专利名称：串联模块中电容器寿命的最大化的利记博彩app
串联模块中电容器寿命的最大化
背景技术：
电容器，特别是超级电容器，近年来开始用于各种高功率应用，特别地，在用于电化学电池时，提供协同作用。用于这种应用的电容器一般布置在串联模块中，每个串联模块包含某一固定数量的串联电容器。在电容器串联模块中，如果一个电容器比其相邻电容器更早出现故障，则可能不得不移除该模块。非常期望每个电容器的寿命通过某种方式与其相邻电容器中寿命最长的电容器的寿命匹配。同样，在具有多个电容器串联模块的系统中，如果一个模块比其相邻模块更早出现故障，则可能不得不取出该故障模块。非常期望每个模块的寿命通过某种方式与其相邻模块中寿命最长的模块的寿命匹配。为了达到这个目的，花费了大量的时间和精力，但效果非常有限。一个示例为，可尝试测量这类电容器的特性(例如，精确电容)并将其“装箱(bin)”，即，根据测量出的特性将电容器分组(将其置于箱(bin)中)。将电容器装箱之后，使用单个箱中的电容器制造每个模块。装箱是有益的，但由于多种原因，包括后续事件会使一个电容器的老化比另一个快的原因，不足以解决问题。为了尝试使电化学电池达到相似结果，同样花费了大量时间和精力，取得了不同程度的成功。人们希望对电化学电池有效果的任何方法会对电容器产生同样效果，反之亦然。但是，电容器与电化学电池之间的多种差别使这种设想成为不可能。首先，电化学电池(electrochemical cell)与静电单兀(electrostatic cell)之间的单兀寿命模型不同。其次，储存电荷与电压之间的关系对于电容器来说一般为线性，而对电化学电池来说明显为非线性。具有可能的历史价值的参考文献包括以下专利和公开的专利申请Brainard的US5479083、Rouillard 的 US5952815、Jacobs 的 US5764037、Okamura 的 US5713426、Turner的 US6087799、Gunn 的 US3602795、Okamura 的 US5726552A、Kalenowsky 的 US5063340A、Rufer 的 EP1081824、Ridder 的 US2008/197806、Roessler 的 US2008/0272735A1、Oh 的W02007/145460Al、0h 的 W02007/145463Al、0h 的 W02007/145464Al、Yano 的 US2004/251934、Daboussi 的 US2006/221516、Harvey 的 US2007/001651、Herke 的 DE102008056962A1 和 Ohta的 EP1035627A1。经验表明，由超级电容器的容量的减小和其内电阻的增加而定义的或以其为特征的超级电容器的老化，会由于施加在其端子上的电压、充电期间其温度的上升、或其在模块内的环境温度而加速。换句话说，开发了至少部分取决于施加电压历史和单元温度历史的单元寿命模型(cell-life model)。因此，细心的读者能理解的是，尽可能地监测温度和电压并尽可能地控制每个超级电容器上施加的电压负载会非常有用。在串联或并联的模块的组件中，一方面，这些因素在构成组件的不同模块之间可能有所不同，另一方面，在构成特定模块的不同超级电容器之间可能有所不同。需要尝试使这些因素在模块内或模块之间统一，以防止超级电容器的过早老化造成模块的过早老化，从而造成组件的过早老化。为了达到这些目的，已知方法，特别是在超级电容器充电期间控制其端子上的电压的方法包括: 被动平衡； 降低(clip)接近超级电容器的最大指定电压的预定电压值；以及 相对于相邻的超级电容器对超级电容器进行电压或电荷平衡。后两种技术一般使用模拟电子板。与超级电容器有关的任何模拟电子装置的一个缺点为，其一般无法进行自诊断。系统越复杂，部件数量越大，这意味着，模拟电子装置的故障之间的平均时间会缩短。
