一種用于汽車電子超級電容器的充電管理方法及系統技術方案

本發明專利技術屬于充電管理的技術領域，公開了一種用于汽車電子超級電容器的充電管理方法，檢測充電電源和超級電容器之間的電壓差，將所述電壓差與第一門檻電壓和第二門檻電壓做比較，所述第一門檻電壓大于第二門檻電壓，根據比較結果，通過采用恒流充電、控制單向導通模塊開啟，使充電電源通過充電模塊向超級電容器充電，直至超級電容器兩端的電壓達到充電電源的電壓，關斷充電模塊，從而避免低電壓差的情況，超級電容器通過充電模塊向充電電源放電。

A charging management method and system for automotive electronic super capacitor

【技術實現步驟摘要】
一種用于汽車電子超級電容器的充電管理方法及系統
本專利技術屬于充電管理的
，具體涉及一種用于汽車電子超級電容器的充電管理方法及系統。
技術介紹
隨著超級電容器的成本降低，其使用越來越普及，其管理電路的商業價值也顯得越來越重要，超級電容器的充放電路既需要滿足性能要求，又兼顧價格和體積的需求，因此，各種各樣的充電管理方案及電路也應運而生。傳統的超級電容器充電電路使用buck拓撲結構，要求輸入電壓高于輸出電壓0.7V到1.5V不等，但是對于超級電容器的應用來說，在車載系統的應用中，希望輸出電壓等于輸入電壓，而且在充電過程中，如果輸入電壓突然降低，電流會反方向流動，由于超級電容器充上電后，可以等效為一個電源，因此，此刻buck拓撲結構就變成了反向的Boost結構，超級電容器會反方向放電，非常容易導致MOSFET管等功率器件的損壞，因此，迫切需要一種控制策略能夠有效保證在超級電容器充電時使用的buck拓撲結構能夠單向充電。
技術實現思路
本專利技術提供了一種用于汽車電子超級電容器的充電管理方法及系統，解決了現有超級電容器的充電電路容易發生反向放電，會破壞電路中的MOSFET管等功率器件的問題。本專利技術可通過以下技術方案實現：一種用于汽車電子超級電容器的充電管理方法，檢測充電電源和超級電容器之間的電壓差，將所述電壓差與第一門檻電壓和第二門檻電壓做比較，所述第一門檻電壓大于第二門檻電壓，根據比較結果，通過采用恒流充電、控制單向導通模塊開啟，使充電電源通過充電模塊向超級電容器充電，直至超級電容器兩端的電壓達到充電電源的電壓，關斷充電模塊，從而避免低電壓差的情況，超級電容器通過充電模塊向充電電源放電。進一步，所述超級電容器處于單純充電狀態，當所述電壓差大于第一門檻電壓或者處于第一門檻電壓、第二門檻電壓之間時，采用大電流充電，直至電壓差小于第二門檻電壓，開啟單向導通模塊，采用小電流充電，直至超級電容器兩端的電壓達到充電電源的電壓，關斷充電模塊和單向導通模塊；當所述電壓差小于第二門檻電壓，開啟單向導通模塊，采用小電流充電，直至超級電容器兩端的電壓達到充電電源的電壓，關斷充電模塊和單向導通模塊；所述超級電容器處于放電過程中的充電狀態，若所述電壓差小于第二門檻電壓，保持充電模塊和單向導通模塊關斷，直到所述電壓差大于第二門檻電壓，開啟單向導通模塊和充電模塊，采用小電流充電，若所述電壓差呈減少趨勢，直至超級電容器兩端的電壓達到充電電源的電壓，關斷充電模塊和單向導通模塊；若所述電壓差呈增加趨勢且大于第一門檻電壓，關斷單向導通模塊，采用大電流充電，直至電壓差小于第二門檻電壓，再開啟單向導通模塊，采用小電流充電，直至超級電容器兩端的電壓達到充電電源的電壓，關斷充電模塊和單向導通模塊。進一步，所述第一門檻電壓和第二門檻電壓根據超級電容器所處的不同溫度進行調整，隨溫度升高，兩者之間的差值呈下降趨勢。進一步，所述溫度大于20℃，兩者之間的差值設置為0.7～0.85V，所述溫度小于20℃，兩者之間的差值設置為0.85～1.5V。進一步，利用如下方程式，計算兩者之間的差值，進而根據所述差值，調整第一門檻電壓和第二門檻電壓，ΔV＝0.9-0.01*T其中，ΔV表示第一門檻電壓和第二門檻電壓之間的差值，T表示超級電容器所處的溫度。