本發(fā)明屬于超級(jí)電容的均衡技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超級(jí)電容大電流均衡FPGA控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃油汽車的發(fā)展造成了石油資源的巨大消耗，全球能源危機(jī)的不斷加深，同時(shí)加劇了溫室效應(yīng)和大氣污染的危害。世界上大多數(shù)國(guó)家、政府以及汽車企業(yè)都普遍認(rèn)識(shí)到節(jié)能減排是未來汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，而發(fā)展電動(dòng)汽車將是解決這個(gè)難點(diǎn)的最佳辦法。電動(dòng)汽車具有噪聲低，無尾氣排放、環(huán)境友好，熱效率高，排放低，可回收利用，改善能源結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。各汽車生產(chǎn)企業(yè)正積極研發(fā)電動(dòng)汽車，中國(guó)政府也在積極推廣電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車根據(jù)動(dòng)力源可以大致分為純電動(dòng)汽車，混合電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車。這些電動(dòng)汽車會(huì)配置超級(jí)電容作為儲(chǔ)能元件，特別是純電動(dòng)汽車中廣泛應(yīng)用多串超級(jí)電容作為動(dòng)力源。

超級(jí)電容是一種利用雙電層原理直接儲(chǔ)存電能的新型儲(chǔ)能元件，其容量范圍一般從幾法拉到數(shù)萬法拉，具有非常高的功率密度，并且充放電速度非常快，可以在幾秒內(nèi)從全放電狀態(tài)到達(dá)滿充狀態(tài)。

由于超級(jí)電容組的各個(gè)單體都是不同的個(gè)體，在生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)時(shí)間等因素導(dǎo)致超級(jí)電容性能指標(biāo)存在差別。雖然隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，出廠前，超級(jí)電容內(nèi)部之間的差別不斷縮小，但是使用過程中微弱的不一致性會(huì)隨著使用條件被不斷放大。這樣的不一致性將導(dǎo)致整組超級(jí)電容的容量與設(shè)計(jì)值偏差越來越大。在充電過程中，容量小的單體將首先被充滿，導(dǎo)致其他容量的超級(jí)電容不能獲得足夠的容量；在放電過程中，容量小的單體首先被放電到截止電壓，整組超級(jí)電容將停止放電。這樣的不一致性問題的存在，造成超級(jí)電容組的可用容量和使用壽命等方面遠(yuǎn)不及單體超級(jí)電容，并且加大了對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行管理和控制的難度。實(shí)踐表明，當(dāng)超級(jí)電容組的一致性問題發(fā)展到個(gè)別超級(jí)電容發(fā)生容量大幅減小，內(nèi)阻顯著提高等情況時(shí)，整組超級(jí)電容的性能會(huì)在短時(shí)間快速惡化，從而使整個(gè)超級(jí)電容組報(bào)廢。

為了解決超級(jí)電容組不一致性問題，人們提出了超級(jí)電容的均衡技術(shù)。均衡管理的主要內(nèi)容是檢測(cè)超級(jí)電容組的電壓，電流等參數(shù)，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，分析超級(jí)電容的一致性，通過控制裝置對(duì)能量體高的單體進(jìn)行放電，使各個(gè)單體的狀態(tài)趨于一致。通過有效的均衡控制策略和均衡電路可以改善超級(jí)電容組的一致性問題，能夠延長(zhǎng)超級(jí)電容組的壽命，降低超級(jí)電容組的維護(hù)成本，使安全高效智能使用的電動(dòng)汽車獲得推廣。