应理解的是，在电容器中，储存电荷Q与电压V之间的关系为(在某个动态范围内)为非常接近线性的关系，方程Q=CV中系数为的C。我们可以使用该方程对大量超级电容器串联在模块内的特定情况建模。根据基尔霍夫定律(Kirchhof ’ s Law),我们可知,在简单充电状态下，经过串联串(series string)中的每个电容器的电流相同，因此，施加到串联串中的每个电容器上的电荷(电流的时间积分)相同。如果每个电容器的电容C与其相邻电容器相等，在任何特定瞬间下，预期每个电容器上积累的电压几乎相同。为了便于讨论，现在假定模块内的一个超级电容器的容量变成低于模块中其他超级电容器的平均容量。如果假定充电电流和放电电流有一个或多个周期，则低容量单元上的电压会在充电时增加，在放电时下降。如上所述,人们尝试对这种串联电容阵列(series capacitive array)提供平衡装置。所述平衡装置可遵循简单算法，例如，对在特定时刻处于高于模块的平均电压的电压的任何电容器进行放电(在某种程度上)。实际结果是，对于电容低于平均电容的特定电容器，其处于高电压时会被放电；同样，对于电容高于平均电容的特定电容器，其处于低电压时会被放电。这造成无用的能量耗散。曾尝试的另一种方法是，通过对模块充电的电路简单地控制(以及限制)施加在模块上的电压。曾尝试的另一种相关但不同的方法是，通过对模块充电的电路简单地控制(以及限制)施加在模块上的电荷量。这两种方法对模块的所有超级电容器起作用，不考虑模块中各单元的任何非一致特性。
发明内容
根据本发明的系统的一个示例性实施方式提供了一种电子板，所述电子板包括数字控制和/或命令装置，例如，微控制器，执行监测和/或平衡模块内的超级电容器或系统内的模块或两者的程序。以下文所述的方式运行的电子装置可使充电终止协议的执行更适合每个超级电容器的端子上的电压控制，并基于特定超级电容器的状况，而不是基于通过变换器增加或降低超级电容器的电压负载的原理。另外，所述微控制器允许进行模拟采集、控制超级电容器的主动平衡、与串联或并联放置的其他模块通信、记忆故障、甚至记忆使得能够创建统计的操作数据。根据一个实施方式，所述电子板包括对源自模块中包括的多个超级电容器中的至少一组的信号进行模拟格式化的多个装置。这使源自超级电容器的信号适应电子板的不同部件，从而可以使用。有利地，超级电容器构成组，所述组包括与其他组的超级电容器交替设置的超级电容器。完成平衡的一种方式是，使用被动平衡装置。模块的这种被动平衡装置可包括与模块的每个超级电容器并联的电阻器。这可持续使平衡装置对于最高电压降低超级电容器的端子上的最大电压差异，以及将平衡装置保持在电子板不再起作用的非常低的电压下。完成平衡的另一种方法是，使用主动平衡装置。这种主动平衡装置的目的在于降低每个电容器的端子上的电压电荷(如果其过高)。在一个示例性实施方式中，诸如电阻器的损耗装置与诸如晶体管的主动开关串联设置，两者均与模块中的每个超级电容器并联设置。所述微控制器随后可控制每个晶体管的断开和闭合。所述晶体管可为功率晶体管，例如，NPN型双极晶体管。所述平衡电子装置可包括向电子装置提供电力、从模块的超级电容器提取电力的内部电源。如果每个模块具有自身的平衡电子装置，在涉及多个模块的情况下，每个平衡电子装置将具有通信接口，并优选具有诸如光耦合器的电流隔离器，从而可与对其他模块进行监测和平衡的其他平衡电子装置进行通信。如上所述，每个平衡电子装置优选具有非易失性数据存储装置，从而随着时间监测超级电容器和模块的使用寿命。在指定模块内，在模块充电期间，平衡电子装置的微控制器控制容量较小的超级电容器的放电，所述超级电容器的电压大于在高电压下计算的模块的电压的平均值。为了确定容量较小的电容器，可使用多种算法中的任何一种。通过一个算法，如果特定电容器的端子上的电压振幅大于位于0. 5V与IV之间的阈值，则对该特定电容器进行测量。由此，可检测出不幸包含不再充分充电的超级电容器的故障模块。在一个示例性实施方式中，每个电容器具有与其靠近、与控制电子装置连接的热敏电阻。在第二示例性实施方式中，每个模块具有与其靠近、与各自的控制电子装置连接的热敏电阻。
下文将根据多个附图中对本发明进行说明。图1总体示出了根据本发明的监测和平衡装置的不同部分的布线图。图2详细示出了专用于对源自超级电容器的信号进行模拟调节的图1的装置。图3详细示出了专用于主动平衡的图1的装置的一部分。图4示出了一个算法的曲线图，微控制器可基于该算法控制超级电容器的充电和放电。图5示出了第二个算法的曲线图，微控制器可基于该算法控制超级电容器的充电和放电。在可能的情况下，附图之间采用相似参考数字表示相似单元。
具体实施例方式如图1所示，用于监测和平衡包括多个串联的超级电容器3的模块4的装置I包括电子板2 (图中的虚线内)。该电子板2包括内部电源6供电的微控制器5，所述内部电源6通过直接从模块4的超级电容器3提取供应电力而提供电子板2的不同部件的运行所需的电源。
