段期间超级电容器开始基于变电流的恒流充电。
[0026]第一双向充放电变换器由非隔离的降压(BUCK)电路和升压(BOOST)电路组成，BUCK电路负责给蓄电池正脉冲充电，BOOST电路负责给蓄电池负脉冲放电。第二双向充放电变换器由非隔离的降压(BUCK)电路组成，该BUCK电路只能对超级电容器进行充电。
[0027]铅酸蓄电池充电过程:
参见图2，第一阶段为基于脉冲密度调制的变平均电流间歇充电过程。首先，检测蓄电池端电压及其温度，当蓄电池端电压不低于95%满充电压时，则跨过第一阶段充电过程，而直接进入第二阶段进行充电。反之，则以三分之一的蓄电池标称容量对应的电流值为参考电流值，以第一双向充放电变换器的BUCK电路的电感电流为反馈电流值，两者之差进行比例积分调节1，其输出值与高频三角载波信号I (例如1kHz)相比较，得到第一双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关驱动脉冲信号，该驱动脉冲信号作用到第一双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关产生蓄电池充电电流，这是预充电过程。当反馈电流值等于参考电流值时，记录此时的驱动脉冲信号，以此脉冲信号为基础，开始进行开环的脉冲密度调制方式，即此后脉冲信号频率和宽度一直不变，在一定时间Tl (例如Tl=5s)内逐步均匀减少驱动脉冲的数量(例如每次减少10个脉冲)，如此循环反复进行，直到驱动脉冲数量减为最初的30%为止，从而达到在Tl时间内变平均充电电流的目的，该平均电流在三分之一和九分之一的蓄电池标称容量对应的电流值之间。在相邻的两个Tl时间内比较蓄电池平均端电压的差值，若电压差值上升较快(例如相邻Tl时间的蓄电池平均端电压差值不小于0.02V)，则表明蓄电池接受充电电流能力强，未产生析气现象，可以继续进行上述充电过程，直到蓄电池充电电压达到95%满充电压时才进入蓄电池充电的第二阶段。若电压差值上升较慢(例如相邻Tl时间的蓄电池平均端电压差值小于0.02V)，则蓄电池可能产生了析气现象，于是进入蓄电池充电的第二阶段。
[0028]参见图3，第二阶段为基于脉冲密度调制的正负脉冲间歇充电过程，该阶段既要控制析气现象，又要控制蓄电池温度。以第一阶段Tl时间内30%的驱动脉冲数量为基础继续进行蓄电池充电，在该Tl时间后第一双向充放电变换器的BUCK电路停止充电工作，接下来的T2 (例如T2=ls)时间内，改为第一双向充放电变换器的BOOST电路放电工作，它的驱动信号脉冲宽度为50%，开关频率为1kHz，此时蓄电池向公共直流电源侧放电，于是超级电容器进入其第一阶段充电过程，初始为蓄电池充电时的电压值为参考电压值，与反馈回来的公共直流电源侧滤波电容电压值进行作差，两者电压之差经过比例积分调节2，其输出值与高频三角载波信号2 (例如1kHz)相比较，得到第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关驱动脉冲信号，该驱动脉冲信号作用到第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关产生超级电容器充电电流，从而回收蓄电池放电的能量。在T2时间内第一双向充放电变换器的BOOST电路只进行一个脉冲的放电，之后第一双向充放电变换器的BOOST电路也停止放电工作。上述为第一次正负脉冲充放电过程。
[0029]等到T2时间到时，再以第一阶段Tl时间内30%的驱动脉冲数量为基础继续进行蓄电池充电，在Tl时间后第一双向充放电变换器的BUCK电路停止充电工作，接下来的T2时间内，改为第一双向充放电变换器的BOOST电路放电工作，第一双向充放电变换器的BOOST电路只进行连续两个脉冲的放电，之后第一双向充放电变换器的BOOST电路也停止放电工作。在蓄电池放电时，第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关动作，使得超级电容器吸收蓄电池的放电电能。上述为第二次正负脉冲充放电过程。
[0030]总之，在Tl时间内第一双向充放电变换器的BUCK电路以第一阶段Tl时间内30%的驱动脉冲数量为基础继续进行蓄电池充电，在接下来的T2时间内第一双向充放电变换器的BOOST电路放电工作，其连续放电的脉冲数总比前一次T2时间内连续放电的脉冲数多I个，如此循环反复进行，直到放电脉冲数占满了 T2时间时，则放电脉冲数不再增加。在上述循环工作过程中，直到本次T1+T2时间内测量的蓄电池平均电压与前一次T1+T2时间内测量的蓄电池平均电压之差出现负值时，则停止蓄电池第二阶段的充放电过程，即第一双向充放电变换器的BUCK电路和BOOST电路都停止工作，直接进入蓄电池充电的第三阶段。