進一步，所述充電模塊采用Buck拓撲結構，所述第二門檻電壓根據充電模塊達到最大占空比時對應的壓降設置，所述第一門檻電壓根據第二門檻電壓以及超級電容器和電路中除去充電模塊對應的線路壓降之和設置。一種基于上文所述的用于汽車電子超級電容器的充電管理方法的充電管理系統，包括處理器，所述處理器與溫度傳感器、充電模塊、電壓檢測模塊相連，所述充電模塊與開關控制模塊和單向導通模塊相連，所述開關控制模塊用于控制充電模塊的開啟和關斷，所述充電模塊用于實現充電電源向超級電容器之間充電，所述溫度傳感器用于檢測超級電容器內部的溫度，所述單向導通模塊用于控制充電電源通過充電模塊向超級電容器的單向充電，所述電壓檢測模塊用于分別實時檢測充電電源和超級電容器兩端的電壓。進一步，所述開關控制模塊采用MOS場效應管，所述單向導通模塊采用所述MOS場效應管自身的體二極管，所述充電模塊采用Buck拓撲結構，所述處理器接收充電電源和超級電容器兩端的電壓，計算兩者之間的電壓差，判斷超級電容器處于單純充電狀態或者放電過程中的充電狀態，當處于單純充電狀態時，若所述電壓差大于第一門檻電壓或者介于第一門檻電壓和第二門檻電壓之間，開通MOS場效應管，采用大電流充電方式，通過充電模塊控制充電電源向超級電容器充電，直至所述電壓差小于第二門檻電壓，關閉MOS場效應管，體二極管導通，采用小電流充電方式，通過充電模塊控制充電電源向超級電容器充電，直至超級電容器兩端的電壓到達充電電源的電壓，關閉充電模塊；若所述電壓差小于第二門檻電壓，關閉MOS場效應管，體二極管導通，采用小電流充電方式，通過充電模塊控制充電電源向超級電容器充電，直至超級電容器兩端的電壓到達充電電源的電壓，關閉充電模塊；當處于放電過程中的充電狀態時，若所述電壓差小于第二門檻電壓，保持充電模塊關斷，直到所述電壓差大于第二門檻電壓，開啟充電模塊，采用小電流充電，若所述電壓差呈減少趨勢，直至超級電容器兩端的電壓達到充電電源的電壓，關斷充電模塊；若所述電壓差呈增加趨勢且大于第一門檻電壓，開通MOS場效應管，采用大電流充電，直至電壓差小于第二門檻電壓，關閉MOS場效應管，體二極管導通，采用小電流充電，直至超級電容器兩端的電壓達到充電電源的電壓，關斷充電模塊。本專利技術有益的技術效果如下：通過檢測充電電源和超級電容器之間的電壓差，將該電壓差與第一門檻電壓和第二門檻電壓做比較，根據比較結果，通過采用恒流充電、控制單向導通模塊開啟，使充電電源通過充電模塊向超級電容器充電，直至超級電容器兩端的電壓達到充電電源的電壓，從而避免低電壓差的情況，超級電容器通過充電模塊向充電電源放電，造成對電路中其他功率器件的損壞，同時，使超級電容器兩端的電壓可以達到充電電源的電壓，達到電壓跟隨的效果，滿足汽車電子應用的需求。附圖說明圖1為本專利技術的總體流程示意圖圖；圖2為采用非線性控制策略時，對應的第一門檻電壓和第二門檻電壓隨著溫度變化進行調整的示意圖；圖3為本專利技術采用線性控制策略時，對應的第一門檻電壓和第二門檻電壓隨著溫度變化進行調整的示意圖；圖4為本專利技術的在傳統buck拓撲結構的充電電路上增加帶體二極管的MOS場效應管的電路示意圖；圖5為本專利技術的充電管理系統的電路框圖。具體實施方式下面結合附圖及較佳實施案例詳細說明本專利技術的具體實施方式。參照附圖1，本專利技術提供了一種用于汽車電子超級電容器的充電管理方法，主要通過檢測充電電源和超級電容器之間的電壓差，將該電壓差與第一門檻電壓和第一門檻電壓做比較，其中第一門檻電壓大于第一門檻電壓，根據比較結果，通過采用恒流充電、控制單向導通模塊本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種用于汽車電子超級電容器的充電管理方法，其特征在于：檢測充電電源和超級電容器之間的電壓差，將所述電壓差與第一門檻電壓和第二門檻電壓做比較，所述第一門檻電壓大于第二門檻電壓，根據比較結果，通過采用恒流充電、控制單向導通模塊開啟，使充電電源通過充電模塊向超級電容器充電，直至超級電容器兩端的電壓達到充電電源的電壓，關斷充電模塊，從而避免低電壓差的情況，超級電容器通過充電模塊向充電電源放電。/n