该内部电源6的耗电量非常小，以使超级电容器3尽可能少地放电。所述电子板2可从外部电源(为了简明，图1中省略)提取电力，但在缺少这种外部电源的情况下，电子板2主要适合仅在超级电容器3至少已充电到某个阈值水平之上的情况下起作用。所述电子板进一步包括与微控制器5连接的数据存储装置9。与电子板2连接的热敏电阻7设于模块4附近，以监测其温度。源自该热敏电阻7的信号被格式化，并被连接至微控制器5的AN2输入端(模拟输入端)。所述电子板2包括具有不同功能的多个部分: 第一部分10，对源自模块4的每个超级电容器3的信号进行多路复用和模拟格式化； 第二部分20，对超级电容器3进行被动平衡，以及 第三部分30，对超级电容器3进行主动平衡。第一部分10。所述第一部分10在图2中详细显示。其目的在于对源自每个超级电容器3的信号进行格式化，以测量其端子上的电压，如下文所述。为了便于说明，假定有偶数个电容器3，在沿电容器的串联串上将其标记为“奇”和“偶”。从模块4的所有偶数超级电容器3构成的超级电容器3的第一组11开始，与第一组11的第一超级电容器3的电阻器RPl串联的晶体管QPl引向称为“偶”的测量线101，例如，第一组11的超级电容器3的晶体管QP2k和电阻器RP2k的整个组件。类似地，从模块4的所有奇数超级电容器3构成的超级电容器3的第二组12开始，与第二组12的第一超级电容器3的电阻器RIl串联的晶体管QIl引向称为“奇”的测量线102，例如，第二组12的超级电容器3的所有晶体管QI2K+1和电阻器RI2K+1。对于分别代表偶超级电容器3和奇超级电容器3的端子上的电压的“偶”和“奇”测量线101和102，设置晶体管QP2和QI2，一方面使得能大量进行电压的差动测量，另一方面，使得能分别与晶体管QPl和QIl通信。晶体管QP2和QI2的基极与微控制器5连接，微控制器5因此控制每个超级电容器3的端子上的电压的测量。源自“偶”测量线和“奇”测量线的每个电压分别由用作反相放大器的运算放大器Al和A2进行缓冲，放大率分别与比率R1/RP1和R2/RI1成比例。随后，运算放大器Al的输出端与第一模拟多路复用器Ml的输入端SI和第二模拟多路复用器M2的输入端S2连接。类似地，运算放大器A2的输出端与第一模拟多路复用器Ml的输入端S2和第二模拟 多路复用器M2的输入端SI连接。每个多路复用器M1，M2具有与其他多路复用器M1，M2的输入端C连接的输入端C。这两个输入端C与微控制器5的输出端连接，微控制器5可使放大器Al和A2的输出电压的极性的逆转通过逻辑输出信号1/0而选择。因此，对于在两个模拟多路复用器Ml和M2的输入端C等于0的逻辑信号，模拟多路复用器Ml的输出信号D等于输出信号Al,而模拟多路复用器M2的输出信号D等于输出信号A2。相反，对于在两个模拟多路复用器Ml和M2的输入端C等于I的逻辑信号，模拟多路复用器Ml的输出信号D等于输出信号A2,而模拟多路复用器M2的输出信号D等于输出信号Al。
随后通过用作减法器的运算放大器A3对两个模拟多路复用器Ml和M2的两个输出信号D进行比较。该减法器的输出电压与源自模拟多路复用器Ml和源自模拟多路复用器M2的信号的差成比例。该输出电压代表时间t的“偶”超级电容器3与“奇”超级电容器3之间存在的超级电容器3的端子上的电压差。该电压发送给模数转换器，模数转换器将数字化信号发回微控制器5的输入端ANl。这些数字信号的值可存储于存储装置9中，供以后使用，特别地，可在创建超级电容器2的两个组的充电电压摆幅的统计时使用。所述超级电容器的电压测量值可达到接近几百伏的水平，而部件A1、A2、A3、M1和M2 一般被提供的电压为±5V至±15V。因此,选择将衰减比R1/RP1和R2/RI1保持在该运行范围(operational zone)内。放大率R5/R3和R6/R4恢复了超级电容器3在运算放大器A3的输出端的量表(measuringscale)。第二部分20。所述第二部分20通过将电阻器RPK与每个超级电容器3并联设置而组成。对该电阻器选择非常高的电阻，使超级电容器3通过该电阻器RPK非常缓慢地放电。这样，即使电容器3耗尽(run down)，即，携带的电压不足以对电子装置10、30提供电力，仍可进行某些平衡。第三部分30。所述第三部分在图3中详细显示。该部分涉及基于电阻器RkI对超级电容器3放电的原理在超级电容器SCk3之间进行主动平衡。在一个不例性实施方式中，该电阻器RkI的值为5 Q ,由用作开关的NPN型功率晶体管QkI与超级电容器3进行并联开关。用于控制晶体管QkI的基极电流直接从通过另一个晶体管Qk2确定的超级电容器3中提取，晶体管Qk2由第三晶体管Qk3控制，第三晶体管Qk3由源自微控制器5的数字输出信号VeK控制。