[0031]参见图4，第三阶段为基于单脉冲的恒压涓流间歇充电过程。以蓄电池充电第二阶段结束时所对应的蓄电池端电压为参考电压值，当检测到蓄电池端电压有所下降时，在一定时间Tl内第一双向充放电变换器的BUCK电路工作，它的驱动信号脉冲宽度为50%，开关频率为1kHz，只进行单脉冲充电，然后在Tl其余时间内第一双向充放电变换器的BUCK电路停止工作，在Tl时间结束时再检测蓄电池端电压是否回升到参考电压值，若已回升到参考电压值，则直到检测到蓄电池端电压有所下降时再重复上述充电过程为止。若经过上述充电过程，蓄电池端电压回升较小，没有达到参考电压值，则在下一个Tl时间内第一双向充放电变换器的BUCK电路再进行相同的单脉冲充电，继续重复上述单脉冲充电过程，直到检测到蓄电池端电压回升到参考电压值为止。如此反复循环进行。
[0032]超级电容器充电过程:
第一阶段为吸收蓄电池在其充电过程的第二阶段中负脉冲放电时所发出的电能。其控制目标是公共直流电源侧滤波电容电压值不能超过蓄电池初始充电时公共直流电源侧滤波电容的电压值。因此，以蓄电池初始充电时公共直流电源侧滤波电容的电压值为参考电压值，与反馈回来的公共直流电源侧滤波电容电压值进行作差，两者电压之差经过比例积分调节2，其输出值与高频三角载波信号2 (例如1kHz)相比较，得到第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关驱动脉冲信号，该驱动脉冲信号作用到第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关产生超级电容器充电电流，从而回收蓄电池放电的能量。
[0033]参见图5，第二阶段是在蓄电池充电的第三阶段期间超级电容器开始基于变电流的恒流充电过程。该充电过程也是基于脉冲密度调制的变平均电流间歇充电过程，其初始电流参考值为三分之一的超级电容器额定电流，以第二双向充放电变换器的BUCK电路的电感电流为反馈电流值，两者之差进行比例积分调节3，其输出值与高频三角载波信号3(例如1kHz)相比较，得到第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关驱动脉冲信号，该驱动脉冲信号作用到第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关产生超级电容器充电电流，这是预充电过程。当反馈电流值等于参考电流值时，记录此时的驱动脉冲信号，以此脉冲信号为基础，开始进行开环的脉冲密度调制方式，即此后脉冲信号频率和宽度一直不变，在一定时间T3 (例如T3=ls)内逐步均匀减少驱动脉冲的数量(例如每次减少10个脉冲)，如此循环反复进行，直到驱动脉冲数量减为最初的10%为止，从而达到在T3时间内变平均充电电流的目的，在如此循环反复充电期间，若超级电容器电压达到额定电压值，则停止对超级电容器充电。
[0034]本发明蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法的有益效果是:采用基于脉冲密度调制的三阶段快速充电法，使得铅酸蓄电池被快速充电的同时，延长蓄电池的使用寿命。采用两阶段快速充电法，使得超级电容器与蓄电池充电协调控制，有利于提高两者混合储能系统的充电效率。
[0035]具体地,如图1所不，第一双向充放电变换器由第一滤波电容Cl、第一功率开关S1、第二功率开关S2、第一滤波电感L1、第二滤波电容C2以及蓄电池组成。第二双向充放电变换器由第一滤波电容Cl、第三功率开关S3、续流二极管D4、第二滤波电感L2、第三滤波电容C3以及超级电容组成。直流电源Vin的正极经第一滤波电容Cl后与直流电源Vin的负极连接，直流电源Vin的正极依次经第一功率开关S1、第一滤波电感LI和蓄电池后与直流电源Vin的负极连接，直流电源Vin的正极依次经第三功率开关S3、第二滤波电感L2和超级电容后与直流电源Vin的负极连接，第二滤波电容C2并联在蓄电池靠近第一滤波电感LI的一侧，第三滤波电容C3并联在超级电容考虑第二滤波电感L2的一侧，第二功率开关S2连接在第一功率开关SI和第一滤波电感LI的公共端与第二滤波电容C2远离第一滤波电感LI的一端之间，续流二极管D4连接在第三功率开关S3和第二滤波电感L2的公共端与第三滤波电容C3远离第二滤波电感L2的一端之间。第一功率开关SI的控制端、第二功率开关S2的控制端和第三功率开关S3的控制端均悬空。