目前通用的均衡系統(tǒng)是對(duì)每個(gè)超級(jí)電容配置一個(gè)放電電阻，通過檢查每個(gè)單體的電壓，對(duì)單體比較高的單體通過自己對(duì)應(yīng)的放電電阻進(jìn)行放電。當(dāng)超級(jí)電容容量比較大時(shí)，該放電電阻放電電流將很難滿足快速均衡的要求。如果將每個(gè)超級(jí)電容對(duì)應(yīng)的放電電阻功率變大，其體積和散熱將面對(duì)新的挑戰(zhàn)，現(xiàn)有采用電阻均衡的系統(tǒng)很少有大電流均衡的系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種超級(jí)電容大電流均衡FPGA控制系統(tǒng)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種超級(jí)電容大電流均衡FPGA控制系統(tǒng)，包括超級(jí)電容組、大電流放電電阻、超級(jí)電容電壓檢測(cè)模塊、FPGA控制器和保護(hù)裝置，其中超級(jí)電容組包括至少二個(gè)串聯(lián)的超級(jí)電容，每個(gè)超級(jí)電容均對(duì)應(yīng)一個(gè)第一接觸器和一個(gè)第二接觸器；超級(jí)電容的正極通過其對(duì)應(yīng)的第一接觸器連接于大電流放電電阻的第一端，超級(jí)電容的負(fù)極通過其對(duì)應(yīng)的第二接觸器連接于大電流放電電阻的第二端；超級(jí)電容的正極和負(fù)極與超級(jí)電容電壓檢測(cè)模塊能夠通電地相連接；FPGA控制器包括CAN端子和控制端子，CAN端子與超級(jí)電容電壓檢測(cè)模塊接，控制端子與第一接觸器和第二接觸器的控制端子連接；FPGA控制器控制超級(jí)電容對(duì)應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器導(dǎo)通時(shí)，超級(jí)電容與大電流放電電阻并聯(lián)，同一時(shí)刻只有一個(gè)超級(jí)電容與大電流放電電阻并聯(lián)；保護(hù)裝置包括直流接觸器和自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，直流接觸器和自恢復(fù)保險(xiǎn)絲串聯(lián)在一起后連接于超級(jí)電容組的負(fù)極。

所述超級(jí)電容為基本超級(jí)電容單元即單體超級(jí)電容或者由多個(gè)基本超級(jí)電容單元并聯(lián)組成的超級(jí)電容磚。

本發(fā)明的超級(jí)電容大電流均衡FPGA控制系統(tǒng)包括超級(jí)電容的充放電均衡裝置，使超級(jí)電容在充放電過程中得到有效的管理和均衡，以提高超級(jí)電容的能效和使用壽命，并降低超級(jí)電容的維護(hù)成本。本系統(tǒng)采用FPGA作為主要均衡控制器，提高系統(tǒng)控制速度。本系統(tǒng)采用接觸器矩陣方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容的大電流放電，以提高均衡的可靠性，并實(shí)現(xiàn)大電流放電。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，安全可靠，均衡效果好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中超級(jí)電容大電流均衡FPGA控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中超級(jí)電容大電流均衡FPGA控制系統(tǒng)充放電過程中的均衡控制方法流程圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

以下描述用于揭露本發(fā)明以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選實(shí)施例只作為舉例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他顯而易見的變型。在以下描述中界定的本發(fā)明的基本原理可以應(yīng)用于其他實(shí)施方案、變形方案、改進(jìn)方案、等同方案以及沒有背離本發(fā)明的精神和范圍的其他技術(shù)方案。

如圖1所示，一種超級(jí)電容大電流均衡FPGA控制系統(tǒng)，包括超級(jí)電容組、大電流放電電阻R（自帶散熱器的大功率電阻）、超級(jí)電容電壓檢測(cè)模塊、FPGA控制器和保護(hù)裝置，其中超級(jí)電容組包括至少二個(gè)串聯(lián)的超級(jí)電容，每個(gè)超級(jí)電容均對(duì)應(yīng)一個(gè)第一接觸器和一個(gè)第二接觸器；超級(jí)電容的正極通過其對(duì)應(yīng)的第一接觸器連接于大電流放電電阻R的第一端，超級(jí)電容的負(fù)極通過其對(duì)應(yīng)的第二接觸器連接于大電流放電電阻R的第二端；超級(jí)電容的正極和負(fù)極與超級(jí)電容電壓檢測(cè)模塊能夠通電地相連接；FPGA控制器包括CAN端子和控制端子，CAN端子與超級(jí)電容電壓檢測(cè)模塊接，控制端子與第一接觸器和第二接觸器的控制端子連接；FPGA控制器控制超級(jí)電容對(duì)應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器導(dǎo)通時(shí)，超級(jí)電容與大電流放電電阻R并聯(lián)，同一時(shí)刻只有一個(gè)超級(jí)電容與大電流放電電阻R并聯(lián)；保護(hù)裝置包括直流接觸器和自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，直流接觸器和自恢復(fù)保險(xiǎn)絲串聯(lián)在一起后連接于超級(jí)電容組的負(fù)極。