源自微控制器5的命令转换成Qk3和Rk5控制的电流込。该电流Icx具有较小值，从而不干扰超级电容器3，不希望超级电容器3受到由主动平衡引起的放电的影响。因此，每个超级电容器3可通过发送来自微控制器5的逻辑信号Vck而利用电阻器RkI分流，从而个别地放电。这样，可对电压大于同一模块中的其他超级电容器3的超级电容器3的充电电压进行放电，以进行模块内平衡。一般来说，并非仅有一个模块，而有多个模块以各种方式串联连接或并联连接或串联/并联连接。模块4的微控制器5通过光耦合器8与另一个模块(与模块4串联或并联)通信，所述光耦合器8可对模块之间的通信进行电流隔离。因此，所述微控制器5可考虑与微控制器5通信的相邻模块的端子上的电压，以将模块4的端子上的电压与相邻模块的电压平衡。因此，在另一个模块的端子上测量的较低充电电压使模块4的端子上的充电电压通过模块4的电子板2的微控制器5的命令而降低。这样，模块4的超级电容器3的串联串的电压可被降低，以进行模块间平衡。这允许在模块4内的超级电容器3之间彼此平衡，并允许模块之间彼此平衡。
典型模块可具有6至32的任何数量的串联的超级电容器3的串联串。相对电容(relative capacitance)的测量。如上所述的装置I跟踪掌握哪个电容器具有较小电容，哪个电容器具有较大电容，仅对具有较小电容的电容器进行放电，放电仅在这些电容器处于(或接近)高电压时进行。该过程的进行与电压充电/放电周期中模块的位置无关。因此，损耗能量不大于进行平衡所必须需要的能量。但是，细心的读者能理解的是，对于这种类型的平衡，需要确定模块4的每个超级电容器3相对于单元的串联串中其相邻超级电容器的相对电容。现在将对两种不同算法进行讨论，每种算法都有助于达到计算相对电容的目标。第一算法。用于估算每个单元的该相对容量(relative capacity)的第一算法基于对每个超级电容器3的端子在各个时间下的电压的分析。图4示出了模块4的端子在充电和放电周期(有时称为寿命周期)期间的测量电压(此处用垂直轴上的VM()mE表示)，时间流用水平轴表示。模块4的电压的采集以IOHz至IOOHz的频率进行。这意味着，采样以每秒十次至
每秒一百次的频率进行。这样进行采样后，计算出A Vi和斜率A Vi/ A ti。在该比率为正值的时间，模块4充电，在该比率为负值的时间，模块4放电。在以下情况下，并且仅在以下情况下，充电或放电周期被有效用于测量容量: A Vi/ A ti〈RI，RI为根据模块4的总容量计算的常数，与低到足以获得可靠测量值的电流电平相对应，以及 周期的电压振幅大于每个超级电容器3在0.5V至IV间的阈值。在这些条件下，通过以下公式计算特定模块4的每个超级电容器3的相对容量:
|錢/她CsCk =-1AVj/Atj I module利用测量的相对电容的第二算法。在本发明的另一个实施方式中，通过测量每个电容器的电压得到每个电容器的各自的相对电容的估值。识别出估算相对电容小于串联模块中第二电容器的估算相对电容的串联模块中的第一电容器的。使第一电容器充电到比第二电容器的各自的电荷水平低 的各自的电荷水平。希望电容较小的电容器的使用寿命由此延长。作为本文中的其他示例，所述电容器可为超级电容器。 实现使第一电容器充电到比第二电容器的各自的电荷电平低的各自的电荷电平的结果的一个方法可为:将电阻器与第一电容器连接一段时间，从而降低第一电容器的电荷。下文将对计算出每个电容器的各自的相对电容的估值的方法进行解释，以助于理解。在一个示例步骤顺序中，通过测量每个电容器的电压而完成，特别地，通过进行多次相对容量测量并对这些相对容量测量结果进行平均而完成。相对容量测量可通过以下步骤进行:在经过模块的电流为低于第一预定阈值的值的第一时间，测量每个电容器的各自的电压，从而限定代表跨串联模块的电压的电压总和；在经过模块的电流超过第一预定阈值，随后降到低于第一预定阈值的值后的第二时间，再次测量每个电容器的各自的电压，从而再次限定代表跨串联模块的电压的电压总和；对于每个电容器，第一时间的各自的电压与第二时间的各自的电压之间的差限定各自的电压变化；对于串联阵列，在第一时间的跨串联模块的电压与在第二时间的跨串联模块的电压之间的差限定串联模块的各自的电压变化；对于每个电容器，其各自的电压变化与串联模块的电压变化的比率限定每个相对