[0036]在第一双向充放电变换器的BUCK电路工作时，第一功率开关SI进行开关动作，第二功率开关S2停止工作。
[0037]在第一双向充放电变换器的BOOST电路工作时，第二功率开关S2进行开关动作，第一功率开关Si停止工作。
[0038]铅酸蓄电池充电过程参见上述图2、图3和图4的相关说明，在此不再赘述。
[0039]超级电容器充电过程:
第一阶段为吸收蓄电池在其充电过程的第二阶段中负脉冲放电时所发出的电能。其控制目标是公共直流电源侧滤波电容电压值不能超过蓄电池初始充电时公共直流电源侧滤波电容的电压值。因此，以蓄电池初始充电时公共直流电源侧滤波电容的电压值为参考电压值，与反馈回来的公共直流电源侧滤波电容电压值进行作差，两者电压之差经过比例积分调节2，其输出值与高频三角载波信号2 (例如1kHz)相比较，得到第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关驱动脉冲信号，该驱动脉冲信号作用到第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关产生超级电容器充电电流，从而回收蓄电池放电的能量。
[0040]如图5所示，超级电容器第二阶段的工作过程，参见上述关于图5的相关说明，在此不再赘述。
[0041]最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，其特征在于，包括: 优先采用蓄电池充电，其次为超级电容器充电；在蓄电池负脉冲放电期间，超级电容器吸收蓄电池放电能量。
2.根据权利要求1所述的蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，其特征在于，所述优先采用蓄电池充电，其次为超级电容器充电的操作，具体包括: 铅酸蓄电池由第一双向充放电变换器实现正负脉冲充电过程，超级电容器利用第二双向充放电变换器实现单向充电过程，第一双向充放电变换器和第二双向充放电变换器的直流输入并联，作为稳定的公共直流电源； 第一双向充放电变换器由非隔离的降压冊(?电路和升压80031电路组成，电路负责给蓄电池正脉冲充电，80081电路负责给蓄电池负脉冲放电； 第二双向充放电变换器由非隔离的降压冊(?电路组成，该冊(?电路只能对超级电容器进行充电。
3.根据权利要求2所述的蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，其特征在于，所述铅酸蓄电池由第一双向充放电变换器实现正负脉冲充电过程分为三个阶段，具体如下: 第一阶段为基于脉冲密度调制的变平均电流间歇充电； 第二阶段为基于脉冲密度调制的正负脉冲间歇充电； 第三阶段为基于单脉冲的恒压涓流间歇充电； 在蓄电池充电的第二阶段开始，才对超级电容器进行充电。
4.根据权利要求3所述的蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，其特征在于，所述第一阶段中基于脉冲密度调制的变平均电流间歇充电的操作，具体包括: 首先，检测蓄电池端电压及其温度，当蓄电池端电压不低于满充电压的预设比例时，贝0跨过第一阶段充电过程，而直接进入第二阶段进行充电；反之，则以三分之一的蓄电池标称容量对应的电流值为参考电流值，完成蓄电池预充电过程； 当反馈电流值等于预设参考电流值时，记录此时的驱动脉冲信号，在预设时间段II内逐步均匀减少驱动脉冲的数量，如此循环反复进行，直到驱动脉冲数量减为最初的预设比例为止； 在相邻的两个II时间内比较蓄电池平均端电压的差值，若电压差值上升速率高于预设速率，则继续进行上述充电过程，直到蓄电池充电电压达到满充电压的预设比例时才进入蓄电池充电的第二阶段；若电压差值上升速率低于预设阈值，则进入蓄电池充电的第二阶段。