所述超級(jí)電容為基本超級(jí)電容單元即單體超級(jí)電容。

均衡對(duì)象超級(jí)電容1的負(fù)極與均衡對(duì)象超級(jí)電容2的正極連接，所述均衡對(duì)象超級(jí)電容2的負(fù)極與均衡對(duì)象超級(jí)電容3的正極連接，依次串聯(lián)各個(gè)均衡對(duì)象超級(jí)電容，直到均衡對(duì)象超級(jí)電容N-1的負(fù)極與均衡對(duì)象超級(jí)電容N的正極連接，所有超級(jí)電容依次串聯(lián)組成超級(jí)電容組，在所述超級(jí)電容組中，所述均衡對(duì)象超級(jí)電容1的正極為所述超級(jí)電容組的正極，所述均衡對(duì)象超級(jí)電容N的負(fù)極為所述超級(jí)電容組的負(fù)極。

每個(gè)所述均衡對(duì)象超級(jí)電容的正極通過對(duì)應(yīng)的所述第一接觸器與所述大電流放電電阻R的第一端連接，每個(gè)所述均衡對(duì)象超級(jí)電容的負(fù)極通過對(duì)應(yīng)的所述第二接觸器與所述大電流放電電阻R的第二端連接，所述第一接觸器和所述第二接觸器的控制端子K并聯(lián)后與所述FPGA控制器的控制端子連接。

每個(gè)所述第一接觸器的D1端子與所述均衡對(duì)象超級(jí)電容的正極連接，D2端子與所述大電流放電電阻R的第一端連接，控制端子K與FPGA控制端子連接。

每個(gè)所述第二接觸器的D1端子與所述均衡對(duì)象超級(jí)電容的負(fù)極連接，D2端子與所述大電流放電電阻R的第二端連接，控制端子K與FPGA控制端子連接。

所述的超級(jí)電容電壓檢測(cè)模塊與所述的超級(jí)電容的正極和負(fù)極能夠通電地相連接，用于檢測(cè)每個(gè)超級(jí)電容的電壓；通過CAN總線與所述的FPGA控制器鏈接，向FPGA控制器發(fā)送所檢測(cè)的電壓信號(hào)。

如圖2所示，本實(shí)施例的超級(jí)電容大電流均衡FPGA控制系統(tǒng)按照以下步驟運(yùn)行：

a. FPGA控制器與超級(jí)電容電壓檢測(cè)模塊通信，獲得每個(gè)超級(jí)電容的電壓。

b. FPGA控制器根據(jù)獲得的N個(gè)超級(jí)電容電壓，找出電壓最大的超級(jí)電容，其中N大于等于2。

c. FPGA控制器求出所有超級(jí)電容的平均電壓。

d. 當(dāng)電壓最大的超級(jí)電容與所有超級(jí)電容的平均電壓偏差大于一設(shè)定閥值時(shí)跳入步驟e，否則回到步驟a。

e. FPGA控制器通過控制電壓最大的超級(jí)電容對(duì)應(yīng)的第一接觸器和第二接觸器使電壓最大的超級(jí)電容與大電流放電電阻R并聯(lián)，對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行放電。

f. 等待設(shè)定的時(shí)間T，F(xiàn)PGA控制器通過控制端子斷開所有接觸器開關(guān)，程序返回步驟a。