容量测量结果。优选地，避免在进行电压测量时执行使第一电容器充电到比第二电容器的各自的电荷电平(respective level of charge)低的各自的电荷电平的动作。换句话说,优选地，避免在执行使第一电容器充电到比第二电容器的各自的电荷电平低的各自的电荷电平的步骤时进行电压测量。直白地说，优选地，避免在进行平衡时进行采样，或避免在进行采样时进行平衡。为了助于理解，下文将对在经过串联阵列的电流相对较小时进行电压测量的原因进行解释。原因在于，电容器均具有内电阻。如果进行电压测量时电流高，则跨内电阻的IR压降将切断电压读取。因此，优选地，在电流相对较小时进行电压测量。就该算法来说，应理解的是，完成电压测量的一种方法是，使用多路复用器(图1中的框10中的某些电路的作用)选择性地将各个电容器与模拟电路(例如，图2所示)逐一连接，模拟电路又与图1中的模数输入端ANl连接。下文将参考图5对该算法进行图解说明。上侧垂直轴表示跨整个模块的电压(是指跨电容器串联串的电压)。下侧垂直轴表示充电或放电期间经过模块的电流。水平轴通过充电间隔和后续的放电间隔示出了时间推移。应理解的是，由于存储器位于电容器内，相当大范围内的电压与存储电荷线性相关，所以下侧曲线(电流)大致是上侧曲线(电压)的第一时间导数。换句话说，上侧曲线(电压)大致为下侧曲线(电流)的积分或“曲线下面积”。下侧垂直轴上示出了相对较小、稍高于或稍低于零电流的电流的预定阈值。该间隔与上述情况相关，即，期望在电容器内的IR压降相对较小时进行电压读取。上侧曲线上的画圈区域(为了清晰而放大)显示了在经过模块的电流相对较小时(如下侧曲线所示)获得的A V测量结果。该AV值(时间间隔内为At)为对单元的串联阵列中的特定单元测量的值。重要地，在之前或之后(或两者)的非常短时间内，对单元的串联阵列中的其他单元测量出相似A V测量结果。对这些A V测量结果进行总计，以获得跨整个串联阵列的总电压。在一个示例设备中，每次单元电压测量将进行150微秒。对具有(例如)18个单元的典型单元串联串，这意味着在约3毫秒内完成18次测量。下文将对相对电容测量进行详细讨论。应理解的是，从根本上说，所述计算基于模块的端子上的电压与单元电压相比的变化。对于模块中的单元n，假定模块中有例如17个单元，相对电容Cn(用所有单元的平均电容的百分比表示)为
Cn [%] — A (V咖址-1 17) i A Vb其中，Vnwdule为模块的端子上的电压，Vn为单元n的单元电压。为了获得有效电压测量结果，采用以下标准:
A V-Afc >f JV* 17= IW
|I inmiulr| < 7 A第一标准的目的在于，每个单元的电压将变化至少半伏。再次假定每个模块有17个单元，这意味着模块的A V将超过8.5伏特。第二标准的目的在于，在进行电压采样时，经过模块的电流(的绝对值)将不超过7安培。假定每个电容器的电容为176法拉，假定时间间隔At为I秒，则电流测量结果〈7A 意味着 A VmQdule〈40mV。应理解的是，相对电容计算的其中一个输入可为串联串上的总电压。这产生一个问题:是否要求设备包括某些用于测量整个串联串上的总电压的装置。尽管可装配该设备以单独测量跨整个串联串的电压，但更简单的是，加和各单个单元上的电压，以获得跨整个串联串的电压。关于串联串中的每个电容器的相对电容对算法进行了说明。应理解的是，这(仅相对电容)对于允 许选择要“放电(bleed)”哪个电容器以降低充电到过高电压的风险来说是绰绰有余的。说到这儿，在某些设备中，还可进行准确电流测量，测量经过串联串的电流。这种情况下，可采用库仑分析法。这与准确电压测量一起允许测量或至少估算串联串中的各个电容器的实际(或“绝对”)电容。这种情况下，可同样利用绝对电容选择要“放电”的电容器，以降低充电到过高电压的风险。如果完成该步骤，应理解的是，两个绝对电容的相对值可理解为提供相对电容，上述过程在执行中可作必要的变更，从而提供使特定电容器具有相同的延长寿命的优点。如果可靠电流传感器可用在模块中，也可采用另一种方法延长模块寿命。该方法利用假定经过模块的高电流会缩短其使用寿命的使用寿命模型。采用该模型，则保护步骤为，在检测到高电流(电流超过某个阈值)时尽可能地降低或限制跨模块(电容器串联串)的电压。该方法的一种更复杂变形为，在达到电流和电压的任何特定组合时，限定电流和电压的空间，并降低或限制跨模块的电压。温度测量和延长单元寿命。在本发明的另一个实施方式中，测量串联模块中每个电容器的温度。识别出温度高于串联模块中第二电容器的温度的串联模块中第一电容器。使第一电容器充电到比第二电容器的各自的电压低的各自的电压。