5.根据权利要求4所述的蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，其特征在于，所述第二阶段中基于脉冲密度调制的正负脉冲间歇充电的操作，具体包括: 以第一阶段II时间内预设比例的驱动脉冲数量为基础继续进行蓄电池充电，在该丁1时间后第一双向充放电变换器的冊(?电路停止充电工作，接下来的12时间内，改为第一双向充放电变换器的80031电路放电工作，完成第一次正负脉冲充放电过程； 等到12时间到时，再以第一阶段II时间内预设比例的驱动脉冲数量为基础继续进行蓄电池充电，在II时间后第一双向充放电变换器的冊(?电路停止充电工作，接下来的丁2时间内，改为第一双向充放电变换器的80031电路放电工作，完成第二次正负脉冲充放电过程； 在Tl时间内第一双向充放电变换器的BUCK电路以第一阶段Tl时间内预设比例的驱动脉冲数量为基础继续进行蓄电池充电，在接下来的T2时间内第一双向充放电变换器的BOOST电路放电工作，其连续放电的脉冲数总比前一次T2时间内连续放电的脉冲数多I个，如此循环反复进行，直到放电脉冲数占满了 T2时间时，则放电脉冲数不再增加； 在上述循环工作过程中，直到本次T1+T2时间内测量的蓄电池平均电压与前一次T1+T2时间内测量的蓄电池平均电压之差出现负值时，则停止蓄电池第二阶段的充放电过程，即第一双向充放电变换器的BUCK电路和BOOST电路都停止工作，直接进入蓄电池充电的第三阶段。
6.根据权利要求5所述的蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，其特征在于，所述第三阶段中基于单脉冲的恒压涓流间歇充电的操作，具体包括: 以蓄电池充电第二阶段结束时所对应的蓄电池端电压为参考电压值，当检测到蓄电池端电压有所下降时，在一定时间Tl内第一双向充放电变换器的BUCK电路工作； 在Tl其余时间内第一双向充放电变换器的BUCK电路停止工作，在Tl时间结束时再检测蓄电池端电压是否回升到参考电压值，若已回升到参考电压值，则直到检测到蓄电池端电压有所下降时再重复上述充电过程为止； 若经过上述充电过程，蓄电池端电压回升速率没有达到预设参考电压值，则在下一个Tl时间内第一双向充放电变换器的BUCK电路再进行相同的单脉冲充电，继续重复上述单脉冲充电过程，直到检测到蓄电池端电压回升到参考电压值为止，如此反复循环进行。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，其特征在于，所述超级电容器利用第二双向充放电变换器实现单向充电过程为两个阶段，具体如下: 第一阶段为吸收蓄电池在其充电过程的第二阶段中负脉冲放电时所发出的电能； 第二阶段是在蓄电池充电的第三阶段期间超级电容器开始基于变电流的恒流充电。
8.根据权利要求7所述的蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，其特征在于，所述第一阶段中吸收蓄电池在其充电过程的第二阶段中负脉冲放电时所发出的电能的操作，具体包括: 以蓄电池初始充电时公共直流电源侧滤波电容的电压值为参考电压值，与反馈回来的公共直流电源侧滤波电容电压值进行作差，两者电压之差经过比例积分调节，其输出值与高频三角载波信号相比较，得到第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关驱动脉冲信号；该驱动脉冲信号作用到第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关产生超级电容器充电电流，从而回收蓄电池放电的能量。
9.根据权利要求8所述的蓄电池与超级电容器混合储能快速充电方法，其特征在于，所述第二阶段中在蓄电池充电的第三阶段期间超级电容器开始基于变电流的恒流充电的操作，具体包括: 初始电流参考值为三分之一的超级电容器额定电流，以第二双向充放电变换器的BUCK电路的电感电流为反馈电流值，两者之差进行比例积分调节，其输出值与高频三角载波信号相比较，得到第二双向充放电变换器的BUCK电路的功率开关驱动脉冲信号，完成预充电过程； 当反馈电流值等于参考电流值时，记录此时的驱动脉冲信号，以此脉冲信号为基础，开始进行开环的脉冲密度调制方式，即此后脉冲信号频率和宽度一直不变，在一定时间13内逐步均匀减少驱动脉冲的数量，如此循环反复进行，直到驱动脉冲数量减为最初的预设比例为止； 在如此循环反复充电期间，若超级电容器电压达到额定电压值，则停止对超级电容器充电。
【文档编号】H01M10/44GK104393356SQ201410573239
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】戴伟, 陈芳, 孙向东, 张琦, 任碧莹, 王月盈 申请人:新疆希望电子有限公司