【技術特征摘要】
1.一種用于汽車電子超級電容器的充電管理方法，其特征在于：檢測充電電源和超級電容器之間的電壓差，將所述電壓差與第一門檻電壓和第二門檻電壓做比較，所述第一門檻電壓大于第二門檻電壓，根據比較結果，通過采用恒流充電、控制單向導通模塊開啟，使充電電源通過充電模塊向超級電容器充電，直至超級電容器兩端的電壓達到充電電源的電壓，關斷充電模塊，從而避免低電壓差的情況，超級電容器通過充電模塊向充電電源放電。


2.根據權利要求1所述的用于汽車電子超級電容器的充電管理方法，其特征在于：所述超級電容器處于單純充電狀態，當所述電壓差大于第一門檻電壓或者處于第一門檻電壓、第二門檻電壓之間時，采用大電流充電，直至電壓差小于第二門檻電壓，開啟單向導通模塊，采用小電流充電，直至超級電容器兩端的電壓達到充電電源的電壓，關斷充電模塊和單向導通模塊；當所述電壓差小于第二門檻電壓，開啟單向導通模塊，采用小電流充電，直至超級電容器兩端的電壓達到充電電源的電壓，關斷充電模塊和單向導通模塊；
所述超級電容器處于放電過程中的充電狀態，若所述電壓差小于第二門檻電壓，保持充電模塊和單向導通模塊關斷，直到所述電壓差大于第二門檻電壓，開啟單向導通模塊和充電模塊，采用小電流充電，若所述電壓差呈減少趨勢，直至超級電容器兩端的電壓達到充電電源的電壓，關斷充電模塊和單向導通模塊；若所述電壓差呈增加趨勢且大于第一門檻電壓，關斷單向導通模塊，采用大電流充電，直至電壓差小于第二門檻電壓，再開啟單向導通模塊，采用小電流充電，直至超級電容器兩端的電壓達到充電電源的電壓，關斷充電模塊和單向導通模塊。


3.根據權利要求2所述的用于汽車電子超級電容器的充電管理方法，其特征在于：所述第一門檻電壓和第二門檻電壓根據超級電容器所處的不同溫度進行調整，隨溫度升高，兩者之間的差值呈下降趨勢。


4.根據權利要求3所述的用于汽車電子超級電容器的充電管理方法，其特征在于：所述溫度大于20℃，兩者之間的差值設置為0.7～0.85V，所述溫度小于20℃，兩者之間的差值設置為0.85～1.5V。


5.根據權利要求4所述的用于汽車電子超級電容器的充電管理方法，其特征在于：利用如下方程式，計算兩者之間的差值，進而根據所述差值，調整第一門檻電壓和第二門檻電壓，
ΔV＝0.9-0.01*T
其中，ΔV表示第一門檻電壓和第二門檻電壓之間的差值，T表示超級電容器所處的溫度。

【專利技術屬性】
技術研發人員：張獻輝，荀海波，尹秋帆，莫永聰，
申請(專利權)人：上海稊米汽車科技有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31