如上所述，这样做的一种方式是，将电阻器与第一电容器连接一段时间，从而降低第一电容器的电压。与本文中的其他示例一样，所述电容器可为超级电容器。期望可由此延长温度较高的电容器的使用寿命。对电容器的多个串联模块采用该方法的变形，每个模块具有各自的温度。测量每个模块的温度。识别出温度高于第二模块温度的第一模块。使第一模块充电到比第二模块的各自的电压低的各自的电压。这可通过将电阻器与第一模块连接一段时间从而降低第一模块的电压而完成。更优选，通过对第一模块施加低于第二模块的充电电流，或对第一模块施加充电电流的时间短于第二模块而完成。与本文中的其他示例一样，所述电容器可为超级电容器。期望可由此延长温度较高的模块的使用寿命。细心的读者在读完本文件之后，将很容易设计本发明的各种明显改进和变化，所有改进和变化都应包括在所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种设备，包括: 模块，具有串联的多个电容器，所述电容器之一定义为第k个电容器； 以IOHz至IOOHz之间的频率采样电容器的电压的装置，每一个电容器的电压变化振幅超过预定阈值； 在进行采样时的时间间隔A ti内对所述模块的第k个电容器的A Vi和整个所述模块的A vi进行估算的装置； 所述模块的第k个电容器的A Vi与整个模块的A Vi的比率限定第k个电容器的测量相对容量。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述预定阈值为0.5V至IV的范围内的值。
3.根据权利要求1所述的设备，进一步包括: 根据每个电容器的各自的测量相对容量选择性地对所述模块的所述电容器中的特定电容器进行放电的装置。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电容器为超级电容器。
5.一种用于设备的方法，所述设备包括具有串联的多个电容器的模块，所述电容器之一定义为第k个电容器，所述方法包括以下步骤: 以IOHz至IOOHz之间的频率采样所述电容器的电压，每一个电容器的电压变化振幅超过预定阈值； 在进行采样时的时间间隔A \内对所述模块的第k个电容器的A Vi和整个模块的A Vi进行估算； 计算所述模块的第k个电容器的A Vi与整个所述模块的A Vi的比率，从而限定第k个电容器的测量相对容量。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预定阈值为0.5V至IV的范围内的值。
7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括以下步骤: 根据每个电容器的各自的测量相对容量选择性地对所述模块的所述电容器中的特定电容器进行放电。
8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述电容器为超级电容器。
9.一种用于电容器串联模块的方法，每个电容器具有各自的温度，所述方法包括: 测量所述串联模块中每个电容器的温度； 识别所述串联模块中温度高于所述串联模块中的第二电容器的温度的第一电容器；并且 使所述第一电容器充电到比所述第二电容器的各自的电压低的各自的电压。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，使所述第一电容器充电到比所述第二电容器的各自的电压低的各自的电压的步骤包括:将电阻器与所述第一电容器连接一段时间，从而降低所述第一电容器的电压。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电容器为超级电容器。
12.一种用于多个电容器串联模块的方法，每个模块具有各自的温度，所述方法包括: 测量每个模块的温度； 识别温度高于第二模块的温度的第一模块；并且 使所述第一模块充电到比所述第二模块的各自的电压低的各自的电压。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，使所述第一模块充电到比所述第二模块的各自的电压低的各自的电压的步骤包括:将电阻器与所述第一模块连接一段时间，从而降低所述第一模块的电压。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，使所述第一模块充电到比所述第二模块的各自的电压低的各自的电压的步骤包括:对所述第一模块施加小于所述第二模块的充电电流。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，使所述第一模块充电到比所述第二模块的各自的电压低的各自的电压的步骤包括:对所述第一模块施加充电电流的时间短于所述第二模块。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述电容器为超级电容器。
