[发明专利]电容器充电电压的调节

说明书

技术领域

本发明总体上涉及具有充电部件和放电部件的系统中的电容器的充电领域。具体地，本发明涉及一种用于调节这种系统中的电容器的充电电压的方法和安排。

背景

电化学双层电容器(EDLC)(也被称为超电容器或超级电容器)经常被用作电子电路中的能量存储装置。例如，EDLC可以被用作系统中的功率备份。

EDLC的问题在于，它们具有有限的使用期，因为电容和电导率由于电化学反应而降低。当在对长产品使用期有要求的应用中使用EDLC时，EDLC的有限使用期特别成问题。EDLC的老化受到温度和电压的影响。提高电压和温度将以指数方式加速电化学反应并因此导致电容和电导率降低。EDLC的使用期可以被定义为直到电容已经降低至其初始值的50％和电阻已经增加至其初始值的300％时的时候。

一种对EDLC的老化进行补偿的方法一直是使用具有高初始电容的电容器。这种方法的缺点在于，最初电容器中存储比所需的能量更多的能量。本方法的进一步的缺点在于，大的电容器是昂贵的并且将大的电容器充电至高电压电平需要更大且更昂贵的电源电路。进一步地，大的电容器的充电是耗时的。

JP2005117792A披露了一种延长EDLC的使用期的方法。更确切地说，其披露了一种用于控制可以增加EDLC组的使用期的功率的设备。温度传感器检测元件温度。作为对其的响应，用于控制功率的设备驱动冷却风扇，从而使得内部元件温度变为50℃摄氏度或更低。

如JP2005117792中所披露的对EDLC进行冷却以延长使用期的解决方案的缺点在于，其需要庞大的风扇。其结果是，当空间有限时，其可能不在应用中使用。进一步地，不可以在恶劣和粉尘环境中使用风扇。因此，需要延长EDLC的使用期的其他方法。

发明概述

鉴于以上内容，因此，本发明的一个目的是提供一种用于延长在系统中被用作功率备份的电容器的使用期的方法和安排。

根据本发明的一个第一方面，通过一种用于调节系统中的电容器的充电电压的方法来实现上述目的，该系统具有一个与该充电电压相关联的充电部件和一个具有一个所需能量水平W_需要的放电部件，该充电电压与所述电容器中所存储的一个能量水平W_存储相关，该方法包括：接收该电容器的一个电容值；接收该所需能量水平W_需要的一个值；以及基于所述电容值和该所需能量水平W_需要的所述值调节该电容器的该充电电压，从而使得所述电容器中所存储的该能量水平W_存储被保持基本不变。

电容器中所存储的能量W_存储与该电容值以及与跨该电容器的电压的平方成比例。由于老化，电容值随时间而降低。相应地，如果充电电压保持不变，则电容器中所存储的能量W_存储随时间而降低，并且不久后电容器中所存储的能量W_存储将低于所需能量水平W_需要。然而，在本发明的方法的情况下，调节充电电压以补偿电容器的老化。调节充电电压，从而使得电容器中所存储的能量水平W_存储被保持基本不变。因此，随着电容由于电容器的老化而降低，将提高充电电压并且电容器中所存储的能量水平W_存储可保持在所需能量水平W_需要以上。由此增加了电容器的使用期。此外，由于在任何时候充电电压可以被选择成尽可能低同时仍然将电容器中所存储的能量水平保持在一个超过所需能量水平W_需要的水平，从而减缓了电容器的老化。进一步地，以此方式减少了对电容器进行充电所花费的时间。

电容器中所存储的能量水平W_存储优选地大于或等于所需能量水平W_需要。

该电容器可以是电化学双层电容器EDLC。

该方法可以进一步包括接收该电容器的一个电导率值，所述电导率值与欧姆电压下降相关，并且其中，所述调节该电容器的充电电压进一步基于所述电导率值以补偿所述欧姆电压下降。由于电导率随时间降低和欧姆电压下降由此随时间增加，这对于要求电容器的长使用期的应用而言是特别有利的。欧姆电压下降是指当电流开始从电容器流向系统的放电部件时由于跨电容器内的电阻组件生成的电压而引起的电压下降。