17.一种用于电容器串联模块的方法，每个电容器具有各自的相对电容，每个电容器在特定时刻具有各自的电荷，每个电容器在特定时刻具有各自的电压，所述方法包括: 通过对每个电容器的电压进行测量，得到每个电容器的各自的相对电容的估值； 识别所述串联模块中估算相对电容小于所述串联模块中的第二电容器的估算相对电容的第一电容器；并且 使所述第一电容器充电到比所述第二电容器的各自的电荷电平低的各自的电荷电平。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，使所述第一电容器充电到比所述第二电容器的各自的电荷电平低的各自的电荷电平的步骤包括:将电阻器与所述第一电容器连接一段时间，从而降低所述第一电容器的电荷。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述电容器为超级电容器。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述模块在特定时间具有经过所述模块的各自的电流，在各个不同时间的各自的电流限定正值、负值和零值，通过对每个电容器的电压进行测量而得到每个电容器的各自的相对容量的估值的步骤包括:进行多次相对容量测量，并对相对容量测量结果进行平均，每次相对容量测量通过以下步骤进行: 在经过所述模块的电流为低于第一预定阈值的值时的第一时间，测量每个电容器的各自的电压，从而限定代表跨所述串联模块的电压的电压总和； 在经过所述模块的电流超过所述第一预定阈值并在随后降到低于所述第一预定阈值的值后的第二时间，再次测量每个电容器的各自的电压，从而再次限定代表跨所述串联模块的电压的电压总和； 对于每个电容器，所述第一时间的各自的电压与所述第二时间的各自的电压之间的差限定各自的电压变化； 对于串联阵列，所述第一时间的跨所述串联模块的电压与所述第二时间的跨所述串联模块的电压之间的差限定所述串联模块的各自的电压变化； 对于每个电容器，其各自的电压变化与所述串联模块的电压变化的比率限定每个相对容量测量结果。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，不在任何进行电压测量时的时间执行使所述第一电容器充电到比所述第 二电容器的各自的电荷电平低的各自的电荷电平的步骤。
22.根据权利要求17所述的方法，其中，电压的测量仅在使所述第一电容器充电到比所述第二电容器的各自的电荷电平低的各自的电荷电平的步骤不进行时的时间进行。
23.一种用于电容器串联模块的设备，每个电容器具有各自的温度，所述设备包括: 测量所述串联模块中每个电容器的温度的装置； 识别所述串联模块中温度高于所述串联模块中的第二电容器的温度的第一电容器的装置；以及 使所述第一电容器充电到比所述第二电容器的各自的电压低的各自的电压的装置。
24.根据权利要求23所述的设备，其中，使所述第一电容器充电到比所述第二电容器的各自的电压低的各自的电压的装置包括能与所述第一电容器连接从而降低所述第一电容器的电压的电阻器。
25.根据权利要求23所述的设备，其中，所述电容器为超级电容器。
26.一种用于多个电容器串联模块的设备，每个电容器具有各自的温度，所述设备包括: 测量每个模块的温度的装置； 识别温度高于第二模块的温度的第一模块的装置；以及 使所述第一模块充电到比所述第二模块的各自的电压低的各自的电压的装置。
27.根据权利要求26所述的设备，其中，使所述第一模块充电到比所述第二模块的各自的电压低的各自的电压的装置包括能选择性地与所述第一模块连接从而降低所述第一模块的电压的电阻器。
28.根据权利要求26所述的设备，其中，使所述第一模块充电到比所述第二模块的各自的电压低的各自的电压的装置包括对所述第一模块施加低于所述第二模块的充电电流的装置。
29.根据权利要求26所述的设备，其中，使所述第一模块充电到比所述第二模块的各自的电压低的各自的电压的装置包括对所述第一模块施加充电电流的时间短于所述第二模块的装置。
30.根据权利要求26所述的设备，其中，所述电容器为超级电容器。
31.一种用于电容器串联模块的设备，每个电容器具有各自的相对电容，每个电容器在特定时刻具有各自的电荷，每个电容器在特定时刻具有各自的电压，所述设备包括: 通过对每个电容器的电压进行测量而得到每个电容器的各自的相对电容的估值的装置； 识别所述串联模块中估算相对电容小于所述串联模块中的第二电容器的估算相对电容的第一电容器的装置；以及 使所述第一电容器充电到比所述第二电容器的各自的电荷电平低的各自的电荷电平的装置。
32.根据权利要求31所述的设备，其中，使所述第一电容器充电到比所述第二电容器的各自的电荷电平低的各自的电荷电平的装置包括能选择性地与所述第一电容器连接从而降低所述第一电容器的电荷的电阻器。
33.根据权利要求31所述的设备，其中，所述电容器为超级电容器。
34.根据权利要求31所述的设备，其中，所述模块在特定时刻具有经过所述模块的各自的电流，在各个不同时间的各自的电流限定正值、负值和零值，通过对每个电容器的电压进行测量而得到每个电容器的各自的相对容量的估值的装置包括进行多次相对容量测量并对相对容量测量结果进行平均的装置，每次相对容量测量通过以下步骤进行: 在经过所述模块的电流为低于第一预定阈值的值时的第一时间，测量每个电容器的各自的电压，从而限定代表跨所述串联模块的电压的电压总和； 在经过所述模块的电流超过所述第一预定阈值并在随后降到低于所述第一预定阈值的值后的第二时间，再次测量每个电容器的各自的电压，从而再次限定代表跨所述串联模块的电压的电压总和； 对于每个电容器，所述第一时间的各自的电压与所述第二时间的各自的电压之间的差限定各自的电压变化； 对于串联阵列，所述第一时间的跨所述串联模块的电压与所述第二时间的跨所述串联模块的电压之间的差限定所述串联模块的各自的电压变化； 对于每个电容器，其各自的电压变化与所述串联模块的电压变化的比率限定每个相对容量测量结果。
35.根据权利要求31所述的方法，其中，不在任何进行电压测量时的时间执行使所述第一电容器充电到比所述第二电容器的各自的电荷电平低的各自的电荷电平的步骤。
36.根据权利要求31所述的方法，其中，仅在使所述第一电容器充电到比所述第二电容器的各自的电荷电平低的各自的电荷电平的步骤不进行时的时间进行电压的测量。
37.根据权利要求23、24、25、31、32、33、34、35或36的任一项所述的设备，进一步包括电容器串联模块。
38.根据权利要求26、27、28、29或30的任一项所述的设备，进一步包括多个电容器串联模块。
39.一种用于包括电容器串联串的模块的方法，所述方法包括以下步骤: 监测经过所述电容器串联串的电流；并且 在经过所述电容器串联串的电流和跨所述电容器串联串的电压的预定组合的情况下，降低或限制跨所述电容器串联串的电压。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，经过所述电容器串联串的电流和跨所述电容器串联串的电压的所述预定组合包括超过预定阈值的电流。
41.一种用于包括电容器串联串的模块的设备，所述设备包括: 监测经过所述电容器串联串的电流的装置；以及 响应于经过所述电容器串联串的电流和跨所述电容器串联串的电压的预定组合的情况而降低或限制跨所述电容器串联串的电压的装置。
42.根据权利要求41所述的设备，其中，经过所述电容器串联串的电流和跨所述电容器串联串的电压的所述预定组合包 括超过预定阈值的电流。
43.根据权利要求41或42任一项所述的设备，进一步包括含有电容器串联串的模块。
全文摘要
一种监测和/或平衡超级电容(3)和/或包括串联的多个超级电容(3)的模块(4)的装置(1)，所述模块(4)可与其他模块(4)串联或并联。所述装置包括电子板(2)，所述电子板(2)包括数字控制和/或命令装置，例如，微控制器(5)，执行监测和平衡超级电容(3)和/或模块(4)的程序。测量电容器的相对电容，并采用该信息确定对特定电容器进行控制放电的时间。还采用温度信息确定对特定电容器进行控制放电的时间。这样，令人满意地延长了任何特定电容器的寿命，使其不短于模块中其他长寿命电容器的寿命。
文档编号H02J7/02GK103081285SQ201180041721
公开日2013年5月1日 申请日期2011年6月28日 优先权日2010年6月28日
发明者格扎维埃·梅纳德, 安德烈·米莱夫斯基, 詹尼·萨尔托雷利, 米卡埃尔·塞特贝格 申请人:麦斯韦尔技术股份有限公司